Влияние азотных удобрений на параметры плодов четырех сортов тыквы крупноплодной (Cucurbita maxima), выращиваемых в Польше.

Тыква крупноплодная (Cucurbita maxima Duchesne) — это вид тыквенных, культивируемый по всему миру благодаря своей экономической и питательной ценности. 

Плоды зимней тыквы C. maxima богаты каротиноидами и пищевыми волокнами, что делает их ценным сырьем для производства пищевых продуктов, особенно для младенцев и детей, в качестве ингредиентов пюре, муссов и соков. Следовательно, как урожайность, так и качество плодов являются экономически важными признаками. Эти характеристики в основном зависят от таких факторов, как сорт и условия выращивания растений, включая азотные удобрения. Данное исследование было направлено на оценку содержания нитратов в плодах, а также урожайности и параметров плодов четырех сортов зимней тыквы — Bambino, Justynka F1, Otylia F1 и Mammoth Gold — при различных режимах азотного удобрения: 100%, 50% и 30% от стандартной дозы азота. Два полевых эксперимента были проведены в 2021 и 2022 годах. Это исследование показало, что доза азота существенно влияет на содержание нитратов в мякоти плодов. Более низкая доза азота приводила к снижению содержания нитратов в плодах. Кроме того, снижение урожайности плодов наблюдалось при удобрении растений 30% от стандартной дозы азота, тогда как при удобрении 50% от стандартной дозы урожайность плодов оставалась относительно неизменной. Сорта, использованные в эксперименте, значительно различались по изучаемым признакам. Наименьшее содержание нитратов в мякоти плодов было обнаружено у сорта Justynka F1; однако наиболее благоприятные параметры плодов были получены у сорта Otylia F1, для которого в оба года эксперимента были достигнуты высокая урожайность и масса плодов, содержание сухого вещества, а также самая толстая мякоть среди исследуемых сортов. Данное исследование вносит вклад в понимание качества плодов и техники выращивания зимней тыквы в климатических условиях Польши.

Cucurbita maxima, широко известная как зимняя тыква, произошла из Нового Света и была завезена в Европу после открытия американского континента [1,2,3,4]. Она имеет давние традиции возделывания в странах Средиземноморья, включая Италию и Францию, где было выведено множество ценных сортов [5,6]. Культивация зимней тыквы распространилась на страны Центральной и Восточной Европы, включая Германию, Польшу, Литву, Украину и Россию [1,2]. Это распространение стало возможным благодаря тому, что в разных странах были отобраны и выведены различные генетические ресурсы для акклиматизации к местному климату, улучшения агрономических характеристик, разнообразия форм плодов, повышения урожайности плодов и увеличения содержания каротиноидов [4,6]. В настоящее время в Польше зимняя тыква, наряду с огурцом, цуккини и стирийской тыквой, является широко возделываемой бахчевой культурой [7]. Согласно последней статистике, начиная с 2020 года, Польша является ведущим производителем тыквы в ЕС. При объеме производства более 400 тысяч тонн в 2022 году доля Польши в общем урожае тыквы в ЕС составила почти 40% [8,9].

Плоды C. maxima оказывают положительное влияние на здоровье человека. Плоды зимней тыквы богаты такими питательными веществами, как каротиноиды, сахара, витамины С и Е, минералы и клетчатка [10,11]. Следовательно, плоды зимней тыквы являются ценным сырьем для производства новых продуктов питания, способствующих укреплению здоровья [12,13,14]. Консервы из плодов C. maxima, такие как соки, пюре и муссы, представляют ценность для питания младенцев и детей младшего возраста. По этой причине плоды зимней тыквы должны соответствовать строгим стандартам качества, таким как содержание нитратов в сырье [15]. Воздействие на человека продуктов реакций нитратов и метаболитов, включая нитраты, может представлять прямые риски для здоровья человека. Восстановление нитратов может происходить непосредственно в растительном материале или после употребления продукта, поэтому использование овощей с низким содержанием нитратов в пищевой промышленности рекомендуется, особенно в продуктах для детей [16]. Как и огурец, тыква является овощем с низкой способностью к накоплению нитратов (200–500 мг/кг) [17]. К сожалению, плоды C. maxima могут накапливать относительно большое количество нитратов из-за нескольких факторов. Азотные удобрения, генотип и климатические условия сильно влияют на изменчивость содержания нитратов в растениях [16,18,19]. В Европейском союзе (ЕС) Нитратная директива [20,21] обязывает фермеров применять усовершенствованные методы управления азотом. Азот положительно влияет на рост и развитие растений. Однако избыточное supply азота приводит к усилению вегетативного роста и оказывает ограничивающее влияние на развитие корней и плодов. Следовательно, эффективное использование азота влияет как на экологическую безопасность, так и на продуктивность сельскохозяйственных культур [22].

В настоящее время предпринимаются усилия по идентификации сортов C. maxima с низкой способностью к накоплению нитратов для соответствия стандартам на плоды, предназначенные для переработки в детское питание. Эти стандарты также учитывают размер плодов, толщину мякоти и содержание сухого вещества. Поэтому существует необходимость в идентификации сортов зимней тыквы и разработке системы возделывания для снижения накопления нитратов в плодах и удовлетворения ожиданий перерабатывающей промышленности.

