Аннотация. Целью данной работы является изучение эффективности совместных посадок картофеля и топинамбура, их взаимовлияния в процессе роста и развития, воздействия на урожайность клубней и зеленой массы, а исследование углеродного баланса при его выращивании в контексте проблемы создания углерод-нейтральной зоны территории сельскохозяйсвенного производства. Опыты по совместному выращиванию топинамбура Сиреники и картофеля Колобок были проведены в вегетационныйт период 2021 г. на территории ООО "Аталану" Канашского района Чувашской Республики.

В опытах были изучены следующие варианты: 1. топинамбур (осенняя посадка), однорядная схема; 2. топинамбур (осенняя посадка), двухрядная схема; 3. топинамбур (весенняя посадка), однорядная посадка; 4. топинамбур (весенняя посадка), двухрядная схема; 5. картофель, однорядная схема посадки;6. картофель, двухрядная схема посадки; 7. картофель+топинамбур, весенняя однорядная схема посадки.

Изучение химического состава топинамбура в лаборатории показало, что его зеленая масса содержит 23,4 % сухого вещества, 12,9 % сырой золы, 12,5-13 % сахара, 14,0 % сырого протеина, 12,9 % жира, 24,2 % сырой клетчатки, 110-120 мг/кг каротина. При совместной посадке сельскохозяйственных культур был получен максимальный урожай зеленой массы топинамбура (37,5 т/га) и клубней топинамбура и картофеля (52,5 т/га). Выявлено, что колорадский жук не заселяет растения картофеля, расположенные рядом с топинамбуром, а также совместные посадки топинамбура и картофеля.

Введение. За последние десятилетия климат на Земле заметно изменился в сторону потепления, что вызывает нестабильность сельскохозяйственного производства в странах, расположенных в тропическом и субтропическом поясах. Основной причиной климатических изменений является увеличение концентрации в атмосферном воздухе парниковых газов, одним из которых является углекислый газ.

В научных и производственных кругах тема углеродной нейтральности приобрела большой диапазон рассуждений от предложений по посадке леса, поглощающего углекислый газ при фотосинтезе, до уменьшения поголовья крупного рогатого скота, производящего парниковые газы. Наряду с этим проблема приобретает коммерческий характер, когда реализуется механизм квотирования территорий по уровню загрязнения и возможностью торговли такими квотами. Так как топинамбур за вегетационый период образует высокий урожай клубней и зеленой массы, органическое вещество которых связывает углерод, весьма актуально исследование углеродного баланса при его выращивании в контексте проблемы создания углерод-нейтральной зоны территории сельскохозяйсвенного производства.

Топинамбур, как и картофель, являются ценными пищевыми и кормовыми культурами, производство которых экономически рентабельно в условиях Чувашской Республики. В 2020 году на площади 0,75 га в рамках реализации проекта "Биоэкополис" в ООО "Аталану" (д. Большие Бикшихи Канашского района Чувашской Республики) с целью отработки машинной технологии возделывания был посажен топинамбур сортов "Десертный" и

"Сиреники". В целом, результаты производственной посадки 2020-2021 гг. подтвердили результаты ранее проведённых (2017-2019 г.г.) полевых опытов выращивания пяти сортов топинамбура на предмет возможности возделывания их на типично-серой лесной тяжелосуглинистой почве по ресурсосберегающей технологии с междурядьями 140 см (автор Балабанов П.Р.) (Рис.1).

Рисунок 1– Посадки картофеля по ресурсосберегающей технологии производства картофеля междурядьем 140см

Зеленую массу (стебли топинамбура высотой 1,5 - 2,5 м) осенью 2020 года убирали вручную с перевозкой ее в неотапливаемые проветриваемые помещения для естественной сушки, хранения, с последующим использованием. Всего в 2020 году было заготовлено 1200 кг стеблей топинамбура влажностью 22-28%. В осенне-зимний период 2020-2021 г.г. проводились лабораторно-производственные исследования по возможностям использования стеблей и клубней топинамбура в кулинарно-пищевых, лечебных, кормовых, агротехнических, энергетических целях, и как сырье для биогазовых установок в смеси с птичьим пометом.

