Долгосрочное влияние внесения опилок в почву перед посадкой, мульчирования и нормы азотных удобрений

Долгосрочное влияние внесения опилок в почву перед посадкой, мульчирования опилками и нормы азотных удобрений на кустовую голубику сорта Эллиот

Авторы: Amanda J. Davis и Bernadine C. Strik.

Аннотация. Внесение добавок в почву, мульчирование и удобрения являются ключевыми компонентами производства голубики, однако методы выращивания широко варьируются, а долгосрочные последствия не изучены в полной мере. Сорт северной высокорослой голубики 'Elliott' (Vaccinium corymbosum L. ) оценивали от закладки до созревания (2003-18 гг.), чтобы изучить влияние внесения опилок перед посадкой (с или без внесения 141 м3/га опилок на площадь ряда), мульчирования опилками (с или без слоя глубиной 8 см на поверхности почвы) и азотных удобрений (низкое, среднее и высокое, постепенно увеличиваемое с 22, 67 и 112 кг на гектар в 2004 году, соответственно, до 56, 168 и 269 кг на гектар азота с 2010 по 2018 год). В 2018 году органическое вещество почвы с внесенными опилками составляло 4,3% на конец исследования по сравнению с 3,4% для почвы без опилок. pH почвы был выше при внесении опилок и мульчировании, когда растения были молодыми, но к 2011 году эти обработки были одинаковыми. Высокие нормы внесения азотных удобрений снизили pH почвы на 0,3-0,4 в течение всего исследования по сравнению с низкими нормами, но все обработки были в пределах или выше рекомендуемого диапазона pH (4,5-5,5) в течение всего исследования. Низкие уровни внесения азотных удобрений были связаны с более высоким pH почвы и более низким N листьев в большинстве лет, но более высокий Ca листьев и часто любое воздействие низкой нормы азота смягчалось при внесении опилок. Концентрация Ca в почве и листьях увеличивалась при внесении опилок и использовании их в качестве мульчи, а также при внесении удобрений с низкой нормой N, но концентрация Ca в плодах увеличивалась только при использовании мульчи и низкой нормы N, тогда как при внесении опилок она снижалась. Если опилки не вносились перед посадкой, то уровень внесения азотных удобрений влиял на концентрацию N, Ca, S и Mn в листьях, тогда как при внесении опилок этого не наблюдалось. Немульчированные растения обычно имели более высокие концентрации N, K, Fe и Al в листьях, но более низкие концентрации Ca по сравнению с мульчей. Внесение опилок увеличило урожайность на 4 % и дало плоды с более высоким содержанием общего растворимого вещества (TSS), но со сходной плотностью, в среднем (2008-13 гг.), чем в необработанной почве. Основного влияния мульчи на урожайность и ягодные признаки не наблюдалось, однако растения, выращенные с добавлением опилок в почву и без мульчи, дали на 7 % больше урожая с одного растения (в среднем за 2006-13 гг.) по сравнению с растениями, выращенными с внесением опилок в землю и с мульчей или без внесения опилок в землю с мульчей или без нее. Количество азотных удобрений не влияло на урожайность, но вес ягод был больше при низком или среднем содержании азота, особенно если опилки не вносились. Чистая прибыль от повышения урожайности при внесении опилок в почву с лихвой компенсировала затраты на материалы и труд. Урожайность ягод и содержание TSS были одинаковыми при внесении опилок, мульчи и удобрений в большинстве лет. Внесение опилок в почву перед посадкой привело к увеличению чистой прибыли от продажи ягод за период исследования на $7680/га, что с лихвой компенсировало первоначальные затраты на материалы и удобрения ($3150/га). Использование низкой нормы азота с 2004 по 2018 год позволило сэкономить $2680/га и $5152/га по сравнению со средней и высокой нормами, соответственно.

Голубика - долголетняя многолетняя культура, требующая 7 лет для достижения зрелости и полной продуктивности (Sutton and Sterns, 2020). За последние два десятилетия были проведены исследования лучших методов управления для выращивания как обычной, так и органической северной высокорослой голубики (Vaccinium corymbosum L.), включая внесение или добавление органических веществ перед посадкой, мульчирование и удобрение (Ba~nados et al., 2012; Cox, 2009; Krewer et al., 2009; Strik et al., 2017a, 2017b, 2019). В начале 2000-х годов на северо-западе США в Тихоокеанском регионе было принято вносить в почву и мульчировать опилками дугласа [Pseu-dotsuga menziesii (Mirb.) Franco var. menzie-sii], а на зрелые посадки вносить от 100 до 140 кг-ha1N, причем некоторые производители вносили опилки в гораздо большем количестве. В то время опилки были легко доступны по относительно низкой цене, но с тех пор их стоимость возросла (Julian et al, 2012; Sutton and Sterns, 2020), в связи с этим подчеркивается необходимость проведения исследований по изучению долгосрочного влияния на продуктивность растений и целесообразности дальнейшего использования этих методов.

Такие почвенные добавки, как опилки, обычно используются для улучшения органического вещества почвы (SOM) и аэрации без опасения повышения pH почвы выше оптимального уровня 4,5-5,5 (Hart et al., 2006), по сравнению с использованием компоста, который обычно имеет высокий pH (Sullivan et al., 2018). Однако внесение опилок и других органических добавок в почву увеличивает затраты на выращивание, а прошлые исследования показали неоднозначные результаты в отношении продуктивности растений (Lareau, 1989; Nemeth et al., 2017; Strik et al, 2017b; Townsend, 1973; White, 2006), несмотря на то, что внесение удобрений увеличивает количество SOM по сравнению с уровнем до внесения удобрений (Strik et al., 2020b; White, 2006). В первые годы после посадки грядки с внесенной опилкой требовали 5-6-кратного объема поливной воды для поддержания влажности почвы на том же уровне, что и в неподготовленной почве (White, 2006). Кроме того, высокое соотношение C:N в опилках может связывать азот и снижать доступность азота для растений (Hart et al., 2006). Мульча из опилок и других древесных материалов может быть полезным инструментом при выращивании голубики для снижения давления сорняков (DeVetter et al., 2015; Krewer et al., 2009, Tertuliano et al., 2012). Эти органические мульчи также снижают ежедневные колебания температуры почвы по сравнению с голой почвой или тканым полипропиленовым матом от сорняков (Cox, 2009; Striket al., 2017a, 2020a), что может быть полезно, поскольку растения голубики имеют относительно узкий диапазон температур (14 - 18 C) для оптимального роста корней (Abbott and Gough, 1987; Spiers, 1995). Мульчирование также привело к повышению урожайности и роста растений по сравнению с пустой почвой в нескольких случаях (Clark and Moore, 1991; Karp et al., 2006; Kozinski, 2006; Krewer et al., 2009).

