Многолетнее зерно - Perennial grain

Корни пырея промежуточного сорта, кандидата на многолетние злаки по сравнению с корнями однолетней пшеницы (слева на каждой панели)

А многолетнее зерно это зерновой который живет и остается продуктивным в течение двух или более лет, а не растет только один сезон до сбора урожая, как большинство зерновых и однолетних культур. Хотя многие фрукты, орех и корм урожай долгожители многолетние растения, все основные зерновые культуры, которые в настоящее время используются в крупных сельское хозяйство находятся однолетники или недолговечные многолетники, выращиваемые как однолетники. Ученые из нескольких стран утверждают, что можно создать многолетние версии сегодняшних зерновых культур, и что эти многолетние зерна могут сделать зерновое земледелие более устойчивым.[1][2][3][4]

Обоснование

Выращивание часто оказывает негативное влияние на предоставление [экосистемных] услуг. Например, культивируемые системы, как правило, используют больше воды, увеличивают загрязнение воды и эрозию почвы, накапливают меньше углерода, выделяют больше парниковых газов и поддерживают значительно меньше среды обитания и биоразнообразия, чем экосистемы, которые они заменяют.

В Оценка экосистем на пороге тысячелетия[4]

В сводном докладе 2005 года по программе оценки экосистем на пороге тысячелетия Организации Объединенных Наций сельское хозяйство названо «самой большой угрозой биоразнообразию и экосистемным функциям любой человеческой деятельности».[4] Многолетние зерна могут снизить эту угрозу согласно следующей логике:

  • Большая часть сельскохозяйственных земель предназначена для выращивания зерновых культур: зерновые, масличные и бобовые культуры занимают 75% пахотных земель США и 69% мировых пахотных земель. Эти зерна включают такие каша такие культуры, как пшеница, рис и кукуруза; вместе они обеспечивают более 70% калорий, потребляемых человеком.[5]
  • Все эти зерновые культуры в настоящее время являются однолетними растениями, которые обычно высаживают в культивируемые почвы.
  • Частая обработка почвы подвергает почву риску потери и разложения.[4]
  • Эта "центральная дилемма"[6] сельского хозяйства, в котором текущее производство продуктов питания подрывает потенциал производства продуктов питания в будущем, можно избежать путем выращивания многолетних зерновых культур, которые не требуют ежегодной обработки почвы. Нет-до Технология позволяет выращивать короткоживущие (однолетние) культуры с менее интенсивной обработкой почвы, но многолетние растения обеспечивают максимальную защиту почвы.[7]

Способы выращивания многолетних зерен

Предложено три способа выращивания многолетних зерновых культур:[3][6][8]

  1. Главная генофонды Некоторые одомашненные зерновые культуры включают многолетние виды, хотя эти культуры обычно выращивают как однолетние. Голубь горох крупнозернистый зернобобовый (пульс ) как с короткосезонными (однолетними), так и с многолетними (многолетними) сортами.[9] Если бы наиболее урожайные однолетние сорта были скрещены с наиболее долгоживущими сортами, можно было бы получить устойчивые многолетние высокоурожайные сорта.
  2. Вторичные или третичные генофонды большинства одомашненных зерновых культур включают многолетние виды.[8] Обмен генами между такими видами возможен, хотя иногда и затруднен. Гены, улучшающие агрономические характеристики диких многолетних растений, например, увеличенный размер семян, могут быть получены от домашних родственников зерна. С другой стороны, гены, увеличивающие продолжительность жизни одомашненных зерен, можно получить путем скрещивания с дикими многолетними родственниками. Например, домашний азиатский рис можно скрестить с дикими многолетними видами риса для обмена генами многих признаков.
  3. Дикие многолетние растения с семенами, богатыми маслами, углеводами или белками, могут быть одомашненный без какой-либо широкой гибридизации. Хотя все наши зерновые культуры были одомашнены тысячи лет назад, современная генетическая теория и молекулярно-генетические методы могут значительно ускорить этот процесс по сравнению с первоначальным процессом одомашнивания.[2] Институт Родейла и Земельный институт у каждого из них были проекты по выращиванию растений, в которых дикая, многолетняя трава, Тинопирум промежуточный был подвергнут периодическим циклам селекции на улучшение зерновых характеристик.[1][6]. Институт земли с тех пор начал продавать свою работу под торговой маркой Kernza ®.