Средняя урожайность топинамбура в производственном опыте без применения минеральных и органических удобрений составила 175 ц/га клубней и 225 ц/га зелёной массы.

Материалы и методы исследования. Опытный участок расположен на производственной базе ООО "Аталану" Канашского района Чувашской Республики. Почва опытного участка, типично-серая лесная, тяжелосуглинистая, на лессовидном суглинке, подстилаемом элювием юрских глин, расположена на слабопологом склоне верхней части водораздела. Мощность пахотного слоя почвы опытного участка составляет 30 см. Ниже пахотного слоя залегает горизонт А₂В.

Содержание органического вещества в пахотном слое типично-серой лесной почвы на производственном участке составляет 4,2 %, что относится к группе почв со средним содержанием гумуса (4,1-6%), содержание подвижного фосфора очень высокое (>250 мг/кг) и составляет 255 мг/кг (по Кирсанову), по обеспеченности обменным калием почва относится к группе с высоким его содержанием которое составляет – 175 мг/кг, рН обменной кислотности почвы близка к нейтральной – 5,9. Агрохимические свойства пахотного слоя соответствуют показателям, типичным для почв Канашского района Чувашской Республики [1]. Осенью 2020 г. перед закладкой опыта на участок был внесен полуперепревший навоз крупного рогатого скота в дозе 60 т/га.

Объектом исследования являлся топинамбур сорта "Сиреники" и картофель сорта "Колобок". Сорт топинамбура "Сиреники" был выведен в Белоруссии и внесен в Госреестр Республики Беларусь в 2012 г. У сорта

"Сиреники" понижено время вегетации, увеличена плотность листьев и содержание сухого вещества. Сорт топинамбура "Сиреники" имеет повышенную устойчивость к полеганию и засухе.

Картофель "Колобок" был выведен в начале 2000-х гг. во ВНИИ картофельного хозяйства им. А. Г. Лорха и включен в Госреестр с 2005 г. Сорт картофеля – среднеспелый, столового назначения, пригоден для производства картофелепродуктов. Растение – промежуточного типа, полупрямостоячее. Имеет светло-зеленые листья как среднего, так и большого размера. Волнистость края слабая. Венчик очень большой, белый. Товарная урожайность — 12,4-22,7 т/га. Клубень округлый. Кожура слегка шероховатая, желтая. Мякоть желтая. Масса товарного клубня – 93-118 г. Содержание крахмала – 11,4-13,0 %.

Вкус хороший. Товарность – 87-97 %. Лежкость – 98 %. Устойчив к возбудителю рака картофеля, восприимчив к золотистой картофельной цистообразующей нематоде. По данным ВНИИ фитопатологии, сорт умеренно восприимчив к возбудителю фитофтороза.

Следует отметить, что, как в ходе полевых опытов 2017-2019 г.г., так и производственного опыта в 2020-2021 г.г., на плантациях топинамбура не было замечено появления колорадских жуков, несмотря на то, что предшественником в исследованиях был картофель.

Данный факт натолкнул авторов на необходимость проверки результатов наблюдений путем проведения в 2020-2021 годах производственных опытов совмещенных посадок топинамбура и картофеля на земельном участке производственной базы ООО "Аталану". Авторами была разработана схема опытов с учетом совмещенных осенне-весенних посадок топинамбура в период 2020 - 2021 г.г. Согласно технологической схеме весной 2021 г. были изучены следующие варианты: 1. топинамбур (осенняя посадка), однорядная схема; 2. топинамбур (осенняя посадка), двухрядная схема; 3. топинамбур (весенняя посадка), однорядная посадка; 4. топинамбур (весенняя посадка), двухрядная схема; 5. картофель, однорядная схема посадки;6. картофель, двухрядная схема посадки; 7. картофель+топинамбур, весенняя однорядная схема посадки.

Осенью (в вариантах с осенней посадкой) топинамбур высаживался в середине октября 2020 г. Весной посадка картофеля и топинамбура осуществлялась в середине мая 2021 г.