Несколько исследований показали, что высокая норма азотных удобрений либо вредна, либо не влияет на урожайность по сравнению с более низкой. У сорта 'Bluecrop' умеренные нормы внесения азотных удобрений (50 кг/га) способствовали большему росту и урожайности молодых растений, чем при отсутствии удобрений, и повысили эффективность использования удобрений, снизив при этом солевой стресс и смертность растений по сравнению с более высокими нормами азота (100 или 150 кг/га; Ba~nados et al., 2012). При органическом выращивании сортов 'Duke' и 'Liberty' использование низкой нормы азота (73 кг/га) привело к повышению урожайности на 4 % за 10-летний период по сравнению с высокой нормой азота (140 кг/га; Striket al., 2017a), а в обычной голубике не было обнаружено различий при удвоении и утроении норм азота (Lareau, 1989). Goulartet al. (1997) обнаружили, что увеличение нормы азота не влияет на урожайность, когда растения мульчируются опилками, но снижает урожайность, когда мульча не используется; однако увеличение нормы азота выше рекомендуемых уровней повышает урожайность сорта 'Duke' во второй и третий годы сбора урожая (Ehret et al., 2014). Чрезмерное внесение азотных удобрений может привести к снижению pH почвы, особенно при использовании таких удобрений, как сульфат аммония, что требует смягчения последствий с помощью извести (карбоната кальция), чтобы сохранить желаемый диапазон для голубики (Hart et al., 2006).

Целью данного исследования было проследить влияние внесения опилок в почву, мульчирования и трех различных уровней азотных удобрений на характеристики почвы, концентрацию питательных веществ в почве, листьях и плодах, а также урожай и качество плодов. Эффекты оценивались в период зрелости и через 15 лет после посадки, чтобы лучше понять долгосрочные последствия этих методов производства и связанные с ними экономические затраты и выгоды от обработки.

Материалы и методы

Участок исследования представлял собой блок площадью 0,3 га, созданный в октябре 2003 г. в Центре исследований и распространения Северного Уилламетта Университета штата Орегон (Аврора, штат Орегон; широта 4516'4700N, долгота 12245'2300W). Почва была определена как Willamette silt loam (fine-silty, mixed, mesic pachic ulticargixerolls) со средним pH 5.4 и 4% содержанием органических веществ перед посадкой. Двухлетние растения северной голубики 'Elliott', выращенные в 3,8-литровых контейнерах, были пересажены на приподнятые грядки высотой 0,30 м с расстоянием между растениями в ряду 0,75 м и между рядами 3,1 м.

Экспериментальная схема была построена по принципу split-plot с четырьмя повторениями. Внесение опилок Дугласа перед посадкой было основным эффектом делянки (с внесением или без внесения). Опилки были внесены в количестве 141 м3 на гектар с удобрением 16-16-16 (16N-7P-13K), добавленным в каждый ряд с заделкой опилок в количестве 45 кг на гектар N, чтобы облегчить разложение опилок. Ряды, в которые не вносились опилки, не получали добавок удобрений. Субпосевы состояли из комбинаций поверхностного мульчирования (с опилочной мульчей или без нее; вносилась слоем глубиной 8 см; 155 м3 на гектар и пополнялась по мере необходимости во время исследования в 2005, 2008 и 2010 годах) и нормы внесения азотных удобрений (низкая, средняя и высокая норма, увеличивалась постепенно до 2010 года, когда растения считались зрелыми; Таблица 1). Азотные удобрения вносились поверхностно в виде гранулированного продукта (табл. 1), общая норма была разделена на три части и вносилась в середине апреля, мая и июня каждого года. В 2004 и 2005 годах весной дополнительно вносилось 35 кг на гектар P и 66 кг на гектар K. Борьба с сорняками проводилась по мере необходимости во время всех обработок. В 2018 году опилочная мульча была добавлена ко всей посадке с целью улучшения борьбы с сорняками, а также было внесено дополнительно 28 кг на гектар N (мочевины), разделенных поровну между вторым и третьим внесением удобрений.

При посадке каждая делянка состояла из 20 растений с 3 м незасаженного буфера между делянками в ряду для разделения норм внесения азота и обеспечения возможности прохода комбайна между делянками. Часть растений была удалена для более ранних исследовательских испытаний, как подробно описано в White (2006), в результате чего на каждой делянке осталось от 13 до 16 растений в зависимости от обработки. Охранные ряды располагались по бокам от посадок. Растения орошались подвесными дождевальными установками до августа 2004 г., когда были установлены капельные трубки, которые использовались для всех потребностей в поливе. В остальном посадки содержались в соответствии со стандартной коммерческой практикой; более подробная информация об укоренении представлена в White (2006) и Strik andBuller (2014).

Цветочные почки удалялись при обрезке перед вегетационными сезонами 2004 и 2005 годов, чтобы удалить плодовые культуры и стимулировать рост растений. Плоды собирали вручную в первые два сезона плодоношения (2006 и 2007 гг.) и с помощью машин (Littau Harvesters Inc., Stay-ton, OR) с 2008 по 2013 гг. и в 2018 г. Плоды собирали по мере достижения ими приемлемой с коммерческой точки зрения спелости, обычно для этого требовалось два-три сбора в год с интервалом 7-14 дней с середины августа до начала сентября. Плоды взвешивали и делили на количество растений на участке для расчета урожая с одного растения. Рассчитывали процент от общего урожая при каждом сборе. Случайные подвыборки из 25 ягод были взяты в каждую дату сбора урожая для определения среднего веса ягод (затем была рассчитана средневзвешенная сезонная масса) и диаметра ягод с помощью прибора FirmTech II (BioWorks, Inc., Wamego, KS; максимальное и минимальное усилие сжатия 250 и 25 г). Затем образцы гомогенизировали вручную в пластиковом пакете с молнией и измеряли процентное содержание TSS с помощью цифрового рефрактометра с температурной компенсацией (Atago, Bellevue, WA). Диаметр ягод, упругость и TSS представлены как средние сезонные показатели.

