Козлятник восточный (Галега восточная) — универсальное кормовое растение
Текст: Петр Ярослав Жарчинский, Станислав Сенкевич, Ядвига Вежбовска, Славомир Юзеф Кшебетке (факультет сельского хозяйства и лесоводства Варминско-Мазурского университета в Ольштыне, Польша).
Абстракция
Галега кормовая (Козлятник восточный, или Галега восточная, Galéga orientális)— это многолетнее зимующее растение, которое в последние годы набирает популярность, в основном благодаря своим полезным характеристикам. Многие исследователи отмечают большой потенциал урожайности и исключительную приспособляемость к различным условиям окружающей среды. Целью этого исследования было собрать самые свежие знания об этом ценном растении, члене семейства Fabaceae (Бобовые). Зеленый корм, особенно из молодых растений, обладает очень хорошими биохимическими параметрами, что позволяет использовать его в кормлении животных, в том числе птицы. Плантации кормовой галеги можно создавать на самых разнообразных почвах и во всех системах хозяйствования. Урожайность этого растения ценится во всех хозяйствах: органических, экстенсивных и традиционных. Многие научные исследования продемонстрировали полезность кормовой галеги для защиты сельскохозяйственных угодий, которые периодически исключаются из сельского хозяйства. В последние годы были опубликованы отчеты, свидетельствующие о высоком потенциале этого растения для получения недорогой энергии из своей биомассы. Более того, многие ученые подчеркивали лечебные свойства кормовой галеги.
Преимущества выращивания галеги:
(1) низкая потребность в питательных веществах;
(2) отсутствие угрозы со стороны специализированных вредителей;
(3) положительное влияние на плодородие почвы.
Рекомендуется, чтобы участки, на которых выращивалась кормовая галега в течение нескольких лет, применялись как хорошие предшественники для растений с высокими потребностями в питательных веществах.
1. Введение
Прежде к семейству Leguminaceae относился род Galega, который традиционно включает растение, обычно называемое «козьей рутой». Известны два вида: Galega officinalis Lam. — декоративное и лекарственное растение, которое растет как сорняк в Южной Америке, Новой Зеландии и Центральной Европе; и Galega orientalis Lam. — многолетнее бобовое растение, которое было предметом многочисленных экспериментов и выращивается в Эстонии как ценное кормовое растение с 1972 года.
Фото 1. Кормовая галега в позднем мае (Żarczyński 2003).
После документального подтверждения высокой урожайности Galega orientalis в условиях умеренного климата, преобладающего в Эстонии и скандинавских странах, Эстонский научно-исследовательский институт сельского хозяйства и мелиорации обратился в Международную ассоциацию тестирования семян с просьбой о регистрации. Следовательно, этот вид был внесен в список кормовых растений под названием кормовая галега (G. orientalis), также известная как галега восточная или козлятник восточный. Это название было выбрано, чтобы не путать его с другим видом (G. officinalis), который токсичен для жвачных животных из-за содержания в нем нескольких алкалоидов, включая вазицин и галегин. В настоящее время кормовая галега классифицируется как член семейства Fabaceae, подсемейства Fabaoideae, а известные сорта — Gale, Speranta и Risa. В качестве кормового растения его обычно выращивают в Эстонии, Финляндии, Латвии и России. Поэтому целью данного исследования было собрать самые свежие знания об этом ценном растении.
2. Происхождение и ботанические особенности галеги
Галега кормовая (Galega orientalis) — многолетний вид, происходящий с Кавказа. Его естественная среда обитания — это лесные предгорные районы Армении, Грузии, Дагестана и Азербайджана, расположенные на высоте от 300 до 1800 м над уровнем моря. Характеристики растения, развитого в таких условиях, были успешно сохранены и поддержаны, поэтому выращиваемые сегодня сорта могут выдерживать зимние перепады температур до −25°C без снежного покрова и до −40°C под снежным покровом, а также весенние заморозки до −6°С, не сказываясь отрицательно на их урожайности. Галега кормовая — многолетнее травянистое растение с перисто-сложными темно-зелеными листьями.
