ФГБНУ Федеральный научный центр «Всероссийский научно-исследовательский институт масличных культур имени В.С. Пустовойта» (ФГБНУ ФНЦ ВНИИМК)
Введение
Россия в целом северная страна, где значительная доля пахотных земель расположена в неблагоприятных климатических условиях. Тем не менее, большинство возделываемых масличных культур в результате длительной адаптивной селекции достаточно адаптированы к особенностям российского климата. Основные посевные площади в России занимают подсолнечник, соя, рапс, горчица, лён и сафлор.
Прослушать полную аудиоверсию этой статьи.
В 2013 г. общая площадь под этими культурами достигала 11 млн га, средняя урожайность — 1,23 т/га, валовой сбор маслосемян — 13,6 млн т. Стабильно высокий спрос на растительные масла на внутреннем и внешнем рынках обеспечивает устойчивый приток капитала в российскую маслопроизводящую индустрию. За последние 20 лет эти тенденции привели к росту производства масел в России в 4,4 раза. Рост потребления растительного масла населением за тот же период вырос в 2,1 раза, доля отечественного масла на внутреннем рынке увеличилась с 57,9 до 84,4 %.
Дальнейший рост сырьевого сектора российской масложировой индустрии может обеспечиваться за счёт увеличения посевных площадей под масличными культурами при условии возврата в производство неиспользуемых пахотных земель, освоения новых территорий, включая северные, и оптимизации структуры севооборотов.
В целом по России дополнительный прирост посевных площадей подсолнечника может составлять до 2,85 млн га, сои -— до 3,67, рапса и сурепицы — до 4,20, масличного льна — до 2,35, горчицы — до 3,87, рыжика — до 4,36, сафлора — до 0,94 млн га. При этом потенциал размещения посевных площадей масличных культур может составлять 33,5 млн га, что превышает его текущее состояние на 2014 г. — 11,14 млн га, более чем в 3 раза.
Сложившиеся на сегодняшний день в Российской Федерации объёмы производства масличных культур определяются целым рядом факторов, основными из которых являются доступные ресурсы природной среды и экономическая привлекательность производства масличных культур. В любой стране мира объёмы производства и ассортимент сельскохозяйственной продукции определяются, прежде всего, биопродуктивным потенциалом среды. Важнейшим фактором, определяющим этот потенциал, является климат.
Климатические ресурсы России
По климатическим условиям Российская Федерация является самой холодной страной в мире. Средняя годовая температура приземного воздуха в среднем за последние сто лет наблюдения, в целом по стране, составляет минус 4,1 °С. Около 70 % территории России имеют статус районов Крайнего Севера и приравненных к ним местностей [42].
Суровые климатические условия Российской Федерации, особенно её азиатской части, определяют пониженную продуктивность сельскохозяйственного производства по сравнению с североамериканским и западноевропейским. Если в США не менее половины территории расположено в субтропическом и тропическом климатическом поясах, то в России к субтропикам средиземноморского типа относятся только узкие прибрежные полосы на Черноморском побережье Краснодарского края от Адлера до Анапы и на южном побережье Крыма от Алушты до мыса Айя. Причём в этих зонах сельское хозяйство представлено почти исключительно горным садоводством и виноградарством [1].
Основным фактором высокой урожайности сельскохозяйственных культур в Западной Европе также является тёплый влажный климат, который формируется тропическим морским течением Гольфстрим. Благодаря этому течению формирующиеся в Северной Атлантике тёплые циклоны перемещаются на восток и создают барьер для проникновения масс очень холодного приполярного воздуха в Западную Европу. Это приводит к их смещению в направлении территории России, особенно её восточных областей [42; 43].
Поэтому главная причина принципиальных отличий восточно-российского климата от западноевропейского — в избыточном многовековом поступлении холодного воздуха на большую часть территории Сибири и дальнего Востока. В результате чего на обширных площадях сформировался мощный слой многолетней мерзлоты (рис. 1).
Рис. 1. Распространение многолетней мерзлоты на территории России
В целом же общая площадь многолетнемёрзлых грунтов занимает около 65% от всей территории России, и на ней промышленное выращивание сельскохозяйственных культур крайне ограничено или полностью отсутствует [42].
