19 Жовтня 2021

Багаторічна пшениця – революція в рослинництві чи повернення до джерел?

Глобальні зміни клімату спричинили низку проблем, пов’язаних зі стабільністю сільськогосподарських ресурсів, що викликає занепокоєння щодо майбутнього світової продовольчої безпеки. Кліматичні зміни супроводжуються зростанням населення, яке, за прогнозами, до 2050 року досягне 20 мільярдів. При такому темпі приросту населення один млрд га земель, які сьогодні не використовуються у сільському господарстві, необхідно задіяти для задоволення прогнозованих потреб у продовольстві.

У свою чергу, перетворення природних екосистем у сільськогосподарські угіддя передбачає зміну мікроклімату. Чимало дослідників висловлюють припущення, що для забезпечення світової продовольчої безпеки сільськогосподарське виробництво має включати елементи багаторічного, при тому, що на сьогодні майже дві третини світових посівних площ відведено під однорічні культури.

ПЕРЕВАГИ І НЕДОЛІКИ БАГАТОРІЧНИХ КУЛЬТУР

Актуальною проблемою сучасного сільськогосподарського виробництва, поряд зі змінами клімату, є зниження родючості ґрунтів. Сучасні способи використання земельних ресурсів не відповідають вимогам збалансованого природокористування, що призводить до посилення деградаційних процесів (водна, вітрова ерозія); втрати родючості ґрунту (зменшення вмісту гумусу, ущільнення ґрунтів, порушення балансу біогенних елементів тощо).

Є дані, що ґрунт при оранці руйнується в 95 разів швидше, ніж відновлюється, а висока розораність сільськогосподарських угідь не тотожна високій віддачі врожаїв. Так, при однакових технологіях вирощування сільськогосподарських культур прибуток з 1 га сівозмінної площі на високородючих землях у 3–5 разів вищий, ніж на малопродуктивних. Слід зазначити, що в Україні частка розораності земель найвища у світі – понад 50% усієї території країни та майже 80% площ сільськогосподарських угідь.

Значенню багаторічних культур у процесах поліпшення родючості ґрунтів присвячено чимало наукових праць. Так, результати досліджень українських науковців свідчать, що в сівозмінах з високим нагромадженням просапних культур без багаторічних трав у ґрунті залишається в 10–15 разів менше кореневої маси, ніж у травопільній сівозміні. В міру збільшення тривалості використання багаторічних злаків зростає і кількість рослинних решток у ґрунті.

Основна відмінність між багаторічними злаками і однорічними польовими культурами полягає в тому, що багаторічні злаки відмирають пізно восени, а польові – влітку. В підсумку рослинні рештки потрапляють у різні умови розкладання. Переважання анаеробних умов при розкладанні решток багаторічних злаків призводить до утворення перегною, тоді як рештки однорічних культур розкладаються в анаеробних умовах, інтенсивно мінералізуються і не слугують джерелом органічної речовини. Введення багаторічних злаків у посіви злакових трав дає змогу ефективніше використовувати природні та штучні компоненти агросистеми.

Деякі дослідники вважають, що вирішити протиріччя між збалансованим природокористуванням і забезпеченням населення планети достатньою кількістю продовольчого зерна в довгостроковій перспективі можливо за рахунок поступового збільшення у зерновому клині частки багаторічних злаків. Багаторічне сільськогосподарське виробництво забезпечує вирішення низки ключових екосистемних переваг порівняно зі щорічними системами посіву.

Багаторічні культури не треба висівати щороку, вони не потребують щорічного обробітку ґрунту або застосування гербіцидів, мають значний потенціал адаптації до кліматичних змін. Завдяки біологічним особливостям різних видів багаторічних злаків регулюються процеси мінералізації органічної речовини ґрунту. Потовщена кутикула, епідерміс, склеренхіма стебел покращують здатність рослин пристосовуватись до різноманітних умов існування.

Читати по темі: Особливості вирощування сортів озимої пшениці в 2020 році

Але, однозначно, однорічні культурні злаки сьогодні продуктивніші порівняно з багаторічними, оскільки вони витрачають третину своєї енергії на насіння і запасні речовини в ньому, в той час як багаторічні злаки вкладають більшу частку своєї енергії у кореневу систему і вегетативну масу, необхідні для тривалого існування. Тому задля виправлення «маленької помилки на зорі сільського господарства 10 000 років тому» (В. Пікассо) важливо провести фундаментальну селекційну та дослідницьку роботу, щоб отримати багаторічні злаки, які могли б створити конкуренцію однорічним культурам. Нові види злаків повинні мати значні переваги, щоб зайняти чільне місце серед давно відомих культур у сучасному виробництві.

