Выращивание топинамбура (heliantustuberosus) в различных экологических условиях

Выращивание топинамбура (heliantustuberosus) в различных экологических условиях

В последние три десятилетия внимание исследователей привлечено к однолетнему клубненосному растению топинамбур (Helianthus tuberosus L.) семейства астровых (Asteraceae), подсемейства трубкоцветных (Cubuliflora). Топинамбур нетребователен к почвам. Обладая высоким фотосинтетическим потенциалом, накапливает большое количество сухого вещества и энергии. Коэффициент полезного действия (КПД) фотосинтетически активной радиации (ФАР) у топинамбура очень высокий — 1,8 — 2,7%. Благодаря этому топинамбур формирует в благоприятных условиях до 142 т/га зеленой массы и до 160 т/га клубней. У большинства полевых культур КПД использования ФАР — 0,5 — 1,1% /1/. Общая площадь выращивания топинамбура в мировом земледелии достигла 2,5 миллионов гектаров. По инициативе Н. В. Вавилова в Москве в 1933 году состоялась Первая Всесоюзная конференция по топинамбуру и было опубликовано большое количество рекомендаций по введению в культуру /2−4 и др./. Затем, после 57-летнего перерыва возобновились конференции: «Топинамбур и топинсолнечник — проблемы возделывания и использования»: 2-я Всесоюзная конференция — г. Иркутск, август 1990 г.; 3-я Всесоюзная конференция — г. Одесса, октябрь 1991 г.; 4-я Межрегиональная конференция — г. Воронеж, сентябрь 1992 г.; 5-я Межрегиональная конференция — г. Тверь, октябрь 1993 г. В Базеле (Швейцария) в 2000 г. состоялся Международный симпозиум посвященный топинамбуру. Такое внимание к топинамбуру определяется реальной практической и научной оценкой потенциальных свойств этой культуры.

Интенсивные исследования и достаточно объективная оценка пищевых, кормовых, биологических, биотехнологических, сельскохозяйственных, медицинских и энергетических свойств топинамбура привели к тому, что 27 июня 2005 года на Совете Федерации России по вопросам агропромышленного комплекса прошло специальное заседание на тему: «Выращивание, переработка картофеля и топинамбура — стратегический ресурс в подъеме экономики страны: правовая база, состояние и перспективы развития» /7/.

Ценность топинамбура как кормовой, овощной, технической, пищевой и лечебной культуры в первую очередь определяет его химический состав (таблица 1).

Топинамбур содержит достаточно большое количество сухих веществ (до 20%), среди которых до 80% содержится полимерного гомолога фруктозы — инулина.

Инулин является полисахаридом, гидролиз которого приводит к получению безвредного для диабетиков сахара — фруктозы.

топинамбур урожайность сельскохозяйственный кормовой.

Таблица 1. Химический состав и минерально-энергетические показатели топинамбура

Инулин, попадая в желудочно-кишечный тракт, расщепляется соляной кислотой и ферментами на отдельные молекулы фруктозы и короткие фруктозные цепочки, которые проникают в кровеносное русло. Оставшаяся нерасщепленная часть инулина быстро выводится из организма. Выводимый из организма нерасщепленный инулин связывает тяжелые металлы, радионуклиды, кристаллы холестерина, жирные кислоты, различные токсические химические соединения, попавшие в организм с пищей или образовавшиеся в процессе жизнедеятельности болезнетворных микробов, живущих в кишечнике. Инулин усиливает абсорбцию различных минеральных солей, в особенности кальция, снижает уровень холестерина в сыворотке крови, уменьшает содержание канцерогенов и гнилостных веществ. Топинамбур и продукты его переработки оказывают антиканцерогенное действие, эффективны в лечении анемии, поскольку содержат железо в легкоусвояемой форме, ускоряют элиминацию радионуклидов /13/. Кроме сахарного диабета топинамбур применяется при лечении и предупреждении многих других заболеваний (табл. 2).

Таблица 2. Установленные лечебные свойства топинамбура.

