Ученые, исследовавшие состав и пищевую ценность топинамбура, были поражены разнообразием витаминов и микроэлементов, содержащихся в его клубнях. Установлено, что в них витаминов С и В1 в 2 раза больше, чем в картофеле. В них много калия, цинка, железа (по содержанию железа земляная груша существенно превосходит картофель, свеклу, морковь), а это железа -10,1; марганца - 44,0; кальция - 78,8; магния - 31,7; калия -1382,5; натрия - 17,2 (мг % на сухое вещество). Кроме того, топинамбур содержит белки, сахара, различные аминокислоты, а также углеводы, основным из которых является инулин. Инулин - вещество, которое в организме человека расщепляется до фруктозы, столь необходимой людям, страдающим сахарным диабетом. При систематическом употреблении топинамбура, говорят знатоки, наряду со снижением уровня сахара в крови наблюдается также улучшение зрения. Для здоровых людей, в том числе и родственников и детей больных диабетом, топинамбур - поставщик фруктозы - отличное средство профилактики диабета, поскольку потребление фруктозы вместо сахарозы снижает вероятность заболевания этим тяжелым недугом.

Кроме того, установлено, что земляная груша очень полезна при лечении подагры, мочекаменной болезни, желудочно-кишечных расстройств, малокровия. Богатый состав биологически активных веществ топинамбура делает это растение очень перспективным в кормопроизводстве, в диетическом питании и пищевой промышленности и как исходное сырье для создания высокоэффективных лекарственных средств.

Существенное отличие топинамбура от других овощей проявляется в высоком содержании в его клубнях белка (до 3,2% на сухое вещество), представленного 8 аминокислотами, в том числе незаменимыми, которые синтезируются только растениями и не синтезируются в организме человека: аргинин, валин, гистидин, изолейцин, лейцин, лизин, метионин, валин, гистидин, изолейцин, лейцин, лизин, метионин, триптофан, фенилаланин.

В сухом веществе стеблей с листьями более 4% приходиться на триптофан и лейцин. В 1 кг зеленой массы содержится 60-130 мг каротина. Среди зольных элементов значительный удельный вес занимают кальций, магний, железо. На 1 кг зеленой массы приходиться 5,9 г кальция и 3,4 магния.

Количество органических кислот в процессе онтогенеза растений может составлять от 8 до 12% сухого веса листьев. Органические кислоты представлены в листьях топинамбура не только ди- и трикарбоновыми кислотами цикла Кребса, но и полиоксикислотами, которые являются кислотами первичного окисления Сахаров. Среди ди- и трикарбоновых кислот в ростках и листьях топинамбура содержаться яблочная, фумаровая кислоты, а также в значительно меньших количествах лимонная и янтарная кислоты.

Что касается экологических аспектов применения топинамбура, то он является ценным растением. В Лимнологическом институте СО АН России возможность создания экологически замкнутых производств на промышленных предприятиях. Была поставлена задача подобрать такую сельхоз культуру в данной экологической цепи, которая могла бы, в частности, произрастать на техногенно нарушенных территориях. Среди множества апробированных культур топинамбур оказался наиболее приемлемым.

В первых экспериментах изучали воздействия внесения в почву значительных доз сухой золы (отходы теплоэнергетики). И если другие растения страдали от фитотоксичности, то топинамбур оказался наиболее устойчивым.

Дальнейшие исследования по созданию экологически замкнутых производств показали, что можно, получать агротехэкологичные многокомпонентные компосты на основе отходов предприятий.

Ещё К.А. Тимирязев относил топинамбур к одной из самых интенсивных полевых культур, способных поглощать из воздуха углерод и выделят кислород. А это путь к созданию эффективных зеленых поясов вокруг промышленных центров. Один гектар топинамбура может поглощать за год 6 т углекислого газа, а 1 г леса- 3-4т.

Важно отметить, что топинамбур почти не накапливает нитраты, тяжелые металлы и радионуклиды.

Таким образом, он может быть одним из активных фитомелиорантов с одновременным использованием его продукции-клубни и зелёная масса - для кормовых, пищевых и технологических целей.

1.2 Минеральные удобрения

Под удобрениями понимают вещества, предназначенные для улучшения питания растений и повышения плодородия почв в целях увеличения урожая сельскохозяйственных растений и улучшения качества получаемой продукции. Минеральные удобрения подразделяют на 2 группы, в зависимости от того, какие элементы питания в них находятся и в каком количестве. К простым или односторонним, удобрениям относятся азотные, фосфорные, калийные и отдельные микроудобрения (борные, молибденовые и др.) Комплексные, или многосторонние, удобрения содержат два или несколько основных элементов питания. К промышленным относятся почти все минеральные удобрения, получаемые на химических заводах, к местным - получаемые непосредственно в хозяйствах или вблизи них.

1.2.1 Азотные удобрения

Азот – обязательный компонент белков. Все ферменты, катализирующие многочисленные биохимические процессы в растениях, - белковые вещества. Азот входит также в состав ДНК, РНК, хлорофилла, алкалоидов, ряда витаминов и других органических соединений. Растения используют аммиачный и нитратный азот, а бобовые и другие растения в симбиозе с микроорганизмами - и молекулярный азот.

Растения синтезируют все аминокислоты, входящие в белок. Аммиак ядовит для растений и не накапливается в них, а нитраты могут накапливаться в значительных количествах. В растениях нитраты восстанавливаются до аммиака через цепь промежуточных превращений. Аммиак, вступая в реакции с кетокислотами, образует аминокислоты. Наиболее интенсивный азотный обмен у растений наблюдается в период их максимального роста. В молодых органах преобладает синтез веществ, а в старых – распад белков и отток образовавшихся продуктов в другие части растения.

При нейтральной реакции среды лучше усваиваются ионы аммония, при кислой – нитратные ионы. Кальций, магний и калий улучшают усвоение аммония, а фосфор и молибден – нитратов. Ухудшение фотосинтеза и связанное с этим увеличение содержания углеводов оказывает положительное действие на поступление аммония. Избыток аммиачного азота во время прорастания семян, бедных углеводами, или при слабом фотосинтезе оказывает отрицательное действие на растения. В подобных случаях рекомендуется вносить в подкормку нитратные азотные удобрения. Аммиак более экономичный источник азота: через 5 – 10 мин после внесения в почву он уже используется растением для синтеза аминокислот и поступает в листья. Регулируя азотное питание, можно в значительной степени корректировать уровень урожая сельскохозяйственных культур.

Общие запасы азота в земной коре составляют десятки миллиардов тонн. В основном он присутствует в виде органических соединений.

Большое значение имеет скорость минерализации азота. Разложение органических азотистых веществ происходит следующим образом: белки, гуминовые вещества, аминокислоты, амиды, аммиак, нитриты, нитраты. В результате процесса нитрификации образуются органические кислоты, спирты, угольная кислота и аммиак. Органические кислоты и спирты разлагаются до CO2, H2, H2O, метана. Аммиак с кислотами образует соли, аммоний поглощается почвенными коллоидами и глинистыми минералами. Процесс аммонификации идет в аэробных и анаэробных условиях при сильно кислой и сильнощелочных реакциях он замедляется. В аэробных условиях соли аммония окисляются до нитратов, образуется азотная кислота, которая нейтрализуется бикарбонатом кальция и поглощенными основаниями почвы. Содержание нитратов зависит от использования почвы. Под паром и какой – либо культурой содержание нитратов различно.