Влияние метеорологических условий на развитие лофанта анисового (Lophantus anisatus (Benth.) при интродукции в Хакасии

УДК 58.056; 581.114:633.88 (571.513)

Влияние метеорологических условий на развитие лофанта анисового (Lophantus anisatus (Benth.) при интродукции в Хакасии

Кравцова Л. П., кандидат биологических наук

Боргоякова Е. Ю.

ФГБНУ «НИИАП Хакасии»

655132, Россия, Республика Хакасия, Усть-Абаканский район, с. Зелёное, ул. Садовая, д. 5

E-mail: lpkravzova@yandex.ru

Исследования проводились в 2019–2021 годах в коллекционном питомнике лекарственных растений ФГБНУ «Научно-исследовательский институт аграрных проблем Хакасии». Объект исследования — лофант анисовый (Lophantus anisatus (Benth.)). Цель исследования — установить зависимость сроков прохождения его фенологических фаз развития от метеорологических условий вегетационного периода. Для введения в культуру новых перспективных видов необходимо по реакции на внешние условия среды изучить адаптивный потенциал растения, который влияет на прохождение основных фаз развития, а значит и на устойчивость. Для определения связи метеорологических условий и продолжительности фаз развития растений проведён анализ суммы эффективных температур выше +5ºС и количества осадков нарастающим итогом в фазы весеннего отрастания, бутонизации, начала и окончания цветения, образования и созревания семян, окончания вегетации растений. Взаимосвязь наступления фаз развития с метеорологическими факторами определена корреляционным анализом. При оценке влияния метеоусловий на прохождение фаз развития лофанта анисового установлена тесная зависимость сроков наступления фаз отрастания, начала цветения, образования семян от количества осадков (r = 0,82–0,92); средняя корреляция — с окончанием цветения и созреванием семян. Показатель суммы эффективных температур имеет сильную корреляционную связь (r = 0,77-0,82) с прохождением фаз образования семян и окончания вегетации растений, среднюю зависимость — с фазами весеннего отрастания, бутонизации, начала и окончания цветения, созревания семян. Лофант анисовый проходил все фазы развития, давал самосев, не вымерзал. Культура перспективна в качестве лекарственного, медоносного, декоративного и кормового растения для выращивания в степной зоне Хакасии при поливе в особо уязвимые фазы развития.

Ключевые слова: лофант анисовый, метеорологические условия, фазы развития, интродукция, Хакасия.

Основой для введения в культуру новых перспективных видов является адаптивный потенциал растений, который можно выявить по реакции на различные условия среды. Наиболее важными факторами, влияющими на прохождение основных фаз развития растений, а значит на продуктивность и устойчивость, являются температура воздуха и количество осадков. В настоящее время изучение и внедрение в культуру растений с полезными свойствами происходит повсеместно. К таким растениям относится лофант анисовый (Lophanthus anisatus (Benth.)) семейства Lamiaceae. Это эфиромасличное растение находит широкое использование в медицинской практике: регулирует обмен веществ, снижает и нормализует артериальное давление, очищает кровь, выводит из организма тяжёлые металлы. Считается сильным иммуностимулятором, подобным женьшеню. Экстракты обладают противоопухолевой активностью. В тибетской медицине надземную часть растения применяют при гастрите, расстройствах желудочно-кишечного тракта, гепатите, а также как средство, предупреждающее старение организма. Применение лофанта анисового в косметике способствует устранению морщин, сохраняет тургор и молодость кожи (Matei, 2010). Эта культура ценна эфирным маслом и фенольными соединениями, обладающими антиоксидантным, противомикробным и противогрибковым действием(Joy, Borchardt et al., 2009; Ownagh et al., 2010; Великородов, Ковалёв, Тырков и др., 2010; Чумакова, Попова, 2013). Лофант — высокодекоративный вид, успешно используется в садово-парковом строительстве (Абрамчук, Карпухин, 2016), перспективен он и в качестве медоносного растения, позволяющего получать до 1 т/га мёда (Дикорастущие полезные растения России, 2001). В Ставрополье создан новый сорт лофанта анисового Премьер, разработана технология, позволяющая получать 18–21 т/га зелёной, 5,0–6,4 т/га сухой фитомассы и до 0,4 т/га семян. В зелёной массе, шроте и семенах лофанта выделено 15 аминокислот, при этом количество свободных аминокислот в шроте из зелёной массы лофанта после получения эфирного масла в 2 раза выше, чем в вегетативной массе в фазе цветения, что определяет перспективы его использования в кормопроизводстве (Чумакова, Попова, Чумакова, 2013). В литературе встречаются отрывочные сведения о влиянии экологических факторов на развитие лофанта. Исследованиями, проведёнными в Ленинградской области, установлено, что начало отрастания лофанта зависит от температурного режима и количества осадков в апреле и мае. Отмечено, что высокие среднесуточные температуры способствовали более раннему отрастанию (Найда, 2018). В условиях Хакасии исследований влияния экологических факторов на развитие лофанта анисового при интродукции не проводилось.

