Itāļu zinātnieki ir izpētījuši nepretenciozais topinambūra priekšrocības. Izrādās, ka šī ir sava veida neaizstājama kultūra atjaunojamās enerģijas ražošanai.
Savā zinātniskajā darbā Tušijas Universitātes Lauksaimniecības un meža zinātņu fakultātes (DAFNE) itāļu zinātnieku komanda izskaidro, kāpēc topinambūrs ir tik labs un nozīmīgs.
Nesen biodegviela ir kļuvusi par stratēģisku virzienu, lai samazinātu transportlīdzekļu radītās emisijas. Bet tajā pašā laikā biodegvielas ražošana arvien vairāk tiek pieminēta tās negatīvo seku kontekstā, jo galvenajām kultūrām, kas paredzētas šiem mērķiem, piemēram, piemēram, rapšu sēklām, kviešiem vai sojas pupiņām, ir nepieciešama augstas intensitātes lauksaimniecības prakse un auglīga augsne, atzīmē autori. (Biodegvielas ir oglekļa bāzes enerģijas avoti, kas iegūti no bioloģiskā materiāla).
Kamēr ES Komisija nesen klasificēja biodegvielu kā produktu ar nelielu netiešu izmaiņu līmeni zemes izmantošanā, kas iegūta no kultūrām, kas audzētas nomaļās zemēs un kurās resursi tiek izmantoti maz.
Šī iemesla dēļ tikai dažas kultūras Eiropā var sasniegt augstu ražu, ievērojot šīs prasības.
Topinambūrs ir barība lauksaimniecības dzīvniekiem, biodegviela un pat augļu alus.
No šī viedokļa topinambūrs (Helianthus tuberosus L.), protams, ir uzmanība, kurai jāpievērš uzmanība, jo tai piemīt visas īpašības, kas vajadzīgas atjauninātās ES Atjaunojamās enerģijas direktīvas (RED II) mērķu sasniegšanai.
Topinambūrs ir plaši pielāgots daudzveidīgai un bieži vien zemu ražu videi citām kultūrām, un tam ir augsta pielāgošanās spēja.
Tas ir daudzfunkcionāls kultūraugs, ko izmanto cilvēku uzturā (tieši bumbuļos vai saldinātājos), farmaceitiskiem nolūkiem, biomasas un bioenerģijas (bioetanola un biogāzes) ražošanai.
Turklāt līdzīgi citiem augiem asteraceae, piemēram, cigoriņiem un safloram, topinambūriem ir potenciāls kā barības kultūrai.
Interesanti, ka pateicoties jauninājumiem alus ražošanas nozarē, bumbuļus izmanto saldā un augļu alus ražošanā.
Topinambūra stublājiem un bumbuļiem raksturīgs augsts inulīna saturs ar iespēju ražot etanolu izmantošanai par biodegvielu.
Jo īpaši organiskos savienojumus (piemēram, inulīnu un celulozi) un cukurus pārstrādā etanola iegūšanai, fermentējot un destilējot.
Pēdējo 20 gadu laikā ir paveikts ievērojams darbs, lai uzlabotu biomasas pārvēršanu degvielā. Tomēr pirmās paaudzes biodegvielu (bioetanolu un biodīzeļdegvielu, kas iegūta no pārtikas kultūrām) iegūst tikai no dažām kultūrām ar atšķirīgu efektivitāti saules starojuma pārvēršanā ķīmiskajā enerģijā (biomasā).
Jo īpaši biodegvielas izejvielas ir galvenokārt rapšu sēklas, eļļas palmas un sojas pupas biodīzeļdegvielai; un cukurniedres, kukurūza, cukurbietes un saldais sorgo bioetanolā.
Turklāt ne visa biomasa ir piemērota savākšanai (t.i., zem zemes esošās veģetācijas biomasa parasti paliek augsnē), tāpēc tiek samazināta oglekļa neto sekvestrācija un palielināta apstrādes neefektivitāte.
Šo iemeslu dēļ sagaidāms, ka nākamās paaudzes biodegvielas ražošanas sistēmu augu sugas pārvarēs dažus no šiem ierobežojumiem, īpaši, ja tām ir produktīva pazemes biomasa (t.i., saknes vai bumbuļi).
