Качеством продукции называют совокупность свойств продукции, обусловливающих ее пригодность удовлетворять определенные потребности в соответствии с ее назначением.

Так, лен-долгунец оценивают по выходу длинного волокна, сахарную свеклу – по содержанию сахара, картофель – крахмала, рапс – масла и т. д.

В настоящее время качество должно включать также анализ на безопасность продукции растениеводства, так как кроме основных органических соединений, представляющих огромную питательную ценность (белков, жиров, углеводов, витаминов и др.), растение может содержать нежелательные соединения и включения (нитраты, тяжелые металлы, радионуклиды и т. д.).

Под биологическим качеством растений подразумевается сумма показателей их химического и биохимического состава, обусловливающих нормальный обмен веществ у животных и человека, поедающих растительную пищу. Правильное применение удобрений должно улучшать или, по крайней мере, не ухудшать биологическое качество растениеводческой продукции при увеличении урожайности до возможных пределов.

Так как сельское хозяйство производит в основном продукты питания для человека, высокое качество его продукции – важнейшая задача агрохимии. В зависимости от условий выращивания содержание белка в пшенице может колебаться от 9 до 25 %, крахмала в картофеле – от 10 до 24, сахара в сахарной свекле – от 12 до 22 %, количество жира в семенах масличных культур, сахаров и витаминов в плодах и овощах может изменяться в 1,5–2 раза. Условия внешней среды (температура, влажность почвы и воздуха, свет, почвенные условия и др.) влияют на интенсивность протекающих в растениях процессов.

Наиболее сильное влияние на качество растениеводческой продукции оказывают разнонаправленные процессы – биосинтез белков и других азотистых соединений и биосинтез углеводов или жиров. При усилении биосинтеза белков уменьшается синтез углеводов или жиров, и наоборот.

С помощью удобрений можно изменять направленность процессов обмена веществ и регулировать накопление в растениях полезных для человека веществ – белков, крахмала, сахаров, жиров, витаминов и др. О влиянии основных элементов питания на биохимические процессы,

протекающие в растениях, уже рассказывалось раннее. Остановимся на роли основных видов удобрений в регулировании качества растениеводческой продукции.

Азот входит в состав всех простых и сложных белков, нуклеиновых кислот, играющих исключительно важную роль в обмене веществ в организме. Он содержится также в хлорофилле, фосфатидах, алкалоидах, ферментах и во многих других органических веществах растительных клеток. В начальный период роста растения потребляют сравнительно небольшое количество азота, однако недостаток его в этот период отрицательно сказывается на дальнейшем росте растений. Наиболее интенсивно растения поглощают азот из почвы для синтеза аминокислот и белков в период максимального роста и образования вегетативных органов. На качество растениеводческой продукции влияют формы азота, используемые растениями. При аммиачном питании обмен веществ смещается в сторону накопления большего количества восстановленных соединений (эфирных масел, алкалоидов), а при нитратном источнике азота усиливается образование окисленных соединений, главным образом органических кислот.

Фосфор участвует в синтезе и распаде сахарозы, крахмала, белков, жиров и многих других соединений, он входит в состав органических веществ растений, таких, как фитин, лецитин, сахарофосфаты. Под влиянием фосфорных удобрений возрастает интенсивность синтеза сахарозы, крахмала, жиров, несколько меньше – белков. Для качества продукции важно не только абсолютное количество фосфора, но и его соотношение с другими элементами питания, в первую очередь с азотом. Изменяя соотношение N:P, можно регулировать интенсивность, а также направленность процессов обмена, способствуя накоплению в растениях белков или углеводов.

Под влиянием калия усиливается накопление крахмала, сахарозы и жиров. Калий усиливает синтез высокомолекулярных углеводов (целлюлоза, гемицеллюлоза, пектиновые вещества), в результате чего утолщаются клеточные стенки стебля злаковых культур и повышается устойчивость их к полеганию, у льна улучшается качество волокна. У некоторых растений калий усиливает синтез таких витаминов, как тиамин и рибофлавин. При аммиачном питании растений калий может способствовать синтезу белков.

Одна из важнейших качественных характеристик сельскохозяйственной продукции – содержание белка. Недостаток белка (суточная потребность человека 70–100 г) приводит к нарушению обмена веществ, расстройству нервной системы, снижается резистентность организма. При кормлении скота по рационам, не сбалансированным по белку, понижается продуктивность животных, перерасходуются корма.

Основным источником растительного белка в наших климатических условиях являются зерновые колосовые и зернобобовые культуры.

При внесении азотных удобрений содержание белка в зерне озимой пшеницы в исследованиях Института почвоведения и агрохимии возрастало на 4,3 %, в ячмене – на 2,3 %, в опытах БелНИИЗК в зерне озимой ржи оно увеличивалось на 1,4–2,5 %.

