Heracleum sosnowskyi (Apiaceae): eradication or wise utilization of plant raw Materials?

Full Text

За период возделывания борщевика Сосновского (Heracleum sosnowskyi Manden. Apiaceae) в качестве силосного растения он широко распространился в Восточной Европе [1–3], однако размер его вторичного ареала до сих пор не установлен [4–8]. В настоящее время значительные по размеру площади на территории Российской Федерации покрыты монодоминантными зарослями этого инвазионного вида [9–12]. Несмотря на применяемые меры по уничтожению борщевика Сосновского, продолжается увеличение его численности в очагах заноса, а также распространение в свободные от него регионы. Поиски путей действенного контроля инвазии привели к идее использования биомассы зарослей этого растения с целью сдерживания его экспансии.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ ФИТОМАССЫ БОРЩЕВИКА СОСНОВСКОГО

В период выращивания борщевика Сосновского в качестве кормовой культуры (1947– 1980-е годы) были выявлены такие его качества, как холодоустойчивость, неприхотливость к условиям произрастания, быстрый рост в весенний период, образование большой зеленой массы, содержащей витамины, микроэлементы, протеин, углеводы, эфирные масла [13, 14]. Всестороннее изучение этого возделываемого растения осуществлялось и за рубежом [5, 15, 16].

В годы после прекращения возделывания борщевика Сосновского его отрицательное воздействие на биологическое разнообразие растительных сообществ, сокращение из-за распространения этого ядовитого растения площади рекреационных территорий, нанесение вреда сельскому хозяйству и здоровью людей перевесили его положительные свойства. Однако в последнее время активно развивается направление поиска различных возможностей использования его биомассы. Так, было предложено частично заменить древесное сырье при производстве внутренних слоев упаковочного картона целлюлозой, полученной из стеблей борщевика Сосновского [17]. Высокое содержание сахаров в зеленой массе инициировало исследования по получению из нее биоэтанола [18], в результате чего был получен патент на его выработку из дикорастущего и культивируемого борщевика [19]. Жом, остающийся после отжима сока из зеленой массы борщевика для получения биоэтанола и сахара, предложено силосовать вместе с силосными культурами, богатыми белком [20]. Рассматривается возможность использования в ближайшем будущем борщевика Сосновского в качестве источника эфирных масел и биологически активных веществ [21]. Показано, что обработка травостоев пектиновыми полисахаридами (регуляторами роста), в том числе, из борщевика Сосновского, значительно увеличивает урожайность второго укоса кормовых трав без влияния на качественный состав растений [22], обработка ими же семян и всходов моркови ускоряет появление всходов и увеличивает массу корнеплодов [23], а обработка этими полисахаридами клубней и проростков картофеля обеспечивает повышение урожайности и увеличение содержания в клубнях крахмала, витамина С и сухого вещества [24]. Предложено использовать скашиваемую в процессе борьбы с борщевиком Сосновского зеленую массу для изготовления органических удобрений (компоста) [25]. В прошлом веке борщевик Сосновского использовался как кормовое и силосное растение [26], но и в начале третьего тысячелетия рассматриваются возможности его выращивания в этом же качестве [27], хотя польза его неоднозначна: растение содержит много белка, но количество фурокумаринов в нем должно строго регулироваться, а силос из него рекомендовано скармливать животным, не предназначенным для получения приплода и молока [28]. Выявлены лекарственные свойства борщевика Сосновского, обусловленные содержанием фурокумаринов и кумаринов, которые проявляют противоопухолевую [29, 30] и антиоксидантную активность [31] при лечении некоторых заболеваний [32–34]. Для получения эфирных масел, пригодных для использования в качестве сырья в парфюмерной и косметической промышленности, предлагается даже восстанавливать и расширять плантации этого вида [14].

Все идеи современного практического использования зеленой массы борщевика Сосновского для получения полезной продукции базируются на существовании обширных территорий, покрытых его зарослями, которые воспринимаются как легко доступное естественно произрастающее и ежегодно самовоспроизводящееся сырье. Считается, что можно избежать расходов на его выращивание и планировать затраты только на заготовку и переработку сырья [35], причем переработка борщевика Сосновского в полезные для общества продукты рассматривается как механизм ограничения его распространения [36]. На самом деле это не так.

