В журнале «В мире науки» №11/2007 опубликована очень интересная статья американских ученых Джерри Глоувера, Синди Кокс и Джона Риганолда «Сельское хозяйство будущего: возвращение к корням?», в которой они показывают, что будущее производство сельскохозяйственной продукции может стать более стабильным, если основные сельскохозяйственные продовольственные культуры будут многолетними, с корневыми системами глубоко проникающими в почву. Ниже я даю краткое изложение этой статьи.
Как известно, для нужд современного сельского хозяйства требуются обширные пахотные земли, постоянное поступление воды, масса разных химикатов и большие затраты энергоресурсов. В оценке экосистем тысячелетия по данным ООН отмечается, что земледелие представляет собой, возможно, самую серьезную угрозу для биологического разнообразия и функционирования экологических систем по сравнению со всеми другими видами человеческой деятельности. Сегодня большая часть продовольствия для человечества прямо или косвенно (как корм для скота) производится из зерновых, бобовых и масличных культур, которые занимают около 80% всех посевных площадей мира. Они удобны как для производителей, так и для потребителей. Поскольку их легко транспортировать и длительно хранить, они богаты протеином и высококалорийны. Однако все эти растения – однолетние, то есть каждый год их нужно заново выращивать из семян, с использованием ресурсоемких технологий. Кроме того, вызванное развитием аграрного сектора ухудшение экологической обстановки будет углубляться, так как численность нуждающегося в пище населения земного шара должна вырасти в предстоящие десятилетия до 8-10 миллиардов человек.
Поэтому растениеводы, агрономы и экологи начали работать над созданием зерновых культур, которые будут функционировать как природные экосистемы, вытесненные в свое время с развитием сельского хозяйства. Самый верный путь к успеху – преобразование основных злаков в многолетние растения. Претворение в жизнь этой идеи, появившейся десятилетия тому назад, по мнению авторов статьи, займет много лет, однако благодаря значительным успехам в научной селекции растений цель оказалась вполне досягаемой.
Еще в 1970-е годы агрогенетик из штата Канзас Уэс Джексон сравнил современное сельское хозяйство с природными экосистемами прошлого. До того как развитие земледелия и окультуривание диких растений привели к изобилию однолетних культур, на планете господствовали разнообразные многолетние растения – так же как и сейчас они преобладают на невозделываемых землях всего мира. Например, в Северной Америке, да и в Европе и Азии тоже не менее 85% местных видов растений являются многолетниками. По наблюдениям Джексона, многолетние травы канзаских прерий из года в год оставались высокопродуктивными и позволяли сохранять почву плодородной. Они не нуждались в удобрениях, пестицидах и гербицидах и в то же время были устойчивы к вредителям и болезням. Протекавшие там реки были чистыми, а животный мир – богатым.
Джексон также заметил, что для обеспечения высокой урожайности соседних полей, на которых росли однолетние кукуруза, сорго, пшеница, подсолнечник и соевые бобы, был необходим постоянный и дорогостоящий уход. Поскольку корни однолетних растений расположены сравнительно неглубоко (в большинстве случае в верхних слоях почвы – до 0,3 м) и существуют только до уборки урожая, многие аграрные районы сталкиваются с проблемами эрозии и истощения почвы и загрязнения вод. К тому же на сельскохозяйственных угодьях в основном нет животных. Одним словом, постоянное выращивание однолетних монокультур создает трудности в разных областях. Решение находилось в буквальном смысле у Джексона под ногами – выносливые и разнообразные многолетние корневые системы.
В наши дни агрономы высоко оценивают качества многолетних растений. Их сообщества, благодаря корням, которые находятся на глубине более двух метров, являются важными регуляторами таких функций экосистемы, как управление распределением воды и круговорот углерода и азота. Несмотря на то, что многолетние растения тратят много энергии на поддержание жизнедеятельности подземной части зимой, их корневые системы оживают, как только температура повышается и появляется достаточно питательных веществ и воды. Такое постоянное состояние готовности позволяет им быть высокопродуктивными и в то же время выносливыми в неблагоприятных условиях внешней среды.
В ходе исследования факторов, влияющих на эрозию почвы, выяснилось, что тимофеевка, многолетняя трава, используемая для заготовки сена, в 54 раза эффективнее сохраняет верхний слой почвы, чем однолетние растения. Ученые также зафиксировали сокращение потерь воды в 5 раз, а нитратов – в 35 раз на землях, где росли люцерна и другие многолетние травы, по сравнению с теми, где возделывались кукуруза и соевые бобы. Глубокое расположение корней и длительный вегетационный период их при этом позволяют многолетним растениям удерживать на 50% больше основного компонента органической материи почвы – углерода. На полях, засеянных злаками, которые не нужно высаживать заново каждый год, значительно меньше потребуется сельскохозяйственной техники, также снижается и количество используемых удобрений и пестицидов. Таким образом, плодородие пахотных земель повышается.