Были отобраны образцы тканей растений (самые последние полностью распустившиеся листья, отобранные в конце июля - начале августа в 2004, 2005, 2009-12 и 2018 годах) и почвы (конец октября - начало ноября в 2004, 2005, 2011 и 2018 годах). Пробы почвы отбирались между растениями на глубину 0,2 мата от центра ряда с помощью стального хромированного почвенного зонда диаметром 2,4 см (Soil SamplerModel Hoffer; JBK Manufacturing, Dayton, OH). Мульчу, если она присутствовала, удаляли с поверхности почвы до взятия проб и заменяли после. Для анализа питательных веществ отбирали пробы спелых плодов из второго урожая в 2011 и 2012 годах. Образцы почвы (включая SOM и pH) и тканей были проанализированы на содержание макро- и микроэлементов коммерческой лабораторией (Brookside Laboratories, New Bremen, OH). N в листьях определяли с помощью комбинированного анализатора с индукционной печью и детектором тепловой проводимости (Gavlak et al., 1994). Другие питательные вещества в листьях, включая P, K, Ca, Mg, Al, B, Cu, Mn, Fe и Zn, определяли с помощью спектрофотометра с индуктивно-связанной плазмой (ICP) после влажного озоления образцов в азотной/перхлорной кислоте (Gavlak et al., 1994). Экстрактивные элементы почвы K,Ca,Mg,Na,B,Cu,Mn,Zn иAl определялись методом ИСП после экстракции этих элементов по методу Мелиха 3 (Mehlich, 1984). Почвенный P был экстрагирован по методу Брея-1 и затем определен методом ИСП. Почвенные NO3-N и NH4-N определяли автоматическим колориметрическим методом после экстракции 1 MKCl (Dahnke, 1990). SOM и pH определялись с помощью метода потери при прокаливании при 360 C (Nelsonand Sommers, 1996) и метода 1:1 почва:вода (McLean, 1982), соответственно.

Сравнение затрат на обработку. Затраты на материалы (опилки и удобрения) были рассчитаны по ценам, указанным в 2021 году, и могли быть ниже, если бы закупались в больших количествах для коммерческого поля большего размера. Мульча из опилок включала в себя продукт ($12,28/м3) и индивидуальную установку с оценкой трудозатрат и стоимости оборудования в $1050/га.Стоимость удобрений составляла $0,66/кг для сульфата аммония и $0,86/кг для мочевины. Чистая прибыль была основана на фактическом урожае фруктов с участка, экстраполированном на гектар, при расчетной цене в 1,54 доллара за килограмм фруктов, уплаченной агропроизводителю за собранный машиной "Эллиотт" для рынка переработки в середине сезона сбора урожая. Другие затраты на управление, такие как обрезка и сбор урожая, не учитывались, но ожидалось, что они будут схожи между обработками. Хотя затраты на борьбу с сорняками были бы выше для голой почвы по сравнению с опилочной мульчей из-за большего количества сорняков в ряду, требующих ручного выдергивания или мотыжения, и большего использования до- и послевсходовых гербицидов, эти различия не были измерены и поэтому не включены. Статистические анализы проводились с помощью SAS версии 9.4 (SAS Institute, Cary, NC) с использованием PROC MIXED, а средние значения были разделены на 5% уровне с использованием теста Тьюки на достоверность различий. Для обеспечения нормального распределения данных перед анализом использовали PROC UNIVARI-ATE, при необходимости применяли преобразование логарифмов. Влияние обработки на урожайность и качество плодов (2006-13,2018) анализировалось по годам в связи с ожидаемыми изменениями по мере созревания растений во время исследования. Урожайность и качество с 2018 года анализировались отдельно в связи с пробелом в имеющихся данных с 2013 года. Результаты почвенных тестов анализировались по годам, поскольку в период исследования были доступны данные только по отдельным годам. Влияние обработки и года на содержание питательных веществ в тканях листьев было проанализировано в виде сплит-плана, а также по годам, чтобы оценить общее влияние и эффект обработки на молодых и зрелых посадках. Влияние года и обработки на содержание питательных веществ в плодах (2011 и 2012 гг.) анализировалось по схеме split-split-plot.

