CC BY
36
УДК 662.63:002.54
КАПЕЛЬНОЕ ОРОШЕНИЕ КАК ФАКТОР ИНТЕНСИФИКАЦИИ ВЕГЕТАТИВНОГО РАЗМНОЖЕНИЯ МИСКАНТУСА
И. A. МОРГУН, Л. С. AНДРЕЕВА
Институт биоэнергетических культур и сахарной свеклы НААН Украины г. Умань, Украина, 20300 (Поступила в редакцию 12.09.2016)
В мире все больше и больше уделяется внимания поиску путей использования возобновляемых источников энергии, полученной растениями в процессе фотосинтеза. Доказательством этого является принятие 12 декабря 2015 г. в Париже нового соглашения по климату, которое к 2020 г. заменит текущий Киотский протокол. Это соглашение предусматривает снижение темпов роста среднегодовой температуры путем приведения во второй половине XXI века, выбросов парниковых газов до уровня, который природа способна перерабатывать без вреда для себя. С этой целью предполагается ежегодно привлекать $ 100 миллиардов для замены традиционных источников энергии возобновляемыми, среди которых важное место занимает биоэнергетика. В условиях Центральной Украины получить семена мискантуса затруднительно из-за недостаточной продолжительности вегетационного периода, недостатка эффективных температур и влажности почвы, поэтому его лучше размножать вегетативно. Для вегетативного размножения применяют способ деления корневищ как наиболее приемлемый в этих условиях. Выращивание маточных насаждений на плодородных почвах в условиях применения капельного орошения повышает выход посадочного материала на 59-79 % и позволяет получить посадочный материал уже после двух лет выращивания.
Ключевые слова: капельное орошение, мискантус, вегетативное размножение.
In the world more and more attention is paid to finding ways to use renewable sources of energy, obtained by plants during photosynthesis. Proof of this is the adoption of new climate agreement on December 12, 2015 in Paris, which in 2020 will replace the current Kyoto Protocol. This agreement would include the slowdown of average annual temperature by bringing the level of greenhouse gas emissions in the second half of the XXI century to the level that nature can process without harm to itself. For this purpose, it is proposed to annually attract $ 100 billion to replace traditional sources of energy by renewable ones, including such important source as bioenergy. In the conditions of Central Ukraine, it is difficult to obtain the seeds of miscanthus due to insufficient length of growing season, the lack of effective temperatures and soil moisture, so it is best to propagate it vegetatively. For vegetative propagation they use the method of dividing the rhizomes, as the most appropriate in these circumstances. Cultivation of the fallopian plantations on fertile soils in the conditions of application of drip irrigation increases the yield ofplanting material by 59-79% and helps to obtain planting material after only two years of cultivation.
Keywords: drip irrigation, miscanthus, vegetative propagation.
Введение
Текущее состояние производства и использования биотоплива в Украине находится в стадии становления. Оббьем биомассы в общем потреблении первичной энергии в Соединенных Штатах составляет 3,2 %, Дании - 8,3 %, Австрии - 12 %, Швеции - 18 %, Финляндии - 23 %, а в Украине, менее 1 %. В настоящее время использование биомассы как топлива в нашей стране составляет около 1 млн. тонн условного топлива в год, это в основном дрова и отходы древесины.
