Сахарный тростник

Сахарный тростник
Общий вид растения
Научная классификация
Домен: Эукариоты Царство: Растения Клада: Цветковые растения Клада: Монокоты Клада: Коммелиниды Порядок: Злакоцветные Семейство: Злаки Подсемейство: Просовые Триба: Бородачевниковые Подтриба: Сахарнотростниковые Род: Сахарный тростник Вид: Сахарный тростник
Международное научное название
Saccharum officinarum L. (1753)
Систематика в Викивидах Поиск изображений на Викискладе ITIS   42058 NCBI   4547 GRIN   32617 IPNI   419977-1 TPL   kew-439977

Са́харный тростни́к (лат. Sáccharum) — род многолетних трав, принадлежащий семейству злаковых. Культивируется как кормовая и техническая культура. Наиболее важным представителем рода является лат. Sáccharum officinárum, известный как сахароносное растение. Он произрастает в умеренно-тёплых и тропических зонах, таких как Индия, Юго-Восточная Азия и Новая Гвинея.

История

Сборщики сахарного тростника, Ямайка, 1880 год

Упоминания о сахаре, получаемом из тростника, встречаются в различных языках: санскр. sarkura, араб. sukhar‎в, перс. schakar‎. Античные авторы, такие как Плиний, использовали термин лат. saccharum, но в те времена сахар считался редким и ценным веществом, используемым в основном в медицинских целях.

Распространение культуры шло по путям миграции народов в Юго-Восточную Азию, Индию и далее в Тихоокеанский регион, образуя гибриды с дикими видами. К 500 году до нашей эры сахарный тростник достиг Средиземноморья, распространился в Марокко, Сирию, Грецию, а также на остров Крит.

Первые случаи одомашнивания зафиксированы в Папуа-Новой Гвинее и Индонезии. Местные жители использовали тростник в качестве продукта питания и корма для животных.

Вторым центром доместикации считается Южный Китай и Тайвань, где культивировался вид лат. Sáccharum sinense. Китайцы освоили процесс рафинирования сахара в VIII веке. В IX веке арабские писатели упоминали тростник как культивируемое растение на побережье Персидского залива. В XII веке арабы завезли его в Египет, Сицилию и на Мальту.

Уборка сахарного тростника, Куба, 1809 год

В середине XV века тростник достиг Мадейры и Канарских островов. В 1490 году его перевезли из Европы в Америку, на Антильские острова, где он был широко распространён на острове Сан-Доминго, благодаря растущей популярности сахара. В начале XVI века тростник появился в Бразилии, в 1520 году — в Мексике, в 1600 году — в Гвиане, в 1650 году — на острове Мартиника, и в 1750 году — на острове Маврикий.

В Европе культивирование тростника было ограничено из-за более низкой стоимости импортируемого сахара из тропиков. Впоследствии — из-за развития производства сахара из сахарной свёклы.

В СССР сахарный тростник выращивали как однолетнюю культуру в Вахшской долине (Таджикистан) и Сурхандарьинской области (Узбекистан). Растения высаживали в феврале — марте, а урожай собирали в октябре, получая 45—80 тонн с гектара. Содержание сахара в стеблях составляло 8—10 %.

Ботаническое описание

Сахарный тростник благородный. A — растение; B — часть стебля с листом; С — метёлка; 1 — часть колоска; 2 — цветок; 2a — цветок без цветковых чешуй и волосков; 3 — цветковая чешуя; 4 — нижняя колосковая чешуя; 5 — верхняя колосковая чешуя; 6 — лодикула.

Сахарный тростник опыляется ветром. Стебель, наиболее ценная часть растения, состоит из паренхимных клеток и служит основным резервуаром для накопления сахарозы. Его высота — от двух до шести метров, толщина — от четырёх до пяти сантиметров. Стебель состоит из узлов и междоузлий. Узел содержит вставочную меристему с зачатками корней и почкой над рубцом листа, где крепится листовое влагалище. Междоузлия состоят из паренхимных клеток и сосудов, запасающих сахарозу, покрыты восковым слоем.

Листья и междоузлия формируются от основания к вершине: листовая пластинка расширяется в основании, а затем удлиняется в междоузлие. Листья формируются по одному на каждый узел по мере роста стебля. Зрелые стебли несут несколько заключённых в листовое веретено листьев, около 10—12 зелёных листьев и ряд стареющих листьев, число которых увеличивается с возрастом растения. Листовая пластинка снизу опушена, а сверху гладкая. Лист шириной 2—10 см и длиной 60—150 см. Основание листа прикрепляется к стеблю в узле, образуя оболочку, плотно охватывающую междоузлие.

Корневая система сахарного тростника мощно развита и укоренена. Обладает высокой динамичностью, области активного роста корней меняются в зависимости от системы орошения. Растение также формирует опорные корни для лучшей фиксации в почве.

