CC BY
140Партоев К.
д.с.-х.н., профессор, зав. лабораторией генетики и селекции растений, Институт ботаники, физиологии и генетики растений НАН Таджикистана pkurbonali@mail.ru Ахмедов Х.М.
д.х.н., академик НАН Таджикистана, зав. отделом инновационных технологий, Центр инновационного развития науки и новых технологий НАН Таджикистана Сафармади М.
н.с., Центр инновационного развития науки и новых технологий НАН Таджикистана
ЭКОЛОГИЯ И ПРОДУКТИВНОСТЬ ТОПИНАМБУРА (HELIANTHUS TUBEROSUS)
В УСЛОВИЯХ ТАДЖИКИСТАНА
Ключевые слова: экология, продуктивность, топинамбур, биомасса, Таджикистан.
1. Введение
Республика Таджикистан является горной страной, территория которой на 93% занята горными экосистемами. Важным сектором экономики республики является сельское хозяйство, которое обеспечивает около 24% ВВП ежегодно. Выращивать сельскохозяйственные культуры здесь возможно на высотах от 350 до 4000 м над уровнем моря. С учетом возрастающей численности населения в республике перед учеными стоят задачи разработки инновационных технологий и методов получения максимального количества необходимой продукции и биологической массы с единицы площади. К числу культур, которые могут обеспечить получение большого объема биологической массы с единицы площади можно отнести топинамбур (Helianthus tuberosus).
Топинамбур - это сладкий и высокопитательный корнеплод, относящийся так же, как и подсолнечник, к семейству сложноцветных. Топинамбур отличается от подсолнечника тем, что он в своей подземной части, подобно картофелю, образует клубни различной величины, формы и цвета. Топинамбур в России называют «земляной грушей», «диким подсолнухом», «солнечным корнем», в Европе - «иерусалимским артишоком», в Казахстане - «китайской картошкой». Научное название земляной груши - «подсолнечник клубненосный».
Родиной топинамбура считается Северная Америка, где он растёт в диком виде и был введён в культуру индейцами до появления там европейцев. В Европу эта культура попала через Францию, где она и получила название «топинамбур» (от названия племени бразильских индейцев - топинамба). В Россию топинамбур попал в начале XVIII века [4].
В мировой практике интерес к топинамбуру в разные периоды то возрастал, то затухал, что определялось активностью изучения и пропаганды потенциальных возможностей этой культуры и высокой продуктивностью надземной массы и клубней. В первой половине ХХ века топинамбур исследовался с целью использования его в качестве кормовой культуры. Однако широкие биохимические исследования последних десятилетий, начиная с 80-х годов ХХ столетия, показали, что наряду с кормовыми достоинствами топинамбур имеет высокую перспективность использования в качестве пищевой, лекарственной и технической (биоэнергетической) культуры [4-7].
Топинамбур - высокоурожайная сельскохозяйственная культура. В условиях Нечерноземья Российской Федерации его урожайность зеленой массы может достигать 60,0 т/га, а клубней - 40,0 т/га, обеспечивать выход 7,510,0 т/га кормовых единиц и 6,0-6,8 ц/га переваримого протеина. Топинамбур отличается высокими питательными качествами благодаря наличию в нем ценных компонентов химического состава. Клубни содержат 18-22% сахаров, до 2,5% протеина, витамины группы В и С. В минеральном составе зольных элементов содержится до 6% фосфора, свыше 5% железа, что делает клубни особенно ценным кормом для молодняка. Зеленая масса содержит до 20-25% сухого вещества. В него входит углеводный комплекс, значительную долю которого занимает особый вид углевода -инулин, перерабатывающийся в организме животных в легкоусвояемую фруктозу, а также содержатся полноценный протеин (который представлен 16 аминокислотами, в том числе 8 незаменимыми), а также витамины и клетчатка [1-4].
С целью получения кормовой массы в 1953-1955 гг. в Таджикистане на специальных опытных участках проведено размножение посадочного материала земляной груши и для посева колхозам и совхозам республики передано 500 ц клубней. В 1956-1958 гг. земляная груша возделывалась в природно-климатических условиях Гиссарской и Вахшской долин, в Гармской группе районов, в Ленинабадской области и на Западном Памире. В производственных посевах колхозов, так же как и на опытных участках, земляная груша в среднем давала урожай зелёной массы 500 ц, а клубней -250 ц с одного гектара. В условиях высокогорья в колхозах Ишкашимского, Рошткалинского и Шугнанского районов установлено, что земляная груша является ценной кормовой культурой, способной давать 500-600 ц зелёной массы и 150-200 ц клубней с каждого гектара [5].
