Эффект повышения урожайности ГМ-культурами в развивающихся странах |
Полевые испытания bt (Bacillus thuringiensis) хлопка, проведённые в разных штатах Индии, показывают, что технология существенно снижает потери от вредителей и повышает урожайность. Урожайность оказалась гораздо выше, чем сообщалось для других стран, где генетически модифицированные сельскохозяйственные культуры использовались главным образом для замены и улучшения химической борьбы с вредителями. Во многих развивающихся странах, мелкие фермеры несут большие потери урожая, связанные с вредителями, из-за технических и экономических трудностей. Устойчивые к вредителям генетически модифицированные сельскохозяйственные культуры могут повысить урожайность и рост сельскохозяйственного производства в тех условиях, какие наблюдается на примере bt-хлопчатника в Индии.
Вопрос об использовании современной сельскохозяйственной биотехнологии в развивающихся странах имел неоднозначную реакцию в недавнем прошлом [1,2]. Могут ли генетически модифицированные сельскохозяйственные культуры, в частности разработанные в промышленных странах, решить насущные проблемы сельского хозяйства развивающихся стран? В настоящее время, 99% общей площади выращиваемых ГМ-культур приходится на сорта устойчивые к гербицидам и вредителям [3]. Недавние исследования показывают, что эти технологии в целом заменяют пестициды, но дают лишь небольшое повышение урожайности. Преимущества урожайности bt-хлопка в США и Китае, например, составляют около 10% в среднем [4-6]. Для устойчивой к инсектицидам кукурузы в США и гербицидо-устойчивой сои в США и Аргентине, средний эффект повышения урожайности оказался незначительным, а в некоторых случаях - даже немного отрицательным [7-9]. Экономические и экологические выгоды от снижения использования пестицидов и уменьшения затрат на борьбу с вредителями были широко освещены в исследованиях [4-6,9], однако некоторые учёные утверждают, что потенциал ГМ-культур ограничен без существенного эффекта повышения урожайности, особенно в регионах с высокими темпами роста населения [10].
Мы считаем, что ограниченного опыта работы с ГМ-культурами до сих пор недостаточно, чтобы делать широкие обобщения об их последствиях. Мы используем пример bt-хлопка в Индии, показывающий, что существующие в настоящее время ГМ-культуры могут дать существенный эффект повышения урожайности, который, скорее всего, произойдет в развивающихся странах, особенно в тропиках и субтропиках.
Bt-хлопок содержит ген Cry1Ac, обеспечивающий достаточно высокую степень устойчивости к американскому (Helicoverpa armigera), пятнистому (Earias vittella) и розовому (Pectinophora gossypiella) коробочным червям, являющимся основными насекомыми-вредителями в Индии. Технология была разработана американской компанией "Monsanto" и использована в нескольких индийских гибридах, созданных совместно с "Maharashtra Hybrid Seed Company" (Mahyco). В 1997 году были проведены первые полевые испытания bt-гибридов в Индии. В последующие годы проводились масштабные полевые испытания для сбора агрономических данных и информации о био- и пищевой безопасности. В 2002 году технология bt-хлопка была коммерчески утверждена, и фермеры начали выращивать новые гибриды [11].
В 2001 году полевые испытания были проведены на 395 фермах в семи штатах Индии. Эти исследования были начаты Mahyco и контролировались регулирующими органами. Хотя места посещались агрономами в регулярные интервалы для оценки количества вредителей и сбора данных, испытаниями руководили сами фермеры, использующие обычную практику. На трёх аналогичных участках по 646 м² были посажены: гибридный bt-хлопок; аналогичный гибрид, но без гена Bt (не-Bt копия); различные гибриды (популярные сорта - контрольная группа). Это позволяет уменьшить эффект различий агроэкологических условий и способностей фермеров при сравнении.
В дополнение к регулярным отчётам исследования, более полная информация была собрана на основе агрономических аспектов, сельскохозяйственных и бытовых характеристик 157 фермерских хозяйств. Наблюдения за этими 157 фермами дают основу данных для анализа [12]. Они охватывают 25 районов в трёх основных штатах, производящих холопок: Махараштра и Мадхья-Прадеш в центральной Индии, и Тамил-Наду на юге страны. Уровень входных и выходных данных с участков, был экстраполирован на 1 га для облегчения сравнения.
В среднем, bt-гибриды опрыскивали против коробочных червей в три раза реже, чем не-bt копии и контрольную группу (см. табл. 1). Определённые методы (опрыскивание инсектицидами - моё примечание) по контролю над коробчатым червём всё же проводятся, и связаны с тем, что белок, кодируемый геном Cry1Ac, не вызывает 100% смертности у H. armigera, а содержание токсинов в растениях снижается при старении [13, 14]. Нет никаких существенных отличий в количестве обработок против таких сосущих вредителей, как тля (Aphis gossypii), цикадка (Amrasca bigutulla) и белокрылка (Bemisia tabaci). Bt не обеспечивает устойчивость к этим видам насекомых. Количество используемых инсектицидов на Bt-участках были снижены почти на 70%, как с точки зрения коммерческих продуктов, так и активных ингредиентов. Большинство из этих сокращений произошло для особо опасных химических веществ, таких, как фосфаты, карбаматы и синтетические пиретроиды, принадлежащие к I и II международным классам токсичности. С финансовой точки зрения, это экономия пестицидов на сумму около 30$ на гектар.
