Введение. Вишня – древнейшая плодовая культура, впервые использованная человеком, согласно обнаруженным на археологических раскопках вишневым косточкам, датируемым 5000–4000 годами до н. э. [1]. Это одна из популярных плодовых культур в России. Она занимает первое место среди косточковых культур в Нечерноземье и пользуется высоким спросом у населения. Скороплодность, продуктивность, приятный вкус плодов, содержащих комплекс важных питательных и биологически активных веществ, делают эту культуру ценной для промышленного и приусадебного садоводства. Плоды вишни содержат не только сахара и органические кислоты, но и биологически активные соединения – витамины С, Р и другие вещества [2–6]. Употребление вишни положительно влияет на здоровье человека: противодействует окислительному стрессу, уменьшает воспаление, регулирует кровяное давление, улучшает сон, регулирует уровень глюкозы в крови, улучшает когнитивные функции головного мозга, способствует более быстрому восстановлению после повреждений мышц, вызванных физическими нагрузками [7–10].
Потенциальные возможности сорта в полной мере реализуются только в благоприятных условиях окружающей среды, регулирование которых осуществляется в том числе агротехническими способами. Важнейшим фактором, определяющим вкусовые качества и химический состав плодов (в том числе содержание ценных биологически активных веществ), являются генотипические (сортовые) особенности [11, 12]. В то же время на химический состав вишни могут влиять различные факторы: сорт, возраст деревьев, степень зрелости и сроки съема плодов, метеорологические условия вегетационного периода и т. д. [4, 13, 14]. Немаловажную роль в формировании урожая и качества плодов играет минеральное питание [15–21].
Цель исследования – установить влияние минерального питания на некоторые показатели биохимического состава плодов вишни.
Задачи: изучить биохимические показатели, определяющие вкус плодов вишни, на примере сорта Тургеневка на фоне почвенного внесения азотных и калийных удобрений; определить зависимость биохимических показателей от доз полученного минерального питания.
Материалы и методы. Исследование проводилось в течение 2018–2021 гг. в полевом опыте с вишней сорта Тургеневка селекции Всероссийского научно-исследовательского института селекции плодовых культур (ВНИИСПК), расположенном в садовом массиве 2015 г. посадки ФГБНУ ВНИИСПК (Орловская область). Схема размещения деревьев 5 × 3 м. Почва опытного участка – агросерая среднесуглинистая с исходно благоприятными агрохимическими параметрами в корнеобитаемом слое 0–60 см – pHKCl 5,7–5,8 и высоким содержанием органического вещества – 2,0–2,8 %. Полевой опыт по изучению эффективности минеральных удобрений был начат в 2017 г. Его варианты: 1 – контроль (без удобрений); 2 – N30K40; 3 – N60K80; 4 – N90K120; 5 – N120K160 кг/га. Повторность опыта 3-кратная, в варианте 12 учетных деревьев. Расположение делянок рендомизированное. Удобрения вносились ежегодно рано весной (апрель) в виде аммиачной селитры (Nм) и сульфата калия (Кс) на глубину 10–15 см.
Система содержания почвы в рядах деревьев – обработка гербицидами, в междурядьях с 2015 по 2019 г. – черный пар, с 2020 г. – залужение. В саду проводились защитные мероприятия от вредителей и болезней, общепринятые для данной культуры. Смешанные пробы плодов съемной зрелости (1 кг) отбирали с каждой делянки опыта при учете урожая. Исследования проводились двумя лабораториями института: лабораторией агрохимии и лабораторией биохимической и технологической оценки сортов и хранения.
Химический состав плодов определяли по общепринятым методикам [22, 23]. В них определяли содержание растворимых сухих веществ (РСВ) рефрактометрическим методом с помощью цифрового рефрактометра PAL-3 (ATAGO); суммы сахаров (моносахара + сахароза) – методом Бертрана (ГОСТ 8756.13-87); органических кислот (титруемой кислотности) – методом титрования вытяжек 0,1 н. раствором гидроокиси натрия (ГОСТ 25555.0-08); рассчитывали сахарокислотный индекс как отношение содержания суммы сахаров к содержанию органических кислот. Статистическая обработка данных проводилась методом двухфакторного дисперсионного анализа [24, 25].