В долинных районах Таджикистана к концу июля рост растений достигает высоты более 2,5 м. Урожай зелёной массы в это время составляет не менее 550 ц/га. Если в это время ботву скосить, то земляная груша вновь даст к осени повторно такой же урожай ботвы [6].
Эта биологическая особенность земляной груши позволяет производить закладку силоса из ее зелёной массы в два срока летом и осенью. Здесь важно то, что сроки силосования ботвы земляной груши совпадают со сроками массового летнего и осеннего силосования других силосных культур, что позволяет готовить их смеси [7].
Агроэкологические факторы среды имеют большую амплитуду в различных условиях долинной и горной зоны Таджикистана и эти факторы по разному влияют на рост и развитие различных сельскохозяйственных культур. В частности, авторы [6] информируют, что между такими признаками топинамбура, как высота стебля, количество листьев, количество клубней и продуктивностью наблюдается прямая средняя корреляционная связь в зависимости от зоны возделывания. Цель настоящей работы состояла в изучении особенности роста и развития различных генотипов топинамбура в зависимости от выращивания их в различной вертикальной зональности Республики Таджикистан.
2. Материалы и методы исследования
Материалом для проведения наших исследований служили элитные и сортовые семенные клубни (1-11-й семенной репродукции) различных генотипов/сортов топинамбура. Исходные материалы нами были получены из коллекции Института ботаники, физиологии и генетики растений Академии наук Республики Таджикистан (ИБФГР АН РТ), Всероссийского научно-исследовательского института растениеводства (ВИР, Майкопская опытная станция, Республики Адыгея) и Кубанского аграрного университета (Россия). Научные работы по изучению особенности роста и развития, а также проявления ряда морфологических полигенных признаков различных генотипов топинамбура были проведены в течение 2016-2019 гг. в различных агроэкологических условиях Республики Таджикистан: Васейский район - 460 метров над уровнем моря (н.у.м)., Вахшский район - 600 м.н.у.м., и в городе Душанбе - 840 м.н.у.м., Му-минабадский район - 1200 м.н.у.м., Раштский район - 1800 м.н.у.м., Ляхшский район - 2000 м.н.у.м., город Вахдат (участок Канаск) - 2560 м над уровнем моря (рис.1).
Рисунок 1.
Местность и высоты над уровнем моря, где проведено исследование роста топинамбура
(2016-2019 гг.)
Количество изученных сортообразцов топинамбура в этих районах составило 16-20 ед. Сортообразцы топинамбура выращивались на основе общепринятой агротехники для каждой агроэкологической зоны. В зависимости от высоты над уровнем моря клубни генотипов/сортов топинамбура высаживались в течение марта-апреля по схеме посадки 70^35 см. Сортообразцы топинамбура были посажены в четырехкратной повторности.
Общее количество растений с каждого генотипа/сорта составило по 80 растений. Во время вегетации генотипов/сортов топинамбура были проведены следующее агротехнические работы: внесение минеральных удобрений (М100Р150К80 кг/га), два раза междурядные обработки (вручную), культивации междурядий, окучивание рядов и 57 вегетационных поливов. Во время вегетации топинамбура были проведены следующие фенологические учёты и наблюдений: учет всходов, высота растений в разных фазах развития растений, количество листьев, количество стеблей, масса корней, количество клубней, масса клубней, общая биомасса растений. Сведения о среднесуточной температуре воздуха, суммы эффективных температур (свыше 100С) и количестве осадков были взяты из Государственного учреж-
дения «Метеостанция» города Душанбе Республики Таджикистан. Статистическая обработка данных была проведена по [8] с использованием компьютерной программы Microsoft Excel 2007.
Целью исследований являлось изучение особенности формирования биологической массы топинамбура в зависимости от вертикальной зональности в различных агроэкологических условиях Республики Таджикистана.
3. Результаты исследования и их обсуждение
В различных экологических зонах, где были проведены наши исследования, наблюдается существенное влияние таких агроэкологических условий местности, как высота над уровнем моря и сумма эффективных температур на формирование различных полезных признаков топинамбура (табл. 1).
