Жұмсақ қамыс – Arundo donax туралы мәліметтер

Кіріспе

Өсімдік түрі

Арундо донакс – биік, көп жылдық қамыс. Бұл қамыс деп аталатын бірнеше түрдің бірі. Оның көптеген жалпы атаулары бар, оның ішінде алып қамыс, піл шөбі, каризо, арундо, испан қамысы, Колорадо өзенінің қамысы, жабайы қамыс және алып қамыс. Арундо және донакс – сәйкесінше, қамыстың латын және грек тілдеріндегі ежелгі атаулары. Арундо донакс ылғалды топырақта өседі, ол тұщы немесе орташа тұзды болуы мүмкін, және Ұлы Таяу Шығысқа тән. Ол екі жарты шардың, әсіресе Жерорта теңізі, Калифорния, Батыс Тынық мұхиты және Кариб аймақтарында кеңінен егіліп, табиғи ортаға бейімделген, сондай-ақ Солтүстік Америка мен Океанияда бұршақтандырылған түр саналады. Ол бұзылған жерлерде, құм төбелерде, батпақты жерлерде және жағалаулық мекендемелерде тығыз шоғырлар құрайды.

Сипаттама

Арунда донакс әдетте биіктігіне дейін өседі, ал қолайлы жағдайда одан да асып кетеді. Қуыс сабақтарының диаметріне жетеді. Шаң-жасыл, қылыш тәрізді жапырақтары кезектесіп орналасқан, ұзындығы және ені , ұшы сүйір, ал түбінде түк шоғыры болады. Жалпы алғанда, өсімдік қара қамысқа (Phragmites australis) немесе бамбукқа (Bambusoideae тұқымдасына) ұқсайды. A. donax жаздың соңында гүлдейді, тік, қауырсын тәрізді, ұзындығы бар қауырсын гүлшоғырларын құрайды, олар көбінесе тұқымсыз немесе тұқымдары өте сирек піседі. Оның орнына, көбінесе топыраққа терең еніп, түйінді, жайылып жатқан кілемдерді құрайтын, қатты, талшықты жер асты тамырлары арқылы вегетативті жолмен көбейеді, олар топыраққа дейін терең бойлап өседі. Сабақ және тамырдың бір түйіннен кем ұзындығы бар бөліктері әртүрлі жағдайларда оңай өршіп шығады. Бұл вегетативті көбею су тасқынына жақсы бейімделген сияқты, ол жеке А. donax шоғырларын бөліп, олардың бөліктерін таратып, олар өсіп, ағыс бойымен таралуына мүмкіндік береді. Максималды температурасы 30 °C-қа жетеді. Ол жарықпен тоюдың болмауымен байланысты жоғары фотосинтездік қабілетке ие. Көмірқышқыл газы алмасу жылдамдығы басқа және түрлерімен салыстырғанда жоғары; табиғи жағдайдағы максималды CO2 сіңіруі 19,8-ден 36,7 мкмоль/с·м2-ге дейін, сәулелену деңгейіне және жапырақ жасына байланысты өзгереді. Көмірқышқыл газы алмасуы жапырақ өткізгіштігімен реттеледі. Зерттеулер бұл өсімдіктің белсенді триптамин қосылыстарына бай екенін көрсетті, бірақ Үндістандағы өсімдіктерде АҚШ-қа қарағанда осы қосылыстар көбірек кездеседі. Буфотенидин және грамин сияқты токсиндер бар.

