CC BY
63
ПРОБЛЕМЫ НАУКИ
Известия ТСХА, выпуск 3, 2010 год
УДК 631.151.2:658.589
СОВРЕМЕННЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ «УСТОЙЧИВОЙ» ИНТЕНСИФИКАЦИИ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА
В.И. ГЛАЗКО, Т.Т. ГЛАЗКО
(Центр нанобиотехнологий, кафедра генетики и разведения животных РГАУ - МСХА имени К.А. Тимиря зева)
Рассматриваются современные глобальные проблемы, препятствующие росту производства сельскохозяйственного продовольствия. Обсуждаются пути их преодоления на основании использования смешанных систем производства продовольствия, генетически модифицированных сортов растений. Отмечается необходимость комплексного подхода к использованию инновационных агротехнологий.
Ключевые слова: биоразнообразие, смешанные системы производства, транс-геноз, прецизионные технологии.
В последние годы становится все более очевидным, что сельское хоз йство вл етс двигателем роста, развития и стабильности государства. В то же время важно подчеркнуть, что инвестиции в сельское хозя йство должны реально соответствовать
планируемым результатам, что требует глубокого анализа особенностей в организации и развитии сельского хозя йства в целом. Выделяются три принципиальных проблемы современного сельского х озя йства, которые до сих пор остаютс недостаточно оцененными: особенности организации
систем производства с.-х. продукции; сужение разнообразия генетических ресурсов с.-х. видов и, как следствие, неготовность к новым вызовам мен -ющихся условий окружающей среды; ограниченность использовани современных наукоемких методов дл усо-
вершенствования с.-х. производства, в частности, генетически модифицированных организмов [1].
Сужение биоразнообразия. XX век оказался веком, в котором человечество впервые осознало, что его техногенное развитие постепенно ставит на грань риска его собственное существование. В 1992 г. 190 стран договорились и разработали конвенцию ООН по биологическому разнообразию с целью уменьшить его потерю к 2010 г. По многим показателя м очевидно, что мир оказался не в состоя -нии достигнуть уменьшени скорости потерь биоразнообразия к 2010 г. Например, в списке видов, включенных в Красную книгу Международного союза охраны природы, документально обоснован риск исчезновени 47 677 видов: 17 291 находятся под угрозой полного исчезновения вклю-
чая 12% птиц, 21% млекопитающих, 30% амфибий, 27% строящих рифы видов кораллов и 35% видов хвойных и цикад. Индекс жизни планеты свидетельствует о том, что распространенность диких видов уменьшилась на 30% с 1970 г.; леса мангрового дерева потер ли п тую часть своих территорий с 1980 г., и 29% водорослей исчезли [8]. Такие потери биораз-нообрази создают неблагопри тные прогнозы дл дальнейшего существо-вани человечества. В соответствии с исследования ми экономики экосистем и биоразнообразия, выполненных в 2009 г., половина благосостоя -ни 1,1 млрд самых бедных людей в мире непосредственно зависит от естественных природных источников: урожая диких видов, естественного опылени культурных растений, предупреждения бедствий, от водных ресурсов и выращивани традиционных культур. Выполненные исследо-вани позволили оценить полную глобальную ежегодную экономическую стоимость потери биоразнообрази , которая достигает величин между 1,35 и 3,1 трлн долл. США [8]. Кроме того, разрушение тропических лесов (сокращающихся на 6 млн га каждый год), ответственное за почти п тую часть эмиссии парникового газа, я в-л етс ведущей компонентой изменений климата. Одной из главных причин генетической эрозии культурных растений вл етс вытеснение местных сортов улучшенными или коммерческими вариантами. Причем этот процесс не контролируетс .
Глобальна информационна система генетических ресурсов животных в сфере продовольстви и сельского хозя йства ФАО содержит информацию о 7616 породах домашнего скота. Среди них около 20% классифицированы как наход щиес в зоне риска исчезновения . На протяжении последних шести лет 62 породы вымерли: почти ежемесячно погибает одна порода. Эта статистика пред-
ставл ет только частичную картину генетического разрушения. В 36% случаев отсутствуют данные о попу-л ци х. Среди многих наиболее продуктивных пород крупного рогатого скота генетическое разнообразие внутри породы подорвано использованием для размножения лишь немногих наиболее высокопродуктивных производителей.
Потер биологического разноо-
брази лишает наших потомков прибыли, размеры которой в настоящее врем неизвестны. Следует учитывать также, что к настоящему времени в глобальном масштабе уже исчерпаны возможности дальнейшего экстенсивного развити сельского хоз йства в св зи с существенным сокращением плодородных почв, увеличением их загр зненности и деградации. Ведущее значение дл дальнейшего развити сельского хоз йства приобретают методы «устойчивой интенсификации», к которым прежде всего относятся прецизионные агротехнологии.
Смешанные системы производства сельскохозяйственной продукции. Недостаточно разработанными до сих пор остаютс сравнительна оценка эффективности различных систем ведения сельского хозяйства в разных условиях окружающей среды и управлени ими. На с.-х. системы в различных част х мира оказывают влия ние разные факторы, такие как демографический рост, увеличение доходов и урбанизация, растущие запросы на животноводческую продукцию, конкуренция за землю и воду, имеющие огромное влияние на глобальную продовольственную безопасность. Крестья не, занимающиеся растениеводством и животноводством, во всем мире вл ютс хранител ми и накопител ми знаний устойчивого земледели в конкретных условиях окружающей среды, но стремительные глобальные экологические изменения, разрушения привычной кресть нской системы производства
могут привести к утрате накопленного опыта. Следует подчеркнуть, что именно эти обстоятельства, связанные с биологическими, социальными, экономическими факторами, динамикой биоразнообразия не учитываются в современных научных оценках, технических и политических рекоменда-ци х, направленных на обеспечение роста растениеводства и животноводства.
Недавно Консультативная группа по международному исследованию сельского хозяйства (Consultative Group on Intern ation al Agriculture Research — C GIAR) рассмотрела проблемы смешанной системы ведения сельского хозяйства, в котором объединено растениеводство и животноводство. Смешанные системы позво-л ют объедин ть различные производства внутри одной фермы; в таких системах домашний скот обеспечивает необходимые дл земледели удобрения, а остатки урожая — корм для скота. Кроме того, доход от скотоводства создает буферные запасы продовольствия при низких урожаях в засушливые годы. Такие смешанные системы могут интенсивно использо-ватьс как близко к городским рынкам, так и в удаленных от рынков областях. Их использование создает много возможностей для устойчивого увеличени продовольственных ре-
сурсов, что, в свою очередь, будет увеличивать доходы, продовольственную и экологическую безопасность для людей. Однако в течение следующих 20 лет велика вероятность раз-рушени таких смешанных хоз йств в связи с ростом населения, экологическими изменени ми и ростом запросов на продукты животноводства.
В развивающихся странах некоторые зерновые культуры, такие как кукуруза, пшеница, сорго и просо выращивают с двойной целью: зерно используют в пищу дл людей, а их растительные остатки — в качестве корма для животных. Тради-
ционно эти зерновые культуры сеют для повышения урожая зерновых в засушливых регионах. Однако за прошедшее дес тилетие оказалось, что фермеры в смешанных системах получают прибыль от растительных остатков, идущих на корм скоту, примерно в таких же размерах, как и от урожая зерновых, особенно в засушливые сезоны. Программы разведени зерновых культур все более и более ориентируютс на использование их в таких двойных цел х. В Индии двухцелевое использование сорго и проса оказало значительное вли ние на производительность и эффективность смешанных растениеводческих и молочных хоз йств. Мелкие фермеры, благодар переходу на такую смешанную систему, увеличили производство молока коров и буйволов на 50%, сохранив урожайность зерновых культур. Это повысило потребности на двухцелевые зерновые культуры с относительно высококачественными остатками урожая и привело к быстрому увеличению рынков фуража вокруг таких городов, как, например, Хайдарабад [9].
Согласно анализу ССІАИ, в 2009 г. в мире около 1 млрд бедных людей (живущих менее чем на 1$ в день) пи-таютс благодар сотн м миллионов мелких ферм (в большинстве менее
2 га земли, несколькими зерновыми культурами и, как правило, одной или двум коровами) и пастушьих хоз йств (в большинстве с менее чем
5 крупными животными) в Африке и Азии. Кроме того, смешанные системы могут стать ключом к будущей продовольственной безопасности, две трети глобального населения уже живет в этих системах и больша часть будущего прироста населени произойдет там же. Уже сейчас смешанные системы производ т около 50% хлебных злаков в мире и больше всего основных продуктов, потребляемых бедными людьми: 41% кукурузы, 86% риса, 66% сорго, 74% про-
са. Они также поставля ют большую часть продуктов животноводства в развивающемся мире, т.е., 75% молока и 60% мя са, вовлекая в их производство много миллионов людей на фермах, рынках, перерабатывающих структурах и на других звень х цепи получени продовольстви .
Все более важным источником про-довольстви могут становитьс аквакультуры. Килограмм рыбы может быть произведен всего в 50 л воды, хотя требования к объему воды завис т от источников кормов. Корма чаще всего получают из естественных источников, что увеличивает давление, в т.ч. и на морское рыболовство. В то же время рост аквакультуры приводит к существенному загр знению прибрежных вод отходами его производства. Для снижения неблаго-при тных эффектов используют изолированные системы их выращива-ни дл защиты от болезнетворных микроорганизмов и минимизации их воздействия на окружающую среду. Одно из решений проблем увеличе-ни эффективности разведени аквакультур может также заключаться в расширении использовани смешанной системы сельского хозяйства, объедин ющей наземные и морские системы. В области этих исследований лидерами вл ютс несколько центров — Консультативная группа по международным сельскохозя йствен-ным исследования м, международный центр по биосолевому сельскому хо-зя йству и Институт Иаков Блостеина исследований пустыни Университета Бен-Гуриона в Неджеве [4].
Системы, которые объединяют
сельское хозя йство и аквакультуры, быстро развиваютс в объемах и методах. В докладе 2001 г. Организации Объединенных Наций по продовольствию и сельскому хозяйству представлено описание таких систем во многих азиатских странах. Сегодн они все больше объедин ют организмы по множественным трофическим
уровн м. Эти системы особенно эффективны для прибрежных пустынь с внутренними водоемами морской воды, поддерживающими аквакультуры, потоки с питательными веществами, от которых поддерживают рост галофитов, морских водорослей, устойчивых к соли растений, мангровых деревьев, полезных для кормления животных и пригодных для пищи человека, а также для получения биотоплива и как потоки углерода. Такие интегрированные системы могут изменить направление сегодн шнего потока питательных веществ от суши к морю. Внутренние системы морской воды могли также компенсировать возрастающие уровни морей [4].
«Устойчивая» интенсификация — экологическая проблема. К середине XXI столетия ожидается увеличение населения Земли на еще примерно
3 млрд человек. Однако количество пахотной земли существенно не изменится, поскольку оно сокращается в результате урбанизации, засоления и опустынивани с более высокой скоростью, чем возможно его пополнение. Водный дефицит уже становится ощутимой проблемой в разных част х мира. Важное значение для сельского хозя йства имеет также изменение климата. Европейская волна высокой температуры в 2003 г. убила приблизительно 30 000$50 000 человек [3]. Средн температура тем летом
была только на 3,5°С выше среднего уровн за последнее столетие. Тогда же особое внимание привлекло 20%-е снижение урожайности зерна и фруктов. Но если климатологи правы в том, что к середине XXI в. средние летние температуры будут в большей части мира больше, чем самое горя -чее лето, учтенное к настоя щему времени, то это приведет к снижению урожайности самого важного для нас растительного продовольствия, кормов, волокон, урожайность которых резко падает при температурах выше 30°С. Ведущим фактором такого сни-
жения я вля ется то, что температурный оптимум фотосинтеза находитс в диапазоне от 20 до 25°С для основных зерновых культур. Увеличение температур приводит к ускоренному развитию растений, что снижает скорость накопления углеводов, жиров и белков во фруктах и семенах. Широкое распространение и адапта-ци много более эффективных агротехнологий и агротехник может помочь защитить зерновые культуры от потепления, но будет все труднее и труднее поддерживать рост урожаев основных зерновых культур при повышении температур и расширении засушливых областей.
В св зи с экологическими измене-ни ми в некоторых област х необходимо будет измен ть состав сельско-хоз йственных видов и использовать природные ресурсы более эффективно, что требует специальных организационных усилий. Такие процессы уже идут на Юге Азии, где интенсивные смешанные системы используются, в частности, для роста инду-
стриального производства птицеводческой продукции, спроектированного таким образом, чтобы превысить 7% годового прироста к 2030 г., что в 2-3 раза выше, чем запланированный рост для жвачных. Специализа-ци и интенсивный индустриальный рост производства животноводческой продукции, в свою очередь, потребует новых экологических и рыночных правил. Например, в ряде областей Азии, где содержатся большое количество свиней в нерегулируемых интенсивных индустриальных системах, происходит загр знение водных источников в пригородных территори х (рис. 1, [9]). Повышение концентрации животных может также увеличивать риск вспышек инфекционных болезней у животных и людей.
В настоящее время в развиваю-щихс странах замедлилс рост продуктивности интенсивно обрабатываемых земель. Например, уменьшение водных ресурсов заметно ограничивает производство риса и пшеницы в Южной Азии. В то же время плани-
Нет превышения
Оценки превышения содержания фосфатов (Р2О2) в почвах по сравнению с фоновым уровнем удобрений
(в %)НИ
Рис. 1. Вклад животноводства в загрязнение окружающей среды фосфатами (Р202) [9]
руетс в этих регионах существенно увеличить животноводство: к 2030 г. от 150 до 200 млн гол. крупного рогатого скота и буйволов, свиней и домашней птицы на 40% или даже больше в тот же самый период. Однако уже сейчас давление животноводства на биомассу велико, так же как и на такие ресурсы, как земля, вода; ста-новитс все труднее находить баланс в этих системах, особенно в св зи с нарастанием конкурентных взаимоотношений на использование биомассы для продовольствия, кормов, удобрений и топлива. Такая конкуренция за естественные ресурсы уже проя вля ет-ся в виде роста неплодородных почв, исчерпанности водных источников, сокращения размеров ферм, сниже-ни их производительности. Кроме того, уменьшается ответ на внесение удобрений, что требует более тесной свя зи между органическими удобрения ми животного происхождения и растениеводством дл восстановлени плодородия почв. Необходимо развитие методов интенсификации производства продовольстви без увеличения земельных площадей, расходов воды и других естественных ресурсов. В мире около трети всех зерновых идет на корм скоту дл получени животноводческой продукции. Животные пр мо или косвенно используют 80% всех мировых плодородных земель, потребля ют около 15% всех доступных калорий. В то же время сектор животноводства является одним из основным поставщиков парниковых газов и загря знения окружающей среды [5, 6].
Следует подчеркнуть также, что химизация сельского хозяйства, нар ду с получением новых, более продуктивных сортов культурных растений, легла в основу «зеленой революции», которая позволила почти в два раза увеличить продуктивность растениеводства. В то же время именно химизаци сельского хоз йства к концу ХХ в. превратилась в реальную
угрозу дл здоровь населени . Так, по оценкам Всемирной организации здравоохранени (ВОЗ), сельское хоз йство стало одним из наиболее опасных дл здоровь видов де тель-ности. По числу мутагенов оно занимает второе место после отходов промышленности, опережая по этому показателю бытовую химию, медицину, транспорт, и «поставля ет» людя м 21% всех химических мутагенов. По оценке ВОЗ, ежегодно 3 млн человек отравляются пестицидами, из них более 200 тыс. умирают; до 25 млн сельскохоз йственных рабочих подвергаются воздействию химических веществ с риском для жизни. Кроме того, в результате химизации падает плодородие почв. Это приводит к увеличению затрат невосполнимой энергии на единицу растениеводческой продукции. С 1960 по 2000 г. глобальна продуктивность зерновых
возросла примерно в 2,3 раза. Вклад воды в урожайность зерновых увеличился в 2 раза, азотных удобрений — в 10 раз, фосфорных удобрений — в 7,5, пестицидов — в 6 раз. При этом эффективность вклада азотистых удобрений в получение единицы урожая зерновых с 1960 по 2000 г. упала в 4 раза.
Генетически модифицирован-
ные сорта — одно из направлений «устойчивой» интенсификации сельского хозяйства. В последние годы особую важность для частного и общественного секторов приобретают использование и усовершенствование обычных методов селекционной работы и микроклонального размножения сортов основных зерновых культур, адаптированных к увеличению температур, устойчивости к различным заболевания м и вредителям, засоленности почв, дефициту воды в некоторых местах и ее избытку в других, а также получение генетически модифицированных сортов (СМ), приспособленных к неблагопри тным средовым воздействи м (рис. 2). Дру-
гая важная цель разработки СМ-сор-тов — увеличение азотофиксации, поскольку именно азотиста компонента удобрений вл етс главной причиной эутрофикации и эмиссии парниковых газов.
Наиболее «популя рные»> среди ГМО — соя (60% от общих посевных площадей) и кукуруза (23%). Значительно меньше занимают технические культуры, такие как хлопчатник (11%) и рапс (6%). Современные биотехнологии увеличивают общую эффективность выращивани хлопка на 300%, сои — на 45 и кукурузы — на 14%.
Происходит улучшение питательных свойств семян и желательных частей растений. Уже есть сорта, обогащенные витамином А (золотой рис), создана со с повышенным количеством омега-3-жирной кислоты. Цель подобных биоинженерных манипуля -ций — получение в разных органах растений больше витаминов и белков. Имеется возможность встраивания в растения сигнальной окраски: гены пигментации, которые включаются в результате действи факторов экологического стресса в листь х или стеблях растений, что позволяет использовать такие растени как биоиндикаторы и немедленно предпринимать соответствующие меры. Разработаны методы изменений архитектоники корней и листьев соответствующих биохимических путей так, чтобы увеличить эффективность поступающей влаги. Например, поверхностные корни могут лучше удерживать влажность поверхностного слоя почвы. Широко известны сорта, в которые встроены гены, продукты которых вл ютс токсинами дл
насекомых-вредителей или нематод, или привлекают врагов вредителей.
Созданы модели «идеального»> сорта (рис. 3) и уже разработаны методы трансгеноза дл получени таких сортов. «Идеальный»> сорт включает не только улучшение питательных
свойств семя н и желательных частей растений, но и позволяет, например, избавляться от скрещиваний, созда-ва многолетние зерновые или растения, способные к апомиксису. Если получить апомиксис, в частности, у риса, это будет приносить прибыль
4 млрд долл. в год. Разрабатываютс методы трансгеноза дл увеличени срока использовани путем генетического расширени контрол созревания и старения растений, а также для улучшени потреблени азота.
Назрела очень важная потребность решения проблем, связанных с различными публичными противо-сто ни ми в отношении с.-х. биотехнологии и разработок научно обоснованных методов регулировани их использования. Уже к 2008 г. СМ-сор-та выращивали на почти 300 млн га в 25 странах, из которых 15 развивающиеся . В мире СМ-сорта использовались в течение 1 3 лет без единого, научно доказанного, неблагопри-тного инцидента дл здоровь или экологии. Первое же промышленное выращивание СМ-культур, включая устойчивые к насекомым и к гербицидам, такие как хлопок, канола и соя, способствовало существенному увеличению сельскохоз йственной производительности, доходов фермеров, уменьшению использовани пестицидов и гербицидов.
В 2004 г. прибыль от СМ-сортов составила по приросту урожая 5300 млн фунтов, по уменьшению исполь-зовани пестицидов — 46,4 млн т. Такой прирост наблюдалс у фермеров всех 42 штатов США, где применяли СМ-сорта. Наибольшая прибыль, в мерах увеличени конечной продукции и уменьшени использовани пестицидов, была в Йове, затем в Иллинойсе и Миннесоте. Особую часть прибыли составляет снижение негативного влияния на окружающую среду при использовании СМ, что св зано с сокращением использования пестицидов, эрозии почв, затрат
N25 N220 №14 №19 №22
Канада* Португалия Испания* Чешская Республика Польша
8.2 млн га <0.05 млн га 0.1 млн га <0.05 млн га <0.05 млн га
Рапс, Кукуруза, Соя, Кукуруза Кукуруза Кукуруза Кукуруза
Сахарная свекла
N»25
Словакия <0.05 млн га
Кукуруза
№21
Румыния <0.05 млн га
кУкУРУза
№1
США*
64.0 млн га
Соя, Кукуруза, Хлопок, Рапс, Кабачки, Папайя, Люцерна, Сахарная
№15
Мексика*
0.1 млн га
Хлопок, Соя
N»23
Коста Рика <0.05 млн га
Хлопок, Соя
№18
Гонлурас
<0.05 млн га
Кукуруза
№6
Китай*
3.7 млн га
Хлопок, Томаты, Тополя, Папайя, Сладкий перець
Рис. 2. Страны, в которых возделываются генетически модифицированные сорта растений, с указанием площадей и культур, 2009 г. (www.fao.org)
Рис. 3. Модель «идеального» сорта, получаемого с использованием трансгеноза [7]:
1 — улучшение питательных свойств семян и желательных частей растений; 2 — избавление от скрещиваний; 3 — встраивание сигнальных окрасок; 4 — увеличение эффективности поступающей в растение влаги; 5 — увеличение срока использования; 6 — улучшение потребления азота; 7 — увеличение защиты растений от вредителей
воды и уменьшением использования с.-х. техники. Опыт показал, что увеличение СМ-сортов способствовало повышению прибыли. Коммерческие
преимущества для фермеров при использовании GM-сортов являются ключевым фактором для их распространения .
К основным опасностя м внедрения GM-сортов относят пищевые (за исключением хлопка, рапса) и экологические — горизонтальное распространение трансгенных конструкций.
В целя х пищевой безопасности регулирование процесса биотехнологии в США (где наиболее распространено использование GM-сортов) осущест-вля ют три государственных органа: Министерство сельского хозяйства США (USDA); Управление по охране окружающей среды (ЕРА); Управление продуктов питани и лекарств (FDA). FDA использует термин «био-инженерные пищевые продукты» для обозначени созданных с использованием ГМ-технологий. В настоя щее врем достоверных данных о пищевой опасности распространенных сортов ГМ-растений не получено (начина с 1996 г. — поя вления на рынке первого трансгенного помидора по 2010 г.).
Заявление на сертификацию нового сорта включает руководство, содержащее вопросы, ответы на которые должны дать производители пищевых продуктов из этих сортов растений, чтобы обеспечить безопасность новых продуктов и подтвердить соответствие требовани м действующего законодательства, а также чтобы побудить представителей пищевой промышленности к проведению консультаций с FDA по вопросам безопасности новых пищевых продуктов.
В отношении экологической опасности GM-сортов обсуждаются три основных аспекта:
1. Сконструированные гены могут быть переданы с пыльцой близкородственным диким видам и их гибридное потомство приобретет новые привнесенные свойства или способности конкурировать с другими расте-ни ми.
2. Трансгенные сельскохозя йствен-ные растени могут стать сорн ками дл сельского хоз йства и вытеснить произрастающие ря дом другие растении .
3. Трансгенные растения могут стать пр мой угрозой дл человека, домашних и диких животных (например, из-за их токсичности или аллергенности).
