Agrarian Bulletin of the Agrarian Bulletin of the Аграрный вестник Урала 1997-4868 2307-0005 56561 10.32417/1997-4868-2022-227-12-2-10 Агротехнологии Agrotechnology's Агротехнологии The prospects of growing large-herb plants as carbon-depositing crops Перспективы выращивания высокотравных растений на Среднем Урале в качестве углероддепонирующих культур Артемьева Елена Петровна Artem'eva Elena Petrovna Валдайских В. В. Valdayskih V. V.

кандидат биологических наук;

candidate of sciences in biology;

 Радченко Татьяна Александровна Radchenko Tat'yana Aleksandrovna Карпухин Михаил Юрьевич Karpuhin Mihail Yur'evich Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина Россия Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина Russian Federation Ботанический сад Уральского федерального университета Россия Ботанический сад Уральского федерального университета Russian Federation Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина Россия Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина Russian Federation Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина Россия Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина Russian Federation Уральский государственный аграрный университет Екатеринбург Россия Уральский государственный аграрный университет Екатеринбург Russian Federation 10 01 2023 10 01 2023 227 12 2 10 10 01 2023 https://usau.editorum.ru/en/nauka/article/56561/view

Аннотация. Цель – выделение из коллекционного фонда ботанического сада УрФУ однолетних и многолетних травянистых растений, перспективных для задач ускорения секвестрации атмосферного углерода, устойчивых к местным почвенно-климатическим условиям, и оценка их продуктивности. Методы. В статье представлены данные по продуктивности пяти видов травянистых растений: Amaranthus caudatus L., Amaranthus cruentus L., Amaranthus hypochondriacus L., Polygonum weyrichii F. Schmidt и Echinops sphaerocephalus L. Определены значения сырой и сухой надземной массы, а также содержание углерода. Результаты. Выявлено, что наиболее урожайным является Polygonum weyrichii F. Schmidt (горец Вейриха). Продуктивность трех исследованных видов амаранта обусловлена принадлежностью к группе растений с типом фотосинтеза С4. Мордовник шароголовый – малоизученный вид, требующий дальнейшего изучения. Рекомендовано выращивание горца Вейриха на увлажненной территории. Амаранты, являясь засухоустойчивыми растениями, высокопродуктивны в любые годы, даже в годы со значением гидротермического коэффициента (ГТК) менее 1,0. В относительно неблагоприятных климатических условиях 2022 г. потенциальная карбоновая ферма на основе монокультуры горца Вейриха может связывать до 9,54 т/га углерода, в пересчете на углекислый газ – 34,98 СО2/год на га, что значительно выше уровня секвестрации углекислоты большинства древесных культур. В лучших климатических условиях или при дополнительном поливе эти значения могут увеличиться в 1,5–2 раза. Научная новизна. Рассмотрены особенности выращивания исследованных культур не только в кормовых целях, но и с точки зрения депонирования атмосферного углерода и выращивания на потенциальных карбоновых фермах в условиях изменяющегося климата региона.

Abstract. The purpose of the research is to study of yield some annual and perennial plant species which were grown in the botanical garden of the Ural Federal University. Plant species with high productivity, resistant to local soil and climatic conditions and promising for carbon sequestration have been identified. Methods. The article presents data of fresh and dry yield, carbon content of five species Amaranthus caudatus L., Amaranthus cruentus L., Amaranthus hypochondriacus L., Polygonum weyrichii F. Schmidt, Echinops sphaerocephalus L. The yield of these crops was measured in the conditions of the Middle Urals. Results. The plants P. weyrichii had the highest yield. The yield of three amaranth species was due to the C4 photosynthesis. Amaranths, being drought-resistant plants, are highly productive even in years with a hydrothermal coefficient value of less than 1.0. The plants E. sphaerocephalus is a poorly studied species that requires further study. They can be also used to deposit atmospheric carbon and grow on potential carbon farms in the changing climate of the region. In not very favorable climatic conditions in 2022, a potential carbon farm based on the monoculture of the plants P. weyrichii can bind up to 9.54 t/ha of carbon, in terms of carbon dioxide – 34.98 CO2/year per 1 ha. It is significantly higher than the level of sequestration of carbon dioxide of most trees. These values can increase by 1.5–2 times in the best climatic conditions or with additional watering. The scientific novelty lies in the fact that these plants can be used not only for fodder purposes, but also for atmospheric carbon deposition in the changing climate of region.

