Введение к работе
1.1. Актуальность проблемы
Интродукция новых - видов растений, происходящая в результате
целенаправленной деятельности человека, приносит многие важные результаты: обогащает, используемые растительные ресурсы и обеспечивает сохранение редких и исчезающих видов.
Важную роль в интродукции играет введение в культуру новых кормових растений, превосходящих традиционные кормовые культуры по урожайности, содержанию ценных компонентов и устойчивости к неблагоприятным воздействиям.
Объективно оценивая значимость традиционных кормовых культур следует признать, чіо ъ ближайшей перспективе за шт сохранится главная роль в кормовом балансе. Вместе с тем, расширение видового состава кормовых ісультур за счет перспективных интродуцентов .(козлятник, амарант, сильфия, горец, окопник, мальва и др.) позволяет значительно повысить продуктивность кормопроизводства и существенно, улучшить качество кормов, прежде всего, по содержанию в них беліса (Утеуш, 1991).
По комплексу биологических и хозяйственно-полезных признаков crj.ioro серьезного отношения требует амарант., илротсо испсльзуеіллї so многих странах как пищевое, кормовое и лекарственное растение (Материалы 1 Всесоюзной конференции "Возделывание и использование амаранта в СССР", Казань, 1989 г.; 1 Международного конгресса по амаранту, Оакстепек, Мексика. 1991). Такие виды амаранта, как Amarant-huj cruentus, A.caudatuii, A.mantegazsianus, A.hibridus, A.llvidus и другие, отличает высокая урожайность зеленой массы (до 200 т/га и более) и семян (до 6 т/га), устойчивость к неблагоприятным воздействиям, вредителям и болезням, экологическая чистота продукции, ее хорошая поедаемость и усвоение животными (Чернов, 1992). Известно, что первым в нашей стране рекомендовал амарант к .незамедлительному знедрению в 1930 г академик Н.И.Вавилон, но только с середины 00-х годов началась его производственная интродукция, которую, однако сдерживало отсутствие точных представлений о биологической специфике и экологических потребностях представителей рода Amaranthus.
В настой ;ее вреся исследования апологических аспектов интродукции и свойств амарантг; проводятся во многих научных учреждениях С1ІГ, что свидетельствует об усилении интереса и прир'ричч его значимости.
В связи с этим в Ботаническом саду при Казанском университете с 1987 года нами были начаты комплексные исследования амаранта, что определялось важностью разработки экологически обоснованных технологий возделывания и переработки этого высокобелкового растения.
1.2. Цель и задачи исследований
Основная цель работы состояла в изучении влияния экологических условий на развитие восьми видов амаранта, определении важнейших физиолого-биохимических механизмов высокой продуктивности и выяснении особенностей формирования фитомассы определенного химического , состава и технологических свойств у видов, признанных перспективными для производственной интродукции в Республике Татарстан (РТ).
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
отобрать и интродуцировать в условиях РТ наиболее перспективные по биологии, продуктивности и набору ценных компонентов виды амаранта;
изучить эколого-фи8иологические особенности развития перспективных видов;
разработать эколого-ценотические основы возделывания, ,, определить оптимальные сроки, способы уборки и дать соотве:;твующие рекомендации производству;
разработать экологически безопасную технологию получения из эеленой массы белковых концентратов кормового назначения.
1.3. Научная новизна.
Настоящая работа посвящена исследованию биологических и эколо-го-физиологических аспектов интродукции перспективных видов рода Amaranthus в РТ. В ней на основе концепций современной экологии разрабатываются теоретические основы оптимизации агрофитоценозов, сконструированных из интродуцированных видов амаранта, наиболее перспективных для Татарстана по хозяйственно-ценным признакам.
Впервые проведено комплексное исследование биологии и эколо-го-физиологических особенностей восьми видов рода Amaranthus при интродукции в условиях РТ, а также возможностей его переработки и испольвования в качестве сырья для получения высококачественных белковых препаратов.
Наиболее полно изучены три вида (A.cruentus, A.mantegazzlanus и A.sp. (К 388), а остальные более фрагментарно, т.к. целью било выделение видов, перспективных по хозяйственноценным признакам.
Установлено, что наиболее целесообразно введение в культуру вида A.cruenthus (Амарант багряный), для которого нами описан морфогенез, изучена антэкология и развитие генеративных структур, динамика образования фотосинтетпческих пигментов и белка, а такие влияния на эти показатели различных экологических факторов. Таким образом, впервые изучена репродуктивная биология A.cruentus, а ос-тші низ виды изучались с учетом особенностей их развития. Определена отзывчивость амаранта на различные .формы и дозы азотных удобре-' ний. Выявлена оптимальная густота стояния растений и оптимальная
^JiItHtioKcui o'fjiyivrviiH Ч'-поттнОЗСВ ««5рЗ!Т?аь С5ЄСП2'ШБ303аЯ ШЙОКЙЙ
ІІПЛ фотосинтеза (до 6.1). Получены данные о высоких кормовых достоинствах зеленой массы амаранта багряного и получаемого из нее белкового концентрата.
В отношении переработки зеленой массы амаранта для получения белковых концентратов расшифрован аминокислотный состав белков гр-могената и конечного продукта.
Таким образом, по результатам проведенных исследований обоснована возможность использования амаранта багряного л ютсстве ценной кормовой культуры, возделываемой без применения пестицидов В РТ 11 других региогэх Средней Волги, что может бить справедливо и б отношении степной зоны Украины, особенно в условиях лимитированной вла-гпобеспеченности.
