Использование растений семейства Ericaceae для фиторекультивации выбывших из промышленной эксплуатации торфяных месторождений

Перспективность промышленного возделывания клюквы крупноплодной на мелиорированных землях и торфяных выработках в южной части Баварии была обоснована ещё в 1970 г. сотрудниками кафедры плодоводства Мюнхенского технического университета на примере 17 таксонов данного вида [199]. Дальнейшие исследования в этом направлении, проводившиеся в почвенно-климатических условиях ФРГ, позволили к 1990-м гг. выявить наиболее перспективные для этих целей таксоны голубики высокорослой и брусники обыкновенной [186, 196]. Примерно в это же время аналогичные исследования с интродуци- рованными сортами V corymbosum были проведены на кислых почвах в южной части Норвегии, на основании которых были определены наиболее урожайные в этом регионе сорта данного вида [205].

Многоплановые исследования с интродуцированными таксонами вересковых в Польше, начатые еще в 1946 г., показали высокий уровень их адаптации к новым агроклиматическим условиям, и в настоящее время в стране успешно функционируют промышленные плантации голубики высокорослой на площади более 1000 га, в том числе и на участках торфяных выработок [243]. Польскими учеными обстоятельно изучено влияние географического фактора на феноритмику сезонного развития наиболее перспективных сортов данного вида и выявлена зависимость их продукционных характеристик от типа субстрата, что позволило определить наиболее благоприятные для развития растений эдафические условия [188, 211, 244]. Для второго ин- тродуцированного в Польше представителя сем. Ericaceae - клюквы крупноплодной - получены данные о влиянии уровня минерального питания на сроки прохождения фенологических фаз, урожайность и биометрические характеристики вегетативных и генеративных органов растений. Наряду с этим польскими коллегами показана успешность возделывания данного вида на искусственном субстрате, созданном на основе верхового торфа, и для некоторых его сортов обоснованы оптимальные дозы внесения минеральных удобрений [249].

Работами украинских ученых была не только подтверждена целесообразность возделывания вересковых на мелиорированных землях и торфяных выработках, но и выявлены наиболее перспективные для Украинского Полесья сорта клюквы крупноплодной и обоснованы некоторые агротехнические приемы их выращивания, а также заложена производственная плантация на площади 10 га [78-81].

Значительное внимание российских ученых в подобных исследованиях на Костромской лесной опытной станции и в других регионах уделялось разработке способов семенного и вегетативного размножения видов сем. Ericaceae [26, 27, 144]. Многолетние исследования феноритмики сезонного развития ин- тродуцированных сортов клюквы крупноплодной и голубики высокорослой в условиях Московской обл. позволили сделать заключение о возможности их выращивания в данном регионе [133]. Это послужило основанием для предложения по восстановлению разработанных торфяных карьеров путем закладки на бросовых землях плантаций клюквы и голубики [76, 77, 82, 145]. В работах российских коллег по акклиматизации сортовой клюквы на юге Дальнего Востока научно обоснована перспективность и высокая рентабельность плантационного выращивания ее ранне- и среднеспелых сортов в Хабаровском и Приморском краях, в том числе и на остаточном после торфоразработок слое донного торфа [83, 84].

Подобные исследования с растениями сем. Ericaceae в странах Прибалтийского региона также показали высокую перспективность их использования для фиторекультивации выбывших из промышленной эксплуатации торфяных месторождений. Учеными Эстонии дана оценка продуктивности голубики высокорослой и брусники обыкновенной на разных типах субстрата, в том числе и на остаточном слое донного торфа [24]. Латышскими учеными проведены исследования физиологии развития интродуцированных сортов клюквы крупноплодной и голубики высокорослой на органических и органо-минеральных субстратах с оценкой их ростовых и продукционных параметров, позволившие выявить среди них наиболее перспективные таксоны [114-116, 174, 247].

