Важная роль калия в яблонях и его значение для удобрения садов

Kалий имеет первостепенное значение для яблони (Malus × domestica) Не только для роста и развития деревьев, но и для размера и качества урожая плодов. Нуждаемость яблони в калие меняется вместе с развитием фенологических фаз в течение вегетационного периода. Пиковая потребность в K наблюдается во время созревания плодов с относительно высокой концентрацией K, сравнимой с концентрацией листьев. Основной метод удобрения яблони калием – это внесение удобрений в почву для улучшения поглощения калия корнями. Биодоступность K зависит от множества различных факторов, включая pH, взаимодействие с другими питательными веществами в почвенном растворе, температуру и влажность. Важную роль в обеспечении доступности калия из почвы для поглощения растениями играют микроорганизмы, способствующие росту растений (PGPM), и обсуждается особая роль PGPM. Преимущества фертигации (комбинации орошения и внесения удобрений) как подхода включают в себя возможность сбалансировать норму внесения калиевого удобрения с его изменчивой потребностью растений в течение вегетационного периода. Избыток калия в почве ведет к конкурентному подавлению поглощения кальция растениями. К-зависимый дефицит кальция приводит к его преимущественному попаданию в листья и, следовательно, к снижению его содержания в плодах. Следовательно, у плодов яблони, подверженных дисбалансу K/Ca, часто возникают физиологические нарушения при хранении. Это подчеркивает важность сбалансированного внесения калия, особенно в последние месяцы вегетационного периода, в зависимости от нагрузки урожая и фактического спроса на калий. Подчеркивается потенциальное использование современных подходов к автоматизированной оценке нагрузки на урожай с помощью машинного зрения для корректировки внесения калиевых удобрений.
Ключевые слова: калий, яблоня, плоды, удобрение сада, минеральное питание, фертигация, педоклиматическая характеристика, микробные культуры, нагрузка посевов, обработка изображений, калий-солюбилизирующие бактерии.

1. Введение

Калий (K) входит в число незаменимых минеральных веществ, которые давно знают о важности для развития и урожайности растений. Его содержание в растительной золе может достигать 50%, поэтому калий привлекает пристальное внимание физиологов и практиков растений для разработки рекомендаций по удобрению калием плодовых растений яблони (Malus × domestica) Для достижения наилучших результатов в полевых условиях. Значительный объем доказательств важной роли калия в растительном организме был накоплен за последние 100 лет. K является основным катионным неорганическим питательным веществом для растений, и его особая роль во многом определяется его присутствием в растениях в виде простого свободного катиона K+.
Таким образом, K принимает непосредственное участие в жизнедеятельности растительного организма, включая регуляцию фотосинтеза, осмотическую регуляцию активности и транспирации устьиц, рост и развитие, а также реакцию на абиотические стрессы, например, солевой стресс. Достаточное количество калия имеет решающее значение для стабильности клеточных мембран, роста корней, разрастания листьев и накопления сухой массы у растений. У растений, обитающих в засушливых регионах, K также увеличивает поглощение и сохранение воды, тем самым снижая стресс от засухи. Этот нутриент также участвует в формировании устойчивости к низкотемпературному стрессу и к биотическим стрессам, вызываемым грибковыми, бактериальными и вирусными агентами, а также насекомыми и нематодами. Оптимальное поступление калия важно для роста и развития побегов и корней.

Таблица 1

Эффекты развития различных источников калия на M9T337. Разные буквы обозначают существенно разные значения.

	Предложение K (мМ K + )	Сухая масса всходов (г растения −1 )	Сухой вес корня (г)	Соотношение корень / всход
0	3,93 ± 0,14 сут.	1,45 ± 0,08 д	0,37 ± 0,03 с
3	4,30 ± 0,16 с	1,77 ± 0,09 с	0:41 ± 0,03 от
6	5,37 ± 0,15 а	2,30 ± 0,13 а	0,43 ± 0,01
9	4,84 ± 0,15 б	1,94 ± 0,07 б	0:40 ± 0:00 от
12	4,34 ± 0,27 с	1,66 ± 0,10 с	0,38 ± 0,01 до н. э.