Генетикалық негіздер

Гигант қамыс өсетін көптеген аймақтарда (Жер орталық теңіз аймағы және АҚШ) тірі тұқымдар өндірілмейді. Гигант қамыстың тұқымсыздығы мегаспора аналық жасушасының бөлінуіне байланыссыз екені хабарланады. Генетикалық өзгергіштікті күрт шектейтін бұл тұқымсыздық, энергияны түрлендіру үшін өнімділікті және биомасса сапасын арттауға бағытталған селекциялық бағдарламаларға кедергі келтіреді. Калифорниядан Оңтүстік Каролинаға дейін А. donax-тың барлығы 185 клоны жиналды және SRAP және TE негізделген маркерлермен генетикалық саусақ іздері анықталды. Гигант қамыс, осы зерттеуде қолданылған маркерлердің кең геномдық жабылуына қарамастан, молекулалық генетикалық өзгеріс көрсетпеді. Молекулалық деректер АҚШ-та А. donax-тың бір ғана генетикалық клоны бар екенін күшейтеді, бірақ бұл өсімдіктің АҚШ-қа бірнеше рет әкелінгенін көрсететін мәліметтер де бар. Жерорта теңізі аймағында жүргізілген тағы бір зерттеуде 80 түрлі орналасқан жерден гигант қамыс алынды және бұл аймақта да гендік әртүрліліктің төмендігі анықталды. Нәтижелер, аналық жасушадан кейінгі және тозаңның даму жолындағы өзгерістердің болуын көрсетеді. AFLP деректері гигант қамыстың монофилетикалық тегін қолдайды және оның Азиядан шығып, содан кейін Жерорта теңізі бассейніне тарағанын ұсынады.

Экология

Үлкен қамыс кең ауқымды экологиялық жағдайларға бейімделген, бірақ көбінесе өзен жағалаулары мен су батпақтарымен байланысты. Ол АҚШ-тың оңтүстігінде Мэрилендтен Калифорнияға дейін тараған. Өсімдіктер ауыр саздан бастап, құмды және қиыршықты топырақтарға дейін әртүрлі топырақтарда өсе алады, бірақ жақсы дренажталған ылғалды топырақтарды артық жақсы көреді, онда олар тығыз, бір түрлі егістіктер құрайды.

Инвазивтілігі және оны басқару

Арундо Солтүстік Американың оңтүстік-батыс өзендерінде өте инвазивті өсімдік болып табылады, ал оның басқа аймақтарда биоотын ретінде насихатталуы экологиялық ғалымдар мен жерді басқарушыларды қатты алаңдатады. Арундо донакс 1820 жылдары Жерорта теңізінен Калифорнияға, Лос-Анджелес аймағындағы су өткізу арналарында шатыр материалдары мен эрозияны бақылау үшін әкелінді. Әлемнің әртүрлі аймақтарындағы жергілікті емес ортада инвазивті қасиеттеріне қарамастан, Арундо энергия өнеркәсібі тарапынан биоотын дақылы ретінде насихатталуда. Кейбір аймақтарда, мысалы, АҚШ-тың оңтүстік-шығысында, осы өсімдікті кеңінен таратуға мүмкіндік беретін табиғи құбылыстар, мысалы, дауылдар мен су тасқындары бар. Бұл әлемдегі ең жылдам өсетін құрлық өсімдіктерінің бірі (күніне шамамен). Өрттен кейін А. donax тамырлары тез өсіп, жергілікті өсімдіктерден озады, нәтижесінде жағалау бойындағы суарналардың бойында А. donax-тың үлкен тобы пайда болады. 2015 жылы Техас сенаторы Карлос Урести гербицидтер мен Арундо қоңызын пайдалану арқылы Арундо донаксты жою бағдарламасын құру туралы заң қабылдады. Жаңа Зеландияның ең солтүстік аймағында Арундо донакс жергілікті өсімдіктерді ығыстырып, жануарлардың тіршілік ету ортасын азайтады, өрттің жиілігі мен қарқындылығын арттырады және өзен гидрологиясын өзгертеді.

