doi: 10.15389/agrobiology.2024.5.910rus
УДК 635.64:631.588:581.1
ВЛИЯНИЕ ПРИРОДНО-ГЕОГРАФИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ НА РАСТЕНИЯ КАРЛИКОВЫХ ФОРМ ТОМАТА В СООРУЖЕНИЯХ ЗАЩИЩЕННОГО ГРУНТА РАЗЛИЧНОГО ТИПА
Г.Г. ПАНОВА1 ✉, М.А. ЛЕВИНСКИХ2, А.Б. НОВАК3, В.В. РОДЬКИН3,
А.В. ТЕПЛЯКОВ3, И.Т. БАЛАШОВА4, А.М. АРТЕМЬЕВА5, Д.М. ШВЕД2,
О.Р. УДАЛОВА1, Г.В. МИРСКАЯ1, Т.Э. КУЛЕШОВА1, Ю.В. ХОМЯКОВ1,
В.Е. ВЕРТЕБНЫЙ1, Ю.В. ЧЕСНОКОВ1
Проблема обеспечения регионов с суровыми природно-климатическими условиями, включая Арктику и Антарктику, свежей качественной растительной продукцией как естественным источником витаминов и других полезных веществ в доступной форме требует инновационного решения. Решением может быть создание высокоэффективных ресурсосберегающих масштабируемых систем с экологически безопасными и малоотходными технологиями выращивания адаптированных культур. В настоящей работе мы впервые выявили влияние природно-географических условий высокогорья, где расположена антарктическая станция «Восток», на рост, развитие, продуктивность и качество плодов у карликовых форм томата. Показана пластичность томата, которая выражалась в получении сходной урожайности за счет изменения числа и массы плодов при выращивании в фитотехкомплексах-оранжереях-1 в разных географических точках: на станции «Восток» в условиях гипобарической гипоксии и на агробиополигоне ФГБНУ АФИ (г. Санкт-Петербург). Условия станции «Восток» в основном не оказывали значимого влияния на качество плодов томата и их элементный состав. Показано, что реализация продукционного потенциала растений была достоверно выше в регулируемых условиях фитотехкомплексов-оранжерей-1 в сравнении с таковой в теплицах с неконтролируемыми условиями световой и воздушной среды. Цель работы — оценить продукционный потенциал карликовых форм томата в системах выращивания разного типа на антарктической станции «Восток» и в европейской части Евразийского континента. Исследования проводили в 2021-2023 годах в жилом помещении площадью 12 м2 на антарктической станции «Восток», на специализированном агробиополигоне для выращивания растений с регулируемыми условиями ФГБНУ АФИ (г. Санкт-Петербург), в поликарбонатных теплицах с неконтролируемыми условиями световой и воздушной среды Федерального исследовательского центра Всероссийский институт генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова (ФГБНУ ФИЦ ВИР, г. Пушкин—Санкт-Петербург) и Федерального научного центра овощеводства (ФГБНУ ФНЦ овощеводства, Московская обл.). Объектом служили растения томата Solanum lycopersicum L. var. lycopersicum сортов Наташа и Тимоша селекции ФГБНУ ФНЦ овощеводства. Растения супердетерминантные, с генами карликовости, не требуют пасынкования. В фитотехкомплексе-оранжерее-1 на станции «Восток» и на агробиополигоне ФГБНУ АФИ была реализована разработанная в ФГБНУ АФИ технология культивирования растений на тонкослойном аналоге почв (тонкослойная панопоника). Наряду с тонкослойной панопоникой в фитотехкомплексе-оранжерее-1 на агробиополигоне использовали малообъемную панопонику с наличием в зоне прорастания семян и роста корней небольшого объема (2 л/растение) субстрата на основе верхового торфа низкой степени разложения, размещенного на поверхности гидрофильного материала. В поликарбонатной теплице ФГБНУ ФИЦ ВИР растения томата выращивали в грядах торфяного субстрата Агробалт С. Объем субстрата — 14 л/растение. В поликарбонатной теплице ФГБНУ ФНЦО растения томата выращивали на пятиярусной узкостеллажной гидропонной установке МУГ. В качестве корнеобитаемой среды также использовали торфяной субстрат Агробалт С. Объем торфяного субстрата — 1 л/растение. На протяжении вегетационных периодов проводили фенологические наблюдения. При уборке учитывали высоту растений и показатели продуктивности (масса 1 плода, общее число и общая масса плодов с растения за год). На основе полученных данных рассчитывали урожайность плодов томата (кг/м2 в год). Выполняли биохимический анализ плодов. Эксплуатация фитотехкомплекса-оранжереи-1 