Научная значимость работы определяется тем, что представленные данные получеки впервые для условий Средней Волги и разработаны эколого-биологические принципы выращивания амаранта багряного в условиях недостатка влаги.
1.4. Основные положения, млгосимне на защиту
і. Теоретическое обоснование возможности широкомасштабной интродукции на основе интродукционно! о прогноза и изучения анато-мо-морфологических и фу-'щиональных изменений при введении в культуру нсксгсры" видов Amarantlius L. в экологических у -спиях. характерных дли северных широт до 58 о.ш.
2. Осноьн м условием разработки технологии воепелнваиия явля-
- б -
ется комплексная оценка адаптивного потенциала перспективных видов Amaranthus L. и почвенно-климатических условий нового региона обитания.
-
Изучение антэкологии, аутэкологии и синэкологии растений рода Amaranthus L. как важнейшего условия их успешной интродукции в новых регионах обитания.
-
Обсуждение физиолого-биохимических механизмов высокой продуктивности амаранта при интродукции в Среднем Поволжье, обеспечивающих интенсивное формирование высокобелковой фитомассы и ее пригодности для использования в качестве корма и сырья, производства белковых концентратов и сопутствующих продуктов.
-
Экологическое обоснование возделывания амаранта, отвечающее оптимальному удовлетворению его потребностей в отношении светового, температурного и водного режимов, а также азотного питания.
1.5. Практическая ценность и реализация результатов исследований.
Выявлены и исследованы основные закономерности роста, развития и формирования урожая, оптимизации возделывания в связи с использованием рекомендованных агротехнических приемов, разработанных эко-лого-ценотических принципов конструирования агроценозоь амаранта и с учетом агроклиматических ресурсов РТ.
На основе полученных результатов разработана Государственная Программа Республики Татарстан (ГПРТ "АМАРАНТ") внедрения амаранта и создана Научно-производственная система "АМАРАНТ" для производства высокобелковых кормов и концентратов кормового протеина.
Разработаны рекомендации по оптимальным срокам уборки зеленой массы с учетом динамики накопления белка и в эависимости от целевого назначения посева.
Результаты исследований по технологии получения концентратов кормового белка из зеленой массы амаранта багряного внедряются в сельхозпроизвоідство РТ.
Основные положения работы используются в учебном процессе при чтении студентам курсов "Экологическая фитофизиология", "Техническая биохимия" и других.
- 7 -1.6. Апробация работы.
Материалы работы обсуждались на ежегодных Итоговых научных конференциях КГУ (1988-1994), I и II Всесоюзных конференциях по. изучению амаранта (Казань, 1989; Владикавказ, 1991), Всесоюзном совещании "Агрофітоценози и экологические пути повышения их стабильности и продуктивности" (Ижевск, 1988), конференции "Кормовые растительные ресурси - фактор научно-производственного прогресса в кормопроизводстве" (Киев-Белая Церковь, 1989), совещании "Итоги научно-исследовательских и прикладных работ с культурой амарант за 1987-1938 гг." (Лс-тшград, 1889), Всесоюзной конференции "Преобразование световой энергии з фотссиитезирующих системах и их моделях" (Пущине-, 1989), VII симпозиуме "Эколого-популяшюиннй анализ кормо-р,,« рП,.т~,.,.;> гсс~;;;:;-Л Сио№. интродукция и иопояьиование" (Сыктывкар, 1990), II съезде Всесоюзного общества физиологов растений (Минск, 1990), Всесоюзной конференции "Химия пищевых веществ. Свойства и использование биополимеров в пищевых продуктах" (Могилев, 1990), Всесоюзное совещание "Перспективы создания зкологичесгаї чистых технологий возделывания сельскохозяйственных культур" (Ле-' нинград, 199СР, I Всесоюзном научно-производственном семинаре "Разнотравные кормовые растения - проблемы возделывания и использования" (Владикавказ, 1090), XI Международном симпозиуме "Эмбриология и семенное г умножение" (Ленинград, 1990), XII конференции почвоведов, агрохимиков и земледелов Среднего Поволжья и Урала (Казань, 1991), XV Всесоюзном совещании "Принципы и методы отологического контроля за элементарным составом растений и состоянием почвенного юкровз" (Москва, 19j]), Всесоюзной конференции "Популяции и проблемы охраны природы" (Йошкар-Ола, 1991), совещаниях в Центре сель-хозпрогресса в Шеиетове (Польша, 1988,), в аграрном университете в Дебрецене (Венгрия, 1989), в аграрном центре в Шумене (Болгария, 1990), I Международном Конгрессе по амаранту (Окстепек-Мексика, 1991) и I Европейском симпозиуме "Амарант как пищевая, кормовая и лекарственная кулътупа" (Оломоуц-Нптра, ЧСФР, 1992), Международном симпозиуме по солеустойчивости растений (Ташкент, 1992), Международном симпозиуме по экологии сообществ в Берне (Швейцария, 1994) и II Международной конференции Агрозкслас (Москва, 1994).
1.7. Декларация личного участия
Диссертанту принадлежит идея комплексного исследования экологических основ интродукции амаранта, создано новое научное направление. Автором получен и интерпретирован экспериментальный материал, на основе которого сформулированы практические рекомендации по возделыванию, использованию и переработке зеленой массы амаранта.
1.8. Публикации
Автором опубликованы 123 работы, в том числе 3 монографии и 26 публикаций за рубежом.
1.9. Структура и объем работы