Развитие сельского хозяйства имело важное значение для подъема цивилизации. Но в 21 веке постоянно растущая потребность растущего населения Земли в продуктах питания является одним из факторов, ставящих под угрозу окружающую среду нашей планеты. На сельское хозяйство приходится почти четверть антропогенных выбросов, которые нагревают атмосферу, и почти половина из них приходится на вспашку почвы для выращивания таких культур, как пшеница, кукуруза и соевые бобы, которые выделяют углекислый газ и более сильные парниковые газы, выделяющие метан и закись азота, которая является побочным продуктом использования удобрений.
Вот почему исследователи работают над способами уменьшения вредного воздействия сельского хозяйства на окружающую среду. Одним из многообещающих нововведений является зерно под торговой маркой Kernza , которое имеет сладкий ореховый вкус и может быть превращено в муку для использования в хлебе, хлопьях для завтрака и других продуктах питания, а также в качестве ингредиента в различных продуктах, от пива до мороженого. В отличие от некоторых более привычных зерен, Kernza - это многолетнее зерно, полученное из растений, которые не нужно пересаживать каждый год, поэтому не требуется ежегодная обработка почвы.
Кроме того, у Kernza есть глубокая корневая система, которая проникает в почву более чем на 10 футов (более 3 метров) и может способствовать улавливанию или улавливанию атмосферного углерода. И эта корневая система также, возможно, может сделать его более устойчивым к воздействию засухи, связанной с изменением климата в некоторых регионах. После уборки зерна поля, засеянные Kernza, также можно использовать для кормления скотом.
Роль Земельного института
Kernza был разработан The Land Institute, организацией из Салины, штат Канзас, основанной в 1976 году. Соучредитель Уэс Джексон « испытал прозрение», - объясняет Рэйчел Строер , директор по стратегии института. Джексон понял, что большая проблема современного сельского хозяйства заключается в том, что оно изнашивает почву, сосредоточиваясь на монокультуре - выращивании одной культуры на определенной территории - и полагаясь на однолетние культуры.
«Мы используем однолетние культуры с самого начала земледелия, 10 000 лет назад, так что это не новость», - говорит Строер. Но по мере того, как эта практика усиливалась на современных фермах, ее разрушительные недостатки становились все более очевидными в виде эрозии, изношенной почвы, требующей все большего количества удобрений и загрязненных грунтовых вод.
По словам Строера, Джексон рассматривал выращивание многолетних культур вместо однолетних как жизненно важную часть решения этих проблем.
«Учитывая , что зерна составляют более 70 процентов нашего глобальной калорийности потребления и более 70 процентов наших глобальных земель сельскохозяйственных культур, перехода от добывающей ежегодной модели к многолетней модели лучшего шанса , мы должны создать действительно регенеративное будущее пищи,» На сайте Land Institute поясняется .
Задача создания новой пищевой культуры
Выращивание новых продовольственных культур - сложная задача, требующая много времени. Еще в 1983 году ученые из Института Родейла , другой исследовательской организации, определили растение под названием пырей промежуточный (научное название Thinopyrum intermedium ), вид, связанный с пшеницей, как многообещающий кандидат, который можно было бы превратить в многолетнее зерно. Они работали с исследователями из Министерства сельского хозяйства США, чтобы вывести растение и улучшить его плодородие и размер семян.
В 2003 году Земельный институт также начал работу по выращиванию пырея промежуточного сорта. Благодаря усилиям под руководством ведущего ученого Ли ДеХаана , институт потратил годы на селекцию растения, чтобы разработать Kernza, зарегистрированное торговое название этого сорта. ( Подробнее об истории происхождения Кернзы можно прочитать на сайте института.)
В некотором смысле процесс выращивания нового урожая не сильно изменился с доисторических времен. По сути, это включает в себя разведение поколения за поколением растения в попытке продвинуть любые желаемые характеристики, которые вы ищете. «Вы скрещиваете двух родителей, сажаете младенцев и смотрите, как они выглядят», - говорит Строер. «Те, у которых самые большие семена, оставляйте. И делаете это год за годом».
