CC BY
14
АРИДНЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ, 2002, том 8, № 17
=================== ОТРАСЛЕВЫЕ ПРОБЛЕМЫ ОСВОЕНИЯ =================
ЗАСУШЛИВЫХ ЗЕМЕЛЬ
УДК 621.47: 631.544,4
ИССЛЕДОВАНИЕ ИНТРОДУКЦИИ ТЕХНИЧЕСКОЙ КУЛЬТУРЫ ХОХОБЫ В УСЛОВИЯХ АРИДНОЙ ЗОНЫ ТУРКМЕНИСТАНА
© 2002 г. А. М. Пенджиев
Национальный институт спорта и туризма Туркменистана. 744032, Ашгабат-32, м. Бикрова,
Солнечный городок, д.4, кв. 1, Туркменистан
Интродукция некоторых культур имеет важное значение для развития экономики страны, как в освоении пустынь, так и в увеличении кормовой базы животных, а также в получении ценного сырья для многих отраслей промышленности.
За последние двадцать лет большой интерес вызывает хохоба, плоды которой являются ценным промышленным сырьем. Хохоба (Jojoba), или симмондзия китайская (Simmondsia chinensis), представляет собой кустарник, родиной которого является пустыня Сонора, расположенная на северо- и юго-западе США в штатах Аризона и Калифорния, где выпадает 5-18 мм осадков, температура воздуха колеблется в пределах -9.4 +46.1°С. Его мелкие мясистые листья с гладкой поверхностью способны противостоять суровым внешним воздействиям и являются важным кормом для овец мулов, крупного рогатого скота и диких животных, а семена - для птиц. Наиболее ценным компонентом в хохобе является масло, растворимый воск (спермацит), содержание которого в семенах колеблется в пределах 40 — 60%. Оно может служить сырьем для производства косметических средств (губная помада, шампунь, крем, лаки), а также применяться в фармацевтической (для оболочек, покрывающих таблетки; как стабилизатор пенициллина; как вещество, задерживающее рост туберкулезных бацилл; для регулирования сахара в крови, в лекарствах от кожных болезней и т.д.), текстильной (для изготовления эмульсии, тканей, чернил) и пищевой промышленности (масло для приготовления пищи, салатное масло, жевательная резинка), а также, как смазочное средство в коробках передач гоночных машин и в системах гидравлической передачи военной и космической техники.
Масло хохобы растворяется при температуре 11.2- 11.8°С, отвердевает при 6.7°С, температура кипения равна 290° С, горения -337.7°С, вязкость при 37°С равна 290°С, а при 98.0°С -48 Па c. При хранении в течение 25 лет не теряет свойств, а при высокой температуре не испаряется. Эти свойства невозможно сравнить ни с одной графитовой, синтетической смазкой. Именно в качестве последней масло хохобы до сих пор считается незаменимым в коробках передач гоночных машин и системах гидравлики военной и космической техники. Ранее масло с такими свойствами получали из спермацета кашалота (Байрамов, Рыбакова 1980; Курбанов, Курбанова, 1986; Пенджиев,. 1997(а, б), 2000; Рыбакова Атаев, 1985; Рыбакова, Пенджиев, 1996) (схема).
Исследования по выращиванию хохобы проводились в Ашхабаде на экспериментальной базе НПО «ГУН» в 1985 году. Здесь были разработаны и построены различные типы солнечных теплиц: это теплицы с грунтовым аккумулятором тепла; гелиотеплица с автономным энергообеспечением; гелиотеплица с замкнутым влагооборотом; гелиотеплица с биоаккумулятором тепла; теплицы блочные (пленочные, стеклянные), ангарные, малогабаритные, подземные и так далее.