Энергетикалық дақылдар

Энергетикалық дақылдар – биомассасын энергиялық тұрғыдан тиімді пайдалану және сонымен бірге көмірқышқыл газы шығарындыларын азайту мақсатында өсірілетін өсімдіктер. Лигноцеллюлозалық өсімдік материалдарынан алынған биоотын көліктік мұнай отынына қарағанда маңызды жаңаруға қабілетті энергия көзі болып табылады. Көпжылдық тамырсабақты шөптер энергиялық дақыл ретінде жоғары өнімділігі, тамырсабақтары арқылы қоректік заттарды қайта өңдеу нәтижесінде қоректік заттарға деген төмен (немесе жоқ) талап, топырақтағы көміртегіні ерекше сіңіру қабілеті (switchgrass-қа қарағанда 4 есе артық), көптеген өнімдер, тұзды топырақтар мен тұзды суға бейімделуі, сондай-ақ биотикалық және абиотикалық стресстерге төзімділігі сияқты бірнеше оң қасиеттерді көрсетеді. Гигант қамысы Еуропа мен Африканың Жерорта теңізі климатында энергия өндіру үшін ең үміткер дақылдардың бірі болып табылады, себебі ол жергілікті дақыл ретінде (қоршаған ортаға бейімделген), тұрақты өнімділікке және ұзақ құрғақшылық кезеңдеріне төзімділікке ие. Бірнеше далалық зерттеулер гигант қамысының топырақты минималды өңдеу, тыңайтқыштар мен пестицидтерге азайтылған қажеттіліктері арқасында қоршаған ортаға тигізетін пайдалы әсерін көрсетті. Бұдан әрі, ол топырақ эрозиясына қарсы қорғаныс береді, бұл Жерорта теңізі және АҚШ аймақтарындағы маңызды жер деградациясы процестерінің бірі. A. donax биоэнергетикалық шикізаты түрлендірудің бірнеше процестері үшін әсерлі әлеуетке ие. Кептірілген биомассаның тікелей жануға арналған жоғары жылудық құндылығы бар. Италияда Arundo donax 1937-1962 жылдар аралығында қағаз және ерітілетін целлюлоза өндірісі үшін кең ауқымды өнеркәсіптік негізде қолданылған. Бұл қызығушылық ең алдымен Екінші дүниежүзілік соғысқа дейін диктатураның шетелдік талшықтар көзіне тәуелді болмау және экспорттық өнімге ие болу ниетімен тудырылды. Бүгінде АҚШ және Еуропалық Одақтағы бірнеше университеттер биомасса өнімділігін барынша арттыру және қоршаған ортаға тигізетін әсерін бағалау мақсатында энергиялық дақылдарды зерттеу жүргізіп жатыр.

