Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Обзор литературы 12
1.1 Ботанические и биологические характеристики растений рода Amaranthus L. Основные виды и ареал распространения 12
1.2 Характеристика сортов амаранта. Возможность и перспективы интродукции амаранта 19
1.3 Амарант как декоративная, лечебная, пищевая и кормовая культура. Перспективы использования амаранта в кормопроизводстве 24
Глава 2 Условия, объекты и методы исследований 35
2.1 Объекты исследований 35
2.2 Условия и место проведения исследований 36
2.2.1 Агрометеорологическая характеристика зоны возделывания 36
2.3 Методика постановки полевых и лабораторных опытов 39
Глава 3 Результаты исследований 44
3.1 Изучение возможностей интродукции амаранта сортов Крепыш, Валентина и Дон Педро в условиях Приморско Каспийской подпровинции Дагестана 44
3.1.1 Изучение почвенных характеристик Приморско-Каспийской подпровинции Дагестана 44
3.1.2 Водно-температурный режим Приморско-Каспийской под-провинции Дагестана в 2015-2018 гг. 47
3.1.3 Динамика фенологических характеристик сортов амаранта селекции ВНИИССОК в условиях Приморско-Каспийской подпровинции Дагестана в зависимости от сроков посева и погодных характеристик периода вегетации 50
3.2 Влияние погодных условий выращивания на биохимический состав листьев интродуцированных сортов амаранта 63
3.2.1 Влияние климата Приморско-Каспийской подпровинции Дагестана на содержание витаминов в листьях интродуциро-ванных сортов амаранта 63
3.2.2 Содержание органических кислот в листьях интродуцированных сортов амаранта в условиях Приморско-Каспийской подпровинции Дагестана 71
3.2.3 Содержание токоферолов и антоцианов в листьях амаранта 75
3.2.4 Содержание хлорофилла, каротиноидов и хлорагеновой кислоты в зеленых листьях амаранта 78
3.2.5 Суммарный антиоксидантный комплекс сортов амаранта в условиях Приморско-Каспийской подпровинции Дагестана 83
3.3. Содержание белка и других компонентов в семенах, биохимический состав масла семян амаранта 87
3.4. Перспективы использования интродуцированных сортов амаранта в сельскохозяйственном производстве Республики Дагестан 94
Глава 4 Экономическая эффективность возделывания интродуцированных сортов амаранта как кормовой культуры в условиях Республики Дагестан 101
Выводы 103
Предложения производству 105
Список использованной литературы 106
Приложение 1. Фотографии роста и развития растений амаранта сортов Валентина, Крепыш и Дон Педро в условиях Приморско-Каспийской подпровинции Дагестана 126
Приложение 2. Типовая технологическая карта возделывания амаранта в Республике Дагестан 139
Приложение 3. Затраты труда, топлива и электроэнергии по группам работ 146
- Ботанические и биологические характеристики растений рода Amaranthus L. Основные виды и ареал распространения
- Изучение почвенных характеристик Приморско-Каспийской подпровинции Дагестана
- Содержание хлорофилла, каротиноидов и хлорагеновой кислоты в зеленых листьях амаранта
- Перспективы использования интродуцированных сортов амаранта в сельскохозяйственном производстве Республики Дагестан
Ботанические и биологические характеристики растений рода Amaranthus L. Основные виды и ареал распространения
Ботаническое название амарант () происходит от - — не, — увядать и — цветок, и буквально означает «неувядающий цветок». Трава амарант (щирица, кошачий хвост, бархатник, петушиные гребешки) — культура из рода Аmaranthus L., относится к семейству Амарантовых Аmaranthaceae, порядку Гвоздичные Caryophyllales, подклассу Карио-филлиды Caryophyllidae класса Двудольные Magnoliopsida, принадлежащего к отделу Покрытосеменных Magnoliophyta [9].Он насчитывает более 100 видов, среди которых есть как культурные, так и дикорастущие. Наиболее распространенными из них являются 55 видов [1]..