Выращивание хохобы осуществлялось в культивационном сооружении с автономным энерговодообеспечением, которое предназначено для выращивания сельскохозяйственных растений в регионах, где отсутствуют источники пресной воды (пустынная зона, морское побережье пустынь), для использования в южных районах с дефицитом поливной воды. На рисунке 1 представлены расчеты тепло- и массообмена теплицы с аккумулятором тепла, гелиоопреснитель и осадкосборная площадка (внешняя наклонная поверхность грунтовой
- текст 11лытя it ромш . ьлшшосгь (эмульсия, чернила};
- и in цопая (приготовления ишци. салатов, жевательной резин i и);
- парг1ном«рпая (губная помада, шампунь, кремы, лаки);
- фармацевтическая (оболочка лекарств, стабилизатор пенициллина);
- медицина (задержание бацилл туберкулеза};
- космическая, военная техника (и системах гидравлики, как смазочный материал не испаряющийся прн высокой трмнературе); автомобильная (для смазки kojkj6kh передач).
Свойства
С ox} iiiitit вязкость прн высокой темепрвтуре, растворяется в бензине, хлорофилле и т.д., точка растворения 11.2-11.8 "С, точка отвердехшя 6.7°С, точка кипения 290.5"С, точка горения 337.7(1С. Вязкость SU при 37,вязкость при У8.8°С - 48 Set:.
Схема. Свойства и применение растения хохобы в народном хозяйстве. Scheme. Properties of jojoba plant and its use in national economy.
насыпи и дорожки вокруг тепличных блоков асфальтируются и используются для сбора атмосферных осадков). С южной стороны внутри гелиотеплицы по всей длине расположен солнечный опреснитель (15% площади теплицы), который вырабатывает пресную воду и одновременно выполняет роль аккумулятора тепла.
Исследовались экспериментальные и теоретические вопросы водно - энергетических характеристик солнечной теплицы. В результате установлен ряд эмпирических зависимостей, которые позволяют определить формирование физических параметров воздуха, протекание процессов испарения и конденсации в объеме сооружения, водообеспеченность и нормы полива растений.
- эмульгаторы;
- пластификаторы; дезинфицирующие средства.
- фармащ птическая промышленность (для регулирования аппетита, сахара в крови);
- текстильная (для дубления, крашения);
- химическая (субстрат в процесса брожения, для получения целлюлозы, пластмассы);
- как удобрения;
- как топливо,
Рис. 1. Схема расчета тепло - и массообмена в солнечной теплице. Fig. 1. Calculation scheme of heat and mass exchange in a solar greenhouse.
Для аналитического исследования водно - энергетических характеристик теплицы с автономным энергообеспечением составлены уравнения теплового баланса, по влажности воздуха и почвы, совместно решены для условий солнечной теплицы. Ниже представлены основы балансового уравнения и их решения в конечном виде.
Уравнения теплового баланса:
1.А+1 А+№-СЙ- Он - - -о™ -о8=о т-,
Уравнение материального баланса по влаге для паровоздушного пространства теплицы можно записать в виде:
Еп - Т - Ес - Е" + - Д^ - Пп - IIе - П" = 0 (2);
Уравнение водного баланса почвы для случая установившейся предельно -полевой влагоемкости почвы:
WCH- WCK=EП+To- ПП (3);
Аналогичный вид будет иметь уравнение водного баланса для фунтового аккумулятора тепла:
= Eан-Пaк (4);
Водообеспеченность данной теплицы представлена в виде: О? =(1 + Д/П)(СГ + (5)
*-1 И'}
Общее уравнение водного баланса, как для воздушного пространства теплицы, так и для рассматриваемого слоя почвенного массива теплицы примет вид:
- = (\У<И - <&г\<рЛ ~ ЛД') (6).
Как видно из уравнения (6) изменение влажности почвы и грунта аккумуляторов по времени зависит от начальных запасов влажности, физических параметров воздуха внутри и снаружи теплицы и интенсивности воздухообмена. В данном случае изменение влажности почвы и грунта аккумулятора происходит за счет испарения. Следовательно, уравнение (6) примет вид:
Е = 0/уВ(фоД8) (7).
