В последние три десятилетия внимание исследователей привлечено к однолетнему клубненосному растению топинамбур (Helianthus tuberosus L.) семейства астровых (Asteraceae), подсемейства трубкоцветных (Cubuliflora). Топинамбур нетребователен к почвам. Обладая высоким фотосинтетическим потенциалом, накапливает большое количество сухого вещества и энергии. Коэффициент полезного действия (КПД) фотосинтетически активной радиации (ФАР) у топинамбура очень высокий – 1,8 – 2,7 %. Благодаря этому топинамбур формирует в благоприятных условиях до 142 т/га зеленой массы и до 160 т/га клубней. У большинства полевых культур КПД использования ФАР – 0,5 – 1,1 % /1/. Общая площадь выращивания топинамбура в мировом земледелии достигла 2,5 миллионов гектаров. По инициативе Н.В.Вавилова в Москве в 1933 году состоялась Первая Всесоюзная конференция по топинамбуру и было опубликовано большое количество рекомендаций по введению в культуру /2-4 и др./. Затем, после 57-летнего перерыва возобновились конференции: "Топинамбур и топинсолнечник - проблемы возделывания и использования": 2-я Всесоюзная конференция - г. Иркутск, август 1990 г.; 3-я Всесоюзная конференция - г.Одесса, октябрь 1991 г.; 4-я Межрегиональная конференция - г. Воронеж, сентябрь 1992 г.; 5-я Межрегиональная конференция - г.Тверь, октябрь 1993 г. В Базеле (Швейцария) в 2000г состоялся Международный симпозиум посвященный топинамбуру. Такое внимание к топинамбуру определяется реальной практической и научной оценкой потенциальных свойств этой культуры /5, 6/.

Интенсивные исследования и достаточно объективная оценка пищевых, кормовых, биологических, биотехнологических, сельскохозяйственных, медицинских и энергетических свойств топинамбура привели к тому, что 27 июня 2005 года на Совете Федерации России по вопросам агропромышленного комплекса прошло специальное заседание на тему: «Выращивание, переработка картофеля и топинамбура - стратегический ресурс в подъеме экономики страны: правовая база, состояние и перспективы развития» /7/.

Ценность топинамбура как кормовой, овощной, технической, пищевой и лечебной культуры в первую очередь определяет его химический состав (таблица 1).

Топинамбур содержит достаточно большое количество сухих веществ (до 20%), среди которых до 80% содержится полимерного гомолога фруктозы – инулина.

Инулин является полисахаридом, гидролиз которого приводит к получению безвредного для диабетиков сахара – фруктозы.

Таблица 1 – Химический состав и минерально-энергетические показатели топинамбура /8-12/

Инулин, попадая в желудочно-кишечный тракт, расщепляется соляной кислотой и ферментами на отдельные молекулы фруктозы и короткие фруктозные цепочки, которые проникают в кровеносное русло. Оставшаяся нерасщепленная часть инулина быстро выводится из организма. Выводимый из организма нерасщепленный инулин связывает тяжелые металлы, радионуклиды, кристаллы холестерина, жирные кислоты, различные токсические химические соединения, попавшие в организм с пищей или образовавшиеся в процессе жизнедеятельности болезнетворных микробов, живущих в кишечнике. Инулин усиливает абсорбцию различных минеральных солей, в особенности кальция, снижает уровень холестерина в сыворотке крови, уменьшает содержание канцерогенов и гнилостных веществ. Топинамбур и продукты его переработки оказывают антиканцерогенное действие, эффективны в лечении анемии, поскольку содержат железо в легкоусвояемой форме, ускоряют элиминацию радионуклидов /13/. Кроме сахарного диабета топинамбур применяется при лечении и предупреждении многих других заболеваний (табл 2).

Таблица 2 - Установленные лечебные свойства топинамбура /6-13 и др./

В Казахстане первые исследования топинамбура были начаты в 1934-36 и 39-1942 годах К. Ю. Чеховичем на экспериментальном участке государственной селекционной станции отделения Всесоюзного института растениеводства и в Республиканском ботаническом саду Казахского филиала Академии Наук СССР. В Казахском институте земледелия исследования проводил А. А. Назаров. В 1942 году М. И. Горяев разработал технологию переработки топинамбура для приготовления искусственного меда, халвы и сладких пряников без применения сахара. Предложение об использовании топинамбура было поддержано Президентом Академии Наук Казахской ССР академиком К. И. Сатпаевым. В 1942 году Совнарком Казахской ССР принял решение о расширении посевных площадей топинамбура в Казахстане, разработке приемов агротехники и углублении научно-исследовательской работы по селекции и семеноводству этого растения. Однако, внедрению топинамбура тогда помешала война и новизна самой культуры  /14/.