Род амаранта включает 3 подрода [1, 7]:
Подрод амаранта Amaranthus насчитывает более 20 видов однолетних растений, являющихся однодомными и содержащие как мужские, так и женские цветки. За исключением одного вида Европейского происхождения, все остальные являются субтропическими и тропическими и происходят из Северной, Центральной и Южной Америки.
Подрод амаранта Acnida включает в себя 9 двудомных вида родом из Северной Америки [5].
Третий подрод – Albersia содержит 35 видов, которые охарактеризованы в специальной литературе.
Родиной амаранта считают Южную Америку, где произрастает максимальное количество его видов, разновидностей и форм. Оттуда он попал в Северную Америку, Индию и другие места. Вторичным центром формообразования амаранта стали Китай и Северная Индия, где и по сей день растет множество его видов [1].
Испанцы привезли семена амаранта в Европу, где его первое время выращивали исключительно как декоративное растение, а с XVIII века стали возделывать как крупяную и кормовую культуру; к сожалению, при этом разные виды амаранта часто переопылялись, теряли ценные свойства и в результате засоряли плодородные земли [8].
В Россию амарант попал во второй половине XIX века и сразу же был отнесен к категории злостных сорняков. (Сведения о роде Amaranthus (англ.) в базе данных Index Nominum Genericorum Международной ассоциации по таксономии растений (IAPT).
Известные растения из семейства амарантовых:
Щирица запрокинутая. Агрессивный сорняк можно встретить на всех континентах за исключением Северного полярного круга. Пустыри — его излюбленная среда обитания, поэтому не возникнет проблемы, как вырастить амарант.
Амарант метельчатый. Родина однолетнего растения — Азия. Красный тон небольших цветков эффектно выглядит на фоне удлиненных и заостренных листьев, которые становятся радужными при наступлении заморозков.
Щирица обыкновенная (амарант овощной). Выходец из Америки растет быстро и употребляется в пищу. Приживается даже на неудобренной почве.
Амарант хвостатый (каскад, лавина). Растение из американских тропиков имеет красный цвет лепестков, съедобные семена и листья.
Амарант трехцветный. Родина цветка — Индо – Малайская (Восточная) область. Окрас листьев сочетает желтые, зеленые и красные тона. «Иллюминация трехцветная» — наилучший сорт для декоративного ландшафта.
Амарант белый. Тропики Америки подарили миру растение с зеленовато-белыми цветами. Культуру по достоинству оценили в Европе, Австралии и Африке.
Шунтук. Эта разновидность популярна среди фермеров. Используется для корма скота. Вишневый бархат. Густая листва, аккуратные небольшие соцветия яркого окраса — главные показатели культуры, произрастающей в зоне, где не наблюдаются неожиданные заморозки. Биколор. Культура засухоустойчива, но требует своевременной прополки и подпитки грунта каждые две недели [4, 5, 6, 7].
Морфологические особенности амаранта различаются в зависимости от условий выращивания, сортовой и видовой принадлежности. Большинство видов рода Amaranthus L. травянистые растения желто-зеленой или пурпурной окраски. Их высота колеблется в широких пределах от 40 см. вплоть до 4 м и даже больше. Стебель прямостоячий, бороздчатый, облиственный, реже лежачий диаметром до 10 см. Различают слабо-, средне- и сильно ветвистые растения [6,23, 47].
Листья расположены очередно или супротивно, без прилистников; они могут иметь яйцевидную, ромбическую, овальную, эллиптическую, копьевидную или вершинную форму; край листа также различной формы – цельный, зазубренный или волнистый. Жилкование листа обычно сетчатое. Причем выше расположенные листья имеют более короткие черешки, чем нижние, что способствует более равномерному освещению растения. Количество листьев у одного растения колеблется от десятков до полутора сотен и даже больше, а общая масса одного растения – от 0,1 кг до 3,5 кг. Встречаются экземпляры массой до 5 кг [4].
