Разнообразие сельскохозяйственных культур

Утрата биоразнообразия считается одной из самых серьёзных экологических проблем современности по мнению Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН^[1].^[2] Если текущие тенденции сохранятся, до половины всех видов растений могут оказаться под угрозой вымирания^[3]. Около 6% диких родственников зерновых культур, таких как пшеница, кукуруза, рис и сорго, находятся под угрозой, как и 18% бобовых (Fabaceae), диких родственников фасоли, гороха и чечевицы, а также 13% видов из ботанического семейства (Solanaceae), включающего картофель, томат, баклажан и перец (Capsicum)^[4].

Внутривидовое разнообразие одной культуры может быть обусловлено различными условиями выращивания, например, культура, растущая на бедной питательными веществами почве, вероятно, будет иметь более замедленный рост, чем культура на более плодородной почве. Доступность воды, уровень pH почвы и температура также влияют на рост культур^[5].

Кроме того, разнообразие собранных растений может быть результатом генетических различий: у культуры могут быть гены, обеспечивающие раннее созревание или устойчивость к болезням^[5]. Современные селекционеры разрабатывают новые сорта культур для определённых условий. Новый сорт может, например, быть более урожайным, устойчивым к болезням или иметь больший срок хранения по сравнению с исходными сортами. Практическое использование разнообразия культур восходит к ранним агротехническим методам севооборота и пара, когда на одном участке земли в один год высаживалась и собиралась одна культура, а на следующий год — другая. Это позволяет использовать различия в потребностях растений в питательных веществах, но ещё важнее — снижает накопление патогенов^[6].

И фермеры, и учёные должны постоянно использовать незаменимый ресурс генетического разнообразия для обеспечения продуктивных урожаев. Генетическая изменчивость даёт фермерам растения с большей устойчивостью к вредителям и болезням, а учёным — доступ к более разнообразному геному, чем у высокоселекционированных культур^[7] Селекция высокопродуктивных культур постепенно снижает генетическое разнообразие, поскольку отбираются желательные признаки, а нежелательные устраняются. Фермеры могут увеличить внутривидовое разнообразие до некоторой степени, высаживая смеси сортов одной культуры.^[8].

Сельскохозяйственные экосистемы эффективно функционируют как саморегулирующиеся системы при условии достаточного биоразнообразия растений и животных. Помимо производства пищи, топлива и волокна, функции агроэкосистем включают рециркуляцию питательных веществ, поддержание плодородия почвы, регулирование микроклимата, регулирование водного потока, контроль вредителей и детоксикация отходов^[5].

Однако современное сельское хозяйство серьёзно снижает биоразнообразие. Традиционные системы поддерживают разнообразие внутри одного вида культуры, например, в Андах выращивается до 50 сортов картофеля^[5] Стратегии повышения генетического разнообразия могут включать высадку смесей сортов культур.^[5]

Генетическое разнообразие культур может использоваться для защиты окружающей среды. Сорта, устойчивые к вредителям и болезням, позволяют снизить применение вредных пестицидов.^[7].

Сельское хозяйство является экономической основой большинства стран, а для развивающихся стран — вероятным источником экономического роста. Рост в сельском хозяйстве может принести пользу сельскому населению, хотя это происходит не всегда. Прибыль от культур может увеличиваться за счёт выращивания более ценных культур, лучшего маркетинга, добавленной стоимости (например, переработки) или расширения доступа населения к рынкам^[9]. Прибыль может также уменьшаться из-за снижения спроса или увеличения производства. Разнообразие культур может защитить от гибели урожая, а также обеспечить более высокую отдачу^[10][11].

Несмотря на попытки их количественной оценки, финансовая ценность источников разнообразия культур остаётся полностью неопределённой^[12].

Наряду с насекомыми-вредителями, болезни являются одной из основных причин потери урожая^[13].

Дикие виды обладают диапазоном генетической изменчивости, позволяющей некоторым особям выживать при возникновении неблагоприятных факторов. В сельском хозяйстве устойчивость за счёт изменчивости снижается, поскольку высаживаются генетически однородные семена в однородных условиях. Монокультурное сельское хозяйство приводит к низкому разнообразию культур, особенно когда семена массово производятся или растения (например, привитые плодовые деревья и бананы) размножаются клонированием. Один вредитель или болезнь могут угрожать всей культуре из-за этой однородности («генетическая эрозия»)[14]. Хорошо известный исторический пример — Великий голод в Ирландии 1845–1847 годов, когда жизненно важная культура с низким разнообразием была уничтожена одним грибком. Другой пример — когда заболевание, вызванное грибком, поразило монокультурный урожай кукурузы в США в 1970 году, что привело к потере более одного миллиарда долларов в производстве[15].

