Введение. Применение минеральных удобрений – один из самых эффективных способов повышения продуктивности агроценозов, особенно в условиях низкого естественного плодородия дерново-подзолистых почв [1, 2]. В условиях высокой стоимости минеральных удобрений, потребности в экологизации их использования и изменяющегося климата продолжает оставаться актуальной задача рационального использования питательных веществ удобрений [1, 3–5].Картофель клубеносный является одной из важнейших продовольственных культур в России и мире. Он хорошо отзывается на применение как минеральных, так и органических удобрений [1, 6–9]. Одним из главных негативных погодных явлений для картофеля является засуха, так как картофель требователен к обеспеченности водой, особенно в критические фазы [5]. В зависимости от влагообеспеченности меняется также эффективность применения минеральных удобрений [3, 7]. Ряд исследователей показывают, что с возрастанием доз минеральных удобрений снижается эффективность их применения даже в благоприятные годы, в условиях же засухи высокие дозы NPK могут приводить к снижению урожайности или к их низкой окупаемости [6, 8, 9].При оценке картофеля как продовольственного товара и как сырья для промышленной переработки большое внимание уделяется биохимическому составу клубней, который может изменяться в зависимости от условий питания, сорта и погодных условий [5, 6, 8, 10, 11]. В научной литературе есть сведения о том, что показатели качества при применении удобрений могут как улучшаться [11], так и ухудшаться [5, 12, 13]. Другие исследования указывают, что качество картофеля при применении среднерекомендуемых доз изменяется незначительно или зависит от соотношения азотных и фосфорных удобрений [1]. В то же время при высоких дозах азотного удобрения, особенно в засушливых условиях вегетации, в клубнях картофеля может накапливаться избыточное содержание нитратного азота [1]. Поэтому большое значение приобретает выбор доз и соотношений минеральных удобрений, обеспечивающих сбалансированный подход между получением наибольшей урожайности и лучших показателей качества.Цель исследования – установить влияние различных доз и соотношений минеральных удобрений на урожайность и показатели качества картофеля в Среднем Предуралье.Объекты и методы. Исследования проводили в длительном стационарном опыте «Изучение влияния доз и соотношений минеральных удобрений на урожайность полевых культур», заложенном в 1978 и 1980 гг. на базе Пермского НИИСХ – филиала ПФИЦ УрО РАН.Опыт заложен по сокращенной схеме 1/9 полного факториального эксперимента (6 × 6 × 6). Схема опыта предусматривает изучение 6 градаций доз азотных (N), фосфорных (Р) и калийных (K) удобрений – от 0 до 5 в условных обозначениях количества единичных доз (30 кг/га д.в.). Повторность вариантов в опыте двукратная, расположение делянок блоками, общая площадь делянки составляет 120 м2, учетная площадь – 72 м2.Почва опытного участка – дерново-подзолистая тяжелосуглинистая, слабогумуссированная. На момент проведения исследований содержание подвижного фосфора в почве по делянкам опыта изменялось от высокого до очень высокого, содержание подвижного калия – от повышенного до очень высокого.Исследования проведены в шестой ротации севооборота на картофеле сорта Гала в 2020 и 2022 гг. Все минеральные удобрения вносили перед посадкой картофеля под предпосадочную обработку. Агротехника в опыте – общепринятая для Центральной зоны Предуралья. Схема посадки – 75 х 50. Посадка была проведена 01.06.2020 и 01.06.2022, учет урожайности косвенным методом по 20 растениям с делянки проводили 16.09.2020 и 30.08.2022. Надземную массу растений для определения обеспеченности основными элементами питания отбирали в фазу цветения.