с реализованной в ней технологией тонкослойной панопоники на станции «Восток» продемонстрировала его высокую эффективность в производстве качественной и безопасной растительной продукции и психологическую значимость для полярников. Растения карликового томата двух сортов, выращиваемые в фитотехкомплексах на станции «Восток» с условиями гипобарической гипоксии, формировали более мелкие плоды, но в существенно большем количестве, чем на агробиополигоне ФГБНУ АФИ с оптимизированными регулируемыми условиями среды обитания растений. При этом достоверных различий в урожайности растений с единицы площади за год, а также в качестве и безопасности плодов не наблюдалось. Адаптация растений томата на станции «Восток» может быть связана с потенциальной устойчивостью культуры томата к условиям высокогорья в силу ее географического происхождения. В то же время по сравнению с условиями в теплицах фитотехкомплексы обеспечивали более полное регулирование среды, что благоприятным значимым образом отражалось на состоянии растений и реализации ими генетически обусловленного продукционного потенциала. В частности, на растениях формировалось существенно большее число плодов. Установлено, что количество субстрата и плотность размещения растений оказывали влияние на элементы продуктивности. Было отмечено формирование плодов наибольшей массы в вариантах с наибольшим объемом торфогрунта (14 л/растение) в теплице ФГБНУ ФИЦ ВИР. У томата обоих сортов, выращенных методом малообъемной панопоники с небольшим количеством субстрата в зоне прорастания семян и размещения корней, по сравнению с растениями, выращенными методом тонкослойной панопоники без торфогрунта в корнеобитаемой зоне, наблюдалась слабая тенденция к увеличению урожайности и составляющих ее структурных элементов.
Ключевые слова: карликовый томат, фитотехкомплекс-оранжерея, антарктическая станция «Восток», агробиополигон ФГБНУ АФИ, теплица, рост, развитие, продуктивность, качество растительной продукции.
G.G. Panova1 ✉, M.A. Levinskikh2, A.B. Novak3, V.V. Rodkin3,
A.V. Teplyakov3, I.T. Balashova4, A.M. Artemyeva5, D.M. Shved2,
O.R. Udalova1, G.V. Mirskaya1, T.E. Kuleshova1, Yu.V. Khomyakov1,
V.E. Vertebny1, Yu.V. Chesnokov1
The problem of providing climatically harsh regions, including the Arctic and Antarctic, with fresh, high-quality plant production as a natural source of vitamins and other useful substances in an accessible form requires an innovative solution. The solution may be the creation of highly efficient, resource-saving, scalable systems with environmentally friendly and low-waste technologies for growing adapted crops. In this work, we have for the first time identified the influence of geographic location and environmental conditions of the highlands, where the Antarctic station Vostok is located, on the dwarf forms of tomatoes growth, development, productivity and quality of fruits. The plasticity of tomato is shown, which was expressed in obtaining similar yields due to changes in the number and weight of fruits when plants grown in phytotechnological complexes-greenhouses-1 in different geographical locations: at the Vostok station under conditions of hypobaric hypoxia and at the agrobiological testing ground of the Agrophysical Research Institute (AFI, St. Petersburg). The Vostok stations conditions generally did not have a significant effect on the tomato fruits quality and their elemental composition. It was shown that the implementation of the plant`s production potential was reliably higher in the controlled conditions of the phytotechnological complexes-greenhouses-1 in comparison with that in greenhouses with uncontrolled conditions of the light and air environment. The aim of the work is to evaluate the production potential of tomato dwarf forms in cultivation systems of the different types at the Antarctic station Vostok and in the European part of the Eurasian continent. Research was carried out during 2021-2023 in a residential building with an area of 12 m2 at the Antarctic station