За последние 10 лет в мире произведено продовольствия больше, чем когда-либо, однако продовольственной обеспеченности не наблюдается. Поскольку хлебные злаки занимают центральное место в рационе человека, именно они привлекают все большее внимание ученых, экономистов и государственных деятелей во всем мире.
Общие тенденции в производстве зерна злаков
К экономическим факторам, негативно отражающимся на производстве продуктов питания, кроме высоких цен на удобрения и транспортные расходы, ограниченности земельных и водных ресурсов, сегодня можно отнести быстрорастущий спрос на биотопливо. По данным Международного энергетического агентства, в последующие 20 лет доля мировых обрабатываемых земель для выращивания биомассы с целью получения биотоплива может вырасти втрое. В частности, спрос на зерновое сырье для биотоплива стимулировал резкое увеличение мирового производства кукурузы (см. рис. 1, составленный нами по данным официального сайта статистики ФАО). Если в 1990-е годы валовое производство главных зерновых культур – пшеницы, риса и кукурузы – было примерно одинаковым, то с 2002 г., когда в развитых странах активно начали развиваться государственные программы получения биотоплива, стимулируемые стремительным ростом цен на нефть, производство кукурузы существенно опережает производство пшеницы и риса. Такая тенденция вызывает беспокойство, поскольку площадь пахотных земель практически достигла предела экологической безопасности, и производство зерна на биотопливо неминуемо отразится на его сокращении для пищевых нужд.
Крупнейшие производители зерна хлебных злаков – США, Китай и Индия. Вместе эти три государства производят около половины всего зерна в мире. По 2,3-3,4% мирового валового сбора производят Франция, Германия, Россия, Канада, Бразилия. Украина по этому показателю находится на уровне таких государств, как Австралия, Аргентина, Великобритания.
Среди хлебных злаков по своей значимости пшеница занимает первое место, поскольку ее пищевая ценность и высокая экологическая пластичность (что делает культуру пригодной для выращивания в самых различных климатических условиях) являются непревзойденными. Пшеница, составляющая основу пищевого рациона большей части человечества, выращивается практически во всех странах, которые имеют достаточно развитое сельскохозяйственное производство. Больше всего пшеницы в расчете на душу населения в начале 1990-х годов производила Канада, она же была и крупнейшим экспортером зерна по этому показателю. Однако в последнее время ее опередила Австралия. Много зерна относительно численности населения производят и экспортируют Франция и Аргентина. Украина по производству и экспорту зерна пшеницы на душу населения находится рядом с такими государствами как Германия, Великобритания, Россия и даже США. Хотя, если в Украине и Аргентине посевные площади под пшеницей примерно одинаковы, в Великобритании они почти втрое меньше, а в Австралии – вдвое больше. Соответственно и средняя урожайность пшеницы в последние годы в Великобритании составляет 77,8 ц/га, тогда как в Австралии только 13, а в Украине и Аргентине – около 25 ц/га. Самые большие посевные площади пшеницы имеют Китай, Индия, Россия и США (20-25 млн га), вдвое меньше Австралия (около 12 млн га), еще меньше Канада (с тенденцией к сокращению), далее следуют Украина, Аргентина и Франция (5,3-6 млн га), затем Германия и Великобритания. Вместе с тем последние три страны значительно опережают остальные по средней урожайности (около 70 ц/га), тогда как в Австралии этот показатель в последние годы низкий (очевидно, вследствие неблагоприятных погодных условий, в первую очередь – засухи). Достаточно высокая урожайность пшеницы достигнута в Китае. Украина по этому показателю находится на уровне США, Аргентины, Канады, Индии, опережая Бразилию и Россию.
Если исходить из данных ФАО по отдельным странам за последние 15 лет, можно отметить разнонаправленность динамики средней урожайности. Так, в Китае она существенно выросла, такая же тенденция к увеличению (хотя и на другом среднем фоне) наблюдается в России, Аргентине, Бразилии, Канаде.
В Австралии, напротив, в последние 10 лет произошло уменьшение этого показателя. В Украине средняя урожайность, после снижения по сравнению с началом 1990-х годов, стабилизировалась на уровне 25 ц/га. Но нет никаких сомнений, что по своему потенциалу Украина может получать намного выше урожаи, не хуже, чем во Франции или Германии. Определенную надежду на это дает тот факт, что, по данным Госкомстата Украины, средняя урожайность пшеницы в 2008 г. составляла 36,7 ц/га. Вместе с некоторым расширением посевных площадей это позволило получить валовой сбор 25,9 млн т зерна, что на 86% больше, чем в 2007 г., и вывести нашу страну по этому показателю на один уровень с Канадой и Германией (по крайней мере, по данным по этим странам на 2007 г.) и опередить Австралию и Великобританию. Конечно, существенную роль при этом сыграли благоприятные погодные условия, но такой успех был бы невозможен без усилий наших селекционеров и земледельцев.
