О влиянии показателей криоаридного климата Селенгинского среднегорья Забайкалья на содержание тетрагидроканнабинола в конопле посевной (Cannabis sativa L., 1753)

Республика Бурятия отличается горным характером рельефа и доминированием таежных ландшафтов, резко континентальным климатом и широким распространением сезонной и многолетней мерзлоты, а также большой неоднородностью экосистем. В межгорных котловинах республики встречаются засушливые степные ландшафты, среди которых формируются дикорастущие заросли конопли ( Cannabis sativa L., 1753) [Определитель... 2011, Флора Сибири, 1992], способной к накоплению тетрагидроканнабинола (ТГК), известного наркотического вещества. Заросли дикорастущей конопли в основном распространены в южной части Селенгинского среднегорья в междуречье рек Селенги, Джиды, Хилка и Чикоя.

Промышленное производство конопли и продуктов ее переработки (текстиля, семян и масла для функционального питания, фармацевтических препаратов) — интенсивно развивающаяся отрасль мирового сельскохозяйственного производства [Григорьев, Илларионова, 2020]. В Государственном реестре селекционных достижений, допущенных к использованию РФ, зарегистрировано 36 сортов и гибридов конопли, из них 10 – универсального направления использования.

В данной работе приведены результаты исследований, проведенных на основе договора с Министерством сельского хозяйства и продовольствия Республики Бурятия о возможности использования культурной (технической) конопли ( Cannabis sativa L . , 1753) в условиях резко континентального климата региона, определение ее продуктивности и содержания в ней ТГК.

Материалы и методы

Первые результаты о культивировании конопли в условиях Бурятии были приведены ранее [Бадмаев и др., 2016], где дана общая информация об объектах и методах исследования и получены предварительные выводы.

Объектом исследования была культурная конопля сорта Сурская с содержанием ТГК менее 0,1% [Зеленина, 2004]. Сорт обладает высоким адаптивным потенциалом, а также повышенными параметрами количественных и качественных характеристик урожая. Назначение сорта по использованию продукции — двустороннее (семена, волокно). Содержание ТГК в образцах надземной части растений не превышало предельно допустимую норму — 0,1%.

Всхожесть семян . На предварительном этапе исследований всхожесть семян определяли согласно ГОСТ 12038-84¹ при 20 ℃ в термостате, темноте, между слоями увлажненной фильтровальной бумаги в растильнях. Всего было подготовлено 4 пробы по 100 семян в каждой. На 7-е сутки всхожесть прорастания семян составила 96,5±6 %.

Экспериментальный участок . Опытное поле было выделено в КФХ «Данилов П. Б.» (Заиграевский район, Республика Бурятия; 51.749702 № 109.071324 Е) (рис. 1).

АБ

Рис. 1. Космоснимок (А) и опытное поле (Б)

Территория опытного поля относится к Южно-Сибирской горной области, Хилокско-Удинской остепненной среднегорной провинции [Атлас Забайкалья, 1967]. Климат данной территории резко континентальный, с большими амплитудными колебаниями годовой и суточной температуры, большим числом солнечных дней. Зима продолжительная, морозная, малоснежная. Среднегодовая температура воздуха — 1,4–1,6 ºС. Абсолютный минимум температуры –46,8 ºС. Абсолютный максимум температуры +36,8 ºС. Средняя температура января — 24–25 ºС. Лето короткое, средняя температура июля +17–18ºС. Количество осадков в год — 210–240 мм, в безморозный период — 80–105 мм. Глубина снежного покрова — 15–20 см. Растительность изучаемого района по ботанико-географическому районированию относится к Евро-Азиатской хвойно-лесной области, ВосточноСибирской подобласти светлохвойных лесов, Забайкальской провинции [Пешкова, 1985]. Горный рельеф провинции, северное положение и континентальный климат обусловливают преобладание в растительном покрове лесов и горных тундр. Леса образованы лиственницей Гмелина. По долинам рек, падям, лесным опушкам распространена луговая растительность, развитая на лугово-черноземной почве.

Характеристика почвы . Экспериментальные посевы проведены на лугово-черноземной почве, которые характеризуются следующими агрохимическими показателями гумусового горизонта: рН водный — 6,2–6,3, содержание гумуса — 2,5–3,1%, Са²⁺ — 18,2–19,1 и Mg²⁺ — 7,8–8,0 мг-экв/100 г почвы, N_общ — 0,27– 0,29 %, подвижными формами P₂O₅ — 7,7–7,8 и K₂O 23,5–24,6 мг-экв/100 г почвы, а также суглинистым опесчаненным слабощебнистым гранулометрическим составом и мелкокомковатой пылеватой структурой.