Преимущества многолетних культур

Было опубликовано несколько заявлений:[6]

  1. Более широкий доступ к ресурсам в течение более длительного сезона.Многолетние растения обычно появляются весной раньше, чем однолетние, и переходят в состояние покоя осенью, когда однолетние растения отмирают. Более продолжительный вегетационный период позволяет лучше улавливать солнечный свет и осадки. Например, в Миннесоте однолетние всходы сои всходят из почвы в начале июня. К этому времени многолетняя люцерна разрослась настолько, что готова к первому урожаю. Таким образом, к тому времени, когда урожай сои только начал фотосинтезировать, поле люцерны уже произвело около 40% урожая за сезон.[10]
  2. Более широкий доступ к ресурсам через более глубокую зону укоренения. Большинство долгоживущих растений имеют более крупные и глубокие корневые системы, чем короткоживущие растения, приспособленные к тому же региону. Более глубокие корни позволяют многолетним растениям ежегодно «копать» больший объем почвы.[3] Большой объем почвы, доступной для эксплуатации на единицу пахотной земли, также означает, что больший объем почвенной воды служит резервуаром в периоды без осадков.
  3. Более эффективное использование питательных веществ почвы. Было обнаружено, что выщелачивание азота из удобрений намного ниже под многолетними культурами, такими как люцерна (люцерна), чем под однолетними культурами, такими как кукуруза.[11][12] Аналогичное явление наблюдается на неоплодотворенных полях, заготавливаемых для заготовки дикого сена.[13] В то время как соседние поля пшеницы требовали ежегодного внесения удобрений, дикие многолетние травы продолжали давать богатое азотом сено в течение 75–100 лет без заметного снижения продуктивности или плодородия почвы. Предположительно, более крупные корневые системы многолетних растений и микробное сообщество, которое они поддерживают, перехватывают и циркулируют питательные вещества, проходящие через систему, намного более эффективно, чем эфемерные корневые системы сельскохозяйственных культур.
  4. Устойчивое производство на малоплодородных землях. Cassman et al. (2003) писали, что на больших площадях в бедных регионах мира «ежегодное выращивание зерновых… вряд ли будет устойчивым в долгосрочной перспективе из-за серьезного риска эрозии. Многолетние культуры и системы агролесоводства лучше подходят для этих сред ».[14] Существующие многолетние культуры и системы агролесоводства не дают зерна. Зерно обеспечивает большую продовольственную безопасность, чем корм или же фрукты потому что его могут употреблять в пищу непосредственно люди (в отличие от кормов), и его можно хранить (в отличие от фруктов) для потребления зимой или в сухой сезон.
  5. Уменьшение эрозии почвы Лесная служба США и др. ссылаются на многолетние травы как на средство предотвращения эрозии почвы.[15] Многолетние растения всех видов создают толстую корневую систему, которая связывает почву и предотвращает эрозию поверхности ветром и водой. Поскольку сток воды замедляется, у нее больше времени, чтобы впитаться и попасть в систему грунтовых вод. Чистый приток воды в ручьи незначительно снижается из-за притока грунтовых вод, но это также снижает высокие скорости потока в ручьях, связанные с быстротечной эрозией русел из-за воды. .
  6. Увеличение популяции диких животных Лесная служба США и все другие ссылаются на более медленный выпуск воды в ручьи, что делает уровень воды более постоянным, а не чередуется между засушливыми и внезапными паводками, характерными для пустынь. Постоянный уровень воды способствует увеличению популяции диких животных, таких как рыбы, земноводные, водоплавающие птицы и млекопитающие, которые зависят от постоянного источника воды.[15]
  7. Снижение конкуренции с сорняками »- Сведение к минимуму обработки почвы и внесения гербицидов.
  8. Улучшенный микробиом почвы - Многолетние зерновые культуры могут питать полезные почвенные микробиомы, поскольку частое нарушение почвы, необходимое для ежегодного производства сельскохозяйственных культур, разрушительно для этих микробиомов.
  9. Секвестр больше углерода - Многолетние зерна могут улавливать больше углерода из-за лучшего управления ландшафтом и сохранения большего количества пахотных земель в производстве. [16][12].

Потенциальные недостатки многолетних культур

  1. Сегодня не решает проблему продовольственной безопасности. Многолетние зерновые культуры находятся на ранних стадиях развития, и может пройти много лет, прежде чем они достигнут урожайности, эквивалентной урожайности однолетних зерновых.
  2. Усложняет севооборот. Севообороты с многолетними системами возможны, но полный оборот обязательно займет больше времени. Например, многолетний сенокос[17] подобно люцерна обычно чередуется с однолетними культурами или другими многолетними сенокосами через 3-5 лет. Более медленные темпы севооборота - по сравнению с однолетними культурами - могут привести к большему накоплению патогенов, вредителей или сорняков на многолетней фазе севооборота.
  3. Строит органическое вещество почвы за счет урожайности растений. При отсутствии обработки почвы и на почвах с обедненным органическим веществом культуры с крупной корневой системой могут накапливать органическое вещество до такой степени, что почти весь почвенный азот и фосфор иммобилизуются. Когда это происходит, продуктивность может снижаться до тех пор, пока органическое вещество не вырастет до уровня, при котором будет достигнуто равновесие между минерализацией питательных веществ и иммобилизацией питательных веществ, или пока в систему не будут добавлены удобрения.
  4. Гидрологические воздействия. Многолетние растения могут улавливать и использовать больше поступающих осадков.[3] чем однолетние растения каждый год. Это может привести к падению уровня грунтовых вод и / или уменьшению поверхностного стока рек.
  5. Снижение доставки питательных веществ на фермы, расположенные ниже по течению. Широкая замена однолетних растений на многолетние в сельскохозяйственных ландшафтах могла бы стабилизировать почвы и сократить вымывание нитратов до такой степени, что можно было бы снизить доставку наносов и растворенного азота в ландшафты, расположенные ниже по течению. Фермеры в этих районах в настоящее время могут полагаться на эти питательные вещества. С другой стороны, другие секторы могут выиграть от улучшения качества воды.
  6. Улучшенная среда обитания вредителей. Если не оставлять поля голыми в течение части года, популяции грызунов и насекомых могут увеличиться. Сжигание щетины многолетних зерен может сократить эти популяции, но сжигание может быть запрещено в некоторых районах. Кроме того, грызуны и насекомые, живущие под землей, выжили бы при сжигании, тогда как обработка почвы разрушает их среду обитания.

Многолетние зерна на рынке

Kernza ®, промежуточный пырей, разрабатывался для использования в качестве зерновой культуры с 1980-х годов. С 2001 г. некоммерческая организация Земельный институт Доктор Ли ДеХаан возглавил разработку этого растения, придумав в 2009 году торговую марку Kernza.[7]

В последнее время работа над Kernza быстро расширилась и теперь включает более 25 ведущих ученых в различных областях, работающих на трех континентах. Эта международная команда разработала методы выращивания и значительно улучшила такие характеристики, как сопротивление растрескиванию, размер семян и урожай, что позволяет выращивать и продавать урожай в небольших масштабах. Институциональные партнеры Kernza в США теперь включают Университет Миннесоты, Университет Висконсина, Мэдисон, Корнеллский университет, штат Огайо, штат Канзас, а также многочисленные международные университеты в Канаде и Европе, включая Университет Миннесоты, Университет Лунда и ISARA.[18]

Исследователи надеются, что Kernza - первая многолетняя зерновая культура, выращенная на севере США, поможет кардинально изменить методы ведения сельского хозяйства, сделав пахотные земли многофункциональными за счет производства как продуктов питания, так и экосистемных услуг. [1].

