Дефіцит рослинного білка у світі та його подолання шляхом уведення зернобобових культур

Зернобобові культури у світовому землеробстві посідають друге місце як за посівними площами, так і валовими зборами насіння. Їх значення в аграрному секторі більшості країн світу постійно зростає мірою того, як накопичуються наукові дані про їх позитивний вплив на здоров’я людей і поліпшення довкілля

Прогнозується, що до 2050 року для вирощування сільськогосподарських культур буде залучено 70 млн гектарів нових земель, до того ж всі вони лежать в країнах, що розвиваються, в основному в Латинській Америці та в африканській зоні, розміщеній південніше від Сахари. На думку спеціалістів, таке розширення сільськогосподарських угідь суттєво не вплине на збільшення валової продукції, бо ці зони віддалені від світових продовольчих ринків, а також вони характеризуються невисоким рівнем урожайності.

Іншим важливим чинником підвищення валових зборів сільськогосподарських культур є ефективне використання водних ресурсів. На сьогодні площа зрошуваних земель у світі досягає 300 млн гектарів, що майже вдвічі більше, ніж було в 1960-х роках. На жаль, подальше розширення зрошуваних площ досить обмежене у зв’язку з дефіцитом якісної води. Багато вчених прогнозують, що вже найближчим часом проблема води для людства набере такого значення, як і проблема продовольства. Збільшення виробництва продовольства в попередній період базувалось на постійному збільшенні врожайності. Наприклад, середній урожай зернових культур на початку 1960-х років становив 1,44 т/га, в першій половині 1980-х — 2,4 т/га, у 2005–2007-х — 3,4 т/га. У середньому за цей період спостерігали його щорічне помітне збільшення на рівні 44 кг. Але на початку 1960-х років він становив 3,1%, у 1980-х — 1,8% і тільки 1,3% — у 2005–2007 рр. Таким чином, зі збільшенням врожайності постійно знижується тренд відносного приросту. Прогнозується, що середня врожайність злакових культур у 2050 році становитиме 4,3 т/га.

Слід зазначити, що на рівень урожайності суттєвий негативний вплив чинить загальне підвищення температурного режиму, що посилює дію посухи. Таким чином, прогнози свідчать про те, що, незважаючи на збільшення врожайності, в найближчій перспективі на нашій планеті збережеться суттєвий дефіцит харчових продуктів, особливо у країнах, що розвиваються.

Збільшення посівних площ у світі під зернобобові культури

Особливо цінним компонентом насіння зернобобових є ізофлавони — сполуки поліфенольної природи, які профілактично діють на серцево-судинну систему й онкологічні захворювання, знижують тиск крові, пригнічують нагромадження тромбоцитів, запобігають передчасному старінню, допомагають організму краще адаптуватись до чинників зовнішнього середовища.

Другою важливою ознакою зернобобових є здатність фіксувати азот із повітря і внаслідок цього майже повністю забезпечувати цим елементом формування власного врожаю. Такі культури, як соя, горох, нут, сочевиця за вегетацію зв’язують 100–150 кг/га азоту в діючій речовині, що еквівалентно внесенню в ґрунт близько 300 кг селітри. Відмерлі бульбочки та кореневі рештки є важливим джерелом біологічної маси, завдяки якій у ґрунті може збільшуватись уміст гумусу. Потрібно зазначити, що біологічний азот, що фіксується із повітря, є екологічно чистим, він поступово переходить з органічної фази в мінеральну й таким чином засвоюється повністю. Він не вимивається з ґрунту, не забруднює водоймища та довкілля, сприяє одержанню так званої «органічної» продукції, що високо ціниться у багатьох країнах.

Асиміляції азоту відбувається в спеціальних органах бульбочок, які формуються на корені зернобобових культур. Азотфіксація відбувається внаслідок діяльності симбіотичних ґрунтових бактерій, потім зв’язуються з кореневими волосками, проникають у них, інтенсивно діляться й засвоюють молекулярний азот. Його кількість залежить як від виду рослин, так і навколишніх умов. Важливо зауважити, що бульбочки, які формуються на корінні, є центром, до якого приєднуються інші види корисних мікроорганізмів. Унаслідок активної симбіотичної азотфіксації майже повністю забезпечуються потреби рослин в азоті, створюються добрі умови для фотосинтезу, і на цій основі формується високий урожай насіння. Симбіотичний азот діє значно краще на рослини, порівнюючи з мінеральним, бо він іде в основному на формування насіння, а більша частина останнього поступає у вегетативні органи, що часто призводить до надмірного росту надземної маси.

___________________________

Бульбочки, які формуються на корінні, є центром, до якого приєднуються інші види корисних мікроорганізмів. Унаслідок активної симбіотичної азотфіксації майже повністю забезпечуються потреби рослин в азоті, створюються добрі умови для фотосинтезу, і на цій основі формується високий урожай насіння

___________________________

Дослідження свідчать, що за оптимальних умов мікробіологічна маса ґрунту за рік може досягти 192 т/га. У кореневій зоні рослин (ризосфері) зазвичай міститься 5–10 млрд клітин мікроорганізмів у 1 г ґрунту.

Чисельність і біомаса мікроорганізмів в орному шарі ґрунту (0–15 см) становить: бактерій 1–10 млрд, або 40–500 г/м², грибів 1–10 млн, або 100–1500 г/м². Крім того, ґрунт населяють також актиноміцети, водорості та нематоди.

За результатами останніх досліджень більшість бактерій існує в природних екосистемах не у вигляді вільноживучих клітин, а вони формують специфічно організовані й прикріплені до субстратів біоплівки, одні з яких активно функціонують, інші — перебувають у стані спокою. Вони є трофічними посередниками між ґрунтом і рослиною, позаяк трансформують недоступні для сільськогосподарських культур сполуки в рухомі форми.

Важливу роль виконують також мікоризоутворювальні гриби, які перетворюють недоступні для рослин сполуки фосфору на засвоювану форму. Отже, у вирощуванні зернобобових культур у ризосфері рослин створюється важливий комплекс мікроорганізмів, які засвоюють азот з атмосфери, перетворюють нерозчинні сполуки фосфору в доступні, а також збагачують ґрунти органічною речовиною.

У процесі такого співіснування продукти метаболізму одних видів слугують харчовими компонентами для інших, в результаті чого в ґрунтах не нагромаджуються токсичні сполуки.

Однією з головних причин погіршення родючості ґрунту в нашій країні є порушення господарниками сівозмін через надмірне розширення площ під енергонасиченими культурами, які швидко виснажують ґрунт, у ньому накопичуються в значній кількості токсичні речовини та хвороботворні мікроорганізми. Виправити таку ситуацію можливо впровадженням науково обґрунтованого набору культур, що сприяє підвищенню продуктивності сільгоспугідь, поліпшенню родючості ґрунтів, зменшенню кількості хвороб і шкідників, зниженню забур’яненості полів. Такий захід не потребує додаткових капіталовкладень, його роль особливо зростає тепер, коли відбувається інтенсивне впровадження мінімальних і нульових технологій обробітку ґрунту та короткоротаційних сівозмін.