Основной метод математической обработки в опыте – корреляционно-регрессионный анализ, основанный на теории метода наименьших квадратов [14]. Достоверное влияние изучаемых видов и соотношений минеральных удобрений устанавливается по включению их в регрессионное уравнение после проверки соответствующих коэффициентов регрессии на достоверность. Величина коэффициента детерминации характеризует долю изменчивости зависимой переменной, которую возможно объяснить изменчивостью независимых переменных. Математическую обработку результатов проводили с помощью программы STATISTICA 10.Показатели качества клубней картофеля и содержание NPK определяли по общепринятым методикам. Показатели структуры урожайности – в соответствии с методическими указаниями [15]. К товарной фракции относили клубни массой от 40 г и больше, к семенной – от 20 до 80 г.Погодные условия в годы проведения исследований были различны (рис. 1). Средний ГТК за 2020 г. составил 1,5, на протяжении периода вегетации картофеля наблюдались как засушливые периоды, так и периоды с нормальным и избыточным увлажнением. За 2022 г. средний ГТК за период вегетации картофеля составил 0,62, что характеризует год как острозасушливый.   Рис. 1. ГТК вегетационных периодов 2020 и 2022 гг.HTC of the growing seasons 2020 and 2022 Результаты и их обсуждение. В условиях 2020 г. был сформирован более высокий, по сравнению с 2022 г., уровень урожайности картофеля (табл. 1). В 2020 г. урожайность клубней картофеля изменялась от 20,0 т/га при дозе N90 до 28,5 т/га при дозе N30P120K30, в 2022 г. от 14,4 т/га на контроле до 24,2 т/га при дозе N150P60K150. Данная закономерность связана прежде всего с более засушливыми погодными условиями во второй год исследований. В среднем за два года наименьшая урожайность получена в контрольном варианте – 17,8 т/га, наибольшая в варианте N150P60K150 – 25,0 т/га. В среднем по опыту при применении минеральных удобрений урожайность составила 21,9 т/га. Наибольшая окупаемость 1 кг д.в. прибавкой урожая получена при внесении одних азотных удобрений в дозе 90 кг/га д.в. (45,6 кг/кг), наименьшая при внесении полного минерального удобрения в дозе 30 кг/га д.в. (7,8 кг/кг).  Таблица 1Урожайность картофеля и окупаемость минеральных удобрений основной продукцией,  2020 и 2022 гг.Potato yield and payback of mineral fertilizers by main products, 2020 and 2022 ВариантУрожайность, т/гаОкупаемость, кг/кг20202022Среднеет/гак контролюБез удобрений21,114,417,8 –K9022,814,518,60,88,9P9023,114,618,81,011,1P90K9021,818,620,22,413,3N9020,023,821,94,145,6N90K9022,721,422,04,223,3N90P9026,816,621,73,921,7N90P90K9023,518,921,23,412,6N30P30K3020,416,718,50,77,8N30P30K12025,419,522,54,726,1N30P120K3028,517,723,15,329,4N30P120K12020,822,421,63,814,1N120P30K3021,520,521,03,217,8N120P30K12027,616,121,94,115,2N120P120K3027,017,922,44,617,0N120P120K12028,121,424,76,919,2N60P60K6027,120,223,75,932,8N60P60K15025,420,623,05,219,3N60P150K6023,720,121,94,115,2N60P150K15025,321,323,35,515,3N150P60K6024,319,021,63,814,1N150P60K15025,824,225,07,220,0N150P150K6026,919,123,05,214,4N150P150K15026,918,522,74,910,9  По результатам корреляционно-регрессионного анализа получены регрессионные уравнения, описывающие действие изучаемых доз и соотношений минеральных удобрений на урожайность картофеля (формулы (1)–(3)). В условиях 2020 г. основная роль в увеличении урожайности принадлежала фосфорным удобрениям и в меньшей степени – калийным. C повышением доз эффективность удобрений снижалась. В условиях 2022 г. основная роль в увеличении урожайности принадлежала азотным удобрениям, эффективность которых также снижалась при возрастании доз. В среднем за два года проявилось действие азотных и калийных удобрений, которое не было взаимосвязано (рис. 2). Необходимо отметить, что полученные коэффициенты детерминации находились на относительно низком уровне: действием минеральных удобрений может быть объяснено только 58 % изменчивости урожайности в среднем за два года и 52–59 % изменчивости по годам  У20 = 20,56 + 1,3299 ∙ P + 0,2880 ∙ K2+ 0,1919 ∙ NP – 0,4942 ∙ PK ; (R2 = 0,52).