Агробиоразнообразие

Точно неизвестно, когда и кем был введён термин «агробиоразнообразие». Один из первых примеров его использования в контексте сельского хозяйства встречается в годовом отчёте Международного совета по генетическим ресурсам растений (IBPGR, ныне ) за 1990 год^[6]. Большинство ссылок на агробиоразнообразие датируются концом 1990-х годов и позже.

Хотя понятия схожи, различные организации используют разные определения биоразнообразия в связи с производством продуктов питания. CGIAR обычно использует термины «agricultural biodiversity» или «agrobiodiversity», тогда как Продовольственная и сельскохозяйственная организация ООН (FAO) применяет выражение «biodiversity for food and agriculture», а Конвенция о биологическом разнообразии (CBD) — термин «agricultural diversity». CBD в своём определении в основном (но не полностью) исключает морские водные организмы и лесное хозяйство, поскольку для них существуют отдельные группы и международные рамки для обсуждения политики и действий. Решение V/5 CBD^[7] даёт определяющее описание.

Генетическое разнообразие — это разнообразие и изменчивость внутри и между видами. Оно может относиться к естественно существующей генетической изменчивости внутри и между популяциями одного вида, например, , или к изменчивости, созданной человеком, например, традиционные сорта, выведенные фермерами (так называемые локальные расы), или коммерчески выведенные сорта (например, различные сорта яблок: Фудзи, Голден Делишес, Голден Пиппин и др.). Во всех пищевых культурах существует значительное генетическое разнообразие, особенно в центрах происхождения, то есть географических районах, где виды были впервые выведены. Например, андский регион Перу является центром происхождения некоторых видов клубней, и там можно найти более 1483 их разновидностей. Генетическое разнообразие важно, поскольку различные гены определяют такие важные признаки, как состав питательных веществ, устойчивость к различным условиям среды, устойчивость к вредителям или высокая урожайность^[8]. Генетическое разнообразие сокращается из-за модернизации сельского хозяйства, изменения землепользования, изменения климата и других факторов. (Возможно даже, что селекция исключительно на устойчивость к вредителям и болезням, необходимую для борьбы с изменением климата, сама по себе приведёт к снижению агробиоразнообразия.)^[9] Генетическое разнообразие не является статичным, а постоянно изменяется в ответ на изменения окружающей среды и под влиянием деятельности человека — фермеров или селекционеров.

Видовое разнообразие — это количество и обилие различных видов, используемых для питания и сельского хозяйства. По разным оценкам, число видов, вносящих вклад только в питание, колеблется от 5538 до 75 000 в зависимости от определений^[10]. По консервативным оценкам, около 6000 видов обычно используются в пищу. Видовое разнообразие включает «одомашненные растения и животных, входящих в системы растениеводства, животноводства, лесного или аквакультурного производства, а также собираемые лесные и водные виды, дикие родственники одомашненных видов и другие дикие виды, используемые для питания и других целей. Оно также охватывает так называемое „сопутствующее биоразнообразие“ — огромное количество организмов, обитающих в и вокруг систем производства продуктов питания и сельского хозяйства, поддерживающих их и способствующих их продуктивности». Сельское хозяйство включает растениеводство, животноводство, лесное хозяйство, рыболовство и аквакультуру^[11].

Водное разнообразие — важная составляющая агробиоразнообразия. Сохранение и устойчивое использование местных водных экосистем, прудов, рек и прибрежных общин ремесленными рыбаками и мелкими фермерами важно для выживания как людей, так и окружающей среды. Поскольку водные организмы, включая рыбу, составляют значительную часть нашего продовольственного обеспечения и обеспечивают доход прибрежных народов, крайне важно, чтобы рыбаки и мелкие фермеры имели генетические резервы и устойчивые экосистемы, на которые можно опереться по мере развития аквакультуры и управления морским рыболовством.

Межвидовое разнообразие культурных растений частично определяет разнообразие нашего рациона. Внутривидовое разнообразие, то есть разнообразие аллелей внутри одного вида, также даёт нам выбор в питании. Если монокультурный урожай погибает, мы полагаемся на агробиоразнообразие, чтобы пересадить на этом участке что-то новое. Если урожай пшеницы уничтожен вредителем, на следующий год мы можем посадить более устойчивый сорт пшеницы, используя внутривидовое разнообразие. Мы можем отказаться от выращивания пшеницы в этом районе и посадить другой вид, используя межвидовое разнообразие.