Поскольку калий участвует в регуляции гомеостаза растений, его оптимальное поступление очень важно в условиях изменения климата и ввиду необходимости получения хороших урожаев высококачественных плодов. Для достижения этой цели необходимы современные системы управления удобрениями, предполагающие сбалансированное использование как органических, так и химических удобрений. Естественно, достаточное поступление калия не является единственным определяющим фактором устойчивости к стрессу, но яблоневые растения часто сталкиваются с проблемами, связанными с приобретением калия, что приводит к снижению урожайности и качества плодов. Примечательно, что достаточное количество калия необходимо для усвоения других питательных веществ, особенно азота. K – важный компонент яблочных фруктов. Его процентная доля сухой массы зависит от сорта и обычно составляет от 0,6% до 1,1%, что соизмеримо с содержанием калия в листьях.
Достаточное количество калия имеет решающее значение для продуктивности садов: его благотворное влияние на урожай молодых деревьев достигает 12%, а более старых деревьев – 20% (Таблица 2). Основные типы калийных удобрений вносятся путем фертигации с использованием различных источников калиевых солей, таких как хлорид калия (KCl), сульфат калия (K 2 SO 4 ), нитрат калия (KNO 3 ) и монокалиевый фосфат (KH 2). ПО 4 ). Менее распространенными калиевыми удобрениями являются тиосульфат калия (K 2 S 2 O 3 ) и карбонат калия (K 2 CO 3 ). Текущая ситуация с применением калийных удобрений, их описание и перспективы хорошо представлены в обзоре Zörb et al..

Таблица 2

Фертигация калия влияет на урожайность 3- и 4-летних яблонь на карликовых подвоях.

	K 2 O Норма унций. дерево −1 год	3-летние деревья	4-летние деревья
	Урожайность, фунт дерева −1	Средний вес плода, унция.	Урожайность, фунт дерева −1	Средний вес плода, унция.
0	7,5	7,4	9.9	6.3
0,6	8,4	7,8	11,9	6,7

В этом обзоре мы обобщили роль калия в питании яблони и формировании урожая. Мы выделили новые тенденции в использовании микробных биоудобрений для снижения воздействия на окружающую среду и указали на перспективу онлайн-корректировки нормы внесения K в течение вегетационного периода, чтобы избежать чрезмерного удобрения с использованием автоматизированной загрузки урожая, оцениваемой с помощью машинного зрения.

2. Охват и цель обзора

Как отмечалось выше, мы стремились выделить ключевые проблемы, связанные с K-питанием яблонь, вместе с традиционными и альтернативными подходами к его оптимизации. Это обсуждение основано на основных детерминантах доступности калия для растений. Во время подготовки этого обзора мы просмотрели более 600 статей с соответствующими ключевыми словами (кислотность, яблоко, доступность, бактерии, биоудобрения, кальций, катион, концентрация, медь, подсчет, загрузка урожая, фертигация, фрукты, грибы, рост, садоводство)., влажность, взаимодействие, ион, орошение, лист, магний, микроорганизмы, минеральное питание, нитрование, азот, фенология, фосфор, физиология растений, калий, точность, корень, натрий, почва, солюбилизация, стадия, состояние, сера, температура, транспирация, транспорт, поглощение, доходность и т. д.). После окончательного выбора, составлен шорт-лист из более чем 200 работ авторов, много лет работавших над этой темой. Этот список был дополнительно уточнен темами коррекции нормы внесения K, а также с использованием современных подходов к оценке нагрузки на урожай.

