Деннис Тейлор – Биология. В 3-х томах. Т. 3 (страница 110)
Успех, достигнутый при выращивании пшеницы, подтолкнул к организации Международного центра по изучению риса на Филиппинах. Удачное скрещивание высоких мощных сортов из Индонезии и карликовых форм с Тайваня дало очень хороший сорт 1R8, который при использовании азотных удобрений созревает очень рано, что позволяет собирать два урожая за один сезон.
Описанные нововведения принесли, однако, и некоторое разочарование, поскольку выяснилось, что использование их связано с внесением большого количества дорогостоящих удобрений. Поэтому крестьянам эти нововведения особого преимущества не давали. Кроме того, из-за необычного вкуса и консистенции рис новых сортов часто оказывался непопулярным среди местного населения.
На выбор основной сельскохозяйственной культуры, используемой для пропитания, могут влиять различные факторы, порой не связанные с производством пищи. В обычно возделываемых зерновых злаковых может не хватать некоторых незаменимых аминокислот; например, в кукурузе очень низко содержание лизина и триптофана. Жители развитых стран предпочитают обычно получать необходимые аминокислоты из белков животного, а не растительною происхождения (содержащихся, например, в бобовых и злаковых). Зерно при этом скармливается животным, что добавляет лишнее звено консументов в пищевую цепь и создает, таким образом, довольно неэффективную систему, превращающую растительный белок в высококлассные животные белки.
Решение названных проблем может заключаться в:
1) развитии программ, направленных на отбор мутантов и выведение новых сортов, лучше приспособленных к климатическим условиям, или способных противостоять временному ухудшению погоды, например засухе;
2) развитии генной инженерии, способной перенести благоприятные гены в организм растения-хозяина, для того чтобы придать ему определенные качества, например устойчивость к какому-то заболеванию. В настоящее время уже предпринята попытка перенести NIF-гены (гены азотфиксации), обусловливающие взаимодействие бобовых растений с бактерией
Для аридных зон выводятся сорта, способные выносить высокое содержание солей в почве. Оказывается, что некоторые виды обладают генами, определяющими возможность накапливать ионы солей в вакуолях (в качестве механизма детоксикации). Другие виды растений, видимо, способны переносить высокие концентрации ионов натрия в листьях без какого-либо отрицательного воздействия на рост и развитие.
У ряда растений устойчивость к засухе определяется, по-видимому, наличием в цитоплазме специальных веществ, которые ограничивают вредные последствия высыхания и которые способны быстро реактивироваться при наличии воды. По мнению некоторых исследователей, способность растения переносить засуху зависит прежде всего от структуры клеточных стенок, а также от размеров и формы клеток (или вакуолей).
Выражение "зеленая революция" в настоящее время используется в более широком смысле и обозначает просто успешное применение научно обоснованных методов растениеводства в тропических условиях.
Сельскохозяйственные технологии, позволившие увеличить производство органических веществ, обусловили продолжающийся быстрый рост мирового народонаселения. Тем не менее в Европе возможности получения пищи на базе совершенных технологий пересматриваются (например, в рамках сельскохозяйственной политики ЕЭС) в связи с наблюдающимся перепроизводством, уже приведшим к образованию "гор продуктов". Однако в мире в целом проблема нехватки пищи остается по-прежнему актуальной, так же как и проблема зависимости урожая от погодных условий, особенно количества выпадающих осадков.
По скорости прироста населения все страны можно разделить на три основные группы:
Группа 1. Страны, где скорость прироста населения меньше, чем 1,5% в год. Сюда относятся вся Северная Америка, Западная Европа и СССР, на долю которых в сумме приходится примерно 26% всего мирового населения.
Группа 2. Страны, где скорость роста составляет 1,5-2,5% в год. Это Китай, Япония, Южная Африка, на долю которых приходится около 28% мирового населения.
Группа 3. Страны, где скорость ежегодного прироста более 2,5%. Сюда относятся Индия, Пакистан, Индонезия и большая часть государств Африки. В сумме на эту группу приходится примерно 46% мирового населения. Было подсчитано, например, что Индия должна ежегодно увеличивать производство зерна примерно на 3 млн. т просто для того, чтобы прокормить увеличивающееся население. К тому же именно эти районы наиболее подвержены внезапным стихийным бедствиям (наводнениям или засухам), и следовательно, именно здесь наиболее вероятны предпосылки для возникновения голода.