Интродукционные исследования с V corymbosum в соседствующей с нашей республикой Литве были начаты еще в 1969 г. с фенологических наблюдений за ростом и развитием 6 сортов данного вида [17]. Позднее были развернуты работы по научному обоснованию возможности фиторекультивации выбывших из промышленной эксплуатации торфяных месторождений на основе создания на их площадях локальных фитоценозов клюквы крупноплодной [14, 20]. Благодаря этим исследованиям уже с 80-х годов прошлого века решение данной проблемы в странах Прибалтики осуществляется на основе культивирования на этих малоплодородных землях растений сем. Ericaceae [60, 173, 189, 222, 250].

Результаты успешной интродукции основных видов сем. Ericaceae - V corymbosum, V vitis-idaea и Oxycoccus macrocarpus в Белорусском Полесье послужили предпосылкой для их введения в промышленную культуру. За более чем 20-летний период исследований в этом направлении коллективами нескольких лабораторий Центрального ботанического сада НАН Беларуси выполнен ряд научных разработок по разным аспектам жизнедеятельности вересковых в местных условиях, результаты которых приведены в значительном количестве научных публикаций, в том числе в нескольких научных монографиях [5,31,33,42, 43, 59, 119].

Ретроспективный анализ истории данного вопроса показал, что интродукционные исследования с ягодными растениями сем. Ericaceae в нашей стране были начаты еще в конце 1960-х гг. на мелиорированных торфяных и органо-минеральных почвах. Основное внимание в тот период уделялось изучению ответной реакции североамериканских видов вересковых на изменение почвенно-климатических условий [126, 128, 159, 162, 163] и обоснованию перспективности их введения в промышленную культуру [23], в том числе и на торфяных выработках [44]. Для разработки агротехнических приемов возделывания интродуцен- тов были проведены исследования, связанные с оптимизацией их водного и питательного режимов на разных типах субстрата [13, 168].

Поисковые исследования Института леса НАН Беларуси [11, 45, 46, 133, 155, 170, 171] показали целесообразность использования площадей выбывших из промышленной эксплуатации торфяных месторождений для получения достаточно высоких и стабильных урожаев ягод клюквы крупноплодной и голубики топяной (до 5-7 т/га). Сравнительное исследование параметров развития дикорастущего и крупноплодного видов клюквы на остаточном слое донного торфа показало высокий уровень приживаемости интродуцента и более выраженную способность к побегообразованию, а также экономическую рентабельность его промышленного производства [43,44]. На значительную экономическую эффективность возделывания крупноплодного вида клюквы на этих землях указывают также Г. И. Гануш и Н. В. Ля- гуская [50]. По их расчетам, использование выработанных торфяных месторождений для выращивания ягод клюквы при средней урожайности до 6-7 т/га позволит полностью окупить затраты на пятый год после закладки плантации с получением с 1 га ежегодного дохода до 6 тыс. долл. США.

Весьма интересные данные о возможности использования для фиторекультивации этих малоплодородных земель еще одного интродуцента - голубики узколистной - приведены в работах О. В. Морозова и Д. В. Гордея [97-99]. Вместе с тем сдерживающим фактором в реализации данной идеи является периодическое затопление на 6-9 мес. грунтовыми водами значительной части торфяных массивов, обусловливающее их вторичное заболачивание, что приводит к выраженным изменениям состава и структуры растительных комплексов, свойственных болотным фитоценозам.

Наряду с североамериканскими видами вересковых белорусскими учеными предпринимались также успешные попытки создания на торфяных выработках полукультур аборигенных видов - голубики топяной и клюквы болотной, на которых отрабатывались основные агротехнические приемы, способствующие повышению урожайности и качества ягодной продукции [58, 59, 126, 135].