 амарант горец мордовник высокотравные растения продуктивность карбоновые фермы секвестрация углекислоты amaranth Echinops sphaerocephalus Polygonum weyrichii large-herb plants yield carbon farms carbon sequestration

Okoneshnikova T. F., Stephanovich G. S., Valdayskikh V. V., Rymar V. P., Mikhalishchev R. V., Paltusova M. V. Introduction of new plant species for the practical uses in the Middle Urals // AIP Conference Proceedings. Ekaterinburg, 2022. Vol. 2390. Iss. 1. Article number 030068. DOI: 10.1063/5.0069400. Okoneshnikova T. F., Stephanovich G. S., Valdayskikh V. V., Rymar V. P., Mikhalishchev R. V., Paltusova M. V. Introduction of new plant species for the practical uses in the Middle Urals // AIP Conference Proceedings. Ekaterinburg, 2022. Vol. 2390. Iss. 1. Article number 030068. DOI: 10.1063/5.0069400. WFO (2022): World Flora Online [e-resource]. URL: http://www.worldfloraonline.org (date of reference: 05.11.2022). WFO (2022): World Flora Online [e-resource]. URL: http://www.worldfloraonline.org (date of reference: 05.11.2022). Гасимова Г. А., Дегтярева И. А. Эколого-физиологические особенности фитомассы амаранта при интродукции в Республике Татарстан // Ученые записки Казанской государственной академии ветеринарной медицины им. Н. Э. Баумана. 2020. Т. 241. № 1. С. 58-61. DOI: 10.31588/2413-4201-1883-241-1-58-61. Gasimova G. A., Degtyareva I. A. Ekologo-fiziologicheskie osobennosti fitomassy amaranta pri introdukcii v Respublike Tatarstan // Uchenye zapiski Kazanskoy gosudarstvennoy akademii veterinarnoy mediciny im. N. E. Baumana. 2020. T. 241. № 1. S. 58-61. DOI: 10.31588/2413-4201-1883-241-1-58-61. Paredes-López O. Amaranth biology, chemistry, and technology [e-resource]. CRC Press, 2018. 223 p. URL: http://www.tandfebooks.com/doi/book/10.1201/9781351069601. DOI: 10.1201/9781351069601 (date of reference: 05.11.2022). Paredes-López O. Amaranth biology, chemistry, and technology [e-resource]. CRC Press, 2018. 223 p. URL: http://www.tandfebooks.com/doi/book/10.1201/9781351069601. DOI: 10.1201/9781351069601 (date of reference: 05.11.2022). Valdayskikh V. V., Artemyeva E. P., Karpukhin M. Yu., Mikhalishchev R. V. Comparative yield of large-herb plants when grown in the Middle Urals [e-resource] // Agrarian Bulletin of the Urals. 2021. 11 (214). Pp. 2-7. DOI: 10.32417/1997-4868-2021-214-11-2-7. Valdayskikh V. V., Artemyeva E. P., Karpukhin M. Yu., Mikhalishchev R. V. Comparative yield of large-herb plants when grown in the Middle Urals [e-resource] // Agrarian Bulletin of the Urals. 2021. 11 (214). Pp. 2-7. DOI: 10.32417/1997-4868-2021-214-11-2-7. Dmitrieva O., Ivanov S. Comparative study of amaranth species (Amaranthus ssp.) in the temperate continental climate of Russian Federation // Acta agriculturae Slovenica. 2020. No. 115/1. Pp. 15-24. DOI: 10.14720/aas.2020.115.1.1281. Dmitrieva O., Ivanov S. Comparative study of amaranth species (Amaranthus ssp.) in the temperate continental climate of Russian Federation // Acta agriculturae Slovenica. 2020. No. 115/1. Pp. 15-24. DOI: 10.14720/aas.2020.115.1.1281. Li T. X., Zhang F., Jiao Y. Y., Zhang M. J., Chang Y. H., Matomela N. Study on carbon sequestration capacity of typical crops in Northern China // Journal of Plant Biology. 2019. No. 62 (3). Pp. 195-202. DOI: 10.1007/s12374-018-0401-3. Li T. X., Zhang F., Jiao Y. Y., Zhang M. J., Chang Y. H., Matomela N. Study on carbon sequestration capacity of typical crops in Northern China // Journal of Plant Biology. 2019. No. 62 (3). Pp. 195-202. DOI: 10.1007/s12374-018-0401-3. Valdayskikh V. V., Voronin P. Yu., Artemyeva E. P., Rymar V. P. Amaranth responses to experimental soil drought // AIP Conference Proceedings. 2019. Vol. 2063. Article number 030023. DOI: 10.1063/1.5087331. Valdayskikh V. V., Voronin P. Yu., Artemyeva E. P., Rymar V. P. Amaranth responses to experimental soil drought // AIP Conference Proceedings. 