Өсіру

Өсірудің маңызды кезеңі – орналасу. Сабақ және тамырша аналық өсімдіктен алынғаннан кейін жақсы түбіріп, көбейе алады, сондықтан екеуі де клоналды көбейтуге қолданылуы мүмкін. Бұл түр үшін тамыршаларды қолдану көбеюдің тиімді әдісі болып табылды, ол өсімдіктердің жақсы тіршілік етуіне ықпал етеді. Далалық зерттеуде ең төмен тығыздық (12,5 мың түпкүлдік/га) өсімдіктердің биік және жуан болуына, ал тығыз отырғызылғанда (25 мың түпкүлдік/га) өсуына әсер ететіні байқалды. Тұқымдық төсек көктемде, егу алдында екі дискілі тырмалау және далалық культивациялау арқылы дайындалады. Гигант қамысы өсімдік тығыздығының төмен болуын қабылдай алады. Тамыршалар топырақтың 15-20 см тереңдігіне, кемінде гектарына 10 000 өсімдік тығыздығымен отырғызылады, ал жетілген сабақтар екі немесе одан көп буынмен 20-30 см тереңдікке отырғызылуы мүмкін. Жақсы тамырлану мен топырақпен тиімді байланыс үшін отырғызудан кейін бірден жеткілікті ылғал қажет. Егу алдындағы тыңайтқыштар топырақтың бастапқы құнарлылығына сәйкес мөлшерде таратылады, бірақ әдетте гектарына P-тің белгілі бір мөлшері қолданылады. A. donax жартылай шөлейтті климатта суарусыз жоғары өнімділікті сақтай алады. Оңтүстік Италияда 39 генотиптің өнімділігін бағалауға сынақ жүргізілді, нәтижесінде екінші жылы орташа өнімділік 22,1 т/га құрғақ затты құрады, бұл Испаниядағы (22,5 т/га) және Оңтүстік Грециядағы (19,0 т/га) көрсеткіштермен салыстыруға болады. Көптеген зерттеулерде гигант қамысты орташа суарумен өсірудің тиімді екендігі көрсетілді. Әртүрлі басқару тәсілдерін бағалау үшін азотты тыңайтқыштар мен шығындар Пиза университетінде 6 жылдық далалық зерттеуде зерттелді. Тыңайтқыштар алғашқы жылдары өнімділікті арттырды, бірақ жылдар өте келе және тамыр жүйесі тереңдейген сайын тыңайтқыштардың әсері азайып, біртіндеп жоғалады. Ору уақыты мен өсімдік тығыздығы биомасса өнімділігіне әсер етпейтіні анықталды. A. donax жоғары өсу жылдамдығы мен жарық, су және қоректік заттарды тиімді сіңіру қабілетінің арқасында екінші жылдан бастап арамшөптермен бәсекелеспейді. Көшет пайда болғаннан кейін өңдеу ұсынылады. Гигант қамыстың белгілі аурулары мен зиянкестері аз, бірақ қарқынды өсіруде пестицидтер қолданылмайды. Өсімдік циклының соңында алып қамысты жоюдың екі негізгі әдісі бар: механикалық немесе химиялық. Тамыршаларды қазу үшін экскаваторды пайдалануға болады, немесе жапырақ массасына 3% глифосатты бір рет қолдану тиімді және биотаға ең аз зиян келтіреді. Глифосат тиімділігі, экологиялық қауіпсіздігі, топырақтағы қалдық әрекеті, пайдаланушы қауіпсіздігі, қолдану уақыты және экономикалық тиімділігі ескеріле отырып, ең қолайлы өнім ретінде таңдалды. Алайда, глифосат тек күзде тиімді, өсімдіктер тамыр аймағына қоректік заттарды белсенді түрде тасымалдайтын кезде, және әдетте бірнеше рет қайта өңдеу қажет. Суда қолдануға арналған басқа гербицидтер жылдың басқа уақыттарында Арундоны бақылауда өте тиімді болуы мүмкін.

Establishment is a critical point of cultivation. Stem and rhizome have a great ability to sprout after removal from mother plant and both can be used for clonal propagation. The use of rhizomes was found to be the better propagation method for this species, achieving better survival rate. In this field study, it was noticed how the lowest density (12,500 rhizomes/ha) resulted in taller and thicker plants compared to denser plantation (25,000 rhizomes/ha). Seedbed preparation is conducted in the spring, immediately before planting, by a pass with a double disk harrowing and a pass with a field cultivator. Giant reed has the possibility of adopting low plant density. The rhizomes were planted at of soil depth, with a minimum plant density of 10,000 plants per ha), while mature stems, with two or more nodes, can be planted deep. In order to ensure good root stand and adequate contact with the soil, sufficient moisture is needed immediately after planting. Pre plant fertilizer is distributed according to the initial soil fertility, but usually an application of P at a rate of /ha is applied. A. donax maintains a high productive aptitude without irrigation under semi arid climate conditions. In Southern Italy, a trial was carried out testing the yields performance of 39 genotypes, and an average yields of 22.1 t/ha dry matter in the second year were reached, a comparable result with others results obtained in Spain (22.5 t/ha) as well as in South Greece (19.0 t/ha). Several reports underlined that it is more economical to grow giant reed under moderate irrigation. In order to evaluate different management practices, nitrogen fertilizer and input demand was evaluated in a 6 year field study conducted at the University of Pisa. Fertilizer enhanced the productive capacity in the initial years, but as the years go by and as the radical apparatus progressively deepens, the differences due to fertilizer decrease until disappearing. Harvest time and plant density were found to not affect the biomass yields. Due to its high growth rate and superior resource capture capacity (light, water and nutrients), A. donax is not affected by weed competition from the second year. An application of post emergence treatment is usually recommended. Giant reed has few known diseases or insect pests, but in intensive cultivation, no pesticides are used. To remove giant reed at the end of the crop cycle, there are mainly two methods: mechanical or chemical. An excavator can be useful to dig out the rhizomes or alternatively a single late season application of 3% glyphosate onto the foliar mass is efficient and effective with least hazardous to biota. Glyphosate was selected as the most appropriate product for specific considerations on efficacy, environmental safety, soil residual activity, operator safety, application timing, and cost effectiveness. However, glyphosate is only effective in fall when plants are actively transporting nutrients to the root zone, and multiple retreatments are usually needed. Other herbicides registered for aquatic use can be very effective in controlling Arundo at other times of the year.