Цель исследования — установить зависимость сроков прохождения фенологических фаз развития лофанта анисового от метеорологических показателей вегетационного периода.

Методика исследований. Объектом исследования являлись растения лофанта анисового из коллекции лекарственных растений ФГБНУ «Научно-исследовательский институт аграрных проблем Хакасии» 2017 года посева. Почва участка каштановая, среднемощная, среднесуглинистая. Исследования проводились в 2019–2021 годах на растениях 3–5-го годов жизни, согласно принятым методикам (Методика фенологических наблюдений в ботанических садах СССР, 1975; Майсурадзе, Киселёв, Черкасов, 1984). Статистическую обработку фенологических дат за период исследований проводили по методике Г. Н. Зайцева (1978). Для установления связи между фазами развития и погодными условиями проанализированы сумма эффективных среднесуточных температур выше +5⁰С и количество осадков в фазу весеннего отрастания, бутонизации, начала и окончания цветения, образования и созревания семян, окончания вегетации растений (нарастающим итогом) (Гулинова, 1974). Оценка взаимосвязи наступления фаз развития с метеорологическими параметрами проведена с помощью корреляционного анализа. Силу коррелятивной связи оценивали по Б. А. Доспехову (1985): r < 0,3 — слабая, r = 0,3–0,7 — средняя, r > 0,7 — сильная. Статистическую обработку данных проводили в соответствии с общепринятыми методами (Лакин, 1968) с использованием пакета программ SNEDECOR (Сорокин, 2004). Погодные условия в период проведения исследования уточняли на интернет‐ресурсе Климатический (2022).

Результаты исследований. Гидротермические условия в годы проведения исследований существенно различались между собой, что позволило оценить реакцию растений на контрастные погодные условия. Температура воздуха в марте 2019 года отмечалась выше среднемноголетних значений на 4,1°С, в августе и сентябре — на 1,0ºС (рис. 1).

Рис. 1. Температура воздуха за период вегетации (2019–2021 гг.)

Распределение осадков было неравномерным: в марте осадки на 13% превысили многолетние показатели, в апреле и июле — в 1,6 раза, в мае выпало лишь 52% осадков (рис. 2).

Рис. 2. Сумма выпавших осадков за период вегетации (2019–2021 гг.)

В весенний период 2020 года температура воздуха наблюдалась выше нормы на 2,7–3,9°С. Июнь был прохладнее на 3,2°С, а осадков выпало в 2,4 раза больше обычного. В августе и сентябре отмечалось незначительное превышение осадков — на 11 и 15% соответственно.

В марте и апреле 2021 года осадков выпало в 2,6 и 1,7 раза больше нормы. Июнь отличался снижением температуры на 2,7°С от среднемноголетних показателей, а осадков выпало в 1,4 раза больше. Июль и сентябрь выдались засушливыми (осадки составили 41,8 и 16,8% от нормы), температурные показатели были ниже многолетних данных.

Наблюдения за ростом и развитием лофанта анисового показали, что в условиях степной зоны Хакасии в годы исследований весеннее отрастание происходило с низкой изменчивостью в конце второй-начале третьей декады апреля (табл. 1).

1. Даты наступления фенологических фаз у растений лофанта анисового (2019–2021 гг.)

Вегетативная стадия развития продолжалась от 73 до 91 дня. Цветение наблюдали со второй половины июля, оно заканчивалось в середине сентября. Созревание семян лофанта анисового начиналось в конце августа, в 2019 году — во второй декаде сентября. При благоприятных условиях отмечался самосев. Вегетационный период 2021 года завершился раньше, так как сумма эффективных температур и количество осадков были наименьшими за 3 года исследований.

Зимой лофант анисовый не вымерзал.

В зависимости от метеорологических условий года наблюдений изменялась продолжительность фенологических фаз растений лофанта анисового (табл. 2).

2. Продолжительность фенологических фаз растений лофанта анисового (2019–2021 гг.)