Именно поэтому сельское хозяйство России на две трети сосредоточено в более тёплой европейской части страны на широтах 45-55° и лишь частично - в южной части Сибири и на Дальнем Востоке, где среднегодовые температуры приземного воздуха превышают 0 °С (рис. 2) [2; 3].
Более того, по данным Госкомстата России, доля пахотных земель в Сибири и на Дальнем Востоке за период с 1998 г. по 2014 г. сократилась с 31,9 до 29% от общероссийской площади пашни [49].
Для оценки влияния климата на состояние и продуктивность культурных растений используются климатические показатели: температуры, суммы осадков, характеризующие агроклиматическую составляющую климата. Наиболее значимыми являются:
Одной из главных температурных характеристик климата, определяющих пригодность сельскохозяйственных растений, включая масличные культуры к выращиванию в той или иной климатической зоне, является количество дней в году с температурой выше 0 °С, или продолжительность безморозного периода, тесно связанного с длительностью вегетационного периода [11].
На юге европейской части России продолжительность безморозного периода достигает 300-350 дней. Здесь же (прежде всего в Краснодарском крае и Республике Адыгея) сосредоточено самое высокопродуктивное сельскохозяйственное производство по эффективности, сравниваемое с ведущими мировыми державами. В то же время у северных границ пахотных земель продолжительность безморозного периода может ограничиваться 120-150 сутками с сохраняющейся вероятностью наступления летних заморозков [3].
Для более точной оценки температурной пригодности региона к возделыванию культурных растений также используется показатель суммы эффективных (>10 °С) температур, представляющий собой количество тепла, выраженное суммой средних суточных температур воздуха и почвы, превышающих биологический минимум температуры [30].
Суммы эффективных температур, достигающие 3000-3500 °С и более, обеспечивающие успешное возделывание теплолюбивых масличных культур с продолжительным вегетационным периодом, накапливаются только в отдельных климатических подзонах Южного, Северо-Кавказского и Крымского федеральных округов. Диапазон сумм эффективных температур в Центральном и Приволжском федеральных округах меньше и варьируется примерно от 2800 °С в южной их части до 1700 °С — в северной. Ещё меньшие суммы эффективных температур достаточных для возделывания только раннеспелых, скороспелых и холодоустойчивых культурных растений, накапливаются в южной части Уральского, Сибирского и Дальневосточного федеральных округов.
Не менее важным, чем температурные параметры, для успешного возделывания сельскохозяйственных культур, включая масличные, является наличие запасов влаги в почве, достаточных для обеспечения роста и развития растений в течение всего вегетационного периода.
Основным источником пополнения запасов влаги в почве являются атмосферные осадки. На всей территории России за год в среднем выпадает около 9653 км3 осадков, что эквивалентно 571 мм/год. Из этого количества на испарение затрачивается 5676 км3, или 336 мм воды [9]. В формировании годовых сумм атмосферных осадков прослеживаются характерные в целом для страны закономерности.
В направлении с запада на восток происходит последовательное уменьшение количества годовых сумм атмосферных осадков. Так, в западной части Центрального и Северо-Западного федеральных округов их количество может достигать 600-700 мм и более. Уже в Приволжском федеральном округе наблюдается последовательное уменьшение годового количества осадков. Эта же тенденция сохраняется в зонах пахотных земель Уральского и Сибирского федеральных округов, особенно граничащих с сухостепными зонами Казахстана. И только в южной части Дальневосточного федерального округа за счёт муссонных дождей среднегодовое количество осадков снова увеличивается, местами достигая уровня 850-1000 мм и более [53].
Во внутригодовом распределении осадков на большей части страны наблюдается преобладание осадков летнего периода. В годовом разрезе наибольшее количество осадков приходится на июнь, наименьшее - на вторую половину зимы. Преобладание осадков холодного периода характерно в основном для юго-западных районов страны - прежде всего Южного, Северо-Кавказского федеральных округов, а также отдельных областей Приволжского федерального округа [8].
