Китайские исследователи близки к созданию многолетнего риса, который позволит избежать ущерба, причиняемого земле в связи с необходимостью ежегодной посадки.
Десять тысяч лет назад древние жители Китая собирали зерна дикого риса, многолетней травы, достигающей 15 футов в высоту в болотах и ручьях.
Зерна были мелкими и красными, созревали волнами и часто разбивались о воду. Их потомки превратили это зерно в высокоурожайную однолетнюю культуру, которой сегодня кормится половина населения мира.
Когда в 1909 году агроном Ф. Х. Кинг посетил тщательно ухоженные рисовые террасы Китая, он назвал мужчин и женщин, возделывавших их, «фермерами 40 веков». Ему казалось, что они открыли секрет сохранения почвы и сохранения плодородия сельскохозяйственных угодий на неопределенный срок.
Сегодня, когда климат меняется и все больше земель интенсивно возделывается, фермеры, выращивающие рис, сталкиваются с менее определенным будущим.
В некоторых частях Азии таяние ледников угрожает иссушить запасы воды для орошаемых рисовых полей, в то время как более высокие температуры и непредсказуемые осадки создают нагрузку на богарные поля. В горных районах по всему миру, где фермеры выращивают рис на крутых склонах с использованием подсечно-огневой техники, периоды паров становятся короче, а сильная эрозия подрывает как производительность, так и здоровье экосистемы.
Устойчивое земледелие в высокогорных районах
Международная сеть ученых работает над радикальным решением: многолетний рис, дающий зерно в течение многих лет без повторной посадки.
Скрещивая одомашненный рис с его дикими предшественниками, они надеются создать сорта с глубокими корнями, которые удерживают почву на месте, требуют меньше труда и выдерживают экстремальные температуры и водоснабжение. Селекционеры десятилетиями пытались сделать то же самое с пшеницей, сорго и другими культурами.
С рисом видение, наконец, приближается к реальности. Китайские ученые готовятся к выпуску сорта, который, по их словам, хорошо себя зарекомендовал на рисовых полях в низинах, а после проведения дополнительных селекционных работ в конечном итоге сможет процветать и на малоплодородных землях.
«Это направление исследований предвещает более устойчивый способ выращивания сельскохозяйственных культур в горных районах», - сказала Казиана Вера Крус, эксперт по сельскому хозяйству в горных районах Международного исследовательского института риса (IRRI) на Филиппинах.
Она сказала, что исследование особенно может затронуть женщин, потому что они чаще всего несут ответственность за тяжелую работу по посадке риса вручную каждую весну на небольших фермах в горах.
Одна сельскохозяйственная компания в Юньнани проведет испытания PR23 и аналогичных сортов на площади более 1500 акров в этом году, исследователи также испытывают PR23 в Лаосе. Если правительство Юньнани одобрит новый рис для широкого распространения среди фермеров, он станет одним из первых в мире многолетних злаков, выращиваемых за пределами экспериментальных полей.
Критики утверждают, однако, что многолетние злаки, такие как PR23, никогда не смогут прокормить растущее население мира. Кеннет Кассман, агроном из Университета Небраски, чья работа сосредоточена на глобальной продовольственной безопасности, сказал, что выделение большей доли ограниченного мирового финансирования сельскохозяйственных исследований на исследования многолетнего риса было бы ошибкой.
«Цель состоит не только в том, чтобы повысить продуктивность сельского хозяйства, цель состоит в том, чтобы вывести людей из бедности и обеспечить адекватное питание и здоровье», - сказал Кассман, работавший в IRRI в середине 90-х годов. «И малоурожайные многолетние зерновые, выращенные на маленьких, маргинальных фермах, никак не могут вытащить кого-либо из бедности».
Вместо этого он утверждает, что фермеры должны выращивать засухоустойчивые деревья или пастбища, а не зерновые, на крутых склонах холмов, чтобы стабилизировать почвы, а ученые должны сосредоточиться на повышении ежегодных урожаев зерна в действительно подходящих для них условиях, таких как плоские поля. с достаточным количеством воды.
Борьба с бедностью и недоеданием
Тем не менее, те, кто занимается исследованиями многолетнего риса в Китае, говорят, что это может иметь глобальные экологические последствия. Миллионы фермеров в Азии и Африке выращивают рис в маргинальных горных районах за счет массивной потери почвы (например, крутые рисовые поля без террас в Лаосе теряют почву примерно в 20 раз быстрее, чем средняя глобальная скорость образования новой почвы).
То же самое относится и к другим культурам на других континентах. Согласно статье 2010 года в журнале Science, половина населения мира зависит от малоплодородных земель для производства продовольствия, и ежегодная вспашка часто приводит к еще большей деградации этих полей. Тем временем население и спрос на зерно быстро растут.
Одним из широко распространенных ответов является экологическая интенсификация, при которой устойчивые методы ведения сельского хозяйства, такие как покровные культуры и поликультуры, используются для повышения урожайности без увеличения площади обрабатываемых земель или причиняемого ими вреда окружающей среде.
Но сторонники многолетних зерновых утверждают, что сельское хозяйство нуждается в более серьезном исправлении - по сути, в отходе от 10 000-летней привычки человечества расчищать землю каждый год и начинать заново.
«Так много проблем, которые мы считаем частью сельскохозяйственного комплекса - утечка питательных веществ, эрозия почвы, потеря углерода, нашествие сорняков - на самом деле являются атрибутами этой сильно нарушенной экосистемы», - сказал Тимоти Крюс, директор по исследованиям. в Земельном институте в Канзасе, основанном в 1976 году с целью разработки зерновых полей, имитирующих прерии.