Биоотын

Арундо донакс – тез өсуіне және түрлі топырақ түрлері мен климаттық жағдайларда өсу қабілетіне байланысты жаңартылатын биоотын көзі ретінде пайдалануға ықтимал кандидат. А. donax орнықтырылғаннан кейін бір шаршы метрге орташа есеппен үш килограмм биомасса (гектарына 12 тонна/жыл) береді. Бір гектар өсіруге қажетті жалпы энергия мөлшері тыңайтылмаған егістіктен (4 ГДж/га) тыңайтылған егістікке (18 ГДж/га) дейін артады, ал ең жоғары энергия шығымы 20 000 өсімдік гектарына және тыңайтқыш қолдану арқылы 496 ГДж/га құрады; тыңайтқыш биомассаны 15%-ға арттырды. Гигант қамыстың биомассасының орташа калориялық құндылығы (техникалық тұрғыдан алғанда, биомасса үлгісін адиабаттық жүйеде жағу нәтижесінде алынған калориялық құндылығы) тыңайтқыштарды қолданудан тәуелсіз, шамамен 17 МДж/кг құрғақ затты құрайды. Австралияда өсірілген Арундо донакс гидротермалды сұйыту арқылы жоғары сапалы биоотын өндіруге қабілетті шикізат екені көрсетілді. Оның туған жерінен тыс жерлерде биоотын өсіруге деген қызығушылық оның күшті инвазивті әлеуетімен теңестірілуі керек.

Көміртегі тұтқындауы

Экологиялық алаңдаушылықтың артуына себеп болатын маңызды фактор – агроэкожүйелердің сапасы мен өнімділігіне әсер ететін топырақ жүйесінің жағдайы. Әлемнің көптеген аймақтары топырақтың деградациясы, органикалық заттардың азаюы және шөлдеудің күшеюі салдарынан құнарлылығының төмендеуіне тап болып отыр. Жақында, бірдей топырақ және климат жағдайларында үш ұзақ мерзімді (14 жылдық) егіс жүйесі – үздіксіз алып қамыс, табиғи шабынды және егіс алмастырудың топырақтағы органикалық заттардың сипаттамалары мен микробтық биомасса мөлшеріне тигізетін әсерін бағалауға зерттеу жүргізілді. Зерттеу көрсеткендей, аз тілемдеуге ие ұзақ мерзімді алып қамыс егісі топырақтың органикалық заттарының мөлшері мен сапасына жағымды әсер етеді. Arundo donax топырақтағы жалпы органикалық көміртек, жеңіл фракция көміртегі, еріген органикалық көміртек және микробтық биомасса көміртегінің көрсеткіштері бойынша тілемделген жүйеден жоғары нәтижелер берді. Гумификация параметрлері бойынша алып қамыс пен дәстүрлі егіс алмастыру (дәнді және бұршақ дақылдары) арасында ешқандай статистикалық айырмашылық байқалған жоқ.