Результаты и их обсуждение. Химический состав плодов и ягод в значительной мере определяется метеоусловиями во время их формирования, роста и созревания. Об этом еще в 1930 г. писал Ф.В. Церевитинов [26].
Среднемноголетние данные и гидротермические условия вегетационного периода изучаемых лет представлены в таблице 1.
Таблица 1
Метеоусловия вегетационного периода (2018–2021 гг.)
|
Месяц |
Год |
Средне-многолетние значения |
|||
|
2018 |
2019 |
2020 |
2021 |
||
|
Среднемесячная температура, °С |
|||||
|
Май |
16,4 |
15,6 |
11,3 |
14,0 |
13,0 |
|
Июнь |
17,0 |
20,5 |
19,9 |
19,7 |
16,9 |
|
Июль |
19,9 |
17,4 |
19,6 |
21,8 |
18,5 |
|
Сумма активных температур, °С |
|||||
|
Май |
509,3 |
484,0 |
350,8 |
434,4 |
– |
|
Июнь |
541,7 |
613,9 |
597,7 |
589,9 |
– |
|
Июль |
615,7 |
538,9 |
607,4 |
673,7 |
– |
|
Сумма осадков, мм |
|||||
|
Май |
31,4 |
85,0 |
68,4 |
63,3 |
36,3 |
|
Июнь |
18,2 |
20,7 |
46,4 |
99,6 |
65,1 |
|
Июль |
119,9 |
49,8 |
111,6 |
37,8 |
88,0 |
|
Σ май–июль |
169,5 |
155,5 |
226,4 |
200,7 |
189,4 |
|
ГТК |
|||||
|
Май |
0,62 |
1,76 |
1,90 |
1,46 |
– |
|
Июнь |
0,33 |
0,34 |
0,78 |
1,69 |
– |
|
Июль |
1,95 |
0,92 |
1,84 |
0,56 |
– |
Среднемесячная температура вегетационного периода исследуемых лет несколько отличалась от среднемноголетних данных. Теплее были май 2018 и 2019 гг., июнь во все годы исследования, июль 2018, 2020 и 2021 гг.
Суммарное количество и равномерность выпадения осадков существенно различались в разные годы. Наиболее увлажненным был вегетационный период 2020 г. (226,4 мм), минимальное количество осадков отмечено в 2019 г. (155,5 мм). Переувлажнение наблюдалось (ГТК > 1,40) в мае 2019 и 2020 гг., в июне 2021 г., в июле 2018 и 2020 гг., засуха (ГТК < 1,0) – в июне 2018, 2019, июле 2021 гг., недостаточное увлажнение – в мае 2018, июне 2020 и июле 2019 г. Оптимальные гидротермические условия (1,40 ≥ ГТК ≥ 1,00) сложились в мае 2021 г.
Вкус плодов и ягод определяет наличие в их составе сахаров и органических кислот и их соотношение – сахарокислотный индекс (СКИ). Косвенным показателем являются растворимые сухие вещества (РСВ), основную часть которых составляют сахара.
В нашем исследовании основным фактором, влияющим на эти показатели, были метеорологические условия, а действие минеральных удобрений было слабым.
Содержание РСВ в зависимости от года и варианта исследования находилось в пределах от 15,03 до 18,46 % (табл. 2).
Таблица 2
Содержание РСВ в плодах вишни сорта Тургеневка
при внесении удобрений (2018–2021 гг.), %
|
Вариант (фактор А) |
Год исследования (фактор В) |
Средние А |
|||
|
2018 |
2019 |
2020 |
2021 |
||
|
1. Контроль (без удобрений) |
15,03 |
16,0 |
16,03 |
18,46 |
16,38 |
|
2. N30K40 |
16,00 |
15,16 |
17,76 |
17,53 |
16,61 |
|
3. N60K80 |
15,43 |
15,56 |
17,93 |
17,96 |
16,72 |
|
4. N90K120 |
15,96 |
15,83 |
16,83 |
17,13 |
16,43 |
|
5. N120K160 |
15,30 |
16,06 |
16,50 |
17,63 |
16,37 |
|
Средние В |
15,54 |
15,72 |
17,01 |
17,74 |
16,50 |
|
НСР0,5 А |
1,08 |
||||
|
НСР0,5 В |
0,96 |
||||
|
НСР0,5 АВ |
2,16 |
||||
Некоторыми исследователями установлено, что в более засушливые и жаркие годы содержание сахаров и РСВ в плодах вишни увеличивается [13, 27]. В нашем опыте не выявлено такой зависимости: в среднем по вариантам опыта содержание РСВ было достоверно ниже (в 1,08–1,14 раза) в менее влажные годы (2018 и 2019 гг.). Хотя еще в 1959 г. А.И. Ермаков и Г.А. Луковникова отмечали, что повышение суммы температуры является благоприятным фактором в накоплении компонентов химического состава, но до определенных пределов [28]. Азотные и калийные удобрения не оказали существенного влияния на этот показатель.