В Казахстане первые исследования топинамбура были начаты в 1934;36 и 39−1942 годах К. Ю. Чеховичем на экспериментальном участке государственной селекционной станции отделения Всесоюзного института растениеводства и в Республиканском ботаническом саду Казахского филиала Академии Наук СССР. В Казахском институте земледелия исследования проводил А. А. Назаров. В 1942 году М. И. Горяев разработал технологию переработки топинамбура для приготовления искусственного меда, халвы и сладких пряников без применения сахара. Предложение об использовании топинамбура было поддержано Президентом Академии Наук Казахской ССР академиком К. И. Сатпаевым. В 1942 году Совнарком Казахской ССР принял решение о расширении посевных площадей топинамбура в Казахстане, разработке приемов агротехники и углублении научно-исследовательской работы по селекции и семеноводству этого растения. Однако, внедрению топинамбура тогда помешала война и новизна самой культуры /14/.

По данным Е. Б. Бейсенбиева /15/ топинамбур может давать корни от частей стебля, что допускает возможность размножения его черенками. Интродукция топинамбура в Мангышлаке были начаты в 1986 году И. Ф. Белозеровым. В начале 90 х годов большая работе велась В. Н. Лукашовым по возделыванию топинамбура в Казахстане по интенсивной технологии в условиях юга и юго — востока Казахстана. Им были получены урожаи до 40 000 кормовых единиц с 1 га при содержании в 1 кормовой единице свыше 100 г. переваримого протеина /14/. О перспективности топинамбура в этот же период имелись публикации /16, 17/ а в 2001;2005 годах проводилось финансирование исследований по технологии выращивания топинамбура /18−20/.

Несмотря на исследования, увеличение площадей под посевами топинамбура в Казахстане не произошло. В Павлодаре «Павлодарский фармацевтический завод» выпускает биологически активную добавку к пище «Алтын Топинамбур», но основу продукции — порошок топинамбура — завозит из России /21/.

Тверь. Опыты по выращиванию топинамбура (сорт Скороспелка — автор З.А. Усанова) проводили в 1992 году под руководством профессора З. А. Усановой в учебном хозяйстве Сахарово Тверского СХИ. Почва участка дерново-среднеподзолистая остаточно карбонатная глееватая на морене, супесчаная по механическому составу. До закладки опыта в почве содержалось органического вещества (по Тюрину) — 6,1%, подвижного фосфора (по Кирсанову) — 274,2 мг/кг почвы, обменного калия (по Кирсанову) — 234,0 мг/кг почвы, рН солевой витяжки — 6,09.

Рельеф участка ровный, имеются микрозападины. Опыт двух факторный. Первый фактор, А — способ посадки: в предварительно нарезанные гребни и по ровной поверхности, второй фактор Б — фракция посадочных клубней: мелкая (20−30 г.), средняя (30−50 г.), крупная (80−100 г.). Повторность опыта — пятикратная, учетная площадь делянки — 10 м², общая — 20 м². Подготовка почвы: осенняя зяблевая вспашка; ранне-весенняя культивация с боронованием; внесение навоза из расчета 60 т/га с последующим запахиванием и культивацией. Посадку проводили вручную 03 мая 1992 года. Схема посадки 70×30 см, глубина заделки клубней-8−12 см.

В наших исследованиях чистая продуктивность фотосинтеза (ЧПФ) в период максимального формирования ассимилирующей поверхности (15.07−5.08) достигала 11,03−12,9 г/м в сутки. В период наибольшего дефицита влаги (5.08−25.08) ЧПФ уменьшилась, а после выпадение осадков (25.08-уборка) снова увеличилась. Наименьшее падение ЧПФ в кратчайший период влагообеспеченности наблюдалось у растений из средних клубней. В целом же можно сказать что топинамбур сорт Cкороспелка сохраняет высокие показатели ЧПФ даже в условии резко засушливого лета. Данное явление характеризует топинамбур как высокопластическую к экологическим условиям культуру.

При посадке крупными клубнями в гребень топинамбур накапливает высокий урожай сухой биомассы на гектаре — он достигнет наибольшего значение -150,5 ц/га.

Коэффициент полезного действия использования приходящей на поверхность посева фотосинтетические активной радиации (КПД ФАР) при посадке в гребень у всех фракций клубней есть преимущество перед посадкой на ровной поверхности. При гребневом способе лучше используется ФАР, по способу посадки больших значений КПД ФАР дает у средних клубней.

Урожайность клубней в среднем по опыту в 1992 году составила 301 ц/га. Она была больше, чем средняя надземной массы -181 ц/га. Увеличение фракций посадочных клубней увеличивает число клубней на одном растении.

Таблица 3. Структура урожая топинамбура, 1992 г.

Алматинская область. Опыты проводились в 2004 году в поселке Кольди, Карасайского района, Алматинской области на территории опытного хозяйства Казахского института земледелия (КИЗ). Объектом исследования стал участок с темно-каштановой суглинистой почвой (табл 15), на котором находилась бытовая свалка. Мусор был убран, а участок распахан трактором для проведения опыта.

Реакция почвенного раствора слабощелочная (рН — 7,3−7,4). Объемная масса пахотного слоя почвы 1,1−1,2 кг/см³, наименьшая влагоемкость — 26,6%. Структура комковато-пороховатая. Почвы заплывают при поливе и от дождей, образуя плотную корку, которая нарушает ее водный и воздушный режим.

Каждый полевой опыт закладывали и проводили по заранее разработанной схеме, включающей изучение влияния различных удобрений. Каждый изучаемый в отдельности прием или фактор носит название варианта опыта. Полевой опыт закладывали в натуре на площади, разделенной на равные опытные делянки по 4 м², на которые по схеме вносили удобрения. Урожай с каждой делянки учитывали отдельно.

Опыт был заложен с шестью вариантами в четырех повторностях. Первый вариант — внесение азотных удобрений, второй — фосфатных, третий — калийных, четвертый с добавлением органического удобрения (навоз), пятый — внесением свинцового загрязнения в почву, шестой — контроль.

Всходы появились через 27 дней после посадки — 30 мая. Начало образования столонов отмечали на 20−27 день от всходов, т. е. в третьей декаде июня. В условиях достатка влаги, размер клубней не оказал заметные влияния на среднюю высоту растений. Начало клубнеобразования — конец июля — начало августа. Нами была замерена высота всех растений по 6 вариантам в 4-х повторностях (таблица 4).

Урожайность топинамбура оценивалась по отдельным кустам и данные по урожайности кустов приведены в таблице 5. Итого весь урожай топинамбура составил с опытного участка составил 230,8 кг.

Оценивалось также накопление химических элементов и загрязнений в клубнях. Были проведены анализы почвы, клубней и зеленой массы топинамбура. По результатам анализов было выявлено содержание N, P, K в почве, клубнях и зеленой массе топинамбура (таблицы 6−8).

Таблица 4. Рост растений в высоту (в метрах).

Таблица 5. Урожайность по вариантам (куст/кг).

Таблица 6. Содержание N, P, K в почве до и после уборки урожая (мг/кг).

Таблица 7. Содержание N, P, K в клубнях топинамбура, (%).

Таблица 8. Содержание N, P, K в зеленой массе топинамбура, (%).

Так же были проведены анализы на содержание тяжелых металлов в почве, клубнях и зеленой массе топинамбура на варианте с добавлением свинцового загрязнения (таблица 9).

Таблица 9. Результаты спектрального анализа почвы и частей топинамбура на тяжелые металлы (мг/кг).

Таблица 10. Содержание нитратов в клубнях топинамбура.

Южно-Казахстанская область. Опытное поле Южно-Казахстанского НИИ сельского хозяйства расположено на предгорной равнине (адырах) в пределах абсолютных высот 650 м на сероземах светлых суглинистых. Мощность гумусового горизонта 25−30 см. В поверхностном горизонте содержится 0.6−1.2% гумуса и 0.06−0.1% азота, их количество с глубиной снижается.

Посадку клубней топинамбура произвели 29 марта. Масса посадочных клубней была в пределах 30−90 г. В опыте был заложен в трех вариантах в трехкратной повторности методом полной рендомизации.

Схема опыта: 1 ый вариант — 70×20 см; 2 ой вариант — 70×30 см; 3 ий вариант — 70×70 см. Все делянки по длине разбиты на три части. На первой части посажены крупные клубни с массой 51−90 г., второй — средние 31−50 г. и третьей — мелкие — до 31 г. В течение вегетационного периода на посевах проведены две культивации: первая — 10 мая, вторая — 20 июня. Дата поливов: первый — 24 апреля, второй — 18 мая, третий — 10 июня, четвертый — 5 июля, пятый — 6 августа. Органические удобрения вносили перед основной обработкой почвы из расчета 30 т на 1 га. Учет клубней проводили 10 октября.

Способы посадки не оказали заметного влияния на прохождение основных фаз развития растений до 8−10 листьев. Бутонизация в варианте с площадью питания 70×20 см наступила на один день позже по сравнению с вариантами посадки 70×30 см и 70×70 см. Цветение топинамбура в варианте 70×20 см наступает на один день позже по сравнению с вариантом 70×30 см и на два дня позже варианта 70×70 см. Образование клубней топинамбура в вариантах 70×70 см наступило на 5 дней раньше по сравнению с вариантом 70×20 см и на два дня по сравнению с вариантом 70×30 см.

Полный цикл развития топинамбура с момента появления всходов до полного образования клубней находился в пределах 178−184 дня в зависимости от площади питания. В росте растений в длину до образования 8−10 листа между вариантами посадки заметной разницы не было.

С периода бутонизации (20 августа) длина растений в вариантах 70×20 см стала выше на 12−20 см и 21−46 см по сравнению с вариантом 70×30 см и 70×70 см. Разница в длине растений перед уборкой составила в пределах 21−60 см в зависимости от площади питания и находилась в пределах 175−235 см.

При учете урожая клубней топинамбура с одного куста в вариантах 70×30 см получено 13−14 клубней, из них в среднем крупные составили 2,5%, средние — 41,1%, мелкие — 56,4%; в варианте 70×30 см — 14−15 клубней, из них, в среднем, крупные -16,2%, средние — 34,8%, мелкие 49,1; в варианте 70×70 см -23−27 клубней, из них, в среднем, крупные — 32,1%, средние — 33,8%, мелкие -34,1% (табл. 26).

Необходимо отметить, что более хороший урожай клубней с одного куста можно получить только при посадке крупными клубнями по сравнению со средним и мелким посадочным материалом. Например, при площади питания 70×20 см крупные клубни получены только в варианте с крупным посадочным материалом, а в остальных вариантах процентное соотношение крупных клубней превышает на 3,7 и 10,9%.

Чем крупнее посадочный материал, тем количество средних и мелких клубней уменьшается. В зависимости от площади питания и величины посадочных клубней содержание средних клубней с одного куста находится в пределах 28,6−46,2%, а количество мелких клубней — 27,7−61,5%.

Масса клубней с одного куста при площади питания 70×20 см составила 286,6−351,8 г, при площади питания 70×30 см — 391,2−485,5 г, при площади питания 70×70 см — 838,8−1075,5 г. При посадке крупными клубнями масса клубней с 1 куста превышала на 34,6−106,4 г среднего посадочного материала и на 65,2−236,7 г мелкого посадочного материала.

Несмотря на меньшую массу клубней с одного куста, урожайность топинамбура при площади питания 70×20 см превышает соответственно на 17,3 и 31,3 ц/га при площади питания 70×30 см и 70×70 см.

Сопоставляя полученные данные, можно прийти к выводу, что при возделывании топинамбура в условиях юга Казахстана наиболее оптимальным способом посадки клубней является 70×70 см крупными клубнями (51−70 г.).

Тверь:

• — посадка топинамбура крупными клубнями по ровной поверхности почвы дает наибольший суммарный урожай топинамбура в засушливый или полузасушливые годы;
• — посадка в гребень во влажные годы способствует образованию большого количества клубней на растении чем по ровной поверхности и соответственно формированию большей урожайности.

Алматы:

• — в условиях избытка влаги, размер посадочных клубней не оказывает заметного влияния на среднюю высоту растений
• — внесение удобрений и загрязнителей (свинца) выявило их влияние на высоту топинамбура: P < Pb < K навоз > азот
• 1,94 м 2,07 м 2,23 м 2,3 м 2,4 м 2,43 м
• — внесение удобрений и загрязнителей выявил следующий ряд урожайности:

P < Pb < K < N навоз.