Turklāt, tā kā intensīva lauksaimniecības zemes izmantošana jau ir ieviesta lielākajā daļā pasaules reģionu, bioenerģijas kultūrām jābūt ekoloģiski ilgtspējīgām, lai izvairītos no papildu sloga lauksaimniecības bioloģiskajai daudzveidībai, augsnes un ūdens resursiem.
Zinātnieki meklē nākotnes bioenerģētiskās kultūras
Tiek veikti pētījumi enerģijas sistēmu virzienā no jaunās paaudzes biodegvielām ar mazāku ietekmi uz vidi, lielāku produktivitāti un lielāku ieguldījumu atdevi, kā arī ņemot vērā mazāku konkurenci zemes izmantošanā ar pārtikas un barības kultūrām.
Lignocelulozes biomasa no izolētām bioenerģijas kultūrām un lauksaimniecības atkritumiem tiek uzskatīta par ilgtspējīgu bioenerģijas ražošanas resursu, bet hidrolīze, izmantojot celulolītiskos fermentus, ir darbietilpīgāka un dārgāka metode nekā cietes vai melases biomasas izmantošana.
Šajā sakarā starp nākamās paaudzes pievilcīgākajām biodegvielas sistēmām var minēt interesantas aļģes un topinambūru, no kura iegūst bumbuļus, kurus var arī audzēt un novākt, izmantojot esošo infrastruktūru un mehānismus, ko izmanto līdzīgām kultūrām (bumbuļaugiem).
Kāpēc topinambūra patiešām ir vajadzīga Eiropai
Starp raksturlielumiem, kas topinambūru padara par enerģijas cienīgu kultūru, ietilpst: ātra augšana, augsts ogļhidrātu saturs, atbilstošā kopējā sausnas vienība uz laukuma vienību, spēja izmantot barības vielām bagātus notekūdeņus, patogēnu izturība / tolerance, spēja viegli augt ar minimālām ārējām ražošanas izmaksām un uz malējām zemēm.
Šis pēdējais aspekts solās būt būtisks biodegvielu nākotnei Eiropā.
Kā paredzēts pārskatītajā Atjaunojamo energoresursu direktīvā (RED), ko pieņēmusi Eiropas Parlaments un Padome (Direktīva 2018/2001), ES Komisija nesen pieņēma deleģēto aktu, kurā noteikti kritēriji, lai noteiktu nozīmīgas netiešās zemes izmantošanas izmaiņas.
ILUC ir bīstama izejviela ar ievērojamu netiešu ražošanas telpas paplašināšanu uz zemes ar augstu oglekļa krājumu un zema riska ILUC biodegvielu, biodegvielu un biomasas degvielu sertifikāciju.
Sertifikāciju var piešķirt, ja degviela atbilst šādiem kumulatīvajiem kritērijiem:
i) atbilstība ilgtspējības kritērijiem, kas nozīmē, ka izejvielas var audzēt tikai uz neizmantotas zemes, kurā nav daudz oglekļa;
ii) papildu izejvielu izmantošana pasākumu rezultātā, lai palielinātu produktivitāti jau izmantotajā zemē vai augošajās kultūrās apgabalos, kas iepriekš netika izmantoti kultūraugu audzēšanai (neizmantotā zeme), ar nosacījumu, ka zeme ir pamesta vai stipri degradēta, vai kultūraugi ir audzējis mazsaimnieks;
(iii) pārliecinoši pierādījumi par iepriekšējo divu kritēriju izpildi.
Acīmredzot saskaņā ar direktīvas prasībām šādām papildu izejvielām jāatbilst prasībām par zema riska degvielu ražošanu tikai tad, ja tās iegūst ilgtspējīgā veidā.
Šī iemesla dēļ topinambūrs ir daudzsološs kandidāts, kurš viegli aizvieto tādas kultūras kā kukurūza un cukurbietes.
Strauji augoša biodegvielas biomasa
Augu daļu augšanas kinētika norāda uz tās spēju Eiropā ražot optimālas kultūras.