Результаты и обсуждение

SOM и pH

Внесение опилок привело к значительному увеличению SOM по сравнению с необработанной почвой, как и в других исследованиях (Strik et al., 2020b). Хотя это не было столь драматично, как в первый год после посадки (2004), когда инкорпорированные участки имели 8,3% SOM по сравнению с 5,1% на необработанных участках (White, 2006), инкорпорированные участки все же имели более высокую SOM в 2018 году (4,3% и 3,4%, соответственно). Колебания SOM от года к году не являются чем-то необычным из-за метода отбора проб и естественных колебаний от года к году (Strik et al., 2019). Мульча и количество азота не оказывали влияния на SOM ни в первые два вегетационных периода (White, 2006), ни в долгосрочной перспективе (данные не показаны). Мульча из опилок не увеличивала SOM во время укоренения "Дюка" по сравнению с сорным матом на пустой почве (Strik et al., 2020b), но была промежуточной по SOM по сравнению с мульчей из компоста с опилками (самый высокий SOM) и сорным матом на пустой почве (самый низкий SOM) через более чем 8 лет (Strik et al., 2019). pH почвы увеличился с первых лет исследования (White, 2006) до уровня выше рекомендуемого (4,5-5,5; Horneck et al., 2011) в 2011 и 2018 годах, составив в среднем 6,0 по всем вариантам обработки в оба года. Увеличение pH почвы с 5.0 до 6.0 между 2016 и 2018 годами также было обнаружено у органической голубики, хотя и при использовании различных систем мульчирования (Davis andStrik, 2021). Добавление опилок перед посадкой увеличило pH почвы по сравнению с необработанной почвой в 2004 (5,1 против 4,8, соответственно) и 2005 (4,9 против 4,6), как и мульчирование по сравнению с голой почвой в 2004 и 2005 (5,1 против 4,8, соответственно, в 2004; 4,9 против 4,6 в 2005) (White, 2006). Однако, начиная с 2011 года, влияние внесения удобрений или мульчи на рН почвы было незначительным (в среднем 6,0). Напротив, к 2018 году pH почвы снизился при внесении высокой нормы азота (5,9) по сравнению с обработкой средними и низкими нормами (в среднем 6,2). Высокие нормы азота снижают pH почвы относительно более низких норм (Hart et al., 2006; Striket al, 2019) при использовании аммонийных форм азота из-за нитрификации и последующего закисления почвы; закисление происходит в меньшей степени при использовании мочевины в качестве источника удобрений, как в нашем исследовании с 2006 по 2018 год; однако разница в рН почвы между изученными нормами азота была меньше, чем ожидалось для долгосрочного исследования (ожидалось снижение рН на 1 единицу в течение 10 лет при использовании мочевины; Hartet al., 2006). Ba~nados et al. (2012) обнаружили, что удобрение сульфатом аммония снижает pH почвы по сравнению с отсутствием удобрения, но нормы от 50 до 150 кг на гектар N не изменили pH почвы за 2 года исследования. В системах органического производства Strik et al. (2019) обнаружили значительное снижение pH почвы при внесении 140 кг на гектар N (5,1) по сравнению с 73 кг на гектар1N (5,3), в среднем через 10 лет использования либо fish solubles, либо перьевой муки. Тем не менее, pH почвы после внесения одинакового количества азота (до 5,9; Davis and Strik, 2021) увеличился в результате различных мульчирующих обработок.

Питательные вещества в почве

Анализ содержания NO3-N и NH4-N в почве проводился только в 2011 и 2018 годах. Эти питательные вещества имеют тенденцию к изменчивости, и обработка не оказала никакого влияния на NO3-N (варьировалась в пределах <0,5-6,3ppm) или NH4-N (0,6-5,1 ppm). Низкие уровни обеих форм азота ожидаемы, поскольку удобрения не вносились после середины июня, а пробы не отбирались до конца октября (после начала осенних дождей, которые также снижают содержание азота в почве). Наши результаты схожи с данными по неорганическому производству, где более высокие, чем необходимо, нормы внесения азота не оказали большого влияния на уровень азота в почве в конце вегетационного периода (Strik et al, Почвенный P (Bray I) не тестировался в 2004 и 2005 годах, но позже в исследовании был выше на пустой почве (176 ppm и 138 ppm в 2011 и 2018 годах, соответственно), чем на мульче из опилок (148 ppm и 116 ppm), и на него не влияли ни внесение, ни нормы удобрений. Почвенный S не тестировался в 2004 и 2005 годах, но в 2018 году был выше на участках, удобренных высокой нормой N (15 ppm), по сравнению с любой из низких норм (в среднем 12 ppm). В 2005 году на участках, удобренных высокой нормой N, содержание K в почве было значительно ниже (197 ppm), чем на участках с низкой нормой N (221 ppm; White, 2006). В 2018 году внесение удобрений с низкой нормой азота по-прежнему приводило к самому высокому содержанию K в почве (155 ppm) по сравнению со средней и высокой нормами (в среднем 127 ppm). Почвенный K был ниже к концу исследования при незначительном внесении дополнительных удобрений, как мы отмечали в других исследованиях (Davis and Strik, 2021), но все еще превышал рекомендуемые уровни почвенного баланса (Hart et al., 2006). Почвенный Ca был выше при внесении опилок и мульчи во все годы, кроме 2011, и увеличивался на протяжении исследования. В 2004 году содержание Ca в почве составляло 804 ppm и 689 ppm с предварительным внесением и без него, соответственно, и 715 ppm и 778 ppm для голой почвы и опилочной мульчи, соответственно (White, 2006). К 2018 году содержание Ca в почве увеличилось до 1154 ppm и 1060 ppm с предварительным внесением удобрений или без него, соответственно, и 1063 ppm и 1151 ppm для голой почвы и опилочной мульчи, соответственно. Хотя во время исследования не вносились удобрения, содержащие Ca, содержание Ca в почве, вероятно, увеличивалось по мере разложения опилок. Опилки дугласа fir, используемые в качестве мульчи, уложенные на такую же глубину, как и в данном исследовании, содержали от 30 до 92 кг на гектар Ca в зависимости от года (Strik et al., 2019). Низкая норма внесения азотных удобрений привела к более высокому содержанию Ка в почве, чем высокая норма в 2005 году (White, 2006), а также как средняя, так и высокая норма в 2018 году (в среднем 1223 ppm для низкой нормы и 1049 ppm для высокой). Влияние внесения опилок перед посадкой было различным для почвенного Mg: более высокие и низкие уровни при внесении в 2004 и 2005 годах, соответственно (White, 2006), и никакого эффекта в последующие годы. Мульча оказала влияние на содержание Mg в почве только в 2018 году, причем его уровень был выше при использовании опилочной мульчи (340 ppm), чем на пустой почве (307 ppm). В почве, в которую не вносились удобрения перед посадкой, опилочная мульча снизила содержание Ca и Mg по сравнению с сорным матом над пустой почвой в долгосрочном исследовании Strik et al. (2019). По сравнению с внесением удобрений с высокой нормой азота, внесение низкой нормы азота привело к повышению уровня Mg в почве в 2005 (White, 2006) и 2018 (354 ppm для низкой, 301 ppm для высокой). Хотя содержание B (в 2004 году) и Cu (в 2005 году) в почве было выше при внесении удобрений вскоре после посадки (White, 2006), в дальнейшем в исследовании не было отмечено влияния внесения удобрений, мульчи или нормы N на содержание этих питательных веществ. Mn в почве был выше при внесении опилок с первого вегетационного сезона (White, 2006) по 2018 год, с 37 ppm и 26 ppm Mn для внесенных и невнесенных опилок, соответственно. Mn в почве был ниже при низкой норме азотного удобрения (25 ppm) по сравнению с другими нормами азота (в среднем 37 ppm) в 2005 году (White, 2006), но в последующие годы эффекта от обработки не было (данные не показаны). Концентрация азота в листьях была выше в 2011 и 2012 годах, чем в другие годы (табл. 2). Наблюдалась взаимосвязь год × инкорпорация × мульча, так как концентрация азота в листьях была значительно ниже у растений, где опилки были инкорпорированы и использовались в качестве мульчи в 2004 и 2005 годах, в то время как эффект обработки был относительно небольшим в последующие годы (данные не показаны).