Интегральным прикладным биоклиматическим показателем, учитывающим суммы выпавших осадков за период с температурами выше 10 °С и использующимся при сельскохозяйственной оценке климата для выделения зон различной влагообеспеченности, является гидротермический коэффициент (ГТК) Селянинова Г.Т. Этот коэффициент применяется для оценки степени влагообеспеченности и засушливости различных типов ландшафта в связи с их гидротермической пригодностью к возделыванию тех или иных культурных растений [21; 22; 43].
В зоне достаточного для подавляющего большинства культурных растений увлажнения, ГТК приближается к 1,0 ± 0,2. ГТК, равный 1, близок к северным границам степной зоны, а северная граница полупустынь совпадает с изолинией ГТК = 0,5. Значения ГТК 0,5-0,7, наиболее характерные для южных степных и сухостепных регионов европейский части России, указывают на существенный дефицит влагообеспеченности, что негативно сказывается на росте и формировании урожая семян яровых культурных растений с продолжительным вегетационным периодом, включая такие масличные культуры, как соя или яровой рапс.
Ресурсный потенциал масличных культур в России
В целом, значительная доля пахотных земель в Российской Федерации расположена в климатических зонах с неблагоприятными для культурных растений значениями, как минимум, одного из основных климатических параметров:
Тем не менее, практически на всей возделываемой территории России довольно успешно выращивается целый ряд масличных культур, среди которых основные площади занимают подсолнечник, соя, яровой и озимый рапс, горчица, рыжик. Общая площадь под масличными культурами в 2013 г. в России составила 10984 тыс. га, где при средней урожайности 1,23 т/га валовой сбор составил 13590 тыс. т [33].
Изучением возможности выращивания масличных растений в северных регионах в научных учреждениях России занимаются издавна [15; 28; 52]. Длительное время в целом ряде селекционных учреждений ведётся работа по созданию специализированных сортов масличных культур, пригодных для промышленного возделывания на северных границах пахотных земель.
В частности, в научных центрах Уральского, Сибирского и Дальневосточного федеральных округов ведётся активная интродукция и селекция для самых северных зон возделывания раннеспелых холодоустойчивых сортов и гибридов подсолнечника [31; 46; 47], сои [5; 6; 34; 35; 40; 55], рапса [41; 45; 59], масличного льна [25; 26; 27; 59], рыжика [39; 59].
Возможность расширения зоны возделывания масличных культур за счёт северных территорий облегчается благодаря продолжающимся процессам глобального потепления климата, которое в последние десятилетия стало очевидным фактом не только для Российской Федерации, но и других стран умеренного климатического пояса. Уже в конце XX века почти повсеместно, за исключением экваториальных областей, стали заметно увеличиваться температуры приземного воздуха, что привело к уменьшению количества морозных зим в бореальных областях Северного полушария.
Даже в районе Северного полюса температура подлёдной воды возросла почти на 2 °С, что привело к ускоренному сокращению полярной шапки. По данным сети Росгидромета, за последние 120 лет (1885-2005 гг.) потепление, в целом по России, составило 1,29 °С, или + 0,11 °С каждые 10 лет [42]. В последние десятилетия интенсивность потепления увеличилась, и за период 1976-2013 гг. достигла + 0,43 °С/10 лет. Это привело к линейному росту сумм активных температур (> 10 °С) из расчёта 90 °С/10 лет, а число дней с температурой более 10 °С увеличивается в среднем на 3,6 сут./10 лет [10].
Тенденции климатических изменений температуры, наблюдавшихся в предыдущие периоды, в основном сохраняются и в последние годы. Среднегодовые, весенние и осенние температуры растут на всей территории Российской Федерации. В 2014 г. весенняя температура воздуха в среднем по России превысила среднемноголетние (за период 1961-1990 гг.) значения на 3,12 °С, что составило исторический максимум за весь период инструментальных метеорологических наблюдений. Сохраняется тенденция более раннего прекращения зимы и устойчивого перехода температур воздуха от 0 °С к положительным значениям.
Одновременно с тенденцией роста температур на территории России наблюдается увеличение количества осадков. Тренд среднегодовых осадков за 1976-2013 гг., в среднем по России, составляет 2,2%/10 лет. Количество осадков в пределах земледельческой зоны постепенно возрастает (за исключением Приволжского федерального округа) за счёт весеннего сезона (5,9%/10 лет) и осени (2,4%/10 лет). При этом выпадение осадков в летний период имеет тенденцию к снижению во всех федеральных округах, кроме Сибирского и Дальневосточного [10; 12].