(1)У22 = 14,85 + 3,7723∙N0,5 – 1,8536 × NP0,5 + 1,3573 ∙ PK0,5; (R2 = 0,59).(2)У20, 22 = 18,67 + 1,5178 ∙ N0,5 + 0,3856 ∙ K;  (R2 = 0,58),(3)  где У20, У22, У20, 22 – урожайность картофеля в 2020, 2022 гг. и в среднем за 2020 и 2022 гг. т/га; N, P, К – дозы азотных, фосфорных и калийных удобрений в кодированном виде – количество единичных доз; 20,56; 14,85; 18,67 – теоретическая урожайность в варианте без применения удобрений; 1,3299–0,3856 – коэффициенты регрессии, характеризующие действие удобрений.   Рис. 2. Влияние возрастающих доз N и K на урожайность картофеля (2020 и 2022 гг.)  (расчетные данные)The effect of increasing doses of N and K on potato yields (2020 and 2022) (estimated data)  Урожайность клубней картофеля определялась массой клубней с куста (r = 0,74), которая изменялась в среднем за два года исследований от 544,8 г на контроле до 794,0 г в варианте N150P60K150 (табл. 2). Наименьшее количество клубней в кусте было получено в варианте N60P60K150, в среднем при применении удобрений количество клубней составило 18 шт/куст. Средняя масса клубня изменялась в широком диапазоне от 29,8 до 50,9 г, максимальное значение получено в варианте N150P60K150, где количество клубней было минимальным среди всех вариантов опыта. Содержание в урожае товарной фракции, к которой относили клубни массой от 40 г и выше, изменялось по вариантам опыта от 48,5 до 79,3 %, семенной, к которой относили клубни массой от 20 до 80 г, от 47,8 до 75,5 %. Средняя масса клубня, содержание товарной фракции и семенной фракции в среднем по всем вариантам с применением минеральных удобрений установились на уровне контроля: 38,0 г, 65,3 и 65,5 % соответственно.Регрессионные уравнения, описывающие влияние изучаемых минеральных удобрений на показатели структуры картофеля, в среднем за два года представлены в формулах (4)–(8). Для таких показателей, как масса и количество клубней, а также процент семенной фракции в урожае, были получены статистически доказуемые уравнения регрессии. Коэффициент детерминации в этих уравнениях находился при этом на относительно низком уровне – действием изучаемых минеральных удобрений можно объяснить только 25–37 % изменчивости данных показателей. Основной вклад в эту изменчивость оказывали азотные и фосфорные удобрения. Для средней массы клубня и содержания товарной фракции в урожае картофеля статистически значимых уравнений получено не было. Таблица 2Структура урожайности картофеля (2020 и 2022 гг.), т/гаPotato yield structure (2020 and 2022), t/ha ВариантМасса клубней,г/кустКоличествоклубней, шт/кустСредняя массаклубня, гСодержание в урожае  картофеля, %товарной фракциисеменной фракцииБез удобрений544,813,539,165,064,4K90582,515,535,160,175,5P90624,217,036,365,370,6P90K90624,319,032,657,569,1N90683,818,536,665,670,1N90K90688,917,041,771,770,8N90P90649,218,534,966,165,4N90P90K90634,018,534,660,368,0N30P30K30570,917,033,958,066,3N30P30K120635,016,537,369,371,5N30P120K30673,317,039,467,553,5N30P120K120683,918,042,773,561,4N120P30K30696,818,039,865,370,0N120P30K120577,218,029,848,569,9N120P120K30751,120,037,062,467,2N120P120K120718,218,039,667,561,3N60P60K60752,519,039,667,768,5N60P60K150693,513,050,979,347,8N60P150K60657,916,040,869,666,6N60P150K150609,014,542,269,656,9N150P60K60698,521,033,657,368,0N150P60K150794,019,542,373,961,1N150P150K60691,616,040,969,664,9N150P150K150639,519,532,956,463,3 