prof. dr hab. Andrzej Kotecki, dr Waldemar Helios
XXV rocznica konferencji Szczyt Ziemi, która odbyła się w Rio de Janeiro w 1992 roku
II Szczyt Ziemi II Konferencja w Rio de Janeiro - odbyła się w dniach 3-14 czerwca 1992 roku z inicjatywy ONZ, w 20 lat po I Konferencji ONZ w Sztokholmie. Na konferencji hasłem przewodnim było "Środowisko i Rozwój". Uczestniczyły w niej oficjalnie 172 rządy, około 2400 osób z organizacji pozarządowych (NGO) w tym około 17000 osób na równoległym Forum zorganizowanym przez NGO. W ramach konferencji przyjęto dokumenty określające fundamentalne zasady w polityce społeczno-gospodarczej nakazujące uwzględniać ochronę środowiska.
II Szczyt Ziemi uchwalone dokumenty Ramowa konwencja Narodów Zjednoczonych w sprawie zmian klimatu; Agenda -21 katalog celów ochrony do realizowania w XXI wieku; Deklaracja w sprawie Środowiska i Rozwoju; Konwencja o zachowaniu różnorodności biologicznej; Deklaracja dotycząca kierunku rozwoju, ochrony i użytkowania lasów.
Czym jest bioróżnorodność? Zmienność żywych organizmów zamieszkujących wszystkie środowiska oraz zmienność systemów ekologicznych, których częścią są te organizmy, przy czym tak ujęta zmienność obejmuje różnorodność wewnątrzgatunkową, międzygatunkową i różnorodność ekosystemów. (Konwencja o różnorodności biologicznej, Szczyt Ziemi w Rio de Janeiro w 1992 r.) Rozróżnia się trzy poziomy różnorodności biologicznej: genetyczną zróżnicowany skład genetyczny członków roślin i zwierząt. międzygatunkową odmiany roślin, zwierząt; i mikroorganizmów występujące w danym miejscu; środowiskową różne ekosystemy zamieszkałe przez organizmy.
Różnorodność gatunkowa świata ożywionego Bakterie 4 000) Protisty (inne eukarionty) 80 000 Kręgowce 52 000 Bezkręgowce 1272 000) Grzyby 72 000 Rośliny 270 000) Całkowita liczba opisanych gatunków 1750 000
Różnorodność genetyczna roślin na świecie i w Polsce Świat Szacuje się, że na świecie jest ponad 270 000 gatunków roślin naczyniowych. 30 tysięcy gatunków roślin może być spożywane przez człowieka. 6 tysięcy było w przeszłości lub jest obecnie wykorzystywanych do zaspokajania potrzeb żywnościowych człowieka. Praktycznie uprawia się 150-200 gatunków. 30 gatunków zapewnia ludziom 95% kalorii i białka, 60% to ryż, kukurydza i pszenica. Polska Różnorodność biologiczna w Polsce jest dość dokładnie poznana, żyje tu ok. 70 tys. gatunków, w tym ok. 2,7 tys. gatunków roślin naczyniowych około 1% wszystkich roślin naczyniowych świata. Około 400 gatunków to rośliny o potencjalnym znaczeniu użytkowym.
Bądźcie płodni i rozmnażajcie się, abyście zaludnili ziemię i uczynili ją sobie poddaną; abyście panowali nad rybami morskimi, nad ptactwem powietrznym i nad wszystkimi zwierzętami pełzającymi po ziemi. Księga Rodzaju (1:26):
Udomowienie, a bioróżnorodność, Wielka Rewolucja Neolityczna Według Wasylikowej (2001) udomowienie (domestykacja) to przekształcenie gatunku dzikiego w uprawny czyli gatunku, który samorzutnie się rozmnaża i trwa w przyrodzie, w gatunek, którego pełny cykl życiowy nie może przebiegać bez pomocy człowieka. Udomowienie wiąże się z dziedzicznymi zmianami w morfologii, anatomii i fizjologii.
Przyczyny powstania rolnictwa Z udomowieniem roślin wiąże się pojawienie rolnictwa. Gospodarka rolna jest bardziej wydajna, ale też bardziej pracochłonna niż gospodarka zbieracko-łowiecka. Z rolnictwem wiąże się także ryzyko związane z niestabilnością układu warunków wilgotnościowo-termicznych. Istnieją różne teorie powstania rolnictwa próbujące wyjaśnić, dlaczego człowiek porzucił gospodarkę zbieracko-łowiecką.
Teoria oaz Teoria oaz (V. G. Childe a) zakłada, że zmiany klimatyczne na Bliskim Wschodzie na styku plejstocenu i holocenu, polegające na osuszeniu klimatu, doprowadziły do utrudnienia dostępu do wody. Ludność zaczęła skupiać się w oazach i dolinach rzek, gdzie roślinność była bujna. Koncentracja ludzi i bliski kontakt z roślinnością skłoniły ludzi do udomowienia roślin. Teoria powstała w latach 50. XX wieku.