3. Сезонные колебания спроса на калий для яблонь и связанные с развитием

3.1. Распускание бутонов – полное цветение (фазы 07–65 шкалы BBCH)

Потребность в питательных веществах растений яблони варьируется на разных стадиях роста. Данные в Таблице 3 показывают, что, несмотря на различную поставку калия, калиевый статус листьев двух разных сортов яблони изменялся равномерно в течение вегетационного периода. Концентрация калия в листве при цветении (38 дней после распускания почек, DABB) составляла 2,3% (здесь и ниже указаны процентные значения сухой массы) у растений Gala / M26 в культуре песчаных горшков. Содержание калия на внекорневой основе у сортов яблони Лигол, Вениаминовское и Богатырь, привитых на подвой В396 в трех садах Средней России, варьировало в пределах 0,6–1,1% (10 DABB; стадия Mouse Ear или 53–54 по шкале BBCH (см. шкала используется для определения фенологических стадий развития растений; ее аббревиатура происходит от названий первоначально участвовавших заинтересованных сторон: «Biologische Bundesanstalt, Bundessortenamt und CHemische Industrie»). Концентрация калия в листве увеличивалась в течение нескольких дней (16 DABB, 57 BBCH) до 1,1–1,5% к моменту цветения (40 DABB, 65 BBCH), а затем снова снижалась до прибл. 1,1%.
У яблони распускание почек и начальный рост побегов происходят ранней весной за счет внутренних запасов минеральных и органических питательных веществ, образовавшихся в предыдущем сезоне. Содержание калия в побегах однолетней яблони (Sinap Orlovsky) и в марте до распускания почек составляло 0,36–0,45%. Этим можно объяснить истощение листвы K на 10 DABB. Он пополняется позже, когда K, поглощаемый корнями, достигает надземных органов растения. Затем, с ускорением метаболизма во время цветения, уровень калия на листве снова снизился. Следовательно, потребность в K возрастает на фазах 31–51 (начало роста побегов – набухание генеративной почек).
Также следует учитывать температуру почвы: при ниже 15 ° C скорость роста побегов и скорость фотосинтеза низкие. Соответственно, активность корневой системы и усвоение питательных веществ, в том числе калия, также замедляются. В этом случае лучше перейти с удобрения почвы калием на внекорневую подкормку калий-содержащими составами. Увеличение количества калия в этот период увеличит раскрытие цветов и, в конечном итоге, улучшит завязывание плодов. Тем не менее, проблема оптимального баланса форм и способов применения калийных добавок в течение вегетационного периода требует дальнейших исследований.

3.2. Полное цветение – 40-мм плод (шкала 65–74 BBCH)

В этот период спрос на калий увеличивается из-за интенсивного роста побегов и плодов. В результате общее содержание калия в растениях линейно увеличивается до уровня, в два раза превышающего исходную концентрацию калия.



Общее накопление калия во всем дереве (а) и в новых приростах (б) 6-летних деревьев 'Gala' / M.26, выращенных в песчаной культуре в условиях полного режима снабжения питательными веществами. Шесть точек соответствуют распусканию почек, цветению, окончанию роста шпорцевых листьев, окончанию роста побегов, периоду быстрого роста плодов и урожаю плодов соответственно.
Фрукты Спрос на калий относительно невелик в этот период, когда калий расходуется в основном на рост листьев и побегов. Следовательно, концентрация калия в листве яблони в этот период менее зависит от сорта; он больше зависит от интенсивности роста (и, следовательно, от возраста сада), концентрации заменяемого почвенного калия и погоды. Ранее мы сообщали, что лиственный K снизился с 2,0% до 1,7% или практически не изменился на уровне от 1,5% до 2,0% у яблонь разного возраста.
Как правило, отбор проб листьев для оценки статуса калия рекомендуется при 60–80 DAFB. Для оптимизации фертигации калия предлагается более ранний отбор проб – 14 DAFB и две недели спустя. В нашем предыдущем исследовании листовой K в листьях, отобранных сразу после цветения, показал наиболее тесную корреляцию с урожайностью. В целом, изменение адекватного поступления калия в растения яблони и алгоритмы корректировки норм внесения калия в зависимости от различных экологических, физиологических и технологических факторов изучены недостаточно.