Схема эксперимента. Агротехнологические особенности выращивания конопли описаны ранее [Вировец... 1991; Возделывание среднерусской однодомной конопли... 2011; Гаврилова... 2007; Конопля, 1963; Липатов... 1978; Пашин, 1991; Повов, 2019; Сальников, 2008; Серков, 2009; Смирнов, 2008; Субботин... 2017], на основе чего разработана агротехнологическая карта культивирования технической конопли1.

В силу позднего приобретения и привоза семян из Новосибирска посев проведен в первой декаде июня 2013 г. посевным комплексом «Agrator» рядовым способом при возделывании на волокно и семена [Серков, 2009]. Расстояние между грядками может доходить до 15 см, при норме высева 100 кг/га (до млн всхожих семян на гектар) на лугово-черноземных почвах.

Для получения высоких урожаев культур требуется применение повышенных доз минеральных удобрений, так как их недостаток приводит к недобору урожая и снижению эффективности агрохимических мероприятий. Поэтому нами был проведен эксперимент с внесением удобрений. В качестве азотного удобрения была взята аммиачная селитра, фосфорного удобрения — двойной суперфосфат, калийного удобрения — хлористый калий. Перед посевом на поле был выделен участок площадью 50 м2 для проведения эксперимента с удобрениями. Азотные удобрения в дозе 90 кг/га действующего вещества, фосфорные удобрения — 60 кг/га д. в., калийные удобрения — 90 кг/га д. в., внесены на поверхность с последующей заделкой в почву [Отчет НИОКР опытное... 2013].

Результаты и обсуждение

В год эксперимента климатические показатели на ближайшей метеостанции (Новая Курба) к опытному полю в с. Нарын показали следующие величины по температуре воздуха (T, °C) и осадкам (Ос).

Климатические показатели (КП) в год исследования на метеостанции «Новая Курба»

Таблица 1

КП	Месяц												Год
	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X	XI	XII
T, °C	-26	-18	-6	4	11	20	21	17	9	-1	-13	-15	0,3
Ос, мм	2	1	0	9	16	7	13	51	26	1	3	8	137

Анализ метеорологических данных показал общий для степных ландшафтов Селенгинского среднегорья криоаридный тип температурного режима: холодная длительная зима и жаркое засушливое лето. В исследуемый год имелись некоторые особенности: среднегодовая температура уже переходила в положительную динамику, что являлось уже трендом в сторону аридизации, и усиление не только континентальности атмосферного климата [Badmaev, Bazarov, 2021], но и почвенной засухи, что подтверждалось величинами осадков в весенне-раннелетний период.

В процессе вегетации конопли сорта Сурская проводились наблюдения. За всходами конопли наблюдения проведены в середине июля. Полевые всходы хорошие, средняя высота составляла 4 см (рис. 2А). Отличия между фоном и делянкой, где были внесены у добрения, варьируют в пределах 10–14 мм.

В дальнейшем в первой декаде сентября проведены измерения высоты растений поскони зрелой конопли (рис. 2Б, В) на экспериментальной делянке с удобрениями и измерения высоты растений на фоновой делянке.

На фоновой делянке с естественным плодородием почвы средняя общая высота растения составляет 66 см, минимальная — 10 см, максимальная — 108 см, а на экспериментальной делянке средняя длина — 99 см, минимальная — 11, максимальная — 138 см. Общая высота растения на экспериментальной делянке с удобрениями в 1,5 раза выше по средним показателям (рис. 3).

АБВ

Рис. 2 . Всходы конопли (июнь, А), зрелая конопля (сентябрь, Б) и поскони (В) культурной конопли на экспериментальной делянке с удобрениями

Рис. 3. Сравнение показателей высоты растений конопли на экспериментальном и фоновом вариантах опыта

Для оценки биологической урожайности посева культурной конопли нами осуществлен учет на площадках в 1 м2 на фоновой (контроль) и экспериментальной делянках (с удобрениями) в период (фазу) плодоношения. В дальнейшем учетные снопы были высушены до воздушно-сухого состояния и взвешены на аналитических весах.Полученные результаты взвешиваниясущественно различаются. Так, на фоновой делянке с естественным плодородием почвы биологическая продуктивность составляет 0,320± кг/м2, а на экспериментальной делянке — 0,595 кг/м2. Показатели продуктивности существенно различаются на экспериментальной делянке с минеральными удобрениями, это в 1,8 раза выше, чем на фоновой делянке с естественным плодородием (табл. 2).

