Глава 3 Экологическая пластичность топинамбура

ГЛАВА 3 ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ПЛАСТИЧНОСТЬ ТОПИНАМБУРА

Топинамбур в отличие от других сельскохозяйственных культур отличается большой экологической пластичностью, способностью произрастать в неблагоприятных условиях (Старцев В.И., 1993; Martin F.W., Carner S.G., 1985; Swanton C.J., 1994).

Русский ученый, агроном И.А. Стебут писал: "топинамбур, который не боится ни сильной летней жары, ни поздних весенних морозов, ни ранних осенних холодов и которого клубни выдерживают в земле и сильные зимние морозы и не менее сильные летние засухи, может быть, возделываем во всяком климате» (Избр.соч., Т.1, 1956, стр. 182).

3.1 Отношение к теплу

Топинамбур южное растение, но при этом культура характеризуется устойчивостью, как к высоким, так и к низким температурам. Обладает исключительно высокой холодостойкостью и морозостойкостью (Волягин А.А., 1993; Гринь В.П., Протопопова Т.Н., 1980; Катренко Л.В., 2005; усанова З.И., 1967; усанова З.И., Осербаев А.К., 2004).

Минимальная температура прорастания колеблется от +4 до +9°С, а при повышении температуры почвы от +12 до +18°С начинается интенсивное прорастание растения. По данным ряда авторов оптимальной температурой прорастания является температура от +18 до +25°С и минимальная температура, при которой растения продолжают рост – от +8 до +10°С (усанова З.И., 1967; устименко Г.В., 1960).

По данным П.Н. Кордуняну для роста надземной массы оптимальная температура от +20 до +28°С (Кордуняну П.Н., 1957). Большинство же исследователей отмечают, что при достаточной влажности почвы и воздуха топинамбур может переносить и более высокие температуры до +40°С без потери тургора (Давыдович С.С., 1957; Лебедев И.В., Петренко Г.Я., 1934; Наугольных Г.В., 1990; Стебут И.А., 1956). При этом, для образования генеративных органов требуется определенная температура от всходов и до конца вегетации (усанова З.И., 1967; Давыдович С.С., 1940; устименко Г.В., 1960).

Благодаря этому топинамбур можно возделывать повсеместно, где развито земледелие, вплоть до 65°с.ш. Это исключительно важно в условиях Сибири, где резко континентальный климат с суровыми зимами и ранневесенними и осенними заморозками. А по наблюдениям Г.В. устименко, клубни топинамбура на поверхности почвы благоприятно переносят морозы до – 10°С на протяжении 20 дней. Более низкие температуры в аналогичных условиях приводят к их массовой гибели. По мнению З.И. усановой, Г.В. устименко зимостойкость клубней зависит от сортовых особенностей. П.Ф. Медведев (1955) отмечает, что позднеспелые сорта вымерзают сильнее, чем раннеспелые, т.к. их клубни к зиме не заканчивают свое развитие. Характерной особенностью клубней топинамбура является слабое развитие пробковой ткани, в результате чего они обезвоживаются как при высоких температурах, так и при замораживании. При обезвоживании из клубней удаляется свободная вода, а содержание жестко – структурированной (связанной) воды увеличивается, что и способствует повышению их зимостойкости. Также, немаловажную роль для сохранения жизнеспособности топинамбура при отрицательных температурах, на наш взгляд, имеет тот факт, что в клубнях топинамбура содержится высокое количество водорастворимых полисахаридов (до 20 %) и низкомолекулярных сахаров (1 %). Это способствует снижению температуры кристаллизации свободной воды в клубнях топинамбура, а при ее кристаллизации способствует образованию мелких кристаллов, что сохраняет тканевую структуру клубней топинамбура.Весной всходы переносят заморозки до – 5°С, а осенью растения вегетируют до заморозков в – 7 – 8°С мороза (Смирнов А.И., 1998; Старовойтов В.И., 2002). Есть сведения, что надземные органы выдерживают кратковременные понижения температуры до – 8°С, клубни – до – 12°С на воздухе и до – 35°С под снегом в почве (Космотров В.А., 1967; Лаврухин И.Н., 1955; Хохлов А.Н., 1976; Яхтенфельд П.А., 1944). Например, по утверждению А.Ф. Мейснера, И.Н. Лаврухина в Алтайском крае, А.И. Хребтова на урале, П.Н. Яхтенфельда в Иркутской области, В.А. Космортова в Сыктывкаре, клубни топинамбура перезимовывают при понижении температуры воздуха до – 30 – 50° С при снежном покрове 30 – 40 см.