Несколько исследований указали, что колебания параметров плодов зимней тыквы зависят от сорта и условий окружающей среды. На сегодняшний день лишь несколько исследований изучали состав и урожайность зимней тыквы, произведенной в зонах с умеренным климатом, таких как Польша [18,19,23]. Также недостаточно знаний о накоплении нитратов сортами C. maxima в условиях изменяющейся азотной подкормки.

Целью данного исследования было изучить изменения параметров плодов зимней тыквы, включая содержание нитратов, а также урожайность и компоненты размера плодов на основе различных сортов и трех режимов азотного удобрения в климатических условиях центральной Польши.

2.1. Растительный материал

В экспериментах использовались четыре сорта зимней тыквы Cucurbita maxima Duchesne (Рисунок 1). Три из них представляли восточноевропейские сорта, сходные со старым сортом Jaune Gros de Paris, тогда как один представлял сорт типа Hubbard. Первая группа включала традиционный польский сорт зимней тыквы Bambino, крупноплодный Mammoth Gold и польский гибридный сорт Otylia F1. Сортом типа Hubbard был польский гибрид Justynka F1 (Рисунок 1). Сорта Bambino и Mammoth Gold имели стелющуюся форму роста, а Otylia F1 и Justynka F1 — полуштамбовую форму роста. Семена всех сортов, использованных в экспериментах, были приобретены у компании W. Legutko Seed Company (W. Legutko Przedsiębiorstwo Hodowlano-Nasienne, Ютросин, Польша).

Рисунок 1. Фотографии целых плодов и поперечных срезов плодов четырех испытанных сортов: (A,B) — Bambino; (C,D) — Otylia F1; (E,F) — Justynka F1; (G,H) — Mammoth Gold. (I,J) Вид эксперимента (2022): (I) — растения примерно через четыре недели после высадки; (J) — собранные спелые плоды, разложенные для оценки и отбора образцов. Масштабные линейки: 10 см.

2.2. Полевые эксперименты

Два полевых эксперимента в открытом грунте были проведены на Опытной станции «Волица» кафедры генетики, селекции и биотехнологии растений Варшавского университета естественных наук, Польша (52.14582336609585, 21.06815958259584). Полевые испытания проводились в 2021 и 2022 годах на почве IVb класса с гранулометрическим составом суглинка, pH 6,2 и содержанием гумуса 1,3%.

Эксперименты были заложены с использованием метода расщепленных делянок с тремя блоками и четырьмя повторениями по 24 растения каждый. Всего каждый год оценивалось 48 делянок, каждая площадью примерно 50 м². Экспериментальные блоки разделялись границей из другого сорта тыквы. Подробная схема эксперимента показана на Рисунке 2. Факторами в экспериментах были три нормы азотного удобрения (фактор А) и четыре сорта (фактор В). Доза азота служила фактором для целой делянки, тогда как сорт служил фактором для подделянки.

Рисунок 2. Схема экспериментов, проведенных в 2021 и 2022 годах на Опытной станции «Волица» кафедры генетики, селекции и биотехнологии растений Варшавского университета естественных наук, Польша. Одна делянка (сорта: Bambino, Otylia F1, Justynka F1 и Mammoth Gold) включала 24 растения (три ряда по восемь растений каждый), с расстоянием 1,6 × 1,5 м (2 м² для каждого растения) и площадью 50 м² (4,8 × 10,4 м). Один блок содержал 288 растений, и его площадь составляла 921,6 м² (19,2 × 48 м). Границы были шириной 1,6 м.

Семена всех испытанных сортов высевали в кассеты с торфяным субстратом в середине мая. Рассаду высаживали 30 мая согласно схеме, показанной на Рисунке 2. Примерно через три недели после высадки для защиты растений применяли фунгицид на основе меди Нордокс 75 WG (Nordox, Осло, Норвегия) в дозе 1 кг/га. Во время выращивания по мере необходимости проводили ручную прополку. Растения опылялись насекомыми. В сентябре, примерно через 110 дней после посева, плоды были собраны и использованы для фенотипической оценки.

2.3. Погодные условия

Погодные условия за период полевого эксперимента, с июня по сентябрь 2021 и 2022 годов, сравниваются с многолетним (30-летним) средним значением в Таблице S1. Отдельные годы исследований различались по температуре и количеству осадков. 2021 год характеризовался более высокими средними температурами в июле и сентябре, а также большим количеством осадков в июле и августе, тогда как в 2022 году было зарегистрировано меньшее количество осадков в июне и августе. Количество осадков составляло половину от многолетней нормы. Низкое количество осадков в августе (34,4 мм по сравнению с многолетним средним значением 65,2 мм) и высокие температуры (на 2,6 °C выше многолетней нормы) привели к засухе в конце сезона.

2.4. Режимы удобрения

Для определения потребности в удобрениях (NPKMg) перед экспериментами был проведен анализ содержания питательных веществ в почве на агрохимической службе (OSChR, Варшава, Польша). Количество удобрений затем рассчитывали на основе рекомендуемых доз питательных веществ для выращивания зимней тыквы: (N) 150 кг/га, фосфор (P) 120 кг/га, калий (K) 350 кг/га и магний (Mg) 130 кг/га [24]. Удобрения (NPKMg) вносились отдельно для каждого экспериментального блока. Использовались следующие однокомпонентные удобрения: аммиачная селитра (34% N), двойной суперфосфат (46% P), сульфат калия (50% K) и сульфат магния (15% Mg).

Были испытаны три дозы азота: 30%, 50% и 100% от оптимального уровня азота, рекомендуемого для производства зимней тыквы. Каждая доза азота представляла собой отдельный экспериментальный блок: блок 1 — 50% N, блок 2 — 100% N и блок 3 — 30% N. Для варианта с 30% N вся доза азотного удобрения была внесена за две недели до посадки. Однако для вариантов с 50% N и 100% N 2/3 азотного удобрения вносили за две недели до посадки, а 1/3 — через три недели после посадки.

2.5. Фенотипическая оценка плода и урожайности

Характеристики плодов включали среднюю массу плода (кг), количество плодов на растение, товарную урожайность (kg/100 m2, kg/one are), диаметр и длину плода (см) и толщину мякоти (см). Созревшие, полностью выросшие плоды с каждой делянки/повторности собирали, взвешивали и подсчитывали. Товарную урожайность плодов оценивали по следующей формуле:

и рассчитывали в кг на 100 м² (одна ар). Для измерений плодов (длина, диаметр и толщина мякоти) брали минимум шесть плодов с делянки/повторности. Данные собирали и систематизировали с помощью программного обеспечения Microsoft Excel (Microsoft Corporation, Редмонд, Вашингтон, США).

2.6. Нитраты и содержание сухого вещества в плодах

Образцы мякоти плодов отбирали от зрелых, полностью выросших плодов. Для оценки нитратов отбирали шесть плодов с каждой делянки/повторности, отбирали пробу мякоти (примерно 100 г) и использовали для измерений. Содержание нитратов (мг/кг) определяли спектрофотометрическим методом (проточный инжекционный анализ — FIA, [25]). Для определения содержания сухого вещества фрагменты плодов, взятые от данного сорта, объединяли в блоке экспериментов. Всего было подготовлено двенадцать образцов, по четыре образца для каждого блока. Содержание сухого вещества (г/100 г сырого вестава) определяли путем высушивания образцов при 102 °C. Все измерения проводились в аккредитованной лаборатории NQAC Жешув (Nestlé Quality Assurance Center, Жешув, Польша).

2.7. Статистический анализ

Результаты проанализированных характеристик представлены как средние значения со стандартными отклонениями, рассчитанными за оба года выращивания. Для оценки влияния норм азотного удобрения (фактор А) и сорта (фактор В) на содержание нитратов в мякоти плодов, урожайность плодов, массу плодов, количество плодов, длину плодов, диаметр плодов и толщину мякоти использовали модель дисперсионного анализа смешанного плана (ANOVA с расщепленными делянками). Результаты анализировали с помощью программного обеспечения Statistica 13.1 PL (TIBCO Software, Inc., Пало-Альто, Калифорния, США) на уровне значимости p < 0,05. Графики были подготовлены с использованием GraphPad Prism v7 (GraphPad Software Inc., Сан-Диего, Калифорния, США).

Анализ дисперсии показал, что доза азотного удобрения (фактор А) оказала существенное влияние на содержание нитратов и урожайность плодов в оба года эксперимента (Таблица 1). Кроме того, значительный эффект сорта (фактор В) наблюдался для всех изученных признаков. Эффект взаимодействия двух факторов (А × В) был значительным для массы плода в оба года и для содержания нитратов в 2022 году.

Таблица 1. Изменчивость изученных признаков четырех сортов C. maxima при трех обработках азотным удобрением. Опытная станция «Волица», 2021 и 2022 годы. Для оценки влияния норм азотного удобрения (фактор А) и сортов (фактор В) на признаки плодов использовали модель дисперсионного анализа смешанного плана (ANOVA с расщепленными делянками). Звездочки обозначают уровни значимости:  p < 0,05,  p < 0,01,  p < 0,001.

3.1. Влияние дозы азотного удобрения на признаки плодов

Снижение доз азотного удобрения до 50% и 30% привело к значительному снижению среднего содержания нитратов в плодах (Таблица 2, Дополнительные таблицы S2 и S3). Когда доза азота была снижена до 30%, среднее содержание нитратов в мякоти плодов не превышало 200 мг/кг ни в один год эксперимента (143 мг/кг в 2021 году и 129 мг/кг в 2022 году). Однако при снижении дозы азота до 50% были получены переменные результаты: среднее содержание нитратов составило 89 мг/кг в 2021 году и 260 мг/кг в 2022 году. При применении оптимальной дозы азота (100%) в оба года содержание нитратов превышало 300 мг/кг (305 мг/кг в 2021 году и 492 мг/кг в 2022 году). Сравнение двух лет показало, что среднее содержание нитратов в плодах в 2022 году — году с засухой в августе — было значительно выше (от 129 до 493 мг/кг), чем в 2021 году (от 89 до 305 мг/кг).

Таблица 2. Влияние дозы азотного удобрения на содержание нитратов в мякоти плодов и средние значения признаков, связанных с урожайностью, и размеров плодов за два года экспериментов, 2021 и 2022. Буквы обозначают однородные группы; p < 0,05.

Доза азота существенно влияла на урожайность плодов в оба года эксперимента (Таблица 2, Дополнительные таблицы S2 и S3). Средняя урожайность плодов при дозах азота 100% и 50% не различалась значительно между годами и составила 362 и 335 кг/100 м² в 2021 году и 267 и 276 кг/100м² в 2022 году соответственно. Значительно более низкая урожайность плодов (296 кг/100 м² в 2021 году и 235 кг/100 м² в 2022 году) была получена только при дозе азота 30%, что на 12% (2022) до 20% (2021) ниже стандартной дозы.

Была оценена влияние дозы азотного удобрения на массу плодов. В 2022 году общая средняя масса отдельных плодов была значительно ниже, когда норма удобрения была снижена до 30% (4,7 кг по сравнению с 5,6 кг при 50% и 5,4 кг при 100%). В 2021 году были получены другие результаты, когда самая высокая масса плодов была зарегистрирована при дозе азота 50% (5,9 кг), в то время как значительной разницы между дозами азота 100% и 30% не наблюдалось (Таблица 2, Дополнительные таблицы S2 и S3).

Среднее количество плодов на растение в 2022 году не различалось независимо от нормы азотного удобрения (1,3 плода на растение), тогда как в 2021 году наибольшее количество плодов наблюдалось при стандартном удобрении (1,7 по сравнению с 1,4 при 50% и 30%) (Таблица 2, Дополнительные таблицы S2 и S3).

Среди испытанных сортов наблюдались различные эффекты доз азотного удобрения на размеры плодов (длина, диаметр и толщина мякоти). В 2021 году наибольшие размеры плодов наблюдались при норме удобрения 50% (Таблица 2). Во второй год эксперимента (2022) значительная разница была отмечена только для диаметра плода, который был наименьшим при дозе азота 30% (Таблица 2, Дополнительные таблицы S2 и S3). В 2021 году была получена относительно высокая урожайность плодов, ranging от 296 до 362 кг/100 м², тогда как в 2022 году она составляла от 235 до 276 кг/100 м². Количество плодов также было больше в 2021 году, ranging от 1,4 до 1,7 на растение, чем в 2022 году, где оно составляло 1,3. Средняя масса плодов и размеры (длина, диаметр и толщина мякоти) были схожими в оба года экспериментов (Таблица 2, Дополнительные таблицы S2 и S3).

3.2. Характеристики сортов

Выбранные для эксперимента сорта различались по учитываемым признакам (Таблица 3, Дополнительные таблицы S2 и S3). Оценивая результаты, полученные для отдельных сортов в оба года эксперимента, самое низкое содержание нитратов в мякоти плодов было обнаружено у Justynka F1, со средними значениями 27 мг/кг в 2021 году и 183,9 мг/кг в 2022 году. Среднее содержание нитратов у сортов Otylia F1 и Mammoth Gold было схожим в оба года: 293,0 и 261 мг/кг в 2021 году и 389,0 и 293,7 в 2022 году соответственно. Для сорта Bambino среднее содержание нитратов отличалось от других сортов в 2021 году, находясь на среднем уровне (135 мг/кг), тогда как в 2022 году оно было схожим с таковым у сортов Otylia F1 и Mammoth Gold (Таблица 3, Дополнительные таблицы S2 и S3). В 2021 году содержание нитратов для сорта Justynka F1 было очень низким при всех дозах азотного удобрения и не превышало 100 мг/кг. В 2022 году среднее содержание нитратов также не превышало 100 мг/кг для этого сорта, но только при дозах азотного удобрения 50% и 30%. Содержание нитратов в плодах Bambino и Otylia F1 было значительно ниже в оба года при 50% и 30% азотного удобрения, но самая низкая концентрация нитратов при удобрении 50% N наблюдалась у Justynka F1. Результаты для Mammoth Gold были схожи с результатами для этих двух сортов в первый год исследования, а во второй год не было обнаружено значительных различий в содержании нитратов в мякоти плодов в зависимости от доз азота (Рисунок 3, Дополнительные таблицы S2 и S3).

Рисунок 3. Среднее содержание нитратов в мякоти плодов и урожайность плодов четырех сортов зимней тыквы, выращиваемых при трех различных дозах азотного удобрения в течение двух лет экспериментов, 2021 и 2022. Столбики погрешностей представляют стандартные отклонения (SD), а буквы обозначают однородные группы; p < 0,05.

Таблица 3. Влияние четырех сортов Cucurbita maxima, обработанных тремя различными дозами азотного удобрения, на содержание нитратов в мякоти плодов, средние значения признаков, связанных с урожайностью, и размеров плодов за два года экспериментов, 2021 и 2022. Для измерений длины, диаметра и толщины мякоти плодов брали минимум шесть плодов с делянки/повторности. Буквы обозначают однородные группы; p < 0,05.

Самые урожайные сорта — это Mammoth Gold (468,7 кг/100 м² в 2021 году и 350,9 кг/100 м² в 2022 году) и Otylia F1 (394,6 кг/100 м² в 2021 году и 322 кг/100 м² в 2022 году), тогда как самые низкие урожаи были получены у Justynka F1 (230,3 кг/100 м² в 2021 году и 142,9 кг/100 м² в 2022 году). Для Bambino в оба года были получены очень схожие урожаи, находящиеся на среднем уровне (230,8 кг/100 м² в 2021 году и 220,7 кг/100 м² в 2022 году) (Таблица 3, Дополнительные таблицы S2 и S3). Для Mammoth Gold урожайность была значительно ниже при норме удобрения 30%, что позволяет предположить, что этот сорт наиболее чувствителен к низким уровням азота (Рисунок 3, Дополнительные таблицы S2 и S3).

У Justynka F1 наблюдались плоды со значительно меньшей массой (2,0 кг в 2021 году и 1,5 кг в 2022 году). Напротив, самая высокая масса плодов в оба года эксперимента была обнаружена у сортов Mammoth Gold (7,4 кг) и Otylia F1 (6,9 кг в 2021 году и 7,2 кг в 2022 году). Сорт Bambino имел немного меньшую среднюю массу плодов — 4,5 кг в 2021 году и 4,8 кг в 2022 году (Таблица 3, Дополнительные таблицы S2 и S3).

В оба года эксперимента самые крупные плоды наблюдались у сорта Mammoth Gold (диаметр плода: 29,0 см в 2021 году и 29,6 см в 2022 году; длина плода: 28,9 см в 2021 году и 27,1 см в 2022 году) и Otylia F1 (диаметр плода: 29,0 см в оба года; длина плода: 22,7 см в 2021 году и 23,5 см в 2022 году). У Bambino плоды были немного меньше, диаметром 26 см (2021) и 25,7 см (2022) и длиной 19,8 см (2021) и 20,4 см (2022). Сорт Justynka F1 давал самые маленькие плоды с диаметром и длиной 18,4 см (2021) и 17,3 см (2022) и 14,8 см (2021) и 12,8 см (2022) соответственно (Таблица 3, Дополнительные таблицы S2 и S3). Наибольшая средняя толщина мякоти наблюдалась у Otylia F1, ranging от 5,4 см в 2021 году до 6,1 см в 2022 году. Напротив, самой тонкой мякотью характеризовался сорт Justynka F1 (3,4 см в 2021 году и 3,2 см в 2022 году). Сорта Mammoth Gold и Bambino характеризовались схожей толщиной мякоти, которая составляла соответственно от 4,7 до 4,4 см в 2021 году и от 4,1 до 3,8 см в 2022 году (Таблица 3, Дополнительные таблицы S2 и S3).

Управление азотными удобрениями становится все более важным в системах сельскохозяйственного и садоводческого производства. Чрезмерное использование синтетических азотных удобрений негативно сказывается на наземных и морских экосистемах и способствует нанесению вреда окружающей среде за счет увеличения выбросов N2O из сельскохозяйственных почв, потенциально угрожая климатической цели Парижского соглашения по ограничению глобального потепления до 1,5 °C [26]. Кроме того, чрезмерное использование азотных удобрений оказывает негативное влияние на растения и сырье, извлекаемое из них. Однако дефицит азота ограничивает рост сельскохозяйственных культур и значительно снижает урожайность [16]. Поэтому агрономические исследования все чаще сосредотачиваются на поиске практик азотного удобрения, которые максимизируют производство сельскохозяйственных культур и улучшают качество сырья, одновременно минимизируя воздействие на окружающую среду.

В настоящем исследовании изучалось влияние различных доз азотного удобрения (100%, 50% и 30% от стандартной дозы, рекомендованной Sady [24]) на урожайность плодов, размер плодов и содержание нитратов в мякоти плодов в течение двух последовательных лет (2021 и 2022). В двухлетнем эксперименте использовались четыре сорта зимней тыквы C. maxima — Bambino, Otylia F1, Justynka F1 и Mammoth Gold, — выведенные или адаптированные для выращивания в климатических условиях Польши.

Мы отметили, что снижение нормы азотного удобрения оказало значительное влияние на общее содержание нитратов в мякоти плодов в оба года эксперимента. Мы обнаружили, что снижение азотного удобрения до 50% и 30% значительно снизило среднее содержание нитратов в плодах испытанных сортов. Более того, при дозе азота 30% содержание нитратов в мякоти оставалось ниже стандарта Европейского Союза (200 мг/кг) в оба года экспериментов [15]. Подобная зависимость была отмечена для других культур, таких как картофель и редис, у которых содержание нитратов увеличивалось при применении относительно высоких доз азотных удобрений [27,28].

Мы наблюдали различия между сортами в плане накопления нитратов в мякоти плодов. Самые низкие содержания нитратов были обнаружены в мякоти плодов мелкоплодного Justynka F1, который представляет садоводческую группу C. maxima под названием тип Hubbard. Содержание азота, определенное в данном исследовании, было схожим с сообщенным в предыдущих исследованиях для сортов, подобных Justynka F1 [18]. Средние концентрации нитратов до хранения, полученные Biesiada et al. (2009) [18] для сортов Амазонка и Каровита (тип сорта Justynka F1), составили 279 мг/кг и 245 мг/кг соответственно. Однако те же авторы в другой публикации сообщили о значительно более высоких общих содержаниях нитратов, варьирующих от 390 до 690 мг/кг в зависимости от сорта C. maxima. Содержание нитратов у мелкоплодных сортов (Ушики Кури, Амазонка, Каровита и Амбар) ranged от 390 до 650 мг/кг, тогда как у крупноплодных сортов Bambino и Мелонова Жолта — от 570 до 690 мг/кг [19]. Исследования на томатах также показали различное влияние азотного удобрения на параметры плодов у мелкоплодных и крупноплодных сортов [29].

В нашем исследовании высокое содержание нитратов в плодах в 2022 году могло быть вызвано неблагоприятными погодными условиями, включая засуху во время интенсивного роста плодов. Ограниченное количество осадков в июне, после высадки рассады, затрудняло поглощение питательных веществ, правильное укоренение и вегетативный рост растений. Низкое количество осадков в августе (34,4 мм по сравнению с многолетним средним значением 65,2 мм) и высокие температуры (на 2,6 °C выше многолетней нормы) вызвали засуху, повлиявшую на развитие и рост плодов. В условиях недостаточной освещенности и/или отрицательного водного баланса фотосинтез может быть снижен, а содержание нитратов в растительных тканях может увеличиться. Таким образом, периоды засухи могут вызывать накопление нитратов (V) в растениях из-за снижения скорости превращения в нитраты (III) (нитриты) [30]. Засуха имела место в августе 2022 года, что может объяснить относительно высокое содержание нитратов в плодах.

Применяемая доза азота существенно влияла на урожайность плодов в оба года эксперимента. Мы обнаружили, что урожайность плодов не различалась значительно между обработками 100% и 50% азота ни в один год эксперимента. Однако при снижении азотного удобрения до 30% была получена значительно более низкая урожайность плодов, ranging от 12% (2022) до 20% (2021) ниже уровня стандартного удобрения. Аналогичные результаты были отмечены для кукурузы, где снижение азотного удобрения до 30% привело к потере урожая на 10% [31].

Мы также наблюдали, что сорта различались по урожайности плодов. Самая высокая урожайность плодов в оба года эксперимента была получена у крупноплодных сортов Mammoth Gold и Otylia F1, тогда как самая низкая — у мелкоплодного сорта Justynka F1. Эти результаты намного ниже, чем сообщенные в других исследованиях, где урожайность для мелкоплодных сортов составляла от 30 до 50 т/га, а для крупноплодных — от 50 до 100 т/га [23,32,33,34]. Однако это могло быть вызвано низким качеством почвы и/или более низкими уровнями внесения минеральных удобрений и отсутствием органического удобрения. В отличие от содержания нитратов, более низкая урожайность плодов была получена в 2022 году. Это также может быть связано с неблагоприятными погодными условиями в этом году.

Наблюдалось небольшое влияние варьирования норм азотного удобрения на размеры плодов (длина, диаметр и толщина мякоти) испытанных сортов. Значения были схожими в оба года экспериментов. Однако самые крупные плоды были получены от сортов Mammoth Gold и Otylia F1, тогда как Justynka F1 давал самые маленькие плоды. Плоды зимней тыквы, предназначенные для переработки, должны соответствовать стандарту размера из-за требований конкретного перерабатывающего завода, которые generally составляют 25–50 см. Кроме того, минимальная толщина мякоти тыкв, выращиваемых для переработки, составляет 3 см [35]. Justynka F1 был единственным испытанным сортом, который не соответствовал стандарту размера для плодов, предназначенных для переработки. Тем не менее, Justynka F1, благодаря размеру своих плодов, может быть рекомендован для потребления отдельными потребителями. Все испытанные сорта достигли толщины мякоти более 3 см.

В эксперименте 2022 года наблюдалось более высокое содержание сухого вещества в мякоти плодов у Otylia F1 и Justynka F1, в то время как сходные значения для этого признака были зарегистрированы для Bambino и Mammoth Gold в обоих экспериментах (Дополнительная таблица S4). Другие авторы также получали разные результаты по содержанию сухого вещества в зависимости от года исследования [23]. Все испытанные сорта превысили минимальное содержание сухого вещества для переработки плодов, которое составляло 5,5% (Дополнительная таблица S4). Самое высокое содержание сухого вещества в оба года было зарегистрировано у мелкоплодного сорта Justynka F1, тогда как самое низкое содержание сухого вещества было зарегистрировано у Mammoth Gold.

Результаты настоящего исследования выявили различия в параметрах плодов зимней тыквы в зависимости от сорта/генотипа и дозы азотного удобрения, а также года выращивания (климатические условия). Мы отметили, что снижение нормы азотного удобрения существенно повлияло на содержание нитратов в мякоти плодов и урожайность плодов в оба года эксперимента. Снижение азотного удобрения до 50% и 30% значительно снизило среднее содержание нитратов в плодах испытанных сортов C. maxima. Однако урожайность плодов не различалась значительно между обработками 100% и 50% азота ни в один год эксперимента. Следовательно, снижение дозы азота до 50% от рекомендуемой дозы представляется разумным. Испытанные сорта различались по накоплению нитратов в плодах, и самые низкие значения для этого призната были зарегистрированы у сорта Justynka F1, для которого значение нитратов не превышало 200 мг/кг как при сниженных дозах 30%, так и 50%. Однако этот сорт был единственным, который не соответствовал стандарту размера плодов для переработки. Таким образом, наиболее перспективным из испытанных сортов является Otylia F1. Этот сорт показал высокую урожайность и массу плодов в оба года эксперимента, с сухим веществом от 8 до 10 г/100 г, и характеризовался самой толстой мякотью среди испытанных сортов. Хотя содержание нитратов в плодах Otylia F1 значительно варьировало в зависимости от года эксперимента и дозы азотного удобрения, оно оставалось в пределах стандартного диапазона при дозе азота 50%. Представленное исследование является частью стратегии устойчивого развития сельского хозяйства. Эта работа предоставляет новые знания о характеристиках сортов C. maxima, пригодных для переработки, и стратегиях использования ограниченного азотного удобрения в производстве зимней тыквы.

