Агроэкологическое испытание топинамбура (Helianthus tuberosus L.) в Таджикистане

Оригинальная статья / Original article

Т опинамбур (подсолнечник клубненосный, Helianthus tuberosus L.) – сладкий и высокопитательный корнеплод, как и подсолнечник, он относится к семейству Астровых, но отличается образованием в подземной части клубней различной величины, формы и цвета. Топинамбур в России называют «земляной грушей», «диким подсолнухом», «солнечным корнем», в Европе – «иерусалимским артишоком», в Казахстане – «китайской картошкой».

Родиной топинамбура считается Северная Америка, где он растёт в диком виде и был введён в культуру индейцами до появления там европейцев. В Европу растение попало через Францию, где и получило название «топинамбур» (от названия племени бразильских индейцев – топинамба). В Россию топинамбур попал в начале XVIII века [1,3-4].

Ботаническая характеристика топинамбура

Топинамбур ( Helianthus tuberosus L.) – многолетнее растение семейства Астровые ( Asteraceae ). Топинамбур (земляная груша) представляет собой клубненосное растение, обладающее мощной корневой системой, прямостоячим стеблем, достигающим в высоту до 3-4 м. Листья сердцевидно-яйцевидной формы, крупные, длиной 10-20 см и шириной 5-12 см, по краю зубчатые, черешковые, темнозеленой окраски. Соцветие – корзинка, диаметром 1-1,5 см, состоит из ложноязычковых желтых цветков. Плод – семянка. Корневая система стержневая, проникает на глубину до 2 м, образует многочисленные побеги (столоны), на которых формируется от 10-30 и более клубней. Клубни – грушевидные, веретеновидные, округлые, с выпуклыми почками-глазками, с окрасками- белого, желтого, розово-красного и фиолетового цвета, мякоть – белая, шкурка – желтовато-коричневая). Масса клубней – от 10 до 150 г. Селекционерами мира выведены более 500 сортов топинамбура.

Родина топинамбура – Северная Америка. Впервые клубни топинамбура употреблялись в пищу бразильскими индейцами ещё задолго до открытия Северной Америкой европейцами. Название «топинамбур» было дано растению случайным образом, когда в XVII веке во Францию были привезены индейцы бразильского племени Тупинамбус. У них были обнаружены клубни неизвестного растения, которое стали именовать словом «топинамбур» - производным от названия племени.

В Европу топинамбур попал в начале XVII века благодаря путешественнику и первооткрывателю Самюэлю де Шамплену, отправившему клубни топинамбура из Канады во Францию и впервые сравнившего их по вкусовым качествам. С тех пор за более чем 500 лет культивирование весьма неприхотливого к условиям произрастания топинамбура получило широкое распространение (2,5 млн га и более 300 сортов) во многих странах мира с разными названиями: «канадская картошка», «джирасол», «солнечный корень»), «санчок», «картошкаи хомхурак», «картошкагул» и др.) [1-4].

Химический состав клубней топинамбура

Клубни топинамбура содержат в своем составе: инулин (11-17%), фруктозу, фруктоолигосахариды, аминокислоты (до 8%) (в том числе 8 – незаменимых аминокислот - аргинин, гистидин, валин, лейцин, изолейцин, лизин, триптофан, метионин и фенилаланин), каротиноиды, витамины В1, В2, В3 (PP), В6, B9, С, пектины (до 10%), органические кислоты (лимонная, малоновая, яблочная, янтарная, фумаровая), жирные кислоты (0,4%-0,7%), азотистые вещества, клетчатку (до 6%), а также весьма широкий набор макро- и микроэлементов (калий, натрий, магний, железо, фосфор, марганец, кальций, кремний, медь, цинк, сера, хром, йод, бор, алюминий, кобальт, молибден, фтор и др.).

В последние годы во многих странах мира ведётся поиск и изучение растений, которые могут быть использованы как сырьё для получения биоэтанола (биотопливо).