Клубни выдерживают замораживание до – 20°С, не теряя при этом жизнеспособности. После размораживания они не теряют своих пищевых качеств и становятся более сладкими на вкус по причине концентрирования низко – и высокомолекулярных сахаров при замораживании.

Под снегом клубни не погибают и в суровые зимы с морозами в – 40°С и ниже. По мере надобности весной клубни выкапывают для употребления в пищу и на корм скоту. Оптимальная температура для роста и развития растений топинамбура +16 – 20°С. Высокие температуры растение переносит также хорошо, поэтому его успешно возделывают во всех южных районах РФ (Зеленков В.Н., Шаин С.С., 2000; Пасько Н.М., 1991).

3.2 Отношение к свету

Топинамбур – растение короткого дня. С продвижением на север его развитие бывает замедленным, в условиях длинного дня и понижения температур у растения сильно задерживается образование клубней и генеративных органов, но усиливается накопление вегетативной массы. Чем длиннее период вегетации, тем сильнее реакция сорта на сокращение длины дня. Поэтому скороспелые сорта мало реагируют на короткий день и образуют соцветия и зрелые семянки даже под Москвой. В условиях сравнительно длинного дня центральных и северных районов страны урожай зеленой массы более высокий, а клубней у большинства сортов – более низкий. К интенсивности освещения растения не очень требовательны. Однако, при чрезмерном загущении значительно снижается урожай, как зеленой массы, так и клубней.

Растения топинамбура могут образовывать соцветия и семена только при сокращении длины светового дня (Давыдович С.С., 1940; усанова З.И., 1967).

З.И. усановой хорошо изучено влияние фотопериодического воздействия на рост, развитие и продуктивность топинамбура. Автор отмечает, что сокращение длины дня вызывает торможение ростовых процессов у растений и, наоборот, в условиях длинного дня рост короткодневных растений в высоту усиливается. Интенсивность ростовых процессов у топинамбура на сокращенном световом дне зависит также от сроков и продолжительности затенения, скороспелости сорта и температурного режима (усанова З.И., 1964, 1967).

Под влиянием затенения в условиях Нечерноземной зоны высота растений скороспелых форм уменьшается на 2 – 21 см в сухие годы и на 8 – 64 см в годы с дождливым и особенно сильно – с прохладным летом. По наблюдениям З.И. усановой при сокращении светового дня происходит перераспределение питательных веществ в растении (З.И. усанова, 1964, 1967). Короткий день подавляет рост надземной вегетативной массы. Питательные вещества затененных растений в большей степени направляются не только в генеративные, но и в вегетативные органы растений.

При искусственном сокращении длины дня ускоряется развитие растений, несколько уменьшается рост стеблей, цветение происходит в более благоприятных условиях и возможно получение семян для селекционных целей (усанова З.И., 1964, 1967; устименко Г.В., усанова З.И., Боров Л.И., 1976).

Согласно утверждениям С.С. Шаина, образование клубней топинамбура идет на коротком дне (Шаин С.С., 1931).По данным Н.М. Пасько, нет основания обобщенно относить топинамбур, без учета его внутривидового разнообразия, к растениям только короткого или длинного дня. Фотопериодизм – характерная особенность сорта. Так, на Майкопской опытной станции ВИР (МОС ВИР) растения раннеспелых сортов зацветают в естественных условиях с 6 июля по 14 августа при длинном дне, а растения позднеспелых сортов зацветают с 16 октября по 12 ноября – при коротком дне (Пасько Н.М., 1989).