2019. Vol. 2063. Article number 030023. DOI: 10.1063/1.5087331. Artemyeva E. P., Valdayskikh V. V., Radchenko T. A., Belyaeva P. A. Amaranthus phenology during its introduction in the Middle Urals // AIP Conference Proceedings. 2019. Vol. 2063. Article number 030002. DOI: 10.1063/1.5087310. Artemyeva E. P., Valdayskikh V. V., Radchenko T. A., Belyaeva P. A. Amaranthus phenology during its introduction in the Middle Urals // AIP Conference Proceedings. 2019. Vol. 2063. Article number 030002. DOI: 10.1063/1.5087310. Assad R., Reshi Z. A., Jan S., Rashid I. Biology of Amaranths // Botanical Review. 2017. No. 83 (4). Pp. 382-436. DOI: 10.1007/s12229-017-9194-1. Assad R., Reshi Z. A., Jan S., Rashid I. Biology of Amaranths // Botanical Review. 2017. No. 83 (4). Pp. 382-436. DOI: 10.1007/s12229-017-9194-1. Ефремов В. В. Продуктивность горца Вейриха в полевом кормопроизводстве // Актуальные вопросы совершенствования технологии производства и переработки продукции сельского хозяйства. 2018. № 20. С. 30-32. Efremov V. V. Produktivnost' gorca Veyriha v polevom kormoproizvodstve // Aktual'nye voprosy sovershenstvovaniya tehnologii proizvodstva i pererabotki produkcii sel'skogo hozyaystva. 2018. № 20. S. 30-32. Chupina M. P., Stepanov A. F. Assessment of photosynthetic productivity of new perennial forage crops in forest-steppe conditions of Western Siberia // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2021. Vol. 624. Article number 012121. DOI: 10.1088/1755-1315/624/1/012121. Chupina M. P., Stepanov A. F. Assessment of photosynthetic productivity of new perennial forage crops in forest-steppe conditions of Western Siberia // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2021. Vol. 624. Article number 012121. DOI: 10.1088/1755-1315/624/1/012121. Kurhak V. H., Tkachenko M. A., Asanishvili N. M., Moisiienko V. V., Holodna A. V., Tkachenko A. M., Slyusar S. M., Ptashnik M. M., Kolomiiets L. P., Tsymbal Ya. S., Oksymets O. L., Kulyk R. M., Panchyshyn V. Z., Stotska S. V., Sladkovska T. A. Energy productivity of uncommon herbs for solid fuel manufacturing // Ukrainian Journal of Ecology. 2021. No. 11 (1). Pp. 299-305. DOI: 10.15421/2021_45. Kurhak V. H., Tkachenko M. A., Asanishvili N. M., Moisiienko V. V., Holodna A. V., Tkachenko A. M., Slyusar S. M., Ptashnik M. M., Kolomiiets L. P., Tsymbal Ya. S., Oksymets O. L., Kulyk R. M., Panchyshyn V. Z., Stotska S. V., Sladkovska T. A. Energy productivity of uncommon herbs for solid fuel manufacturing // Ukrainian Journal of Ecology. 2021. No. 11 (1). Pp. 299-305. DOI: 10.15421/2021_45. Wang C., Tang Y. J., Li X. N., Zhang W. W., Zhao C. Q., Li C. Negative impacts of plant diversity loss on carbon sequestration exacerbate over time in grasslands // Environmental Research Letters. 2020. No. 15 (10). Article number 104055. DOI: 10.1088/1748-9326/abaf88. Wang C., Tang Y. J., Li X. N., Zhang W. W., Zhao C. Q., Li C. Negative impacts of plant diversity loss on carbon sequestration exacerbate over time in grasslands // Environmental Research Letters. 2020. No. 15 (10). Article number 104055. DOI: 10.1088/1748-9326/abaf88. Wang Y. N., Chang Q., Li X. Y. Promoting sustainable carbon sequestration of plants in urban greenspace by planting design: A case study in parks of Beijing // Urban Forestry & Urban Greening. 2021. Vol. 64. Article number 127291. DOI: 10.1016/j.ufug.2021.127291. Wang Y. N., Chang Q., Li X. Y. Promoting sustainable carbon sequestration of plants in urban greenspace by planting design: A case study in parks of Beijing // Urban Forestry & Urban Greening. 2021. Vol. 64. Article number 127291. DOI: 10.1016/j.ufug.2021.127291. Korres N. E., Dayan F. Effects of climate change on crops and weeds: The need for climate-smart adaptation paradigm // Outlooks on Pest Management. 2020. Vol. 31 (5). Pp. 210-215. DOI: 10.1564/v31_oct_04. Korres N. E., Dayan F. Effects of climate change on crops and weeds: The need for climate-smart adaptation paradigm // Outlooks on Pest Management. 2020. Vol. 31 (5). Pp. 210-215. DOI: 10.1564/v31_oct_04.