Международная команда ученых из США и Аргентины проверила, можно ли добиться производства маслосемян при выращивании Silphium integrifolium, не прибегая к агрохимическим инсектицидам для защиты от вредителей

Исследователи из Института Земли, США, уже довольно давно занимаются вопросом создания универсального многолетнего подсолнечника, а также технологиями производства этой культуры с упором на экологические практики.

В новой работе, опубликованной на портале www.mdpi.com, группа ученых из Института Земли вместе с коллегами Музея палеонтологии Эгидио Ферюглио, Аргентина, сообщают о результатах последних экспериментов, когда перметрину искали альтернативу. Авторы пишут, в том числе, следующее.

При одомашнивании растений главным фактором является полезность. Однолетние культуры оказались очень успешными в одомашнивании именно потому, что сокращение времени вегетации ускоряет реакцию на отбор по полезным признакам.

За последние 50 лет продуктивность сельского хозяйства выросла более чем в три раза благодаря внедрению новых технологий, улучшенным сортам высокоурожайных культур и высокопроизводительному производству.

К сожалению, есть и обратная сторона. Интенсивное земледелие связывают с негативным влиянием на окружающую среду, включая эрозию почвы, сток или вымывание питательных веществ, распространение и устойчивость вредителей (патогены, сорняки и насекомые), потерю биоразнообразия и истощение органических веществ из-за обработки полей, внесение синтетических пестицидов и удобрений.

Некоторые ученые предполагают, что сегодня миру необходимы радикальные трансформирующие технологии, чтобы нивелировать негативные последствия интенсивного сельхозпроизводства.

Выращивание многолетних зерновых называют важной частью этих радикальных преобразований.

Однако за более чем 10 000 лет одомашнивания растений ни один многолетний вид не был одомашнен для производства зерна. Оказалось сложной задачей получить многолетние зерновые культуры, которые одновременно были бы продуктивными с агрономической точки зрения, экологически устойчивыми и экономически жизнеспособными.

Один из подходов к повышению жизнеспособности многолетних зерновых заключается в том, чтобы сосредоточить внимание на многофункциональности и различных преимуществах помимо производства зерна, включая производство кормов и экосистемные услуги.

Некоторые виды сильфиума (Silphium L.), многолетние родственники однолетнего подсолнечника (Helianthus annuus L.), одомашниваются как масличные, биогазовые или кормовые культуры, но не оцениваются как культуры двойного назначения.

Этот термин относится к использованию урожая в качестве корма для скота до или после производства зерна. Такие системы- растениеводство/животноводство - могут способствовать диверсификации хозяйств, обеспечивать гибкость в структуре предприятий и снижать риски для фермеров.

Некоторые однолетние культуры, такие как озимый рапс, тритикале, кукуруза, конопля, ячмень, овес и просо, используются как двойные культуры в Австралии, центральной части США, Аргентине и Европе.

Канзас, где обитают однолетние подсолнухи и виды Silphium, входит в пятерку главных штатов США по производству силоса из сорго, производству зерна сорго, производству крупного рогатого скота и телят, а также производству семян подсолнечника.

Таким образом, регион может получить большую выгоду от культур двойного назначения, полученных от разновидностей Silphium.

В идеале, управление урожаем культур двойного назначения должно стремиться одновременно оптимизировать производство биомассы и семян. Частота сбора урожая, время сбора урожая и рост растений являются важными факторами. Однако методы, оптимальные для одного типа урожая, могут скомпрометировать другой. Например, сбор биомассы на ранних стадиях вегетации может повлиять на фенологию сельскохозяйственных культур, что приведет к снижению урожайности зерна, как, например, в случае с тритикале.

Эти факторы также важны в контексте вредных организмов, и сбор урожая даже используется в качестве стратегии борьбы с вредителями для уменьшения зависимости от пестицидов и содействия естественному регулированию вредителей сельскохозяйственных культур.

Так, срезку люцерны и удаление биомассы можно рассчитать по времени для борьбы с люцерновым долгоносиком, пятнистостью люцерны, свекольной совкой, желто-полосатой совкой, гороховой тлей и картофельной цикадкой.