3.3. 40-мм плоды – зрелость при отборе (шкала 74–87 BBCH)

Эти этапы характеризуются ростом и развитием плодов. Следовательно, фрукты составляют основной приемник калия, потребляемого в то время. Например, Cheng сообщает, что содержание K в 6-летних деревьях Gala / M26 во время распускания почек составляло 8,7 г на дерево, тогда как после опадания листьев оно составляло 12,2 г на дерево. Напротив, при сборе урожая он составлял 44,7 г с дерева, в том числе 24,8 г в плодах. Даже такое краткое рассмотрение проясняет первостепенную роль предложения калия в этот период для получения высокой урожайности, поэтому в течение многих лет он был в центре внимания исследований. В этот период концентрация калия в листьях снижается, при этом в этом питательном веществе наблюдается сильная потребность плодов. Таким образом, увеличение частоты удобрений от двух до четырех раз (два последних внесения были через два и три месяца после цветения соответственно) привело к значительному увеличению урожая.



Динамические изменения коэффициентов корреляции между статусом калиевых листьев и урожайностью cv. «Жигулевское» в вегетационный период: а – 2016 г.; (б) 2017.
Однако важно также выбрать оптимальную норму внесения удобрений в этот период, чтобы повысить урожайность. Например, внесение калийных удобрений в июле и августе (в сочетании с внесением азота и фосфора) значительно увеличило урожай пяти сортов яблони в Британской Колумбии. В то же время недостаток калия приводит к значительному уменьшению размера плодов и, как следствие, урожайности.
Оптимальная подача калия в этот период также важна для повышения качества плодов. Таким образом, удобрение калием положительно повлияло на цвет плодов, общее содержание растворимых твердых веществ (TSS) и плотность мякоти. В то же время чрезмерное применение калия может привести к снижению концентрации кальция в плодах. Например, уровни K выше 11,7 мг кг -1 в плодах Гала / M26 яблока сорта привело к снижению их содержания кальция. Таким образом, одним из критериев оптимального поступления калия является отсутствие его отрицательного влияния на уровень кальция в плодах, что имеет решающее значение для сохранности плода.

4. Поглощение калия яблонями.

4.1. Влияние кислотности почвы (pH почвы)

Почвенный калий существует в трех формах: недоступный, медленно доступный и легкодоступный. Недоступный K составляет до 98% от общего содержания K в почве. Фактически, растения могут поглощать только около 1% почвенного калия; поэтому удобрение калием очень важно.



Взаимосвязь различных форм калия в системе почва-растение.
Корни растений поглощают основную часть калия, а затем он в растворенном виде поднимается в ксилемном соке к надземным органам. Из почвенного раствора К + поглощается эпидермальными и корковыми клетками корней. Как только K + оказывается внутри корневого симпласта, он может накапливаться в вакуолях, выполнять осмотические функции или транспортироваться к побегу через ксилему. На своем пути от корней к органам потребления ионы K проходят через клеточные мембраны через несколько транспортных систем K +. При высоких концентрациях обменного почвенного К +ионные формы питательного вещества попадают внутрь корней через клеточную мембрану через каналы, образованные белками-переносчиками, увеличивая захват ионов. При низких концентрациях почвы K, активация активных транспортных систем необходимо, чтобы поглотить K + против электрохимического градиента.
Поглощение K у высших растений происходит посредством типичного механизма двойного сродства (высокого и низкого), действующего при различных внешних концентрациях K, переключая его режимы в зависимости от внешней доступности K +. Активный транспорт K обычно задействуется при низкой внешней концентрации K + (ниже 0,2 ммоль л -1 ), на которую влияет насос теплообменника K + / H +. Механизм низкого сродства работает преимущественно, когда внешняя концентрация K + превышает 1,0 ммоль · л -1, и на него в основном влияют K + -каналы. Гены, кодирующие K +Белки-носители и каналы, например, KUP / HAK / KT, HKT, NHX и CHX, были картированы и охарактеризованы. В результате приток калия зависит от количества и активности белков-переносчиков, транспирации и других факторов, поэтому необходимо создать оптимальную концентрацию калия в почве, чтобы облегчить его всасывание в растения.
Поскольку структура и активность белков-носителей для различных питательных веществ генетически запрограммирована, разные подвои яблони обладают разной толерантностью к pH. Как правило, уровни кальция, фосфора и молибдена в листве повышаются с увеличением pH почвы, тогда как абсорбция железа, марганца и никеля снижается, а адсорбция меди, натрия, цинка, магния, серы и калия остается примерно такой же. на том же уровне. Вальверди и др. сообщили о значительном изменении поглощения K, железа и молибдена подвоями яблони G890, G41, M9 и B9 в зависимости от кислотности почвы.
Чрезмерное внесение многих видов удобрений вызывает повышение кислотности почвы. Например, увеличение нормы внесения азота и фосфора и концентрации биодоступного фосфора в почвенном растворе привело к снижению pH с 5,8 до 4,9. К линией линейно снижается с понижением pH почвы. Повышение кислотности почвы приводит к снижению поглощения питательных веществ, торможению роста растений и ухудшению урожайности и качества (цвет, размер и содержание сахара) яблок. В целом проблема зависимости поглощения K и, следовательно, продуктивности растений от pH почвы по-прежнему требует пристального внимания.

