Потенциал урожайности зерновых в условиях изменения климата: как его раскрыть?

Изменение климата влияет на многие процессы и точки зрения. Усиливается засуха и тепловой стресс, а вместе с этим растёт численность теплолюбивых вредителей. Как можно противостоять таким рискам?

Представитель объединения 7-и старейших немецких селекционно-семеноводческих компаний – Свен Бёзе (Saaten Union) поясняет, что могут предпринять производители зерновых культур и насколько они беспомощны в условиях потепления климата.

Известно, что последние достижения в селекции зерновых культур позволяют им быстро адаптироваться и реагировать на изменения погоды. Таким образом, в благоприятных условиях выращивания культуры формируют высокую урожайность, а потери остаются в пределах стрессовых ситуаций.

Возрастающая динамика процессов роста играет важную роль в формировании урожайности зерновых и селекции сорта. Общенациональные исследования Немецкой метеорологической службы (DWD) показывают чёткие тенденции в этом отношении:

• после 1990 года всходы озимой пшеницы стали появляться на 13 дней раньше,

• колошение наступает на 12 дней раньше,

• а восковая спелость – на 16 дней.

Означает ли это, что в ближайшее время уборка пшеницы может наступать раньше? Это возможно в долгосрочной перспективе, так как отдельные фазы развития почти не сократились.

Снизится ли урожайность зерна вследствие сокращения периода развития зерновых? Не обязательно. Чтобы эффективно использовать период вегетации в ближайшие несколько десятилетий будут внедрены новые типы пшеницы: достаточно зимостойкие альтернативные сорта с меньшей потребностью в яровизации, которые развиваются и цветут раньше благодаря более низким требованиям к продолжительности дня.

Заморозки в последнее время ещё случаются. Готовы ли к ним современные сорта пшеницы? Конечно, так как селекционный прогресс – это «работа с прошлым».

Выведение новых сортов в основном осуществляется в открытом грунте. Отбираются, регистрируются и утверждаются виды, которые лучше всего справлялись с биотическими и абиотическими стрессами предыдущих лет. Таким образом, каждый последующий сорт является результатом истории испытаний с учётом изменений климата. Это касается болезней, заморозков, хранения, а в последние годы преимущественно засухи, жары и солнечного стресса.

Влияние различных погодных условий по годам на разные сорта огромно. Впечатляет сравнение урожаев 2020 и 2017 годов с урожаями с 2014 по 2019, то есть с благоприятными и наиболее сложными условиями формирования урожайности зерна.

И наоборот, при испытаниях в благоприятных 2014-2016 годах получены высокие показатели урожайности с хорошим развитием молодых растений. Только несколько одноколосых типов пшеницы одобрили в благоприятных условиях, а так в основном зарегистрировали типы с плотным стеблестоем, в том числе более поздние. 

По мере потепления климата ранние сорта, как правило, становятся более важными. Однако к периоду созревания необходимо подходить более дифференцированно: ранняя спелость востребована не только в регионах с регулярным ранним и быстрым созреванием, но и в начале летней засухи. При этом, для получения высоких урожаев ранние сорта нуждаются в хорошем стартовом развитии при достаточной влагообеспеченности.

В условиях осенней или весенней засухи этого не происходит. Плотность стеблестоя становится слишком изреженной. Это особенно касается типов с плотным стеблестоем, которые доминируют в группе ранней спелости. Они могут компенсировать изреженность лишь незначительно за счет веса зерна. Позже созревающие сорта всё еще могут эффективно использовать осадки после мая. В основном это крупнозерные сорта или однорядные типы, которые оказались убедительными во многих местах в засушливом 2019 году.

Неужели реакция отдельных сортов на внешние факторы просто случайность? В некоторых областях это действительно так. Чем активнее анализируются результаты испытаний сортов, тем больше выявляется взаимодействий между разновидностью и окружающей средой.

Выбор разнообразия сортов – это просто лотерея? Конечно, нет! При выборе сортов важно распределить годовой риск между сортами с разными генетическими свойствами. Это касается устойчивости, различий в развитии и структуре урожайности.