По данным Е. Б. Бейсенбиева /15/ топинамбур может давать корни от частей стебля, что допускает возможность размножения его черенками. Интродукция топинамбура в Мангышлаке были начаты в 1986 году И. Ф. Белозеровым. В начале 90 х годов большая работе велась В. Н. Лукашовым по возделыванию топинамбура в Казахстане по интенсивной технологии в условиях юга и юго - востока Казахстана.  Им были получены урожаи до 40000 кормовых единиц  с 1 га при содержании в 1 кормовой  единице свыше 100 г переваримого протеина /14/. О перспективности топинамбура в этот же период имелись публикации /16, 17/ а в 2001-2005 годах проводилось финансирование исследований по технологии выращивания топинамбура /18-20/.

Несмотря на исследования, увеличение площадей под посевами топинамбура в Казахстане не произошло. В Павлодаре «Павлодарский фармацевтический завод» выпускает биологически активную добавку к пище «Алтын Топинамбур», но основу продукции – порошок топинамбура - завозит из России /21/.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

ТВЕРЬ. Опыты по выращиванию топинамбура (сорт Скороспелка – автор З.А.Усанова) проводили в 1992 году под руководством профессора З.А.Усановой в учебном хозяйстве Сахарово Тверского СХИ. Почва участка дерново-среднеподзолистая остаточно карбонатная глееватая на морене, супесчаная по механическому составу. До закладки опыта в почве содержалось органического вещества (по Тюрину) - 6,1%, подвижного фосфора (по Кирсанову) - 274,2 мг/кг почвы, обменного  калия (по Кирсанову) - 234,0 мг/кг почвы, рН солевой витяжки-6,09.

Рельеф участка ровный, имеются микрозападины. Опыт двух факторный. Первый фактор А - способ посадки: в предварительно нарезанные гребни и по ровной поверхности, второй фактор Б - фракция посадочных клубней: мелкая (20-30 г), средняя (30-50 г), крупная (80-100 г.). Повторность опыта – пятикратная, учетная площадь делянки – 10 м², общая – 20 м². Подготовка почвы: осенняя зяблевая вспашка; ранне-весенняя культивация с боронованием; внесение навоза из расчета 60 т/га с последующим запахиванием и культивацией. Посадку проводили вручную 03 мая 1992 года. Схема посадки 70 х30 см, глубина заделки клубней-8-12 см.

В наших исследованиях чистая продуктивность фотосинтеза (ЧПФ) в период максимального формирования ассимилирующей поверхности  (15.07-5.08) достигала 11,03-12,9 г/м в сутки. В период наибольшего дефицита влаги (5.08-25.08) ЧПФ уменьшилась, а после выпадение осадков (25.08-уборка) снова увеличилась. Наименьшее падение ЧПФ в кратчайший период влагообеспеченности наблюдалось у растений из средних клубней. В целом же можно сказать что топинамбур сорт Cкороспелка сохраняет высокие показатели ЧПФ даже в условии резко засушливого лета. Данное явление характеризует топинамбур как высокопластическую к экологическим условиям культуру.

При посадке крупными клубнями в гребень топинамбур  накапливает высокий урожай сухой биомассы на гектаре - он достигнет  наибольшего значение -150,5 ц/га.

Коэффициент полезного действия использования приходящей на поверхность посева фотосинтетические активной радиации (КПД ФАР) при посадке в гребень  у всех фракций клубней есть преимущество перед посадкой на ровной поверхности. При гребневом способе лучше  используется ФАР, по способу посадки больших значений КПД ФАР дает у средних клубней.

Урожайность клубней в среднем  по опыту в 1992 году составила 301 ц/га. Она была больше, чем средняя надземной массы –181 ц/га. Увеличение фракций посадочных клубней увеличивает число клубней на одном растении.