Соцветие амаранта - метелка разной формы, плотности упаковки и цветовой гаммы. Ветви соцветия колосовидные, причем верхний колос по размерам меньше или равен боковым колоскам. Цветки сравнительно мелкие, актиноморфные, раздельнополые реже обоеполые; они собраны в пазухах листьев на веточках соцветия [9].
Форма соцветия – от открытой и даже неопределенной до прямой и компактной. Ее определяют длина и число веточек в соцветии, а также угол наклона по отношению к главной оси [2]. Полностью развитое соцветие может нести до сотни и более одиночных цветков, собранных в клубочки, называемые верхоцветными соцветиями. По своему расположению обычно один мужской цветок сидит в центре, а вокруг него располагаются шесть и более женских цветков, которые формируются и созревают постепенно. Андроцей цветка состоит из 5 тычинок, пыльники четырехгнездные; гиноцей образован из трех, реже четырех плодолистиков. Завязь верхняя одногнездная. Околоцветник простой, пленчатый, состоящий от 3 до 5 листочков с зеленой средней жилой, которая на верхушке часто образует острие [9].
Плод – коробочка, имеющая яйцевидную форму и открывающаяся поперек крышечкой. В ней созревают семена, число которых на одном кусте растения может доходить до 500 тысяч. Созревшие семена устойчивы и могут сохранять свою всхожесть до 40 лет. Созревание семян идет последовательно с нижней части соцветия к верхушке [4, 8].
Семена амаранта мелкие – около 1мм в диаметре. Масса 1000 штук семян составляет, в среднем, около одного грамма. По форме они округлые, гладкие, линзовидные, с каемкой по краям, покрытые блестящей оболочкой. В зависимости от сорта амаранта, семена имеют разные цвета: белый, желтый, светло-оранжевый, фиолетовый, коричневый и даже черный [4].
Зародыш в семени кольцевой, охватывающий эндосперм. Характерно, что свежесобранные семена растения сразу не прорастают, им для созревания требуется еще 3 месяца. По существу, семена амаранта можно считать относительно мелким зерном. Они отличаются по массе, размерам, степени и срокам созревания, влажности и другим показателям в зависимости от вида, сорта и условий произрастания. Из-за малых размеров и массы запасных питательных веществ в семени растения маловато, ввиду чего стартовый рост и развитие его замедлены [53, 132].
Корневая система амаранта стержне-мочковатая: он имеет стержневой корень и достаточно развитые боковые отростки и корешки. Масса корня может доходить от 10% до 15 и даже 17% массы надземной части растения. Располагается корень обычно в пахотном и подпахотном слоях почвы. Стержневой корень имеет коническую форму, длина которого достигает 30 и даже 35 см. Боковые корни образуют мочковатую структуру с радиусом до 40 и более см. В нижней прикорневой части стебля могут формироваться придаточные корни [29, 78].
Изучение почвенных характеристик Приморско-Каспийской подпровинции Дагестана
Исследования по интродукции амаранта были начаты в 2015 г. Для этих целей были выбраны сорта с хорошим адаптационным потенциалом Крепыш, Валентина и Дон Педро, зарекомендовавшие себя активным ростом и развитием, урожайностью, широкими возможностями использования в сельском хозяйстве. Семена растений были получены во ВНИИССОК и засеяны в открытый грунт на экспериментальном полигоне в с. Ашагастал Су-лейман-Стальского района.
Успех интродукции зависит от многих факторов, однако необходимым условием не только для возможности введения в культуру, но и для оптимизации технологий ее последующего промышленного возделывания, является предварительное изучение степени соответствия почвенно-климатических условий района адаптивным возможностям интродуцируемой культуры.
С целью изучения основных характеристик почвы региона нами в 2015-2016 гг. был проведен подробный анализ типов почвы и химического состава водной вытяжки.
