Статья: Экология и продуктивность топинамбура (helianthus tuberosus) в условиях Таджикистана

НАН Таджикистана

¹Институт ботаники, физиологии и генетики растений

²Центр инновационного развития науки и новых технологий

Экология и продуктивность топинамбура (helianthus tuberosus) в условиях Таджикистана

¹Партоев К., д.с.-х.н., профессор,

зав. лабораторией генетики и селекции растений,

²Ахмедов Х.М., д.х.н., академик НАН Таджикистана,

зав. отделом инновационных технологий,

²Сафармади М., н.с.,

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 земляной груша таджикистан

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 7.5-10.0 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.

Материалы и методы исследования

Материалом для проведения наших исследований служили элитные и сортовые семенные клубни (I-II-ой 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., Муминабадский 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).

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 х 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 (N₁₀₀P₁₅₀K₈₀ кг/га), два раза междурядные обработки (вручную), культивации междурядий, окучивание рядов и 5-7 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 учреждения «Метеостанция» города Душанбе Республики Таджикистан. Статистическая обработка данных была проведена по [8] с использованием компьютерной программы Microsoft Excel 2007.

Рисунок 1. Местность и высоты над уровнем моря, где проведено исследование роста топинамбура (2016-2019 гг.)

Целью исследований являлось изучение особенности формирования биологической массы топинамбура в зависимости от вертикальной зональности в различных агроэкологических условиях Республики Таджикистана.

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 (таблица 1).

Таблица 1

Местность, урожайность и общая биомасса топинамбура (среднее за 2016-2019 гг.).

Из таблицы 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 10єС). 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).

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 r = 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.

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.

Рисунок 2. Урожай клубней и общей биомассы топинамбура в зональной вертикальности над уровнем моря (среднее за 2016-2019 гг.)

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.