Divas trešdaļas līdz trīs ceturtdaļas gaisa sausnas pārstāv stublāji un zari, savukārt lapās un ziedos ir mazāks procentuālais daudzums. Sausa svara sadalījuma proporcija ir ļoti atkarīga no daudziem faktoriem: šķirnes, stādīšanas laika, klimatiskajiem un augšanas apstākļiem.
Vairāk nekā 50% no kopējās augu masas atrodas stublājā.
Stumbra augšanai ir divas fāzes. Pirmajos piecos mēnešos tiek novērots stublāja augstuma un svara lineārs pieaugums. Pēc šī perioda stublāja augstums sasniedz maksimumu un paliek nemainīgs, un tā svars samazinās.
Augu maksimālais augstums un svars mainās atkarībā no vides apstākļiem un genotipa. Agrīnās šķirnēs gala augstums sasniedz 140 cm, turpretī vēlākajās šķirnēs gala augstums ir aptuveni 280 cm.
Līdz ar to augšanas sezonas beigās vēlo šķirņu stublājos sausnas daudzums bija apmēram divas reizes lielāks nekā agrīnajās šķirnēs. Tādējādi vēlu nogatavošanās šķirņu kopējā biomasa ir augstāka nekā agrīnās nogatavošanās šķirnēm. Modelēšana parādīja, ka vēlākās šķirnēs optimālas lapu platības ilgāka saglabāšana ļauj labāk absorbēt sausnas.
Jeruzalemes artišoks bez problēmām
Tā kā Jerusalem artišoks ir izturīgs pret sausumu un sāļumu, to var audzēt augsnēs, kas nav piemērotas citām sakņu kultūrām un bumbuļiem. Tas labi aug augsnēs ar pH no 4,4 līdz 8,6.
Ja smagas māla un hidromorfas augsnes var sarežģīt bumbuļu novākšanu, šādos apstākļos topinambūru var audzēt, lai iegūtu stublājus.
Kopumā bumbuļu raža, lielums un forma ir atkarīga no augsnes veida. Kamēr vieglas smilšmālainās augsnēs aug lieli bumbuļi, smagas augsnes nodrošina labu sausuma ražu, jo māla augsnēs ir labāk saglabātas mitruma īpašības.
Attiecībā uz kultivēšanas temperatūru lielākajai daļai topinambūru šķirņu veģetācijas periods ir vismaz 125 dienas, kas nesatur salnas.
Lai iegūtu optimālu ražu, parasti kultivēšanas temperatūra ir no 6 līdz 26 ° C.
Augam ir mērena izturība pret salu. Agrīnas augšanas laikā kultūraugi panes temperatūru līdz -6 ° C, lai gan zemā temperatūra izraisa lapu hlorozi. Kas attiecas uz rudens ražu, sals no –2,8 ° C līdz –8,4 ° C iedarbina bumbuļu aklimatizācijas mehānismu aukstumam. Tas uzlabo to garšu, jo inulīns tiek pārveidots par fruktozi.
Dabiskajā vidē daži organismi (mikroorganismi, kukaiņi un zīdītāji) mijiedarbojas ar topinambūru augiem, tostarp sešām dažādām bitēm un kamenēm.
Jeruzalemes artišoks ir reģistrēts daudz fitofāgu un mikroorganismu, taču ļoti daudzi no tiem var nopietni kaitēt kultūrai.
Parasti auga gaisa daļa ir mazāk jutīga pret slimībām, savukārt bumbuļi vēlu augšanas un uzglabāšanas laikā ir jutīgāki. Visnekaitīgākie patogēni ir Sclerotinia sclerotiorum un Sclerotinia rolfsii, kas izraisa puvi.
Pirmo veicina pārmērīgs slāpekļa mēslojums, zems augsnes pH vai hidromorfiskas augsnes, bet otro - mitrums apvienojumā ar augstu temperatūru.
Arī izraisījusi rūsu Puccinia helianthiun miltrasu, ko izraisa Erisyphe chicoracearum, ietekmē topinambūru, taču tie nespēj ierobežot ražu, tāpat kā lapu plankums Alternaria helianthi dēļ.