М.Х. Чайлахян дает такое объяснение, описывая механизм клубнеобразования у видов, образующих клубни на коротком дне и не образующих их на длинном. Гормональная регуляция клубнеобразования у таких клубненосов осуществляется на коротком дне при благоприятном соотношении фитогармонов в две фазы. В первую фазу идет поступление гебберелинов и абсцизинов в нижние стеблевые точки, сначала под влиянием гиббереллинов идет образование и рост столонов затем под влиянием абсцизинов – задержка их роста. Во вторую фазу под влиянием цитокинов начинается утолщение столонов и образование клубней. На длинном дне при неблагоприятном соотношении гормонов идет только образование столонов (Чайлахян М.Х., 1990).

По результатам исследований М.А. Конганбаевой и др. (1992), И.Ф. Белозерова и А.А. Иманбаевой (2006) был сделан вывод о значительной зависимости биометрических показателей топинамбура в условиях пустыни Мангышлака от условий освещенности. По мнению авторов, наиболее приемлемы для культуры является 50% затенение (Конганбаева М.А., 1992; Белозерова И.Ф., Иманбаева А.А., 2006).

Влияние освещенности на рост и развитие топинамбура

Фенологические наблюдения за топинамбуром, проведенные А.А. Иманбаевой в условиях полуострова Мангышлак на сорте топинамбура Ленинградский, показали значительные различия в продолжительности фенофаз при уменьшении освещенности. Так, продолжительность вегетации при 100% освещенности достигала 89 – 90 дней, при 50% – 100 – 110 дней, при 25% – 109 – 115 дней. Наступление фазы бутонизации при 100% освещенности происходит на 10 – 15 дней раньше, чем при 50 – 25% освещенности (Иманбаева А.А., 1996).

Исследования И.Ф. Белозерова и А.А. Иманбаевой показали, что уровень освещенности значительно влияет на морфологические и физиологические показатели роста и развития топинамбура. Наибольшая высота стебля отмечена при 50% освещенности, наименьшая высота стеблей оказалась на варианте без затенения. Аналогичное соотношение выявлено между вариантами опыта по количеству листьев и общей площади листьев, содержанию в них хлорофилла, средней длине междоузлий и ветвей. Наряду с закономерными изменениями биометрических показателей в разные этапы развития в зависимости от освещенности установлены также в конце вегетации соотношения между вариантами по продуктивности надземной и подземной частей растения и весу одного клубня топинамбура (табл. 4) (Белозерова И.Ф., Иманбаева А.А., 1993).

Таблица 4
Влияние степени освещенности на морфо – и биометрические показатели топинамбура (Белозерова И.Ф., Иманбаева А.А., 1993)

Показатель	Освещенность, %
	100	50	25
Количество листьев, шт.	105,0	185,0	138,0
Длина междоузлий, см	4,7	5,5	4,9
Длина ветвей, см	22,5	29,6	27,5
Вес одного клубня, г	47,7	52,3	49,8
Суммарный вес клубней с 1 растения, г	419,7	402,2	350,0
Вес надземной части, г	336,0	349,0	332,0

При 100% - ной освещенности общий вес надземной части одного растения составил 336 г, 50% - ной освещенности – 349 г, 25 % - ной освещенности – 332 г, а средний вес одного клубня составил 47,7г; 52,3г; 49,8г, соответственно. Таким образом, максимальные величины данных показателей получены на вариантах с 50% - ным освещением растения. Для массы клубней одного растения характерна закономерность уменьшения по мере снижения освещенности, т.е. сильная инсоляция не влияет на процессы клубнеобразования, т.к. наиболее интенсивно они протекают в осенний период.