Рис. 1. Динамика валовых сборов главных зерновых культур в мире (по данным ФАО)
Рекорды злаковых в Украине и мире
В последнее десятилетие селекционерами Института физиологии растений и генетики НАН Украины и Мироновского института пшеницы им. В.Н. Ремесло под руководством академика НАН Украины В.В. Моргуна создано 30 сортов озимой пшеницы, которые занесены в Государственный реестр сортов Украины и рекомендованы для выращивания во всех зонах страны. Среди них высокоинтенсивные сорта Смуглянка, Колумбия, Золотоколоса, Володарка, Фаворитка; сорта с высоким качеством зерна Ятрань 60, Киевская 8, Переяславка, Ласуня, Зимоярка, Трипольская, Солнышко, Наташа, Почаивка; сорта универсального использования Подолянка, Богдана, Снегурочка, Отборная, Винничанка, Трипольская; сорта специального использования Пивная, Зимоярка и Хуторянка. Генетический потенциал этих сортов достигает свыше 100-124 ц/га. В 2009 году сорт озимой пшеницы Фаворитка на Черкасщине с площади 136 га обеспечил получение рекордного за всю многовековую историю Украины урожая зерна в 131,8 ц / га. В Институте выдано и обеспечивается действие 1860 лицензионных договоров на использование сортов в производстве, что является существенным вкладом в укрепление продовольственной безопасности Украины. С целью увеличения производственной базы совместным приказом Министерства аграрной политики и НАН Украины по Институтом закреплено 178 базовых хозяйств. Следует отметить принципиально новые озимо-яровые сорта Зимоярка и Хуторянка – двуручки, которые отличаются исключительной пластичностью и могут высеваться осенью или весной. Важной чертой высокопродуктивных сортов является раннеспелость. К группе раннеспелых сортов относятся Веснянка, Почаивка, Солоха, Колумбия.
Созданные сорта впервые за всю историю Украины сформировали рекордные стабильные урожаи зерна в 115,2-124,1 ц/га: Смуглянка – 115,2, Золотоколоса – 117,3, Фаворитка – 124,1 ц/га.
Именно такие сорта нужны Украине, чтобы вывести ее на достойное место среди ведущих государств – экспортеров пшеницы.
Мировые экспериментальные данные свидетельствуют, что потенциал продуктивности озимой пшеницы еще не исчерпан. Даже в странах с наивысшей средней урожайностью (Великобритания, Германия и Франция) она составляет лишь половину официально зарегистрированных мировых рекордов. Так, еще в 1981 г. в Великобритании в полевых условиях был получен урожай 139,9 ц/га в смешанном посеве разных сортов. Позже в Новой Зеландии в Книгу рекордов Гиннеса были занесены урожаи двух английских фуражных сортов в 143 и 162 ц/га при влажности зерна 14%, полученные на двух полях.
В сезоне 2002/2003 группа исследователей из Новой Зеландии в полевых опытах продемонстрировала пример получения урожая свыше 150 ц/га. Опыты проводили с озимой фуражной пшеницей сорта Саванна в условиях искусственного орошения и двух доз (N207 и N230) азотного питания, которые вносили в три приема. Фоновое содержание минерального азота в верхнем слое почвы (25 см) составило 50 кг/га. Учитывая высокую подвижность этого элемента, можно предположить, что в метровом слое почвы, где размещается основная масса корней пшеницы, его запасы были в 2-3 раза больше. Результаты этих опытов приведены в табл. 2, из которой видно, что прибавка урожайности при внесении высоких доз азотных удобрений была обусловлена увеличением как количества колосьев на 1 м2, так и количества зерен в колосе. В результате количество зерен на 1 м2 посева увеличилось почти на 50%, что привело к соответствующему повышению урожайности. Масса одной зерновки практически не изменилась, что свидетельствует о высокой атрагующей способности зерновок этого сорта.
Отдельного внимания требует тот факт, что в контрольном варианте без внесения азота был получен очень хороший (по оценке самих авторов) урожай в 111 ц/га. Это можно объяснить несколькими факторами.
Во-первых, исследуемый сорт был фуражным, следовательно, вынос азота у него меньше по сравнению с сильными или ценными сортами.
Во-вторых, фоновое содержание азота в почве было достаточно высоким, а его доступность обеспечивалась искусственным орошением.
В-третьих, погодные условия были очень благоприятны и объединяли умеренную среднесуточную температуру в течение налива зерна (16,5°С) с высокой инсоляцией, которая была больше среднегодовой.
Одной из составляющих высокого потенциала продуктивности, как известно, является длительный срок налива зерна, который в анализируемой работе составил 40 суток.
Исходя из этих данных, можно сделать вывод, что в формирование рекордного урожая пшеницы при благоприятных погодных условиях (влагообеспеченность, температура, инсоляция) и оптимальной густоте посева вклад сорта составил 60-70%, а усиление минерального питания (в первую очередь, азотного) – 30-40%. Неблагоприятные погодные условия могут существенно снизить урожайность, величина которой зависит от генотипической устойчивости.