ПОЧЕМУ ЗАРОСЛИ БОРЩЕВИКА СОСНОВСКОГО НЕ МОГУТ БЫТЬ ЛЕГКОДОСТУПНЫМ САМОВОСПРОИЗВОДЯЩИМСЯ СЫРЬЕМ

В естественных условиях популяции борщевика Сосновского включают растения трех типов жизненных форм: поликарпические особи, плодоносящие несколько раз в течение многолетнего жизненного цикла (1.2%); монокарпические многолетние, пребывающие в вегетативном состоянии несколько лет (41.3%); монокарпические двулетние, плодоносящие и отмирающие на второй год жизни (57.5%) [13]. Двулетние растения могут находиться и в вегетативном (период от прорастания до первого цветения) и в генеративном (репродуктивном) состоянии (период образования генеративных органов) [37]. В естественных условиях популяция борщевика Сосновского поддерживается семенным возобновлением, которое обеспечивается, главным образом, монокарпическими двулетними особями, плодоносящими на втором году жизни. Кроме того, задержавшиеся в вегетативном периоде многолетние монокарпические особи через 10–12 лет переходят в генеративное состояние и обсеменяются. Свою лепту в поддержание популяции вносят и крайне редко встречающиеся поликарпические особи, плодоносящие несколько раз в течение многолетней жизни [13, 38].

При использовании зарослей борщевика Сосновского на заброшенных землях для получения сырья, естественный процесс возобновления нарушится. Из опыта его возделывания известно, что для получения наибольшего урожая зеленой массы борщевика с сохранением наибольшего количества полезных веществ рекомендуется первый укос производить в фазе начала цветения [13], а второй – не позднее чем за месяц до наступления устойчивого похолодания [35]. Вследствие первого же скашивания, а тем более, последующих, взрослые генеративные растения борщевика перейдут на вегетативный этап развития, который затянется на несколько лет. Поступление семенного материала в почву под популяцией прекратится, что поставит под угрозу ее поддержание: ведь недаром уничтожение цветущих особей рассматривается как главный способ борьбы с обсеменением, а, значит, с распространением борщевика Сосновского [39]. При этом в первый год пользования зарослей борщевика на брошенных землях будут скошены растения, выросшие примерно из 80% семян, образовавшихся в предшествующем году. После прорастания оставшихся 20% семян семенное возобновление борщевика на этой территории практически прекратится на весь период его регулярного скашивания. Более того, получены данные, свидетельствующие о том, что основная часть семян борщевика Сосновского сохраняет жизнеспособность не более одного сезона [2]. Не исключено, что через 30–40 дней после первого скашивания из почек, расположенных в пазухах листьев ниже поверхности почвы, могут появиться боковые побеги с соцветиями [39], поскольку заложение генеративных структур у борщевиков происходит в первый год вегетации [21], но повторные скашивания не позволят образоваться и созреть семенам.

В то же время нельзя рассчитывать, что многократное ежегодное скашивание зеленой массы борщевика Сосновского на брошенных землях решит проблему сырья для производства. Первый укос составляет около 80% от общего урожая, а многократное скашивание приведет к тому, что растения уйдут под зиму неподготовленными к периоду зимнего покоя и впоследствии погибнут [13]. Кроме того, общеизвестно, что многократное скашивание представляет собой один из агротехнических приемов борьбы с сорными растениями, так как при этом происходит их истощение [40]. Также не уйти от проблемы выпадения растений борщевика в малоснежные зимы с продолжительными оттепелями [41].

Следовательно, без надлежащей поддержки, которую оказывают возделываемым растениям, используемая популяция как источник сырья вскоре потеряет свою рентабельность, ее нужно будет оставить на несколько лет для возобновления травостоя и перейти на другие территории, заросшие борщевиком. При этом затраты на заготовку сырья увеличатся за счет транспортных расходов для доставки зеленой массы из отдаленных районов к месту переработки. Следовательно, дальнейшее существование перерабатывающих предприятий будет зависеть только от возобновления возделывания борщевика Сосновского как культуры, что уже предлагалось [14]. Высказанное в публикациях стремление получать в приемлемых количествах дешевое биотопливо, которым можно обеспечить не только внутреннюю потребность, но и экспорт биоэтанола [18], может быть реализовано только при условии возвращения борщевику Сосновского статуса сельскохозяйственной культуры и возделывания его на высоком уровне агротехники [42]. Но, как известно, уже в 2013 г. сорт борщевика Сосновского “Северянин” не был включен в “Государственный реестр селекционных достижений, допущенных к использованию” [43] как утративший хозяйственную полезность. В 2014 г. из “Общероссийского классификатора продукции по видам экономической деятельности” [44] были исключены коды продукции этого растения – зеленая масса и семена, а с 2015 года борщевик Сосновского включен в “Отраслевой классификатор сорных растений Российской Федерации” [45]. Следовательно, чтобы выращивать борщевик Сосновского как культуру, необходимо вывести его из классификатора сорных растений и вновь включить коды зеленой массы и семян этого растения в “Общероссийский классификатор продукции”.