4.2. Взаимодействие ионов почвы на поглощение калия

Большое внимание исследовательское сообщество уделяло взаимодействию питательных веществ в почвенном растворе. В частности, ионы K + существенно влияют на поглощение и использование азота и фосфора из удобрений, вносимых в почву. Взаимодействие между азотом и калием в почве, как правило, полезно для растений, поскольку нитрат-ионы переносятся совместно с K +.
Взаимодействие между калием и фосфором также положительно влияет на рост растений. Однако увеличение нормы внесения фосфора может снизить доступность цинка и молибдена в почве. Кроме того, высокие нормы внесения калия также могут ограничивать усвоение кальция и магния растениями. Внесение калийно-магниевых удобрений снижало концентрацию обменного кальция в почве, поэтому концентрация магния в листовой подкормке не увеличивалась.
В связи с вышеизложенным, эффективность калийных удобрений и оптимальная норма внесения являются наиболее актуальными проблемами, поскольку производители склонны вносить чрезмерные удобрения калием, не обращая внимания на местные условия. Чтобы установить оптимальную скорость снабжения растений калием, необходимо учитывать условия конкретного сада: pH почвы, фактическое содержание в ней и доступность калия и других питательных веществ.

4.3. Влияние температуры и влажности почвы на поглощение K

Поглощение питательных веществ определяется ростом корней по направлению к местоположению питательных веществ и перемещением питательных веществ к месту их поглощения. Активность корневой системы в отношении поглощения питательных веществ сильно зависит от температуры почвы. Активность почвенных микроорганизмов также играет важную роль в увеличении доступности ионов питательных веществ, включая K +. Температура почвы влияет на вязкость почвенного раствора, которая определяет подвижность растворенных в почвенном растворе ионов. Низкая температура почвы замедляет рост корней и протекающие в них физиологические процессы из-за снижения гормональной активности или гидравлической проводимости клеток, а также за счет смещения углеводного баланса в корнях.
Почвенный калий существует в следующих формах: растворенный, обменный, незаменяемый или фиксированный, а также в составе почвенных минералов. Высвобождение фиксированного или структурного калия из глинистых частиц является доминирующим механизмом выброса калия в сельскохозяйственных почвах умеренного климата. Высвобождение калия из частиц глины является важным источником питательных веществ для сельскохозяйственных культур и зависит от структуры почвы и частиц глины. Уменьшение влажности почвы приводит к сильной адсорбции ионов К на частицах глины, окружающих корни, что препятствует поглощению К, и наоборот, подвижность К и его поглощение растениями из почвы увеличивается с увеличением влажности почвы.