Нетрудно убедиться в том, что и мировой, и отечественный опыт свидетельствуют о целесообразности использования ин- тродуцированных видов сем. Ericaceae для фиторекультивации выбывших из промышленной эксплуатации торфяных месторождений Беларуси. Вместе с тем успешное решение этого вопроса возможно лишь на основе применения технологии, учитывающей эколого-биологические особенности развития вересковых в специфических условиях существования на малоплодородном сильнокислом остаточном слое донного торфа в разных агроклиматических зонах Беларуси. В настоящее время уже разработаны основные элементы подобной технологии для северных районов Беларуси, основанные на результатах многолетних комплексных исследований сезонного развития, ростовых и биопро- дукционных процессов, а также биохимического состава плодов 15 представителей родов Vaccinium и Оху coccus сем. Ericaceae при возделывании в опытной культуре на участке выбывшего из промышленной эксплуатации торфяного месторождения в одном из районов Витебской обл. На основании данных исследований установлено положительное влияние посадок вересковых на водно-физические, физико-химические и микробиологические свойства торфяного субстрата, научно обоснован их сортимент для практического использования по показателям качества ягодной продукции и устойчивости ее биохимического состава к внешним воздействиям, создана диалоговая программа оптимизации режима минерального питания клюквы и голубики на основе балансового метода и метода листовой диагностики, а также разработаны приемы размножения и укоренения растений [1, 9, 10, 35, 37, 54, 57, 98, 100, 118, 122-125, 150, 171].

Вместе с тем общеизвестно существенное влияние географического фактора на процессы развития и метаболизма культивируемых растений, обусловленное региональными различиями почвенно-климатических условий, что не позволяет использовать в южных районах технологию возделывания вересковых на торфяных выработках, разработанную для севера республики. В связи с этим возникла необходимость в создании подобной технологии для фиторекультивации торфяных выработок в южной части республики, важнейшими элементами которой являлись научное обоснование сортимента растений с учетом темпов их роста и развития, параметров плодоношения и качественных характеристик ягодной продукции, а также оптимизация режима минерального питания на основе внесения доз удобрений, обеспечивающих получение максимальных позитивных эффектов в функционировании формирующихся на этих землях агрофитоценозов. Большие возможности для проведения подобных исследований предоставляет сформированный в ЦБС НАН Беларуси генофонд представителей сем. Ericaceae, в последние годы заметно пополнившийся новыми высокопродуктивными сортами и формами голубики высокорослой, голубики узколистной и их межвидовыми гибридами (V corymbosum х V. angustifolium), а также новыми сортами клюквы крупноплодной (О. macrocarpus) и клюквы болотной {О. palustris).

Основными оценочными критериями перспективности тех или иных таксонов вересковых для использования в фиторе- культивационных целях на территории республики являются их способность к прохождению полного цикла сезонного развития с максимально полной реализацией ростового и биопродукци- онного потенциалов, а также наиболее высокий уровень питательной и витаминной ценности их плодов.

Анализ отечественного и зарубежного опыта в исследовании процессов развития и метаболизма вересковых показал достаточно высокую степень изученности этих вопросов, что нашло отражение в многочисленных публикациях. При этом наряду с оценкой биопродукционных характеристик растений в районах культивирования особо пристальное внимание ученых уделялось исследованию биохимического состава ягодной продукции благодаря чрезвычайно высокому содержанию в ней широкого спектра полезных веществ разной химической природы - органических кислот, углеводов, макро- и микроэлементов, а также фенольных соединений с их разносторонним действием на организм человека. Первые сведения о биохимическом составе плодов клюквы крупноплодной относятся ещё к концу XIX - началу XX в. [202, 204]. Подобная информация для высокорослого и узколистного видов голубики, введение которых в культуру в Нидерландах, Германии, Англии, Дании и Австрии началось лишь в 1920-х гг., появилась позднее, причем в период Второй мировой войны все европейские коллекции вересковых были уничтожены, и их восстановление началось лишь в 1960-е гг. [209]. Лидирующее положение в исследовании биохимического состава плодов основных видов данного семейства занимают США и Канада, поскольку для североамериканского континента данные растения являются аборигенными [182, 184, 195]. Значительное внимание при этом уделяется определению содержания в плодах антоциа- новых пигментов, растворимых сахаров и органических кислот, определяющих их окраску и вкусовые свойства [239, 252, 254], а также изменению биохимического состава плодов и продуктов их переработки в процессе хранения при разных температурных режимах либо замораживании [180, 181, 194, 215,228, 241].

Позднее приоритетное значение в этих исследованиях обрели вопросы, связанные с количественной и качественной оценкой биофлавоноидного комплекса плодов и его антиоксидантной активностью [175, 176, 185, 219, 226, 232, 251], что послужило основанием для выявления возможности использования его отдельных компонентов в медицинской практике при лечении ряда заболеваний [207, 208, 221].