ВЕЛИКА ЛИ ПОТРЕБНОСТЬ В ФИТОМАССЕ БОРЩЕВИКА СОСНОВСКОГО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫШЕНАЗВАННОЙ ПОЛЕЗНОЙ ПРОДУКЦИИ?

Активное обсуждение темы производства биоэтанола из борщевика Сосновского обусловлено тем, что растительное биотопливо до сих пор изготовляется в странах, его производящих, из сельскохозяйственных растений (рапса Brassica napus L., пшеницы Triticum aestivum L., кукурузы Zea mais L., свеклы сахарной Beta vulgaris L.). Это приводит к конфликту использования сельскохозяйственных ресурсов для производства биотоплива и как источника питания для населения, поскольку это касается продовольственной безопасности стран и влияет на объем выработки пищевых продуктов, цены на продовольствие, на разнообразие возделываемых культур и структуру площадей сельскохозяйственных земель [42, 46]. При этом, с точки зрения экологии, у производства растительного биотоплива практически нет преимуществ, поскольку на получение одного литра биотоплива затрачивается столько же литров дизельного топлива для сельхозтехники, собирающей растительное сырье с полей [46]. Стремление использовать зеленую массу борщевика Сосновского для производства биотоплива с целью избавиться от этого агрессивного растения понятно [35], но, как показано выше, это приведет не к освобождению территории сельскохозяйственных земель от его зарослей, но, наоборот, будет инициировать возобновление его возделывания уже не как силосной, но как технической культуры с уходом от решения проблемы очищения территорий, охваченных инвазией этого вида.

Российская Федерация, обладающая огромными запасами углеводородов, является основным поставщиком энергетических ресурсов в мире, и здесь пока не распространено использование биоэтанола в качестве топлива для автомобилей. Тем не менее в 2009 году в России было произведено около 500 млн. л биоэтанола из растительного сырья и отходов древесины. В настоящее время осуществляется разработка биотоплива второго поколения (2G), получаемого из непродовольственного сырья: “отдельные виды специально выращиваемых энергетических растений, отходы деревообработки и пищевые отходы” [47:58). Также предлагается использовать для этой цели водоросли [48]. Пока основным источником производства биоэтанола в РФ является пищевое сырье (зерновые культуры). Однако рассматривается возможность использования для этой цели других крахмалосодержащих продуктов: мелассы (отходов сахарного производства), картофеля Solanum tuberosum L., а также клубней и зеленой массы топинамбура Helianthus tuberosus L., который выращивается в РФ в Нижегородской, Липецкой, Тверской, Рязанской, Тульской, Ульяновской, Костромской, Волгоградской, Омской, Брянской, Московской, Саратовской, Ярославской областях, Республике Чувашия, Краснодарском и Ставропольском краях [47]. Из вышеприведенного следует, что кроме борщевика Сосновского Россия располагает достаточным ассортиментом видов сырья для производства биоэтанола.

Помимо биоэтанола, рассматривается возможность получения из биомассы борщевика Сосновского другого вида биотоплива – топливных гранул [49]. Вместе с тем, проблема получения твердого биотоплива может быть успешно решена и без использования борщевика: промышленное твердое биотопливо получают из отходов растительных и древесных производств, что решает проблему утилизации отходов, а инвестиции в это направление увеличились с 2008 г. и продолжают расти [46]. В нашей стране с начала третьего тысячелетия активно развивается биотопливная промышленность: совокупная номинальная мощность заводов по выпуску топливных гранул составляет более 3 млн. т продукции в год, но это не предел. В настоящее время в лесном секторе РФ ежегодно образуется 20–30 млн. т (730 млн. м³) отходов древесины, практически не используемой (гниет, сгорает, перестаивает), при переработке которой можно получить более 250 млн. т биотоплива в виде топливных гранул и брикетов – наиболее технологичного вида твердого топлива, объемы потребления которого постоянно растут [50]. Тем более, что древесина – это естественно возобновляемое сырье, а существующие заросли борщевика Сосновского будут полноценно возобновляться только при уходе за ними, как за технической культурой. Так, может быть стоит обратить усилия на использование отходов древесины для получения твердого биотоплива, а не возобновлять для этой цели возделывание культуры борщевика Сосновского?