В этих целях уже нашли практическое применение некоторые зерновые, крестоцветные культуры и высокопродуктивные дикорастущие растения. По нашему мнению, к числу таких растений, отвечающих вышеперечисленным критериям, в условиях Таджикистана можно отнести топинамбур (земляную грушу).

Земляная груша (топинамбур) в Таджикистан была завезена в 20-х годах прошлого столетия переселенцами и использовалась как декоративное растение [6, 9, 10]. Насаждения земляной груши можно было встретить у жилых домов, в палисадниках, садах и реже в огородах. В 1950 году А.П. Саверкин, проводя испытание различных сортов кормовых культур в условиях высокогорья Гиссарского хребта, сообщил о хорошем развитии земляной груши на высоте около 3000 м над уровнем моря.

С целью получения кормовой массы в 1953-1955 годах 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 годах 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 также, 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 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-го века топинамбур исследовался с целью использования его в качестве кормовой культуры. Однако широкие биохимические исследования последних десятилетий, начиная с 80-х годов ХХ-го столетия, показали, что наряду с кормовыми достоинствами топинамбур имеет высокую перспективность использования в качестве пищевой, лекарственной и технической (биоэнергетической) культуры [1-4].

Топинамбур – неприхотливое, многолетнее высокопродуктивное растение, устойчивое к неблагоприятным условиям, эффективно использующее солнечную энергию для роста и развития.

В условиях Таджикистана земляную грушу можно высаживать во всех долинно-предгорных, горных и высокогорных районах в местах с пересеченным рельефом на склонах оврагов, в балках, в поймах рек, то есть в местах, где другие культуры произрастать не могут [6].

О высокой экологической пластичности растений топинамбура свидетельствует тот факт, что в осенний период года они способны переносить заморозки до –7…–8ºС.

Клубни могут неоднократно замерзать, оттаивать и при этом не терять жизнеспособности. Не выкопанные клубни сохраняют жизненность при снежном покрове 0,2-1,0 м даже при промерзании почвы и понижении температуры воздуха до –35ºС и ниже [1; 6].

Следует особо подчеркнуть, что естественный полиплоидный уровень топинамбура и его способность к вегетативному размножению создают большие предпосылки для селекции сортов с высоким уровнем гетерозиса, в том числе с незатухающим гетерозисом. Кроме того, виды разной пло-идности рода Helianthus используются исследователями при межвидовой гибридизации для создания хозяйственно ценных гибридов [1;6]. Например, получены высокопродуктивные гибриды топинамбура с подсолнечником – топинсол-нечники (сорта Новость ВИРа, Восторг и др.)[1,2,3]. Два российских сорта подсолнечника (Прогресс и Новинка) выведены академиком Г.В. Пустовойтом на основе гибридов скрещивания H. annuus и H. tuberosus [1].

Земляная груша способна давать очень высокие урожаи, составляющие более 1000 ц/га зелёной массы и 500 ц/га клубней. Средняя урожайность земляной груши обычно составляет порядка 400-500 ц/га зелёной массы и 250 ц/га клубней [1,3, 15, 14, 16].

В Таджикистане урожай зелёной массы земляной груши в условиях полива достигает 1000 ц/га, а клубней – 400-450 ц/га, на богарных землях – 300 ц/га зелёной массы и 120 ц/га клубней[6]. 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, 10]. 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 [6, 10,11].

О пищевой ценности топинамбура сообщают многие авторы [8, 10, 14].

Во многих странах мира топинамбур выращивают, как полезную и лечебную культуру, что видно из нижеприведенного рисунка 1 [8].

Топинамбур ( Helianthus tuberosus L.) – высокоурожайная сельскохозяйственная культура. В условиях Нечерноземья Российской Федерации его урожайности 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, 2, 3; 8-11; 12,13, 14].

Агроэкологические факторы среды имеют большую амплитуду в различных условиях долиной и горной зоны Таджикистана и эти факторы по разному влияют на рост и развитие различных сельскохозяйственных культур. В частности, авторы [6, 10, 15] 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.