БАГАТОРІЧНА ПШЕНИЦЯ. ВІД ІДЕЇ ДО РЕАЛІЗАЦІЇ

Перші вітчизняні багаторічні пшениці на продовольчі цілі отримав у 1937 році М. В. Цицін. Багаторічна пшениця сорту М34085 була стабільною, не розщеплювалась і водночас відносилась за циклом свого розвитку як до ярих, так і до озимих форм, а за характером цвітіння – і до само-, й до перехреснозапильних рослин. Поряд із багаторічністю сорт виявився стійким до вилягання, посухи, засоленості ґрунтів і грибних захворювань.

В умовах Південного Казахстану врожайність багаторічної пшениці була вищою: з ділянки, засіяної багаторічною пшеницею, було отримано два врожаї: перший – 1,44 т/га, другий – 0,32 т/га, тобто в сумі за вегетацію 1,73 т/га, тоді як урожайність пшениці озимої становила 0,8 т/га, а ярої – 0,75 т/га. Борошномельні та харчові властивості сорту М34085 були такими: вихід борошна – 78%, вміст сирої клейковини – 57,8%, об’єм хліба із 100 мг – 407 мл, пористість хліба – 67 балів. Але надалі дослідницьку роботу з багаторічною пшеницею було згорнуто.

Починаючи з другої половини ХХ століття, у США, а пізніше й інших країнах селекція і вирощування багаторічних злаків як культур, які б відповідали вимогам біологічних, енергоощадних, природоохоронних систем землеробства, набули широкого визнання. За рахунок збільшення інвестицій із державного фінансування та приватних благодійних організацій було розгорнуто широкомасштабні дослідження можливостей використання багаторічних злаків на продовольчі цілі.

У 1983 році селекціонери з Інституту органічного виробництва Родейла (США) для розробки багаторічних зернових культур використали пирій середній Thinopyrum intermedium. Зерно пирія, що має високу життєздатність, містить велику кількість клейковини та має низький вміст глютену (на рівні ячмінного борошна). За показником білизни та кількості клейковини борошно з зерна багаторічної пшениці можна охарактеризувати, як хлібопекарське вищого сорту.

Починаючи з 1988 року, дослідники з Інституту Родейла проводять цикли відбору з метою підвищення урожайності, поліпшення якісних ознак зернівки пирію середнього.

СТВОРЕННЯ KERNZA

В Інституті землі (США) в 2003 році під керівництвом доктора Лі Де Хаан було розпочато програму створення сорту пирію середнього (Kernza®) на продовольчі цілі. Проміжний пирій є далеким родичем пшениці (назва, яка стала товарним знаком, походить від поєднання частин слів «кернел» – «зерно» і «конза» – слово, яке американські індіанці використовують для найменування штату Канзас). Було проведено кілька етапів відбору та об’єднання найкращих рослин на основі їх врожайності, розміру насіння, стійкості до хвороб та інших ознак, завдяки чому вдалось поліпшити популяцію багаторічної пшениці.

Результати на цьому етапі продемонстрували великий потенціал як для селекції рослин, так і для отримання продуктів із хорошими смаковими і харчовими властивостями. Хоча урожай зерна багаторічної пшениці не може конкурувати з кукурудзою або соєю, її урожайність за 10 років потроїлась і становила на полях у Вісконсині 900 фунтів зерна з акра.

Дозрівання Kernza на дослідній ділянці (штат Канзас)
Дозрівання Kernza на дослідній ділянці (штат Канзас)

Останнім часом у штатах Юта, Міннесота і Канзас створено селекційні програми, які скоординовані між собою, але розробляють типи рослин, унікально адаптовані до кожного з різних регіонів. Проводяться масштабні багатофункціональні дослідження використання багаторічних злаків під керівництвом Дж. Кульмана в Державному університеті Колорадо, Земельному інституті, Університеті Міннесоти, Корнельському університеті, Університеті штату Огайо, Університеті штату Айова, Університеті Вісконсіна, Університеті штату Південна Дакота, Каліфорнійському університеті Девіс (Davis, California).

Також проводиться експериментальне вивчення сумісного вирощування Kernza® з бобовими культурами для забезпечення інтенсифікації посівів та використання Kernza® для подвійного призначення – на продовольче зерно і фураж. Як зазначає В. Пікассо (2018), листя і стебла Kernza® мають високу поживну цінність для великої рогатої худоби, особливо навесні і восени, що робить її важливою культурою подвійного призначення.