Все сельскохозяйственные технологии направлены на то, чтобы повысить эффективность фотосинтетических систем и в конечном итоге увеличить продукцию сухого органического вещества, используемого человеком. Эффективность эта базируется на превращении солнечного излучения в прирост растительной массы. Выбор основной сельскохо-зяйственной культуры определяется, однако, не только желанием получить наибольший выход полезного продукта и не только ограничениями, накладываемыми климатическими условиями (прежде всего температурой) и активностью вредителей, но и разными привходящими обстоятельствами, а именно вкусовыми предпочтениями, легкостью возделывания, религиозными и социальными моментами. С целью удовлетворения пищевых потребностей растущего народонаселения (особенно в развивающихся странах) отмечается стремление расширить географические (определяемые возможностями адаптации растений к тому или иному климату) пределы возделывания различных культур, для чего осваиваются новые районы и вместе с тем выводятся новые сорта, способные успешно произрастать в пограничных (маргинальных) районах основного ареала.
Сельское хозяйство, в той форме, в какой оно развивается на Западе, зависит от больших вкладов энергии (механизация) и от интенсивного использования азотных удобрений. Производство таких удобрений связано не только с потреблением атмосферного азота, но также требует большого количества энергии. Интенсивное земледелие возможно, таким образом, только на малой части сельскохозяйственных угодий. Поэтому в мировом масштабе основное внимание уделяется селекции новых сортов, способных дать больше высококачественной пищи, но вместе с тем требующих при культивировании меньшего вклада энергии и меньшего количества азотных удобрений. Подобная целевая установка сочетается с необходимостью использовать для выращивания сельскохозяйственной продукции новые местообитания и расширять сам круг возделываемых культур. Так, например, в Великобритании обычной культурой стал теперь рапс и изучены возможности выращивания подсолнечника (для производства масла).
Программы интенсивного земледелия, основывающиеся на искусственной оптимизации внешних условий, позволили добиться высоких урожаев. Использование теплиц и гидропоники дает возмож-ность особенно четко выявить основные принципы, связанные с такими программами.
12.9.1. Теплицы
В полевых условиях скорость фотосинтеза определяется не только уже упомянутыми выше физиологическими и генетическими факторами, но зависит также от:
1) минерального питания растений;
2) водного режима;
3) наличия патогенных для растений микроорганизмов;
4) теплового стресса;
5) ветра;
6) возраста растения и его листьев: факторы, препятствующие быстрому наступлению старения, увеличивают интенсивность фотосинтеза. Например, цитокинины задерживают старение листьев. В листьях, обработанных цитокининами (бензиладенином и кинетином), интенсивность фотосинтеза заметно повышается по сравнению с интенсивностью фотосинтеза в листьях контрольных растений.
Для того чтобы получить высокий урожай, необходимо контролировать все указанные факторы, поддерживая значения их на наиболее оптимальном для растений уровне. Выращивая растения под стеклом или дешевым пластиком (например, под полиэтиленовой пленкой) можно достичь гораздо более строгого контроля над окружающими условиями, что позволяет получить урожай вне обычного для данной культуры сезона и соответственно с выгодой сбыть товар на рынке. Теплицы очень удобны также для выращивания рассады.
Технология выращивания сельскохозяйственных культур в теплицах во многом определяется конкретными особенностями тех или иных растений, но общие принципы сводятся к следующим:
1. Контроль за температурой. У большинства растений хорошо выражен определенный диапазон оптимальных температур. Поддержание оптимальной температуры достигается подогревом зимой, и затенением и вентиляцией летом. В больших коммерческих теплицах температура тщательно контролируется и регулируется посредством автоматического управления системой вентиляции.
2. Вентиляция. Посредством вентиляции достигается необходимый приток свежего воздуха, возобновление запаса диоксида углерода, а также поддержание соответствующей температуры и влажности.
3. Поливной режим и влажность. Растения очень сильно различаются по необходимому для них уровню увлажненности. Кактусы, например, лучше всего чувствуют себя в сухом воздухе, а широколиственные растения требуют порой значительной влажности. Поддержание определенной влажности необходимо и для того, чтобы контролировать распространение грибковых заболеваний. Повысить уровень влажности можно, разбрызгивая воду или используя специальные генераторы тумана. Многие из перечисленных выше операций контролируются теперь с помощью компьютеров. Предпринимались также попытки искусственного увеличения концентрации СО2 в закрытых теплицах. Это приводило к увеличению урожая, но требовала дорогостоящего оборудования. Иногда используют различные колпачки из пластика, которыми закрывают растения, высаженные в открытом грунте; тем самым повышают температуру и сохраняют необходимую влажность.