Земельный институт разработал зарегистрированный товарный знак зерна Kernza®, чтобы помочь идентифицировать промежуточное зерно пырея, которое сертифицировано как многолетнее растение с использованием самых передовых типов T. промежуточное семя.

Положения Патагонии была первой компанией, разработавшей коммерческий розничный продукт из многолетнего зерна Kernza® для массового рынка. Компания Patagonia пошла на значительный риск, преодолев первоначальный барьер для разработки новых продуктов и выхода на рынок с Лонг Рут Эль.

Инициатива и инвестиции со стороны Patagonia Provisions по выводу Long Root Ale на рынок помогли проложить путь для других партнерств и потенциальные продукты Kernza® становятся все более доступными для потребителей.

В настоящее время существует ряд ресторанов, где подают продукты, изготовленные с использованием Kernza®, в том числе Кафе Берчвуд в Миннеаполисе, Многолетник в Сан-Франциско, Кафе Благодарность в метро Лос-Анджелеса и Пицца Лавина в Афинах, Огайо.

Городская пивоварня Hopworks в Портленде, штат Орегон, и Ванкувере, штат Вашингтон, варили Long Root Ale для Положения Патагонии и имеет его на разлив, в дополнение к пиву в банках по четыре упаковки, который продается в Все продукты В Калифорнии. Хлопнуть! Пивоварение В Сент-Поле, Миннесота, есть пиво Kernza®, а также пивоварня Blue Skye рядом с нами в Салине, штат Канзас.

Инновационный Пельмени и пряди производит макаронные изделия Kernza®, которые они продают через фермерские рынки в районе городов-побратимов.