Благоприятное влияние на накопление РСВ в плодах оказывали погодные условия вегетационного периода, когда в мае и июне (в период развития плодов) отмечен оптимальный температурный режим и превышающая норму сумма осадков, а в июле (в период созревания плодов) высокие температуры и недостаточное количество осадков. Среднее по опыту значение показателя было достоверно высоким (17,74 %) в 2021 г.
Содержание сахара является важной качественной характеристикой, которая напрямую влияет на употребление плодов вишни в свежем виде. В плодах вишни определяли содержание дисахаров (сахарозы), моносахаров (глюкозы + фруктозы) и их сумму.
В нашем исследовании содержание суммы сахаров в плодах вишни изменялось в зависимости от года и варианта опыта от 9,28 до 13,91 % и в среднем по годам – от 9,84 до 12,76 % (табл. 3). Самое высокое значение суммы сахаров, как и РСВ, было достоверно в 2021 г. – 12,76 %.
Таблица 3
Содержание суммы сахаров в плодах вишни сорта Тургеневка
при внесении удобрений (2018–2021 гг.), %
|
Вариант (фактор А) |
Год исследования (фактор В) |
Средние А |
|||
|
2018 |
2019 |
2020 |
2021 |
||
|
1. Контроль (без удобрений) |
10,92 |
11,05 |
11,49 |
13,45 |
11,72 |
|
2. N30K40 |
10,71 |
9,28 |
12,51 |
12,33 |
11,21 |
|
3. N60K80 |
10,89 |
9,35 |
13,85 |
12,45 |
11,64 |
|
4. N90 K120 |
10,30 |
9,76 |
11,60 |
11,69 |
10,83 |
|
5. N120K160 |
10,90 |
9,80 |
11,81 |
13,91 |
11,60 |
|
Средние В |
10,74 |
9,84 |
12,25 |
12,76 |
11,40 |
|
НСР0,5 А |
0,73 |
||||
|
НСР0,5 В |
0,65 |
||||
|
НСР0,5 АВ |
1,46 |
||||
Наименьшее количество сахаров в плодах (в среднем по вариантам опыта) отмечено в 2019 г., и было достоверно ниже, чем в другие годы исследования.
В литературе встречаются сведения об уменьшении концентрации сахара в плодах вишни при внесении более высоких доз минеральных удобрений [16]. В нашем опыте применение минеральных удобрений приводило преимущественно к снижению концентрации сахаров в плодах вишни. В 2019 г. статистически значимое снижение показателя наблюдалось при внесении N30K40 и N60K80. Аналогичный эффект отмечен в варианте N90K120 в 2021 г. Также в этом варианте в среднем за 4 года общее содержание сахаров в плодах было достоверно меньше, чем в контроле. В 2020 г. общее содержание сахаров в плодах возрастало при внесении удобрений в дозе N60K80.
Отмечено значительное варьирование содержания сахарозы в плодах в зависимости от дозы внесения удобрений и года исследования – от 0,11 до 1,65 %. Содержание сахарозы в плодах в зависимости от года в среднем по всем вариантам опыта изменялось от 0,33 до 0,92 % (табл. 4).