У многолетних кормово-зерновых культур уборка также может послужить тактикой задержки цветения во избежание пика численности вредителей, что сократит расходы на пестициды и некоторым образом компенсирует снижение урожайности. В этом плане сильфиум подходит.

На всем своем родном ареале в регионах Великих равнин, Среднего Запада и Среднего Юга Северной Америки это растение обеспечивает пищу и укрытие множеству насекомых, привлекая как полезных насекомых, так и вредителей.

Самка гигантской моли E. giganteana откладывает яйца на цветковые головки сильфиума, летом гусеницы питают внутри, а осенью перебираются в почву к корням.

У S. integrifolium, если бы культуру выращивали для получения масла, атака Eucosma привела бы к снижению доходов на 12–34%.

Учитывая масштабы потенциальных экономических потерь от стеблевых и цветочных вредителей, велика заинтересованность в селекции на устойчивость к вредителям в качестве одной из стратегий минимизации зависимости от синтетических пестицидов.

Экологическое регулирование популяций вредных организмов сельскохозяйственных культур, как говорилось, может осуществляться путем манипулирования ресурсами, используемыми вредителями в местах их обитания. В случае сильфиума обрезка растений для сбора биомассы задерживает цветение, что может снизить синхронизацию между цветением растения и пиковым временем откладки яиц E. Giganteana.

«Мы разработали два эксперимента, чтобы предоставить фермерским сообществам альтернативу для перехода от обычных пестицидов к принятию местных экологически безопасных методов управления Silphium integrifolium. Различные разновидности этого растения находятся на ранних стадиях одомашнивания в нескольких местах США и в Патагонии, Аргентина. Мы выбрали два места (Канзас, США и Патагония, Аргентина) с большими различиями в почве, климате и доступности ресурсов, потому что гипотеза состояла в том, что обе популяции, несмотря на различия в генотипах и окружающей среде, будут одинаково реагировать на управление.

Наши цели состояли в том, чтобы определить влияние сбора биомассы на фенологию растений, урожайность кормов и производство зерна (двойной урожай); влияние интенсивности сбора урожая (от 0 до 90% биомассы) на структуру растений и общий урожай (корм + семена); влияние фенологической стадии и архитектуры растения на моль Eucosma giganteana; влияние инсектицида широкого спектра действия (перметрин) на инвазии Eucosma giganteana.

Мы применили четыре различных по интенсивности обработки удаления биомассы, чтобы вызвать изменения в фенологии и архитектуре растений. В результате, получили три фенологических стадии (вегетация, предцветение и цветение) в то время года, когда моль была готова заражать растения. Мы проанализировали совокупное влияние фенологических задержек на повреждение насекомыми, урожай кормов, урожай семян и компоненты урожая.

Уменьшают ли задержки в фенологии сельскохозяйственных культур ущерб, наносимый насекомыми?

Наши данные показали, что сбор стеблей для задержки цветения не эффективно снижает заселение цветочными головками Eucosma giganteana. Это говорит о том, что для борьбы с этим специализированным вредителем может потребоваться использование химикатов или полный сбор урожая (таким образом, устранение цветов).

Можно ли использовать сильфиум как растение двойного назначения?

Хотя результаты нашего исследования не подтверждают предположение, что растения Silphium integrifolium можно с успехом собраны как на высококачественные корма, так и на масличные в один сезон, они поддерживают возможность разработки стратегии севооборота фуражно-зерновой культуры без повторной посадки.

В этой новой форме севооборота одни и те же растения собирают поздней весной в качестве корма в некоторые годы или обходят сбор биомассы и позволяют цвести и производить зерно в другие годы.

Решение об уборке биомассы или зерна будет зависеть от цен на фураж и масличные культуры, а также от индивидуальных потребностей фермеров. В дополнение к гибкости, позволяющей быстро реагировать на изменения относительной цены кормов по сравнению с масличными, погодными условиями и наличием техники / рабочей силы, этот вид ротации дает возможность предотвратить накопление популяций специализированных насекомых или болезней», заключают авторы.