Таблица 1
Местность, урожайность и общая биомасса топинамбура (среднее за 2016-2019 гг.).
Местность Высота над уровнем моря, м Эффективная температура за вегетацию, С Масса стеблей, листьев и корней, г/раст. Масса клубней, г/раст. Общая биомасса, г/раст.
Васейский район 460 3760 2817±1,4 1575±1,6 4392±1,7
Вахшский район 600 3455 2190±1,3 1500±1,8 3690±1,4
г. Душанбе 840 2610 2040±1,6 855±1,7 2895±1,5
Муминабад 1200 2280 1100±1,4 590±1,5 1690±1,7
Раштский район 1800 1300 1000±1,2 450±1,1 1450±1,9
Ляхшский район 2000 1210 810±1,5 370±1,8 1180±1,3
Участок Канаск 2560 895 520±1,1 250±1,3 770±1,4
Среднее - - 1496,7 798,6 2295,3
НСР05 - - 8,2 9,1 10,4
Из табл. 1 видно, что такие полигенные признаки топинамбура, как масса стеблей, листьев и корней, масса клубней и общая биомасса растений сильно меняются в зависимости от вертикальной зональности нахождения от уровнем моря. За вегетационный период растений с повышением высоты над уровнем моря наблюдается пропорциональное уменьшение суммы эффективных температур (свыше 100С). Наибольшая сумма эффективных температур наблюдается в южной части республики на высоте 460 м над уровнем моря в условиях Васейского района (37600С), а наименьшее количество эффективных температур наблюдается в условиях высокогорья Центрального Таджикистана, в условиях города Вахдат на участке Канаск на высоте 2560 м над уровнем моря (8950С).
Установлено, что связь между такими показателями, как сумма эффективных температур, масса стеблей и листьев, масса клубней и общая биомасса растений топинамбура сильно положительная (рис. 1).
5000
О О
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
Сумма эффективных температур, ОС
Рисунок 1.
Корреляционная связь между суммой эффективных температур и общей биомассой топинамбура
Как видно из рис. 1, с увеличением суммы эффективных температур наблюдается значительное увеличение общей биомассы топинамбура и корреляция между этими показателями составляет г = 0,972. Таким образом, в разных экологических условиях Таджикистана основным фактором, влияющим на продуктивность топинамбура является сумма эффективных температур, что существенно меняется в зависимости от высоты над уровнем моря.
Как показали наши исследования, высота над уровнем моря также существенно влияет на урожайность клубней и общей биомассы сортообразцов топинамбура (рис. 2).
Как видно из рис. 2, урожайность клуней сортообразцов топинамбура на высотах от 460 м до 840 м над уровнем моря соответственно составляет 63,0 и 34.2т/га. Урожайность топинамбура на высотах от 1200 до 2000 м уменьшается от 23,6 до 14,6 т/га, а на высоте 2560 м над уровнем моря - до 10.0/га.
>
у
а?
¿г
Г
че
гч г*
А*
л>
к?
С?
у
¿у
V4
й Урожайность клубней, т/га
I Общая биомасса, т/га
Рисунок 2.
Урожай клубней и общей биомассы топинамбура в зональной вертикальности над уровнем моря
(среднее за 2016-2019 гг.)
Урожайность топинамбура в большой степени зависит от высоты над уровнем моря и суммы эффективных температур и колеблется от 10 до 63 т/га, а общая биологическая масса от 30,8 до 175,7 т/га. Сравнительно высокий урожай в наших экспериментах получен в условиях Юга Таджикистана (на высоте 460 м над уровнем моря). Здесь урожай клубней топинамбура составила 63 т/га, а общая биологическая масса - 175,7 т/га.