Потребность в почвенных микробах, активно разлагающих опилки, внесенные при посадке и в качестве мульчи, могла снизить доступный для растений азот (Hart et al., 2006), несмотря на добавление азотных удобрений в рядки, засыпанные опилками. Влияние количества азотных удобрений на количество азота в листьях было более выражено в годы укоренения, причем самые низкие уровни были обнаружены у растений, удобренных низким количеством азота, особенно в почве с добавлением опилок. По мере созревания растений более крупные корневые системы, вероятно, повышали эффективность поглощения удобрений (Strik et al., 2020b). В среднем, азот в листьях был самым высоким там, где опилки не были внесены перед посадкой, без мульчи (голая почва), а растения удобрялись высокой нормой азота (Таблица 2). Хотя уровень азота в листьях был ниже уровня достаточности, указанного Хартом и др. (2006), независимо от нормы азота, в среднем он находился в пределах недавно пересмотренных уровней достаточности, рекомендованных нами на основе более поздних исследований (Strik and Davis, 2022). Если анализировать данные по годам, то внесение опилок в почву снижало содержание азота в листьях в первые 2 года после посадки (1,47% и 1,63% в 2004 и 2005 годах, соответственно) по сравнению с растениями, выращенными без внесения опилок (1,70% и 1,73%). Внесение удобрений в почву оказывало меньшее влияние на содержание азота в листьях по мере созревания растений, однако в 2009 и 2018 годах наблюдалось взаимодействие между внесением удобрений и нормой азота: растения, выращенные без внесения опилок, имели более низкое содержание азота в листьях при низкой норме азота (1,54% в 2018 году) по сравнению с высокой нормой азота (1,72%), тогда как при внесении опилок норма азота не оказывала влияния (в среднем 1,63%N). Количество азота в листьях также было выше на голой почве, чем при мульчировании опилками в 4 из 7 лет, а при высокой норме азота в 5 из 7 лет по сравнению с низкой нормой азота (данные не показаны). Это похоже на то, что было обнаружено при использовании сорнякового мата над голой почвой по сравнению с опилками (Strik et al., 2019), вероятно, из-за более низкой температуры почвы под опилками (Strik et al., 2020a), снижающей поглощение азота (Davisand Strik, 2021). Наши результаты о более высоком содержании азота в листьях при внесении удобрений согласуются с результатами предыдущих исследований голубики (Bryla et al., 2012; Ehret et al., 2014; Strik et al., 2019).

P листьев. Для P листьев наблюдался основной эффект года и взаимодействие год × мульча и год × инкорпорация × норма N (табл. 2). P листьев варьировал от 0,09% до 0,14%, с самым высоким уровнем в 2005 году. Хотя растения, выращенные без мульчи, имели более высокий уровень P в листьях в 2004 и 2005 годах, чем растения с мульчей из опилок, в 2010 году наблюдалось обратное (данные не показаны). Растения, удобренные высокой нормой N, имели более высокий уровень P в листьях в 2004 году, но только на инкорпорированных участках. В течение каждого года исследования на P листьев в целом не влияла инкорпорация опилок, мульча или норма N на P листьев (табл. 2). Мульча влияла на P листьев в 2005 и 2010 годах, но если в 2005 году P листьев был выше на пустой почве (0,14%) по сравнению с мульчей из опилок (0,13%), то в 2010 году наблюдалась обратная картина (0,13% для пустой почвы и 0,14% для мульчи из опилок). С 2011 года и до конца исследования не было выявлено влияния обработки на содержание P в листьях. Увеличение содержания P в листьях было связано с улучшением роста корней, что было обнаружено в опилочной мульче по сравнению с сорным матом на голой почве и с сорным матом на опилочной мульче (Strik et al, Nemeth et al. (2017) обнаружили больше корней на голой почве, чем на опилочной мульче в 2011 и 2012 годах, в то время как общий рост корней был наибольшим в инкорпорированной почве без мульчи и наименьшим в неинкорпорированной почве без мульчи, но только в 2011 году. Уайт (2006) сообщил об отсутствии влияния нормы азота на сухой вес корней, в то время как Немет и др. (2017) обнаружили, что более высокая норма азота увеличила запас углерода в корнях, но только в 2011 году. У молодых растений голубики сухая масса корней была больше у растений, удобренных более низкой нормой азота (Brylaet al., 2012; Larco et al., 2013), и коррелировала с увеличением содержания P в листьях.

Катионы в листьях. Для содержания K в листьях наблюдался основной эффект года и взаимодействие год × заделка, год × мульча и год × норма азотных удобрений (табл. 2). К в листьях был самым высоким у молодых растений, как сообщалось в работе Striket al. (2019), и в целом был выше на пустой почве и при высокой норме N, по сравнению с низкой нормой. Однако большинство эффектов обработки снизились после 2005 года. Внесение опилок в почву привело к увеличению К листьев в 2004 году (0,64%) по сравнению с отсутствием внесения (0,56%), но К листьев был ниже при использовании опилочной мульчи (0,51%, в среднем за 2004 и 2005 годы), чем при использовании голой почвы (в среднем 0,61%). К листьев был выше при высокой норме азота в первые два года (0,54% в 2005 году), чем при низкой или средней норме азота (в среднем 0,51%), но внесение удобрений не повлияло на К листьев в последующие годы. В неорганической голубике почвенный и листовой K положительно коррелировали в течение нескольких лет 10-летнего исследования (Strik et al., 2019), в то время как в данном исследовании более высокие уровни почвенного K, обнаруженные при внесении низкой нормы N, не оказали такого же влияния, возможно, потому, что уровень почвенного K в некоторых вариантах обработки был значительно выше в их исследовании.