Знание влияние различных агроэкологических факторов среды на ряду полигенных признаков топинамбура имеет большое научно-практическое значение в процессе выведения новых перспективных генотипов топинамбура в будущем.

Президент Республики Таджикистан Эмомали Рахмон в 2011 году перед учеными страны поставил задачу: «Ученые Таджикистана должны разработать пути и методы получе-

Рис. 1. Страны мира, где выращивают топинамбур на различные цели [8] Fig. 1. Countries of the world where Jerusalem artichoke is grown for various purposes [8]

ния биоэтанола (био бензина) на основе использования топинамбура (земляной груши). Академия наук совместно с Министерством энергетики и промышленности, местные исполнительные государственной власти должны разработать альтернативные источники использования энергии и подготовить рекомендации для их использования в народном хозяйстве страны».

Цель исследований

Цель работы – изучить особенности роста и развития, биологическую продуктивность растений, урожай общей биомассы и клубней топинамбура в долине и в горной зоне Таджикистана и оценить перспективность использования топинамбура, как продовольственный продукт, как корма для животных и как сырья для получения биотоплива.

Материалы и методы исследования

Научные работы по изучению особенностей роста и развития, а также проявления ряда морфологических полиген-ных признаков различных генотипов топинамбура были проведены в течение 2016-2022 годов в различных агроэкологических условиях Республики Таджикистан: Васейский район – 460 м 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. В этих районах сумма эффективных температур колеблется от 895 до 37600С. Количество осадков в виде дождя и снега в течение года колеблется от 300 до 800 мм. Почвы районов, где проводили эксперименты, являются бедными по содержанию гумуса (0,5-2,0%) в пахотном горизонте. Здесь тип почвы в основном сероземы и карбонатные почвы.

Материалом для проведения наших исследований служили элитные и сортовые семенные клубни (I-II-ой семенной репродукции) различных генотипов/сортов топинамбура (Helianthus tuberosus L.). Исходный материал нами был получен из коллекции Института ботаники, физиологии и генетики растений Национальной академии наук Таджикистана (ИБФГР НАНТ), Всероссийского научноисследовательского института растениеводства (ВИР, Майкопской опытной станции, Республики Адыгея) и Кубанского аграрного университета (Россия). Количество изученных сортообразцов топинамбура в этих районах составило 16-20 шт. Сортообразцы топинамбура выращивали на основе общепринятой агротехники для каждой агроэкологической зоны. В зависимости от высоты над уровнем моря клубни генотипов/сортов топинамбура высаживали в течение марта–апреля по схеме посадки 70х35 см. Сортообразцы топинамбура были посажены в четырехкратной повторности.

С каждого генотипа/сорта общее количество составило 80 растений. Во время вегетации генотипов/сортов топинамбура были проведены следующее агротехнические работы: внесение минеральных удобрений (N 100 P 150 K 80 кг/га), две междурядные обработки (вручную), культивация междурядий, окучивание рядов и 5-7 вегетационных поливов. Стандартном служил сорт Интерес (селекции РФ). 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 10^oС) и количестве осадков были взяты из Государственного учреждения «Метеостанция» города Душанбе Республики Таджикистан. Статистическая обработка данных была проведена по методике [7] с использованием Microsoft Excel 2007.

Результаты 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 хозяйственно полезных признаков топинамбура (табл.).

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 10ºС). Наибольшее количество суммы эффективных температур наблюдается в южной части республики на высоте 460 м над уровнем моря в условиях Васейского района (3760oС), а наименьшее количество – в условиях высокогорья Центрального

Таджикистана, в условиях города Вахдат на участке

Рис. 2. Местность и высоты над уровнем моря, где проведено исследование растение топинамбура (2016-2022 годы)

Fig. 2. The terrain and altitudes above sea level where the Jerusalem artichoke plant study was conducted (2016-2022)

Канаск на высоте 2560 м над уровнем моря (895oС).