“Они очень предсказуемы в плане экологии. И все же, если вы выйдете на улицу и посмотрите на зрелые местные [пастбища] экосистемы, у вас не будет этих проблем».
Однако разработка многолетних сортов риса и других зерновых - сложная задача. В то время как одомашненные однолетние злаки тратят от 30 до 60 процентов своей энергии на производство семян, многолетние травы направляют гораздо больше энергии на создание корней для долговременного выживания.
Чтобы повысить урожайность многолетних растений, объяснил Крюс, селекционеры должны уговорить многолетники выделять больший кусок энергетического пирога на производство семян. Они также могут воспользоваться тем фактом, что многолетники, как правило, имеют больший энергетический пирог: они обычно начинают расти раньше, чем однолетники, каждую весну и фотосинтезируют солнечный свет в течение большего количества дней в году..
Растущий интерес к многолетним зерновым
Агентство США по международному развитию инвестирует в исследования многолетнего сорго, а Фонд Билла и Мелинды Гейтс финансирует исследование рисков и преимуществ многолетней пшеницы, сорго и голубиного гороха в пяти африканских странах.
Тем не менее, прогресс неравномерен из-за различий в генетике, методах селекции, условиях выращивания и исследовательском интересе к различным зерновым. По словам Крюса, многолетняя пшеница - ключевая культура в Институте земли - остается на десятилетия ниже по урожайности, чем однолетняя пшеница. Исследования многолетней кукурузы отстают еще больше.
Среди основных продуктов питания только многолетний рис «приближается к реальности», согласно материалам заседания ФАО 2013 года.
Первые сообщения о скрещивании многолетнего и однолетнего риса появились в 1980-х годах. Вдохновленный этими признаками успеха, IRRI в середине 1990-х годов учредил селекционную программу, направленную на то, чтобы помочь бедным фермерам бороться с эрозией на крутых склонах.
От него отказались в 2001 году из-за смещения приоритетов исследований, но к тому времени Дайун Тао, генетик из Юньнаньской академии сельскохозяйственных наук, сделал многообещающее скрещивание, которое в конечном итоге привело к PR23.
Это было значительным достижением. Многолетний и однолетний рис являются близкородственными, но разными видами, что затрудняет их скрещивание. Часто происходит оплодотворение, но эмбрион нежизнеспособен. Тао использовал то, что селекционеры называют «спасением эмбрионов», процедуру, которую Крюс сравнивает с помещением недоношенного ребенка в инкубатор. Как только растения преодолели это узкое место, будущие поколения смогли нормально размножаться.
Многолетний рис скоро покинет экспериментальные поля
Следующим шагом Тао и его коллег, включая Ху, было улучшение крестов и выбор лучших. При финансовой поддержке Национального научного фонда Китая, а в последнее время и Института земли, они запустили серию полевых испытаний, используя традиционные методы выращивания на типичных низинных полях.
Ху сказал, что PR23 и несколько других сортов теперь достаточно хороши для продажи фермерам в Юньнани, хотя он еще не опубликовал никаких статей об их эффективности в рецензируемых журналах.
Многолетний рис, однако, ни в коем случае не готов противостоять суровым условиям плохой почвы, скудной воды и экстремальным температурам на возвышенностях. Одной из задач будет введение генов, которые предписывают растению переходить в состояние покоя и прекращать производство листьев в засушливый сезон для экономии воды; другой - адаптация растений к кислым почвам, характерным для горных районов.
«По мере того, как мы попадаем во все более и более экстремальные условия, нам придется разрабатывать все более и более качественные материалы с большим количеством характеристик, чтобы адаптировать их», - сказал Лен Уэйд, эксперт по многолетнему зерну из австралийского Университета Чарльза Стерта. консультирование команды Ху и координация испытаний в Лаосе. «Значит, здесь нет ответа. Требуется ряд ответов или ряд целей».
Тем не менее, эти дальнейшие улучшения являются ключевыми, потому что те самые места, которые наиболее отчаянно нуждаются в альтернативе обычному рису, также имеют самые тяжелые условия для выращивания. Например, в горах северного Лаоса фермеры обычно сжигают участки леса в марте или апреле и разбрасывают семена риса по пеплу.
Прежде чем растения успели пустить крепкие корни, проливные дожди смывают почву и вымывают питательные вещества. Урожайность падает, зарастают сорняки, и через два-три года фермеры переезжают.
«Качество почвы ухудшается очень быстро», - сказал Фенг Сенгсюа, лаосский агроном, участвующий в испытаниях, которые на данный момент проводятся только в более благоприятных южных районах, где местность более ровная, а почвы лучше. «Население увеличилось, а лес уничтожают горные фермеры. Лаосское правительство хочет сократить использование таких систем земледелия в горных районах, как подсечно-огневое, чтобы уменьшить эрозию и вырубку лесов».
Это привело к интересу правительства к новым сортам из Китая, которые обещают преимущества, выходящие за рамки зерна, сказал Уэйд. Урожай риса, который оставался в земле в течение многих лет, мог сохранить почву и обеспечить сеном, кормом и топливом в засушливый сезон, что делает его ключевым элементом устойчивой системы земледелия в холмистых районах.
Это видение многолетнего риса, достаточно прочного, чтобы процветать в самых сложных условиях выращивания в мире, все еще далеко. Но в течение следующих нескольких лет китайские фермеры могут получить доступ к PR23, сорту, не похожему ни на один другой за долгую историю выращивания риса. Для сообщества исследователей многолетних зерновых уже одно это стало бы важной вехой.