Таблица 2

Масса биологической урожайности на контроле и в эксперименте

Вариант эксперимента	Биологическая урожайность посева культурной конопли, (кг)
Контроль (без внесения удобрений)	0,320 ±0,015
Опыт (с внесением удобрений)	0,595 ±0,021

При пересчете биологической урожайности на 1 га показатель составляет 3,2 т/га. По техническим характеристикам культурная конопля сорта Сур-ская может давать урожаи 8–10 т/га, т. е. 80–100 ц/га, общая высота растений составляет 247 см в условиях Среднего Поволжья [7]. Сравнение с культурной коноплей, выращенной в условиях Бурятии (Заиграевский район), показывает, что по биологической урожайности она в 3 раза ниже и по общей высоте растений в 3,7 раза короче.

Таким образом, внесение минеральных удобрений в 1,8 раза повышает биологическую урожайность, в 1,5 раза увеличивается общая высота растений. По сравнению с характеристиками сорта в условиях Среднего Поволжья биологическая урожайность стеблей в 3 раза ниже, общая высота растений в 3,7 раза короче.

Важным показателем культурной конопли является содержание наркотических веществ, а именно ТГК. Результаты исследования в лаборатории экспертно-криминалистического отдела Федеральной службы Российской Федерации по контролю за оборотом наркотиков Управления по Республике Бурятия (Справка об исследовании № 691 от 18 сентября 2013 г.) [Отчет НИОКР опытное... 2013] показали, что в выращенных образцах сорта Сурская на опытном поле Заиграевского района республики в местности Нарын содержание ТГК составляет 0,7±0,02 %, что превышает в 7 раз норму, допустимую законодательством РФ (рис. 4).

Следовательно, возникает вопрос о том, почему в выращенной культурной конопле обнаружено высокое содержание наркотических веществ (ТГК) и в чем заключается механизм увеличения ее содержания при условии, что семена соответствовали всем посевным качествам.

Для объяснения данного явления нами сформулированы две рабочие гипотезы:

• 1.    Агротехнические мероприятия по культивированию конопли могут влиять на содержание ТГК.

• 2.    Дефицит влаги может способствовать усилению синтеза ТГК для сохранения влаги в клетке вследствие засушливости климата Забайкалья.

Сведения в научной литературе показывают, что вышеперечисленные факторы, наоборот, понижают содержание ТГК, так как известно, что увеличение густоты стояния растений ведет к некоторому снижению содержания каннабиноидов, а также может наблюдаться повышение ТГК в дочерних следующих поколениях конопли (происходит ухудшение сортовых признаков и свойств семян) [Зеленина, 2004].

Обобщая вышесказанное, можно отметить, что агротехнические мероприятия и условия возделывания не могли повысить содержание ТГК в культивируемой конопле, возможно, несколько снизить содержание ТГК при рядовом способе посева.

выводы

• 1.    Представленные на исследование в пакетах № 1, № 3, № 4, № 6 образцы верхушечных частей растений конопли содержат основные каннабиноиды конопли.

Содержание каннабидиола (КБД) в верхушечных частях растений из пакетов: № 1 - 0,89±0,07 % масс.; № 3 - 0,50±0,02 % масс.; № 4 - 0,51±0,03 % масс.; № 6 — 0,59±0,02 % масс.

Содержание тетрагидроканнабинола (ТГК) в верхушечных частях растений из пакетов: № 1 — 0,025±0,001 % масс.; № 3 — 0.018±0.002 % масс.; № 4 — 0,014±0,002 % м асс.; № 6 — 0,020^0,002 % масс.

Содержание каннабинола (КБН) в верхушечных частях растений из пакетов: № 1 - 0,0096±0,0007 % масс.; № 3 - 0,0047±0,0001 % масс.; № 4 - 0,0129±0,0007 % масс.; № 6 — 0,0074±0,0005 % масс.

А

Г осу дарственный судебный эксперт

Л.Л. Ткачева

Д.И. Ковалев

Государственный судебный эксперт

В Ы В О Д:

Содержание тстрагидроканнабинола в представленных на исследование частях растения конопля, изъятых 13.09.2013 в ходе ОРМ «Сбор образцов для сравнительного исслеловаиия» v го. Нохомова Ю.Ф.. составляет 0,7%.

