Результат интеллектуальной деятельности: Способ увеличения продуктивности топинамбура

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано при выращивании топинамбура в Нечерноземной зоне РФ.

Топинамбур, земляная груша, подсолнечник клубненосный - ценная сельскохозяйственная культура широкого спектра применения, успешно произрастает в разнообразных почвенно-климатических условиях. Растение нетребовательно к почве, его можно выращивать почти на всех почвенных разновидностях, кроме солонцовых и болотных (Основы технологии сельскохозяйственного производства. Земледелие и растениеводство. Под ред. B.C. Никляева. М.: Былина, 2000. С. 429).

Топинамбур - продуктивная культура, обладающая большими возможностями многоцелевого назначения как пищевая, кормовая, техническая культура, так и сырье для получения углеводов.

Клубни топинамбура содержат 13,5-17,5% инулина, они съедобны в сыром и вареном виде. Имеют разностороннее медицинское использование. Зеленая масса земляной груши также обладает высокой питательной ценностью. По данным З.И. Усановой и Ю.В. Байбаковой, в условиях Верхневолжья содержание сухого вещества в клубнях топинамбура сорта Скороспелка колеблется в пределах 16-24%, а в зеленой массе - 20-30%; сырого протеина в ботве и клубнях - около 10% на абсолютно сухое вещество; сахаров в клубнях - около 22%.

Топинамбур особенно ценен как кормовая культура, что объясняется его высокой продуктивностью, исключительно ценным химическим составом, экологической пластичностью, а также тем, что на корм используется как зеленая масса, так и клубни (Зеленков В.Н. Топинамбур: агробиологический портрет и перспективы инновационного применения / В.Н. Зеленков, Н.Г. Романова. М: РГАУ-МСХА, 2012, с. 96).

Клубни топинамбура обладают высокой продовольственной ценностью. Отличаются уникальным углеводным комплексом на основе фруктозы и ее полимера инулина. Последний является важным биологически активным веществом: способствует выведению токсичных соединений, стимулирует развитие кишечной микрофлоры, нормализует уровень сахара в крови. Земляная груша отличается сбалансированным микро- и макроэлементным составом. Содержит органические полиоксикислоты (6-8% от сухой массы топинамбура): лимонную, яблочную, малоновую, янтарную, фумаровую. Они активно участвуют в обмене веществ, повышают секреторную активность слюнных желез, усиливают выделение желчи и панкреатического сока, улучшают пищеварение, растворяют соли мочевой кислоты, обладают бактерицидным действием, благотворно действуют на кислотно-щелочное равновесие, на функцию желудочно-кишечного тракта и другие системы организма, являясь возбудителями секреции поджелудочной железы и моторной функции кишечника. В комплексе витамином С обладают ярко выраженным антиоксидантным действием. Пектиновые вещества присутствуют в топинамбуре в количестве 11% от массы сухого вещества. Они адсорбируют на своей поверхности и выводят из организма ядовитые вещества, холестерин, триглицериды, которые являются основными причинами развития атеросклероза и желчнокаменной болезни (Кочнев Н.К. Топинамбур биоэнергетическая культура XXI века / Н.К. Кочнев, М.В. Калиничева. М.: Типография «Арес», 2002. С. 32-36).