Имеются данные, что на содержание белка в зерне озимых и яровых зерновых культур существенное влияние оказывают подкормки растений азотом в период начала колошения растений. Азот, поступающий в растения в эту фазу, используется в основном для образования семян, в результате чего содержание азота в них повышается и синтез белков происходит более интенсивно. При оптимальных условиях минерального питания среднее содержание белка в почвенно-климатических условиях республики составляет в зерне озимой пшеницы 12,5–13 %, озимой ржи – 9–10, ячменя – 10–13, овса – 10–11,5 %.

Важное значение для характеристики качества зерна имеет аминокислотный состав белка. Многие аминокислоты синтезируются в организме человека и животных, но восемь из 20 известных аминокислот являются для человека незаменимыми (не могут синтезироваться в его организме) и должны поступать с пищей. Это триптофан (суточная потребность человека 1,1 г), фенилаланин (4,4 г), метионин (3,8 г), лизин (5,2 г), валин (3,8 г), треонин (3,5 г), изолейцин (3,3 г), лейцин (9,1 г). Недостаток в пище такой аминокислоты, как лизин, вызывает тошноту, головную боль, головокружение, повышает чувствительность к шуму. Отсутствие или недостаток метионина нарушает нормальную деятельность печени, некоторых желез внутренней секреции. Метионин препятствует развитию атеросклероза. При недостатке триптофана ухудшается аппетит.

Белки различных культур существенно различаются по аминокислотному составу. Например, в белке зерновых злаков меньше содержится лизина и триптофана, в белке семян бобовых культур недостаточно метионина, картофеля – валина.

Биосинтез индивидуальных, специфичных для организма белков определяется генетическими факторами. Однако при изменении содержания белка под влиянием внешних факторов меняется и соотношение между различными его фракциями. Азотные удобрения, увеличивая общее содержание белка в зерне, изменяют состав белкового комплекса за счет увеличения содержания глиадина и глютелина и снижения альбуминов и глобулинов, вследствие чего изменяется и аминокислотный состав белка. Под влиянием азотных удобрений в дозах N_60–120 содержание белка в зерне ячменя, по данным «Института почвоведения и агрохимии», возрастало на 0,6–2,3 % (табл. 1).

Таблица 1. Влияние азотных удобрений и микроэлементов на качество белка ячменя

В исследованиях Института почвоведения и агрохимии под влиянием азотных удобрений (60–120 кг/га) количество незаменимых аминокислот в зерне озимой пшеницы возрастало на 3,3–8,9 мг/кг, или на 13–36 %, ячменя (N_60–150) – на 2,6–6,4 мг/кг, или на 9–22 %.

Ценным источником растительного белка являются зернобобовые культуры, которые содержат азотистых веществ больше и лучшего качества, чем злаковые. Так как бобовые культуры фиксируют атмосферный азот, качество их продукции можно регулировать, варьируя дозы фосфорных и калийных удобрений (азот можно вносить в небольших дозах – 15–30 кг/га – для ускорения образования клубеньков в начале роста растений), а также внесением микроэлементов, в первую очередь молибдена. Молибден улучшает азотное питание растений, увеличивает потребление фосфора, калия и кальция из удобрений и почвы.

Влияние фосфорных удобрений на качество зерна неоднозначно. Большинство исследователей считают, что несбалансированное применение фосфорных удобрений снижает содержание белка. Однако есть также данные о положительном влиянии фосфорных удобрений на качество зерна, в основном на почвах с низким содержанием подвижного фосфора и высокими запасами минерального азота (И. М. Коданев, В. Г. Минеев, А. И. Павлов). По мнению В. Г. Минеева и А. И. Павлова, наиболее вероятной причиной снижения содержания белка в зерне под влиянием фосфорных удобрений является усиление роста растений и увеличение урожая, что приводит к недостатку азота и как бы «разбавлению» его в растении. Более того, от высоких доз фосфорных удобрений может снижаться потребление растениями азота. Поэтому для увеличения белка в растениях необходимо сбалансированное азотно-фосфорно-калийное питание.

Результаты исследований по влиянию калия на содержание белка в зерне довольно противоречивы. Обобщение данных полевых опытов позволяет сделать вывод, что на характер воздействия калийных удобрений на содержание белка в зерне оказывают влияние гранулометрический состав почвы, степень кислотности, запас подвижных форм калия, фосфора и азота. Положительное влияние калийных удобрений на содержание белка чаще проявляется на почвах с низким содержанием калия, а также при благоприятном соотношении с азотными удобрениями.

В большинстве исследований, проведенных в различных почвенноклиматических условиях, применение азотных удобрений снижало содержание крахмала. По мнению одних авторов, это связано с неполной физиологической зрелостью клубней (В. А. Сухоиванов), другие (А. С. Вечер, М. Н. Гончарик) называют в качестве причины увеличение крупных клубней в урожае, которые содержат меньше крахмала, чем клубни средней величины.

Фосфорные удобрения чаще положительно влияют на накопление крахмала в картофеле. В опытах Ю. И. Касицкого и Л. П. Детковской при внесении 60–90 кг/га фосфорных удобрений на азотно-калийном фоне содержание крахмала повышалось на 0,2–0,8 %. Сильнее на крахмалистость клубней влияют калийные удобрения, так как при недостатке калия замедляется превращение углеводов в крахмал. Однако многое зависит от формы калийных удобрений. Хлорсодержащие их формы снижают содержание крахмала, поэтому под картофель лучше использовать бесхлорные формы калийных удобрений, а содержащие хлор следует вносить осенью. В исследованиях Института почвоведения и агрохимии замена хлористого калия сернокислым при прочих равных условиях увеличивала содержание крахмала в клубнях картофеля сорта Орбита на 0,6 % при одинаковом влиянии на урожайность.

Важной качественной характеристикой картофеля, овощных и кормовых культур является содержание нитратов. Азот, поступающий в растения в нитратной форме, восстанавливается до аммиака и при достаточном количестве углеводов участвует в образовании первичных аминокислот – аспарагиновой и глутаминовой. Невосстановленная часть нитратного азота может откладываться в клубнях, корнеплодах, листовых черешках и т. д. Накоплению нитратов способствуют избыточные дозы азотных удобрений, поздние сроки их применения, несбалансированное минеральное питание, а также метеорологические условия – недостаточная освещенность и низкая влажность почвы. Следовательно, накоплению нитратов препятствуют: оптимизация азотного питания растений, сбалансированное соотношение между азотом, фосфором и калием и достаточная обеспеченность растений микроэлементами, в первую очередь бором и молибденом, которые улучшают углеводный и белковый обмен.

Технологические свойства пшеницы зависят от содержания белка и еще в большей мере от физико-химических свойств клейковины белков. Способность белков пшеницы образовывать клейковину явилось причиной того, что пшеница заняла главное место среди злаков в питании человека. В исследованиях кафедры агрохимии максимальное накопление клейковины в зерне озимой пшеницы (31,9 %) отмечено при комплексном применении дробного внесения азотных удобрений с медью и фунгицидом на фоне фосфорных и калийных удобрений. Достаточно высокое содержание клейковины (31,1 %) отмечено в варианте с применением N₁₉P₇₀K₁₀₀ + N₅₀ + N₃₀ КАС с Витамаром З + Рекс Т (табл. 2).

Таблица 2. Влияние раздельного и совместного применения средств химизации на качество зерна озимой пшеницы (среднее за 3 года)

В опытах кафедры агрохимии УО БГСХА на дерново-подзолистой легкосуглинистой почве с озимой пшеницей установлено, что максимальное содержание сырого белка в зерне (13,3–13,5 %) и сырой клейковины (30,6–31,1) отмечено при применении медных удобрений с регуляторами роста МикроСил Медь и МикроСтим Медь на фоне N₂₀P₆₄K₁₄₀ + N₇₀ + N₄₀+ N₄₀ (табл. 3).

Таблица 3. Влияние макро- и микроудобрений на качество озимой пшеницы сорта Богатко в среднем за 2012–2014 гг.

Содержанием сахаров определяется техническая ценность сахарной свеклы и питательная многих овощных культур. На содержание сахаров и другие показатели качества этих культур влияют виды, дозы, сроки и способы внесения удобрений. В опытах Института почвоведения и агрохимии НАН Беларуси установлено негативное влияние высоких доз азотных удобрений на сахаристость и технологические качества сахарной свеклы. Максимальные дозы азотных удобрений не должны превышать 130–150 кг/га. Избыточное азотное питание приводит к накоплению альфа-аминного азота в корнеплодах и снижению чистоты клеточного сока, что в результате уменьшает выход сахара.

Влияние фосфорных удобрений на урожайность и сахаристость в значительной степени зависит от содержания в почве подвижных форм фосфора: если оно невысоко, фосфорные удобрения оказывают положительное действие. По обобщенным данным, при оптимальных дозах фосфорные удобрения повышают сахаристость корнеплодов сахарной свеклы на 0,6–1,3 %, калийные – на 0,3–1,4 и борные – 0,3 %.

Основной источник растительных жиров – масличные культуры (рапс, горчица, подсолнечник). На повышение масличности семян существенное влияние оказывают фосфорные и калийные удобрения. Внесение этих удобрений может повысить содержание жира в семенах на 2–4 %. Качество масла тем выше, чем больше оно содержит ненасыщенных жирных кислот. Под действием азотных удобрений количество ненасыщенных жирных кислот уменьшается, а фосфорных и калийных увеличивается.