Период от отрастания до бутонизации в 2019 году был самым длительным, так как температура воздуха в апреле, мае, июне и июле была ниже многолетних показателей. Осадки в апреле на 60% превысили норму. Из литературных источников известно, что повышение количества осадков при небольшом снижении дневной температуры способствует продлению вегетативной фазы развития растений (Саттаров, Каримов, 2018).

Более продолжительный период от бутонизации до конца цветения наблюдался в 2020 году. При этом сумма эффективных температур была выше, чем в 2019 и 2021 годах, на 344,1 и 95°С, сумма осадков больше соответственно на 9,2 и 85,5 мм. Продолжительность данного периода имеет сильную корреляционную связь со среднесуточными температурами воздуха и количеством дней с осадками (r = 0,97 и 0,99 соответственно). В 2020 году было максимальное количество дней (34) с осадками по сравнению с 2019 и 2021 годами (31 и 20 дней соответственно), что повлияло на увеличение данного периода.

Период цветения во все годы исследований был примерно одинаков, лишь в 2021 году цветение продолжалось на 7 суток дольше. Сумма эффективных температур от начала до конца цветения была максимальная и составила 1011,9°С при минимальным количестве осадков (84,2 мм) в сравнении с предыдущими годами (872,0 и 873,6°С; 122,9–100,9 мм соответственно). Длительность цветения в сильной степени зависела от суммы эффективных температур (r = 0,99) и в сильной отрицательной степени — от количества осадков (r = –0,99).

От начала цветения до созревания семян в 2019 году прошло максимальное количество дней. Сумма эффективных температур и количество осадков при этом были наибольшими (табл. 3), а среднесуточная температура воздуха оказалась ниже (16,3°С), чем в 2020 и 2021 годах (соответственно 18,2 и 18,3°С). Снижение среднесуточных температур, вероятно, оказало влияние на увеличение длительности периода. Среднесуточная температура воздуха имела сильную отрицательную связь с продолжительностью периода «начало цветения – созревание семян» (r = –0,90).

3. Сумма эффективных температур и количество осадков нарастающим итогом по периодам вегетации лофанта анисового (2019–2021 гг.)

Длина вегетационного периода в 2019 году увеличилась по сравнению с аналогичными показателями последующих лет соответственно длительности периодов «отрастание – бутонизация» и «начало цветения – созревание семян».

Для установления зависимости наступления фаз развития от осадков и температуры воздуха рассчитаны коэффициенты корреляции (рис. 3).

Рис. 3. Зависимость фаз развития лофанта анисового от метеорологических факторов

Количество осадков в сильной степени влияло на весеннее отрастание растений, начало цветения и образование семян (r = 0,84; 0,82 и 0,92). Также установлена тесная зависимость прохождения фаз образования семян и окончания вегетации лофанта анисового от температуры воздуха (r = 0,77–0,82). Фаза бутонизации наступала практически независимо от количества осадков (r = 0,10), так как это заложено генетически. Наступление фаз окончания цветения и созревания семян в средней степени коррелировало с температурой воздуха (r = –0,37 и 0,36 соответственно) и количеством осадков (r = 0,56 и 0,61). Кроме того, наступление фаз бутонизации и начала цветения находилось в средней зависимости от температуры воздуха.

Продолжительность вегетационного периода зависела как от температуры воздуха (r = 0,79), так ещё в большей степени и от количества осадков (r = 0,95).

Заключение. При интродукции в условиях степной зоны Хакасии лофант анисовый проходил полный цикл сезонного развития, в зависимости от погодных условий ежегодно формировал семена разного качества, давал самосев. Зимой не вымерзал. Проведённый анализ взаимосвязи фаз развития растений с агрометеорологическими условиями региона показал тесную зависимость наступления фаз отрастания, начала цветения, образования семян с количеством осадков (r = 0,82–0,92), связь средней степени — с окончанием цветения и созреванием семян. Фазы образования семян и окончания вегетации растений находились в сильной корреляционной связи с суммой эффективных температур (r = 0,77–0,82).

Для полной адаптации растений в наиболее уязвимые периоды их развития влияние негативных факторов среды может быть снижено за счёт проведения дополнительных мероприятий, таких как полив.

Литература

1. Абрамчук А. В. Сравнительная оценка продуктивности видов и сортов лофанта (Lophanthus Adans.) в условиях интродукции / А. В. Абрамчук, М. Ю. Карпухин // Аграрный вестник Урала. — 2016. — № 12 (154). — С.4–7.

2. Изучение химического состава и противогрибковой активности эфирного масла Lophantus anisatum Benth. / А. В. Великородов, В. Б. Ковалёв, А. Г. Тырков, О. В. Дегтярёв // Химия растительного сырья. — 2010. — № 2. — С.143–146.