Запатентовано множество способов возделывания топинамбура как монокультуры, заключающихся в обработке почвы, внесении органических и минеральных удобрений, посадке клубней, проведении междурядных обработок, уборке зеленой массы и клубней. Одни из них направлены на улучшение условий выращивания топинамбура, снижение повреждаемости клубней при уборке урожая и количества посадочного материала, а также трудозатрат и заболеваний склеротинией (патент РФ №2455813, кл. А01В 79/02, 2010; патент РФ №2539635, кл. A01G 1/00, А01В 79/02, 2013; патент РФ №2485756, кл. A01G 1/00, 2012; патент РФ №2250585, кл. А01В 79/02, 2003; патент РФ №2495560, кл. A01G 1/00, А01В 79/02, 2012), другие технические решения позволяют повысить выход кормовых единиц с площади, получить фураж зеленой массы (патент РФ №2471337, кл. A01G 1/00, А01В 79/02, 2011), повысить качество кормов и увеличить продуктивность площади (патент РФ №2537526, кл. A01G 1/00, А01В 79/02, A23K 1/00, 2013), обеспечить минимизацию обработки почвы, упростить борьбу с сорными растениями при выращивании, получить ранний урожай клубней топинамбура (патент РФ №2570323, A01G 1/00, А01В 79/02, 2014; патент РФ №2524186, кл. A01G 1/00, А01В 79/02, 2012), осуществить раннюю диагностику заболеваний растений топинамбура, повысить эффективность отбора их для семеноводческих хозяйств, повысить качество получения семенного материала, оздоровить семенной топинамбур (патент РФ №2534350, кл. А01Н 1/04, A01G 1/00, 2012).

Известно, что топинамбур относится к растениям «короткого» дня. Родина его - Атлантическое побережье Северной Америки. Вегетационный период в этих районах продолжается 5-6 месяцев. В большинстве областей РФ, за исключением южных, растения топинамбура не образуют соцветий и семян. При продвижении культуры на север и удлинении светового дня клубни топинамбура, представляющего практическую ценность, становятся мелкими, а продуктивность его снижается. В связи с этим искусственное сокращение длины светового дня ускоряет развитие растений топинамбура.

В своих исследованиях З.И. Усанова и Г.В. Устименко-Бакумовский показали, что путем искусственного сокращения длины светового дня затенением растений путем завязывания 4-6 верхушечных листьев с 6 часов вечера до 8 часов утра в течение определенного времени, начиная с 10-дневного возраста растений топинамбура, можно добиться ускорения развития растения (Устименко Г.В., Усанова З.И. О фотопериодизме топинамбура // Докл. ТСХА М.: 1961. - Вып. 62. - С. 99-104, прототип).

Задача, решаемая данным изобретением, заключается в повышении продуктивности топинамбура путем фотопериодического воздействия на растения.

Поставленная в изобретении задача решена тем, что в способе увеличения продуктивности топинамбура, заключающемся в искусственном сокращении длины светового дня в течение определенного времени путем завязывания 5-6 верхних листьев над точкой роста, для растений топинамбура сорта Интерес искусственное сокращение длины светового дня в Нечерноземной зоне осуществляют с 17 часов вечера до 7 часов утра, начиная с 20-дневного возраста растений, в течение 10 дней, а для растений топинамбура сорта Скороспелка - с 17 часов вечера до 7 часов утра, начиная с 10-дневного возраста, в течение 30 дней.

Технический результат заключается в увеличении продуктивности топинамбура в Нечерноземной зоне РФ. Особенно актуально данное обстоятельство для позднеспелых сортов, в частности сорта Интерес.

Сорт Интерес выведен на Майкопской опытной станции ВИР. По содержанию в зеленой массе перевариваемого протеина (19,2-21,2 г/кг) он в 1,5-1,6 раза, а по выходу кормовых единиц (28-29 ц / 100 ц) - в 1,3 раза превышает кукурузу (Пасько Н.М. Топинамбур на кормовые, пищевые, лекарственные и экологические цели // Топинамбур и топинсолнечник - проблемы возделывания и использования. Одесса, 1991. - С. 9-15). Сорт Интерес также относится к клубневым сортам, но в более северных условиях выращивается на зеленую массу (Кочнев Н.К. Топинамбур биоэнергетическая культура XXI века / Н.К. Кочнев, М.В. Калиничева. М.: Типография «Арес», 2002. С. 8).