Энергетические проблемы, которые возникли в настоящее время, можно решить за счет возобновляемых источников энергии, что на сегодня является неотложной задачей топливно-энергетического комплекса Украины. Для решения этой проблемы необходимо использовать биомассу, которую создают растения, «консервируя» солнечную энергию в том виде, в котором ее может использовать человечество [5]. С привлечением биомассы специально выращенной на землях, которые не используются или неэффективно используются, приведет к увеличению объема биотоплива в энергетическом балансе страны до 20-25 %. Для Украины с ее большим потенциалом сельскохозяйственных земель перспективной является организация специальных энергетических плантаций быстрого оборота (ива, тополь, мискантус). Особое место в этом списке занимают травянистые энергетические растения, среди которых одно из первых мест занимает мискантус, или «слоновья трава», который принадлежит к отделу Покрытосеменные (Angispermal), классу однодольные (Monocatyledoneace), семейству злаки (Gramineae), виду (Anderssons). Род включает в себя более 20 видов, наиболее распространенными из них являются 12, в нашей работе изучали два вида М. sacchariflorus (Маxim.) Hack., М. sinensis Anderss. [1]. Ареал распространения мискантуса - тропические, субтропические и умеренные области Азии, Африки и Австралии. Это многолетнее травянистое растение, которое дает высокие просты сухого вещества на единицу площади и может культивироваться на землях с высоким размещением подпочвенных вод, где другие растения не растут. Выросшее сырье используется для изготовления твердого топлива (пелеты, гранулы и т.д.). Растения содержат большое количество целлюлозы (40-70 %) и лигнина, что позволяет использовать его в качестве ценного сырья в целлюлозно-бумажной промышленности, сельском хозяйстве и в производстве строительных материалов. Кроме того, мискантус имеет положительный энергетический баланс относительно гумуса, потому что после четырех лет культивирования на плантациях накопляется до 20 тонн подземной биомассы на гектаре, что в пересчете эквивалентно 9 т/га углерода [2].
Широкомасштабное выращивание культур для биоэнергетики требует изучения и внедрения в производство новых технологий получения посадочного материала. Для получения семян мискантуса в Лесостепной зоне Украины не хватает длины вегетационного периода, температуры и влажности, поэтому мискантус лучше размножать вегетативно. Известны три способа вегетативного размножения: саженцами, полученными в культуре в vitro; делением корневища; укоренением междоузлий.
Первый метод, несмотря на его продуктивность, имеет два основных недостатка: высокая стоимость посадочного материала и низкий процент перезимовки растений в первую зиму. Второй наиболее подходящий для применения в Украине. При третьем методе молодые растения очень плохо переживают первую зиму.
Чтобы получить достаточное количество высокого качества посадочного материала необходимо проводить работу для улучшения методов и технологий его выращивания. Поэтому одним из методов повышения коэффициента размножения растений является выращивание посадочного материала мискантуса в условиях капельного орошения. Мискантус как растение типа С 4 экономно использует воду. На производство 1 кг сухой массы требует 250-300 литров воды. Для успешного развития растений требуется годовое количество осадков на уровне 600-700 мм. Уманская опытно-селекционная станция находится в зоне неустойчивого увлажнения, где средняя ежегодная норма осадков составляет 470-490 мм, а за период эффективных температур выпадает 300-310 мм. Потому для интенсивного размножения мискантуса необходимо использовать капельное орошение, при котором экономно используется вода и поддерживается оптимальная влажность почвы в пределах 60-80 % НВ увеличивая количество и качество посадочного материала [3, 4].
Экономить воду и поддерживать оптимальную влажность почвы «помогает» сорбент максимарин, полимерный водоудерживающий материал, который легко поглощает избыток влаги во время полива и отдает ее растениям в межполивной период.
Основная часть
Полевые исследования проведены на опытном поле Уманской опытно-селекционной станции Института биоэнергетических культур и сахарной свеклы Национальной аграрной академии наук Украины в 2013-2015 гг. Общая площадь делянки 30 м2, учетная 25 м2. Отбор растительных проб и подготовка их к анализу проводили по методике З. М. Грыцаенко [6]. Структуру воды в растении, в частности, количество условно свободной формы воды в листьях мискантуса определяли рефрактометрическим методом. Количество связанной воды устанавливали как разницу между общей и свободной водой. Площадь ассимиляционной поверхности определяли методом высечек по В. О. Ещенко
[7].