Таблица 3 -  Структура урожая топинамбура, 1992 г

Алматинская область. Опыты проводились в 2004 году в поселке Кольди, Карасайского района, Алматинской области на территории опытного хозяйства Казахского института земледелия (КИЗ). Объектом исследования стал участок с темно-каштановой суглинистой почвой (табл 15), на котором находилась бытовая свалка. Мусор был убран, а участок распахан трактором для проведения опыта.

Реакция почвенного раствора слабощелочная (рН – 7,3-7,4). Объемная масса пахотного слоя почвы 1,1-1,2 кг/см³, наименьшая влагоемкость – 26,6%. Структура комковато-пороховатая. Почвы заплывают при поливе и от дождей, образуя плотную корку, которая нарушает ее водный и воздушный режим.

Каждый полевой опыт закладывали и проводили по заранее разработанной схеме, включающей изучение влияния различных удобрений. Каждый изучаемый в отдельности прием или фактор носит название варианта опыта. Полевой опыт закладывали в натуре на площади, разделенной на равные опытные делянки по 4 м², на которые по схеме вносили удобрения. Урожай с каждой делянки учитывали отдельно.

Опыт был заложен с шестью вариантами в четырех повторностях. Первый вариант - внесение азотных удобрений, второй - фосфатных, третий – калийных, четвертый с добавлением органического удобрения (навоз), пятый - внесением свинцового загрязнения в почву, шестой – контроль.

Всходы появились через 27 дней после посадки - 30 мая. Начало образования столонов отмечали на 20-27 день от всходов, т.е. в третьей декаде июня. В условиях достатка влаги, размер клубней не оказал заметные влияния на среднюю высоту растений. Начало клубнеобразования - конец июля – начало августа. Нами была замерена высота всех растений по 6 вариантам в 4-х повторностях (таблица 4)

Урожайность топинамбура оценивалась по отдельным кустам и данные по урожайности кустов приведены в таблице 5. Итого весь урожай топинамбура составил с опытного участка составил  230,8 кг.

Оценивалось также накопление химических элементов и загрязнений в клубнях. Были проведены анализы почвы, клубней и зеленой массы топинамбура. По результатам анализов было выявлено содержание N,P,K в почве, клубнях и зеленой массе топинамбура (таблицы 6-8).

Таблица 4 - Рост растений в высоту (в метрах)

Таблица 5 - Урожайность по вариантам (куст/кг)

Таблица 6 - Содержание N,P,K в почве до и после уборки урожая (мг/кг)

Таблица 7 - Содержание N, P, K в клубнях топинамбура, (%)

Таблица 8 - Содержание N, P, K в зеленой массе топинамбура, (%)

Так же были проведены анализы на содержание тяжелых металлов в почве, клубнях и зеленой массе топинамбура на варианте с добавлением свинцового загрязнения (таблица 9).

Таблица 9  - Результаты спектрального анализа почвы и частей топинамбура на тяжелые металлы (мг/кг)

Таблица  10 – Содержание нитратов в клубнях топинамбура

Южно-Казахстанская область. Опытное поле Южно-Казахстанского НИИ сельского хозяйства расположено на предгорной равнине (адырах) в пределах абсолютных высот 650 м на сероземах светлых суглинистых. Мощность гумусового горизонта 25-30 см. В поверхностном горизонте содержится 0.6-1.2% гумуса и 0.06-0.1% азота, их количество с глубиной снижается.

Посадку клубней топинамбура произвели 29 марта. Масса посадочных клубней была в пределах 30-90 г. В опыте был заложен в трех вариантах в трехкратной повторности методом полной рендомизации.

Схема опыта: 1 ый вариант - 70 х 20 см; 2 ой вариант - 70 х 30 см; 3ий вариант - 70 х 70 см. Все делянки по длине разбиты на три части. На первой части посажены крупные клубни с массой 51-90 г, второй - средние 31-50 г и третьей - мелкие - до 31 г. В течение вегетационного периода на посевах проведены две культивации: первая - 10 мая, вторая - 20 июня. Дата поливов: первый - 24 апреля, второй - 18 мая, третий - 10 июня, четвертый - 5 июля, пятый - 6 августа. Органические удобрения вносили перед основной обработкой почвы из расчета 30 т на 1 га. Учет клубней проводили 10 октября.

Способы посадки не оказали заметного влияния на прохождение основных фаз развития растений до 8-10 листьев. Бутонизация в варианте с площадью питания 70x20 см наступила на один день позже по сравнению с вариантами посадки 70x30 см и 70x70 см. Цветение топинамбура в варианте 70x20 см наступает на один день позже по сравнению с вариантом 70x30 см и на два дня позже варианта 70x70 см. Образование клубней топинамбура в вариантах 70x70 см наступило на 5 дней раньше по сравнению с вариантом 70x20 см и на два дня по сравнению с вариантом 70x30 см.

Полный цикл развития топинамбура с момента появления всходов до полного образования клубней находился в пределах 178-184 дня в зависимости от площади питания. В росте растений в длину до образования 8-10 листа между вариантами посадки заметной разницы не было.

С периода бутонизации (20 августа) длина растений в вариантах 70x20 см стала выше на 12-20 см и 21-46 см по сравнению с вариантом 70x30 см и 70x70 см. Разница в длине растений перед уборкой составила в пределах 21-60 см в зависимости от площади питания и находилась в пределах 175-235 см.

При учете урожая клубней топинамбура с одного куста в вариантах 70x30 см получено 13-14 клубней, из них в среднем крупные составили 2,5%, средние - 41,1%, мелкие - 56,4%; в варианте 70x30 см - 14-15 клубней, из них, в среднем, крупные -16,2%, средние - 34,8%, мелкие 49,1; в варианте 70x70 см -23-27 клубней, из них, в среднем, крупные - 32,1%, средние - 33,8%, мелкие -34,1% (табл.26).

Необходимо отметить, что более хороший урожай клубней с одного куста можно получить только при посадке крупными клубнями по сравнению со средним и мелким посадочным материалом. Например, при площади питания 70x20 см крупные клубни получены только в варианте с крупным посадочным материалом, а в остальных вариантах процентное соотношение крупных клубней превышает на 3,7 и 10,9%.

Чем крупнее посадочный материал, тем количество средних и мелких клубней уменьшается. В зависимости от площади питания и величины посадочных клубней содержание средних клубней с одного куста находится в пределах 28,6-46,2%, а количество мелких клубней - 27,7-61,5%.

Масса клубней с одного куста при площади питания 70x20 см составила 286,6-351,8 г, при площади питания 70x30 см - 391,2-485,5 г, при площади питания 70x70 см - 838,8-1075,5 г. При посадке крупными клубнями масса клубней с 1 куста превышала на 34,6-106,4 г среднего посадочного материала и на 65,2-236,7 г мелкого посадочного материала.

Несмотря на меньшую массу клубней с одного куста, урожайность топинамбура при площади питания 70x20 см превышает соответственно на 17,3 и 31,3 ц/га при площади питания 70x30 см и 70x70 см.

Сопоставляя полученные данные, можно прийти к выводу, что при возделывании топинамбура в условиях юга Казахстана наиболее оптимальным способом посадки клубней является 70x70 см крупными клубнями (51-70 г). 

ВЫВОДЫ

Тверь:

 - посадка топинамбура крупными клубнями по ровной поверхности почвы  дает наибольший суммарный урожай топинамбура в засушливый или полузасушливые годы;

- посадка в гребень во влажные годы способствует образованию большого количества  клубней на растении чем по ровной поверхности и соответственно формированию большей урожайности.

Алматы:

- в условиях избытка влаги, размер посадочных клубней не оказывает заметного влияния на среднюю высоту растений

- внесение удобрений и загрязнителей (свинца) выявило их влияние на высоту топинамбура:              P      <      Pb    <   K    <   контроль   >   навоз   >     азот

                          1,94 м     2,07 м     2,23 м         2,3 м           2,4 м          2,43м

- внесение удобрений и загрязнителей выявил следующий ряд урожайности: 

                         P      <    Pb      <   K         <  N        < контроль  >     навоз

                     31,2кг     33,7кг     35кг        38,5кг         43,4кг             49кг

- топинамбур не накапливает тяжелых металлы даже в условиях повышенного свинцового загрязнения почвы (до 20 мг/кг).

- накопление нитратов также не превышает 103,0 -115,6  мг/кг в клубнях  при ПДК NO₃ = 250 мг/кг.

Шымкент:

- при возделывании топинамбура в условиях юга Казахстана наиболее оптимальным способом посадки клубней является 70x70 см крупными клубнями (51-70 г).

ЛИТЕРАТУРА

1. Пасько Е М. Топинамбур - перспективная культура. Адыгейское отделение Краснодарского книжного изд-ва. Майкоп. 1972. - 30 с.
2.  Болягин А.А. Земляная груша, топинамбур. – Архангельск, 1933.
3. Агротехнические правила по возделыванию земляной груши (топинамбура). – Свердловск, 1938
4. Агроправила по возделыванию корнеплодов, топинамбура, подсолнечника и кормовой капусты. – Архангельск, 1939 
5. Зеленков В.В., Шаин С.С. Многоликий топинамбур в прошлом и настоящем. – Новосибирск, 2000
6. Усанова З.А. Теория и практика создания высокопродуктивных посевов полевых культур. – Тверь: ТГСХА, 1999. – 330 с.
7. council.gov.ru/inf_ps/chronicle/2005/06/item3350.html
8. Зеленков В.Н., Шелпакова И.Р., Заксас Н.П. Минеральный и химический состав различных частей культуры топинамбура. Сборник научных трудов “Инновационные технологии и продукты” Выпуск 3.  Новосибирск, НТФ “АРИС”, 1999, с.58-62 
9. Зеленков В.Н. Особенности химического и минерального состава сухих экстрактов из различных частей топинамбура. Химия и компьютерное моделирование 2002, № 95
10. Дзабиев Т.Т. Эффективность использования топинамбура сорта Скороспелка при выращивании молодняка свиней. Автореферат... канд. с.-х. наук. Владикавказ, 2003;
11. Емелина Т. Н. Комплексная переработка вегетативной части топинамбура с получением продуктов микробного синтеза : Дис. ... канд. техн. Наук. Красноярск, 2003;
12. Кахана Б.М., Арасимович В.В. Биохимия топинамбура. /Б.М. Кахана, В.В.Арасимович. – Кишинев, 1974.-79с
13. Шендеров Б. А. Медицинская микробная экология и функциональное питание. М.: ГрантЪ, 2001. Т. III. 288 с
14. Иманбаева А.А. Интродукция топинамбура (Heliantus tuberosus L.) на полуострове Мангышлак. Автореферат… кандидата биологических наук. Алматы, 1996.
15. Бейсенбиев Е. Б. Земляная груша (топинамбур). - Алма-Ата: АН Каз. ССР, 1957. - 75 с
16. Краутер А.  Перспективная культура // Сельское хозяйство Казахстана. – 1987 - №3
17. Лузько А.. Т. Урожайность надземной массы топинамбура и ее распределение // Сб. науч. тр. ученых-аграрников Кокшет. ун-та им. Ш. Уалиханова. - Кокшетау: Кокшет. ун-т им. Ш. Уалиханова, 2000.  С. 42-45.
18. Разработать научные основы рекультивации земель и внедрение технологии производства сельскохозяйственных культур в условиях Акдалинского массива. 02.02.01.05.Н5. № госрегистрации 0101РК00470. Отчет о научно исследовательской работе за 2001-2005 гг Нургасенов Н.Т. Каракальчиев А.С., Арыстангулов С. С. и др. КазНАУ, 2005
19. Провести исследования по выращиванию кормовых культур и заготовке кормов из топинамбура с использованием бактериальных заквасок и их скармливание овцам. 02.02.06.04.01., № Гос.регистрации 0I0IPK00I89 Отчет о научно исследовательской работе за 2001-2005 гг  Асанов К.А., Каржаубаев К.Е., Кильдибекова Г.А. и др. Казахский научно-производственный институт кормопроизводства и пастбищ. 2005.
20. Сохранение генофонда и создание питомников редко встречающихся, перспективных лекарственных растений, используемых в медицине, ветеринарии и пищевой промышленности в условиях юга Казахстана  Ц. 0242. 2-31 01.02.05.05.Н1, № Гос.регистрации 0101РК00520 Отчет о научно исследовательской работе за 2001-2005 гг Зарпуллаев Ш., Амантаев Б. РГКП «Южно-Казахстанский НИИСХ» 2005
21. romat.kz/topinambur.html