Фото 2. Кормовая галега перед третьим укосом (Zarczyński 2021)
Доля листьев в надземной массе может достигать 40–70%, очевидно, в зависимости от стадии развития. Листья расположены на стеблях высотой 40–150 см; стебли более или менее изогнутые в узлах, ветвистые или голые, с рассеянными короткими белыми волосками. Боковые ветви вырастают из узлов на главном стебле. Укоренившиеся побеги корневища появляются весной, давая начало новым ветвям, которые со временем укореняются и становятся новыми независимыми растениями. Прилистники вырастают до 5–20 см в длину; листья имеют 5–10 пар листочков длиной 1,0–4,0 см и 0,4–1,5 см, имеющих продольную, линейно-ланцетную форму. Соцветие длиной от 8 до 27 см представляет собой удлиненный пучок, состоящий из 25–75 цветков, которые имеют почти синий или фиолетовый, реже белый цвет. Полное цветение растений наступает через год после посадки. Плод кормовой галеги представляет собой многосемянный, нерасщепляющийся стручок, содержащий 5–8 семян желто-зеленого цвета, которые по мере созревания становятся коричневыми. Семена 2,5–4,0 мм в длину и 1,7–2,0 мм в ширину, а после полного созревания они гладкие и матовые, как показано на фото. Семена галеги созревают довольно рано, обычно на две недели раньше, чем семена люцерны или клевера лугового.
Фото 3. Кормовая галега: (А) семена; и (B) корневые узелки (Zarczyński 2021).
Galega orientalis это растение с исключительно хорошо развитой корневой системой, состоящей из глубокого стержневого корня, врастающего в почву на глубину до 1 м, а боковые корни вырастают до 70–80 см. Многие исследователи утверждают, что эта корневая система позволяет растению не только иметь хороший доступ к воде и питательным веществам, но и обеспечивать хорошую устойчивость растений в поле. Кормовая галега может размножаться и распространяться двумя способами: путем вегетативного размножения, посылая подземные стебли; и генеративное размножение через семена, которые необходимо инокулировать бактериями рода Rhizobium. Инокуляция обеспечивает более высокие урожаи. Из-за присутствия бактерий рода Rhizobium урожай семян намного выше и лучшего качества. Кормовая галега характеризуется медленным ростом в течение первого года, при этом лишь некоторые растения цветут в конце лета или осенью. Однако, начиная со второго года, растения вступают в период обильного роста, которым они обязаны своей высокоэффективной фиксации атмосферного азота, легкому усвоению питательных веществ из пахотных и субпахотных горизонтов почвы и отсутствию специальных агрофагов.
Продолжительный вегетационный период кормовой галеги, по мнению многих авторов, является фактором, способствующим образованию ею значительных объемов биомассы. Тем не менее, ключевая роль, как утверждается, заключается в чрезвычайно эффективном связывании атмосферного азота клубеньковыми бактериями, симбиотическими по отношению к растению. Как сообщалось, кормовая галега способна накапливать от 180 до 480 кг N/га в год.
Пурпурные и розовые цветки и очень интенсивное цветение растений, которое обычно начинается в последнюю декаду мая и продолжается до конца июня, улучшают визуальную привлекательность участка, на котором растет кормовая галега. Этим объясняется возрастающая популярность кормовой галеги как садового растения. Этот вид производит обильное количество нектара, тем самым являясь ценным кормом для медоносных пчел и других насекомых. За растением можно бесплатно ухаживать в течение многих лет, и каждый год оно способно давать крепкие соцветия, а также обеспечивать приют для многих насекомых-опылителей, мелких птиц и даже некоторых более крупных млекопитающих, таких как олени или зайцы. Поля кормовой галеги, чистой или смешанной с кострецом безостым, являются долгожданным дополнением к ландшафту (наблюдения, сделанные авторами этой статьи в период 1996–2010 гг.) и подходящим растением для «озеленения» пустующих участков.
3. Агрономическая технология кормовой галеги
Кормовая галега, как и большинство мелкосеменных бобовых растений, требует очень тщательной обработки почвы перед посевом. Поскольку этот вид медленно развивается в течение первого года, рекомендуется в максимальной степени очищать поле, предназначенное для засева кормовой галеги от диаспор сорняков. Также рекомендуется выращивать фуражную галегу рядом с другим растением для защиты в течение первого года. Кроме того, чтобы защитить его от сорняков в течение первого года роста, рекомендуется применять гербициды в традиционной системе земледелия; тогда как в органических хозяйствах рекомендуется высевать на 10 кг/га больше семян, а затем проводить механическую прополку. Семена, используемые для посева, должны быть подвергнуты механической или химической очистке, так как это позволяет значительно повысить скорость всходов растений. Для достижения хорошей густоты посевов при чистом посеве необходимо высевать примерно 20–30 кг семян на гектар, то есть 300–500 семян/кв.м, на глубину 1–2 см в рядах, расположенных на расстоянии 12–60 см. Когда кормовая галега выращивается в смеси с травами, борьба с сорняками обычно обеспечивается параллельными рядами травы.