При интродукции клюквы крупноплодной и голубики высокорослой на европейском континенте первые сведения о биохимическом составе их плодов были получены немецкими, а позднее и польскими учёными [216, 234, 243, 244], причем основной акцент в этих исследованиях был сделан на изучение антиоксидантного действия содержащихся в них фенольных соединений и витамина С, ингибирующих процессы окисления органических соединений. В связи с открытием в 1970-х гг. данного явления в странах Северной Америки [193, 200] и Европы [15, 19, 151, 175, 190] началось повсеместное изучение антиоксидантных свойств плодов аборигенных и интродуцированных видов клюквы и голубики. Повышенный интерес к изучению Р-витаминного комплекса плодов вересковых и его антиоксидантных свойств в последние годы проявляют немецкие, итальянские, болгарские, словацкие, хорватские и финские ученые [178, 198, 201, 225, 230, 231].

Однако большинство приведенных работ характеризуется узкой направленностью, в связи с чем особый интерес представляют исследования польских ученых по сравнительной комплексной оценке биохимического состава плодов интродуцированных сортов голубики высокорослой с целью выявления среди них таксонов, наиболее перспективных для плантационного выращивания в местных условиях [220, 224, 233, 242].

Уже на протяжении нескольких десятилетий углубленным изучением биохимического состава плодов интродуцентов сем. Ericaceae по широкому набору показателей занимаются прибалтийские ученые. Ими досконально исследованы параметры накопления в них разных органических соединений [8, 15, 19, 30, 63, 111, 112, 117, 151], выявлены различия между дикорастущими и интродуцированными видами в содержании биофлавонои- дов в плодах и продуктах их переработки [179, 191, 197], а в некоторых работах приведены данные о влиянии на накопление P-витаминов типа болота и вида субстрата [189], а также внесения минеральных удобрений [113].

Большое внимание исследованию биохимического состава плодов вересковых уделяется и в работах российских ученых. Первые сведения о содержании в них основных групп органических соединений и микроэлементов были получены сотрудниками Костромской лесной опытной станции для ягодных кустарничков, произрастающих на выщелоченных черноземах [76, 134, 142], а также на дерново-подзолистых и торфяных почвах [85]. При этом значительная часть работ была посвящена оценке питательной и витаминной ценности плодов аборигенного вида клюквы для отбора из природных местообитаний его наиболее перспективных форм для выведения и последующего введения в культуру новых сортов данного вида [91, 93].

Работы по оценке биохимического состава плодов интро- дуцированных видов сем. Ericaceae в условиях Беларуси были начаты еще в конце 70-х годов прошлого столетия сотрудниками Центрального ботанического сада НАН Беларуси [158]. В 1980-е гг., в связи с интродукцией и сортоизучением голубики высокорослой, была дана сравнительная оценка питательной и витаминной ценности плодов 6 сортов высокорослого и аборигенного видов голубики [7, 25, 156, 157]. Наиболее же обстоятельные исследования по данному вопросу были выполнены в начале нынешнего столетия Ж. А. Рупасовой и другими и представлены в монографии [150], в которой обобщены результаты многолетних исследований биохимического состава плодов 30 интродуцированных таксонов сем. Ericaceae, в том числе 16 сортов голубики высокорослой, 10 сортов брусники обыкновенной и 4 сортов клюквы крупноплодной по широкому спектру показателей в условиях центральной агроклиматической зоны Беларуси.