У пшеницы различают 3 типа урожайности:

• с плотным стеблестоем. Более поздние сорта из этой группы олицетворяют атлантический тип сорта. Они, скорее всего, покажут свои сильные стороны на плодородных почвах при медленном созревании. Более ранние сорта из этого сегмента меньше страдают от июльской жары и подходят для ранней уборки. Однако, для хорошего развития зерна им требуются почвы со средним и высоким плодородием. Важна хорошая подготовка к зимовке. Поэтому их не следует сеять слишком поздно или слишком густо, так как боковые побеги этих сортов практически не снижают урожайности.
• с одиночными колосьями. Эти сорта хорошо подходят для высокогорных и континентальных мест с длительным состоянием покоя, а также для более сухого климата. Из-за своего апикального доминирования они формируют меньшее количество слабых вторичных побегов в пользу более высокой доли сильных основных стеблей. Одностебельные сорта хорошо подходят для нормальных и более поздних сроков посева, так как не требовательны к высокой плотности стеблестоя. Они являются хорошей страховкой от засухи весной, но при благоприятных условиях выращивания имеют склонность к осыпанию.
• устойчивые. Сочетают в себе преимущества первых двух групп сортов: с одной стороны, формируют высокую долю урожайности на ранней стадии за счёт более высокой плотности стеблестоя. Из-за их отрицательного отношения к количеству зерен в колосе, последний короче, что, в свою очередь, способствует хорошему образованию зерна. Не только в настоящее время, но и исторически к этому типу можно отнести многие крупные и стабильные сорта. Эти сорта обладают особой адаптивностью и компенсационными свойствами, вследствие чего могут использоваться повсеместно, но лучше всего после хороших предшественников.

Вредит ли аграриям изменение климата или они действительно имеют от этого выгоду при выращивании зерновых? Умеренный более теплый и сухой климат не обязательно наносит ущерб формированию урожайности пшеницы, тем более, менее требовательным озимым зерновым. Однако с переходом от «умеренного» к «сухому средиземноморскому» климату риски от жары и засухи значительно возрастают. Усиливающиеся в последнее время весенние засухи сократили плотность стеблестоя, что сделало более значимым индивидуальный колос, который будет более важным в будущем. Это касается всех злаковых.

Дальнейшему повышению урожайности зерна пшеницы угрожают несколько факторов:

• изменение климата,

• переоценка социальных ценностей с соответствующими новыми методами производства – тенденции к экологизации сельского хозяйства.

После двух лет рекордных температур и отрицательного водного баланса во многих регионах наблюдается снижение потенциала урожайности. Использование для защиты культур важных действующих веществ находится под угрозой запрета. Новые разработки по д.в. мало значимы. Достигнем ли при таком раскладе пределов роста урожайности зерна?

Хотя интенсивность производства при сокращении сельскохозяйственных культур снижается, это не указывает на резкое расширение экологизации, которое не может быть оправдана на плодородных пахотных землях Центральной Европы. Для продовольственной безопасности и охраны природы такая тенденция неприемлема. Повсеместно в сельской местности есть большие территории с естественной природой. Получаемые высокие урожаи формируются за счёт более эффективного использования влаги и питания, они также увеличивают фиксацию CO2 разлагающимися в почве растительными остатками.

Ранее из-за изменения климата человечество также сталкивалось с серией плохих урожаев за которыми всегда следовали новые рекордные урожаи. Тем не менее, последний высокий урожай отмечен в 2014 г., который оказался самым тёплым годом. Несмотря на сухую весну, урожаи удивили рекордными результатами. По всей вероятности, изменение климата становится наиболее заметным из-за колебаний урожайности, а не из-за более высоких средних результатов. Увеличение экстремальных погодных условий также иногда обеспечивает положительный эффект урожайности посредством:

• большей радиации, длительного периода роста молодых растений или эффекта удобрения CO2.

• ежегодное повышение урожайности озимой пшеницы, даже без применения фунгицидов и небольшого количества удобрений, составляет 35 кг/га в год.

Значительный рост урожайности в среднем на 2% в год, наблюдавшийся с конца 1960-х годов, первоначально был обусловлен механизацией, внесением минеральных удобрений и достижениями в области защиты растений. С 1980-х годов набирали обороты селекционные достижения, которые с начала нового тысячелетия оказали большое влияние на повышение и стабилизацию урожайности. В настоящее время большие надежды возлагаются на роль цифровых технологий в качестве ключевых в сельском хозяйстве.