Опасность для сельского хозяйства представляет ржавчина пшеницы, патогенный грибок, вызывающий появление красноватых пятен, окрашенных его спорами. Вирулентная форма этого заболевания — стеблевая ржавчина, штамм Ug99, к 2007 году распространилась из Африки на Аравийский полуостров^[16]. В полевых испытаниях в Кении более 85% образцов пшеницы, включая основные культивары, оказались восприимчивыми^[16], что указывает на необходимость повышения разнообразия культур. Лауреат Нобелевской премии Норман Борлоуг призывал к действиям для обеспечения глобальной продовольственной безопасности^[17].

Сообщения из Бурунди и Анголы предупреждают об угрозе продовольственной безопасности, вызванной африканским мозаичным вирусом маниоки (ACMD)^[18]. ACMD ответственен за потерю миллиона тонн маниоки ежегодно^[19]. CMD распространён во всех основных районах выращивания маниоки в регионе Великих озёр Восточной Африки, вызывая от 20 до 90 процентов потерь урожая в Конго^[20]. Программа экстренной помощи и восстановления ФАО оказывает поддержку уязвимым возвращающимся группам населения в регионе Великие Африканские озёра посредством массового размножения и распространения устойчивых или высокотолерантных к CMD сортов маниоки^[21].

Хорошо известный случай восприимчивости к болезням у культур с низким разнообразием касается банана 'Гро-Мишель', бессемянного сорта, который продавался по всему миру в 1940-х годах. По мере роста спроса на этот сорт, производители и фермеры стали использовать почти исключительно банан Гро-Мишель. Генетически эти бананы являются клонами, и из-за отсутствия генетического разнообразия все они восприимчивы к одному грибку — Fusarium oxysporum (панамская болезнь); большие площади культуры были уничтожены этим грибком в 1950-х годах^[22]. 'Гро-Мишель' был заменён нынешним основным сортом банана на рынке — Кавендишем, который, в свою очередь, (на 2015 год) находится под угрозой полной утраты из-за штамма того же грибка — 'Tropical Race 4'^[23].

Подобные угрозы можно снизить с помощью стратегий, таких как высадка многолинейных сортов и смесей сортов, в надежде, что некоторые из них будут устойчивы к отдельным вспышкам заболеваний^[24].

Вопросы разнообразия культур актуальны как на местном, так и на мировом уровне. Глобальные организации, поддерживающие разнообразие, включают Bioversity International (ранее — Международный институт генетических ресурсов растений), Международный институт тропического сельского хозяйства, Borlaug Global Rust Initiative, а также Международную сеть по улучшению банана и подорожника. Члены ООН на Всемирном саммите по устойчивому развитию 2002 года в Йоханнесбурге заявили, что разнообразие культур находится под угрозой исчезновения, если не будут приняты меры^[1].

Глобальный фонд разнообразия сельскохозяйственных культур — независимая международная организация, созданная для обеспечения сохранения и доступности разнообразия культур для продовольственной безопасности во всём мире. Он был создан в партнёрстве между Организацией Объединённых Наций, ФАО и CGIAR, действующими через Bioversity International^[25]. CGIAR — это консорциум международных центров сельскохозяйственных исследований (IARC) и других организаций, каждая из которых проводит исследования и сохраняет генофонд определённой культуры или вида животных. Генбанки центров CGIAR содержат одни из крупнейших в мире экс-ситу коллекций генетических ресурсов растений, находящихся в доверительном управлении мирового сообщества. В совокупности генбанки CGIAR содержат более 778 000 образцов более чем 3 000 видов культур, кормовых и агролесоводческих растений^[26]. Коллекция включает фермерские сорта и улучшенные сорта, а также в значительной степени дикие виды, из которых были выведены эти сорта^[3]. Национальные центры хранения генофонда включают Национальный центр по сохранению генетических ресурсов Министерства сельского хозяйства США, Национальное бюро генетических ресурсов животных Индии, Тайваньский институт исследований животноводства и предлагаемый Австралийский центр генетических ресурсов растений.^{[27][28][29][30]}

Всемирный институт ресурсов (WRI) и Международный союз охраны природы (IUCN) — некоммерческие организации, предоставляющие финансирование и другую поддержку экс-ситу и ин-ситу программам сохранения. Рациональное использование генетического разнообразия культур в селекции и генной инженерии также может существенно способствовать сохранению биоразнообразия культур. Сорта культур могут быть генетически модифицированы для устойчивости к определённым вредителям и болезням. Например, ген почвенной бактерии Bacillus thuringiensis (Bt) производит природный инсектицид — токсин. Гены Bt могут быть внедрены в растения, чтобы они могли вырабатывать инсектицидный токсин и, следовательно, устойчивость к определённым вредителям. Однако Bt-кукуруза (маис) может негативно влиять на нецелевые виды насекомых, близких к целевым вредителям, как, например, на бабочку-монарха^[31].