Соцветие представляет собой разветвлённую метёлку, общее количество цветков в которой может достигать 24 тысяч. Метёлка состоит из главной оси и ветвей разного порядка. На ветвях располагаются парные колоски: один сидячий, другой на ножке. У основания каждого колоска находится пучок белых волосков.

Цветок сахарного тростника состоит из трёх тычинок и одного пестика с перистым рыльцем. Цвет пыльников варьируется от ярко-жёлтого до фиолетового. Зачастую мужские тычинки могут быть стерильными, что прекращает выработку пыльцы. Цветение нежелательно при выращивании тростника, так как связано со снижением уровня сахара.

Семена сахарного тростника быстро теряют всхожесть. В тропиках тростник выращивается в больших масштабах, размножаясь черенками. После посадки черенки сахарного тростника могут приносить урожай в течение 10 лет.

Биохимический состав

Состав биохимических компонентов сахарного тростника:

• клетчатка (11—16 %);
• водорастворимый сахар (12—16 %);
• вода (63—73 %).

Сахароза является преобладающим сахаром (около 12,5 %), тогда как фруктоза и глюкоза присутствуют в незначительных количествах (0,6—0,9 %). Целлюлоза составляет около 5,5 %, лигнин — 2 % от общей массы.

Сорта и виды

Цветущий толстостебельный сахарный тростник Saccharum officinarum, Мозамбик

Известно около пяти видов сахарного тростника:

• Сахарный тростник благородный лат. Saccharum officinarum — наиболее распространённый вид, который в дикой природе не встречается и культивируется в тропических регионах, в основном в виде гибридов с другими видами.
• Сахарный тростник Барбера лат. Saccharum barberi — полукультурный и полиморфный вид, широко распространённый в субтропических районах Индии.
• Сахарный тростник дикий лат. Saccharum spontaneum — дикорастущий, полиморфный вид, занимающий обширные территории в Юго-Восточной Азии, Индостане, Северной Африке и Средней Азии, где он произрастает в поймах рек и способен выдерживать морозы до −30 °С.
• Сахарный тростник китайский лат. Saccharum sinense культивируется и дико растёт в Северной Индии, Южном Китае и Японии.
• Сахарный тростник исполинский, или полинезийский лат. Saccharum robustum — дикорастущий вид, обнаруженный в Новой Гвинее.

Исходный генетический фонд, используемый для создания коммерческих гибридов, представлен видом лат. Saccharum officinarum (2n = 80). Он характеризуется высокой способностью к накоплению сахарозы в стеблях, однако обладает низкой устойчивостью к заболеваниям.

Большинство культивируемых сортов сахарного тростника являются полиплоидными и анеуплоидными межвидовыми гибридами лат. Saccharum officinarum и дикого вида лат. Saccharum spontaneum. Последний отличается высоким полиморфизмом, незначительным содержанием сахара, но полезными для селекции характеристиками, включая устойчивость к различным стрессорам. Он также отличается от культивируемого тростника более тонкими стеблями и узкими соцветиями. Количество хромосом (2n) варьирует от 40 до 128. Предполагается, что эти два предковых вида разделились примерно 2,5—3,5 миллиона лет назад.

Saccharum officinarum претерпел две автополиплоидизации. Число хромосом у вида колеблется от 80 до 130. Гибридизация привела к созданию в 1921 году на Яве сорта англ. Java Wondercane, родоначальника сортов с повышенным содержанием сахарозы.

Получение сахара

Кустарный способ получения тростникового сока

Для получения сахара стебли тростника срезают до цветения, измельчают и отжимают сок, который содержит:

• 0,03 % белков;
• 0,1 % крахмала;
• 0,22 % азотистой слизи;
• 0,29 % солей;
• 18,36 % сахара;
• 81 % воды;
• ароматические вещества, придающие соку характерный запах.

Вываривание сока

К сырому соку добавляют гашёную известь для отделения белков. Смесь нагревают до 70 °C, фильтруют и выпаривают до кристаллизации сахара. В ходе переработки получают побочные продукты, такие как жом (багасса), патока (меласса) и осадок. Урожайность сахарного тростника варьируется от 60 до 70 т/га.

Из 100 т тростника получают:

• 14,3 т сахара-сырца;
• 27,2 т багассы;
• 5,2 т осадка;
• 2,6 т патоки.

Хозяйственное значение

Транспортировка тростника на сахарный завод, 2008 год

Производство сахара

Около 65 % мирового производства сахара приходится на сахарный тростник. Эта культура является важной экспортной позицией для многих стран. Крупнейшие посевные площади расположены в Бразилии, Индии и Таиланде.

Лидерами по объёму производства являются Бразилия, Индия и Китай. В России сахарный тростник не возделывается, основная сахароносная культура — сахарная свёкла.