Подобные рекордные урожаи довольно редкое явление и, как правило, достигаются при благоприятном стечении обстоятельств. К тому же, они требуют внесения чрезвычайно высоких доз азотных удобрений, что ведет к снижению коэффициентов усвоения азота. Так, из табл. 2 видно, что повышение обеспеченности азотом в несколько раз выше фоновой привело к увеличению урожайности менее чем на 30%.
Высокие урожаи зафиксированы и в Китае. Так, на небольших участках в Тибете урожаи яровой и озимой пшеницы составляли 14,8 и 13,0 т/га соответственно. Наивысший урожай на малых участках был получен в Qinghai – 15,3 т/ га.
Результаты по достижению рекордных урожаев демонстрируют потенциальные возможности пшеницы и среди прочего дают основание для вывода о необходимости повышения эффективности использования азота новыми высокопродуктивными сортами. То есть получения высоких урожаев при меньших его дозах, особенно, в связи со стремительным ростом мировых цен на удобрения в последние годы.
Статистика ФАО свидетельствует, что в США средняя урожайность пшеницы выросла с 11 ц/га в конце 1940-х годов до 26 ц/га в конце 1990-х, тогда как использование минеральных удобрений увеличилось с 20 до 120 кг/га. Во Франции за тот же период урожайность пшеницы выросла с 18 до 70 ц/га при применении минеральных удобрений 45 и 250 кг/га соответственно. Это свидетельствует, что повышение урожайности происходило меньшими темпами, чем повышение минерального питания, а, следовательно, эффективность использования последнего растениями уменьшилась.
В то же время экономический анализ свидетельствует о возможности получения высоких урожаев даже при снижении коэффициентов усвоения элементов питания (табл. 2).
Возвращаясь к анализу глобальных тенденций, отметим, что валовой сбор зерна пшеницы в мире постепенно растет (см. рис. 1), хотя этот процесс подвержен определенным колебаниям как вследствие влияния погодных условий, так и аграрной политики отдельных государств. Можно утверждать, что этот прирост обеспечивается именно повышением средней урожайности. Это хорошо видно на рис. 4, из которого следует, что в глобальном масштабе за последние 15 лет урожайность пшеницы выросла с 25 до 28,5 ц/га. По мнению многих исследователей, именно увеличение урожайности осталось единственным двигателем наращивания производства зерна. Это подтверждается и данными рис. 1 и 4: наблюдается тенденция к снижению посевных площадей пшеницы в мире, что вызвано отводом части земель под выращивание культур для получения биотоплива, для экологических программ, развития промышленности и т.д. При этом валовые сборы зерна в мире все же растут, что соответствует повышению среднемирового уровня урожайности этой культуры. Решающую роль в повышении урожайности играет создание новых сортов с высоким генетическим потенциалом продуктивности и экологической пластичности, а также совершенствование технологий выращивания, таких как методы обработки почвы, управление питанием, контроль сорняков, вредителей, болезней.
Рис. 4. Динамика средней урожайности пшеницы в мире
Рисунок 5. Динамика валового сбора пшеницы в мире
Физиологические механизмы продуктивного процесса растений, улучшение его показателей селекционно-генетическим путем, как и решение задачи повышения потенциала продуктивности зерновых, пшеницы в частности, мы рассмотрим в дальнейших публикациях.
Комментарий практика
Людмила Василенко, генеральный директор ООО «Агробонус»
Благодаря успехам селекционеров, на больших площадях уже можно получать урожайность 5-7 т/га, а на отдельных участках даже преодолеть рубеж 10 т/га. К сожалению, это пока далеко не массовое явление. По нашему мнению, главный сдерживающий фактор роста урожайности – это погодные условия, которые отрицательно влияют на перезимовку. Поэтому в страховом фонде важно иметь семена сортов-двуручек, которыми по необходимости можно «подремонтировать» поврежденные посевы весной. В связи с частыми засухами в весенне-летний период при подборе сорта в зонах Степи, левобережной и центральной Лесостепи преимущество лучше предоставлять засухоустойчивым сортам. Даже самый продуктивный сорт не способен раскрыть свой потенциал без соблюдения технологии выращивания. Практика доказала, что недостаток одних элементов технологии нельзя возместить излишком других элементов. Самое перспективное направление для контролируемого повышения урожайности – это повсеместное применение лабораторного и полевого анализа условий минерального питания растений, появления и развития вредоносных объектов, что позволяет оперативно реагировать на потребности растений и принимать эффективные решения.
Владимир Моргун, директор, доктор биологических наук, профессор, академик НАН Украины
Виктор Швартау, замдиректора по научной работе, доктор биологических наук, член-корреспондент НАН Украины, Дмитрий Киризий, доктор биологических наук, старший научный сотрудник, Институт физиологии растений и генетики НАНУ