Б

Рис. 4. Фрагменты акта экспертного заключения ФБУ «Сибирский региональный центр судебной экспертизы» Министерства юстиции Российской Федерации (А) от 12 октября 2012 г. и результаты исследования в лаборатории экспертно-криминалистического отдела Федеральной службы Российской Федерации по контролю за оборотом наркотиков Управления по Республике Бурятия № 691 от 18 сентября 2013 г. (Б) на содержание ТГК в образцах культурной конопли сорта «Сурская» компании «Патриот Агро»

Более достоверным можно считать другой фактор, при котором наблюдается увеличение ТГК. Дефицит влаги может способствовать усилению синтеза ТГК для сохранения воды в клетке вследствие криоаридности климата Бурятии [Ефимов, 1988].

Сравнительный анализ климатических и почвенных данных различных регионов страны [Национальный атлас... 2011] и Украины [Вировец, Ситник, Щербань и др., 1991] с производством промышленной конопли и продуктов ее переработки с условиями формирования диких зарослей конопли и опытного культивирования сорта Сурская в Республике Бурятия показывает большое их различие и возможность объяснения повышения ТГК на территории исследования (табл. 3).

Сравнительная характеристика экологических показателей регионов исследований*

Таблица 3

Параметры климата и почв	Регионы исследований
	Украина, Сумская область	Россия
		Среднее Поволжье	Алтайский край	Новосибирская область	Бурятия, Нарын
Среднегодовое количество осадков, мм	610–619	550–650	600–700	300–400	210–240
Среднегодовая температура, ℃	5,1–9,9	2,5–3.5	0,5-2,1	0,4-1,1	-1,4–1,6
Гумус, %	7–9	4–6	5,1–5.6	3,8–4,3	2,5–3,1
Коэффициент увлажнения (конец апреля-май — начало июня)	1,9–2,9	0,7–0,8	0,8–1,0	0,8–0,9	0,2–0,3
Пределы колебаний влажности почв (май — июнь)**	НВ-ВРК	НВ-ВРК	НВ-ВРК	НВ-ВРК	ВРК-ВЗ
Тип почвы	Чернозем	Чернозем	Чернозем	Серые лесные	Лугово-черноземные
Гранулометрический состав	Суглинок	Суглинок	Суглинок	Суглинок	Суглинок опесчаненый слабощебнистый
Структура почвы	Комковатозернистая	Комковатозернистая	Комковатозернистая	Комковатозернистая	Мелкокомковатая пылеватая

• *    Национальный атлас почв Российской Федерации / Н. А. Аветов, А. Л. Александровский, И. О. Алябина [и др.]; под общ. ред. С. А. Шоба. Москва, 2011.

• * * НВ — наименьшая, или полевая, влагоемкость; ВРК — влажность разрыва капилляров; ВЗ — влажность завядания растений.

Жаркое и сухое начало лета характеризуется дефицитом влаги. В этот период коэффициент увлажнения в степных районах Бурятии (в том числе Заиграев-ском районе РБ) уменьшается до 0,2–0,4, что соответствует полупустынным ландшафтам. Влажность почвы гумусового горизонта в этот период не превышает 14–20 % объема и соответствует пределам влажности разрыва капилляров (ВРК) и влажности завядания растений (ВЗ), при котором начинается устойчивое завядание растений.

При таких условиях атмосферной и почвенной засухи и воздействии неблагоприятного фактора — дефицита влаги, растения конопли вынуждены усиливать синтез ТГК, что приводит к повышению его концентрации. Это является результатом приспособления и адаптации к сохранению влаги в клетке и механизмом выживания растений в период полупустынного и очень засушливого климата.

Подобное явление увеличения ТГК также отмечается О. Н. Зелениной в этой же работе [Зеленина, 2004]. Данная закономерность подтверждается исследованиями при оценке пожарной опасности в зависимости от атмосферных и почвенных параметров контрастных лесничеств — Байкальского (Восточное Прибайкалье) и Заиграевского (недалеко от опытного поля в с. Нарын, метеостанция «Новая Курба»).

Установлено, что по среднемноголетним значениям количества осадков гумид-ное Байкальское лесничество в 1,5–1,6 раза превышает аридное Заиграевское лесничество [Badmaev, Bazarov, 2021]. Особенно большое различие приходится на весенний и раннелетний период, когда даже в Восточном Прибайкалье отмечается недостаток влаги в этот период времени.

Дополнительным подтверждением засушливости климата являются данные коэффициента увлажнения (КУ) на этих территориях. В апреле — мае в Заиграев-ском аридном лесничестве КУ равен 0,11–0,17 и соответствует ландшафтам полупустыни, именно в этот период регистрируется наибольшее количество пожаров. КУ на данной территории за период с весны до осени не превышает 0,7–0,8 и является недостаточно увлажненным (рис. 4). В этот период иногда кратковременно (август) могут отмечаться муссонные дожди.