Решив эти балансовые уравнения и обработав статистически на ЭВМ полученные экспериментальные данные, были установлены эмпирические зависимости, которые позволяют определить и прогнозировать по сезонам в течение года следующие параметры:
Средне декадная температура воздуха:
Т = 20.3 - 4.1 sin 10n - 9.0cos 10n + 0.85sin20n -0.1 cos20n (8);
Относительная влажность воздуха:
ф= 67.2-8.7sinl0n-13.56cosl0n + 2.23sin20n-1.38cos20n (9);
Суточное значение средне - декадных изменений интенсивности испарения с поверхности почвы в теплице:
En=2.55-0.5255sinl0n-1.14755cosl0n + 0.187sin20n-0.0425cos20n (10);
С поверхности воды:
ЕВ =2.06-0.63sinl0n-1.35cosl0n + 0.31sin20n (11);
Суммарное испарение:
ЕС = 2.33-0.6242sinl0n-1.8266cosl0n + 0.1255sin20n-0.016cos20n (12);
С помощью этих расчетов можно достаточно точно определить нормы полива для любого периода года (рис. 2). Оросительную норму (М) определяли по формуле:
i-i ¡-i
Водообеспеченность для побережья Каспийского моря, рассчитав по формуле (5), получили:
G°B-[(85500 + 9500)(1 +1.5/14)]-(10*82.17 + 11.72)82 = 36825 л/год (15).
Следовательно, 36825 л/год воды, полученного в результате сбора атмосферных осадков и дистиллята, с последующим минилизованой воды, достаточно для полива саженцев хохобы и других сельскохозяйственных культур. Этот расчет относится к бороздовому методу полива. Конечно, применение капельного способа полиса даст значительную экономию поливной воды (Байрамов, Рыбакова, 1980; Курбанов, Курбанова, 1986; Пенджиев, 2000, 2001; Рыбакова, Атаев, 1985; Penzhiev, 1997, 1998).
Были также изучены скорость суммарного испарения с поверхности воды в гелиотеплице и закон Дальтона, получена энергетическая зависимость для расчета Еп для случая, когда форточки теплицы закрыты:
EB=0.87n(PBS-P20)760/Pc (16);
Теплица с открытыми форточками:
EB = 0.74n(PBS-P20)760/P6 (17).
Формирование температурно — влажпостного режима как воздушного пространства, так и почвенного массива теплицы, и протекание процесса испарения тесно связаны с поступлением солнечной радиации В1гутри теплицы. Этот фактор особенно важен в гелиотеплицах, где солнечная энергия является единственным источником тепла. Найдена зависимость между суммарным испарением и солнечной радиацией в условиях гелиоте плицы:
Еср =1.469*10"3 jQ^dr-1.16(18)
Принятые обозначения:
Е — скорость испарения (мм/сут), Д — абсолютная влажность воздуха (кг/м3), W — влажность почвы (мм), О —тепловой поток (Вт/м2), F— площадь (м2), G— воздухообмен (кг/ч), I— интенсивность солнечной радиации (Вт/м2), Т — температура воздуха (°С), Р— парциальное давление (мм.рт.ст), В —водообеспеченность (л/год), П — конденсация(мм/сут), т— время (ч), ф — относительная влажность воздуха (%), п — номер
декады, М — относительная норма полива (мм), т — норма полива (мм). Т0 — транспирация (мм/сут).
Индексы:
£ — суммарная, п —почва, с —стекло, ак — аккумуляторы, в —воздух, р —растения, к — конвекция, л —лучистый, т.п. — теплопотери, пр — приточный, сн— начальное количество влаги в почве, ск— конечное количество влаги в почве, ос —осадки, кон — конденсация, си— сумма испарений, и —испарения, ор— орошаемое, б —насыщение паров, н —наружное, о —внутри теплицы, ср— среднее, п —номер декады, б — барометрическое, вод —вода, су —солнечная установка, уд — удаляемое, вз— влажность завидания.