Многочисленные исследования показали, что кормовая галега хорошо дает урожай в различных типах почв с pH от слабокислого до щелочного. Перед посевом семян рекомендуется внести в почву до 30 кг N/га, то есть стартовую дозу азота. Проведенные исследования показали, что кормовая галега хорошо реагирует на фосфорные и калийные удобрения. Их авторы сочли целесообразным ежегодно вносить в почву около 20 кг фосфора и 65 кг калия на 1 га. Внесение азотных удобрений в дополнение к стартовой дозе считается ненужным, а внесение этого компонента удобрения приводит к снижению скорости роста целых растений галеги и снижению урожайности из-за прогрессирующей гибели корневых клубеньковых бактерий. По экологическим причинам следует избегать ситуаций, когда минеральный азот чрезмерно накапливается в почве. Исследования, выполненные Адамовичем, предполагают, что азотные удобрения улучшают качество зеленого вещества кормовой галеги, что, в свою очередь, увеличивает ее кормовую ценность. Непосредственно перед посевом семена кормовой галеги необходимо засеять бактериями рода Rhizobium; в качестве альтернативы эти бактерии следует внедрять в почву раньше. Инокуляция семян подходящим штаммом бактерий может привести почти к двукратному увеличению выхода сухого вещества кормовой галеги. Такая обработка оказывает значительное влияние на качество собранного урожая. Другие исследователи продемонстрировали, что когда семена галеги инокулировали Rhizobium galegae, собранная биомасса галеги содержала больше азота, фосфора и магния. При выращивании кормовой галеги на семена можно получить урожай семян 170–598 ц/га. Урожайность семян в основном зависит от погодных условий, особенно от количества осадков, а также от присутствия и количества насекомых-опылителей на данном участке. Есть еще одно преимущество от выращивания кормовой галеги: даже если ее выращивают на одном и том же поле более десяти лет, нетрудно впоследствии переоборудовать это поле для других целей. Фуражная галега, выращиваемая в течение нескольких лет, может служить хорошей предшествующей культурой для озимой пшеницы. Результаты, полученные многими исследователями, доказывают превосходное положительное влияние кормовой галеги на плодородие почвы, характеризующееся значительным увеличением содержания в почве органического углерода, азота или доступных форм питательных веществ, даже когда плантации галеги не были удобрены. Участок после кормовой галеги считается свободным от патогенов и богат питательными веществами (особенно азотом), которые являются факторами, непосредственно ответственными за урожай последующих культур.
4. Использование галеги в качестве кормов
Урожайность кормовой галеги хорошо изучена во многих странах Европы. На основании результатов исследований, проведенных многими учеными, можно сделать вывод, что урожайность этой культуры перед другими многолетними зернобобовыми растениями, такими как люцерна или клевер, увеличивается с более северным расположением участка произрастания в Европа. Чем суровее условия для роста и развития галеги, тем она продуктивнее по сравнению с менее адаптивными видами, например люцерной или клевером. Растение также подходит для выращивания в суровых условиях Северной Америки. Исследования, проведенные на обширной территории в Канаде, подтвердили его пригодность в качестве корма, и результаты показывают, что урожайность галеги не уступает люцерне или красному клеверу. Подобные сообщения поступали из Японии, где это растение давало более стабильные урожаи, чем люцерна или красный клевер в суровых условиях Хоккайдо. Galega orientalis рекомендована многими исследователями как высокопродуктивное кормовое растение с очень высокой питательной ценностью. Одной из причин его высокой урожайности, которая достигает 80 тонн зеленого вещества с 1 га в год, является его высокая приспособляемость к новым условиям и хорошая урожайность даже при неблагоприятном распределении осадков в период вегетации растения. Исследования показали, что повышенная продуктивность является следствием очень компактного травяного покрова, которое кормовая галега способна развивать и сохранять в течение нескольких лет. Еще одним преимуществом этого вида является его высокий суточный прирост, который при благоприятных условиях может достигать даже 4 см в день. Кроме того, следует отметить, что в течение нескольких лет на посеве галеги не наблюдалось других растений, что, по мнению ученых, положительно сказывается на урожайности биомассы. Кормовую галегу, выращиваемую на корм, необходимо скашивать в первые дни цветения, что обеспечивает ее более высокую питательную ценность и наилучшее соотношение выхода белка к общему урожаю растений. Рекомендуется кошение дважды в год, так как кошение три или четыре раза в год приводит к снижению урожайности. Задержка срока сбора урожая, особенно времени первого скашивания, приводит к быстрому ухудшению питательной ценности корма. Свежий корм галеги богат белком, макро- и микроэлементами, витаминами (особенно витамином С) и каротином. Поэтому он подходит как для прямого выпаса, так и для производства сухих кормов, сена и силоса.