Учеными Институтами ботаники, физиологии и генетики растений НАН Таджикистана в течение 2005-2015 годов в результате использование метода отбора из сорта топинамбура Интерес, выведен новый сорт Сарват (Богатство). Новый сорт в отличие от материнского сорта Интерес имеет более ровные и гладкие клубни, что удобно при консервировании. Данный сорт в 2017 году районирован по республике. В производственных условиях по урожайности превышает другие сорта на 25-30%. Урожайность клубней сорта Сарват составляет 45-50 т/га, а общая биомасса – 60-70 т/га. Клубни топинамбура являются хорошим средством для снижения содержания сахара в крови человека. Сорт выращивается на каменистых и малоплодородных почвах. ( Авторами сорта являются Партоев К., Ахмедов Х.М., Мирзоев Н.Р., Сайдалиев Н.Х. и Ясинов Ш.М. ).

Рис. 3. Клубни сорта Богатство (слева) и сорта Интерес (справа), 2017 год Fig. 3. Tubers of the Bogatstvo variety (left) and the Interes variety (right), 2017

Таблица. Местность, температура, масса стеблей, масса клубней и общая биомасса топинамбура (среднее за 2016-2022 годы) Table. Terrain, temperature, stem mass, tuber mass and total biological mass of Jerusalem artichoke (average for 2016-2022)

Местность	Высота над уровнем моря, м	Эффективная температура за вегетацию, ºС	Масса стеблей, листьев и корней, г/раст.	Масса клубней, г/раст.	Общая биологическая масса, г/раст.
Васейский район	460	3760	2817±1,4	1575±1,6	4392±1,7
Вахшский район	600	3455	2190±1,3	1500±1,8	3690±1,4
г. Душанбе	840	2610	2040±1,6	855±1,7	2895±1,5
Муминабадский район	1200	2280	1100±1,4	590±1,5	1690±1,7
Раштский район	1800	1300	1000±1,2	450±1,1	1450±1,9
Ляхшский район	2000	1210	810±1,5	370±1,8	1180±1,3
Участок Канаск	2560	895	520±1,1	250±1,3	770±1,4
Среднее	-	-	1496,7	798,6	2295,3
НСР 05	-	-	8,2	9,1	10,4

Проведенные опыты показали, что корреляционная связь между такими показателями, как сумма эффективных температур, масса стеблей и листьев, масса клубней и общая биомасса растений топинамбура сильная положительная (рис. 4,5,6).

Рис. 4. Корреляционная связь между суммой эффективных температур и общей биомассой топинамбура Fig. 4. Correlation between the sum of effective temperatures and the total biomass of Jerusalem artichoke

Как видно из рисунков 3, 4 и 5, с увеличением суммы эффективных температур наблюдается значительное увеличение общей биомассы топинамбура, и корреляция между этими показателями составляет r=0,972 Корреляционная связь между признаками масса стеблей, листьев, корней и общаяя биомасса – r=0,953, между массой клубней и общей биомассой – r=0,982.

Рис. 5. Корреляционная связь между массой клубней и общей биомассой клубней топинамбура Fig. 5. Correlation between the mass of tubers and the total biomass of Jerusalem artichoke tubers

Рис. 6. Корреляционная связь между массой клубней и общей биомассой растений топинамбура Fig. 6. Correlation between the mass of tubers and the total biomass of Jerusalem artichoke plants

Таким образом, в разных экологических условиях Таджикистана основным влияющим фактором для формирования продуктивности топинамбура является сумма эффективных температур, которая существенно меняется в зависимости от высоты над уровнем моря.

Урожайность клубней сортообразцов топинамбура на высотах от 460 м до 840 м над уровнем моря соответственно составляет 63,0 и 34,2 т/га. Урожайность топинамбура на высотах 1200 до 2000 м уменьшается от 23,6 до 14,6 т/га, а на высоте 2560 м над уровнем моря – 10,0 т/га.

Как показали исследования, высота над уровнем моря также существенно влияет на урожайность клубней и общей биомассы топинамбура, что видно из рисунке 7.