Головні виробники зернобобових культур

Розповсюдження зернобобових культур суттєво різниться залежно від регіонів. Головними виробниками є Індія, Канада, Австралія. У Європі ця група культур поки що охоплює незначні площі, хоча постійно обговорюється необхідність збільшення їх виробництва. З метою поліпшення стану здоров’я європейців планується до 2050 року скоротити більш ніж на 50% споживання таких продуктів, як цукор і червоне м’ясо, і як результат цього на 100% зросте споживання овочів, фруктів, горіхів і зернобобових. Таким чином, зернобобові визнаються як один із найкращих компонентів дієти. Заплановані зміни в харчуванні людей приведуть до значного зменшення викидів у атмосферу вуглекислого газу, метану й окислів азоту, які продукують тваринні організми. Крім того, зменшення поголів’я тварин приведе до скорочення використання азотних добрив у виробництві кормів, які сильно забруднюють довкілля. Інтенсивне впровадження бобово-злакових сівозмін також приведе до оздоровлення зовнішнього середовища та збереження якості ґрунтів. Визнанням ООН значення цієї групи культур для людства є святкування 2016 року як Міжнародного року зернобобових культур, а також щорічно 10 лютого відзначається як Всесвітній день зернобобових. Така увага дала поштовх для проведення Міжнародних нарад, які організували світові провідні виробники зернобобових. У Канаді, Австралії, Португалії збирались спеціалісти з вирощування, керівники великих фірм з перероблення насіння на високоякісні харчові продукти, відомі дієтологи, які аргументували позитивні наслідки споживання цих продуктів. Безумовно, що така співпраця професіоналів різного напряму діяльності стимулюватиме поширення зернобобових y різних країнах світу.

___________________________

З метою поліпшення стану здоров’я європейців планується до 2050 року скоротити більш ніж на 50% споживання таких продуктів, як цукор і червоне м’ясо, і як результат цього на 100% зросте споживання овочів, фруктів, горіхів і зернобобових. Таким чином, зернобобові визнаються як один із найкращих компонентів дієти

___________________________

Згідно з розробленою ФАО програмою, до 2029 року виробництво насіння зернобобових культур буде розвиватись пришвидшеними темпами й досягне 102,6 млн тонн. У розрахунку на одну людину 2029 року буде вирощено 8,2 кг насіння, як порівняти з 7,7 кг 2017–2019 рр. Особливий ріст прогнозується у таких країнах, як Аргентина, Перу, Індія, Казахстан, Німеччина, Таїланд та EC.

Головними чинниками недостатнього відродження цієї групи культур у сільськогосподарському виробництві Європи є закупка значної кількості сої та соєпродуктів для використання у кормових цілях. Такий напрям діяльності дає можливість виробляти велику кількість дешевої продукції тваринництва — практично вся європейська тваринницька галузь заснована на американській сої. З іншого боку, європейські фермери впевнені в необхідності поліпшення сівозмін, яке можливо здійснити тільки впровадженням у них зернобобових культур. На сьогодні відсутність розширення їх площ зумовлено недостатнім рівнем цін на одержану продукцію, низькою врожайністю та значним її коливанням за роками. Незважаючи на це, низка фермерів у Європі, як і в Україні, одержує високі врожаї цих культур із вагомою економічною віддачею.

Головне завдання сьогодення полягає в поступовому розширенні посівів сочевиці, квасолі й нуту в північніших зонах, де помірні кліматичні умови. Паралельно треба провести широкі дослідження в багатьох ґрунтово-кліматичних зонах Європи з розширеним набором нових зернобобових культур із метою виявлення серед них найбільш адаптивних для окремих регіонів. Крім того, бажано започаткувати селекційні програми для створення нових сортів із підвищеним адаптивним потенціалом. У 2018 році європейському парламенту було підготовлено проєкт збільшення виробництва рослинного білка у країнах ЄС. Відповідно до нього серед рослин із підвищеним рівнем протеїну були виділені такі групи: олійні — ріпак, соняшник і соя, вміст білка в насінні яких перевищує 15%. До другої групи належать зернобобові культури — квасоля, горох, сочевиця, люпин; до третьої належать бобові кормові трави — люцерна й конюшина. Щорічні потреби в рослинному білку у ЄС становлять близько 72 млн тонн, з яких імпорт досягає приблизно 17 млн тонн. У країнах ЄC 42% кормового протеїну поступає у вигляді грубих кормів, 27% — від олійних культур і 21% дають злакові культури. Основу імпорту становить соя та соєві продукти, що в перерахунку на насіння еквівалентно 36,6 млн тонн. Крім того, до ЄС завозять близько 1,5 млн тонн сирого протеїну із продуктами переробки соняшнику та 1 млн — із насінням ріпаку. Як правило, ці види кормових домішок походять з України. Вирощування власної сої в країнах ЄС подвоїлось з 2013 року і нині становить 2,8 млн тонн, яку збирають з площі близько 1 млн гектарів. Основні її площі лежать в Італії, Франції та Румунії. Позитивна тенденція спостерігається також із розширенням площ інших зернобобових. За період 2013–2018 рр. їх валовий збір зріс утричі й досяг 6 млн тонн. Головними культурами є горох і польові боби. Слід зауважити, що близько 1 млн тонн насіння зернобобових щорічно завозять для харчових потреб — в основному нут та сочевиця.