Этноботаника

Арундо донакс мыңдаған жылдар бойы Азия, Еуропаның оңтүстігі, Солтүстік Африка және Таяу Шығыста өсіріліп келеді. Ежелгі египеттіктер марқұмдарын жапырақтарына ораған. Оның сабақтарында кремний бар, бұл олардың беріктігіне себеп болуы мүмкін, және олар балық аулауға арналған қамыстар мен таяқтар жасауға қолданылған. Оның қатаң сабақтары өрмелегіш өсімдіктерді немесе жүзімді тіреу үшін де пайдаланылады. Бұл өсімдік Оңтүстік Американың аяуаскасына ұқсас құра жасау үшін гармалмен (Peganum harmala) бірге қолданылған болуы мүмкін, ал оның тамыры аңызға толы Сомаға дейін жетеді деген болжам бар.

Құрылыс

Жасы жеткен қамыс құрылыста шикізат ретінде қолданылады, өйткені оның өте жақсы қасиеттері мен құбыр тәрізді пішіні бар. Оның бамбукқа ұқсастығы ғимараттарда оларды біріктіруге мүмкіндік береді, бірақ Арундо көбірек икемді. Испанияның ауылдық аймақтарында ғасырлар бойы "канизо" деп аталатын техника қолданылып келеді, ол шамамен 2x1 метрлік тоқылған қамыстан жасалған тіктөртбұрыштардан тұрады, оларға саз немесе штукатурка қосылуы мүмкін. Шатырға дұрыс оқшауланған канизо 60 жылдан астам уақыт бойы механикалық қасиеттерін сақтай алады. Оның жоғары кремний құрамы қамысқа уақыт өте келе сапасын сақтауға мүмкіндік береді. Оның жеңіл салмағы, икемділігі, канизо матасының жақсы жабысуы және шикізаттың төмен бағасы осы техниканың қолданылуының басты себептері болды. Дегенмен, соңғы онжылдықтарда ауылдық жерлерден қалаларға көшіп кету және жерді кеңінен пайдалану оның қолданылуын азайтты. Жақында осы материалды қайта пайдалануды жаңартуға бағытталған бастамалар қолға алынып, Оңтүстік Ирактың ежелгі "мудхиф" (қамыстан жасалған үйлер) техникаларымен жаңа материалдарды үйлестіруде. CanyaViva сияқты түрлі қауымдастықтар мен ұжымдар испан университеттерімен бірлесіп зерттеулер жүргізіп, осы салада алғашқы қадамдар жасап жатыр.

Музыкалық аспаптар

Көне гректер каламаулос деп аталатын флейта жасау үшін қамысты пайдаланған, ол "калам" ("қамыс") + "аулос" ("флейта") сөздерінен құралған. Сол кезде флейталар жасауға ең жақсы қамыс Грекияның Аттика аймағындағы Кефис өзенінің жағалауынан алынған. Әртүрлі реттелген бірнеше каламаулос бірге байланыстырылып, сиринкс жасалды. Гигант қамысы 5000 жылдан бері флейта жасау үшін қолданылып келеді. Паналық сырнайлар қамыстан жасалған он немесе одан көп түтікшеден тұрады. Көне заманғы, аузынан үрленетін ней флейтасы да осы қамыстан жасалған. A. donax әлі күнге дейін кларнет, саксофон, гобой, фагот, сыбызғы және басқа да үрмелі аспаптар үшін қамыс жасаудың негізгі материалы болып табылады. Францияның оңтүстігіндегі Вар аймағында аспаптарға қамыс өсірудің ең белгілі орны бар.

Басқа қолданыстар

Жас кезінде А. donax-ты тілді жануарлар оңай жейді, бірақ өскен сайын дәмсіз болып қалады. А. donax сонымен қатар салынған батпақты жерлерде ағын суларды тазалау үшін де қолданылған.