Установлено, что для исследуемой территории (Магарамкентский, С.Стальский районы) характерны равнинные типы почв:
- аллювиально- луговые
- луговые карбонатные
- коричневые
- бурые лесные
Для наибольшей достоверности результатов, изучение химического состава водной вытяжки проводили в три срока: 20 февраля 2015 г., 19 августа 2015 г. и 15 июня 2016 г. Повторность выборки – трехкратная, глубина взятия проб – 0-20 и 20-40 см, т.к. глубина залегания активных частей корневой системы растений амаранта (по данным многих исследователей) находится в пределах 15…35 см (табл. 2-4).
Результаты проведенных анализов указывают на то, что как по типу, так и по химическому составу почвы изучаемого района юга Республики Дагестан благоприятны для возделывания культуры амаранта.
Дальнейшая оптимизация технологических приемов возделывания ин-тродуцированных сортов амаранта для получения зеленой массы и для получения семян показала, что указанный химический состав определяет незначительное использование минеральных удобрений.
Содержание хлорофилла, каротиноидов и хлорагеновой кислоты в зеленых листьях амаранта
Антиокислители (антиоксиданты) выполняют в организме защитную роль. Они защищают биологические мембраны и другие организованные структуры в клетках, тканях и органах человека и животных от перекисного окисления. В целом, антиоксидантов достаточно много. Среди них более изученными являются токоферолы, и в частности, витамин Е. Этот витамин вместе с витамином С предохраняют субклеточные и молекулярные структуры, липиды от повреждающего действия свободных радикалов окисления молекулярным кислородом, обеспечивают целостность этих систем.
Токоферолы широко распространены в природе. Наиболее богаты ими растительные масла, содержащиеся в пшеничных зародышах, зернах кукурузы, семенах хлопка, подсолнечника и др. Индивидуальные токоферолы, обозначаемые греческими буквами , , и отличаются друг от друга количеством метильных групп и положением заместителей у производных токола и токотриенола.
Токоферолы представлены витамином Е, который называют антистерильным. Это название происходит от слова стерильность в смысле невозможность воспроизведения потомства. Поэтому токоферолы предотвращают такую стерильность и обеспечивают способность человека и животных воспроизводит нормальное здоровое потомство. Характерно, что эффективность токоферолов в существенной мере определяется наличием в организме и участие в обмене веществ других компонентов, биохимических соединений, например, как отмечено ранее, витамина С.
В 2017…2018 гг. были проведены исследования содержания токоферолов в листьях растений амаранта интродуцированных сортов, выращенных на на опытных участках отрытого грунта экспериментального полигона СПК «Шах-Абузар» Сулейман-Стальского района Республики Дагестан. По результатам исследований установлено, что в период цветения и созревания семян суммарное содержание токоферолов существенно возрастает (табл. 14).
Полученные результаты свидетельствуют о том, что использование зеленой части растений амаранта в качестве кормовой культуры наиболее выгодно именно в период цветения или начала созревания семян.
Выявлены некоторые сортовые различия – так у сорта Дон Педро содержание токоферолов наиболее велико именно в период цветения, тогда как сорт Валентина более богат токоферолами в период созревания семян (табл. 14).
Антиоксиданты выполняют в организме протекторную функцию [18]. Они защищают биологические мембраны и другие клеточные структуры и молекулы живого организма от перекисного окисления. В растениях антиок-сидантов образуется достаточно много. Среди них более изученными являются токоферолы, и в частности, витамин Е. Витамин E совместно с витамином С предохраняют субклеточные и молекулярные структуры, липиды от повреждающего действия свободных радикалов и активных форм кислорода, обеспечивая целостность этих систем. Эффективность токоферолов в существенной мере определяется его взаимодействием с другими антиоксидантами, например, витамином С и фе-нольными соединениями [19]. Суммарное содержание антиоксидантов в листьях изученных сортов амаранта приведено в таблице 15.