Масса клубней = 595,34 + 47,3138∙N0,5  (R2 = 0,31);(4)Количество клубней = 15,29 + 0,1161∙N2+1,6273 ∙ P – 0,3256∙P2  (R2 = 0,37);(5)Средняя масса клубня = const ;(6)Товарная фракция = const ;(7)Семенная фракция = 69,82 – 2,0456 ∙ PK0,5  (R2 = 0,25),(8)  где масса…, количество…, средняя..., товарная…, семенная… – показатели структуры урожайности картофеля в среднем за 2020 и 2022 гг.; N, P, К – дозы азотных, фосфорных и калийных удобрений в кодированном виде – количество единичных доз; 595,34; 15,29; 69,82 – теоретические значения показателей в варианте без применения удобрений; const – постоянное значение; 47,3138–2,0456 – коэффициенты регрессии, характеризующие действие удобрений.Содержание крахмала в клубнях картофеля в среднем за два года исследований составило 14,6 % на контроле и при применении удобрений снижалось: в среднем по всем вариантам с внесением минеральных удобрений оно составило 13,7 % и достигло минимума в варианте с максимальной дозой N150P150K150 (табл. 3). Данная закономерность была отмечена изначально в засушливом 2022 г., когда среднее содержание крахмала по всем вариантам с применением удобрений составило 15,6 при 17,4 % на контроле. В условиях 2020 г., когда в целом за период вегетации отмечено нормальное увлажнение (ГТК = 1,5) при содержании крахмала в контрольном варианте на уровне 11,7 %, содержание в среднем по всем вариантам с применением удобрений составило 11,9 %.  Таблица 3Показатели качества картофеля сорта Гала (2020 и 2022 гг.)Quality indicators of Gala potatoes (2020 and 2022) ВариантКрахмал, %Сухое вещество, %Нитраты, мг/кг20202022Среднее20202022Среднее20202022СреднееБез удобрений11,717,414,619,922,721,34610073K9011,916,514,218,823,421,1618171P9012,717,415,120,522,221,4488466P90K9013,515,914,718,921,420,24611078N9013,116,714,919,923,221,65213493N90K9011,115,313,218,520,819,753172113N90P9012,417,414,920,424,022,25212890N90P90K9014,014,114,118,020,419,25114698N30P30K3012,415,914,218,622,820,75710581N30P30K12012,115,013,619,421,720,66212694N30P120K3010,515,513,018,122,420,35310277N30P120K12011,014,412,718,320,719,5499070N120P30K3010,816,813,820,023,721,954171112N120P30K12011,316,413,917,921,719,871148109N120P120K3012,715,914,319,622,421,05312388N120P120K12012,314,313,319,120,920,05813998N60P60K6011,614,813,219,222,320,86312293N60P60K15010,915,413,218,419,819,1699582N60P150K6011,517,114,319,022,020,54810677N60P150K15011,314,212,817,620,619,14212282N150P60K6011,515,113,318,021,519,854177115N150P60K15012,514,613,616,919,718,366144105N150P150K6010,915,813,418,921,720,368139103N150P150K15011,214,112,715,719,617,757146101  Содержание сухого вещества изменялось в диапазоне от 15,7 до 20,5 % в 2020 г. и от 19,6 до 24,0 % в 2022 г. В оба года исследований минимальное значение показателя отмечено при применении максимальной в опыте дозе полного минерального удобрения N150P150K150. Содержание нитратного азота в клубнях зависело от погодных условий периода вегетации: в более влажный 2020 г. оно варьировало в относительно узком диапазоне 42–71 мг/кг, в засушливом 2022 г. – в диапазоне 81–177 мг/кг. Наиболее высокие значения показателя отмечены в вариантах, где внесение азотных удобрений не сопровождалось внесением фосфорных и калийных. Превышения предельно допустимой концентрации нитратов в картофеле не выявлено ни в один из годов проведения исследования.