Таблица 1. Сравнение кол-ва используемых инсектицидов и урожайности на участках bt- и обычного хлопка. Средние значения показаны со стандартными отклонения в скобках, n - число наблюдаемых участков. Урожайность считалась по семенам хлопка до очистки. Данные получены на основе 2001 испытания.
Bt (n = 157) |
Не-bt (n = 157) |
Контроль (n = 157) |
|
Кол-во опрыск. против коробочного червя | 0.62* (1.28) | 3.68 (1.98) | 3.63 (1.98) |
Кол-во опрыск. против сосущих вредителей | 3.57 (1.70) | 3.51 (1.66) | 3.45 (1.62) |
Количество инсектицидов (кг/га), | 3.57 (1.86) | 5.56 (3.15) | 5.43 (3.07) |
...находящихся в: I классе токсичности |
0.64* (1.10) | 1.98 (1.78) | 1.94 (1.78) |
II классе токсичности | 1.07* (1.27) | 3.55 (2.66) | 3.46 (2.60) |
III классе токсичности | 0.03 (0.08) | 0.03 (0.08) | 0.03 (0.08) |
Количество активных веществ (кг/га) | 0.48* (0.55) | 1.55 (0.96) | 1.52 (0.95) |
Урожайность (кг/га) | 1501* (857) | 833 (572) | 802 (571) |
Однако более значительные выгоды связаны с преимуществами в урожайности. Средняя урожайность bt-гибридов превышает не-bt копии и контрольную группу на 80 и 87% соответственно [15]. Функции плотности на рис. 1 показывают, что всё распределение урожайности заметно сдвинуто вправо. Сходство кривых не-bt и контрольной группы показывает, что общий эффект зародышевой плазмы незначителен. Повышение урожайности непосредственно связано с геном Bt. Распространённость коробочного червя в Индии была особенно высокой в 2001 году. Тем не менее, предыдущие испытания, проведённые в меньшем числе мест, но с тем же дизайном эксперимента, показали значительные преимущества в урожайности и в предыдущих сезонах тоже. За 4-летний период с 1998 по 2001 год, bt-гибриды показали в среднем преимущество в 60% [16].
Анализ факторов, влияющих на урожайность новых, эффективных технологий борьбы с вредителями, позволяет предположить, что они зависят от вреда и локального уровня натиска вредителей, а также наличия альтернативных способов борьбы с вредителями, и их принятия фермерами [17,18]. В условиях Индии коробочный червь оказывает большой вред, что не контролируются в условиях выращивания обычного хлопка (рис. 2). В среднем ущерб, приносимый вредителями, составил приблизительно 60% на обычных (то есть не-bt) опытных участках в 2001 году. Этот результат согласуется с более ранними исследованиями энтомологов в Индии, которые обнаружили, что средние потери, связанные с вредителями, составляют 50-60% урожая [19]. В США и Китае оценочные потери обычного хлопка из-за насекомых-вредителей составляют лишь 12 и 15% соответственно. Это и объясняет, почему bt-технологии менее эффективны в этих странах.
Широкое использование пестицидов, несмотря на низкий уровень количества вредителей в США и Китае, и благоприятные почвенно-климатические условия, дают высокий процент урожайности. Кроме того, пестициды в Китае субсидируются, поэтому они легко доступны [21]. Индийские фермеры, напротив, часто из-за задолженностей и кредитных ограничений не имеют доступа к химическим веществам в нужный момент времени [22,23]. Коробочный червь уже приобрёл устойчивость ко многих инсектицидам, доступным на рынке. Фермеры должны были бы утроить текущее количество используемых пестицидов для обычного хлопка, чтобы достичь уровня урожайности bt-технологии (рис. 2).
Рис. 1. Функция плотности урожайности для bt- и обычных гибридов хлопчатника. Функции были оценены непараметрически, используя ядро Епанечникова, с 157 наблюдениями в каждой. Данные получены на основе 2001 испытания.
Рис. 2. Связь между использованием инсектицидов и потерей урожая с учетом bt-технологии и без. Кривые - прогнозы, основанные на эконометрической оценке логистической damage-control функции. Данные получены на основе 2001 испытания.
Хотя полевыми испытаниями управляли фермеры, вполне может быть, что средняя прибыль технологии в коммерческом сельском хозяйстве будет несколько ниже. Тем не менее, учитывая масштабы, эффект повышения урожайности bt-хлопчатника в Индии должен оставаться значительными. Пока только три bt-гибрида были одобрены регулирующими органами. Важно, чтобы появились и другие гибриды bt-хлопка, хорошо приспособленные к разнообразным агроэкологическим условиям, так, чтобы технологическая прибыль для фермеров не была обуздана общим недостатком идиоплазмы.