В красноокрашенных листьях амаранта сорта Валентина в большом количестве накапливается красно-фиолетовый пигмент амарантин. Он является мощным антиоксидантом: обезвреживает супероксидный радикал кислорода, свободные радикалы, хелатирует двухвалентные ионы переходных металлов: железа, меди и др. Предшественником амарантина является аминокислота тирозин – антистрессовый антиокидант. Амарантин относится ко вторичным соединениям- водорастворимым азотсодержащим пигментам – бетациани-нам, которые входят в состав группы беталаинов [20].
Как следует из таблицы 16 в красноокрашенных листьях сортов Валентина и Дон Педро наблюдали варьирование содержания красного пигмента амарантина в процессе вегетации растения. Максимальное количество ама-рантина образуется в листьях сорта Валентина в фазу бутонизации, а у сорта Дон Педро – в фазу цветения.
Таким образом, проведенный физико-химический анализ биохимического состава листьев интродуцированных сортов амаранта в Южном Дагестане показал, что эта культура богата полезными биологически активными соединениями, которые необходимы как пищевой и кормовой материал и имеет большие перспективы как в Дагестане, так и в других регионах страны и является ценным сырьем для создания функциональных продуктов.
Перспективы использования интродуцированных сортов амаранта в сельскохозяйственном производстве Республики Дагестан
Сельское хозяйство является одной из базовых отраслей экономики Республики Дагестан, доля которого в валовом региональном продукте составляет более 16,5 процентов, причем более 50% в нем составляет продукция животноводства. В связи с этим, особое внимание министерства сельского хозяйства и продовольствия Республики Дагестан уделено проблемам эффективного развития животноводства. Следует отметить, что в структуре затрат на производство животноводческой продукции 50…60% составляют затраты на корма. За 2018 год в республике заготовлено более 1,6 млн тонн грубых кормов, однако, для обеспечения потребностей животноводства в комбикормах в зимне-стойловый период необходимо заготавливать не менее 450 тыс. тонн кормовых единиц, для чего требуется 180 тыс. тонн пшеницы, 90 тыс. тонн ячменя, 45 тыс. тонн овса, 90 тыс. тонн кукурузы и 3…5 тыс. тонн подсолнечника. Сложившийся уровень организации кормопроизводства делает настоятельно необходимым разработку комплекса технико-технологических и организационно-экономических мероприятий по повышению эффективности производства кормов и улучшению их качества, снижению затрат труда и материально-денежных средств на единицу продукции. В связи с этим необходимо проведение всестороннего исследования, выявление основных направлении рациональной организации использования производственных ресурсов кормопроизводства, охраны окружающей среды и снижения энергоемкости производства кормов, разработка региональной концепции организационно-экономического механизма отрасли в условиях рынка.
Таким образом, по мнению экспертов одной из главных причин возникших проблем в молочном скотоводстве является серьзное отставание кормопроизводства от роста технической и технологической базы, генетического потенциала животных и, следовательно, основное внимание ученых должно быть направлено на активизацию исследований в данном направлении (Министерство сельского хозяйства [102, 127].
Республика Дагестан обладает перспективным географическим положением, большими запасами разнообразных природных ресурсов, благоприятными климатическими условиями, уникальным ландшафтом
Кормовые растения и их системные образования, агробиоценозы, имеют фундаментальное значение в сельском хозяйстве как источник получения высокобелковых кормов, как постоянно действующий почвообразующий фактор и незаменимое биологическое средство предупреждения процессов деградации и опустынивания агроландшафтов. Кормовым травам нет альтернативы в качестве мощных, постоянно действующих средообразующих и средовосстанавливающих факторов сохранения и повышения устойчивости агросферы и биосферы. Эти важнейшие естественные свойства кормовых трав в практике сельского хозяйства реализуются на уровне видов, экотипов и сортов, их различных сочетаний в агрофитозенозах и агроэкосистемах [55].
В настоящее время одним из наиболее реальных способов интенсификации кормопроизводства является использование уже имеющихся высокопродуктивных видов и сортов кормовых растений, а также за счт интродукции новых видов и сортов, наиболее полно использующих природно-климатические условия региона.