Экосистемное разнообразие — это разнообразие и изменчивость различных компонентов в определённой географической области (например, ландшафт, страна). В контексте агробиоразнообразия экосистемное разнообразие означает разнообразие внутри и между агроэкосистемами: пастбища, пруды и реки, посевные поля, живые изгороди, деревья и т. д. Биоразнообразие на уровне ландшафта изучено меньше, чем другие уровни биоразнообразия^[12].

Вклад агробиоразнообразия в продовольствие и сельское хозяйство обычно классифицируется по их вкладу в экосистемные услуги. Экосистемные услуги — это услуги, предоставляемые хорошо функционирующими экосистемами (агроэкосистемами, а также дикими экосистемами, такими как леса или луга) для благополучия человека^[13]. Обычно их объединяют в четыре основные категории: продукционные (непосредственное предоставление товаров, таких как пища и вода), поддерживающие (услуги, необходимые для здоровья сельского хозяйства, например, почва), регулирующие (регулирование природных процессов, необходимых в сельском хозяйстве, таких как опыление, улавливание углерода или борьба с вредителями), и культурные (рекреационные, эстетические и духовные блага)^[13].

Вклад агробиоразнообразия в продукционные услуги заключается прежде всего в обеспечении продовольствия и питания. Пищевое биоразнообразие — это «разнообразие растений, животных и других организмов, используемых в пищу, охватывающее генетические ресурсы внутри видов, между видами и обеспечиваемое экосистемами»^[14]. Исторически в пищу использовалось не менее 6000 видов растений и множество видов животных. Сейчас это число сокращается, что вызывает опасения по поводу долгосрочного разнообразия диеты. Пищевое биоразнообразие также включает подвиды или сорта культур, например, многочисленные формы Brassica oleracea (цветная капуста, различные брокколи, капуста, брюссельская капуста и др.). Многие виды, игнорируемые основными исследованиями («осиротевшие» или забытые и малоиспользуемые), богаты микроэлементами и другими полезными веществами.^[15][16][17] Также среди различных сортов одного вида может наблюдаться широкий диапазон содержания питательных веществ; например, некоторые сорта батата практически не содержат бета-каротина, тогда как другие могут содержать до 23 100 мкг на 100 г сырого очищенного батата^[18]. Другие продукционные услуги агробиоразнообразия — это обеспечение древесиной, волокном, топливом, водой и лекарственными ресурсами. Устойчивая продовольственная безопасность связана с улучшением сохранения, устойчивого использования и увеличения разнообразия всех генетических ресурсов для питания и сельского хозяйства, особенно растительных и животных генетических ресурсов, во всех типах производственных систем^[19].

Вклад агробиоразнообразия в поддерживающие услуги заключается в обеспечении биологической или жизненной поддержки производства, акцентируя внимание на сохранении, устойчивом использовании и увеличении биологических ресурсов, поддерживающих устойчивые производственные системы. Основная услуга — поддержание генетического разнообразия культур и видов, чтобы сохранять адаптивность к новым и изменяющимся климатическим и погодным условиям. Генетическое разнообразие лежит в основе программ по улучшению культур и животных, которые выводят новые сорта и породы в ответ на спрос потребителей и нужды фермеров. Важным источником генетического разнообразия являются , дикие виды, генетически близкие к культивируемым. Второй поддерживающей услугой является поддержание среды обитания дикой природы, особенно сопутствующего биоразнообразия, например, опылителей и хищников. Агробиоразнообразие может поддерживать дикую природу за счёт использования краёв полей, прибрежных коридоров, живых изгородей и групп деревьев, которые обеспечивают и соединяют среды обитания. Ещё одна поддерживающая услуга — поддержание здоровой почвенной биоты.

Агробиоразнообразие вносит вклад в регулирующие услуги, которые контролируют природные процессы, необходимые для здоровой агроэкосистемы. Примеры — опыление, борьба с вредителями и улавливание углерода.