Заключение
Таким образом, высота над уровнем моря по мере нарастания от 460 м до 2550 м вызывает уменьшение урожайности клубней топинамбура от 63,0 т/га до 10,0 т/га. Урожайность клубней топинамбура на высоте 2560 м в 6,3 раза ниже, чем на высоте 460 м над уровнем моря. На высоте 2560 м над уровнем моря из-за низкого уровня суммы эффективных температур наблюдается существенное снижение урожайности сортообразцов топинамбура, по сравнению с возделыванием топинамбура на высотах 460-840 м над уровнем моря. В среднем урожайность клубней сортообразцов топинамбура в различных уровнях от высоты над уровнем моря составляет 31,9 т/га, что говорит о высоком потенциале растений топинамбура по урожайности клубней в условиях Республики Таджикистан как важного продукта питания. В перспективе топинамбур может играть важную роль в обеспечении продовольственной безопасности в разных агроэкологических условиях Таджикистана. Анализ урожайности общей биомассы топинамбура также показывает положительный эффект высоты над уровнем моря на данный полигенный признак топинамбура. Например, если общая биомасса сортообразцов топинамбура на высотах 460 м и 600 м над уровнем моря соответственно составляет 175,7 и 147,6 т/га, то этот показатель на высотах 2000 и 2560 м соответственно составляет 47,2 и 30,8 т/га, т.е. в 3,7 и 4.8 раза меньше, чем на высотах 460 и 600 м над уровнем моря. По урожайности общей биомассы сортооб-разцы топинамбура на высотах 840, 1200 и 1800 м над уровнем моря также значительно отличаются между собой (разность составляет 9,6-10,8 т/га или же 16,8-22,9). Установлено, что продуктивность сортообразцов топинамбура в зависимости от вертикальной зональности существенно меняется, и это в основном связано с влиянием температуры воздуха. Корреляция между суммой эффективных температур и общей биомассой растений топинамбура составила г = 0,972.
В разных экологических условиях Таджикистана средняя урожайность общей биомассы сортообразцов топинамбура при их выращивании на высотах от 460 м до 2560 м над уровнем моря составляет 91,8 т/га, и следовательно, топинамбур может быть важным биоресурсом для поддержки кормовой базы в животноводстве, а также продуктом питания (клубней) для населения в будущем. Можно отметить, что наиболее подходящими зонами для возделывания
и получения высокой урожайности топинамбура в условиях Таджикистана являются районы, расположенные на высотах от 460 до 1200 м над уровнем моря, с общей суммой эффективных температур во время вегетации растений от
2280 до 37600С. В будущем таджикские фермеры могут получать высокую массу этой культуры, что так важно для
обеспечения кормовой базы в животноводстве, а также продуктов питания для населения.
Список литературы
1. Шаззо Р.И. Топинамбур: биология, агротехника выращивания, место в экосистеме, технологии переработки (вчера, сегодня, завтра) / Р.И. Шаззо, В.Г. Кайшев, Р. А. Гиш, Р.И. Екутеч, Е.П. Корнена. - Краснодар, 2013. - 184 с.
2. Сафарзода Р.Ш. Исследование аминокислотного состава травы топинамбура культивируемого в Таджикистане. / Р.Ш. Сафарзо-да, Д.Р. Халифаев, Д.М.Попов // Разработка и регистрация лекарственных средств. - М., 2014. - № 3. - С. 134-136.
3. Халифаев Д.Р. Получение и стандартизация настойки гомеопатической матричной из свежих клубней топинамбура / Д.Р. Халифаев, Д.М. Попов // Современные аспекты использования растительного сырья и сырья природного происхождения в медицине: тез. Докл. 3-й науч.-практ. конф. - М., 2015. - С. 56-62.
4. Новикова Л.Ю. Проявление хозяйственно ценных признаков у сортов картофеля (Solanum L.) при изменении климата на европейской территории России / Л.Ю. Новикова, С.Д., Киру, Е.В. Рогозина // Сельскохозяйственная биология. - М., 2017. - Т. 52, № 1. - С. 75-83.
5. Партоев К.О корреляционной связи между продуктивностью топинамбура (Helianthus tuberosus l.) и суммой эффективных температур / К. Партоев, Х.М.Ахмедов, М. Сафармади, И.С. Нихмонов, С. Садридинов // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. - М., 2018. - № 6. - С. 149-154.
6. Ахмедов Х.М. Химический состав, биологическая и хозяйственная продуктивность топинамбура / Х.М. Ахмедов, К. Партоев, Г. А. Ташбаев // Известия Академии наук Республики Таджикистан / Отделение физико-математических, химических, геологических и технических наук. - Душанбе, 2015. - № 3 (160). - С. 124-131.
7. Партоев К. Корреляционная связь между признаками топинамбура / К. Партоев, Н.Х. Сайдалиев, Ш.М. Ясинов, С. Садриддинов // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2015. - № 6 (56). - С. 36-37.
8. Доспехов Б. А. Методика полевого опыта. - М.: Колос, 1985. - 368 с.