Установлены межвидовые, межсортовые и межсезонные различия в содержании представителей данного семейства наиболее ценных в физиологическом плане соединений, определяющих качество ягодной продукции - свободных органических, аскорбиновой, бензойной, фенолкарбоновых и тритерпеновых кислот, растворимых сахаров, пектиновых веществ, биофлаво- ноидов, фенольных полимеров, растительных липидов и макроэлементов. Определена степень зависимости характеристик биохимического состава плодов интродуцентов от генотипа и гидротермического режима сезона и выявлено соотношение долей влияния данных факторов на их изменчивость в многолетнем цикле наблюдений. Обозначены показатели биохимического состава плодов, обладающие максимальным количеством сильных корреляционных связей с другими показателями, которые, с учетом видоспецифичности, предложено использовать в качестве признаков-«индикаторов» для прогнозирования возможных изменений в содержании тесно связанных с ними соединений. По результатам анализа сезонных изменений тесных корреляционных связей между показателями биохимического состава плодов интродуцентов и характеристиками гидротермического режима сезона выявлены доминирующие внешние факторы и обозначены наиболее значимые сроки их воздействия на темпы накопления в плодах действующих веществ. Выявлены объекты, наиболее перспективные для практического использования по показателям качества ягодной продукции и устойчивости ее биохимического состава к внешним воздействиям.

Вместе с тем данные исследования, как и большинство других [57], были выполнены главным образом при выращивании вересковых на мелиорированных торфах верхового типа [21, 22, 57, 62, 120], и лишь в единичных случаях подобная информация была получена для растений, возделываемых на площадях выбывших из промышленной эксплуатации торфяных месторождений [33, 37]. В последние десятилетия интерес к вопросам фиторекультивации этих остающихся после торфоразработок бросовых земель существенно возрос не только в Беларуси, но и в ряде стран, имеющих подобные проблемы, о чем уже упоминалось выше. Уже в конце 1990-х гг. белорусскими учеными были начаты исследования по выявлению возможности использования вересковых в фиторекультивационных целях в условиях севера Беларуси, причем в число наиболее важных задач при их выполнении входило исследование биохимического состава плодов интродуцентов с оценкой влияния биотических и абиотических факторов на содержание в них полезных веществ разной химической природы [36, 40, 138-141, 168, 169, 253].

Результаты данных исследований явились надежным ориентиром в нашей работе, поскольку с 2011 г. они осуществляются синхронно с аналогичными исследованиями в Припятском Полесье, причем в них участвует несколько общих для обоих районов таксонов рода Vaccinium. Поскольку адаптация растений к почвенно-климатическим условиям в территориально удаленных друг от друга районах обычно влечет за собой определенные сдвиги в их развитии и метаболизме, приводящие к изменениям не только ростовых, биопродукционных, но и биохимических параметров, то синхронное проведение исследований данных характеристик у модельных таксонов голубики в южном и северном районах республики позволило оценить влияние на них географического фактора. При этом были внесены соответствующие коррективы в разработанный для севера Беларуси сортимент таксонов рода Vaccinium при создании их локальных фитоценозов на торфяных выработках в южных районах республики. Вместе с тем сравнительное исследование физиологобиохимических особенностей развития и плодоношения тестируемых таксонов голубики в специфических условиях опытной культуры на участке торфяной выработки в Припятском Полесье позволило выявить среди них объекты, наиболее перспективные для фиторекультивации этих земель.

Как было показано выше, важнейшим элементом технологии возделывания вересковых на площадях выбывших из промышленной эксплуатации торфяных месторождений Беларуси является оптимизация режима их минерального питания, направленная на увеличение урожайности и улучшение качества ягодной продукции. Заметим, что растения данного семейства, несмотря на невысокие потребности в питательных элементах, весьма позитивно отзываются на внесение невысоких доз полного минерального удобрения, что было показано рядом авторов [113, 114, 172, 220]. Наиболее обстоятельно данный вопрос был изучен в условиях севера Беларуси Ж. А. Рупасовой и А. П. Яковлевым [150], показавшими, что внесение минеральных удобрений способствует заметному увеличению в корнеобитаемом слое субстрата содержания доступных форм основных элементов питания, особенно на фоне N,6P]6K|6, а также дополнительной мобилизации из органического вещества торфа легкогидролизуемого азота, что, в свою очередь, обусловливает активизацию ростовых и биопродукционных процессов у культивируемых растений. В связи с тем, что торфяные выработки Припятского Полесья приурочены к другим климатическим условиям и характеризуются иным, нежели на севере республики, ботаническим составом и уровнем плодородия остаточного слоя торфа, представлялось целесообразным осуществить подобные исследования также и в данном регионе, что позволило оптимизировать режим минерального питания таксонов рода Vaccinium.

Глава 2

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >