Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Эколого-ботаническая характеристика Лотоса каспийского и технология его возделывания в условиях Астраханской области

ВАК РФ 03.02.01, Ботаника

Автореферат диссертации по теме "Эколого-ботаническая характеристика Лотоса каспийского и технология его возделывания в условиях Астраханской области"

На правах рукописи

/' - л- ■ -I-__»

Пилипенко Сергей Владимирович

Эколого-ботаническая характеристика Лотоса каспийского и технология его возделывания в условиях Астраханской области

Специальность: 03.02.01 Ботаника 03.02.08 Экология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

і с ш

Астрахань - 2012

005016901

Работа выполнена в Астраханском государственном университете на кафедре ботаники, почвоведения и биологии экосистем биологического факультета

Научный руководитель - доктор географических наук, профессор Бармин Александр Николаевич

Официальные оппоненты:

Пучков Михаил Юрьевич, доктор сельскохозяйственных наук, доцент, Всероссийский научно-исследовательский институт орошаемого бахчеводства, директор института

Афанасьев Владимир Евгеньевич, кандидат биологических наук, кафедра прикладной биологии и микробиологии Астраханского государственного технического университета, старший преподаватель

Ведущая организация - Прикаспийский научно-исследовательский институт аридного земледелия

Защита диссертации состоится 25 мая 2012 года в 13:00 на заседании Диссертационного совета Д 212.009.10 при Астраханском государственном университете по адресу: г. Астрахань, пл. Шаумяна 1 Тел./факс: (8512) 51-82-64 E-mail: sovetei@.aspu.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Астраханского государственного университета по адресу: пл. Шаумяна, 1. С авторефератом можно ознакомиться на сайте АГУ: www.aspu.ru

Автореферат разослан 25 апреля 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

доктор биологических наук, профессор Федотова A.B.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Введение в культуру и интродукция в измененные экологические условия растений приводит, часто, к различным изменениям эколого-биологических особенностей, изменениям в процессах накопления биологически активных веществ.

Лотос каспийский (Ые1итЬо саБрюа) (Черепанов, 1995) относят к роду многолетних земноводных травянистых растений, семейство лотосовые. Растение имеет крупные, щитовидные листья, длинный черешок, листья могут быть плавающими или высоко поднимающимися над водой. Имеет одиночные, большие, обоеполые цветки, имеющие длинные цветоножки. Плод конусовидной формы (погруженный многоорешек) с большим количеством орешков. Семена и корневища используют в пищу, а также на корм домашним животным (Снигиревская, 1964). В качестве лекарственного растения лотос известен в Восточной Азии несколько тысячелетий. В настоящее время в растении определены биологически активные вещества, прежде всего алкалоиды и флавонои-ды. Продукты из лотоса используют в качестве тонизирующего, кардиотониче-ского, общеукрепляющего средства. Также лотос является ценным пищевым и диетическим растением (Курганская, 2001).

В связи с вышесказанным перспективным направлением является проведение исследований по введению Лотоса каспийского в культуру, расширению сырьевой базы в разных эколого-климатических условиях. Для России это новая культура и не отработаны вопросы методики и агротехники выращивания. К числу достоинств данной культуры можно отнести декоративность, быстрый рост, большой выход растительного сырья с гектара, естественную адаптиро-ванность к условиям юга России, неприхотливость к условиям выращивания, лекарственные свойства.

Для оптимизации процесса возделывания лотоса представляется необходимым внедрение современных методик с уменьшенным сроком выхода продукции. Перспективным способом возделывания данной культуры является широкое использование удобрений и подбор оптимальных условий.

Цель работы: исследовать эколого-биологические особенности популяций лотоса каспийского в дельте р. Волга, разработать методики возделывания лотоса в культуре, изучить возможности использования удобрений, исследовать устойчивость растения к загрязнению почвы и воды тяжелыми металлами для обеспечения возможности использования в пищевом и фармацевтическом производстве, а также применения при озеленении городов.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

• Выявление мест произрастание и картирование популяций лотоса кас-пийскогов в дельте р. Волга вне заповедных участков;

• Оценка морфометрических показателей популяций, расположенных на территории поселка Кирпичный завод № 1 Приволжского района и на территории с. Тумак Володарского района Астраханской области и на территории села Самосделка Камызякского района Астраханской области.

• Определить особенности изменения морфолого-анатомических характеристик лотоса каспийского.

• Исследовать и сравнить химический состав растительного сырья лотоса каспийского, произрастающего в дикой природе и культивируемого в Астраханской области.

• Определить эффективность применения удобрений при возделывании лотоса в искусственных условиях.

• Разработать технологии возделывания лотоса каспийского в открытом водоеме и закрытой емкости.

Научная новизна. Впервые в условиях России проведено комплексное агроэкологическое изучение Ые1итЬо саврка. Исследовано влияние почвенно-климатических условий на рост, развитие, изменение морфолого-анатомических характеристик лотоса. Предложены способы возделывания лотоса каспийского в открытом водоеме и закрытой емкости. Получен патент № 2419281 «Способ возделывания Лотоса орехоносного в естественных и искусственных водоемах».

Работа проводилась в 2008 - 2011 гг. на базе кафедры ботаники, почвоведения и биологии экосистем биологического факультета Астраханского государственного университета. Результаты исследования и практические рекомендации по выращиванию Ке1итЬо саврюа в Астраханской области внедрены в работу на базе ООО «Каспийский лотос».

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены на международной молодежной конференции «Экокультура и фитобиотехнологии улучшения качества жизни на Каспии» (Астрахань, 2010), международной научно-практической конференции «Экология биосистем: проблемы изучения, индикации и прогнозирования» (Астрахань, 2009), международной научной конференции «Инновационные технологии в управлении, образовании, промышленности « АСТИНТЕХ - 2009» (Астрахань, 2009).

Декларация личного участия автора: Автор лично провел в 2008-2011 гг. сбор данных о растительном материале, включая посадку и выращивание растений. Все виды работ, связанных с обработкой собранных данных, интерпретацией фактических материалов и написанием текста диссертационной работы производились лично автором. Личное участие автора в подготовке и написании публикаций составляет 70-75%.

Положения, выносимые на защиту:

1. Изменение в экологических условиях оказывает влияние на процесс морфогенеза, вариативность и изменчивость признаков лотоса каспийского.

2. Растения №1итЬо саврюа успешно перенесли введение в культуру и возделывание как в открытой воде так и закрытых емкостях. Выращенные растения имеют отличия по морфо-анатомическим параметрам и накоплению биомассы.

3. Использование удобрений позволяет повысить урожайность и скорость роста растений лотоса каспийского при искусственном возделывании.

4. Растение лотоса каспийского устойчиво к присутствию в окружающей среде тяжелых металлов и других загрязнителей.

Основные результаты исследований опубликованы в 10 научных работах, в том числе 3 - в журналах, рекомендованных ВАК РФ для публикаций материалов кандидатских работ, 1 работа является зарегистрированным патентом.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 142 страницах текста и состоит из введения, 4 глав, заключения, выводов, списка литературы и приложений. Работа иллюстрирована 7 таблицами и 12 рисунками. Список литературы включает 151 источник, из которых 87 отечественных и 64 зарубежных.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. Обзор литературы.

В главе рассматриваются географические и исторические аспекты распространения лотоса каспийского. Приводится таксономия и морфология растения, характеристика лотоса на территории РФ. Отдельное внимание уделено вопросу мирового опыта культивирования лотоса орехоносного, условиям произрастания и культивирования.

Глава 2. Характеристика района проведения исследований.

В главе описаны географическое положение района исследований, гидрографическая сеть, рельеф, климатические особенности и экологические условия изученных популяций лотоса каспийского.

Глава 3. Материалы и методы исследования.

Для изучений ценопопуляций лотоса каспийского в дельте р. Волга были заложены три пробные площадки размером 5x40 м расположенные на территории поселка Кирпичный завод № 1 Приволжского района по берегу р. Царев, на территории п. Тумак Володарского района Астраханской области по берегу ерика Кашеванка и на территории с. Самосделка Камызякского района Астраханской области. Площадь первой популяции: длина 40м, ширина 9м (360м2). Возраст популяции 5 лет. Площадь второй популяции: длина 400м. ширина 9м (3600м2). Возраст популяции 12 лет. Площадь третьей популяции: длина 50м, ширина 6м (3600м2). Возраст популяции 3 года. При заложении пробных пло-

щадок были выбраны участки с наиболее усредненными показателями проективного покрытия на расстоянии 1,5 м от берега. По периметру пробные площадки закреплялись столбиками для изучения сезонной динамики и чтобы в последующие годы производить учет возобновления на том же месте. Наблюдения и морфометрические измерения производились в 2011 году с мая по сентябрь.

При проведении морфометрических исследований в каждой из пробных площадок проанализировано 6 количественных признаков: количество надводных, высоко поднимающихся над водой листьев; длина и щирина листовой пластинки; количество бутонов; длина бутона; диаметр цветка; диаметр коробочки. Маршрутные исследования включали выявление мест произрастания и их картирование

Исследования по разработке и описанию агротехники возделывания лотоса орехоносного, в том числе, системы удобрений, нормы посадки, операций и технологий по уходу за посадками, правила закладки и оформления опытов, проведения наблюдений и учета в период вегетации, уборки и учета урожая проводились в соответствии с методиками описанными в методике государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур (Федин, 1985).

3.1 Подготовка водоема для выращивания.

Перед использованием водоем для возделывания лотоса обследован, составлена инвентаризационная карточка. В том числе указаны название, месторасположение, год постройки (для искусственных), состояние подъездных путей, первоначальное назначение водоема, уровень наполненности водой, почвы, источники загрязнения, кроме того указаны размеры водоема, площадь, глубины, характер берегов, характеристика источника водоснабжения, расхода воды. Основной задачей подготовки площадей для возделывания является обеспечение оптимальных условий для прорастания, вегетации, а также удобства сбора лотоса орехоносного в следующем сезоне. Выполняемые мероприятия должны обеспечить водообеспеченность территории, с одной стороны, и предотвратить возникновение неровностей дна и излишне глубоких мест, с другой стороны.

3.3 Методы исследования при изучении ботанической характеристики лотоса орехоносного. 3.3.1. Методы макроскопических исследований.

При изучений растения учитывались: его высота, прирост, форма, выполненность, расположение в пространстве, листорасположение. При изучении листа: форма листовой пластинки, прикрепление к черешку, край, основание, верхушка листа. При изучении генеративных побегов учитывались: размеры соцветия, форма и формула цветка, количество чашелистиков и их расположение, количество лепестков венчика и их расположение. При изучении плода -его форма, цвет, размеры, количество.

Макроскопический анализ подземных вегетативных органов (корень, корневище): Корни - вид корней; расположение в почве, происхождение, фор-

ма, длина. Корневище — расположение в почве, форма, наличие следов отмерших стеблей и остатков листьев, цвет, запах, вкус.

Макроскопическое исследование проводили при помощи линейки и миллиметровой бумаги.

3.3.2. Методы химических исследований.

Концентрации тяжелых металлов (Си, Сс1, Сг, Хп, РЬ) определяли в растениях лотоса орехоносного, в воде и сухом остатке в местах произрастания растений атомно-абсорбционным методом по ГОСТ Р52180-03 (цинк, кадмий, свинец, медь, хром), а также ГОСТ Р 51301-99 (цинк, кадмий, свинец и медь) в образцах лотоса орехоносного, а также по ГОСТ 26930-86, ГОСТ 30692-2000, ГОСТ 26927-86.

Глава 4. Экспериментальная часть.

4.1 Условия и способы посадки и выращивания.

4.1.1 Подготовка посадочного материала.

4.1.1.1 Подготовка и посадка корневищ.

Исходные корневища лотоса для высадки в конце марта, начале апреля собраны с конца октября до середины ноября. После сбора корневища уложены в ящики со смесью песка и ила и затоплены в естественном водоёме (ерик Ка-шеванка) до начала посадки в следующем году. В условиях дельты реки Волга посадка корневищ весенняя до начала половодья (март-апрель), в прудах со слабопроточным режимом до 10-15 мая, или в емкостях достаточной величины. Когда температура воды достигнет 10-14 градусов Цельсия, производят высадку корневищ в заранее выбранном водоёме. Посадку осуществляют путём распределения корневищ на необходимую площадь. Для вегетативного размножения (корневищами) используют их части с 2-3 узлами, в которых формируются почки с зачаточными листьями и цветами. Корневища распределяют таким образом, что в центре условного квадрата площадью 20-25 квадратных метров высаживается по 3-4 корневища, или 1-2 корневища в 300-500 литровую емкость. Способ посадки состоит в том, что их погружают в ил.

4.1.1.2 Подготовка и посадка семян.

Семена собраны в октябре, отобрали зрелые, здоровые орешки. Для обеспечения высокого показателя всхожести кожура орешков расколота. Несмотря на рекомендации надпиливать скорлупу, практика показывает, что надпилива-ние требует значительных трудозатрат, раскалывание позволяет при удовлетворительном качестве получаемого посадочного материала значительно повысить эффективность работ по подготовке посадочного материала. Кроме того раскалывание орешков можно механизировать. Аппарат для очистки орешков лотоса от скорлупы состоит из рамы, верхнего накопителя, ребристых валов, нижнего накопителя. Рама и ребристые валы выполнены из стали, накопители могут быть выполнены из пищевой пластмассы или метала. Орех поступает из верхнего накопителя на ребристые давящие валы, валы прокручиваясь захватывают орехи и сжимают их на 2-3 мм (здесь можно регулировать: от 2-для сухого до 4

для влажного ореха). Орех разлущивается и падает в нижний накопитель. Колка ведется непрерывно. Производительность аппарат до 10 кг ореха в час.

Каждый орешек закатывается в шарик из влажной глины для обеспечения затопления, шарики с орешками подсушивают в течение нескольких часов. Другой вариант выращивания лотоса из семян начинается с предварительного проращивания семян в мелкой емкости с водой, что является более предпочтительным для дальнейшего выращивания в емкостях, поскольку позволяет лучше контролировать качество посадочного материала и в целом процесс выращивания.

После посадки в емкости необходимо сохранить водообеспеченность площади до конца времени цветения, т.е. августа, не менее 5-10 см воды над поверхностью дна, необходим длительный вегетационный период, температура воды должна быть 25—30°С, важно постоянное солнечное освещение. Преимущество способа состоит в более простой высадке и значительно более простом хранении посадочного материала по сравнению с вегетативным способом (посадка корневищами).

4.1.2 Возделывание лотоса каспийского.

4.1.2.1 Способ возделывания лотоса каспийского в открытой воде.

Почво-грунты для выращивания в открытой воде.

Поскольку лотос является водным растением, вопросы управления водными ресурсами (получение, перемещение, хранение и экономика) являются первостепенными. 6 миллионов куб.м воды на гектар необходимы для производства лотоса. Потенциала почво-грунта удерживать воду является критическим. Существуют регионы имеющие почво-грунты богатые глиной, которая и может создать непроницаемый барьер и позволяет сохранить воду. Это кислые и слабо дренированные почво-грунты.

Внесение удобрений при выращивании в открытой воде.

Если почво-грунт лотосового поля, озера, пруда, или речной протоки не обеспечивает достаточное количество питательных веществ, необходимо дополнительно внести различные органические удобрения, такие как жмых, компост или растительный перегной. Отмечено улучшение производительности лотоса и его пищевых качеств с применением N. Р, К. Использование этих веществ в соотношении 100-40-100 кг/га позволило получить 160 тонн/га в пересчете на гектары. Небольшое количество гранулированных удобрений (50-100 г) в шар из глины. Глиняные шарики сушат на воздухе и закапывают около скоплений лотоса. Каждое растений может быть удобрено 2-3 шариками.

4.1.2.2 Способ возделывания лотоса каспийского в контейнерах.

Почво-грунты при выращивании в контейнерах.

Круглые контейнеры предпочтительнее, так как корневища и клубни могут быть стеснены и деформированы в углах квадратных контейнеров. Растения в контейнерах заполненных на 1А почво-грунтом показывают наибольшую высоту растений, вес подземной части растения и большее количество новых листьев. Растения в контейнерах, наполненных 'Л - % производят большее количе-

ство побегов. Количество цветов уменьшается с повышением уровня почво-грунта.

Внесение удобрений при выращивании в контейнерах.

50-70 г комплекса NPK, в отношении 20-10-20 каждые 20 дней достаточно для адекватного роста в 500 л контейнере. Растения положительно откликнулись на увеличение количества удобрений. Восемь грамм удобрений дополнительно увеличили вес корневища, количество побегов, а также расширили междоузлия. Удобрения, завернутые в плотную бумагу, вставляются в почво-грунт в контейнер на глубину 10-15 см.

4.1.3 Условия вегетации.

Условия вегетации описывались по следующим ключевым параметрам: температура воды, проточность, глубина водоема. Первый участок характерен небольшой глубиной, быстро прогревается весной, в конце июля, августе участок обсыхает. Второй участок средней глубины, вода прогревается медленнее, на весь период вегетации глубина воды на участке составляет от 20 до 50 см. Третий участок глубиной от 50 до 140 см, характерен высокой проточностью.

Для перехода от одного этапа развития к следующему растениям необходимы определенные условия внешней среды. В начале развития для прохождения качественных изменений в точках роста, особое значение имеет температура среды. На первом участке ростки, а позже листья лотоса появились раньше, чем на других участках. В дальнейшем, в июле-августе растения на первом участке развивались медленнее из-за недостатка влаги. В августе с первого участка было собрано на 60% меньше растительного сырья чем с второго. Мелкие участки ерика наиболее подходят для раннего сбора ростков лотоса и не подходят для выращивания лотоса с целью получения листьев, лепестков, орешков. На втором участке вегетация началась позже, но при сборе растительного сырья был получен наилучший среди трех участков результат. Третий, глубокий участок показал среднюю продуктивность, на 30-40% меньше растительного сырья, чем со второго участка.

4.2 Сбор, подготовка и хранение растительного сырья.

В данной главе описаны выработанные методики и способы сбора, первичную обработки, очистки, сушки растительного сырья, упаковки и хранения растительного сырья и полуфабрикатов из лотоса каспийского.

4.3 Экологические и морфометрические характеристики популяций лотоса на опытных площадках.

В изучаемых популяциях лотос произрастает в воде на глубине 0,2-1,2м, максимальных показателей проективного покрытия и морфометрических характеристик достигает на глубине 0,7-1,0м. Температура верхнего слоя воды за летний период (июнь-август 2011 года) составляла 21-28 °С. Исследуемые популяции характеризуются узким ленточным расположением вдоль берега водоема шириной 7-9м.

Цветки на длинных цветоножках, приподнятые над поверхностью воды, средний диаметр 23см, минимальный 20см, максимальный 26см. Количество цветков на пробных площадках (3x6м) колеблется от 14 бутонов в начале цветения до 121 во время пика цветения (Рис. 1).

Рис. 1. Цветок лотоса каспийского (популяция - с. Тумак, Володарский район)

Начало и протекание вегетационного периода зависят от климатических показателей сезона. В исследуемый период (май - сентябрь 2011 года) май и июнь выдались прохладными, что привело к задержке вегетационного периода, начало которого пришлось на середину мая. Среднемесячная температура в мае и в июне составила 18,2 °С и 24,4 °С соответственно. Первые листья на поверхности воды отмечены 2-7 июня. Температура воды при этом составила 23 С, температура почвы на глубине 35см на расстоянии 0,5м от кромки воды - 19 "С. Листья плавающие, розовато-коричневого цвета, диаметр от 8 до 12см. Первые бутоны появились в начале июля (5-8 июля), период массового цветения начался после 20 июля, закончился в конце августа. Продолжительность жизни одного цветка составляет Ъ-Л дня. Созревание плодов длится до конца сентября.

Рис.1 Популяция лотоса, произрастающего на территории п.Тумак Володарского р-на Астраханской области.

Максимальных значений показателей проективного покрытия и морфо-метрических характеристик популяции лотоса каспийского достигает в начале августа. Уменьшение количества листьев и их диаметра к концу августа связано с несколькими факторами: замедление образования новых листьев, высокая температура в июле в совокупности с прямыми солнечными лучами, воздействие насекомых вредителей.

Анализ морфометрических показателей популяции, расположенной на территории поселка Кирпичный завод № 1 показал, что средний диаметр листьев, составляет 44x45,2см, минимальный-21x22, максимальный - 52x59см (табл. 1).

Таблица 1

Экологические и морфометрические характеристики популяции лотоса каспийского ___(Кирпичный завод № 1)___

№ Дата Количество листьев Средние размеры листьев, см Количество бутонов Средняя длина бутона, см Диаметр цветка Диаметр коробочки

1 8.07.1 1 53 39-44 14 3 - -

2 11.07.11 78 40-46 30 5 - -

3 14.07.11 90 42-44 57 7 - -

4 20.07.11 102 43-45 89 8 22 -

5 5.08.11 112 48-51 108 6 24 -

6 11.08.11 108 47-49 121 9 25 -

7 19.08.11 106 46-50 112 7 26 8.4

8 25.08.11 92 47-52 80 10 25 10,2

9 17.09.11 76 45-51 28 9 25 10.4

Анализ морфометрических показателей популяции, расположенной на территории поселка Тумак показал, что средний диаметр листьев, составляет 44,7x49,1см, минимальный - 19x21, максимальный - 54x62см (табл. 2).

Таблица 2

№ Дата Количество листьев Средние размеры листьев, см Количество бутонов Средняя длина бутона. см Диаметр цветка Диаметр коробочки

1 9.07.11 57 40-44 15 3 - -

2 12.07.11 84 41-46 32 6 - -

3 15.07.11 99 42-47 61 6 - -

4 21.07.11 112 44-47 94 7 21 -

5 6.08.11 123 47-53 117 8 23 -

6 12.08.11 117 49-52 129 10 25 -

7 20.08.11 105 46-52 116 9 24 9,1

8 26.08.1 1 101 48-51 87 10 23 10.9

9 18.09.11 72 45-49 23 7 23 11,1

Анализ морфометрических показателей популяции, расположенной на территории села Самосделка показал, что средний диаметр листьев, составляет 43,8x47,8см, минимальный - 22x23, максимальный - 53x64см (табл. 3).

Таблица 3

№ Дата Количество листьев Средние размеры листьев, см Количество бутонов Средняя длина бутона, см Диаметр цветка Диаметр коробочки

1 10.07.11 54 39-42 12 4 - -

2 13.07.11 82 41-44 24 6 - -

3 16.07.11 91 41-45 59 7 - -

4 22.07.11 107 45-48 93 7 19 -

5 7.08.11 116 46-54 119 8 21 -

6 13.08.11 115 47-51 124 9 25 -

7 21.08.11 103 47-50 118 10 25 8.2

8 27.08.11 98 46-49 76 9 23 9.9

9 19.09.11 73 43-47 19 7 21 10.1

Сравнительный анализ морфометрических показателей лотоса каспийского изучаемых популяций показал, что все значения, зафиксированные при анализе популяций на трех разных участках отличаются (Табл.4, Рис.3). Возможно, это связано с возрастом популяции, температурой воды и почвы и степенью вмешательства человека.

Морфометрические характеристики ценопопуляций ІЧеІигпЬо са^ріса

к Лист к

Пункт наблюдения Возраст популяци Диаметр, см Диамет{ цветка Количесі во лепесі ков Диаметр коробочк см

п. Кирпичный завод № 1 5 лет 44x45,2 23 16 9,6

п. Тумак 9 лет 44.7x49.1 23,5 16 10,3

с. Самосделка 2 года 43.8x47,8 22,3 16 9.4

■ п. Кирпичный завод №1

□ п. Тумак

□ с. Самосделка

Диам. Диам. Кол-во Кол-во цветка коробочки листьев бутонов

Рис. 3. Сравнительный анализ морфометрических показателей ценопопуляций лотоса каспийского.

Динамика встречаемости и численности ценопопуляций ИеШтЬо саврюа по годам определяется влиянием ряда природных и антропогенных факторов и имеет в целом положительную тенденцию. Последнее время наблюдается увеличение количества популяций лотоса каспийского в связи с искусственным высаживанием семян и корневищ по берегам водоемов вблизи населенных пунктов.

Вегетативные органы лотоса каспийского способны аккумулировать тяжелые металлы в тканях из окружающей среды, причем их содержание в органах растения может в десятки и даже сотни раз превышать их содержание в окружающей среде. В настоящее время, однако, отсутствуют сведения о том, какими морфо-анатомическими и физиологическими особенностями обусловлена способность этого водного макрофита аккумулировать тяжелые металлы в различных органах (Таблица 4).

Показатели концентрации тяжелых металлов в растеннн лотоса каспийского

Показатели Допустимые Растительное сырье Растительное сырье Растительное сырье

уровни, мг/кг, не собранное на ер. собранное на р. Ца- собранное р. Волга

более Кашеванка (Тумак) рев (Кирпичный за- (Самосделка)

вод)

свинец 6.0 0.736 0.97 0.827

мышьяк 0,5 0,033 0.042 0.035

кадмий 1.0 0.028 0.04 0.032

ртуть 0,1 0.003 0.005 0.004

медь 5 2.3 2.65 2.39

цинк 10 7.608 6.58 7.09

Сведения об уровне аккумуляции тяжелых металлов из окружающей среды важны для разработки способов ограничения поступления тяжелых металлов в надземные органы лотоса орехоносного как сельскохозяйственной культуры при выращивании на почвах с повышенным содержанием тяжелых металлов, а также необходимо для понимания феномена гипераккумуляции. Результаты проведенных исследований концентрации тяжелых металлов в вегетативных органах лотоса каспийского позволяют говорить о допустимости использования данного растительного сырья в пищевом и фармацевтическом производстве, предельно допустимые уровни концентрации тяжелых металлов не превышены ни по одному показателю.

ВЫВОДЫ

На основе подготовленной эколого-биологической характеристики и результатов проведенных экспериментальных исследований технологии возделывания Лотоса каспийского в условиях Астраханской области, можно сделать следующие выводы.

1. Климатические, почвенные и водные условия зоны исследования вполне благоприятны и позволяют выращивать Лотос каспийский для получения растительного сырья для целей пищевой, косметической и фармацевтической промышленности.

2. При возделывании лотоса каспийского водообеспеченность территории является критическим фактором. Наилучшие результаты достигнуты на участке средней глубины, где вода прогревается медленнее, на весь период вегетации глубина воды на участке составляет от 20 до 50 см.

3. Если почво-грунт лотосового поля, озера, пруда, или речной протоки не обеспечивает достаточное количество питательных веществ, необходимо дополнительно внести различные органические удобрения. Отмечено улучшение производительности лотоса и его пищевых качеств с применением Ы, Р, К.

4. Круглые контейнеры предпочтительнее, так как корневища и клубни могут быть стеснены и деформированы в углах квадратных контейнеров. Растения в контейнерах заполненных на 1А почво-грунтом показывают наибольшую высоту растений, вес подземной части растения и большее количество новых листьев.

5. Максимальных значений показателей проективного покрытия и мор-фометрических характеристик популяции лотоса каспийского достигает в начале августа. Уменьшение количества листьев и их диаметра к концу августа связано с несколькими факторами: замедление образования новых листьев, высокая температура в июле в совокупности с прямыми солнечными лучами, воздействие насекомых вредителей.

6. Сравнительный анализ морфометрических показателей лотоса каспийского изучаемых популяций показал, что все значения, зафиксированные при анализе популяций на трех участках отличаются. Это связано с возрастом популяции, температурой воды и почвы и степенью вмешательства человека.

7. Вегетативные органы лотоса каспийского способны аккумулировать тяжелые металлы в тканях из окружающей среды, причем их содержание в органах растения может превышать их содержание в окружающей среде, однако согласно результатам исследований, ни на одном участке не превышены допустимые уровни содержания тяжелых металлов для пищевых продуктов. Результаты проведенных исследований концентрации тяжелых металлов в вегетативных органах лотоса каспийского позволяют говорить о допустимости использования данного растительного сырья в пищевом и фармацевтическом производстве, предельно допустимые уровни концентрации тяжелых металлов не превышены ни по одному показателю.

Список публикаций по теме диссертации

Статьи в изданиях рекомендованных ВАК

1. Пилипенко, С. В. Методики сбора и первичной переработки лотоса оре-хоносного (Nelumbo nucífera) / C.B. Пилипенко, А.H. Бармин // Естественные науки,-2011.-№1 (34).-С. 80-84.

2. Пилипенко, С. В. Использование почвогрунтов и удобрений при выращивании лотоса орехоносного (Nelumbo nucífera) / C.B. Пилипенко, A.H. Бармин // Геология, география и глобальная энергия. - 2011. - №2 (41). -С. 287-293.

3. Пилипенко, С. В. Эколого-биологические особенности Лотоса каспийского (Nelumbo caspica) в Астраханской области / Е.И. Кондратенко, Н.В. Марченко, H.A. Ломтева, H.A. Шимина, C.B. Пилипенко // Естественные науки.-2012.-№2 (39).

4. Пилипенко, C.B. Патент № 2419281 «Способ возделывания Лотоса орехоносного в естественных и искусственных водоемах» от 27 мая 2011.

Публикации в других изданиях

1. Пилипенко, С. В. Схема комплексной переработки лотоса орехоносного / C.B. Пилипенко, О.Ф. Голлерова, М. А. Епинетов// Инновационные технологии в управлении, образовании, промышленности « АСТИНТЕХ -2009» Материалы международной научной конференции, 11-14 мая -Астрахань: Федеральное агентство по образованию фонд содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере правительство Астраханской области, Астраханский государственный университет, 2009.-С. 163-165.

2. Пилипенко, С. В. Схема комплексной переработки лотоса орехоносного / C.B. Пилипенко, О.Ф. Голлерова, М. А. Епинетов // Экология биосистем: проблемы изучения, индикации и прогнозирования, Материалы II Международной научно-практической конференции, 25 - 30 августа - Астрахань: Астраханский государственный университет, 2009. - С. 86-87.

3. Пилипенко, С. В. Использование почво-грунтов и удобрений при выращиваний лотоса орехоносного (Nelumbo nucífera) / С. В. Пилипенко // Интеллектуальный потенциал XXI века: ступени познания: VII Международной студенческой научно-практической конференции, 23 сентября. -Новосибирск: Центр развития научного сотрудничества, 2011. - С. 30-35

4. Пилипенко, С. В. Использование почво - грунтов и удобрений при выращивании лотоса орехоносного в контейнерах / C.B. Пилипенко, А.Н. Бармин // Международная научная школа для молодежи «Школа научно-технического творчества и концептуального проектирования» Региональная научно-практическая конференция «Исследования молодых ученых -вклад в инновационное развитие России» ТОМ I Машиностроение, электроника, приборостроение Информационные технологии г. Астрахань, 10-14 октября 2011 г. - С. 71-73

5. Андреев, С. В. Разработка рецептуры и технологии производства функциональных травяных сборов из растений Астраханской области / С. В. Андреев, C.B. Пилипенко// Международная научная школа для молодежи «Школа научно-технического творчества и концептуального проектирования» Региональная научно-практическая конференция «Исследования молодых ученых - вклад в инновационное развитие России» ТОМ II, Биотехнология Медицина и фармакология Химия, новые материалы, химические технологии, г. Астрахань, 10-14 октября 2011 г., - С. 5-6

6. Пилипенко, С. В. Возможные пути удовлетворения потребности промышленности в растительном сырье лотоса орехоносного / C.B. Пилипенко // Экокультура и фитобиотехнологии улучшения качества жизни на Каспии: международная молодежная конференция, 7-10 декабря. - Астрахань: Астраханский государственный университет, 2010. - С. 361-364.

Подписано в печать 19.04.2012 Заказ № 2684. Тираж 100 экз.

_Уч.-изд.-л. 1,2. Усл.-печ. л. 1,0._

Издательский дом «Астраханский университет»

414056, г. Астрахань, ул. Татищева, 20а Тел. (8512) 48-53-47 (отдел маркетинга), 48-53-45, 48-53-44, факс: (8512) 48-53-46. E-mail: asupress@yandex.ru

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Пилипенко, Сергей Владимирович

Введение

Глава 1. Обзор литературы

1.1 Географические и исторические аспекты 9 распространения лотоса орехоносного

1.1.1 Таксономия и морфология

1.1.2 Происхождение и географическое 12 распространение.

1.1.2.1 Характеристика лотоса на территории РФ.

1.2 Мировой опыт культивирования лотоса 21 орехоносного

1.2.1 Условия произрастания и культивирования

1.2.2 Освоение сельскохозяйственных прудов и 26 ирригационных водоемов

Глава 2. Характеристика района проведения 33 исследований

2.1. Географическое положение, гидрографическая 33 сеть, рельеф

2.2 Климатические особенности

2. 3 Внутренние водоемы Астраханской области

2.4 Экологические условия в регионе проведения 47 исследования

Глава 3. Материалы и методы исследования

3.1 Подготовка водоема для выращивания

3.2 Агротехника возделывания лотоса орехоносного

3.2.1 Операции по уходу за посевами

3.2.2 Наблюдение и учет в период вегетации

3.2.3 Уборка и учет урожая

3.3 Методы исследования при изучении ботанической 63 характеристики лотоса орехоносного

3.3.1. Методы макроскопических исследований

3.3.2. Методы химических исследований.

3.4 Методы статистической обработки данных

Глава 4. Экспериментиальная часть

4.2 Условия и способы посадки и выращивания

4.2.1 Подготовка посадочного материала 68 А) Подготовка и посадка корневищ 68 Б) Подготовка и посадка семян

4.2.2 Возделывание лотоса орехеоносного

А) Способ возделывания лотоса орехоносного в 72 открытой воде.

Б) Способ возделывания лотоса орехоносного в 73 контейнерах

4.2.3 Условия вегетации

4.3 Сбор, подготовка и хранение растительного сырья

4.4 Экологические и морфометрические 88 характеристики популяций лотоса на опытных площадках

Выводы

Рекомендации производству

Введение Диссертация по биологии, на тему "Эколого-ботаническая характеристика Лотоса каспийского и технология его возделывания в условиях Астраханской области"

Актуальность. Введение в культуру и интродукция в измененные экологические условия растений приводит, нередко, к различным изменениям эколого-биологических характеристик, изменениям в процессах накопления биологически активных веществ.

Лотос каспийский - Nelumbo caspica (DC.) Fisch. (Черепанов, 1995) причисляют к роду многолетних земноводных травянистых растений, семейства лотосовые. Лотос имеет крупные, щитовидные листья, длинный черешок, листья могут быть плавающими, либо поднимающимися над водой. Имеет одиночные, крупные, обоеполые цветки, на длинной цветоножке. Плод конусовидной формы - погруженный многоорешек, внутри плода находится большое количество орешков. Все части растения, чаще семена и корневища используют при приготовлении блюд, а кроме того как корм домашним животным (Снигиревская, 1964). Как лекарственное растение лотос известен в Восточной Азии в течение несколько тысячелетий. В современных исследованиях в растении" определены некоторые биологически активные вещества, это в основном алкалоиды и флавоноиды. Полученные с использованием частей лотоса составы используют как тонизирующие, кардиотонические, общеукрепляющие средства. Кроме того лотос несомненно является ценным пищевым и диетическим ресурсом (Курганская, 2001).

В связи с вышесказанным актуальным вопросом является осуществление исследований по введению Лотоса каспийского в культуру, расширению сырьевой базы в разных эколого-климатических условиях. Для России это новая культура и не отработаны вопросы методики и агротехники выращивания, К числу достоинств данной культуры можно отнести декоративность, быстрый рост, большой выход растительного сырья с гектара, естественную адаптированность к условиям юга России, неприхотливость к условиям выращивания, лекарственные свойства.

Для оптимизации процесса возделывания лотоса представляется необходимым внедрение современных методик с уменьшенным сроком выхода продукции. Перспективным способом возделывания данной культуры является широкое использование удобрений и подбор оптимальных условий.

Цель работы: исследовать эколого-биологические особенности популяций лотоса каспийского в дельте р. Волга, разработать методики возделывания лотоса в культуре, изучить возможности использования удобрений, исследовать устойчивость растения к загрязнению почвы и воды тяжелыми металлами, обратить внимании на возможность возделывания и использования растений занесенных в красную книгу в пищевом и фармацевтическом производстве, а также применения при озеленении городов.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

• Выявление мест произрастание и картирование популяций лотоса каспийскогов в дельте р. Волга вне заповедных участков;

• Оценка морфометрических показателей популяций, расположенных на территории поселка Кирпичный завод № 1 Приволжского района, на территории с. Тумак Володарского района Астраханской области и на территории села Самосделка Камы-зякского района Астраханской области.

• Определить особенности изменения морфолого-анатомических характеристик лотоса каспийского.

• Исследовать и сравнить химический состав растительного сырья лотоса каспийского, произрастающего в дикой природе и культивируемого в Астраханской области.

• Определить эффективность применения удобрений при возделывании лотоса в искусственных условиях.

• Разработать технологии возделывания лотоса каспийского в открытом водоеме и закрытой емкости.

Научная новизна. Впервые в условиях России проведено комплексное агроэкологическое изучение Ые1ишЬо сазр1са. Исследовано воздействие почвенно-климатических факторов на рост, вегетацию, развитие, изменение морфо-анатомических характеристик лотоса. Предложены способы возделывания лотоса каспийского в открытом водоеме и закрытой емкости. Получен патент № 2419281 «Способ возделывания Лотоса орехоносного в естественных и искусственных водоемах».

Работа проводилась в 2008 - 2011 гг. на базе кафедры ботаники, почвоведения и биологии экосистем биологического факультета Астраханского государственного университета. Результаты исследования и практические рекомендации по выращиванию Ые1ишЬо саэрка в Астраханской области внедрены в работу на базе ООО «Каспийский лотос».

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены на международной молодежной конференции «Экокультура и фитобиотехнологии улучшения качества жизни на Каспии» (Астрахань, 2010), международной научно-практической конференции «Экология биосистем: проблемы изучения, индикации и прогнозирования» (Астрахань, 2009), международной научной конференции «Инновационные технологии в управлении, образовании, промышленности « АСТИНТЕХ - 2009» (Астрахань, 2009).

Декларация личного участия автора: Автор лично провел в 2008-201 1 гг. сбор данных о растительном материале, в том числе посадку и выращивание растений. Все виды работ, связанных с обработкой собранных данных, интерпретацией фактических материалов и написанием текста диссертационной работы производились лично автором. Личное участие автора в подготовке и написании публикаций составляет 70-75%.

Положения, выносимые на защиту:

1. Изменение в экологических условиях оказывает влияние на процесс морфогенеза, вариативность и изменчивость признаков лотоса каспийского.

2. Растения Ые1ишЬо саБрша успешно перенесли введение в культуру и возделывание как в открытой воде так и закрытых емкостях.

3. Использование удобрений позволяет повысить урожайность и скорость роста растений лотоса каспийского при искусственном возделывании.

4. Растение лотоса каспийского устойчиво к присутствию в окружающей среде тяжелых металлов и других загрязнителей.

Основные результаты исследований опубликованы в 10 научных работах, в том числе 3 - в журналах, рекомендованных ВАК РФ для публикаций материалов кандидатских работ, 1 работа является зарегистрированным патентом.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 142 страницах текста и состоит из введения, 4 глав, заключения, выводов, списка литературы и приложений. Работа иллюстрирована 7 таблицами и 12 рисунками. Список литературы включает 151 источник, из которых 87 отечественных и 64 зарубежных.