Многие развивающиеся страны в настоящее время находятся в процессе оценки затрат и преимуществ импорта ГМ-технологий из-за рубежа для адаптации и использования в своих внутренних аграрных секторах. Таким образом, некоторые прогнозы на основе результатов, полученных в Индии, могут быть весьма поучительными. Уровень количества вредителей и связанный с ними ущерб урожая значительно варьируются от региона к региону и даже по отдельным местах. Однако, в целом, уровень вредителей в развитых странах и других умеренных зонах низок, в то время как в тропических и субтропических регионах - высок. Особенно в некоммерческих и полукоммерческих секторах, где технические и экономические ограничения препятствуют более широкому использованию химических веществ, связанные с вредителями потери урожая часто достигают 50% и выше [20].
Включая литературу по защите сельскохозяйственных культур [17, 18], таблица 2 содержит оценки фактических и ожидаемых эффектов повышения урожайности ГМ-культур в различных регионах. Из-за внутрирегиональных изменений в базовых детерминантах, заявления должны рассматриваться как приблизительные тенденции. Почти все ГМ-технологии были инициированы коммерческими фирмами в промышленно развитых странах, ориентированных на потребности фермеров, способных за них заплатить. Некоторые сорта были переданы в коммерческие сектора Латинской Америки и Китая, где агроэкологические условия и цены на пестициды схожи. Во всех случаях, показатель урожайности был от низкого до среднего, хотя были значительные доходы от снижения использования пестицидов. Но с тщательной адаптацией и эффективным регулированием, эти же технологии могут быть также введены в других развивающихся регионах, где эффект повышения урожайности будет более выраженным. Устойчивые к вредителям ГМ-культуры легко управляются на уровне фермерских хозяйств, и могут существенно снизить разницу между достижимой и фактической урожайностью, особенно в системах мелких сельского хозяйства.
Таблица 2. Ожидаемые эффекты повышения урожайности устойчивых к вредителям ГМ-культур в различных регионах. Оценки уровня вредителей и используемых химических альтернатив относятся к среднему региональному значению [20] и пренебрегают существующими внутрирегиональными изменениями.
Регион | Вредители | Наличие хим. альтернатив | Использование хим. альт-тив | Урожайность ГМ-культур |
Развивающиеся страны | От низкого до среднего | Высокое | Высокое | Низкая |
Латинская Америка (коммерческая) | Среднее | Среднее | Высокое | От низкой до средней |
Китай | Среднее | Среднее | Высокое | От низкой до средней |
Латинская Америка (некоммерческая) | Среднее | От низкого до среднего | Низкое | От средней до высокой |
Южная и Юго-Восточная Азия | Высокое | От низкого до среднего | От низкого до среднего | Высокая |
Африка | Высокое | Низкое | Низкое | Высокая |
На основе уровня вредителей и текущих средств защиты растений, самая большая прибыль урожайности ожидается в странах Южной и Юго-Восточной Азии, а также в Африке южнее Сахары. Результаты полевых испытания Индии и предварительные данные Индонезии и Южной Африки соответствуют этому предположению [24, 25]. Южная и Юго-Восточная Азия и Африки южнее Сахары являются регионами с самым высоким ростом численности населения, поэтому увеличение объемов сельскохозяйственного производства на единицу площади имеют жизненно важное значение для сокращения бедности и продовольственной безопасности. Bt-хлопок, bt-кукуруза и bt-картофель, которые уже есть на рынке некоторых стран, имеют непосредственное отношение к развивающимся странам. Bt-рис и сладкий картофель, а также ряд продовольственных культур с другими механизмами сопротивления вредителям, будут способствовать дальнейшему расширению технологии в ближайшем будущем [26, 27]. Сельскохозяйственная биотехнология предлагает множество технологий борьбы с вредителями для развивающихся стран, но мы показали, что ГМ-культуры, разработанные сейчас, уже могут дать нужный результат.
Оговорки, связанные с фактическим и ожидаемым вредом для окружающей среды и здоровья, смешавшись с озабоченностью по поводу прав интеллектуальной собственности (ПИС) и корпоративного доминирования, привели к малой симпатии по отношению ГМ-культурам среди общественности и политиков [28]. Хотя появляется всё больше и больше свидетельств о их пользе, технология всё же является широко признанной. Ответственное управление рисками и научное обсуждение являются необходимыми условиями для преодоления проблемы признания и обеспечения устойчивого использования ГМ-культур. Кроме того, государственные сектора исследований инвестиций должны быть расширены, а механизмы для передачи технологии и обработки ПИС создан так, что перспективные биотехнологии были доступны бедным по низким ценам и в более широких масштабах.
Источники и сноски:
Комментировать | « Пред. запись — К дневнику — След. запись » | Страницы: [1] [Новые] |