Для средней полосы России наиболее приемлем раннеспелый сорт клубневого направления Скороспелка (авторы Устименко-Бакумовский Г.В., Усанова З.И.). Сорт Скороспелка создан Московской сельскохозяйственной академией им. К.А. Тимирязева и Тульской государственной сельскохозяйственной опытной станцией, скороспелый, обладает высокой урожайностью клубней (в среднем 300-400 ц/га) во многих регионах России, в частности в Тульской, Московской и Тверской областях. Помимо этого его клубни питательны и технологичны (Усанова З.И. Формирование высокопродуктивных агроценозов топинамбура: особенности минерального питания, удобрение: монография / З.И. Усанова, Ю.В. Байбакова. -Тверь: АгросфераА. ТверскаяГСХА, 2009. - С. 31).

В данном изобретении изучено влияние искусственного сокращения длины светового дня в течение определенного времени путем завязывания 5-6 верхних листьев над точкой роста. Выявлена возможность получения урожая клубней позднеспелого сорта Интерес в Нечерноземной зоне РФ.

Представление о неодинаковой реакции растений на свет разного качества известно. Растения не только в различных климатических зонах, но и в течение суток облучаются светом разного качества. Поскольку родина топинамбура - районы теплого климата, где солнце в полдень высоко поднимается над горизонтом, растения земляной груши относятся к группе «короткодневных», для развития которых требуются коротковолновые лучи светового спектра. Однако это положение требует уточнений для различных периодов развития растений различных сортов и в различных климатических зонах, в частности в Нечерноземной зоне РФ.

Для определения временного интервала затенения растений были проведены варианты опытов, приведенные в таблицах 1-6. Затенение осуществляли, начиная с 10- и 20-дневного возраста растений.

В ранний период развития (первые 10 дней после появления всходов), когда у растения только формируется ассимиляционная поверхность, затенение растений не ускоряло их развития. В это время растениям для нормального развития требуется солнечный свет с минимальным содержанием коротковолновых лучей. Молодые растения не реагируют на длину дня потому, что у них не закончилась еще стадия яровизации.

Начиная с 10-дневного возраста чувствительность растений топинамбура к фотопериодическому воздействию повышается. В этот период ускорить развитие растений можно при освещении их солнечными лучами обогащенной коротковолновой части спектра. Наиболее сильно реакция фотопериодизма проявляется у растений позднеспелых сортов.

Через 30 дней после появления всходов чувствительность растений к фотопериодическому воздействию уменьшается. Поэтому нами рассматривались варианты затенения растений топинамбура сортов Интерес и Скороспелка, начиная с 10- и 20-дневного возраста растения.

Искусственное сокращение длины светового дня в течение определенного времени путем завязывания 5-6 верхних листьев над точкой роста с 17 часов вечера до 7 часов утра, начиная с 20-дневного возраста растений сорта Интерес и с 10-дневного возраста растений топинамбура сорта Скороспелка, увеличило продуктивность обоих сортов топинамбура. Определены временные интервалы затенения растений топинамбура сорта Интерес, который составил 10 дней, и растений топинамбура сорта Скороспелка, который составил 30 дней. Кроме того, выявлена и подтверждена возможность получения урожая клубней позднеспелого сорта Интерес в Нечерноземной зоне РФ.

Изобретение иллюстрируется таблицами.

В таблице 1 приведена урожайность зеленой массы и клубней при разных сроках и продолжительности фотопериода; в таблице 2 - урожайность сырой биомассы (ботва + клубни) топинамбура при разных сроках продолжительности фотопериода; в таблице 3 показана урожайность зеленой массы и клубней при разных сроках и продолжительности фотопериода, выраженные в абсолютно сухой фитомассе; в таблице 4 - урожайность сухой фитомассы топинамбура при разных сроках и продолжительности фотопериода; в таблице 5 проиллюстрирован коэффициент хозяйственной эффективности фотосинтеза (Кхоз) топинамбура при разных сроках и продолжительности фотопериода; в таблице 6 представлено содержание растворимых сухих веществ в клубнях топинамбура при разных сроках и продолжительности фотопериода в 2015 году.