4.4. Применение микробных культур для мобилизации почвенного калия

Ключевыми движущими силами для замены, по крайней мере частично, химических удобрений (включая калийные удобрения) органическими удобрениями являются уменьшение деградации почвы и сохранение ее микробиома и другие аспекты здоровья почвы. Так, внесение минеральных удобрений, особенно азотных и калийных, увеличивает кислотность почвы. Эта проблема актуальна для многих регионов со слабокислыми почвами, в том числе Центральной России. Существует несколько подходов к снижению кислотности почвы, в частности известкование. В последнее время большое внимание уделяется использованию биоугля. Однако лучше предотвратить повышение кислотности почвы до критических значений, чем бороться с закислением почвы, когда оно уже произошло. Возможный проактивный подход предполагает (частичную) замену внесения минеральных удобрений применением биоудобрений, в том числе микробных культур. Микробные культуры также обладают способностью растворять калий из нерастворимого калия.
Многие виды микроорганизмов, обитающие в ризосфере растений, образуют симбиоз с растениями, снабжая их мобилизованными питательными веществами, а также органическими экзометаболитами с гормоноподобными свойствами. Таким образом, K-солюбилизации микробы, в том числе бактерии ( Bacillus mucilaginosus, Б. edaphicus, B. circulans, Acidithiobacillus еггоохШапз и Paenibacillus SPP.) И грибов ( Aspergillus SPP., И А. terreus ), делают нерастворимые почвы K биодоступными для растения. Бактерии, в основном из рода Bacillus, могут высвобождать калий, кремний и алюминий из нерастворимых минералов.
Обычно только 1-2% от общего количества калия почвы биодоступно для растений через почвенный раствор, но микроорганизмы из ризосферы значительно улучшают снабжение растений калием. Поэтому биоудобрения часто улучшают рост, развитие и плодоношение яблони. Однако использование B. mucilaginosus в яблоневом саду на черноземных почвах не привело к значительному увеличению обменной концентрации K в ризосфере деревьев; напротив, он был значительно ниже, чем при внесении минеральных калийных удобрений. Микробиологические биоудобрения существенно повлияли на урожай яблок только в сочетании с внесением минеральных калийных удобрений, хотя последние вносились в пониженной норме. Holb et al. сравнили потребление питательных веществ 39 сортами яблони в неорошаемых традиционных и органических садах при pH почвы 5,1. Внесение минеральных удобрений K приводит к более высокой концентрации питательных веществ в листьях по сравнению с органическими удобрениями. В целом пока невозможно полностью заменить минеральные удобрения микробными биоудобрениями, хотя частичная замена представляется вполне возможной. Это уменьшило бы внесение химических удобрений, тем самым уменьшив воздействие на окружающую среду.
Некоторые штаммы бактерий могут снижать pH среды культивирования, облегчая мобилизацию фосфора, который иначе был бы недоступен. Использование микроорганизмов для увеличения доступности питательных веществ в ризосфере и оптимизации других аспектов плодородия почвы стало многообещающим направлением в развитии зеленого сельского хозяйства. Микроорганизмы, способствующие росту растений (PGPM), могут быть мощным средством преодоления стрессов, вызванных чрезмерной кислотностью или щелочностью почвы. Некоторые микроорганизмы разработали эффективные механизмы для снижения экстремального pH, например, путем синтеза внеклеточных полисахаридов (у Rhizobia ) или трипептида глутатиона (у Rhizobium tropiciбактерии, демонстрирующие очень кислый pH ).
Также были сообщения о том, что почвенные микроорганизмы могут снижать токсичность чрезмерных концентраций ионов (например, алюминия), возникающих из-за высокой кислотности почвы. В настоящее время мало что известно о регулировании pH почвы с помощью PGPM, но основанные на PGPM методы регулирования кислотности почвы в соответствии с потребностями растений могут быть одними из многообещающих подходов в будущем.