При переходе на многолетние корневые системы расходы производителей сельскохозяйственной продукции по подсчетам специалистов должны уменьшиться в 4-8,5 раз. Кроме того, известно, что популяция птиц в 7 раз плотнее на полях, где растут многолетние травы. И что еще более важно, многолетние растения значительно легче стабильно выращивать на малоплодородных землях, которым изначально свойственно плохое качество почвы или истощенных интенсивным выращиванием однолетних культур. Поэтому растениеводы США и других стран уже приступили к исследованиям и селекции для выведения многолетних сортов пшеницы, сорго, подсолнечника, промежуточного пырея и других видов пищевых и кормовых культур. Крупномасштабное создание высокоурожайных многолетних зерновых, по данным авторов статьи, станет реальностью в течение ближайших 25-50 лет.
Для получения растений с многолетними корневыми системами селекционеры применяют два традиционных метод – прямое окультуривание диких растений и создание гибридов существующих однолетних растений с их дикорастущими многолетними «собратьями». В настоящее время активные программы создания многолетних зерновых культур проводятся на основ промежуточного пырея, подсолнечника Максимилиана, десмантуса иллинойского(мимозы прерий) и льна (одного из многолетних видов). Растениевод Стэн Кокс из Института Земли считает, что на основе 10 из 13 наиболее распространенных зерновых и масличных культур можно создать гибриды с их многолетними «родичами». Участники селекционных программ, учрежденных по всей Америке, пытаются создать межвидовые и межсортовые гибриды для выведения многолетней пшеницы, сорго, кукурузы, льна и подсолнечника. Более десяти лет исследователи из Университета Мантиобы в Канаде изучали использование ресурсов многолетними системами, а сейчас несколько канадских институтов приступили к разработке программ создания многолетних зерновых. Университет Западной Австралии занимается проблемой выращивания многолетней пшеницы, а ученые из НИИ продовольственных культур в Куньмине (Китай) продолжают работу по созданию гибридов многолетнего суходольного риса, начатую в 1990-е годы Международным НИИ риса. Большая работа по получению гибридов многолетних зерновых и масличных культур проводится и в Институте Земли в США.
Несмотря на то, что многолетние люцерна и сахарный тростник уже возделывают во всем мире, они не дают урожаев, сопоставимых с теми, что собирают с полей однолетних зерновых. Но, как правило, многолетние растения, в целом, крупнее, чем однолетние, что открывает перед селекционерами более широкие возможности для переориентации вегетативного роста на производство зерна. С этой же целью селекционным путем может быть сокращен и срок жизни многолетней зерновой культуры до 5-10 лет и все жизненные возможности ее за счет этого направлены на увеличение ежегодной продуктивности. Но получение продуктивных многолетних растений пшеницы, кукурузы, сорго, ячменя, риса и других не исключает возделывания однолетних сортов этих растений, которые, несомненно, будут играть важную роль еще и через 50 лет – например, соевые бобы трудно сделать многолетними. Однако возможность выращивания многолетних и однолетних продовольственных культур позволяет намного гибче подходить и к получению пищевой продукции, и к затратам на ее получение, и к состоянию экологии.
Изложенные выше преимущества возделывания многолетних пищевых культур справедливы и для выращивания плодовых и ягодных культур с глубокой корневой системой. Главным при этом является выращивание растений сразу на постоянном месте без любых пересадок. Если это – сильнорослые плодовые растения, требующие прививки, то они должны выращиваться на подвоях, сразу высаженных на постоянное место. Если это – карликовые плодовые растения, требующие прививки, то они должны выращиваться на карликовых вставках, привитых на подвоях, сразу высаженных на постоянное место. В случае отсутствия возможности выращивания саженцев плодовых и ягодных растений сразу на местах их посадки должны приобретаться саженцы с корневой системой с обязательно неповрежденными или малоповрежденными стержневыми корнями. Только корневая система саженцев с неповрежденными стержневыми корнями позволяет в последующем создать дерево или куст с очень мощной, глубоко расположенной, с несколькими ярусами горизонтальных корней, пронизывающей большой объем почвы корневой системой. Деревья и кусты с такой корневой системой мало пригодны для интенсивной культуры, но их выращивание позволяет создать очень долговечные сады, более устойчивые к климатическим невзгодам, требующие применения меньшего количества удобрений, поливов и дающими продукцию лучшего качества.
В.Н. Шаламов