Однорядная схема посадки топинамбура и картофеля – классические гребни с междурядьями 70 см и расстоянием в гребне между клубнями 30 см; двухрядная посадка – два ряда клубней с расстоянием между ними 30 см и междурядьями 110 см. Клубни в рядах были высажены в шахматном порядке. Площадь каждого варианта составляла 40 м². Делянки располагались рядами с направлением посадки "север – юг" в четырехкратной повторности.

Климатические условия вегетационного периода 2021 г. были теплыми и засушливыми: с середины мая до середины июля выпало незначительное количество осадков. В связи с этим в течение засушливого периода на опытном участке применялось капельное орошение.

При статистической обработке результатов опыта использовалась компьютерная программа Microsoft Office Excel.

Результаты исследований и их обсуждение. В мае месяце 2021 г. всходы топинамбура появились раньше всходов картофеля и к моменту появления растений картофеля на 23.05.2021 г. уже достигали высоты 10-15 см. Высота всходов растений картофеля к 6 июня достигла 30-35 см, а топинамбура – 40-45 см. Листья растений топинамбура и картофеля во всех вариантах опыта были нормально развитыми, без признаков угнетения (рис. 2).

Рис. 2. Состояние растений картофеля и топинамбура на 6 июня 2021 г.

К концу июня месяца бурно развившиеся кусты топинамбура начали его затенять картофельные кусты. Бутонизация и цветение растений картофеля началось после 23 июня. При достижении высоты более 75-80 см стебли топинамбура срезались и взвешивались поделяночно с учетом вариантов опыта. К середине июля 2021 г. высота стеблей топинамбура достигла 1,8-2,0 м и на них начали образовываться бутоны. Во второй половине июля растения топинамбура имели уже высоту 2,0-2,5 м и дружно цвели. К этому времсени растения картофеля отцвели, ботва достигла высоты 70-90 см и наблюдались признаки ее увядания (рис. 3).

Рис. 3. Состояние растений топинамбура и картофеля на 26.07.2021 г.

За весь период вегетации культур совмещенной посадки в рядах картофеля, посаженных на расстоянии до 1 м от рядов топинамбура, колорадский жук не был обнаружен.

На кустах картофеля, посаженных на расстоянии далее 1 м от топинамбура колорадские жуки начали появляться с торцов рядов с последующим перемещением их на все ряды по всей их длине. В рядах картофеля, расположенных рядом с топинамбуром, наблюдалось незначительное появление жуков после цветения.

В 2021 году совмещенные выборочные посадки топинамбура и картофеля проводились в четырех сельских подворьях Канашского района. Анализ данных наблюдений показывает идентичность результатов опытов и выборочных посадок.

Урожайность совмещенных посадок в зависимости от схемы посадок в переводе на 1 га составила 300-525 ц/га (табл. 1).

Максимальный сбор клубней был получен на грядках с совместной посадкой топинамбура и картофеля – 35 и 17,5 т/га, соответственно. Общий сбор клубней топинамбура и картофеля в данном варианте был максимальным и составил 52,5 т/га (табл. 1).

Таблица 1 – Урожайность топинамбура и картофеля в 2021 г.

Агрохимические исследования, проведенные в Федеральном государственном бюджетном учреждении государственный центр агрохимической службы "Чувашский", показали, что сырая зеленая масса топинамбура содержала 23,4 % сухого вещества. В ее составе имелось 12,9 % сырой золы, 12,5-13 % сахара, 14,0 % сырого протеина, 12,9 % жира, 24,2 % сырой клетчатки, 110-120 мг/кг каротина.

В зеленой массе топинамбура также было обнаружено большое количество макроэлементов, имеющих питательную ценность для сельскохозяйственных животных,: 1,84 % кальция, 7,71 % калия, 0,39 % фосфора; кроме того, обнаружены и микроэлементы: медь, цинк, кобальт, марганец, железо и др.

В ходе проведенных опытов особый интерес представляет вариант с совместным выращиванием топинамбура и картофеля на одном гребне с междурядьями 70 см (ряд № 26), с посадкой семенных клубней в две строчки, расположенных в шахматном порядке, в котором общая урожайность клубней составила 525 ц/га, в т. ч. картофеля 175 ц/га и топинамбура 350 ц/га.

В процессе вегетации растений проводились работы по осветлению рядов картофеля от бурно растущих стеблей топинамбура, с подрезкой их при высоте 75-100 см, а также срезкой низовых боковых стеблей; при этом урожайность зеленой массы топинамбура составила 300-500 ц/га

Полученная биомасса стеблей топинамбура, после предварительного измельчения и гомогенизации применялась на корм птиц и животных сельского подворья и использовалась в мини-биореакторной установке для дальнейшего анаэробного сбраживания в смеси с птичьим пометом, для приготовления водного настоя куриного помёта в смеси с порошком стеблей топинамбура для удобрения овощных растений, а также для использования в качестве мульчи в посадках картофеля, топинамбура, садово-огородных культур. Жидкие и твердые продукты биогазовой установки, как и сапропель и другие нетрадиционные удобрения (отходы мясного производства - рого-копытный шрот, молочного производства – кек и др.), все шире используются в биологическом земледелии. Об эффективности применения их в качестве удобрений сельскохозяйственных культур свидетельствуют проведенные исследования [2], [3], [4], [5], [6], [7], [8], [9], [10], [11], [12], [13].

Крупная фракция измельченных стеблей топинамбура (6-10 см) использовалась в качестве топлива для котлов длительного горения или на повторное измельчение.

В процессе лабораторных исследований на возможность применения клубней, цветков и листьев топинамбура в пищевых целях приготовлено более

25 видов кулинарных блюд (чай из лепестков и зелёных листьев, сироп из лепестков топинамбура, салаты в комбинации с различными овощами и фруктами, первые и вторые блюда с топинамбуром и другие).

Заключение. Результаты опыта по совместному выращиванию картофеля и топинамбура дали положительный эффект. Однако до конца не выяснен механизм взаимодействия картофеля и топинамбура. Открытыми остались ответы на следующие вопросы:

• урожайность совместных посадок (450-550 ц/га) выше на 10-15%, чем на точно таких же соседних делянках с раздельной посадкой;
• при совмещённой посадке топинамбура и картофеля в две строчки на гребне междурядьем 70 см без орошения урожайность картофеля незначительно (10-15%) отличается от урожайности при капельном орошении;
• на четырёхрядной полосе посадки картофеля (ряды №№ 12; 13; 14; 15) урожайность средних рядов (№№ 13, 14) практически не отличается от урожайности крайних рядов (№№ 12; 15), более затененных кустами топинамбура;
• обнаружено отсутствие колорадских жуков на рядах картофеля, расположенных от рядов топинамбура на расстояние менее 1 м.

Все эти вопросы предстоит разрешить в опытах 2022 года под постоянным видеонаблюдением и с участием профильных специалистов.

Таким образом, результаты опытов по изучению совмещённых посадок топинамбура и картофеля в 2020-2021 гг. показали стабильность общей урожайности при любых погодных условиях, с получением не менее 250-300 ц/ га клубней и 200-250 ц/га зеленой массы топинамбура, при их выращивании в сельских подворьях ручным способом на площадях 0,02-0,05 га. Получаемый урожай обеспечивает потребности семьи (4-6 человек), и сельского подворья животных и птиц, с преимущественным потреблением картофеля и топинамбура.

Проектом "Биоэкополис" предусматривается закупка излишков продукции, выращенной в сельских подворьях, с их последующей переработкой и реализацией конечных продуктов работникам биоэкополиса и прочим потребителям.