5. Подходы к автоматизированной точной корректировке нормы внесения K

В предыдущем исследовании Варго и его коллеги подтвердили, что на размер плодов больше влияет нагрузка урожая, чем количество азота, нанесенного на яблоню. Позже результаты этого исследования были подтверждены в отношении азотных удобрений Нава и Дечен. Эти авторы доказали, что удобрение калием постоянно увеличивает размер плодов. Концентрация обменного калия в почве яблоневого сада может значительно изменяться в течение вегетационного периода, в зависимости от потребности растений в калий и климата. Фертигация и капельное орошение могут существенно изменить распределение обменного калия в различных слоях почвы, особенно для покрытия пиковой потребности в кале во время набухания и созревания плодов. Неправильная подача питательных веществ может вызвать или усугубить чередование плодов яблони. В настоящее время наиболее распространенным методом борьбы с очередным плодоношением является прореживание цветков и мелких плодов. Многочисленные факторы, контролирующие завязывание цветковых почек, участвуют в развитии чередования плодов, как внешних (свет, температура, влажность), так и внутренних (соотношение азота и углерода, гормональный баланс) факторов. Садоводам, выращивающим яблоки, сложно справиться с таким сложным сочетанием факторов в течение вегетационного периода и на протяжении всего жизненного цикла фруктовых садов. Более упрощенный, но в то же время более управляемый метод основан на контроле подачи K и загрузки урожая.
Как уже упоминалось выше, нагрузка на урожай в значительной степени определяет потребность в калие во второй половине вегетационного периода. С другой стороны, чрезмерное содержание калия в почве может подавлять усвоение кальция, что ухудшает его способность к хранению. Следовательно, очень важно поддерживать баланс применения K с его фактической потребностью, которая, как ожидается, будет пропорциональна нагрузке на урожай. Соответственно, важным показателем для точного контроля внесения калия, например, путем фертигации, будет размер нагрузки урожая в сочетании с результатами традиционных «влажных» методов анализа доступности калия в почве.
Традиционный метод оценки нагрузки на урожай яблони путем ручного подсчета с последующей интерполяцией трудоемок, неточен и малоприменим в больших садах. В настоящее время разрабатываются и внедряются новые подходы в рамках точного земледелия. К ним относятся методы автоматизированной оценки нагрузки на урожай, основанные на компьютерном зрении и машинном обучении, которые становятся широко распространенными и коммерчески доступными для садоводов. Эти подходы предоставляют информацию с пространственным разрешением о плотности плодов на единицу площади или даже на одно дерево для всего сада. Компьютерная система управления обрабатывает выходные данные таких систем для выдачи управляющего сигнала для внесения переменного K через систему фертигации сада с высокой точностью как во времени, так и в пространстве.



Автоматический подсчет плодов яблони на изображениях для оценки нагрузки урожая в промышленном саду (Соловченко и др.).

6. Выводы и направления будущих исследований.

По общему признанию, калий является одним из основных питательных веществ для плодовых культур, в том числе для яблони. Спрос на калий яблони варьируется в течение вегетационного периода, достигая пика во время расширения и созревания плодов. Межсезонье также происходит из-за старения садов и климатических колебаний. Биодоступность K для поглощения корнями растений зависит от факторов окружающей среды, взаимодействия с другими ионами питательных веществ и микробиоты почвы. Избыток калия подавляет усвоение других питательных веществ, например кальция, что ухудшает качество и сохраняемость фруктов. Фактическая потребность в K пропорциональна нагрузке на урожай, поэтому удобрение K следует скорректировать в соответствии с фактической потребностью в K, что является сложной задачей.
В настоящее время фертигация является наиболее эффективным и распространенным методом внесения в яблони необходимых питательных веществ и воды с переменной нормой K. Поскольку на доступность калия в почве и его усвоение растениями влияет множество факторов, трудно разработать универсальный подход к удобрению калия в яблоневых садах. Новые подходы, разработанные в рамках точного садоводства, позволяют использовать точные автоматизированные оценки нагрузки урожая яблок для управления внесением K посредством фертигации. Автоматизированные оценки и модели по-прежнему нуждаются в проверке фактических уровней K в почвенных растениях, сделанных традиционными «влажными» методами, и с поправкой на климат и почвенные условия конкретных садов. Идентификатор автоматической оценки загрузки урожая имеет решающее значение для оценки ожидаемой урожайности и, по этой причине,



В заключение, будущие направления исследований будут включать изучение интерактивного воздействия калия на микробиом почвы, прямого и косвенного воздействия калия на стрессоустойчивость плодовых культур в зависимости от различных систем управления садом. Особое внимание следует уделить разработке методов автоматизированной неинвазивной оценки статуса калиевого питания растений. Наконец, ожидается, что использование микробных биоудобрений, содержащих K-мобилизирующие микроорганизмы, снизит норму внесения минеральных удобрений K, тем самым снизив нагрузку на сельскохозяйственную экосистему промышленных садов.

Источник