Схема эксперимента: Вариант 1 - выращивание мискантуса без орошения и внесения максимарина (контроль). Вариант 2 - выращивание мискантуса без полива, при высадке рассады под каждое растение внесено 1 г максимарина. Вариант 3 - выращивание мискантуса при капельном орошении, без максимарина. Вариант 4 - выращивание мискантуса при капельном орошении, при высадке рассады под каждое растение внесено 1 г максимарина.
Сорбент максимарин вносили по 1 г гранул под каждое растение при посадке саженцев.
В качестве исходного материала для исследования использовали: 1) М. sacchariflorus - в большинстве случаев, тетраплоид с 76 хромосомами. Растения высотой 2,5-3,0 м быстро колонизируют наземное пространство, образуя сплошные плантации; 2) М. sinensis. Популяции анизоплоидные, количество хромосом варьируется от 35 до 57, чаще всего встречаются диплоидные растения с 38 хромосомами. Растения высотой 2,0-3,5 м, медленно занимает почвенное пространство, образуя кочки с большим количеством побегов [1].
Анализ результатов исследований показал, что динамика роста побега зависит от вида мискантуса и влагообеспечения. Весной, при достаточном количестве влаги в почве, растения мискантуса отрастали равномерно во всех вариантах. В июле и в последующие месяцы из-за нехватки влаги в почве растения на поливе имели лучший вид.
Так, у -М. sinensis количество побегов в кустах увеличивалось от 40,6 шт. (без орошения) 68,2 шт. в варианте с поливом и внесением 1 г максимрина и у М. sacchariflorus - 38,1 и 56,8 шт. соответственно. Высота растений увеличилось на 27,6-42,9 см в зависимости от вида мискантуса. Количество листьев на растении больше зависит от сроков определения, чем от влажности почвы.
При достаточном содержание влаги в почве (60-70 % от HB) содержание общей воды в клетках листьев выше чем у растений, выращенных при недостаточном увлажнении [5, 6]. В период интенсивного роста растений в варианте без орошения в клетках содержится воды 70 %, при внесении 1 г максимарина - 70,7 %, при капельном орошении - 71,4 %, при орошении и внесении максимарина -71,8 %. При дефиците влажности почвы в растения увеличивается количество связанной воды и снижается свободной. При выращивании мискантуса без полива содержание свободной воды составляет 45,3 %, связанной 25,1 %. При внесении максимарина свободной воды содержится 45,8 %, связанной 24,8 %. Поддержание влажности почвы в пределах 60-80 % HB обеспечило содержание свободной и связанной воды 46,2 и 25,2 %. Орошение и внесение максимарина обеспечило содержания свободной воды 46,7 %, связанной 25,1 %.
Обеспечение растений мискантуса влагой очень важно для активации процессов жизнедеятельности, увеличения листовой поверхности и повышения фотосинтетической активности. От величины площади ассимиляционной поверхности зависит поглощение солнечной энергии растениями, что является основным условием высокой продуктивности.
Таблица 1. Площадь ассимиляционной поверхности растения мискантуса в зависимости от влажности почвы, 2013-2015 гг.
Вариант Площадь ассимиляционной поверхности, см2
M . si^nsis M . sacchBriflorus
Без орошения, (контроль) 12200.6 11895.4
Без орошения + 1г максимарина 13357.8 12069.9
Капельный полив 23087.7 21688.3
Капельный полив + 1г максимарина 24255.9 22057.4
По состоянию на август месяц, как показано в табл. 1, площадь листовой поверхности одного побега и всего растения была выше на вариантах с поливом, как М. sinensis так и М. sacchariflorus. Сравнительно меньше поверхность листьев одного побега М. sinensis - 294,7 см2 против 325,9 см2 у М. sacchariflorus компенсируется в целом большим количество побегов, как на контроле, так и других вариантах.