Содержание Ca в листьях было самым высоким в первый вегетационный период (табл. 2) и не увеличивалось с возрастом посадки, как было отмечено в работе Strik et al. Наблюдалось взаимодействие год × инкорпорация × мульча, поскольку содержание Ca в листьях было ниже на участках без мульчи (которые также имели более низкий уровень Ca в почве), чем на участках с опилками и мульчей с 2004 по 2010 год, но не в более поздние годы (данные не показаны). Возможно, эффект от внесения опилок перед посадкой со временем уменьшился, а также по мере старения посадок уменьшилось количество мульчирования опилками, что привело к уменьшению поступления Ca в систему. Кроме того, поскольку содержание Ca в почве увеличилось в среднем по всем обработкам, любые ограничения на поглощение Ca растениями могли рассеяться, что привело к уменьшению различий между обработками. Растения, удобренные низким содержанием N, имели более высокий уровень Ca в листьях в 2005 году и в период с 2009 по 2011 год, особенно на участках без опилочной мульчи. В среднем за период исследования внесение удобрений в почву, мульчирование опилками и внесение удобрений с низкой нормой азота увеличили содержание Ca в листьях (табл. 2).

Mg в листьях был самым высоким в 2004 г., хотя изменений Mg в листьях с возрастом посадки не наблюдалось (табл. 2). В 2004 году у растений, выращенных с внесением перед посадкой опилок, Mg в листьях был выше, чем у растений, выращенных без мульчи, в то время как в последующие годы различия между этими обработками были меньше (данные не показаны). При использовании голой почвы влияние нормы азота на Mg в листьях было незначительным. Однако при мульчировании опилками внесение удобрений с низкой нормой азота привело к повышению Mgin в листьях в 2004 году, в то время как в 2009 году наблюдалась обратная картина. В среднем за период исследования внесение удобрений в почву увеличило Mg в листьях (табл. 2).

S листьев. S листьев не измерялся до 2009 года, и его концентрация была самой низкой в 2009 и 2018 годах (Таблица 2). Мульчирование опилками уменьшило содержание S в листьях в 2011 году по сравнению с пустой почвой, в то время как в 2018 году наблюдалась обратная картина (данные не показаны). Внесение опилок не оказало значительного влияния, за исключением 2018 года, когда взаимодействие с нормой удобрений показало, что S листьев вымывается больше при высокой норме азота на участках без инкорпорирования, но не было никакого влияния нормы азота на внесение опилок перед посадкой (данные не показаны). Предыдущие исследования показали, что влияние обработки на S листьев часто имеет сходную реакцию и характер сезонных изменений, как и N листьев (Strik et al., 2019; Strik and Vance, 2015). Влияние мульчи на S листьев было непоследовательным в течение нескольких лет, когда оно было значительным, и различия были довольно малы и, вероятно, не имели большого биологического значения.

Микроэлементы. Влияние года и нескольких взаимодействий обработок: год × инкорпорация × мульча, год × инкорпорация × норма азота и год × мульча × норма азота повлияли на B листьев (таблица 2). Содержание бора в листьях было ниже уровня нормы (Hart et al., 2006) во все годы, кроме 2009 и 2018. Дефицит бора является обычным явлением для голубики в западном Орегоне (Davis and Strik, 2021; Strik et al., 2019; Strik and Davis, 2022). Растения, выращенные без мульчи в почве с внесенными удобрениями, имели более высокий уровень B в листьях, чем растения с мульчей или в почве без внесения удобрений, но только в 2004 году (данные не показаны). Внесение удобрений с низкой нормой азота привело к увеличению содержания B в листьях в почве с внесенными удобрениями по сравнению со средней и высокой нормами в период с 2009 по 2018 год, но только в 2009 и 2018 годах в почве без удобрений. Высокая норма азота, внесенная без добавления опилок, снизила содержание B в листьях с 2009 по 2012 год по сравнению с низкой и средней нормами в 2009 и 2011-12 годах (данные не показаны). Хотя влияние концентрации азота привело к схожей динамике B листьев между мульчированными и немульчированными растениями (низкая норма азота имела самые высокие уровни в большинстве лет), для растений, выращенных с опилочной мульчей, наблюдалась большая разница между высокой нормой азота (самая низкая B листьев) и средней нормой с 2011 по 2018 год (данные не показаны). В среднем за период исследования растения, выращенные на почве с внесенными удобрениями, имели более высокую листовую B, чем без них, а внесение удобрений с низкой нормой N привело к более высокой листовой B по сравнению с другими нормами (табл. 2).

Содержание Mn в листьях было выше в 2004 году, чем в другие годы, и особенно высоким оно было в почве, смешанной с опилками, но оставленной без мульчирования (табл. 2). В среднем, Mn в листьях был ниже, когда растения удобряли низкой нормой азота. Это влияние нормы азота на Mn в листьях в некоторые годы было более выражено в неперегнойной почве (89 ppm против 126 ppm в 2018 году для низкой и высокой нормы азота, соответственно). Кроме того, различия между Mn в листьях при низких и высоких нормах азота были более выраженными, когда растения выращивались на голой почве по сравнению с мульчей из опилок (данные не показаны). pH почвы был выше в первые годы, когда опилки применялись в качестве мульчи или вносились перед посадкой, и на протяжении всего исследования, когда использовалась низкая норма азота, что, вероятно, объясняет эти различия в количестве Mn в листьях, поскольку этот питательный элемент легче усваивается в почве с более низким pH.

Содержание Fe в листьях зависело от года и было выше, в среднем, когда мульча не была предварительно установлена (115 ppm по сравнению с 108 ppm с мульчей из опилок; Таблица 2), но было в пределах рекомендуемых норм (45-300 ppm; Strik andDavis, 2022) для всех лет, кроме 2005 (43ppm). Результаты содержания Fe в листьях могут меняться из-за осаждения пыли на листьях, как предполагают другие (Strik et al, 2019); это было особенно заметно в 2004 году, когда мульчированные растения содержали 150 ppm Fe по сравнению с 176 ppm для немульчированных растений.