В этой связи выполнялись иссле-довани по переопылению на трансгенном рапсе, картофеле, ряде других культурных растений; установлены оптимальные границы для исклю-чени переопылени ; на почвенных микроорганизмах и т.д. Сделан основной вывод: горизонтальный перенос есть — но его количества исчезающие в пространстве и поколени х и его достаточно легко контролировать и предупреждать. Наиболее яркие данные по горизонтальному переносу трансгенной конструкции получены на кукурузе в Мексике. В ря де исследований было обнаружено, что трангенные конструкции отсутствуют в образцах сортов и полевых рас кукурузы на севере Мексики, где легально высевали ¿М-сорта кукурузы под специальным контролем, препятствующим горизонтальному транс-генозу, но их много в образцах про-израстани теосинте (предковый вид кукурузы), где их выращивание было запрещено. Таким образом, становится очевидным, что экологическая опасность прежде всего определя етс качеством контрол за легальными посевами трансгенных сортов. А отсутствие производства трансгенных сортов и легального контрол их ис-пользовани способствует горизон-
тальному распространению трансгенных конструкций за счет нелегального использования, неизбежного в св зи с коммерческими преимуществами, о которых упоминалось выше.
Несмотр на очевидную безопасность и эффективность ¿М-культур, регулирующа их политика остаетс почти столь же ограничительной, как
и в период их поя вления . В США их внедрение контролируетс одновременно по крайней мере двум и иногда трем регулирующими агентствами (иББА, ЕРА, ЕБА), и до сих пор это остается обычным правилом, а не исключением [4].
Возможно, наиболее пагубное вли-я ние на распространение ¿М оказывает дорогосто щий и затратный по времени регулирующий аппарат, преп тствующий широкому использованию молекул рных методов дл улучшени зерновых культур. В результате до сих пор внедрено небольшое количество ¿М-сортов,
прежде всего тех, для которых имеется большой рынок семян, а для большинства культур преимущества биотехнологий не используются . Это требует серьезной переоценки в свете накопленных данных. Необходимы авторитетные оценки имеющихс данных по урожаю и безопасности ¿М, включающие информацию о безопасности новых для растений белков, их токсичности и аллергенности, пищевой ценности, генной стабильности,
об эффектах на нецелевые организмы. Все это могло бы обеспечить необходимые информационные ресурсы в целях уменьшения сложности процессов контрол и регул ции распространения ¿М. Такое развитие регулирующих процессов было бы долгожданным прецедентом в глобальном масштабе. Очень важно также развивать св зи государственных структур, разрешающих использование ¿М, с общественным сектором в отношении тестировани их безопасности. Это позволило бы университетам и другим научно-исследовательским подразделени м использовать современные молекул рные методы дл улучшени местных зерновых культур дл фермеров.
Однако это нисколько не решает глобальную проблему продовольственной безопасности в XXI в., поскольку относитс только к улучшению имеющихся культурных растений, в
том числе в отношении увеличения их устойчивости к температурам и дефициту воды. В то же время экологические изменения могут потребовать новые технологии, новые виды и сорта культурных растений, системы производства. Одно из направлений развити таких технологий получило название прецизионных.
Прецизионные технологии. Прецизионное сельское хозяйство объе-диня ет ря д технологий, комбинирующих датчики, информационные системы, робототехнику и информационное управление в цел х оптимизации производства с учетом изменчивости и неопределенности в пределах с.-х. систем. Адресная и точная поставка ресурсов производства в растениеводстве индивидуально для каждого животного позволя ет оптимизировать их использование, уменьшать экологические потери, способствовать повышению устойчивости поставок продовольстви . Прецизионное сельское хозяйство обеспечивает методы контрол звеньев цепи производства пищевых продуктов и управлени количеством и качеством сельскохоз й-ственных продуктов.
Прецизионное сельское хоз йство, или основанное на информации управление системами с.-х. производства, поя вилось в середине 1980-х гг. как способ применять нужную обработку с.-х. угодий в правильном месте в нужное время. Главными источниками нужной информации было понимание закономерностей изменений в почвах и условий для повышения урожая, объединенных с по влением новых технологий, таких как глобальные навигационные спутничные системы (GNSS) и геоинформационные системы (GIS). Первоначально прецизионные агротехнологии использовались дл увеличени адресности и точности распределени удобрений в разных почвенных услови х в местах выращивания культурных растений. С тех пор были разработаны новые мето-
ды, такие как автоматизированное управление с.-х. машинами и роботами, автономные механизированные системы контрол качества продуктов, программное обеспечение дл полного управлени с.-х. производством.
Кроме обеспечени производства
зерновых, прецизионные технологии успешно примен ютс в виноградарстве и садоводстве, а также в животноводстве, в т.ч. и пастбищном. Диапазон их использовани распростра-ня ется от производства чая в Танзании и Шри-Ланке, сахарной свеклы в Бразилии, до риса в Китае, Индии, и Японии и хлебных злаков, сахарной свеклы в Аргентине, Австралии, Европе и Соединенных Штатах. Не-смотр на различи в типах технологии и областей их применени , основные цели использовани прецизионных технологий подраздел ютс на три следующих направлени : дл оптимизации использовани доступных ресурсов, доходности и устойчивости агропроизводства; уменьшени негативных влия ний на окружающую среду; дл улучшени условий выпол-нени с.-х. работ и социальных аспектов ведени сельского хоз йства. Не-смотр на разнообразие методов и выполняемых функций, к настоящему времени, если обобщить около двух сотен научных статей по использованию прецизионных агротехнологий, опубликованных с 1988 до 2005 г., только по увеличению с.-х. продукции они оказались эффективными в среднем в 68% случаев [5, 6].
В ряде стран, включая государства-члены Европейского союза, разработаны инструкции дл об зательной электронной идентификации крупного рогатого скота, свиней, овец и коз дл предотвращени распростране-ни болезней и увеличени безопасности пищевых продуктов. В молочном производстве уже используются датчики (radiofrequency identification — RFID) для контроля состояния крупного рогатого скота при исполь-
зовании управл емых компьютером кормораздатчиков и доильных аппаратов. Автоматические поилки молока для телят настраивают по объему спаиваемого молока в соответствии с массой и температурой тела тел т. Использование робототехники в доильных аппаратах облегчает работу операторов и позвол ет планировать удои коров. Кроме того, эти роботы могут быть приспособлены к проведению анализов в режиме онлайн состава молока, включая оценку количества соматических клеток на единицу объема, жира, белка и молочного сахара. Информаци о количестве и качестве молока позвол ет индивидуально корректировать режим кормления животных. При выпасе на открытом воздухе приемники информации GNSS, работающие с другими датчиками, позволя ют проводить мониторинг поведени и благополучи индивидуальных животных в режиме реального времени.
Недавно больша часть ведущих с.-х. производителей согласовали свои действи в отношении использования двойной системы единиц Международной организации по стандартизации (Intern ation al Standard Organization bin ary unit system — ISOBUS) как универсального протокола дл электронной коммуникации между орудия ми, тракторами и компьютерами. ISOBUS гарантирует передачу данных между оборудованием, производимым различными изготовителями, что будет позволять фермерам управл ть всеми оруди -ми только с одного универсального внешнего компьютера [5, 6].
Такой общий протокол информационного обмена необходим также для отслеживания всей цепочки по-лучени продовольстви от фермы до продуктового магазина. В насто щее врем это достигаетс при использовании вариантов расширенного зыка (Extensible Markup Language — XML) [такой, как agroXML], которые позво-
ляют без препятствий обмениваться данными фермерам, поставщикам, обслуживающим структурам, управляющим, переработчикам и торговым посредникам по производству и продажам с.-х. продуктов. Теоретически это позвол ет проследить историю каждого продукта фактически к каждому квадратному метру его производства на ферме. Возможности отслеживаемости происхожде-ни продовольстви и контрол его качества через agroXML уже были продемонстрированы в р де научноисследовательских работ. Компании по производству программного обеспечения уже начали использовать agroXML в своих информационных технологи х дл сельского хоз йства и пищевой промышленности.
В конечном счете использование данных о продовольствии относительно его производства, переработки, хранения и розничной продажи по-звол ет оптимизировать его производство с минимальными затратами и стоимостью. Это, в свою очередь, по-звол ет не только вы вл ть излишние затраты и потери, но и возможности повышени производства продовольствия. Государственные и общественные агентства могут получать из этого источника надежные данные для статистических сводок по урожайности, расчета необходимых субсидий, для контроля агроэкосистем, а также снабжать фермеров своевременной информацией о проблемах водоснабжения или распространении вредителей и т.п. Отрасли промышленности, связанные с переработкой урожая, розничной продажей продовольствия, благода-р таким информационным технологи м смогут использовать различные рыночные механизмы дл гарантирования надлежащих поставок и соот-ветстви стандартам качества. Вместе эти потоки информации будут способствовать главной цели — достижению продовольственной безопасности в по-сто нно измен ющемс мире.