С помощью формулы (18), зная сумму солнечной радиации, падающей на горизонтальную поверхность в течение дня в любое время гола, можно определить суточное значение суммарного испарения с гелиотеплицы, что дает возможность установить нормы и периоды поливов (рис. 2) в рассматриваемое время года (Байрамов, Рыбакова, 1980; Рыбакова, Атаев, 1985; Курбанов, Курбанова, 1986; Пенджиев 1997 б, 2001; Ре^Ыеу, 1997, 1998).
ггж *
£ £ £ щ,
----—-----НОмм i 0,Г5мм УШ-цол,
—о—^Т | №м* УН'пол.
------------1 /^/А* У У!'ПОЛ,
-----------—------т-у?---4--------\■!■?,($ НЧ у.
WMtf IY-nar,
-f 2, t£ мм ffl тли
--1 HOM* * !,ZS«•) H-/Ш.
Рис. 2. Расчетная кривая для определения периодов поливов. Fig. 2. Calculated curve for determination of irrigation period.
В каждом плоде хохобы находится от одного до трех зерен величиной с земляной орех, которые, в свою очередь, содержат от 40 до 60% «жидкого воска», слегка желтоватого цвета, с запахом лесного ореха. Он не жирный, поскольку как и во всех других растительных маслах, в нем отсутствуют триглицериды. Состоит "воск" из смеси спиртов и сложных эфиров, жирных ненасыщенных кислот. Его получают простым механическим выдавливанием из плода без последующей очистки. Он сохраняет свою вязкость при высокой температуре. Масло растворимо в бензине, нефти, хлорофилле, тетрахлориде, дисульфиде и гексане. Хорошо смешивается со спиртом и ацетоном. Воск можно применять для производства дезинфицирующих средств, эмульгаторов и пластификаторов.
Хохоба начинает плодоносить в возрасте 3-4 лет, обеспечивая наибольшую урожайность в возрасте около 10 лет. С одного куста можно собирать 14-18 кг очищенных сухих семян в год. В 1986 году в США на масло установлена цена, примерно, в 10 долларов за один литр. При отжиме из семян одного килограмма масла получается более одного кг шрота, который содержит остаточное масло, а также 30% белка, клетчатку, танины и другие вещества. Значительную часть белка можно выделить и использовать, как добавку в корм скоту, как склеивающее вещество в производстве бумаги. Содержащиеся в шроте танины, достигающие необычно высокой концентрации (8%), также могут представлять
коммерческий интерес. Все танины используются в дублении кожи, крашении тканей, производстве чернил и медицине. Из шрота можно получать и другие полезные продукты. В нем содержится исходный материал для новых перспективных фармацевтических препаратов по регулированию аппетита, сахара в крови. Они могут служить субстратом в процессе брожения, лигнины необходимы для производства клея, пластмасс и других химических веществ, а также целлюлозы, необходимой многим производствам.
На фоне хорошо удобренной почвы, весной в полиэтиленовые мешочки с грунтом были высеяны семена хохобы на глубину 1—2 см. Через месяц появились всходы. Когда они достигли 30 — 50 см высоты, их пересадили в теплицу с автономным энергообеспечением. Расстояние между сеянцами — около 1 м. Растения в летний период поливали часто — 2 — 3 раз в неделю. Хохоба хорошо реагирует на удобрения. При подкормке азотными и фосфорными удобрениями значительно ускоряется ее рост и развитие. Температурно — влажностный режим в теплице наблюдали в течение нескольких лет. За период исследований максимальная температура летом достигала 55.3°С и минимальная зимой — 11.8°С, максимальная влажность 99.8%, минимальная —10.4%. Полив первые 2 — 3 года в теплице проводили строго по полученным расчетам из эмпирической формулы для норм полива и межполивных периодов. С помощью выше полученных эмпирических формул (10—13) определили, что норма полива составляет 971.72 мм на 1 м2. Но следует отметить, что при экстремальных условиях хохоба может выдержать длительную почвенную засуху.