75 % из 115 основных видов культур, выращиваемых в мире, зависят от опылителей^[20][21]. Агробиоразнообразие способствует здоровью опылителей: (а) предоставляя среду обитания для их жизни и размножения; (б) предоставляя биологические методы борьбы с вредителями (см. ниже), что позволяет сократить использование инсектицидов и не наносить вред насекомым-опылителям; (в) обеспечивая симбиотические отношения постоянного цветения, когда культуры цветут в разное время, чтобы опылители имели постоянный доступ к нектару.

Агробиоразнообразие способствует борьбе с вредителями: (а) предоставляя среду обитания для естественных врагов вредителей; (б) обеспечивая широкое генетическое разнообразие, что увеличивает вероятность наличия генов устойчивости к конкретному патогену или вредителю, а также позволяет растениям эволюционировать по мере эволюции вредителей и болезней^[22]. Генетическое разнообразие также означает, что некоторые культуры растут раньше или позже, или в более влажных или сухих условиях, что позволяет избежать атак вредителей или патогенов^[23].

Агробиоразнообразие способствует улавливанию углерода, если используется в комплексе агроэкологических практик, например, за счёт посевов покровных культур, которые заделываются в почву как зелёное удобрение; поддержания древесных насаждений и живых изгородей; и сохранения целостности почв, чтобы они продолжали быть средой для местных микроорганизмов. Фермеры и селекционеры могут использовать генетическое разнообразие для выведения сортов, более устойчивых к изменяющимся климатическим условиям, и, в сочетании с такими практиками, как консервационное земледелие, увеличивать секвестрацию углерода в почвах и биомассе, а также снижать выбросы за счёт предотвращения деградации сельхозугодий^[24]. Использование агролесоводства, включение деревьев и кустарников как неотъемлемой части сельскохозяйственной системы, также способствует секвестрации углерода^[25].

Агробиоразнообразие лежит в основе культурных экосистемных услуг в виде пищевого биоразнообразия, которое является центральным элементом местных кухонь по всему миру. Агробиоразнообразие обеспечивает местно ценимые культуры и виды, а также уникальные сорта, имеющие культурное значение. Например, этнические традиционные культуры влияют на сохранение широкого разнообразия сортов риса в Китае (например, красный рис, сладкие клейкие рисы), выведенных фермерами за тысячи лет и используемых в традиционных культурах, ритуалах и обычаях^[26]. Другой пример — местные продовольственные ярмарки, воплощённые в движении Slow Food, которые популяризируют местные сорта продуктов, чтобы повысить их ценность, привлечь к ним внимание и, в конечном итоге, сохранить и использовать их. Кроме того, некоторые традиционные культуры используют агробиоразнообразие в ритуалах, например, многие популяции фруктовых видов (помело и манго) сохраняются в сельских общинах специально для использования на фестивале «Чхатх-пуджа», который отмечается в некоторых районах Индии, Непала и Маврикия^[27]. Домашние сады важны как культурно обусловленные пространства, где агробиоразнообразие сохраняется по самым разным социальным, эстетическим и культурным причинам^[28]. Генетическое разнообразие поддерживается малообеспеченными фермерами не только из экономических, но и из культурных и продовольственных соображений^[29].

Агробиоразнообразие находится под угрозой из-за изменений в землепользовании (урбанизация, вырубка лесов), модернизации сельского хозяйства (монокультуры и отказ от традиционных, основанных на биоразнообразии практик), вестернизации диет и их цепочек поставок^[30][31]. По оценкам, биоразнообразие в целом исчезает в 100–1000 раз быстрее естественного фона^[32]. Это касается и агробиоразнообразия, и утраты генетического разнообразия как на полях фермеров, так и в дикой природе^[31]

Потеря агробиоразнообразия приводит к генетической эрозии — утрате генетического разнообразия, включая потерю отдельных генов и определённых комбинаций генов (или генетических комплексов), таких как локально адаптированные локальные расы или породы. Генетическая уязвимость возникает, когда в популяции растений мало генетического разнообразия. Такая однородность делает популяцию особенно уязвимой к болезням, вредителям и другим факторам. Проблема генетической уязвимости часто возникает у современных сортов культур, которые по замыслу однородны.^[33][34] Пример последствий генетической уязвимости — эпидемия кукурузной плесени в США в 1970 году, уничтожившая 15 % урожая. Особенность клеток растений, известная как техасская мужская стерильная цитоплазма, делала их уязвимыми к плесени — последующее исследование Национальной академии наук показало, что 90 % американских кукурузных растений обладали этим признаком^[35].