Примеры конкретного выполнения способа

Деляночные опыты проводили на опытном поле Тверской ГСХА в 2014-2015 годах с сортами топинамбура: позднеспелый сорт Интерес и раннеспелый сорт Скороспелка. Учетная площадь делянки - 30 м². Схема опыта включала в себя 2 сорта топинамбура, 8 вариантов для каждого сорта, повторность опыта трехкратная. В опытах изучалась возможность увеличения продуктивности топинамбура раннеспелого и позднеспелого сортов путем искусственного сокращения длины светового дня в течение определенного времени.

На дерново-подзолистых почвах Тверской области топинамбур возделывают по общепринятой в Нечерноземной зоне РФ технологии, включающей обработку почвы, нарезку гребней, посадку клубней весной или осенью, уход за посадками, уборку зеленой массы и клубней. Технология доказала свою эффективность в многократных полевых опытах З.И. Усановой и др. с лучшим для Нечерноземной зоны РФ сортом топинамбура «Скороспелка» (Усанова З.И. Биологические особенности и технологии возделывания картофеля и земляной груши / З.И. Усанова, А.К. Осербаев. - Тверь: Триада, 2004. С. 49-74).

Топинамбур размещают в севообороте после зерновых культур.

Основная обработка почвы включает в себя дискование в два следа и вспашку. Предпосадочная обработка почвы - две культивации. Перед нарезкой гребней отбирают почву на агрохимический анализ. Определяют показатели: P₂O₅ и K₂O (по Кирсанову), Nл.г. (по Корнфилду), pH солевой вытяжки, с учетом которых вносят удобрения и проводят известкование. Используют минеральные удобрения: калийные и фосфорные - вносят осенью перед нарезкой гребней, азотные - весной - под первую обработку междурядий. Удобрения вносят в расчете на запрограмированую урожайность 400 ц/га клубней + 400 ц/га зеленой массы (Усанова З.И. Методика выполнения научных исследований по растениеводству / Учебное пособие / З.И. Усанова. - Тверь: Тверская ГСХА, 2015. - 143 с.). Дозы удобрений под запланированные урожаи рассчитывают балансовым методом (Усанова З.И. Методика выполнения научных исследований по растениеводству / Учебное пособие / З.И. Усанова. - Тверь: Тверская ГСХА, 2015. - С. 62). С целью подщелачивания почвы при низком значении pH солевой вытяжки вносят известь. Посадку производят осенью вручную или с помощью картофелесажалок в предварительно нарезанные гребни. Ширина междурядий - 70 см. Расстояние между растениями - 45 см. Густота стояния - 31,45 тыс. растений на гектаре. Глубина посадки - 8-10 см. Срок посадки - начало октября. Уход за посадками состоит из довсходовой междурядной обработки, окучивания (при отрастании сорняков). Урожай топинамбура убирают в конце сентября - начале октября.

Пример 1. Для изучения возможности повышения продуктивности топинамбура путем сокращения длины светового дня использовали позднеспелый сорт Интерес.

Определяли агрохимические показатели почвы: легкогидролизуемый азот - по Корнфилду; подвижный фосфор и обменный калий по методу Кирсанова в модификации ЦИНАО (ГОСТ Р 54650-2011); pH солевой вытяжки - потенциометрически (ГОСТ 26483-85); массовая доля органического вещества по методу И.В. Тюрина (вариант ЦИНАО) (ГОСТ 26213-91). Основная обработка почвы включала в себя дискование в два следа (БДТ - 3) и вспашку (ПЛН - 3-35). Предпосадочная обработка почвы - две культивации (первая при помощи КПШ - 3, вторая - КПС - 4,0 + БЗСС - 1,0). Посадку производили вручную в предварительно нарезанные гребни агрегатом МТЗ - 82 + KOH - 2,8 ПМ. Ширина междурядий - 70 см. Расстояние между растениями - 45 см. Густота стояния - 31,45 тыс. растений на гектаре. Глубина посадки - 8-10 см. Срок посадки: 9-14 октября 2013 г., 6-8 октября 2014 г. Уборка урожая - 29 сентября - 1 октября 2014, 30 сентября - 3 октября (после созревания). Используемые минеральные удобрения вносили: хлористый калий осенью, перед нарезкой гребней, аммиачную селитру - весной - под первую обработку междурядий. Расчетные дозы NPK составили в 2014 году N₁₄₄ Р₀ K₃₈₄, в 2015 году N₁₆₈ P₀ K₃₉₃. Удобрение вносят в виде KCl (60% д.в.) и NH₄NO₃ (35% д.в.). С целью подщелачивания почвы вносили известь «Пушонка» из расчета 440,9 кг/га. Уход за посадками состоял из междурядной обработки (21 мая 2014, 20 мая 2015), окучивания (8 июня 2014, 11 июня 2014) (KOH - 2,8 ПМ) и искусственного сокращения длины светового дня. Начиная с 10- и 20-дневного возраста растения с 17 часов вечера до 7 часов утра завязывали 5-6 верхних листьев над точкой роста каждого растения топинамбура в течение 10, 20 и 30 дней.