Следующая вспомогательная информация может быть загружена по адресу: https://www.mdpi.com/article/10.3390/agriculture15010042/s1; Таблица S1: Средняя температура и осадки в период полевых экспериментов (Метеостанция WULS, Варшава, Польша, 52°09′37.37″ N 21°03′11.92″ E); Таблица S2: Среднее содержание нитратов в мякоти плодов, средние значения признаков, связанных с урожайностью, и размеров плодов для четырех сортов зимней тыквы (Cucurbita maxima Duchesne) в зависимости от трех доз азотного удобрения для полевого эксперимента, проведенного в 2021 году; Таблица S3: Среднее содержание нитратов в мякоти плодов, средние значения признаков, связанных с урожайностью, и размеров плодов для четырех сортов зимней тыквы (Cucurbita maxima Duchesne) в зависимости от трех доз азотного удобрения для полевого эксперимента, проведенного в 2021 году; Таблица S4: Среднее содержание сухого вещества в мякоти плодов для четырех сортов зимней тыквы (Cucurbita maxima Duchesne) для полевых экспериментов, проведенных в 2021 и 2022 годах.

1.    Decker-Walters, D.S.; Walters, T.W. Squash. In The Cambridge World History of Food; Kiple, K.F., Ornelas, K.C., Eds.; Cambridge University Press: Cambridge, UK, 2000; pp. 335–351. [Google Scholar]

2.    Paris, H.S. Overview of the origins and history of the five major cucurbit crops: Issues for ancient DNA analysis of archaeological specimens. Veg. Hist. Archaeobot. 2016, 25, 405–414. [Google Scholar] [CrossRef]

3.    Formiga, A.K.; Myers, J.R. Images and descriptions of Cucurbita maxima in Western Europe in the sixteenth and seventeenth centuries. Plant Breed. Rev. 2019, 43, 317–356. [Google Scholar]

4.    Chomicki, G.; Schäfer, H.; Renner, S.S. Origin and domestication of Cucurbitaceae crops: Insights from phylogenies, genomics, and archaeology. New Phytol. 2020, 226, 1240–1255. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]

5.    Goldman, A. The Complete Squash; Artisan: New York, NY, USA, 2004; pp. 32–75. [Google Scholar]

6.    Ferriol, M.; Picó, B. Pumpkin and winter squash. In Handbook of Plant Breeding; Prohens, J., Nuez, F., Eds.; Springer: New York, NY, USA, 2008; pp. 317–349. [Google Scholar]

7.    COBORU. Research Centre for Cultivar Testing, Słupia Wielka, Poland. Available online: https://www.coboru.gov.pl/ (accessed on 10 May 2024).

8.    FAOSTAT. FAO Statistics Database; FAO: Rome, Italy, 2022; Available online: http://www.fao.org/faostat (accessed on 28 June 2024).

9.    Seed World. Poland the Largest Producer of Pumpkins in the EU. Available online: https://www.seedworld.com/europe/2024/03/07/poland-the-largest-producer-of-pumpkins-in-the-eu/ (accessed on 21 August 2024).

10. Kaur, S.; Panghal, A.; Garg, M.; Mann, S.; Khatkar, S.; Sharma, P.; Chhikara, N. Functional and nutraceutical properties of pumpkin—A review. Nutr. Food Sci. 2019, 50, 384–401. [Google Scholar] [CrossRef]

11. Yadav, M.; Jain, S.; Tomar, R.; Prasad, G.B.K.S.; Yadav, H. Medicinal and biological potential of pumpkin: An updated review. Nutr. Res. Rev. 2010, 23, 184–190. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]

12. Kim, C.J.; Kim, H.W.; Hwang, K.E.; Song, D.H.; Ham, Y.K.; Choi, J.H.; Kim, Y.B.; Choi, Y.S. Effects of dietary fiber extracted from pumpkin (Cucurbita maxima Duch.) on the physico-chemical and sensory characteristics of reduced-fat frankfurters. Korean J. Food Sci. Anim. Resour. 2016, 36, 309–318. [Google Scholar] [CrossRef]

13. Konopacka, D.; Seroczyńska, A.; Korzeniewska, A.; Jesionkowska, K.; Niemirowicz-Szczytt, K.; Płocharski, W. Studies on the usefulness of Cucurbita maxima for the production of ready-to-eat dried vegetable snacks with a high carotenoid content. LWT Food Sci. Technol. 2010, 43, 302–309. [Google Scholar] [CrossRef]

14. Woo, I.A.; Kim, Y.S.; Choi, H.S.; Song, T.H.; Lee, S.K. Quality characteristics of sponge cake with added dried sweet pumpkin powders. J. Korean Soc. Food Sci. Nutr. 2006, 19, 254–260. [Google Scholar]

15. European Commission. Commission Regulation (EC) No. 1258/2011 of 2 December 2011 amending Regulation (EC) No 1881/2006 as regards maximum levels for nitrates in foodstuffs. Off. J. Eur. Communities 2011, L320, 15–17. [Google Scholar]

16. Colla, G.; Kim, H.J.; Kyriacou, M.C.; Rouphael, Y. Nitrate in fruits and vegetables. Sci. Hortic. 2018, 237, 221–238. [Google Scholar] [CrossRef]

17. Santamaria, P. Nitrate in vegetables: Toxicity, content, intake and EC regulation. J. Sci. Food Agric. 2006, 86, 10–17. [Google Scholar] [CrossRef]