Отмеченные выше закономерности нашли свое выражение в регрессионных уравнениях (формулы (9)–(11)). Содержание крахмала достоверно снижалось под действием азотных и калийных удобрений, их действием можно объяснить 45 % изменчивости показателя по вариантам опыта. Связано это с тем, что при увеличении дозы азотных удобрений, особенно при низких дозах фосфорных, нарушается поступление углеводов из листьев в клубень. Стоит отметить, что в условиях достаточного увлажнения 2020 г. статистически значимого уравнения не было получено. В условиях засушливого 2022 г. статистически значимо было негативное влияние на содержание крахмала калийных удобрений (R2 = 0,57), что нашло свое выражение в уравнении по усредненным за два года данным. Общеизвестно, что ионы хлора, содержащиеся в большом количестве в хлористом калии, вызывают снижение содержание крахмала, тем не менее достоверно такой эффект получилось обнаружить только в условиях засухи.   Крахмал = 14,46 – 0,3161∙NK0,5  (R2 = 0,45).(9)Сухое вещество = 20,89 + 0,2365∙N – 0,1337∙NK – 0,0444∙PK  (R2 = 0,80).(10)Нитраты = 73,40 + 7,7222∙N – 3,2500∙P + 6,6238∙K – 1,1692∙K2  (R2 = 0,86).(11)  где крахмал, сухое вещество, нитраты – содержание крахмала (%), сухого вещества (%) и нитратного азота (мг/кг) в клубнях картофеля в среднем за 2020 и 2022 гг.; N, P, К – дозы азотных, фосфорных и калийных удобрений в кодированном виде – количество единичных доз; 14,46; 20,89; 73,40 – теоретические значения показателей в варианте без применения удобрений; 0,3161; 0,1337; 1,1692 – коэффициенты регрессии, характеризующие действие удобрений.Содержание сухого вещества и нитратного азота в клубнях картофеля повышалось при применении азотных удобрений и снижалось при применении фосфорных. Калийные удобрения в сочетании с другими снижали содержание сухого вещества и повышали содержание нитратного азота при применении их в низких дозах. Действием минеральных удобрений может быть объяснено 80 % изменчивости сухого вещества и 86 % изменчивости содержания нитратного азота по вариантам опыта. Отдельно по годам исследований получены схожие закономерности изменения данных показателей под действием изучаемых минеральных удобрений.Оптимальное содержание в верхней части растения картофеля (4–5-й лист сверху) в фазу цветения составляет для азота 4,5–5,5 %, фосфора 0,4–0,5, калия 4,2–5,1 [16]. В среднем за два года исследований содержание азота в фазу цветения картофеля изменялось в диапазоне от 2,65 до 3,53 % и было ниже оптимального уровня (табл. 4). Содержание фосфора и калия в данную фазу находилось в диапазонах 0,53–0,67 и 3,79–6,06 % соответственно. Для содержания фосфора было характерно нахождение концентраций в группах оптимального и избыточного (> 0,6 %) содержания. Содержание калия, в свою очередь, ввиду широкого диапазона значений по вариантам, можно было отнести в группы низкого (3,8–4,2 %), оптимального и избыточного (> 5,5 %) уровней. Таблица 4Содержание основных элементов питания в зеленой массе и клубнях картофеля,коэффициент использования элементов питания из удобрений (КИУ) (2020 и 2022 гг.), %The content of basic nutrients in the green mass and tubers of potatoes, the coefficientof utilization of nutrients from fertilizers (CIU) (2020 and 2022), % ВариантЦветениеКлубниКИУNPKNPKNPK12345678910Без удобрений2,850,594,191,260,562,55–––K902,650,574,491,170,552,86––17,3P902,980,644,531,250,552,48–1,2–P90K903,280,585,321,300,553,07–1,331,5N903,460,563,791,600,472,5231,0––N90K903,080,545,041,420,412,9415,5–33,9N90P903,460,633,961,600,522,3432,84,5–N90P90K903,430,586,061,610,523,1419,9–34,6N30P30K302,930,534,141,510,482,4333,5––N30P30K1202,990,545,211,260,472,9035,32,531,3Окончание табл. 412345678910N30P120K303,230,624,051,380,552,7756,33,8110,7N30P120K1203,200,655,531,290,553,1621,81,830,3N120P30K303,390,574,771,690,462,6624,90,484,7N120P30K1203,320,575,741,570,452,9716,9–26,6N120P120K303,460,664,131,570,542,5621,73,678,4N120P120K1203,260,605,271,660,452,7228,51,031,4N60P60K603,320,565,021,500,503,0443,55,688,6N60P60K1503,370,645,121,490,433,0929,8–26,0N60P150K603,330,674,821,530,592,7935,23,647,6N60P150K1503,350,665,241,750,613,2150,13,930,8N150P60K603,470,605,101,550,502,9712,30,250,2N150P60K1503,070,565,591,800,513,3223,03,436,7N150P150K603,530,674,951,570,552,7817,02,955,2N150P150K1503,260,625,661,950,653,4620,43,428,2  