Данные по урожайности топинамбура сорта Интерес приведены в табл. 1-6, согласно которым наибольшее количество сырой и сухой фитомассы (ботва + клубни) в 2014-2015 годах, а также РСВ в 2015 году накоплено растениями топинамбура при сокращении светового дня на 20-й день после всходов продолжительностью 10 дней. В варианте с затенением продолжительностью 10 дней отмечен наибольший по сорту Кхоз (0,33) (табл. 5), что говорит о высокой доле клубней в урожае. С учетом выше изложенного предпочтение следует отдать варианту с затенением растений в течение 10 дней. К тому же вариант с затенением продолжительностью 10 дней гораздо менее трудоемок.

Пример 2. Для изучения возможности повышения продуктивности топинамбура путем сокращения длины светового дня использовали раннеспелый сорт Скороспелка.

Технология возделывания та же, что и для позднеспелого сорта Интерес в примере 1. Начиная с 10- и 20-дневного возраста растения, с 17 часов вечера до 7 часов утра завязывали 5-6 верхних листьев над точкой роста каждого растения топинамбура в течение 10, 20 и 30 дней.

Данные по урожайности топинамбура сорта Скороспелка приведены в табл. 1-6, согласно которым наибольшая величина Кхоз (0,58) отмечена при сокращении светового дня на 10-й день после всходов продолжительностью 30 дней (табл. 5). При этом накоплено значительное количество сырой и сухой фитомассы клубней в 2014-2015 году (табл. 1, 3), в среднем по годам 477,0 и 96,8 ц/га соответственно. Содержание РСВ в 2015 году остается на уровне контроля (14%) (табл. 6).

В процессе анализа данных сделаны следующие выводы.

1. Увеличение продуктивности топинамбура путем искусственного сокращения длины светового дня в течение определенного времени - нетрадиционный путь, основанный на биологических особенностях растения. Специфика способа и сложность его осуществления на больших площадях могут оказаться сдерживающим фактором его реализации. Однако полученные результаты оправдывают вложенные средства. Его достоинством является получение высоких урожаев клубней позднего сорта Интерес в Нечерноземной зоне РФ, которые могут быть направлены не только на кормовые цели, но и в первую очередь на медицинские цели и в пищевую промышленность, причем на небольших по площади участках, например в фермерских хозяйствах, опытных станциях, в учхозах и на дачных участках.

2. Раннеспелый сорт Скороспелка также дает увеличение продуктивности при искусственном сокращении длины светового дня в течение 30 дней. Но традиционный путь возделывания топинамбура сорта Скороспелка в Нечерноземной зоне РФ гораздо менее трудоемок и поэтому более предпочтителен.

Исходя из вышеизложенного, следует, что заявленный способ увеличения продуктивности топинамбура эффективен для позднеспелых сортов топинамбура, в частности сорта Интерес, и может быть рекомендован для возделывания в Нечерноземной зоне РФ, в первую очередь на медицинские и пищевые цели.