18. Biesiada, A.; Nawirska, A.; Kucharska, A.; Sokół-Łętowska, A. The effect of nitrogen fertilization methods on yield and chemical composition of pumpkin fruits before and after storage. J. Fruit Ornam. Plant Res. 2009, 70, 203–211. [Google Scholar] [CrossRef]

19. Biesiada, A.; Nawirska, A.; Kucharska, A.; Sokół-Łętowska, A. Chemical composition of pumpkin fruit depending on cultivar and storage. Ecol. Chem. Eng. A 2011, 18, 9–18. [Google Scholar]

20. Directive HAT. The Council of the European Communities. Off. J. Eur. Communities 1991, L268, 56–68. [Google Scholar]

21. Directive EU. EU Directive of the European Parliament and of the Council Establishing a Framework for Community Action in the Field of Water Policy (2000/60/EC). Off. J. Eur. Union 2000, 22, 2000. [Google Scholar]

22. Mengel, K.; Kirkby, E.A.; Kosegarten, H.; Appel, T. Principles of Plant Nutrition; Kluwer Academic Publishers: Dordrecht, The Netherlands, 2001. [Google Scholar]

23. Niewczas, J.; Mitek, M.; Korzeniewska, A.; Niemirowicz-Szczytt, K. Characteristics of selected quality traits of novel cultivars of pumpkin (Cucurbita maxima Duch.). Pol. J. Food Nutr. Sci. 2014, 64, 101–107. [Google Scholar] [CrossRef][Green Version]

24. Sady, W. Nawożenie Warzyw Polowych; Plantpress: Kraków, Poland, 2000. (In Polish) [Google Scholar]

25. ISO 14673-3:2004; Milk and Milk Products—Determination of Nitrate and Nitrite Contents. International Standard Organization: Geneva, Switzerland, 2004.

26. Menegat, S.; Ledo, A.; Tirado, R. Greenhouse gas emissions from global production and use of nitrogen synthetic fertilizers in agriculture. Sci. Rep. 2022, 12, 1–13. [Google Scholar]

27. Caruso, G.; Conti, S.; La Rocca, G. Influence of crop cycle and nitrogen fertilizer form on yield and nitrate content in different species of vegetables. Adv. Hortic. Sci. 2011, 25, 81–89. [Google Scholar]

28. Lombardo, S.; Pandino, G.; Mauromicale, G. Optimizing nitrogen fertilization to improve qualitative performances and physiological and yield responses of potato (Solanum tuberosum L.). Agronomy 2020, 10, 352. [Google Scholar] [CrossRef]

29. Ben-Oliel, G.; Kant, S.; Naim, M.; Rabinowitch, H.D.; Takeoka, G.R.; Buttery, R.G.; Kafkafi, U. Effects of ammonium to nitrate ratio and salinity on yield and fruit quality of large and small tomato fruit hybrids. J. Plant Nutr. 2005, 27, 1795–1812. [Google Scholar] [CrossRef]

30. Jurga, B.; Kocoń, A. Czynniki wpływające na zawartość azotanów (V) i azotanów (III) w roślinach. Stud. Rap. IUNG-PIB 2013, 34, 8. (In Polish) [Google Scholar]

31. Donner, S.D.; Kucharik, C.J. Evaluating the impacts of land management and climate variability on crop production and nitrate export across the Upper Mississippi Basin. Glob. Biogeochem. Cycles 2003, 17, 1085. [Google Scholar] [CrossRef]

32. Niemirowicz-Szczytt, K.; Korzeniewska, A.; Gałecka, T. New varieties of winter squash (Cucurbita maxima Duch.) with a high content of dry matter, starch, protein and carotenoids. In Materials of 6th National Congress of Horticultural Plant Breeding—Plant Breeding for Improved Quality; DRUKPOL: Kraków, Poland, 1996; pp. 148–151. (In Polish) [Google Scholar]

33. Sztangret, J.; Korzeniewska, A.; Niemirowicz-Szczytt, K. Assessment of yield, dry matter and carotenoids content in the new hybrids of winter squash (Cucurbita maxima Duch.). Folia Hort. 2001, 13, 433–437. [Google Scholar]

34. Babik, J.; Kaniszewski, S.; Babik, I. The usefulness of vegetable species and cultivars for organic cultivation. Res. Agr. Eng. 2011, 53, 15–19. [Google Scholar]

35. Jędrzejczyk, M.; Szmiel, M. Instrukcje Technologiczne Produkcji Wyrobów z Dyni; Centralny Ośrodek Badawczo Rozwojowy Ogrodnictwa: Warszawa, Poland, 1981. (In Polish) [Google Scholar]

Kaźmińska K, Korzeniewska A, Słomnicka R, Gniazdowska A, Bartoszewski G. Impact of Nitrogen Fertilization on Fruit Parameters of Four Cucurbita maxima Cultivars Grown in Poland. Agriculture. 2025; 15(1):42. https://doi.org/10.3390/agriculture15010042

Перевод статьи «mpact of Nitrogen Fertilization on Fruit Parameters of Four Cucurbita maxima Cultivars Grown in Poland. Agriculture» авторов Kaźmińska K, Korzeniewska A, Słomnicka R, Gniazdowska A, Bartoszewski G., оригинал доступен по ссылке. Лицензия: CC BY. Изменения: переведено на русский язык