Литература

1. Агроэкологический мониторинг пахотных земель и растениеводческой продукции в Чувашской Республике: монография / В. Г. Егоров, Т. А. Ильина, О. А. Васильев [и др.]. – Чебоксары: ИПК "Чувашия", – 122 с.
2. Васильев, О. А. Методика применения жидких биоудобрений при возделывании картофеля в условиях орошения / О. А. Васильев, В. Н. Гаврилов, Н. Н. Зайцева // Вестник Чувашской государственной сельскохозяйственной академии. – 2017. – № 1(1). – С. 5-9. – EDN
3. Васильев, О. А. Химический состав твердой фракции продуктов биогазовой установки ООО "НПО "Агробиогаз" / О. А. Васильев, Д. П. Кирьянов // Вестник Казанского государственного аграрного университета. – – Т. 12. – № 4(46). – С. 5-7. – DOI 10.12737/article_5a36a39d599c60.06331004. – EDN YMOUQM.
4. Действие осадков сточных вод г. Чебоксары на урожайность и качество сельскохозяйственной продукции / Н. К. Кириллов, Л. Н. Михайлов, Н. А. Кириллов [и др.] // Вестник Саратовского госагроуниверситета им. Н. И. Вавилова. – 2006. – № – С. 23-27.
5. Елисеев, И. П. Влияние рого-копытного шрота и трепела на качество пропашных культур / И. П. Елисеев, Л. В. Елисеева, Л. Г. Шашкаров // Вестник Чувашской государственной сельскохозяйственной академии. – – № 2 (5).– С. 9-14.

6. Ефимов, В. Н. Система удобрения / В. Н. Ефимов, И. Н. Донских, В. П. Царенко. – М.: Колосс, – 320 с.
7. Зайцева, Н. Н. Эффективность применения твердых продуктов биогазовой установки на нефтезагрязненных почвах / Н. Н. Зайцева, Н. А. Фадеева, О. А. Васильев // Вестник Башкирского государственного аграрного университета. – 2019. – № 3 (51). – С. 10-14.
8. Штин, С. М. Озерные сапропели и их комплексное освоение / С. М. Штин. – Москва: Издательство Московского государственного горного университета, 2005. – 373 с.
9. Bidwell, M. Cadmium and zinc availavilityto corn followiny termination of sewage sludge applications. Environn. – A. M. Bidwell, R. H. Dowdy. – Qual. 1987, 164: 438-442.
10. Efficiency of non-traditional organic fertilizer – HHC and charming in agrocenosis with through cultures / P. Eliseev, L. G. Shashkarov, O. V. Kayukova,
11. V. Eliseeva // Перспективы развития аграрных наук Матер.Междунар. науч.- практич. конф. – Чебоксары: Чувашская государственная сельскохозяйственная академия, 2019. – С. 5-6.
12. Optimization of plant nutrition using non-traditional organic fertilizers and zeolite-containing tripoli / I. P. Eliseev, L. G. Shashkarov, O. A. Vasiliev, L. V. Eliseeva [et al.] // International AgroScience Conference (AgroScience-2019) IOP Series: Earth and Environmental Science 433 (2020).– С. 012017.
13. Zuev V V, Denisov E P, Maevskiy V V and Poletaev I S 2017 Change in agrochemical properties of alkaline soils when applying sewage sludge Journal of Agricultural Science 12 pp 28-31 DOI: 28983/asj.v0i12.276.
14. Vinogradov D V, Vasileva V M, Makarova M P, Kochurov B I and Lupova E I 2019 Agroecological effect of sewage sludge and its mixtures with zeolite on oilseeds agrocoenosis The oretical and applied ecology 3 pp 127-133 DOI: 25750/1995-4301-2019-3-127-133.

Сведения об авторах

1. Васильев Олег Александрович, доктор биологических наук, профессор кафедры землеустройства, кадастров и экологии. ФГБОУ ВО Чувашский государственный аграрный университет, 428003, Чувашская Республика, г. Чебоксары, ул. К. Маркса, 29; е-mail: vasiloleg@mail.ru, тел. (8352) 62-06-19, 8- 905-19-777-81;
2. Зайцев Николай Архипович, координатор проекта "Биоэкополис",
3. Зайцева Наталия Николаевна, директор ООО "Аталану";
4. Лазовский Виталий Васильевич, доктор экономических наук, член- корреспондент РАН, научный руководитель проекта "Биоэкополис".
5. Лисицын Сергей Валерьевич, заместитель директора ФГБУ ГЦАС "Чувашский".