Сокращение агробиоразнообразия влияет на изменение человеческих диет и само им обусловлено. С середины XX века диеты людей во всём мире стали более разнообразными по потреблению основных товарных культур, при одновременном снижении потребления местных или регионально важных культур, что привело к большей однородности питания в глобальном масштабе. Различия между продуктами, употребляемыми в разных странах, сократились на 68 % между 1961 и 2009 годами^[36]. Современная «глобальная стандартная» диета содержит всё больший процент относительно небольшого числа основных товарных культур, которые существенно увеличили свою долю в общем объёме калорий, белка, жира и массы пищи, потребляемой человечеством, включая пшеницу, рис, сахар, кукурузу, сою (на +284 %^[37]), пальмовое масло (на +173 %^[37]), и подсолнечник (на +246 %^[37]). Если раньше страны потребляли больше местных или региональных пищевых культур, то пшеница стала основной в более чем 97 % стран, а другие глобальные культуры демонстрируют аналогичное доминирование. Другие культуры резко сократились за тот же период, включая рожь, ямс, батат (на –45 %^[37]), маниок (на –38 %^[37]), кокос, сорго (на –52 %^[37]) и просо (на –45 %^[37])^[38].

• Картофельный голод в Ирландии 1846 года стал причиной гибели миллиона человек и эмиграции около двух миллионов. Его причиной было выращивание только двух сортов картофеля, оба из которых были уязвимы к фитофторозу (Phytophthora infestans), который появился в 1845 году^[39].
• Когда вирус рисовой травянистой карликовости поразил рисовые поля от Индонезии до Индии в 1970-х годах, было протестировано 6273 сорта на устойчивость^[40]. Только один оказался устойчивым — индийский сорт, известный науке только с 1966 года^[40]. Этот сорт был скрещён с другими и теперь широко выращивается^[40].
• Кофейная ржавчина поразила кофейные плантации в Шри-Ланке, Бразилии и Центральной Америке в 1970 году. Устойчивый сорт был найден в Эфиопии^[41]. Болезни сами по себе являются формой биоразнообразия.
• Монокультура была одной из причин нескольких сельскохозяйственных катастроф, включая крах винодельческой отрасли Европы в конце XIX века и эпидемию кукурузной плесени в США в 1970 году^[42].

Контроль вредоносного сопутствующего биоразнообразия — одна из главных задач, стоящих перед фермерами. На монокультурных фермах обычно стремятся подавлять вредоносное сопутствующее разнообразие с помощью комплекса биологически разрушительных пестицидов, механизированных средств и трансгенных технологий, а затем проводят севооборот. Хотя некоторые поликультурные фермеры используют те же методы, они также применяют стратегии интегрированной борьбы с вредителями и более трудоёмкие, но менее зависящие от капитала, биотехнологий и энергии подходы.

Попытки сохранить или защитить агробиоразнообразие обычно сосредоточены на видовом или генетическом уровне. Сохранение генетического и видового разнообразия может осуществляться ex situ — то есть путём изъятия материалов с места их произрастания и ухода за ними в другом месте, или in situ — то есть сохранением их на естественном или культивируемом месте^[43]. Хотя эти два подхода иногда противопоставляются друг другу, оба имеют свои достоинства. Практики сохранения рекомендуют интегрировать оба метода в зависимости от целей, угроз, уникальности разнообразия и других факторов^[44][45].

Сохранение ex situ определяется как «сохранение компонентов биологического разнообразия вне их естественных мест обитания»^[46]. Сохранение ex situ — это сохранение генетических ресурсов (видов, сортов, культиваров, подвидов, локальных рас и др.) для питания и сельского хозяйства вне их естественной среды, в управляемых условиях: ботанические сады, банки семян, банки пыльцы, полевые генбанки, криобанки или гербарии. Сохранение ex situ считается относительно надёжным способом поддержания генетического разнообразия, поскольку оно обычно сохраняется в долгосрочной перспективе и менее подвержено изменениям. Разнообразие большинства основных мировых культур собрано и сохранено в генбанках. В 1750 генбанках по всему миру хранится более 7 миллионов образцов^[47]. Коллекции дублируются для страховки на случай повреждения одного из генбанков. Кроме того, большинство глобально важных коллекций однолетних или семенных культур имеют резервную копию в глобальном хранилище семян Свалбард.