Однако у селекционеров есть некоторые инструменты, которых не хватало древним. Они использовали процесс, называемый молекулярной селекцией , в котором они используют генетический анализ, чтобы определить черты, которыми обладает растение, еще до того, как оно вырастет в полный размер, чтобы определить растения с наибольшим потенциалом для размножения.
«Нам потребовалось 10 000 лет и более 200 лет современной селекции, чтобы получить урожай, который мы имеем сегодня», - говорит Строер. Для сравнения: «Требуется 20, чтобы довести Kernza до того места, где она есть. Может потребоваться еще 20, чтобы заставить его конкурировать в масштабе с однолетними производителями».
Но чтобы превратить Kernza в коммерчески жизнеспособную культуру, впереди еще много работы. Строер говорит, что исследователи сейчас работают над увеличением размера и количества семян, производимых каждым растением Kernza, а также над увеличением высоты растений.
Задача сбора урожая
Одним из недостатков Kernza является то, что в отличие от обычной пшеницы, он еще не поддается свободному обмолоту , при котором съедобное зерно легко отделяется от растения, и вместо этого требуется еще один шаг, называемый шелушением, для удаления кожуры семян, прежде чем они смогут. по Стрёру, превратить в муку.
«Уборка зерна из Кернзы также может быть более сложной задачей, чем у однолетних зерновых, таких как пшеница, потому что стебли Кернзы остаются зелеными после созревания зерна, в то время как стебли пшеницы полностью стареют [или стареют и увядают] и легче проходят через комбайны», - говорит Мэтт Райан, доцент кафедры почвоведения и растениеводства Корнельского университета и соавтор этой статьи Bioscience 2018 года о методах выращивания Kernza, отправленной по электронной почте.
Помимо разведения Кернзы, чтобы сделать ее пригодной для бесплатного обмолота в будущем, ученые работают над тем, чтобы урожай, производимый на фермах Кернзы, соответствовал тому, что они смогли достичь на своих исследовательских участках. С этой целью они собирают данные от фермеров, чтобы выяснить, как рассчитать время сбора урожая Kernza, какие настройки будут оптимальными для комбайнов и другие факторы, которые могут сделать поля более продуктивными. Кернза уже выращивается на 2025 акрах (819 гектаров) в 15 штатах, и более 100 фермеров и 53 различных партнера по исследованиям из различных учреждений работают над этим.
Исследователи также работают с пекарями, шеф-поварами, пивоварами и производителями спиртных напитков, чтобы разработать продукты, в которых используется Kernza, чтобы помочь создать для него рынок в будущем. Один из продуктов, уже представленных на рынке, - это Long Root Pale Ale , производитель которого, Patagonia Provisions, ссылается на экологические положительные стороны маркетинга Kernza.
«Я работал с Кернзой в течение 10 лет, и это было забавное приключение» , - говорит Стив Калман , доцент школы окружающей среды и природных ресурсов Университета штата Огайо и один из соавторов Райана. «Я думаю, что одна из вещей, которые я действительно пришел к пониманию, - это то, что успешное одомашнивание и выращивание нового урожая требует больше работы, чем кто-либо может по-настоящему оценить. Это серьезное совместное усилие, которое действительно требует совместной работы многих людей - многих ученых дисциплины, участников пищевой цепочки и потребительский рынок, который готов к этому и хочет этого. Это довольно сложная задача, но также то, что делает участие в ней таким увлекательным ».
Программа института Kernza является лишь частью более масштабных усилий по выращиванию многолетних культур, которые когда-нибудь смогут заменить обычные однолетние. Также в разработке многолетняя пшеница, сорго, бобовые и масличные культуры. Институт помог запустить и профинансировать программу в китайской провинции Юньнань по разработке многолетней версии риса.
«Конечная цель, конечно, смелая, но она состоит в том, чтобы заменить однолетние растения многолетними во всем мире», - говорит Строер.
Теперь это круто
В прошлом году бренд Cascadian Farms компании General Mills выпустил ограниченную серию хлопьев Honey Toasted Kernza , которые были проданы для сбора средств для исследователей. «Мы надеемся, что урожай в этом году принесет больше урожая, так что мы сможем создать зерно, которое будет более широко доступным», - сообщил представитель General Mills по электронной почте.