На содержание Cu в листьях влияли год, год × инкорпорация × норма N и год × мульча × норма N (табл. 2). Внесение удобрений с низкой нормой азота увеличило Cu в листьях на участках с инкорпорацией с 2010 по 2012 год, но только в 2004 году на участках без инкорпорации (Таблица 2). Низкая норма N также увеличивала Cu листьев при выращивании растений без мульчи в 2010 и 2011 годах, но только в 2004 году для растений, выращенных с мульчей из опилок (данные не показаны). Кроме того, растения, удобренные высоким содержанием N, имели самый низкий уровень Cu в листьях в 2004 году на голой почве, в то время как это не наблюдалось при использовании опилочной мульчи. В целом, на содержание Zn в листьях влиял только год, а самый высокий уровень был отмечен в 2004 году (Таблица 2).

Питательные вещества в плодах

Концентрация питательных веществ в плодах измерялась в 2011 и 2012 годах. Хотя содержание большинства питательных веществ в спелых плодах в разные годы было одинаковым, содержание Ca, S и Al было ниже в 2011 году (0,025%, 0,020% и 14 ppm, соответственно), чем в 2012 году (0,030%, 0,023% и 84 ppm). Некоторые эффекты обработки были обнаружены для P, Mg и S в плодах, но различия составили всего 0,001% и, вероятно, не имели большого биологического значения. Внесение опилок привело к снижению концентрации K, Ca, B и Mn (0,25%, 0,026%, 2,6 ppm, 7,0 ppm, соответственно) в плодах по сравнению с плодами, выращенными в почве без внесения опилок (0,27%, 0,029%, 2,8 ppm и 8. Добавление опилочной мульчи увеличило содержание Ca в плодах (0,029% по сравнению с 0,026% на пустой почве). Плоды, полученные при обработке с низким содержанием азота, содержали больше Ca и B (0,030% и 2,8 ppm), чем при обработке с высоким содержанием азота (0,025% и 2,5 ppm, соответственно). Содержание питательных веществ, не отличающееся в зависимости от года и обработки, составило в среднем 0,46% N, 0,03% P, 0,014% Mg, 15 ppm Fe, 1,3 ppm Cu и 2,3ppm Zn. Эти уровни концентрации питательных веществ в плодах ниже, чем те, которые мы обнаружили в предыдущих исследованиях в органических и традиционных системах для других сортов (Davis andStrik, 2021; Strik and Vance, 2015).

Урожайность и качество плодов

Значительное влияние на урожайность оказали год (P<0,0001), год × внесение удобрений (P=0,0071) и внесение удобрений × мульча (P=0,0020). В целом, урожайность увеличивалась по мере созревания растений с 2,5 кг/растение на 3-й год до 6,6 кг/растение на 10-й год, хотя урожайность fluc-tuated, вероятно, из-за обрезки и погодных условий (рис. 1). Внесение опилок перед посадкой увеличило урожайность за 8-летний период (а также в 2018 г: 3,8 кг/растение по сравнению с 3,2 кг/растение без внесения опилок), что, вероятно, связано с более высокой надземной биомассой растений, выращенных в почве с внесенными перед посадкой опилками (Nemeth et al., 2017). Однако взаимодействие год × инкорпорация показало, что в семь отдельных лет не было значимых различий между обработками, а в 2013 году растения, выращенные в почве без инкорпорации опилок, имели более высокую урожайность (рис. 1, 2018 не приводится). Растения, выращенные с инкорпорированными опилками и без мульчи, имели более высокую урожайность с одного растения (4,2 кг в среднем за 2006-2013 гг.) по сравнению с инкорпорированными с мульчей или неинкорпорированными с мульчей или без нее (в среднем 3,9 кг), что напрямую соответствует влиянию обработки на общий сухой вес спящих растений (нижняя и надземная биомасса), о котором сообщалось в 2011 и 2012 годах (Nemeth, 2013). На протяжении всего исследования ирригационные линии располагались поверх опилок, и хотя влажность почвы всегда находилась в пределах допустимого диапазона (White, 2006; D. Nemeth, неопубликованные данные), это могло негативно повлиять на перемещение воды и питательных веществ к корням растений. Уровень корневой инфекции beneficialmycorrhizae был выше на голой почве по сравнению с мульчей из опилок, а также при внесении низкой нормы азота по сравнению с высокой (Nemeth, 2013), что может помочь объяснить, почему эти обработки показали хорошие результаты.

Норма внесения азотных удобрений не влияла на урожайность ни в один год, за исключением 2008 года, когда растения, удобренные высокой нормой, дали больше урожая (2,2 кг/растение), чем растения, удобренные низкой нормой (1,9 кг/растение). Однако при полном анализе обработок и лет норма азота не оказала влияния на урожайность (данные не показаны), даже несмотря на то, что низкая норма азота была ниже рекомендуемой, особенно при использовании опилочной мульчи и дополнительных 28 кг/ha1N для компенсации иммобилизации азота (Hart et al., 2006). Более высокие нормы внесения азотных удобрений либо не повышали урожайность, либо снижали ее у голубики (Ba~nados et al., 2012; Gou-lart et al., 1997; Lareau, 1989; Strik et al., 2017a). В этой посадке внесение азотных удобрений также не оказало влияния на биомассу растений в 2011 и 2012 годах (Nemeth et al., 2017). Данные по урожайности были собраны и в 2018 году, и хотя урожайность с одного растения была ниже, чем обычно для зрелых растений, влияние нормы внесения азотных удобрений (в среднем 3,5 кг/растение) не было отмечено.