Непосредственное влияние на урожайность оказывало увеличение мощности техники, повышение точности высева семян, применение удобрений и средств защиты растений. Внедрение точного земледелия находится ещё в полном разгаре: оптимальная обработка почвы и точное размещение семян означают более эффективное использование вводимых ресурсов для повышения урожайности.

После официального одобрения сортов с устойчивой соломиной и использования против полегания зерновых ретардантов, внесение азотных удобрений почти удвоилось. Анализ почвы и растений позволил точно применять макро- и микроэлементы, а дробление доз азота привело к более сложному растениеводству. В последние десятилетия эти разработки достигли пределов эффективности, а внесение необходимых питательных веществ стабилизировалось на высоком уровне.

Чтобы максимально смягчить с помощью технических мер последствия последних ограничений в растениеводстве, касающиеся высоких доз азота из-за его потерь в окружающую среду и запрета отдельных видов д.в. СЗР, стали использовать вещества, фиксирующие или стабилизирующие почвенный азот или биостимуляторы.

Резкий рост урожайности во многом поддерживался химической защитой растений от патогенов. Выращивание высокоурожайных сортов, которые более восприимчивы к болезням, не обходится без применения фунгицидов, инсектицидов и гербицидов, а также внесения высоких доз азота. Теперь многие из действующих веществ СЗР запрещены к использованию из-за изменения оценки их опасности и воздействия на окружающую среду. После запрета неоникотиноидов теперь применение инсектицидов больше концентрируются на пиретроидах. Поэтому следует опасаться дальнейших спадов эффективности пиретроидов.

В сегменте гербицидов та же картина падения эффективности, так как новые д.в. не появлялись уже более 30 лет.

Прогресс в селекции играет главную роль в стабилизации урожайности.  Если сейчас вырастить сорта пшеницы 1980 года, то они в настоящее время дадут в среднем на 13 ц/га ниже нынешнего среднего показателя урожайности зерна.

Большие надежды возлагаются на цифровизацию сельского хозяйства, благодаря которой отдельные связанные между собой через цифровизацию процессы, создадут «многомерные технические экосистемы». Все знания, возможности и ресурсы будут объединены в сеть, производственные процедуры станут более гибкими и упругими.

При этом, пока отсутствует совместимость между различными IТ-сетями и структурами данных. Также отсутствует доверие к защите данных, к дальнейшим разработкам сенсорных технологий. Однако, когда эти препятствия преодолеют, то селекционные достижения за счет лучшего отбора сортов и оптимизации их выращивания могут быть применены более эффективно. При таком комплексном подборе сортов на практике, специальные сорта покажут свои сильные стороны (лучшее подавление сорняков, толерантность к рН, эффективное использование питательных веществ).

Классические протестированные сорта будут дополнены или заменены сортами с генетически расширенными возможностями, что сделает растениеводство прибыльным. Благодаря преимуществам глубоких исследований в конкретных условиях станет возможным выращивание на неоднородном участке ряда сортов с соответствующим образом скорректированной генетикой, индивидуально и точно управляемой от нормы высева семян до поздних подкормок азотом.

Сформированная селекция растений прошла через фазу «индустриализации» и теперь вступает в «биологическую» фазу. Таким образом, основное внимание уделяется экономике замкнутого цикла, защите ресурсов, биологическому регулированию и генетическому разнообразию. Эта трансформация нарушает, а также меняет используемую и до сих пор уважаемую «лучшую деловую практику».

Итоги достижений в селекции культур по устойчивости к патогенам и абиотическому стрессу способствуют оптимизму. Гибриды пшеницы уже обеспечивают дополнительный прирост урожайности на уровне 8-10% по сравнению с лучшими сортами.

В будущем селекционные инновации вместе с цифровыми оптимизированными процессами управления сельскохозяйственными культурами будут способствовать стабилизации урожайности на высоких уровнях. Это новый потенциал для старой системы.

Подготовила канд. с.-х. наук Галина Сафроновская 

по материалам публикаций в журнале DLG