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ФИТОМАССЫ БОРЩЕВИКА СОСНОВСКОГО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛЕЗНОЙ ПРОДУКЦИИ НЕ СПОСОБСТВУЕТ СДЕРЖИВАНИЮ ЕГО ДАЛЬНЕЙШЕГО РАСПРОСТРАНЕНИЯ

Таким образом, наиболее активно обсуждаемые аспекты возможного использования полезных свойств борщевика Сосновского для получения продукции могут быть реализованы в промышленных масштабах только при условии возделывания этого растения как технической культуры, и при этом он будет продолжать распространяться на не занятые им территории. Как показано выше, монодоминантные заросли борщевика на брошенных землях истощатся через несколько лет после начала их использования для получения сырья, и, если вид не будет переведен в возделываемую культуру, они будут также заброшены, как это случилось в 1980-е годы. Использование зарослей борщевика Сосновского на других экотопах в качестве сырья для получения полезной продукции с целью ограничения его неконтролируемого распространения [18, 37] экономически нецелесообразно по следующим причинам. Например, заросли борщевика по обочинам транспортных путей произрастают прерывистыми группами совместно с другими сорным растениями, что требует не сплошного, а выборочного их скашивания, что затрудняет заготовку сырья. Кроме того, дорожные службы регулярно проводят очистку обочин транспортных путей, сплошь скашивая сорные растения вместе с борщевиком или обрабатывая обочины гербицидами. Очень много борщевика в придорожных лесополосах, но он здесь перемежается с зарослями ольшаника и ивняка и добыча его возможна только ручным способом, что весьма трудоемко и нерентабельно. Заросли борщевика по берегам рек, мелких речек и водоемов сложно использовать не только потому, что борщевик в этих условиях, как правило, произрастает в зарослях кустарников, но и потому, что к этим местам часто затруднен подъезд транспорта для вывоза сырья. Сбор растений борщевика в агроэкосистемах (межи, канавы, окраины полей и обочины полевых дорог), как и в населенных пунктах и на особо охраняемых природных территориях возможен только единожды, путем выкапывания растений целиком, чтобы не допустить их возобновления [51, 52]. Понятно, что сбор сырья в таких экотопах производиться не будет, следовательно, распространение борщевика Сосновского будет продолжаться.

БОРЩЕВИК СОСНОВСКОГО – УГРОЗА БИОРАЗНООБРАЗИЮ НА ЗЕМЛЯХ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ

В настоящее время на территории РФ борщевик Сосновского приурочен в большей мере к антропогенным, а не естественным местообитаниям [53]. Но отмечено, что борщевик способен к внедрению в нижний ярус [54] лесных сообществ с несомкнутым древесным пологом [38], встречается небольшими группами из вегетативных особей на окраинах лесов, а также образует крупные заросли на лесных участках, подверженных сильному антропогенному воздействию [55]. Наибольшее количество очагов отмечается по берегам водоемов. Внедрение борщевика Сосновского в естественные фитоценозы приводит к их деформации [56], ведет к снижению биоразнообразия сосудистых растений в них в среднем на 26% [57]. Причинами этого могут служить как морфологические особенности борщевика, так и высокая аллелопатическая активность в отношении многих видов растений [58].

Наиболее пострадавшими от внедрения борщевика Сосновского являются земли сельскохозяйственного назначения, при этом пахотные земли пока затронуты слабо. Еще десяток лет назад случаи внедрения борщевика Сосновского в агрофитоценозы были весьма редки: он отмечался, главным образом, по краям полей [59], в посевах зерновых культур с низкими показателями обилия [60], в посевах люцерны [61]. Но уже в 2015 г. борщевик засорял поля озимой тритикале, многолетних трав, картофеля и овощных культур [62]. Но пока завоевание сегетальных местообитаний идет медленно, основные массивы монодоминантных зарослей простираются на сельскохозяйственных землях, выведенных из активного использования, а также на рудеральных местообитаниях в пределах агроэкосистем, что приводит к снижению биоразнообразия на сельскохозяйственных землях. Принято считать, что биоразнообразие сосредоточено в природных сообществах и на них нужно направлять усилия по его сохранению. На самом деле в условиях увеличивающегося антропогенного влияния на естественные растительные сообщества фиторазнообразие сосредоточивается на нарушенных территориях, в том числе и на сельхозземлях, на сегетальных и рудеральных местообитаниях и связано видами-апофитами с фрагментами природных сообществ, включенных в агроландшафты. Агроэкосистемы включают виды растений, являющиеся источником дикорастущего лекарственного, пищевого (включая медоносы) и технического сырья. Многие из них являются дикими родичами культурных растений, способствующими, при использовании их в селекции, улучшать хозяйственно-ценные качества культурных растений. Значение фиторазнообразия агроэкосистем усиливается тем, что входящие в них растения являются прибежищем полезной энтомофауны, снижающей численность насекомых-вредителей и опыляющей культивируемые растения [63]. Следовательно, продолжающееся распространение борщевика Сосновского по территории сельскохозяйственных земель наносит несоизмеримо больший вред, чем это принято считать.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. ВОЗДЕЛЫВАТЬ ИЛИ УНИЧТОЖАТЬ?