Благодаря продолжающемуся потеплению климата южные границы вечной мерзлоты в европейской и азиатской частях страны за последнюю четверть века сдвинулись на север и северо-восток на 50-70 км. При сохранении тенденции потепления климата к середине XXI века ожидается обширная тепловая деградация многолетнемёрзлых почв и отступление границ вечной мерзлоты к северу и северо-востоку на глубину до 600 км [43]. Это позволяет в долгосрочной перспективе, после рекультивации и осушения заболоченных почв, ввести в сельскохозяйственный оборот дополнительно до 1 млн га.
В целом глобальные изменения климата и, прежде всего, повышение среднегодовых температур приземного воздуха для сельского хозяйства России оказались довольно благоприятными. Уже сейчас несколько потеплел климат в центральных и северных областях европейской части России, позволяя расширить в северном направлении ареал выращивания более теплолюбивых и продуктивных сельскохозяйственных культур, включая такие масличные растения, как подсолнечник и соя.
В начале XXI века в азиатской части России продолжала сдвигаться к северу климатическая граница выживаемости холодоустойчивых масличных культур с коротким вегетационным периодом - горчицы сарептской, сурепицы полевой, рыжика посевного, масличного льна, формируя дополнительный резерв территорий, пригодных для их возделывания.
Таким образом, на территории Российской Федерации в настоящее время уже сформировался определённый набор масличных культур, биологически наиболее адаптированных к особенностям климатических условий в большинстве земледельческих регионов страны и, по данным Госкомстата России, обеспечивших в 2013 г. валовое производство маслосемян порядка 13,6 млн т.
Основной масличной культурой в Российской Федерации является подсолнечник, доля которого в структуре посевных площадей масличных культур в 2013 г. составила около 66 % [33]. Исходным ареалом распространения предковых дикорастущих форм подсолнечника являлись сухие знойные прерии Северной Америки. Процесс окультуривания подсолнечника и его селекционного преобразования в высокопродуктивное масличное растение проходили в условиях континентального климата европейской части России.
Поэтому экологически подсолнечник сформировался как светолюбивое, жаростойкое, факультативно короткодневное растение с глубоко проникающей (до 3 м и глубже) корневой системой, способное переносить недостаток влаги в почве и высокие летние температуры воздуха. В то же время его семена способны проклёвываться в почве уже при температуре 02 °С.
Нижний температурный предел прорастания семян и появления всходов подсолнечника составляет 2-5 °С. При этом он способен переносить без видимых повреждений длительное воздействие низких положительных температур. Наклюнувшиеся проростки выдерживают заморозки до минус 10 °С. Такие биологические особенности позволяют высевать подсолнечник в ранние сроки весной [13; 44; 58].
Общие биоклиматические требования сортов и гибридов подсолнечника разных групп спелости определяются суммой эффективных температур от 1500 до 2900 °С, что обеспечивает вегетационные периоды у сортов и гибридов разных групп спелости в диапазоне 75-138 дней [13; 28; 59]. В то же время в результате многолетней и эффективной отечественной селекции удалось создать очень ранние сорта и гибриды подсолнечника, для гарантированного вызревания которых достаточно не более 1500-1600 °С суммы эффективных температур, что обеспечивает возможность расширения северных границ возделывания этой культуры до 56° с. ш. [13; 28; 59].
С другой стороны, посевы подсолнечника на юге европейской части Российской Федерации могут доходить до самой границы неорошаемого земледелия в сухостепных зонах Астраханской области, Ставропольского края, Республики Калмыкия, южной части Саратовской, Оренбургской и Курганской областей, где ГТК равен 0,5 и меньше [13].
В целом биологические особенности подсолнечника и многолетняя эффективная селекция на повышение адаптивности к различным климатическим условиям в настоящее время позволяют его возделывать в большинстве регионов Российской Федерации с развитым сельскохозяйственным производством, за исключением северных границ пахотных земель с ГТК выше 1. В настоящее время площадь посевов подсолнечника в России достигает 6,1-7,6 млн га. При средней урожайности 14,6 ц/га, на площади 7 млн 241 тыс. га в 2013 г. валовые сборы маслосемян подсолнечника составили 10 млн 553,7 тыс. т [33; 59].