Содержание элементов питания в клубнях изменялось в следующих диапазонах: азота – от 1,17 до 1,95 %, фосфора – от 0,41 до 0,65, калия – от 2,34 до 3,46 %. Максимальное содержание всех трех элементов питания к уборке сформировалось в варианте с максимальной дозой полного минерального удобрения N150P150K150. Наибольший коэффициент использования азота из удобрений получен в вариантах с применением N30P120K30 (56,3 %), N60P150K150 (50,1 %) и N60P60K60 (43,5 %), по остальным вариантам КИУ изменялся в диапазоне от 12,3 до 35,3 %. Для фосфора КИУ изменялся в относительно низких диапазонах – от 0,2 до 5,6 %, для калия – от 17,3 (K90) до 110,7 % (N30P120K30).Был проведен анализ линейных корреляционных связей между изучаемыми показателями (табл. 5). Из заслуживающих внимание достоверных связей стоит выделить следующие.1. Положительная связь средней силы урожайности картофеля с содержанием азота в фазу цветения и в клубнях (r = 0,53 и 0,59 соответственно).2. Обратная связь средней силы между содержанием крахмала и содержанием калия как в зеленой массе, так и в клубнях (r = –0,51 и –0,68 соответственно).3. Обратная связь средней силы между содержанием крахмала и урожайностью картофеля (r = –0,60).4. Обратная связь высокой силы между содержанием сухого вещества в клубнях и содержанием калия, как в фазу цветения, так и в клубнях (r = –76 и –0,88 соответственно). Таблица 5Матрица линейной корреляции между изучаемыми показателямиThe matrix of linear correlation between the studied indicators ПоказательУрожайностьМассаклубнейс кустаКрахмалСухоевеществоНитратыNцветPцветKцветNклубниPклубниKклубниУрожайность1,00––––––––––Масса клубнейс куста0,74*1,00–––––––––Крахмал–0,60–0,321,00––––––––Сухоевещество–0,48–0,170,681,00–––––––Нитраты0,470,40–0,30–0,251,00––––––Nцвет0,530,46–0,14–0,080,441,00–––––Pцвет0,180,12–0,13–0,09–0,340,421,00––––Kцвет0,380,11–0,51–0,760,370,13–0,041,00–––Nклубни0,590,38–0,31–0,450,590,560,120,291,00––Pклубни–0,13–0,24–0,04–0,20–0,44–0,030,570,010,111,00–Kклубни0,460,20–0,68–0,880,230,070,010,830,320,231,00Примечание: – 0,74* – достоверно при N = 24 и р < 0,05. Заключение. Урожайность картофеля сорта Гала зависела как от погодных условий периода вегетации, так и от применения минеральных удобрений. При удовлетворительной обеспеченности влагой в 2020 г. был сформирован более высокий уровень урожайности. В среднем за два года исследований достоверное влияние оказали азотные и калийные удобрения, действием которых можно объяснить 58 % изменчивости показателя по вариантам опыта. Урожайность картофеля определялась массой клубней с куста.В условиях засушливого 2022 г. был получен более высокий уровень содержания крахмала в клубнях картофеля, чем в 2020 г. При этом в условиях засушливого вегетационного периода отмечено снижение величины показателя при применении минеральных удобрений. В 2020 г. подобной закономерности не было установлено. Снижение содержания крахмала происходило при применении азотных и калийных удобрений, действием которых можно объяснить только 45 % изменчивости показателя по вариантам опыта. Содержание сухого вещества и нитратного азота увеличивалось в первую очередь при применении азотных удобрений.Содержание азота в фазу цветения было ниже оптимального уровня и изменялось в диапазоне от 2,65 до 3,53 %. Содержание калия варьировало в широком диапазоне от низкого до избыточного уровня. Содержание фосфора было оптимальным и избыточным.