Свежий аромат корма способствует его употреблению животными. Преимущество галеги при заготовке сена состоит в том, что листья остаются на стебле, что сводит к минимуму потери наиболее питательных частей растения и увеличивает ценность корма. Кормовая смесь для животных может играть ключевую роль в балансе белков, а также основных минеральных компонентов. Зеленые корма этого вида характеризуются высоким содержанием кальция, калия и натрия, оптимальной концентрацией магния для жвачных животных и относительно низким содержанием фосфора. Содержание необходимых в питании животных микроэлементов удовлетворительное. Железо и марганец, присутствующие в галеге, могут удовлетворить ежедневную потребность в этих элементах в питании животных. Однако кормовая галега имеет низкое содержание меди, цинка.
Все эти особенности зеленого вещества галеги делают ее высокопитательным кормом, который охотно поедают крупный рогатый скот, овцы или козы. Недавние отчеты показали возможность использования высушенной кормовой галеги в кормлении птицы. Добавление кормовой галеги в корм улучшает его усвоение, положительно влияет на обмен веществ и укрепляет иммунную систему. Galega orientalis является более ценным кормом, чем традиционные кормовые растения, например, красный клевер и тимофеевка, на ранних стадиях роста (т. е. во время бутонизации и раннего цветения). Благодаря высокому содержанию общего белка, которое достигает 231 г/кг сухой массы, и наличию некоторых аминокислот (аспарагиновой кислоты, глутаминовой кислоты, фенилаланина) зеленую кормовую галегу можно использовать в качестве замены постэкстракционного соевого шрота. Содержание экзогенных аминокислот в белке кормовой галеги колеблется в пределах 30–46% в зависимости от стадии развития растения. По содержанию аминокислот белок в кормах зеленого галеги сравним с таковым в клевере луговом и существенно не отличается от люцерны. Поскольку это растение богато белком, кормовой силос с низким содержанием влаги можно с успехом добавлять в кукурузный силос в кормовой рацион молочных коров. Его доля в кормовой смеси не снижает удой дойных коров. Сообщалось о положительных результатах кормления телок кормовой галегой. Было установлено, что ежедневный прирост телок составлял 634 г/день (свободный выгул) и 863 г/день (стойла-бокс - закрытая система). По сравнению с животными, которых кормили травяным силосом, силос из зеленой галеги давал более высокие суточные привесы на 70 г/день (свободный выгул) и 61 г/день (стойла-бокс - закрытая система). Средняя концентрация перевариваемой энергии, как в единицах энергии, так и в единицах корма, в корме галеги, скармливаемой КРС, была аналогична концентрации энергии у клевера лугового, озимой вики и желтого люпина, но ниже, чем у белого клевера. Отрицательные свойства, ограничивающие долю галеги в кормах, включают высокое содержание сырой клетчатки, нейтрального детергентного волокна (NDF), кислотного детергентного волокна (ADF) и кислотного детергентного лигнина (ADL). В свою очередь, высокая концентрация кальция в галеге может привести к гиперкальциемии у животных.
5. Использование кормовой галеги для защиты залежей и загрязненных почв
Кормовая галега настоятельно рекомендуется для многолетней защиты ценных земель для ведения сельского хозяйства, а также для рекультивации деградированных земель. Полезность кормовой галеги также была подтверждена для мониторинга и контроля экологических опасностей, связанных с полученными из нефти веществами, например, топочным мазутом.