• 31,2 кг 33,7 кг 35 кг 38,5 кг 43,4 кг 49 кг
• — топинамбур не накапливает тяжелых металлы даже в условиях повышенного свинцового загрязнения почвы (до 20 мг/кг).
• — накопление нитратов также не превышает 103,0 -115,6 мг/кг в клубнях при ПДК NO₃ = 250 мг/кг.

Шымкент:

— при возделывании топинамбура в условиях юга Казахстана наиболее оптимальным способом посадки клубней является 70×70 см крупными клубнями (51−70 г.).

• 1. Пасько Е М. Топинамбур — перспективная культура. Адыгейское отделение Краснодарского книжного изд-ва. Майкоп. 1972. — 30 с.
• 2. Болягин А. А. Земляная груша, топинамбур. — Архангельск, 1933.
• 3. Агротехнические правила по возделыванию земляной груши (топинамбура). — Свердловск, 1938
• 4. Агроправила по возделыванию корнеплодов, топинамбура, подсолнечника и кормовой капусты. — Архангельск, 1939
• 5. Зеленков В. В., Шаин С. С. Многоликий топинамбур в прошлом и настоящем. — Новосибирск, 2000
• 6. Усанова З. А. Теория и практика создания высокопродуктивных посевов полевых культур. — Тверь: ТГСХА, 1999. — 330 с.
• 7. council.gov.ru/inf_ps/chronicle/2005/06/item3350.html
• 8. Зеленков В. Н., Шелпакова И. Р., Заксас Н. П. Минеральный и химический состав различных частей культуры топинамбура. Сборник научных трудов «Инновационные технологии и продукты» Выпуск 3. Новосибирск, НТФ «АРИС», 1999, с. 58−62
• 9. Зеленков В. Н. Особенности химического и минерального состава сухих экстрактов из различных частей топинамбура. Химия и компьютерное моделирование 2002, № 95
• 10. Дзабиев Т. Т. Эффективность использования топинамбура сорта Скороспелка при выращивании молодняка свиней. Автореферат… канд. с.-х. наук. Владикавказ, 2003;
• 11. Емелина Т. Н. Комплексная переработка вегетативной части топинамбура с получением продуктов микробного синтеза: Дис… канд. техн. Наук. Красноярск, 2003;
• 12. Кахана Б. М., Арасимович В. В. Биохимия топинамбура. /Б.М. Кахана, В. В. Арасимович. — Кишинев, 1974.-79с
• 13. Шендеров Б. А. Медицинская микробная экология и функциональное питание. М.: ГрантЪ, 2001. Т. III. 288 с
• 14. Иманбаева А. А. Интродукция топинамбура (Heliantus tuberosus L.) на полуострове Мангышлак. Автореферат… кандидата биологических наук. Алматы, 1996.
• 15. Бейсенбиев Е. Б. Земляная груша (топинамбур). — Алма-Ата: АН Каз. ССР, 1957. — 75 с
• 16. Краутер А. Перспективная культура // Сельское хозяйство Казахстана. — 1987 — № 3
• 17. Разработать научные основы рекультивации земель и внедрение технологии производства сельскохозяйственных культур в условиях Акдалинского массива. 02.02.01.05.Н5. № госрегистрации 0101РК470. Отчет о научно исследовательской работе за 2001;2005 гг. Нургасенов Н. Т. Каракальчиев А.С., Арыстангулов С. С. и др. КазНАУ, 2005
• 18. Провести исследования по выращиванию кормовых культур и заготовке кормов из топинамбура с использованием бактериальных заквасок и их скармливание овцам. 02.02.06.04.01., №Гос.регистрации 0I0IPK00I89 Отчет о научно исследовательской работе за 2001;2005 гг. Асанов К. А., Каржаубаев К. Е., Кильдибекова Г. А. и др. Казахский научно-производственный институт кормопроизводства и пастбищ. 2005.
• 19. Сохранение генофонда и создание питомников редко встречающихся, перспективных лекарственных растений, используемых в медицине, ветеринарии и пищевой промышленности в условиях юга Казахстана Ц. 0242. 2−31 01.02.05.05.Н1, №Гос.регистрации 0101РК520 Отчет о научно исследовательской работе за 2001;2005 гг. Зарпуллаев Ш., Амантаев Б. РГКП «Южно-Казахстанский НИИСХ» 2005