Кроме того, Каскадская ферма планирует включить Kernza® в некоторые из своих продуктов питания, при этом ожидается, что продукты, изготовленные с использованием Kernza®, будут доступны на розничных рынках к концу 2019 года. Обязательство Cascadian Farm по закупке побудило исследователей и фермеров сажать на промышленных полях по сравнению с участками экспериментального размера в настоящее время выращивается.[18]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c Wagoner, P .; Шеффер, Дж. Р. (1990). «Многолетнее развитие зерновых: прошлые усилия и потенциал на будущее». Критические обзоры в науках о растениях. 9 (5): 381. Дои:10.1080/07352689009382298.
  2. ^ а б Национальный исследовательский совет национальных академий. 2010. К устойчивым сельскохозяйственным системам в 21 веке. National Academy Press, Вашингтон, округ Колумбия, стр. 249-251.
  3. ^ а б c d Glover, J.D .; Reganold, J. P .; Bell, L.W .; Borevitz, J .; Brummer, E.C .; Buckler, E. S .; Cox, C.M .; Cox, T. S .; Crews, T. E .; Culman, S.W .; Dehaan, L.R .; Eriksson, D .; Gill, B.S .; Holland, J .; Ху, Ф .; Hulke, B.S .; Ибрагим, А. М. Х .; Джексон, В .; Jones, S. S .; Murray, S.C .; Патерсон, А. Х .; Площук, Е .; Sacks, E. J .; Snapp, S .; Tao, D .; Van Tassel, D. L .; Wade, L.J .; Wyse, D. L .; Сюй, Ю. (2010). «Повышение продовольственной безопасности и безопасности экосистем за счет многолетних зерновых культур». Наука. 328 (5986): 1638–1639. Дои:10.1126 / science.1188761. PMID  20576874.
  4. ^ а б c d Кассман К.Г., Вуд С. 2005. «Возделываемые системы». Глава 26 в Оценке экосистем на пороге тысячелетия, Экосистемы и благополучие человека: текущее состояние и тенденции. Вашингтон (округ Колумбия): Island Press. Чирас Д.Д., Реганольд Дж. П., Оуэн О.С.. 2004 Сохранение природных ресурсов. Река Аппер Сэдл, Нью-Джерси: Прентис-Холл.
  5. ^ Гловер, JD, Reganold, JP. 2010. Многолетние зерновые: Продовольственная безопасность будущего. Проблемы науки и техники. Зима 2010: 41–47.
  6. ^ а б c d Cox, T. S .; Glover, J.D .; Van Tassel, D. L .; Cox, C.M .; Дехаан, Л. Э. Р. (2006). «Перспективы развития многолетних зерновых культур». Бионаука. 56 (8): 649. Дои:10.1641 / 0006-3568 (2006) 56 [649: PFDPGC] 2.0.CO; 2.
  7. ^ а б Юэл, Дж. Дж. (1986). «Проектирование сельскохозяйственных экосистем для влажных тропиков». Ежегодный обзор экологии и систематики. 17: 245–271. Дои:10.1146 / annurev.es.17.110186.001333.
  8. ^ а б Кокс, Т.С. и др. (2002) Селекция многолетних зерновых культур. Критические обзоры в растениеводстве. 21 (2): 59-91..
  9. ^ Личные авторы: Снапп, С. С., Джонс, Р. Б., Минья, Э. М., Русике, Дж., Силим, С. Н. 2003. Гороховый горох для Африки: универсальный овощ - и многое другое. HortScience 38 (6): 1073-1079.
  10. ^ К. С. Шеффер, Мартин Н. П., Лэмб JAFS, Куомо Г. Р., Джуэтт Дж. Г., Quering SR. 2000. Листовые и стеблевые свойства люцерны. Агрономический журнал 92: 733-739.
  11. ^ Huggins, D. R .; Randall, G.W .; Рассел, М. П. (2001). «Потери воды и нитратов в подземных дренажах после преобразования многолетних растений в пропашные культуры». Агрономический журнал. 93 (3): 477. Дои:10.2134 / agronj2001.933477x.
  12. ^ а б Калман, Стив В., Зиглинде С. Снапп, Мэри Олленбургер, Бруно Бассо и Ли Р. ДеХаан. «Качество почвы и воды быстро реагирует на многолетнее зерно пырея Kernza». Агрономический журнал 105, вып. 3 (2013): 735-744.
  13. ^ [1][постоянная мертвая ссылка ] Дж. Д. Гловер, С. В. Калман, С. Т. Дюпон, В. Бруссард, Л. Янг, М. Е. Манган, Дж. Г. Май, Т. Э. Крюс, Л. Р. ДеХаан, Д. Г. Бакли, Г. Феррис, Р. Р. Тернер, Г. Л. Рейнольдс и Д. Л. Вайз. 2010. Урожайные многолетние луга обеспечивают экологические ориентиры для устойчивости сельского хозяйства: сельское хозяйство, экосистемы и окружающая среда. 137: 3-12.
  14. ^ К. Г. Кассман, А. Доберман, Д. Т. Уолтерс, Х. Ян. 2003. Удовлетворение спроса на зерновые при защите природных ресурсов и улучшении качества окружающей среды. Ежегодный обзор окружающей среды и ресурсов 28: 315-358.
  15. ^ а б Лесная служба США, подразделение Министерства сельского хозяйства США, FSH 2509.22 - СПРАВОЧНИК ПО ПОЧВЕ И ВОДОСБЕРЕЖЕНИЮ, ГЛАВА 10 - УПРАВЛЕНИЕ КАЧЕСТВОМ ВОД НА ЗЕМЛЯХ НАЦИОНАЛЬНОЙ ЛЕСНОЙ СИСТЕМЫ В АЛАСКЕ
  16. ^ Паустиан, Кейт, Йоханнес Леманн, Стивен Огл, Дэвид Ри, Дж. Филип Робертсон и Пит Смит. «Климатически благоприятные почвы». Природа 532, вып. 7597 (2016): 49-57.
  17. ^ Маркл, Г. М .; Барон, Дж. Дж .; Шнайдер, Б.А. 1998. Продовольственные и кормовые культуры Соединенных Штатов, второе издание; Издательство Meister: Уиллоуби, Огайо.
  18. ^ а б "Kernza® Зерновые и многолетнее земледелие | Земельный институт". Земельный институт. Получено 2017-12-14.

внешняя ссылка