3. Гулинова Н. В. Методы агроклиматической обработки наблюдений / Н. В. Гулинова. — Л., 1974. — 151 с.

4. Дикорастущие полезные растения России / Отв. ред. А. Л. Буданцев, Е. Л. Лесиовская. — СПб: Издательство СПФХА, 2001. — 663 с.

5. Доспехов Б. А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований) / Б. А. Доспехов. — 5-е изд., доп. и перераб. — М.: Агропромиздат, 1985. — 351 с.

6. Зайцев Г. Н. Фенология травянистых многолетников / Г. Н. Зайцев. — М.: Наука, 1978. — 149 с.

7. Климатический монитор «Хакасская». — URL: https: //rp5.ru/Архив_погоды_в_Абакане_(аэропорт).

8. Лакин Н. Г. Биометрия / Н. Г. Лакин. — М., 1968. — 352 с.

9. Майсурадзе Н. И. Методика исследований при интродукции лекарственных растений / Н. И. Майсурадзе, В. П. Киселёв, О. А. Черкасов // Лекарственное растениеводство: обзорная информация. — 1984. — № 3. — 32 с.

10. Найда Н. М. Онтогенетическое и антэкологическое изучение многоколосника фенхельного в Ленинградской области / Н. М. Найда // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. — 2018. — № 52. — С.11–17.

11. Методика фенологических наблюдений в ботанических садах СССР. — М., 1975. — 27 с.

12. Саттаров Д. С. Влияние температуры и количества осадков на семенную продуктивность Origanum tyttanthum (Lamiaceae) (Гиссарский хребет, Республика Таджикистан) / Д. С. Саттаров, Х. С. Каримов // Растительные ресурсы. — 2018. — № 54 (3). — С.376–374.

13. Сорокин О. Д. Прикладная статистика на компьютере / О. Д. Сорокин. — Краснообск: ГУП РПО СО РАСХН, 2004. — 162 с.

14. Чумакова В. В. Лофант анисовый (Agastache foeniculum L.) — перспективный источник получения лекарственных средств / В. В. Чумакова, О. И. Попова // Фармация и фармакология. — 2013. — № 1. — С.39–43.

15. Чумакова В. В. Лофант анисовый — перспективная культура многопланового использования / В. В. Чумакова, О. И. Попова // Достижения науки и техники АПК. — 2013. — № 10. — С.36–38.

16. Antioxidant and antimicrobial activity of seed from plants of the Mississippi river basin / R. Joy, Borchardt et al. // Journal of Medicinal Plants Research. — 2009. — Vol. 3 (10). — P.707–718.

17. The importance and usage of the Agastache foeniculum species (Pursh) Kuntze / C. F. Matei et al. // Hop and Medicinal Plantz. — 2010. — Vol. 18. — No. 1–2. — P.49–52.

18. Antifungal Effects of Thyme, Agastache and Satureja Essential Oils on Aspergillus fumigatus, Aspergillus flavus and Fusarium solani / A. Ownagh et al. // Veterinary Research Forum. — 2010. — Vol. 1. — No 2. — P.99–1053.

The impact of weather conditions on Lophantus anisatus (Benth.) introduced into Khakassia

Kravtsova L. P., PhD Biol. Sc.

Borgoyakova E. Yu.

Research Institute for Agricultural Issues of Khakassia

655132, Russia, the Republic of Khakassia, Ust-Abakanskiy rayon,

selo Zelenoe (village), Sadovaya str., 5

E-mail: lpkravzova@yandex.ru

This experiment took place at the collection nursery of medicinal plants of the Research Institute for Agricultural Issues of Khakassia in 2019–2021. The object of this study — Lophantus anisatus (Benth.). The aim was to test the effect of weather conditions on the duration of plant growth stages. To introduce a new crop into the local environment it is essential to test its resistance to climate conditions influencing plant development. The sum of daily mean temperature above 5ºС was analyzed as well as precipitation rate at stages of spring regrowth, budding, early and late flowering, seed formation and maturation, end of plant growth. The correlation between the duration of growth stages and weather was estimated. Precipitation rate significantly affected plant regrowth, flowering time, seed formation (r = 0.82–0.92); its impact on the end of flowering and seed maturation was less significant. Effective accumulated temperature (EAT) significantly correlated with the duration of seed formation time and ending of plant growth (r = 0.77–0.82). The average correlation was observed between EAT and stages of spring regrowth, budding, early and late flowering, seed formation. L. anisatus went through all the growth stages, regrew well and tolerated cold temperature. L. anisatus is a promising crop for medicinal purposes, honey, landscape and forage in the steppe of Khakassia under irrigation at most sensitive growth stages.