Таблица 4
Содержание сахарозы в плодах вишни сорта Тургеневка
при внесении удобрений (2018–2021 гг.), %
|
Вариант (фактор А) |
Год исследования (фактор В) |
Средние А |
|||
|
2018 |
2019 |
2020 |
2021 |
||
|
1. Контроль (без удобрений) |
0,64 |
0,68 |
0,23 |
0,64 |
0,55 |
|
2. N30K40 |
0,50 |
0,33 |
0,94 |
0,83 |
0,65 |
|
3. N60K80 |
0,22 |
0,18 |
1,31 |
1,18 |
0,72 |
|
4. N90K120 |
0,41 |
0,11 |
0,21 |
0,33 |
0,26 |
|
5. N120K160 |
0,59 |
0,36 |
0,62 |
1,65 |
0,81 |
|
Средние В |
0,47 |
0,33 |
0,66 |
0,92 |
0,60 |
|
НСР0,5 А |
0,47 |
||||
|
НСР0,5 В |
0,42 |
||||
|
НСР0,5 АВ |
0,95 |
||||
Самое высокое содержание сахарозы (в среднем по вариантам) отмечено в 2021 г. – 0,92 %, значения показателя были достоверно выше (в 2,0–2,8 раза), чем в 2018 и 2019 гг.
При применении азотных и калийных удобрений зафиксирована тенденция снижения содержания сахарозы в 2018 и 2019 гг., тогда как в 2020 и 2021 гг. эффект от удобрений был противоположным (исключение вариант N90K120).
Среднее содержание моносахаров в плодах по всем вариантам опыта изменялось в зависимости от года от 9,51 до 11,58 % и от 7,28 до 12,81 % – в зависимости от варианта и года эксперимента (табл. 5).
Таблица 5
Содержание моносахаров в плодах вишни сорта Тургеневка
при внесении удобрений (2018–2021 гг.), %
|
Вариант (фактор А) |
Год исследования (фактор В) |
Средние А |
|||
|
2018 |
2019 |
2020 |
2021 |
||
|
1. Контроль (без удобрений) |
10,65 |
10,36 |
11,25 |
12,81 |
11,27 |
|
2. N30K40 |
10,12 |
8,94 |
11,55 |
11,52 |
10,53 |
|
3. N60K80 |
10,52 |
9,17 |
12,54 |
11,26 |
10,87 |
|
4. N90K120 |
9,89 |
9,65 |
11,39 |
11,36 |
10,57 |
|
5. N120K160 |
10,31 |
9,43 |
11,19 |
11,59 |
10,63 |
|
Средние В |
10,29 |
9,51 |
11,58 |
11,70 |
– |
|
НСР0,5 А |
0,65 |
||||
|
НСР0,5 В |
0,58 |
||||
|
НСР0,5 АВ |
1,29 |
||||
Аналогично другим изучаемым показателям содержание моносахаров в плодах возрастало в более влажные годы (2020 и 2021 гг.), а наименьший уровень показателя отмечен в 2019 г.
Достоверное увеличение содержания моносахаров в плодах вишни было в 2021 г. – 11,70 %. Внесение минеральных удобрений в 2019 г. в дозе N30K40 и в 2021 г. в дозах N30K40, N60K80, N90K120 способствовало достоверному снижению содержания моносахаров в плодах по сравнению с контролем. В 2020 г. наблюдалось достоверное увеличение содержания моносахаров в плодах в варианте с применением азотных и калийных удобрений в дозе N60K80.
В среднем за четыре года эксперимента содержание моносахаров в плодах вишни достоверно ниже контроля наблюдалось под действием азотных и калийных удобрений в дозах N30K40 и N90K120.
Титруемая кислотность (содержание органических кислот) является одним из важнейших показателей химического состава плодов вишни, обуславливающего их вкус: чем ниже титруемая кислотность, тем слаще по вкусовым ощущениям плоды того или иного сорта. Титруемая кислотность плодов – это генетически обусловленный признак [4]. Сорт вишни Тургеневка является техническим, его плоды обладают повышенной кислотностью. В нашем исследовании содержание титруемых кислот в плодах варьировало в зависимости от дозы внесения удобрений и года исследования от 1,50 до 2,39 % и в среднем по всем вариантам опыта в зависимости от года от 1,57 до 2,18 % (табл. 6). Этот биохимический показатель важен при переработке, так как содержание титруемых кислот наряду с РСВ – регламентируемый показатель, влияющий не только на вкус готовой продукции, но и на ее желирующие качества [29].