Прогнозується, що ринок рослинного білка у Європі буде інтенсивно розвиватися, особливо для тваринницьких потреб. У 2019 році була розроблена комплексна програма з використання кормового протеїну в тваринництві ЄС, спрямована, в першу чергу, на самозабезпечення цими важливими продуктами. Її пріоритетними напрямами є якісні білкові харчові продукти, особливо органічні та нетрансгенні джерела харчового протеїну. Фермерам, які вирощуватимуть високобілкові культури, обіцяють доплачувати 75 євpo/гa. Крім того, буде застосована грантова премія за вирощування нетрансгенної сої в розмірі 80–100 євро/т. Також передбачається суттєво розширити виробництво органічної тваринницької продукції щорічно на 11%, яку неможливо одержати без залучення зернобобових культур як харчових компонентів. Суттєво планується збільшити частку всієї групи культур у харчовій промисловості, тобто в прямому їх застосуванні в їжу. У перспективі буде ще більша економічна підтримка фермерів, які вирощують ці групи культур. Крім того, розробляється низка наукових програм, направлених на створення нових сортів, удосконалення технологій їх вирощування та перероблення на харчові та кормові інгредієнти.

Крім того, для одержання кормів залучають значні посівні площі та великі обсяги води для зрошення. У зв’язку з цим з метою збереження довкілля планується суттєво збільшити споживання рослинного білка безпосередньо в їжу без годування тваринам або глибокої його модифікації. Таким чином, забезпечити повноцінне, збалансоване за корисними речовинами харчування населення планети, що збільшується, можливо тільки за заміни значної кількості дорогої продукції тваринництва дешевою їжею рослинного походження, яка характеризується функціональними властивостями. За останні 50 років споживання м’яса та м’ясних продуктів у Європі подвоїлась до середнього глобального значення (64 кг/рік). Розрахунки свідчать, що подальший ріст споживання тваринницької продукції натрапить на такі проблеми, як використання земельних площ для заготівлі кормів і браку якісної води для сільськогосподарських тварин. Крім того, слід пам’ятати, що відгодівля супроводжується виділенням у навколишнє середовище таких дуже шкідливих сполук, як вуглекислий газ, метан, окисли азоту. Відповідно до європейського кліматичного права, ухваленого в березні 2020 року, планується скоротити до 2030 року на 50–55% емісію шкідливих газів, що створює додаткові позитивні імпульси для розширення виробництва рослинного протеїну.

Перехід на дієту з більшою кількістю рослинної продукції, меншою кількістю м’яса й цукру дасть можливість знизити рівень розвитку хвороб і зменшити негативну дію продовольчої системи на довкілля. Для практичної реалізації цього положення рекомендується в перспективі суттєво підвищити рівень податків на продукти тваринництва та знизити їх у виробництві рослинних харчових компонентів, овочів і фруктів.

Таким чином буде формуватись гнучкіша та дешевша агросистема, впровадження якої дозволить забезпечити харчову стійкість і покращить стан здоров’я населення.

В’ячеслав Січкар, д-р біол. наук, професор
Селекційно-генетичний інститут — Національний центр насіннєзнавства та сортовивчення