По мнению многих авторов, пышный и быстрый рост кормовой галеги со второго года культивирования и ее высокая плотность, способствующая борьбе с сорняками, могут иметь важное значение в управлении залежными землями. Сообщалось об относительно низкой чувствительности этого растения к заражению сорняками и его способности образовывать значительную массу под землей, что способствует улучшению почвы. Следовательно, растение можно успешно высевать как самостоятельно, так и в смесях с травами.
Фото 4. Кормовая галега + костёр безостый в конце мая (Zarczyński 2003).
В обоих случаях поле галеги или ее смеси с костецом безостым, покрывающей залежь, характеризуется чрезвычайно долгой устойчивостью, особенно в последующие годы роста. Еще одним преимуществом этого растения является его хорошая приспособляемость к различным, часто изменчивым, условиям обитания. Кормовая галега - это вид, рост которого часто носит инвазивный характер. Жарчиньски и Сенкевич отметили, что отличный способ защитить землю, временно выведенную из эксплуатации — это поддерживать кормовой галегой, которая дает большое количество как зеленой, так и сухой массы. Смесь кормовой галеги и безостого костра, по мнению авторов, будет давать чуть меньше биомассы ежегодно. Следует отметить, что как кормовая галега, так и смесь кормовой галеги и безостого костра могут быть рекомендованы, по мнению авторов, для временного управления ценными землями, выведенными из возделывания. Органическое вещество, производимое кормовой галегой, может давать такие же результаты, как и навоз, особенно с точки зрения поступления азота в почву. Чтобы предотвратить накопление чрезмерного количества минерального азота в почве, залежи желательно засевать смесью галеги и травы. Этот тип смеси также снижает выбросы азота в атмосферу. Исследования показали, что как кормовая галега, так и ее смесь с безостым костром способны накапливать значительные уровни макроэлементов. В определенной степени это является следствием большого количества биомассы, производимой галегой в первый год. Высокая продуктивность как надземных органов, так и хорошо развитая и раскидистая корневая система является потенциальным источником органических веществ. Исследователи пришли к выводу, что несколько лет залежи земли под кормовой галегой повлекли за собой систематическое накопление органических веществ в залежи. Дернование залежи кормовой галегой способствует повышению концентрации ценных макро- и микроэлементов. У кормовой галеги сильная корневая система, которая способствует усвоению питательных элементов из естественных запасов почвы. Все эти свойства галеги означают, что поля, засеянные этим растением, обогащены общим азотом и органическим углеродом, а также улучшается доступность других питательных веществ.
6. Использование энергии кормовой галеги
Кормовая галега рекомендована многими исследователями как продуктивное и устойчивое энергетическое растение. Этот вид способен производить большое количество сухого вещества, что является одним из основных требований для энергетических растений. Среди множества преимуществ этого вида исследователи выделили два: а именно стабильно высокую продуктивность и выработку энергии при относительно низкой стоимости удобрений, что следует из симбиотических отношений галеги с клубеньковыми бактериями. Теплотворная способность 1 кг сухого вещества находится в пределах 16,7–18,7 МДж, что сопоставимо со сладким сорго, мискантусом, соломой, корой деревьев и лигнитом. Использование биомассы галеги в качестве источника возобновляемой энергии не приводит к таким высоким выбросам диоксида серы или оксидов азота, как при сжигании каменного угля.
За исключением сжигания биомассы, хорошие экономические эффекты также дает газификация свежей или силосованной галеги, при этом газификация свежих растений дает лучшие результаты. Определен состав золы после сжигания галеги. Она содержит значительное количество калия и кальция и немного меньше магния и фосфора. Эту золу можно успешно использовать для удобрения многих сельскохозяйственных культур.