3.3 Отношение к влаге

Мнения авторов по поводу отношения топинамбура к влаге расходятся. Так, ряд авторов утверждает, что его можно отнести к влаголюбивым растениям, т.к. максимальный урожай формируется при влажности почвы 70 – 80% от предельной полевой влагоемкости. При избыточной влажности почвы клубни загнивают и плохо перезимовывают (Пустовой В.Ф., Ивакин Д.Г., 1999; Филиппов М.И., 1970; Эйхе ЭП., 1957; Юрицина Т.Н., 1998; Celp J., 1997). Другие авторы считают его засухоустойчивым растением (Болтасов Н.М., 1991; Зеленков В.Н., Кочнев Н.К., Шелкова Т.В., 1993; Варламов Г., Варламов А., 2003; Ермолаев Л.С., 1986; Зеленков В.Н., Шаин С.С., 2000; Краснокутский В.П., 1958; Скоблина В.И., 2001; Старцев В.И., 1993; Филонов М.М., 1993; Шайкин В.Г., Шаин С.С., 1999).

А.С. Светашов считает, что по биологическим особенностям топинамбур относится к засухоустойчивым культурам, но благоприятно реагирует на увлажнение почвы в пределах 70 – 90% предельной полевой влажности (Светашов А.С., 1992). В тоже время, некоторые исследователи указывают на относительную засухоустойчивость топинамбура по сравнению с другими сельскохозяйственными культурами (Лапшина Т.Б., 1984).

По мнению З.И. усановой (усанова З.И., 2004, 2006, 2009), Ю.В. Байбаковой (Байбакова Ю.В., 2002, 2005), С.С. Скворцова (усанова З.И., Скворцов С.С., 2003) разное отношение к влаге сорта Скороспелка даже в резко засушливые годы обеспечивает получение 45,5 т/га общей массы урожая, в том числе 2,23 т/га клубней.

Обладая мощной, проникающей глубоко в почву корневой системой растения хорошо переносят временные засухи. В условиях засухи растения развивают огромную сосущую силу от 19,6 – 24 атм. (Овезмурадов С.О., 1962; усанова З.И., 1964; устименко Г.В., усанова З.И., 1965). По мнению Г.В. устименко, в условиях засухи, значительно снижается урожай зеленой массы, а урожай клубней, наоборот, увеличивается (устименко Г.В., 1972). По мнению Э.П. Эйхе сильное увлажнение резко снижает урожай клубней, но без ущерба урожаю зеленой массы (Эйхе Э.П., 1967). По мнению других авторов, недостаток влаги в почве, особенно в период клубнеобразования и бутонизации (конец лета), отрицательно влияет на урожайность клубней и зеленой массы (Зеленков В.Н., Кочнев Н.К., Шелкова Т.В., 1993). Наиболее устойчивы растения к недостатку влаги в почве в фазах всходов и начала образования столонов. Критические периоды потребности во влаге в почве совпадают с началом утолщения столонов и образованием бутонов, а это происходит во второй половине лета, когда в большинстве районов страны условия увлажнения становятся лучше, чем в середине вегетации. Поэтому хорошие урожаи можно получить в этом случае при орошении. При этом отдельные авторы в своих исследованиях наблюдали, что в период образования столонов показатель сосущей силы растений при засухе увеличивается в четыре раза, в период образования клубней – в три раза, в период бутонизации – более, чем в три раза, в период цветения – почти в пять раз, по сравнению с контролем. По данным исследований Г.В. устименко и З.И. усановой при влажности почвы 9,9% растения топинамбура развивали значительную сосущую силу – в 3 – 4 раза больше по сравнению с контролем и не обнаруживали признаков увядания. При этом начало увядания отмечено только при влажности почвы менее 8%, а полное увядание – ниже 5%. (устименко Г.В., усанова З.И., 1965).

Хорошо реагируя на улучшение обеспеченности влагой, растения не выносят избыточного увлажнения, затопления и высокого уровня стояния грунтовых вод.

Опыты В. Грициенко (1999) показали, что в условиях Калмыкии в жесткий по метеорологическим данным 1994 год, когда со времени снеготаяния (вторая половина марта) и до конца сентября полностью отсутствовали осадки, а со второй половины июня температура воздуха поднялась до 35 – 38°С, при относительной влажности воздуха 30% и менее, в сочетании с сильными восточными суховеями, удалось получить урожай клубней в 32,5 т/га и зеленой массы в 40,5 т/га (Грициенко В., 1999).