Таким образом, с одной стороны, борщевик Сосновского Heracleum sosnowskyi представляет собой растение, обладающее широким спектром полезных качеств, благодаря которым его возделывали с применением агротехнических средств защиты [13]. С другой стороны, его отрицательные качества оказались несоизмеримо более значимыми, что обусловило разработку мер борьбы с ним, в том числе с помощью вредителей, от которых его ранее защищали [64], для исключения его вредоносного действия на людей и растительные сообщества [39].

С борщевиком Сосновского происходит то же самое, что и с другим инвазионным видом – золотарником канадским Solidago canadensis L.: его оценка менялась от декоративного растения (в случае с борщевиком – кормового) до злостного инвазионного, а затем – ресурсного вида [65], который, как и борщевик Сосновского, продолжает завоевывать все новые территории [66]. Одновременное отнесение этих видов к категориям и ресурсных и инвазионных представляет собой противоречие, но ведь многие виды, включенные в “Отраслевой классификатор сорных растений Российской Федерации”, в то же время являются лекарственными, а также дикорастущими родичами культурных растений [63].

Рассматриваемые в научных публикациях способы использования имеющихся на заброшенных землях зарослей борщевика Сосновского разработаны без учета особенностей перехода существующих без антропогенного вмешательства популяций этого вида в состояние регулярной эксплуатации. Эксплуатация неизбежно внесет значительные изменения в их возобновление, снизит урожайность борщевика и рентабельность производства. Прежде чем разрабатывать технологические схемы получения полезной продукции из борщевика Сосновского и строить перерабатывающие предприятия, следует тщательно изучить особенности роста и развития этого растения и его популяций, о чем кратко сказано выше. Существующие заросли этого растения не являются самовозобновляющимся, дешевым сырьем, для получения продукции придется вернуться к возделыванию борщевика Сосновского как культуры. Вероятно, повторное возвращение борщевика Сосновского в культуру в связи с его богатым биохимическим составом представляет определенный практический интерес. В случае возвращения ему статуса культурного растения, сырье для получения полезной продукции, с учетом биологических особенностей этого растения, безусловно, должно выращиваться на пахотных землях под строжайшим контролем, предотвращающим “бегство из культуры” [67]. С другой стороны, возможно, представляет определенный интерес рассмотрение вопроса возврата брошенных земель сельскохозяйственного назначения, занятых зарослями борщевика Сосновского, в активное землепользование, поскольку на них в течение длительного времени после уничтожения борщевика сохраняется высокий уровень плодородия почвы [68].

Каким бы образом не был решен вопрос использования зарослей борщевика Сосновского на брошенных землях, это не отменит его статуса самого опасного (наряду с амброзией полыннолистной Ambrosia artemisiifolia L.) заносного вида в Средней России и не решит проблему предотвращения его дальнейшего распространения. Продолжая оставаться сильнейшим фактором, угрожающим биоразнообразию на территории России, борщевик Сосновского требует неослабевающего контроля на границе между зараженными и незараженными им территориями посредством фитосанитарного мониторинга [69]. Успешная реализация системы контроля этого вида возможна только на основе придания ему статуса карантинного объекта [70], в отношении которого станет обязательным “локализация очага карантинного объекта и (или) ликвидация популяции карантинного объекта” [71, статья 2.5], с целью предотвращения его дальнейшего распространения [там же, статья 2.25], в условиях принятия фитосанитарных мер [там же, статья 2.24], обязательных к исполнению [там же, статья, 2.18; 72].

About the authors

N. N. Luneva

Author for correspondence.
Email: natalja.luneva2010@yandex.ru
Russian Federation, St. Petersburg

References

Supplementary files