Glabājot bumbuļus, jo īpaši, ja ražas novākšanas laikā tie ir bojāti, slimības, ko izraisa Botrytis cinerea, Rhizopus nigricans, Fusarium и Pennicillum spp.. Tomēr saldēšanas procedūras efektīvi kontrolē šīs slimības.
Kas attiecas uz kukaiņiem, tas galvenokārt ir laputis, taču to ietekme ir niecīga.
Augs ir izturīgs un stiprs, tāpēc topinambūrs pats par sevi var kļūt par ļoti konkurētspējīgu nezāli. Tāpat kā citām ātri augošajām nezālēm, cīņa pret tām ir nepieciešama tikai sēšanas laikā, līdz nojume aizveras. Var izmantot gan ķīmisku, gan mehānisku ravēšanu (augšējā apstrāde, atslābināšana utt.).
Kad topinambūra ir apmetusies laukā, to ir diezgan grūti noņemt, jo bumbuļi vai to daļas paliek zemē, labi ziemojot augsnē.
Topinambūra izlase
Topinambūra vērtīgās bioloģiskās un bioķīmiskās īpašības ir pamatā tā vispasaules lietošanai pārtikas un rūpniecības nozarē, kam nepieciešams labības ģenētiskais uzlabojums.
Galvenais uzsvars atlasē tiek likts uz bumbuļu ražu un inulīna saturu pārtikā un barībā, un pēdējā laikā galvenā uzmanība tiek pievērsta biomasas uzkrāšanai biodegvielas ražošanai.
Tomēr, ņemot vērā tradicionāli ierobežoto topinambūru izmantošanu, selekcijā līdz šim ir panākts diezgan mazs progress. Arī investīcijas selekcijas attīstībā ir nepastāvīgas un ir atkarīgas no rūpnieku pieprasījuma katrā valstī.
Atjaunotā interese par topinambūru 1970. un 1980. gados, kas saistīta ar enerģijas krīzi un pārtikas trūkumu, mudināja uz koordinētāku un intensīvāku rīcību, lai izstrādātu jaunas šķirnes, lai apmierinātu jaunās vajadzības.
Kopš tā laika ir reģistrēta ievērojama kultivēto platību paplašināšanās, īpaši pēdējā desmitgadē Āzijas valstīs.
Ņemot vērā pašreizējās klimata izmaiņas, vajadzību atrast jaunus ilgtspējīgus enerģijas avotus un samazināt pārtikas ražošanai paredzēto platību, šķiet, ka ieguldījumi topinambūru atlasē ir lielā mērā pamatoti.
Arī ASV var būt interesants topinambūrs
Līdz šim visbiežāk izmantotās kultūras etanola ražošanai ir kukurūza, cukurniedres, saldais sorgo un cukurbietes. Tomēr šīs sugas ir atkarīgas no auglīgās lauksaimniecības zemes un, lai sasniegtu augstu ražu, tām parasti nepieciešami ievērojami ārējie resursi (t.i., ūdens, pesticīdi, mēslošanas līdzekļi).
ASV un Brazīlija ir lielākie bioetanola degvielas ražotāji pasaulē. Viņi veidoja aptuveni 84% no pasaules bioetanola ražošanas 2018. gadā.
Šajās valstīs etanola ražošanā dominējošās izejvielas ir graudaugi un cukurniedres.
Paredzams, ka etanola ražošana 2027. gadā veidos 15 un 18% no pasaules kukurūzas un cukurniedru ražošanas.
Amerikas Savienotās Valstis kā Eiropa bioetanola ražošanai galvenokārt izmanto kukurūzu un kviešu cieti, bet cukurniedres pārstrādā Brazīlijā. Kopumā cukurniedrēm ir augstāka etanola raža nekā kukurūzai un citām kultūrām, piemēram, topinambūriem.
Tomēr cukurniedres ir ideāli piemērotas tropu un subtropu, bet ne mērenā klimatā. Tāpēc tominabur var ieņemt savu vietu blakus kukurūzai amerikāņu etanola ražošanā.