Содержание хлорофилла определяли в процентах на сухое вещество листьев. Количество хлорофилла варьирует в зависимости от варианта и периода вегетации. Самые высокие показатели были получены при определении 19 сентября - 2,47 % на контроле и 2,65 % в варианте 4. Влияние макси-марина на количество хлорофилла, хоть и зафиксировано, но составляет незначительную часть, всего 0,01-0,06 % [7]. Полив увеличивает наличие хлорофилла от 0,12 до 0,28 единиц в зависимости от периода вегетации. Анализируя выход посадочного материала мискантуса в зависимости от влажности почвы, установлен количественный и качественный состав ризом, пригодных для посадки, табл. 2.
Таблица 2. Выход посадочного материала (ризом) мискантуса при различных условиях влажности почвы,
2013-2015, гг.
Вариант Количество ризом, шт.
M . si^nsis M . sacchаriflorus
масса ризом 12-15 г масса ризом 30-32 г масса ризом 20-2 5г масса ризом 45-50 г
Без орошения, (контроль) 24.3 24,6 20.4 17,8
Без орошения + 1г максимарина 24,8 25,4 21,9 20,2
Капельный полив 39,4 37,8 34,6 32.6
Капельный полив + 1г максимарина 39,6 38,4 35.1 33.5
Растения М. sinensis в варианте без полива имели 48 шт. ризом и 76 при капельном орошении, поровну больших и малых размеров как по весу, так и по количеству почек.
М. sacchariflorus имеет меньшее количество ризом против М. sinensis, в различных вариантах как без полива, так и при орошении - 37 и 66 шт. соответственно. Масса ризом М. sacchariflorus выше по сравнению с М. sinensis как без полива, так и при орошении.
Заключение
Для получения высококачественного посадочного материала мискантуса необходимо выращивать маточные растения на плодородных почвах при оптимальном содержании почвенной влаги в пределах 60-70 % от HB. При использовании режима оптимальной влажности почвы выход посадочного материала (ризом) возрастает у М. sinensis на 159 %, а у М. sacchariflorus на 179 %. Поддерживать необходимую влажность почвы эффективнее всего за счет капельного орошения, которое экономит воду, Электроэнергию и другие ресурсы. В этих условиях растения лучшие развиваются и образуют полноценные, качественные ризомы, начиная со второго года выращивания маточных растений.
ЛИТЕРАРУРА
1. Ро1к, М. В. Счасний стан розвитку селекцп та репстрацп представниюв роду Mi scanthus в Украш та свт / М. В. Ро1к, С. М. Гонтаренко, С. О. Лашук // Науюж пращ Институту бюенергетичних культур i цукрових буряюв. - Випуск 21. - Кшв, 2014 .- С. 249-253.
2. Зшченко, В. О. Енерпя мискантус / В. О. Зинченко, М. Яшин // ЛесПромИнформ. - 2011. - №6(80). - С. 61-68.
3. Цшоренко, О. Л. Перспективи репродукцп роду Miscanthus в умовах Житомирського Полюся. / О. Л. Цшоренко, Д. Б. Рахметов // Вюник ЖНАЕУ. - Випуск 19. - Житомир, 2012. - С. 215-220.
4. Рахметов, Д. Б. Теоретичн та прикладн аспекти штродукцп рослин в Украш: монографiя / Д. Б. Рахметов. - К.: Аграр Медаа Груп, 2011. - 398 с.
5. Краплинному зрошенню в буряювництт наука говорить «так»/ Н. Г. Пзбуллш та [ш.] // Цукровi буряки. - 2014. -№ 6. - С. 6-8.
6. Сщенко, В. О. Основи наукових доолджень в агрономп: навч. поаб. / В. О. Сщенко, П. Г. Копитко, В. П Оприш-ко., П. В. Костогриз. - К.: Дiя, 2005. - С. 138-264.
7. Грицаенко, З. М. Методи бюморфолопчних i агрохiмiчних доаиджень рослин i Грунлв: навч. поаб. / З. М. Грицаенко, А. О. Грицаенко, В. П. Карпенко. - К.: ЗАТ. Шчплава, 2003. - 316 с.