Таблица 6
Содержание титруемых кислот в плодах вишни сорта Тургеневка
при внесении удобрений (2018–2021 гг.), %
|
Вариант (фактор А) |
Год исследования (фактор В) |
Средние А |
|||
|
2018 |
2019 |
2020 |
2021 |
||
|
1.Контроль (без удобрений) |
1,64 |
1,86 |
1,99 |
2,01 |
1,87 |
|
2. N30K40 |
1,50 |
1,66 |
2,16 |
2,21 |
1,88 |
|
3. N60K80 |
1,56 |
1,60 |
2,09 |
2,21 |
1,86 |
|
4. N90 K120 |
1,55 |
1,65 |
2,35 |
2,39 |
1,98 |
|
5. N120K160 |
1,60 |
1,63 |
2,08 |
2,11 |
1,85 |
|
Средние В |
1,57 |
1,68 |
2,13 |
2,18 |
1,89 |
|
НСР0,5 А |
0,17 |
||||
|
НСР0,5 В |
0,15 |
||||
|
НСР0,5 АВ |
0,34 |
||||
Самым высоким содержание титруемых кислот в среднем по всем вариантам опыта было в 2020 и 2021 гг. – 2,13 и 2,18 % соответственно.
Отмечено достоверное увеличение содержания титруемых кислот при внесении азотных и калийных удобрений в дозе N90K120 в 2020 и 2021 гг. Однако ни один из вариантов опыта с удобрениями не обеспечил стабильного эффекта на этот показатель в течение 4 лет исследования.
Соотношение сахара и органических кислот (сахарокислотный индекс – СКИ) в плодах является одним из важных критериев формирования вкуса. Чем он выше, тем более сладким ощущается вкус плодов.
В наших опытах значение СКИ в плодах вишни сорта Тургеневка изменялось от 4,93 до 7,03, в среднем по вариантам опыта в зависимости от года – от 5,76 до 6,86 (табл. 7).
Таблица 7
Сахарокислотный индекс в плодах вишни сорта Тургеневка
при внесении удобрений (2018–2021 гг.)
|
Вариант (фактор А) |
Год исследования (фактор В) |
Средние А |
||||
|
2018 |
2019 |
2020 |
2021 |
|||
|
1.Контроль (без удобрений) |
6,73 |
6,00 |
5,70 |
6,76 |
6,30 |
|
|
2. N30K40 |
7,10 |
5,63 |
5,83 |
5,63 |
6,05 |
|
|
3. N60K80 |
7,03 |
5,80 |
6,66 |
5,60 |
6,27 |
|
|
4. N90K120 |
6,63 |
5,93 |
4,93 |
4,96 |
5,61 |
|
|
5. N120K160 |
6,80 |
6,03 |
5,70 |
6,33 |
6,22 |
|
|
Средние В |
6,86 |
5,88 |
5,76 |
5,86 |
6,09 |
|
|
НСР0,5 А |
0,65 |
|||||
|
НСР0,5 В |
0,58 |
|||||
|
НСР0,5 АВ |
1,30 |
|||||
Наиболее сбалансированное соотношение сахаров и органических кислот в плодах наблюдалось в 2018 г., в среднем по вариантам опыта значение показателя составило 6,86 и было существенно выше, чем в последующие изучаемые годы. В 2021 г. внесение минеральных удобрений в дозе N90K120 способствовало достоверному снижению СКИ в плодах вишни в 1,4 раза по сравнению с контролем. Также в этом варианте СКИ был достоверно ниже уровня контроля и в среднем за 4 года эксперимента.
Заключение. В результате проведенного 4-летнего исследования установлено, что наиболее важным фактором, определявшим процессы формирования химического состава плодов вишни, были метеорологические условия вегетационного периода (особенно осадки), а действие азотных и калийных удобрений было слабым. Содержание растворимых сухих веществ, сахаров и органических кислот в плодах вишни существенно возрастало в годы с большей влагообеспеченностью. Действие минеральных удобрений проявлялось преимущественно в снижении сахаров в плодах. При этом наибольший эффект (в среднем за 4 года) отмечен при использовании удобрений в дозе N90K120. Однако ни один из вариантов опыта с удобрениями не обеспечил стабильного эффекта на этот показатель в течение 4 лет исследований. Таким образом, применение азотных и калийных удобрений на агросерой плодородной почве в вишневом саду было малоэффективным и не обеспечивало улучшения качества плодов.