Напитки

Во многих азиатских государствах, включая густонаселённые Индию и Китай, сок сахарного тростника популярен как освежающий напиток. Его употребляют в чистом виде или в сочетании с соком лайма, имбиря и кокосовой водой. Такой напиток является не только способом утолить жажду, но и источником полезных веществ, благодаря своему составу богатому микроэлементами и органическими кислотами.

Сырьё для изготовления ДСП

Кашаса представляет собой алкогольный напиток, традиционно изготавливаемый в Бразилии путём перегонки перебродившего сока сахарного тростника. Ром — это дистиллированный спирт, изготовленный из продуктов переработки сахарного тростника (мелассы).

Использование побочных продуктов

Багасса (жом) является биосорбентом и используется в качестве мульчи. Его применяют для производства бумаги, картона и древесно-стружечных плит. Высушенный осадок применяется как добавка для животных и источник воска. Воск тростника используется в косметической и фармацевтической промышленности.

Из стеблей изготавливают циновки и соломенные крыши. Молодые цветоносы употребляются в пищу. Активно развивается производство биотоплива. В Бразилии около половины урожая сахарного тростника используется для производства биоэтанола.

Агротехнические особенности

Поле сахарного тростника, 2022 год

Климатические условия

Сахарный тростник успешно культивируется в тропических и субтропических регионах, где среднегодовое количество осадков составляет не менее 600 мм. Растение способно переносить кратковременное повышение температуры до 45 °C и выше, однако рост замедляется при температуре выше 40 °C.

Тростник обладает определённой устойчивостью к засушливым периодам, однако недостаток влаги приостанавливает процесс образования сахаров. Доказано, что применение искусственного орошения способствует увеличению выхода сахара с одного гектара на три тонны.

Оптимальным уровнем pH почвенного раствора для выращивания тростника является диапазон 5,0—5,8. Культура проявляет чувствительность к засолению: выращивание на засолённых почвах негативно сказывается на росте и развитии, приводя к снижению выхода сахара.

Высаживание

Посадка сахарного тростника, Пуэрто Рико, 1905 год

В тропических зонах посадка тростника осуществляется в период с января по март. Наиболее распространённым методом размножения является черенкование стеблей. Каждый черенок должен содержать как минимум одну почку. Оптимальная температура для укоренения черенков составляет 27—30 °С.

Для посадки подготавливают борозды глубиной 14—16 см с междурядьями 70— 90 см. Черенки длиной 30—40 см укладывают в борозды и присыпают землёй. Из одного черенка формируется 10—15 побегов высотой 2,0—2,5 м. Всходы появляются через 12 дней после посадки, а раскрытие первого листа происходит через восемь дней.

Выращивание

Агротехнический уход включает в себя трёх — четырёхкратное рыхление междурядий, внесение удобрений, а также борьбу с вредителями и болезнями до момента смыкания рядков. Дозировка и время внесения удобрений зависят от стадии развития растений.

Примерно через 120 дней после высадки темпы роста замедляются, а концентрация сахарозы в стеблях возрастает. Междоузлия завершают свой цикл развития к моменту отмирания прикреплённого к ним листа. По мере созревания стебля всё большее число междоузлий достигает нужной кондиции и содержание сахарозы увеличивается.

Уборка урожая

Уборка сахарного тростника, 2023 год

Уборка урожая проходит в период с декабря по май, может осуществляться вручную или с использованием комбайнов. Ручной сбор урожая составляет более половины всего производства и преобладает в развивающихся странах. При этом способе уборки поля подвергаются поджогу. Огонь уничтожает засохшие листья и отпугивает ядовитых змей, не повреждая при этом стебли и корни растений. После этого тростник срезают немного выше уровня земли с использованием тростниковых ножей или мачете. В развитых странах, таких как США, Австралия и Китай, применяется механизированная уборка урожая с использованием комбайнов.

С каждым последующим циклом срезки урожайность тростника снижается. Срез стеблей производится на уровне почвы для обеспечения дальнейшего отрастания. В условиях хорошей агротехники на плантациях проводят от 3—5 до 8 циклов срезки стеблей. В странах с интенсивным сельским хозяйством, стремящихся к высокой продуктивности, тростник высаживают заново после 2—3 сезонов для поддержания стабильной урожайности. В то же время в странах с традиционным подходом к ведению сельского хозяйства, с небольшими полями и ручным сбором урожая, культуру могут собирать до 10 лет с момента одной посадки.

Литература

• Поляруш Е. И. Сахарный тростник и его культура на юге Средней Азии. — Сталинабад, 1959. — 186 с.
• Устименко Г. В., Белюченко И. С. Тропические пропашные культуры. — Москва: Наука, 1966. — 366 с.