3.4 Требовательность топинамбура к почве и минеральному питанию

Выдающийся ученый – аграрий И.А. Стебут писал: "Клубневые растения для своего успешного развития требуют, чтобы почва, на которой они возделываются, была, прежде всего, рыхлой, теплой и в некоторой степени свежей, но отнюдь не влажной» (Стебут И.А., 1956).

Из этого высказывания следует, что топинамбур нетребователен к почве, отличается относительной неприхотливостью и хорошо растет в разных зонах. Однако урожай его возрастает на плодородных, удобренных и рыхлых почвах.

Топинамбур успешно произрастает на всех типах почв, за исключением солонцов и солончаков, а также заболоченных (Болтасов Н.М., 1991; Люшинский В.В., 1983; Медведев П.Ф., 1990; Минаков Н.А., Светашов А.С., 1992; Пасько Н.М., 1974; усанова З.И., 1967; устименко Г.В., 1960; Vuyov K., 1990). Наилучшими для него являются легкие по механическому составу суглинистые и супесчаные почвы с глубоким и окультуренным пахотным слоем и хорошим увлажнением. На тяжелых глинистых почвах клубни деформируются, приобретая часто уродливую форму. Кислые почвы (рН менее 6,5) топинамбур плохо переносит, необходимо известкование (Васильева Г.К., 1972; Ворнецкий В.И., 1993; Лапшина Т.Б.,1981; Старцев В.И., 1993).

Ф.И. Белозеров в результате исследований сделал вывод о том, что предпочтительнее выращивать топинамбур на бурой, не засоленной полноразвитой почве (Белозеров Ф.И., 1992).

И.Н. Барановский считает, что элементы питания играют не одинаковую роль в формировании урожайности: азот считается главным элементом получения высоких урожаев, калий – главный элемент для хорошего качества растениеводческой продукции (Барановский И.Н., 2001).Растения в 1,5 – 2 раза увеличивают свою продуктивность при внесении удобрений. Органические удобрения (до 100 т/га) и минеральные (азот, фосфор, калий) не только увеличивают урожайность зеленой массы и клубней, но и оказывают положительное влияние на содержание сахаров и протеина в растениях.

Азот является одним из основных элементов питания для всех сельскохозяйственных культур, поэтому использование его под топинамбур не только увеличивает урожайность клубней, но и существенно улучшает их качество (Ягодин Б.Я., Смирнов П.М., Петербургский А.В. и др., 1989; Бобровник Л.Д., Гулый И.С., Лезенко Г.О. и др., 1995; Варламова Е.Н., 2003; Голубев В.Н., 1997; Гуцал А.И., 1993; Кшникаткина А.Н., 1998; Кшникаткин С.А., Варламова Е.Н., 2003; Sawicka B., 1998; Soeman O., Prasetya B., 1991).

По данным Р.И. Багаутдиновой, избыток азота в почве ускоряет развитие и старение листьев и стеблей и не оказывает существенного влияния на конечную массу клубней. Подкормка калием усиливает нарастание массы стеблей и клубней (Багаутдинова Р.И., Федосеева Г.П., 1995; Багаутдинова Р.И., 1997).

Установлено, что с урожаем 1т зеленой массы топинамбур в среднем выносит из почвы: азота – 3кг, фосфора – 1,2 – 1,4кг, калия – до 4,5кг, а с 1т клубней – 2 – 2,5кг; 2 – 2,5кг и до 7кг, соответственно. Растения особенно много выносят из почвы калия. Поэтому дозы калийных удобрений должны быть повышенными. Поступление азота в растения топинамбура происходит менее интенсивно, чем у картофеля. Максимальное его количество наблюдается лишь ко времени уборки, т. е. осенью. установлено, что в растениях идет интенсивный отток фосфора из надземных органов и корней в клубни. К концу вегетации в клубнях накапливается до 50% фосфора.

Таким образом, многочисленными исследованиями установлена отзывчивость культуры топинамбура к внесению удобрений, высокой культуре обработки почвы, зависимость урожая от освещенности и увлажненности почвы и площади питания.

Источник: В.Н. Зеленков, Н.Г. Романова

Топинамбур: агробиологический портрет и перспективы инновационного применения