На 3 — 4 году деревца начали плодоносить, причем плоды образуются только на женских особях. С одного деревца был собран урожай семян весом 0.7 кг, поэтому при посадке необходимо учитывать наличие мужских и женских особей: на каждые 5 — 7 женских особей нужно иметь один мужской экземпляр.
Анализ почвы представлен в таблице.
Таблица. Анализ питательных веществ почвы в теплице. Table. Analysis of nutritive materials in the greenhouse soil.
Глубина, см Гумус, % Подвижные формы, м2/кг рН Общая щелочность, % Хлор, % Сухой остаток, % Обеспеченность питательными элементами
P2O2 K2O фосфором гумусом калием
0-10 0.84 156.0 342 8.1 0.032 0.024 0.162 Очень Средняя Средняя
10-20 0.78 78.0 216 9.0 0.032 0.018 0.108 Очень Низкая Низкая
высокая
20-30 0.64 48.0 180 8.15 0.029 0.014 0.124 Высокая Низкая Низкая
30-40 0.54 46.5 140 7.9 0.034 0.021 0.115 Высокая Низкая Очень
низкая
40-50 0.78 40.0 130 8.1 0.029 0.018 0.162 Средняя Низкая Очень
низкая
Таким образом, можно констатировать, что в Туркменистане в условиях сухих субтропиков хохобу можно выращивать повсеместно в условиях закрытого или открытого грунта.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Байрамов Р., Рыбакова Л. П. и др. Экспериментальные исследования температурно -влажностного режима и испарения в гелиотеплице.//Изв. АНТ, сер. ФТХиГН Изд- во «Ылым», 1980. №1. С. 29-34.
2. Курбанов Н. Р., Курбанова Г. Количественное описание температурных режимов культивационных сооружений обогреваемые на солнечном обогреве //Туркмен НИИНТИ, Ашхабад, 1986. 60 с.
3. Пенджиев А. М. Технология выращивания папайи в условиях аридной зоны.//Проблемы освоения пустынь. 1997 а. № 2. С.88 — 94.
4. Пенджиев А. М. Опыт возделывания хохобы в условиях аридной зоны.//Проблемы освоения пустынь. 1997 б. №6. С. 86 — 92.
5. Пенджиев А. М. Агротехника выращивания дынного дерева (Carica papaya L.) в условиях защищенного грунта в Туркменистане. Автореф. дис. на соискание уч. степени доктора наук М., 2000. 54 с.
6. Пенджиев А. М. Математическое моделирование теплотехнических расчетов микроклимата и агроклиматическое районирование гелиотеплицы//Гелиотехника. 2001. №3.
7. Рыбакова Л. Е., Атаев П. Ч. и др. Эксплуатация солнечных теплиц. // ТуркменНИИНТИ, Ашхабад, 1985. 30с.
8. Рыбакова Л. Е., Пенджиев А. М. Математическая модель расчета температурного режима листа в условиях траншейной теплицы.//Изв. АНТ, сер. ФМТХиГН. 1996. № 2. С. 23 - 29. 160 с.
9. Penzhiev А. М. Experience gained in cultivaning jojoba under arid zone conditions. Problems of desert development, allerton press, Inc. New-York 1997. №6. 7p.
10. Penzhiev A. M. Ecoenergy resources of greenhouse facilities in the arid zone Problems of desert development, allerton, Inc. New-York 1998. №5. 5 p.