Vostok, at a specialized agrobiopolygon of the AFI (St. Petersburg) for growing plants under controlled conditions, in polycarbonate greenhouses with uncontrolled light and air environments conditions of the Federal Research Center Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic Resources (VIR, Pushkin-St. Petersburg) and the Federal Scientific Center for Vegetable Growing (FSC for Vegetable Growing, Moscow Province). The object was tomato plants Solanum lycopersicum L. var. lycopersicum varieties Natasha and Timosha bred by the Federal Scientific Center of Vegetable Growing. The plants are superdeterminate, with dwarfing genes, do not require pinching. In the phytotechnological complex-greenhouse-1 at the Vostok station and at the agrobiopolygon of the AFI, the original AFI technology of plant cultivation on a thin-layer analogue of soils (thin-layer panoponics) was implemented. Along with thin-layer panoponics, in the phytotechcomplex-greenhouse-1 at the agrobiopolygon, a small-volume panoponics technology was used according to which a small volume (2 l/plant) of substrate based on low-decomposed high-moor peat placed on the surface of a hydrophilic material was present in the zone of seed germination and root growth. In the polycarbonate greenhouse of the VIR, tomato plants were grown in ridges of the peat substrate Agrobalt С. The substrate volume was 14 l/plant. In the polycarbonate greenhouse of the Federal Scientific Center for Vegetable Growing, tomato plants were grown on a five-tier narrow-rack hydroponic MUG installation. Peat substrate Agrobalt C (1 l/plant) was a root inhabited environment. Phenological observations were carried out throughout the growing seasons. During harvesting, the height of the plants and productivity indicators (weight of 1 fruit, total number of fruits on a plant per year, total weight of fruits on a plant per year) were accounted. The yield of tomato fruits (kg/m2 per year) was calculated based on the obtained data. Biochemical analysis of fruits was performed. Operation of the phytotechnological complex-greenhouse-1 with the thin-layer panoponics technology implemented in it at the Vostok station demonstrated its high efficiency in the production of high-quality and safe plant products and psychological significance for polar explorers. Tomato plants of two dwarf varieties, grown in phytotechnological complexes, formed smaller fruits at the Vostok station under hypobaric hypoxia conditions, but in significantly greater number than at the AFI agrobiopolygon with optimized controlled conditions of the plant habitat. There were no reliable differences in the plant yield per unit area per year and in as in the fruit quality. The adaptation of tomato plants at the Vostok station may be related to the potential resistance of the tomato crop to high-altitude conditions due to its geographical origin. As compared to greenhouses, phytotechnological complexes provided more complete regulation of the environment, which had a significant beneficial effect on the plants state and the realization of their genetically determined production potential. In particular, the plants formed a significantly larger number of fruits. It was established that the amount of substrate and the planting density influenced the elements of productivity. Fruits of the greatest mass were formed with the largest volume of peat soil (14 l/plant) in the VIR greenhouse. Both tomato varieties grown by low-volume panoponics method with a small amount of substrate in the zone of seed germination and root placement compared to plants grown by the thin-layer panoponics without peat soil in the root inhabited zone showed a weak tendency to an increase in the yield and its elements.
Keywords: dwarf tomato, phytotechnical complex-greenhouse, Vostok Antarctic station, agrobiopolygon of the AFI, greenhouses, growth, development, productivity, quality of plant products.
1ФГБНУ Агрофизический научно-исследовательский |
Поступила в редакцию |