Вес ягод и их величина были очень высокими на всех обработках в 2006 году, так как это был первый сезон плодоношения, а молодые растения обрезаются только для того, чтобы стимулировать рост корней, что приводит к более крупным ягодам, чем в последующие годы (Strik, 2020). Ягоды были меньше по диаметру и весу при высокой норме азота (16,9 мм; 2,12 г) по сравнению с низкой или средней нормами (в среднем 17,0 мм, 2,15 г); однако эти различия довольно малы и, вероятно, не имеют большого биологического значения. Когда растения были удобрены высокой нормой азота, вес ягод был схож (2,16 г) с более низкими нормами при внесении опилок, но ниже (2,08 г) без внесения. Мульчирование опилками увеличило массу ягод в 2006 (3,31 г) и 2007 (1,88 г) годах по сравнению с пустой почвой (3,20 и 1,82 г, соответственно), но не оказало значительного влияния с 2008 по 2013 год (в среднем 2,04 г), за исключением 2010 года, когда масса ягод у растений без мульчи (1,86 г) была выше, чем у растений с мульчей (1,76 г). Растения, выращенные в почве с добавлением опилок, имели меньшую массу плодов (174 г-mm1deflection) в 2006 году, чем растения с добавлением опилок (182 г-mm1deflection), но в остальные годы масса плодов уменьшалась, и либо не было никакой разницы, либо растения в почве с добавлением опилок дали немного больше плодов, чем растения в почве без добавления опилок (данные не показаны). Стрик и Дэвис (2021) также не обнаружили влияния мульчи на вес ягод или их упругость у голубики сорта 'Duke'. Внесение удобрений с высокой нормой азота привело к тому, что ягоды были немного firmer при анализе всех лет (144 г-mm1deflection) по сравнению со средней (142 г-mm1deflection) или низкой (140 г-mm1deflection) нормами, возможно, из-за меньшего размера ягод в этом варианте обработки. Однако, когда этот эффект был проанализирован по годам, он был обнаружен только в 2 из 7 лет, и, как и в случае с весом ягод, эти небольшие различия, вероятно, не имеют большого биологического значения. TSS ягод в целом было выше (14,7%) при обработке почвы по сравнению с отсутствием обработки (14,4%), но использование мульчи из опилок в комбинации с мульчей снизило TSS в 2 из 5 лет по сравнению с голой почвой.

Сравнение стоимости обработки

Внесение опилок в почву перед посадкой растений обошлось в $3150/га, включая материалы и индивидуальное внесение. Однако средняя урожайность (2006-13 гг.) была выше при внесении опилок, что привело бы к увеличению чистой прибыли на $7680 от продажи фруктов, выращенных машинным способом, за это время, что более чем достаточно для компенсации дополнительных затрат при закладке плантации.

Если бы часть фруктов была продана на свежем рынке, эта разница была бы еще больше, так как в этом случае садовод получал бы более высокую цену. Внесение опилок перед посадкой остается рекомендацией для садоводов из-за длительного увеличения SOM по сравнению с отсутствием внесения, а также из-за одноразового применения и стоимости, что, как показали другие исследования, благоприятно сказывается на урожайности (Davis and Strik, 2021). Мульчирование опилками является дорогостоящим, поскольку их необходимо часто пополнять (общие затраты составили $11 618/га за четыре применения в период с 2003 по 2010 год). Однако затраты на борьбу с сорняками при использовании опилок считаются более низкими по сравнению с голой почвой, поскольку требуется меньшее количество контактных гербицидов или ручных операций по удалению сорняков в междурядьях (Strik and Vance, 2017; Tertuliano et al., 2012).Недавние исследования показали, что мульча из сорнякового мата (плетеное черное полипропиленовое покрытие) и комбинация опилок с сорняковым матом сверху были даже более экономичными, чем мульча из опилок, благодаря увеличению урожайности плодов и снижению затрат на управление (Strik and Vance, 2017; Strik and Davis, 2021).С 2004 по 2018 год общие затраты на внесение азотных удобрений при низкой норме составили $1342/га по сравнению с $4022/га при средней и $6494/га при высокой норме. Поскольку норма внесения удобрений не повлияла на урожайность, использование низкой нормы азотных удобрений обеспечит максимальную общую экономию затрат в размере $5152/га за этот период без ущерба для производства и снизит вероятность вымывания азота.

Резюме

Внесение опилок в почву перед посадкой увеличивало урожайность и TSS ягод в целом, несмотря на незначительное влияние уровня азотного удобрения на содержание N, Ca, S и Mn в листьях по сравнению с отсутствием внесения. Мульчирование опилками в сочетании с внесением в почву снижало урожайность и TSS в некоторые годы по сравнению с голой почвой, но этот эффект, по-видимому, не был связан с SOM или pH.

Хотя P и Ca в почве и Ca в листьях были выше при мульчировании опилками, уровень внесения удобрений оказал большее влияние на почву и питательные вещества растений, чем мульчирование. Внесение удобрений с низкой нормой азота привело к повышению pH почвы и снижению азота в листьях в некоторых случаях, в зависимости от добавки, мульчи или года, но к повышению содержания Ca в листьях; влияние нормы азота снижалось при внесении опилок. Урожайность не зависела от нормы внесения азотных удобрений, а ягоды весили больше и были крупнее в диаметре при низких и средних нормах, особенно когда опилки не вносились, хотя различия были незначительными. Кроме того, плотность ягод и TSS были одинаковыми при использовании опилок, мульчи и удобрений в большинстве лет и всегда находились в пределах коммерчески приемлемых стандартов.

Это долгосрочное исследование показало, что растения можно успешно выращивать при относительно низком уровне азотных удобрений по сравнению с предыдущими рекомендациями, хотя следует внимательно следить за pH почвы, чтобы поддерживать его в пределах рекомендуемого диапазона, что позволяет садоводу сэкономить значительные затраты на удобрения в течение всего срока посадки. Мульчирование опилками не дало явных улучшений по сравнению с голой почвой в данном исследовании, когда влажность почвы хорошо поддерживалась, а сорняки хорошо уничтожались, но может быть полезным инструментом для изоляции почвы, сохранения влаги в почве и снижения давления сорняков. Внесение опилок перед посадкой полезно для увеличения и поддержания SOM, повышения содержания некоторых питательных веществ в почве и листьях, а в данном исследовании - для увеличения урожайности, чтобы компенсировать дополнительные затраты на посадку.