Характер распределения величин КУ в гумидном Байкальском лесничестве в весенне-раннелетний период такой же, как в аридном Заиграевском лесничестве, но их величины несколько выше. В июле — августе в прибрежных районах озера Байкал, северо-западных склонах хребта Улан-Бургасы величины КУ характеризуются как избыточно-влажные.

Рис. 4. Распределение осадков (А), почвенной влажности (В, слой 0–20 см) и КУ — коэффициента увлажнения (С) — на территории Байкальского и Заиграевского лесничеств Республики Бурятия

Для сопоставления величин влажности почв в разных базах данных (спутниковая информация, наземные) и инструментальных исследований авторами определено увлажнение в поверхностных горизонтах. Пространственно-временная характеристика влажности почв в слое 0–10 см показывает такие же закономерности, как атмосферные осадки и КУ в разных лесничествах. Общей закономерностью являются низкие величины в весенний и раннелетний периоды и более влажные в середине-конце лета, к частным относится относительно повышенная влагообе-спеченность в гумидном Байкальском лесничестве.

Низкие величины влажности воздуха и почвы весной и в начале лета на исследуемой территории объясняются своеобразием местоположения Забайкалья. Оно расположено в центре Евразии и характеризуется ярко выраженной континентальностью. Весной, когда монгольские пустыни и степи быстро прогреваются, сюда устремляются потоки холодного и сухого воздуха из севера Сибири и Якутии. При этом появляются продолжительные и сильные ветры, которые являются причиной малого количества осадков, низкой влажности воздуха и сильного иссушения поверхностных горизонтов почв. Сильные ветры при большой сухости воздуха и почв являются одной из основных причин широкого распространения пожаров в этот период года.

Таким образом, атмосферный и почвенный климат исследуемого региона характеризуется своеобразным типом увлажнения, который складывается из сочетания сухого весеннего периода, приближающегося по степени увлажнения к условиям полупустыни, и влажного летнего, близкого к южной тайге и зоне широколиственных лесов. Именно полупустынный атмосферный и почвенный климат является одной из главных причин высокого содержания ТГК в диких зарослях конопли Забайкалья и возможным объяснением повышения ТГК в культурной конопле сорта Сурская.

Заключение

Необходимо отметить новые данные о перспективе выращивания технической конопли сортов Гляна и Надежда в разных почвенно-климатических зонах в Республике Бурятия, начатое в 20-х годах нового столетия [Цыбикова... 2021]. Первые результаты разработки технологий выращивания этих сортов и полученное сырье с низким содержанием ТГК позволяют с перспективой смотреть в будущее. Для их возможного использования в промышленных масштабах необходимо продолжить многолетние исследования для получения более репрезентативной количественной оценки динамики изменения ТГК в условиях континентального климата Забайкалья в перспективе ряда лет.

Исследование, проведенное по культивированию технической конопли, открывает новые горизонты познания в области экологии и физиологии растений, растениеводства в целом. У авторов-исследователей возникает ряд вопросов, связанных с причинами и механизмами повышения ТГК. Поэтому определяются направления изучения этого механизма и разрабатываются рабочие гипотезы, способные объяснить данное явление. Весьма перспективным является направление по селекции культурной конопли и выведение регионального забайкальского сорта, обладающего высокими продуктивными характеристиками и допустимым содержанием ТГК.

Выводы

• 1.    Техническая конопля сорта Сурская способна произрастать в условиях резко континентального климата Бурятии. Ее рост и развитие сопровождаются повышением содержания наркотического вещества — тетрагидроканнабинола.

• 2.    Биологическая продуктивность растительной биомассы культурной конопли сорта Сурская в условиях Заиграевского района Бурятии составляет 3,2 т/га, средняя высота растений составляет 66 см. Продуктивность в 3 раза ниже, а высота растений в 3,7 раза короче, чем в условиях Среднего Поволжья.

• 3.    Культурная конопля хорошо развивается при внесении в почву удобрений. Отмечается более высокий стеблестой, в среднем его высота составляет 99 см, а продуктивность стеблей повышается до 5,9 т/га. Благодаря внесению удобрений можно увеличить показатели высоты растений и продуктивность стеблей в 1,5 раза.

• 4.    Глобальное потепление и аридизация не только атмосферного, но и почвенного климата могут быть основной причиной повышения содержания тетрагидроканнабинола в надземной части культурной конопли в районе исследований.