Keywords: Lophantus anisatus, weather conditions, growth stage, introduction, Khakassia.

References

1. Abramchuk A. V. Sravnitelnaya otsenka produktivnosti vidov i sortov lofanta (Lophanthus Adans.) v usloviyakh introduktsii / A. V. Abramchuk, M. Yu. Karpukhin // Agrarnyy vestnik Urala. — 2016. — No. 12 (154). — P.4–7.

2. Izuchenie khimicheskogo sostava i protivogribkovoy aktivnosti efirnogo masla Lophantus anisatum Benth. / A. V. Velikorodov, V. B. Kovalev, A. G. Tyrkov, O. V. Degtyarev // Khimiya rastitelnogo syrya. — 2010. — No. 2. — P.143–146.

3. Gulinova N. V. Metody agroklimaticheskoy obrabotki nablyudeniy / N. V. Gulinova. — Leningrad, 1974. — 151 p.

4. Dikorastushchie poleznye rasteniya Rossii / Otv. red. A. L. Budantsev, E. L. Lesiovskaya. — St. Petersburg: Izdatelstvo SPFKhA, 2001. — 663 p.

5. Dospekhov B. A. Metodika polevogo opyta (s osnovami statisticheskoy obrabotki rezultatov issledovaniy) / B. A. Dospekhov. — 5^th Ed., dop. i pererab. — Moscow: Agropromizdat, 1985. — 351 p.

6. Zaytsev G. N. Fenologiya travyanistykh mnogoletnikov / G. N. Zaytsev. — Moscow: Nauka, 1978. — 149 p.

7. Klimaticheskiy monitor “Khakasskaya”. — URL: https: //rp5.ru/Arkhiv_pogody_v_Abakane_(aeroport).

8. Lakin N. G. Biometriya / N. G. Lakin. — Moscow, 1968. — 352 p.

9. Maysuradze N. I. Metodika issledovaniy pri introduktsii lekarstvennykh rasteniy / N. I. Maysuradze, V. P. Kiselev, O. A. Cherkasov // Lekarstvennoe rastenievodstvo: obzornaya informatsiya. — 1984. — No. 3. — 32 p.

10. Nayda N. M. Ontogeneticheskoe i antekologicheskoe izuchenie mnogokolosnika fenkhelnogo v Leningradskoy oblasti / N. M. Nayda // Izvestiya Sankt-Peterburgskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. — 2018. — No. 52. — P.11–17.

11. Metodika fenologicheskikh nablyudeniy v botanicheskikh sadakh SSSR. — Moscow, 1975. — 27 p.

12. Sattarov D. S. Vliyanie temperatury i kolichestva osadkov na semennuyu produktivnost Origanum tyttanthum (Lamiaceae) (Gissarskiy khrebet, Respublika Tadzhikistan) / D. S. Sattarov, Kh. S. Karimov // Rastitelnye resursy. — 2018. — No. 54 (3). — P.376–374.

13. Sorokin O. D. Prikladnaya statistika na kompyutere / O. D. Sorokin. — Krasnoobsk: GUP RPO SO RASKhN, 2004. — 162 p.

14. Chumakova V. V. Lofant anisovyy (Agastache foeniculum L.) — perspektivnyy istochnik polucheniya lekarstvennykh sredstv / V. V. Chumakova, O. I. Popova // Farmatsiya i farmakologiya. — 2013. — No. 1. — P.39–43.

15. Chumakova V. V. Lofant anisovyy — perspektivnaya kultura mnogoplanovogo ispolzovaniya / V. V. Chumakova, O. I. Popova // Dostizheniya nauki i tekhniki APK. — 2013. — No. 10. — P.36–38.

16. Antioxidant and antimicrobial activity of seed from plants of the Mississippi river basin / R. Joy, Borchardt et al. // Journal of Medicinal Plants Research. — 2009. — Vol. 3 (10). — P.707–718.

17. The importance and usage of the Agastache foeniculum species (Pursh) Kuntze / C. F. Matei et al. // Hop and Medicinal Plantz. — 2010. — Vol. 18. — No. 1–2. — P.49–52.

18. Antifungal Effects of Thyme, Agastache and Satureja Essential Oils on Aspergillus fumigatus, Aspergillus flavus and Fusarium solani / A. Ownagh et al. // Veterinary Research Forum. — 2010. — Vol. 1. — No. 2. — P.99–1053.