Сохранение ex situ имеет ряд преимуществ для семенных культур: 1) семена занимают мало места; 2) ex situ может осуществляться где угодно; 3) лёгкий доступ к сохранённым образцам для распространения, дальнейшего использования, исследований и селекции; 4) минимальные затраты на поддержание генетического разнообразия, не имеющего немедленной производственной или рыночной ценности.

Недостатки сохранения ex situ: 1) дорогостоящее поддержание семян и гермоплазмы в здоровом состоянии при длительном хранении или в полевых коллекциях; 2) охват разнообразия забытых и малоиспользуемых культур или диких родственников культурных растений пока очень ограничен. Генбанки в основном сосредоточены на сохранении основных товарных культур, а неосновные культуры и дикие родственники представлены слабо; 3) существуют виды с «рекальцитрантными» семенами, которые нельзя хранить долго; 4) требуется специализированная инфраструктура и персонал.

Сохранение in situ означает «сохранение экосистем и природных местообитаний, поддержание и восстановление жизнеспособных популяций видов в их естественной среде, а для одомашненных или культивируемых видов — в среде, где они приобрели свои отличительные свойства»^[46]. Сохранение in situ включает как сохранение деревьев и диких родственников культурных растений in situ в дикой природе, так и сохранение локальных рас и забытых и малоиспользуемых видов на фермах, в полях фермеров. Преимущество сохранения агробиоразнообразия in situ в том, что виды могут продолжать эволюционировать в ответ на природные и антропогенные воздействия^[48]. В случае культурных растений значительное разнообразие сохраняется в развивающихся странах мелкими фермерами^[49], особенно для многих культур в их центрах одомашнивания и разнообразия. Там фермеры продолжают выращивать локальные расы и сохранять традиционные знания и практики управления семенами^[50][51] — этот процесс называют де-факто сохранением^[50]. Домашние сады также являются хранилищами высокого уровня видового разнообразия^[52], а традиционные локальные расы содержат широкое генетическое разнообразие. Для лесных деревьев сохранение in situ считается наиболее подходящим методом, поскольку большинство семян деревьев нельзя хранить ex situ, а видов деревьев насчитывается 60 000^[53], причём у каждого вида множество популяций, что делает невозможным их полную идентификацию и сбор.

Имея ограниченный доступ к синтетическим ресурсам, поля малообеспеченных фермеров часто по умолчанию являются органическими. Метаанализ исследований показал, что по сравнению с органическими системами, в обычных системах видовое богатство и обилие значительно ниже (на 30 % большее богатство и на 50 % большее обилие в органических системах в среднем), хотя в 16 % исследований отмечалось большее видовое богатство в обычных системах^[54].

Сохранение in situ относительно недорого для высокого уровня биоразнообразия, особенно диких родственников культурных растений, забытых и малоиспользуемых видов, локальных рас, деревьев, рыб и домашних животных. Однако виды и сорта, сохраняемые in situ, могут быть уязвимы к изменениям климата, изменениям землепользования и рыночному спросу.

Сохранение на уровне экосистем рассматривает ландшафтный уровень, при котором ландшафты управляются группой заинтересованных сторон, совместно работающих для достижения целей по биоразнообразию, производству и жизнеобеспечению. Мозаика землепользования сочетает:

1. «естественные» территории
2. сельскохозяйственные производственные территории
3. институциональные механизмы для координации инициатив по достижению целей производства, сохранения и жизнеобеспечения на ландшафтном, фермерском и общинном уровнях, используя синергии и управляя компромиссами между ними^[55].

: Сатояма и Сатоуми Ното, Япония

GIAHS — зарегистрированная японская система «Сатояма и Сатоуми Ното» (террасовые поля в Вадзима)

Существует немного инициатив, направленных на сохранение целых ландшафтов или агроэкосистем. Одна из них — , которые сохраняются и поддерживаются как уникальные системы сельского хозяйства для устойчивого обеспечения множеством товаров и услуг, продовольственной и жизненной безопасности миллионов мелких фермеров.