Так же, как и при выращивании кормовых культур, семена растений, выращиваемых для получения энергии, должны быть инокулированы. Это может производить в среднем в 1,9 раза больше энергии по сравнению с плантациями, где не использовались Rhizobium galegae. Посев галеги в смесях с травами способствует усвоению питательных веществ, увеличивает долю сухого вещества в общем урожае этого вида и улучшает ферментационные свойства собранной биомассы. Даже в высокогорных местах на бедных почвах, лишенных гумуса, этот вид производит энергию на уровне 115-153 Гдж/га. Также сообщалось о высокой теплотворной способности этого растения, подтверждая полезность кормовой галеги как при экстенсивном выращивании, так и с использованием технологий интенсификации. По мнению ученых, газификация зеленой галеги может принести энергии в 3,7 раза больше, чем урожай кукурузы, что частично является результатом более низкой стоимости удобрений и защиты растений. В исследовании показывалось, что энергетические плантации необходимо удобрять (20 кг N, 50 кг P, 150 кг K и 150 кг Ca на гектар). Предложенный выше режим удобрения почти удвоил энергоэффективность кормовой галеги на 1 га.
7. Кормовая галега в медицине
Кормовая галега использовалась в народной медицине задолго до того, как были предприняты попытки объяснить, как она влияет на организм человека. Сегодня Gallega officinalis, также известная как лекарственная галега, имеет более широкое применение в медицине, но исследования показывают, что G. orientalis также может использоваться в лечебных целях. Анализ состава этого растения показывает, что оно богато аскорбиновой кислотой, каротином, алкалоидами, макро- и микронутриентами, что делает его полезным в лечении. Дальнейшие исследования показывают, что G. orientalis обладает свойствами, регулирующими метаболизм сахара в организме. Гуанидины, содержащиеся в галеге, ответственны за гипогликемический эффект, поскольку они помогают улучшить чувствительность периферических тканей (включая скелетные мышцы и печень) за счет активации и транслокации мембран транспортных каналов GLUT1 и GLUT4. Гуанидины подавляют глюконеогенез, по-видимому, влияют на липидный профиль пациентов, снижают уровень холестерина и триглицеридов, а из-за их мочегонных свойств снижают кровяное давление. Гуанидины служили предшественниками противодиабетических средств для лечения диабета 2 типа или инсулинорезистентности. Из-за своего состава галега была определена как растение с антибактериальными, противовоспалительными, антиоксидантными и стимулирующими лактацию свойствами. Хорошая антиоксидантная активность также была обнаружена в экстрактах семян галеги.
8. Пробелы в знаниях о кормовой галеге
Перспективы дальнейших исследований в области кормовой галеги должны быть сосредоточены на:
— Изучение свойств корневой системы, позволяющих лучше использовать питательные вещества;
— Определение пригодности для использования в кормах в смесях с травами, особенно в системе экстенсивного органического земледелия;
— Энергетическое использование биомассы кормовой галеги не только из монокультуры этого растения, но преимущественно в смесях с травами;
— Изучение возможности газификации этого растения, его смесей с травами или другими источниками энергии и определение ценности удобрения полученного дигестата;
— Определение исследований по последующему влиянию на урожайность сельскохозяйственных растений.
9. Выводы
Кормовая галега — долговечный, многолетний вид, принадлежащий к семейству Fabaceae. Для него характерен медленный рост в начальный период роста, однако в последующие годы выращивания он показывает высокий потенциал урожайности. Многолетние исследования в области селекции позволили получить различные сорта этого вида, отвечающие ожиданиям с точки зрения использования кормов и энергии, а также защиты залежей или рекультивации загрязненных земель. Стоимость получения биомассы, белка или энергии из кормовой галеги относительно невысока из-за возможности симбиоза между этим растением и клубеньковыми бактериями. Исследования в области медицинского применения этого растения считаются развивающими. Ввиду меняющегося подхода к биоразнообразию, включая защиту животных (особенно опылителей), можно рекомендовать выращивание этого растения. Все чаще появляются мнения о том, что у кормовой галеги есть очень хорошие шансы попасть в рамки новой европейской зеленой сделки. Низкие потребности этого вида в питательных веществах и отсутствие угроз со стороны специализированных вредителей могут способствовать выращиванию этого растения в более крупных масштабах, чем в настоящее время. Кроме того, еще одним большим преимуществом этого растения является его очень положительное влияние на плодородие почвы. После нескольких лет выращивания кормовой галеги такие участки можно считать очень хорошими предшественниками и использовать их для растений с высокими потребностями в питательных веществах.
Все ссылки на ранние исследования — в источнике.
Материал распространяется с сокращениями в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution ( CC BY)