$ Урожайность клубней, т/га

■ Общая биомасса, т/га

Рис. 7. Урожай клубней и общей биомассы топинамбура в зависимости от высоты над уровнем моря (среднее за 2016-2022 годы) Fig. 7. Yield of tubers and total biomass of Jerusalem artichoke depending on the altitude above sea level (average for 2016-2022)

Таким образом, высота над уровнем моря по мере возрастания от 470 м до 2550 м вызывает снижение урожайности клубней топинамбура от 63,0 т/га до 10,0 т/га. Урожайность клубней топинамбура на высоте 2560 м в 6,3 раза выше, 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 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 показывает о высоком потенциале растений топинамбура по урожайности клубней в условиях Республики Таджикистан, как важном продукте питания. В перспективе топинамбур может играть важную роль в обеспечении продовольственной безопасности в разных агроэкологических условиях Таджикистана.

Анализ урожайности общей биомассы топинамбура также показывает положительного эффекта высоты над уровнем моря на данный полигенный признак топинамбура. Например, если общая биомасса сортообразцов топинамбура на высотах 460 м и 600 м над уровнем моря соответственно составляет 175,7 и 147,6 т/га, то этот показатель на высотах 2000 и 2560 м соответственно составляет 47,2 и 30,8 т/га или же в 3,7 и 4,8 раза меньше, чем на высотах 460 и 600 м над уровнем моря.

По урожайности общей биомассы сортообразцы топинамбура на высотах 840, 1200 и 1800 м над уровнем моря также значительно отличаются между собой (разница составляет в пределах 9,6-10,8 т/га или же 16,822,9%).

Нами также изучены способы получения различных продуктов из корней, клубней и листьев растений топинамбура.

Учеными Института ботаники,физиологии и генетики растений НАН Таджикистана в течение 2010-2023 годов удалось получить новый сорт топинамбура в условиях

Таджикистана Сарват и патент на способы выращивания топинамбура из корней и столонов.

Заключение

Необходимо отметить, что с учетом растущей численности населения республики,перед учеными стоят задачи поиска и внедрения инновационных путей и методов получения максимального объема необходимой продукции и биологической массы с единицы площади при сохранении и увеличении плодородия и качества земельных и почвенных ресурсов. В разных экологических условиях Таджикистана средняя урожайность общей биомассы сортообразцов топинамбура при их выращивании на высотах от 460 м до 2560 м над уровнем моря составляет 91,8 т/га, это может быть важным биоресурсом для поддержки кормовой базы в животноводстве, а также продуктом питания (клубней) для населения в будущем.

Таким образом, наиболее подходящими зонами для возделывания и получения высокой урожайности топинамбура в условиях Таджикистана являются районы, расположенные на высотах от 460 до 1200 м над уровнем моря,с общей суммой эффективных температур во время вегетации растений от 2280 до 3760ºС и сравнительно с низким содержанием гумуса (0,5-2,0%) в пахотном горизонте. В будущем таджикские фермеры посредством посадки топинамбура могут получать высокую массу этой культуры, что так важно для усиления кормовой базы в животноводстве, так же и продуктом питания для населения. В будущем благодаря посадкам топинамбура можно в два – три раза повысить выход биологической массы растений с единицы площади и тем самым укрепить кормовую базу для животноводства и продовольственную безопасность в республике. С другой стороны посредством широкого посева топинамбура на различных типах почвы можно значительно повысить экономическую отдачу земельных ресурсов Республики Таджикистан.

Об авторах:

Курбонали Партоев – доктор сельскохозяйственных наук, SPIN-код: 3569-1238, , автор для переписки,

Kurbonali Partoev – Dr. Sci. (Agriculture),

SPIN-code: 3569-1238, ,

Bakhtovar N. Sattorov – Researcher,

ISSN 2618-7132 (Online) Овощи России №2 2025

[ 119

Vegetable crops of Russia №2 2025 ISSN 2072-9146 (Print)