Необходимость разработки новых парадигм ведения сельского хозяйства. До настоящего времени основные генетически модифицированные сорта представлены растениями, имеющими измененными один или два признака в огромном репертуаре других. Поэтому сами по себе имеющиеся ¿М-сорта не могут радикально решить все проблемы «устойчивой» интенсификации сельского хозяйства. Необходимы разработки новых парадигм ведения сельского хозя йства. Не следует забывать, что в глобальном масштабе каждый год теря ется около 40% урожая зерновых [7]. Причем в разных странах по разным причинам. Так, в развивающихся странах — за счет потерь внутри хоз йств (болезни, вредители, низкий уровень агротехнологий) и потерь в процессах сбора, транспортировки, хранения. В развитых странах в основном в св -зи с продовольственными потер ми на рынках и самими потребител ми. Это требует развити не только прецизионных (точечных, адресованных) агротехнологий, среди которых ¿М-сорта — это только частность, но и «прецизионных») политических, организационных мер. Только благодар их развитию может быть найден баланс между мелкими агропроизводствами и транснациональными индустриальными корпорациями, уде-шевл ющими конечную продукцию сельского хозяйства за счет ухуд-шени ее качества и увеличени экологического ущерба, а также между интенсификацией с.-х. де тельности и увеличением использовани разных экологических ниш, сохранением биоразнообрази и созданием новых рыночных продуктов.
Следует отметить тот важный факт, что выдающийся ускоренный рост производства продовольстви (растениеводческого и животноводческого) за последние 50 лет в глобальном масштабе не привел к существен-
ному изменению доли голодающих людей в мире. Рост продовольстви есть — и в валовых цифрах, и в количестве в среднем на одну душу населения, а доля хронически голодающих, испытывающих дефицит питательных веществ, как и эпизодически голодающих вследствие природных и социальных катастроф с 1990 по 2008 г. остаётся величиной практически постоя нной, несмотря на все глобальные усилия, продолжающие истощать естественные ресурсы биосферы [2].
Очевидно, что для новых с.-х. парадигм важно было бы в первую очередь разрабатывать такие системы производства, в пределах которых замыкались циклы питательных веществ, идущих от микроорганизмов и растений к животным и обратно. Наиболее лаконично это направление обозначено в китайском пути развити агротехнологий как три р — «reduce, reuse and recycle» (уменьшение, повторное использование, рециркуляция). Именно у таких систем есть потенциал уменьшить затраты земли, энергии, пресной воды на нужды сельского хозяйства, и в то же самое время повысить качество с.-х. продукции и уменьшить загр з-нение окружающей среды, свя занное с химизацией сельского хозя йства и отходами животноводства. Проекты и крупномасштабное строительство ферм, основанных на нетрадиционных системах хоз йствовани будут, несомненно, способствовать новым исследованиям, разработкам, контролю и регулированию проблем продовольственной безопасности и экологических воздействий, так же как контролю вредителей и болезнетворных микроорганизмов. Но при планировании ускоренного движения в методах «устойчивой» интенсификации сельского хозяйства особое значение имеет расширение создани и использования инновационных подходов, а также наукоемких технологий.
1. Глазко В.И. Кризис аграрной цивилизации и генетически модифицированные организмы (ГМО) / Киев: PA NOVA, 2006.
2. Barrett C.B. Measuring Food Insecurity // Science, 2010. Vol. 327. P. 825-828.
3. Battisti D.S., Naylor R.L. Historical Warnings of Future Food Insecurity with Unprecedented Season al Heat // Science, 2009. Vol. 323. P. 240-244.
4. Fedoroff N.V., Battisti D.S., Beachy R.N. et al. Radically Rethinking Agriculture for the 21st Century // Science, 2010. Vol. 327. P. 833-834.
5. Gerber P., Chilonda P., Franceschini G., Menzi H. Geographical determi-n ants and environmental implications of livestock production intensification in Asia // Bioresour Technol., 2005. Vol. 96. P. 263-276.
6. Gerber P.J., Vellinga T.V., Steinfeld H. Issues and options in addressing the environmental consequences of livestock sector's growth // Meat Sci., 2010. Vol. 84. P. 244-247.
7. Godfray H.C. J., Beddington J.R., Crute I.R. et al. Food Security: The Challenge of Feeding 9 Billion People // Science, 2010. Vol. 327. P. 812-814.
8. Marton-Lefuvre J. Biodiversity Is Our Life // Science, 2010. Vol. 327.
9. Herrero M., Thornton P.K., Notenbaert A.M. et al. Smart Investments in Sustain able Food Production: Revisiting Mixed Crop-Livestock Systems // Science, 2010. Vol. 327. P. 822-825.
Рецензент — д. б. н. М.А. Мазиров
SUMMARY
The modern global problems interfering growth of the agricultural production of the foodstuffs were considered. Ways of their overcoming on the basis of the mixed system using for the foodstuff production, creating the genetically modified varieties of plants were discussed. Necessity of the complex approach to use of innovative agrotechnologies was marked.
Key words: biodiversity, mixed agricultural systems, transgenosis, precision technologies.
Глазко Валерий Иванович — д. с.-х. н., РГАУ - МСХА имени КА. Тимирязева. Эл. почта: [email protected]
Глазко Татья на Теодоровна — д. с.-х. н., РГАУ - МСХА имени КА. Тимиря -зева. Тел. 976-34-34.