Многочисленные исследования показали, что культура амаранта является одной из наиболее полно соответствующих всем вышеуказанным требованиям. Амарант - однолетняя, высокорослое (2-3 м) растение с мясистым стеблем. Листья большие, овальные сверху заостренные. Зеленая масса на 40…60% складывается из листьев, 30…35% из стеблей и 18…28% из соцветий [38, 49].
Целый ряд ценных ингредиентов делает амарант продуктом с высокой пищевой ценностью для тех, кто по целому ряду причин не может потреблять настоящие зерновые продукты или определенные продукты животного происхождения. Также в составе амаранта присутствует лецитин — это вещество крайне важно для нервных и мозговых функций организма.
Аминокислотный профиль амаранта все незаменимые аминокислоты. Хотя, например, если брать расчетные данные – показатели амаранта достигают 75-ти единиц, а куриного яйца – 100 единиц. Однако в амаранте нет холестерина, что обеспечивает ему существенное преимущество [72]. Еще одно преимущество — высокое содержание лизина. Лизин — это незаменимая аминокислота, входящая в состав практически любых белков, необходима для роста, восстановления тканей, производства антител. Помимо этого, лист амаранта характеризуется отсутствием нежелательных ингредиентов: в нем почти нет оксалата и нитратов.
Амарант характеризуется высокой урожайностью: с 1 гектара плодородных площадей можно получить до 50 ц семян и 2000 ц зеленой массы, содержащей в своем составе: 15,6…16,75% протеина; 0,2…0,21% фосфора, 16,0…21,7% клетчатки; 2,1…2,6% кальция; 2,4…2,8% жира; около 200 мг/кг каротина [113].
В процессе созревания в растении увеличивается процент сухого вещества, от количества которого напрямую зависят надои коров. Так, в периоде бутонизации его количество составляет 11,2%, а в фазе формирования семян – 17,4%. Это высокий показатель, подтверждающий пищевую ценность силоса из амаранта.
Амарант имеет высокий потенциал как силосная культура. Его поедае-мость в чистом виде составляет 83,6%, в соединении с кукурузой — 88%. Кукуруза потребляется всего лишь на 72%. Низкий процент сахаров в зеленой массе амаранта, по своему химическому составу приближенного к люцерне, делает его практически непригодным для силосования в чистом виде [63, 129].
В животноводческой отрасли амарант используется для заготовки силоса, сена, травяной муки, а также в качестве зеленого корма, который с удовольствием поедает домашний скот. Жмых и травяная мука считаются цен 96 ными составляющими комбикормов. Включенный в рацион поросят данный компонент существенно активизирует рост молодняка. Содержащиеся в его составе витамин С и каротин положительно воздействуют на иммунитет животных. Уборка амаранта на зеленый корм производится в начале цветения, когда растения выбрасывают метелки. Зеленая масса, скошенная в это время, содержит большое количество белка и лучше переваривается домашними животными [11].
Для животноводческой отрасли амарант является настоящим кладезем полезных веществ, способных вырастить качественное поголовье крупного рогатого скота. В свиноводческой отрасли показатели прироста живой массы также радуют своим результатом: 1 кг живого веса за сутки. Поросята, выращиваемые на свежескошенной щирице, набирают вес в 2 раза быстрее, а у свиноматок на 12…18% повышается продуктивность. В домашнем птицеводстве кормление травяной мукой на основе амаранта положительно воздействует на рост и развитие молодняка, увеличивает привесы взрослой птицы, повышает яйценоскость кур. Так, обогащение рациона птицы такой мукой всего лишь на 3%, увеличило количество яиц на 9,2% [29]. Применение амаранта в качестве кормовой культуры позволяет: на 19% увеличить надои молока; на 0,2% повысить его жирность; на 10…30% прибавить привес живой массы [18, 71, 157].