В США запущено п’ятирічний проєкт із використанням мініризотронів, завдяки яким дослідники вивчають такі питання: на якій глибині ґрунту Kernza® отримує поживні речовини і воду; як змінюється склад і функція мікробної спільноти із глибиною ґрунту; яка кількість кореневої маси Kernza® відмирає і відростає через рік.

Крім США, роботи з багаторічною пшеницею ведуться у Франції, де науковці перевіряють продуктивність Kernza® в широкому спектрі різних екологічних параметрів, зокрема, вивчають потенційний діапазон адаптації рослин у місцевих умовах та ринки збуту для культури. Розпочато також спільні дослідження вчених Бельгії з Університетом штату Канзас. Група дослідників у Польщі працює над оцінкою потенціалу багаторічної зернової системи з додатковим збором кормів. Деякі дослідники вивчають потенційну адаптацію Kernza® до середземноморського середовища, а саме: вплив біомаси на ґрунтові мікроорганізми. Дослідження із багаторічними пшеницями проводять також в Університеті Копенгагена (Данія) разом із Міжнародним центром досліджень в галузі органічних харчових систем у Канаді.

Сучасні наукові дослідження підтвердили: багаторічна пшениця є перспективною культурою із високим продуктивним потенціалом. Кернза® наразі тільки в четвертому циклі відбору, а природний відбір основних культур триває не менше ніж 5000 років. В наступному десятиріччі очікується отримання врожаїв на рівні традиційних культур, але з перевагою багаторічного використання.

У рослин Kernza® розвивається глибока, щільна коренева система, яка сприяє відновленню ґрунту, накопиченню вуглецю; запобігає ерозійним процесам; забезпечує рослини водою і поживними речовини ефективніше, ніж коренева система однорічних рослин. Завдяки особливостям кореневої системи багаторічної пшениці сповільнюються втрати в ґрунті елементів живлення. Так, у ґрунті під посівом Kernza® другого року вирощування вилуговування нітратів скоротилось на 86% порівняно з однорічною пшеницею.

Порівняння кореневих систем Kernza та звичайної пшениці (The Land Institute, Саліна, штат Канзас)
Порівняння кореневих систем Kernza та звичайної пшениці (The Land Institute, Саліна, штат Канзас)

ВИСНОВКИ

Аналіз останніх дослідницьких робіт свідчить, що вирощування багаторічної пшениці може мати низку суттєвих переваг порівняно з однорічними зерновими злаками, основною серед яких є вирішення протиріччя між збалансованим природокористуванням та забезпеченням населення планети достатньою кількістю продовольчого зерна в довгостроковій перспективі.

Водночас для можливості вирощування багаторічних пшениць у наших умовах в майбутньому слід також вирішити низку таких завдань:

  • оцінити адаптаційну здатність багаторічної пшениці до ґрунтово-кліматичних умов різних регіонів, зокрема, до можливого впливу зимового режиму температур на про­цеси яровизації;
  • дослідити біологічні особливості багаторічних пше­ниць (конкурентність до бур’янів, стійкість до збудників хвороб і шкідників), з’ясувати особливості формування врожаю та визначити якісні показники зерна;
  • розробити оптимальні агротехнічні заходи вирощу­вання багаторічних пшениць на органічному фоні з метою отримання кількох врожаїв: для харчових цілей та кормо­вого призначення;
  • визначити вплив вирощування багаторічних пше­ниць на вміст макро- і мікроелементів у ґрунті, його структуру, спрямованість проходження мікробіологічних та ерозійних процесів.

О. Г. Сухомуд, І. С. Кравець, Д. М. Адаменко, кандидати с.-г. наук,  Уманський національний університет садівництва

Опубліковано в журналі “Агроном”, 2021

Найсвіжіші матеріали читайте в журналі «Агроном». Слідкуйте за головними агрономічними новинами на нашій сторінці у Facebook та каналі в Telegram

0 Коментарі
Вбудовані Відгуки
Переглянути всі коментарі

СТАТТІ ПО ТЕМІ

Як за допомогою польового досліду скоротити витрати на насіння пшениці на 50%

Дослідним шляхом визначаємо найбільш рентабельну схему сівби...

З яким добривом сіяти озиму пшеницю?

При сівбі озимої пшениці восени (а також...

Монітор плюс – бур’яни мінус

Навіщо обробляти пшеницю восени, якщо бур'яни, в...

Погода

Kyiv
чисте небо
11.5 ° C
12.1 °
10.2 °
43 %
0.9kmh
0 %
Вт
11 °
Ср
15 °
Чт
18 °
Пт
18 °
Сб
11 °