Вторая по значимости и распространённости в Российской Федерации масличная культура — соя. Ещё 10-15 лет назад её площади в России находились на уровне 400-800 тыс. га, а валовые сборы не превышали 400-800 тыс. т/год [50]. Однако в последние годы объёмы производства этой культуры практически удвоились. Общая площадь посева сои в 2013 г. составила 1463,7 тыс. га, что при средней урожайности 11,2 ц/га обеспечило валовой сбор маслосемян до 1636,3 тыс. т.
Соя, как и подсолнечник, отличается повышенными требованиями к теплу и является высокочувствительным к длине дня короткодневным растением. Поэтому продвижение посевов сои на север ведёт к заметному удлинению вегетационного периода и риску попадания невызревших растений под осенние холода и заморозки. Кроме этого, первичное окультуривание сои происходило в условиях муссонного влажного климата севера Китая, поэтому соя традиционно считается влаголюбивой культурой, заметно снижающей продуктивность в условиях недостаточного увлажнения [6; 45; 54].
Минимальная температура прорастания семян и получения всходов сои составляет около 10 °С. Требуемые суммы эффективных температур для отечественных сортов сои с разным вегетационным периодом от 1700 до 3200 °С. В период всходов соя хорошо переносит слабые заморозки до минус 2-3 °С [6; 15].
Однако целенаправленная селекция сои на повышенную холодоустойчивость и пониженную реакцию на изменение длины дня позволила создать холодоустойчивые сорта, способные прорастать уже при 67 °С, на стадии всходов выдерживая заморозки до минус 5 °С.
Также селекционным путём созданы отечественные сорта сои северного экотипа, способные вызревать в условиях продолжительного дня в границах от 52 до 58° с. ш., включая отдельные районы южной части зоны с островным и прерывистым распределением вечной мерзлоты [6; 17; 18; 32; 38].
С другой стороны, результативная селекция на повышение засухоустойчивости позволяет расширить ареал промышленного возделывания отечественных сортов сои в сухостепные зоны Южного и Приволжского федеральных округов с ГТК 0,5-0,7 [19; 32].
Заметный вклад в отечественное производство маслосемян вносят масличные капустные культуры, среди которых рапс, горчица сарептская, рыжик и сурепица выращиваются в промышленных масштабах во многих регионах России, включая земледельческие районы Западной и Восточной Сибири [7; 24; 41]. Уже длительное время в отдельных климатических зонах предпринимаются попытки промышленного возделывания на маслосемена других капустных культур: горчицы белой, горчицы чёрной, крамбе абиссинской (син.: катран абиссинский), редьки масличной [24; 28; 52].
Рапс, включая его яровую и озимую формы, является третьей по значимости в Российской Федерации масличной культурой после подсолнечника и сои. Общая площадь посева яровых и озимых сортов рапса в 2013 г. составила 1351,9 тыс. га. При средней урожайности 10,3 ц/га это обеспечило валовые сборы до 1393,3 тыс. т.
Рапс относится к группе влаголюбивых растений длинного дня. Высокие температуры воздуха, дефицит влаги при ГТК менее 0,7 и высокие широты заметно ускоряют созревание.
Яровой рапс довольно холодоустойчив. Его семена прорастают при температуре 1-3 °С, всходы переносят заморозки до минус 3-5 °С, взрослые растения способны вегетировать даже при 2-3 °С, выдерживая осенние заморозки до минус 8 °С. Ещё в середине ХХ века были созданы ранние сорта этой культуры, способные вызревать в условиях Ленинградской и Вологодской областей [52]. Кроме этого, растения рапса слабо чувствительны к типу почв и способны расти на любых почвах, кроме тяжёлых глинистых, песчаных, кислых и заболоченных [7; 41; 59].
Озимый рапс также отличается холодоустойчивостью. Его семена начинают прорастать уже при температуре почвы 0,1 °С, однако для получения дружных всходов необходимы температуры 14-17 °С. В отличие от яровой формы озимый рапс для формирования соцветий должен пройти холодовую стадию. При хорошей осенней закалке растения озимого рапса переносят зимние температуры на уровне корневой шейки до минус 12-17 °С при снежном покрове 2-6 см выдерживают морозы до минус 22-25 °С.
Однако климатические условия северных окраин зоны пахотных земель Российской Федерации, в частности в регионах Западной и Восточной Сибири неблагоприятны для возделывания озимого рапса, который плохо переносит суровые сибирские зимы и ранневесенние заморозки. Озимый рапс хорошо растёт на чернозёмах, серых лесных, тёмно-серых и серых оподзоленных почвах. Плохо переносит засолённые, а также заболоченные кислые почвы [7; 41].
Горчица сарептская, как и рапс, относится к холодоустойчивым длиннодневным растениям, поэтому при продвижении в высокие широты вегетационный период у этой культуры сокращается. Прорастание горчицы сарептской начинается при температуре 1-5 °С. Однако для дружных всходов необходимы температуры почвы 8-12 °С. Эта масличная культура сравнительно малотребовательна к типам и плодородию почв, способна произрастать на слегка солонцеватых почвах.
Отличается непродолжительным вегетационным периодом и высокой засухоустойчивостью. Поэтому преимущественно возделывается в Нижнем Поволжье с ГТК 0,3-0,7. В то же время благодаря высокой холодоустойчивости этот вид горчицы может успешно вызревать и давать урожай семян в южной части Северо-Западного федерального округа (Ленинградская, Вологодская области) с ГТК 1,5 и более [28; 52; 60].
Общая площадь посева горчицы сарептской в 2013 г. составила 153,6 тыс. га, валовые сборы с этой площади составили 54,7 тыс. т.
Рыжик посевной также относится к длиннодневным растениям, но отличается ещё более коротким (65-86 дней) вегетационным периодом. Нетребователен к почвам, холодоустойчив и может возделываться на значительной территории России, вплоть до Заполярья. Является традиционной культурой для Сибири.
Способен вызревать в высокогорных районах на высотах 2000 м и выше. Благодаря короткому вегетационному периоду и засухоустойчивости пригоден для возделывания в засушливых областях с ГТК 0,3-0,5 [28; 52; 59]. Длительное время распространение и промышленное возделывание рыжика сдерживалось пониженной, по сравнению с другими масличными культурами, урожайностью. Поэтому площади посевов этой культуры в стране не превышали 1012 тыс. га.
Однако в результате продвижения культуры в регионы, где возделывание более требовательных к биоклиматическим условиям выращивания культур было затруднено, а также за счёт выведения новых сортов с повышенной урожайностью семян в последние годы объёмы производства рыжика существенно возросли.
В 2013 г. площади посева рыжика в России достигли 181,6 тыс. га, что при средней урожайности 7,0 ц/га обеспечило валовой сбор маслосемян 127,6 тыс. т.
Имеют перспективы расширения объёмов промышленного выращивания на маслосемена и такие, пока ещё малораспространённые в Российской Федерации масличные культуры, как сурепица, горчица белая, горчица чёрная, редька масличная, крамбе абиссинская.
Все эти культуры отличаются неприхотливостью к условиям произрастания, холодоустойчивы, способны произрастать почти на любых почвах, кроме кислых и заболоченных. Их семена, традиционно для большинства капустных, способны прорастать уже при температурах 1-3 °С, всходы переносят продолжительные похолодания, заморозки до минус 3-5 °С и нахождение под снегом.
Взрослые растения переносят заморозки до минус 8 °С и ниже. Все эти культуры также относятся к длиннодневным растениям. Имеют короткий период вегетации, ещё более укорачивающийся с продвижением на север. Могут возделываться везде, даже в условиях прохладного короткого лета в таёжной зоне Сибири и в Заполярье. Более того, при возделывании на высоких широтах в семенах этих культур увеличивается содержание масла. Высокая выносливость к суровым климатическим условиям обеспечивает возможность расширения посевов этих культур в высокогорные альпийские зоны [23; 24; 29; 52].
Продолжение следует...
Научно-технический бюллетень Всероссийского научно-исследовательского института масличных культур «Масличные культуры». Вып. 4 (164), 2015