EXPERIENCE GAINED IN CULTIVATING TECHNIC JOJOBA UNDER ARID ZONE
CONDITIONS
© 2002. A. M. Penjiev
National Institute of Sport and Tourism of Turkmenistan Turkmenistan, Ashkhabad-32, m. Bikrova, Solncchny gorodok, 4 apt. 1
One of the important directions of development of Turkmenistan economy is strengthening an agriculture cultivation of desert territories, desert of sand, improvement of fodder base of animal industries etc. One of the cultures for the decision of above named tasks is jojoba, or simmondsia Chinese, represents a bush, native land, with which is desert Sonora, is located on north - and southwest of USA in staffs(states) Arizona and California, where drops out 5-18 mm of deposits, temperature of air changes within the limits of-9.4 + 46.1 °С. His(its) fine succulent leaves with a smooth surface are capable to resist to severe external influences and are the important forage for sleep of the mules, large horned cattle and wild animals, and seeds - for birds. The most valuable component in jojoba is the oil, solubility the wax (spermaceti) of which contents changes within the limits of 40-60 %. Contained in seeds, which can serve raw material for producing of cosmetic means ( lipsticks, shampoo, cream, varnishes). It is applied in pharmaceutical (to environments covering tablet; as the stabilizer pensilline;
as substance detaining growth tubercular bacillus; regulations of sugar in blood, in medicines from skin illnesses and so on.), textile (emulson, fabric, ink) and food-processing industry (oil for cooking food, salad oil chewing gum), and also as a lubricant means in boxes of transfers of racing machines and in systems of hydraulic transfer of military and space equipment.
The oil jojoba dissolves at temperature 11.2-11.80. With, hardens at 6.7 C, temperature of boiling is equal 290 C, burning - 337.7 C, viscosity at 37.0 With is equal 290 C, and at 98.0 С -48 Па with. When stored for 25 years it does not lose propeies, and at high ellvated temperature does not evaporate. These properties cannot be compared to one graphite, synthetic lubricant. Just as last the oil jojoba now is considered to be irreplaceable in boxes of racing cars both systems of hydraulic of military and space eguipemeut. Previously oil with such properties was produced from spermaceti of cachalots [1,2].
Experiments for cultivating the jojoba were run in 1985 in solar hothouses of the production assocition "Solntse" with a closed water circulation of the trench type [3].An analysys of the soil is presented in Table 1. On the background of the well fertilized soil, in spring , seeds were planted at depth of one or two centimeters in such soil. Shots appeared in a month . when their height reached 30-50 cm , they were transplanted into a hothouse.
The seedling were spaced 1 m apart. In summer , the plants were weared often - two or three times a week.
Jojoba reacts well to fertilizers. When dressed with nitrogen and phodphours felilizcrs , its growth and development increase rapidly in the rate. The temperature and humidity. Conditions in the hothouse were observed for several years.
In the period of investigations , the maximum temperature in sumer reached 55.3 °C, and the minimum in winter - minus 11.8 °C. Tire maximum humidity was 99.8%, and minimum was 10.4 %. Watering during the fust two-three years in the hothouse was performed strictly in accordance with the results obtained from the empirical formula for the norms and periods between waterinng. The total evaporation is:
E= 2.33 - 0.624 sin 10n - 1.826 cos 10n + 0.123 sin 20n
The evaporation from the surface of the water is:
E= 2.06 - 0.63 sin 10n - 1.35 cos 10n + 0.31 sin 20n
The evaporation from the surface of soil is:
E=2.55 - 0.525 sin 10n - 1.475 cos 10n = 0.757 20n - 0.04 cos 20n
These calculations enable one to determine quite accurately the watering norms for any period of the year. The irrigation norm (M) was determined by the formula.
where i=l,2, ...., is the number of waterings , and m is the watering norm [3].
Calculation showed the irrigation norm per m2 to be 971.72 mm. But it should be noted that under extreme conditions, the jojoba could withstand a prolonged soil drought.
In the third or forth year, began to bear fruit, the latter forms only on female specimen. One shrub yielded 0.7 kg of seeds. When planting the shrubs, it is necessary to consider the presence of male and female, and there should be one male shrub fore every 5-7 female.
We can state that the jojoba can be grown everywhere in Turkmenistan under conditions of sheltered soil, or in open soil under conditions of dry subtropics.