Teoria przeludnienia Teoria przeludnienia lub stresu (M. N. Cohen, L. Binford, K. Flannery) zakłada, że rolnictwo rozwinęło się jako naturalna konsekwencja intensywnego wzrostu zaludnienia, przeludnienia i wzrostu potrzeb produkcyjnych. Jednak wzrost demograficzny mógł nastąpić dopiero w wyniku wprowadzenia rolnictwa i być jego skutkiem, a nie przyczyną.
Teoria śmietnisk Teoria śmietnisk zakłada, ze ludność zauważyła na zasiedlanych przez siebie miejscach, że niektóre dzikie gatunki znacznie lepiej rozwijały się w otoczeniu siedzib ludzkich. Człowiek zaczął wykorzystywać gospodarcze możliwości wytwarzane przez te gatunki.
Teoria determinizmu klimatycznego Teoria determinizmu klimatycznego (H. E. Wright, G. Hillman) zakłada, że przemiany klimatyczne u schyłku plejstocenu i początku holocenu na Bliskim Wschodzie, potwierdzone przez badania palinologiczne, umożliwiły udomowienie dzikich roślin.
Przejście od gospodarki zbieracko-łowieckiej do rolnictwa Według Wasylikowej (2001) pojawienie się uprawy roślin i chowu zwierząt nie było jednoznaczne z przejściem od gospodarki wyłącznie zbierackołowieckiej do gospodarki opartej wyłącznie na rolnictwie. Oba sposoby zdobywania pożywienia przez jakiś czas współistniały i uzupełniały się a proces wypierania gospodarki przyswajającej przez wytwórczą przebiegał w rozmaitym tempie.
Ośrodki udomowienia roślin Centra bioróżnorodności roślin uprawnych wg Wawiłowa
Ośrodki pochodzenia roślin uprawnych I. Chiński: 138 gatunków (zboża, rośliny strączkowe, gryka). II. Indyjski: 117 gatunków (ryż, proso i rośliny strączkowe). II a. Indomalajski (włączając Indonezję, Filipiny itd.): 55 gatunków (rośliny korzeniowe: pokrzyn, krąpiel, drzewa owocowe, trzcina cukrowa, przyprawy). III. Środkowoazjatycki: 42 gatunki (pszenica, ryż, rośliny motylkowate, okopowe, owoce). IV. Bliskowschodni: 83 gatunki (większość pszenic, ryż, owies, strączkowe, rośliny motylkowe drobnonasienne, drzewa owocowe). V. Śródziemnomorski: 84 gatunki (pszenica, jęczmień, rośliny paszowe, warzywa, drzewa owocowe, rośliny oleiste). VI. Abisyński (Etiopski): 38 gatunków (pszenica, jęczmień, lokalne zboża, przyprawy). VII. Środkowoamerykański: kakaowiec, dynia, kukurydza, fasola, tykwa, papryka. VIII. Południowoamerykański: ziemniak, pomidor, tytoń, dynia, fasole, kukurydza, batat, maniok, tykwa.
Przybliżone daty pojawienia się najstarszych roślin uprawnych na tle ośrodków powstania rolnictwa w ujęciu Harlana: A1, B1, C1 centra A2, B2, C2 nie-centra
Początki rolnictwa W okresie Rewolucji Neolitycznej, która miała miejsce 10-11 tys. lat temu w różnych miejscach na Ziemi (Meksyk, Żyzny Półksiężyc, Malezja) człowiek udomowił miejscowe gatunki roślin, które wraz z wędrówkami ludów rozprzestrzeniły się po świecie. Najnowsze wykopaliska archeologiczne przesuwają początki udomawiania roślin o 10 tys. lat wcześniej. Najważniejsze gatunki roślin udomowione na Bliskim Wschodzie pszenica płaskurka 10200 B.P. pszenica samopsza 9500 B.P. pszenica twarda i zwyczajna) 10400 B.P. żyto zwyczajne 11000 B.P. jęczmień dwurzędowy 9500 B.P. jęczmień zwyczajny 8000 B.P. groch zwyczajny 9000 B.P. ciecierzyca pospolita 9200 B.P. soczewica jadalna 9100 B.P. len zwyczajny 9200 B.P.
Dzieje upraw rolniczych Z rejonu Bliskiego Wschodu wraz z wędrówkami ludów rośliny rozprzestrzeniły się w rejon Basenu Morza Śródziemnego. Naturalną barierą utrudniająca wędrówkę roślin były Alpy. Około 4000 B.P. na ziemiach polskich zaczęto uprawiać żyto, jęczmień owies, proso, groch. Pierwsze ślady uprawy pszenicy pochodzą sprzed 3000 B. P. W okresie średniowiecza liczba uprawianych gatunków n terenie Polski nie uległa zasadniczej zmianie. Otwarcie na świat w renesansie i wielkie odkrycia geograficzne spowodowały, że w Europie pojawiły się między innymi ziemniaki, kukurydza, pomidory, tytoń, fasola, dynia. W Polsce w epoce oświecenia zaczęto uprawiać rzepak i ziemniaki, które do uprawy na dużą skalę weszły w okresie Księstwa Warszawskiego. W XIX wieku liczba uprawianych gatunków systematycznie rosła pojawiły się w uprawie łubiny, seradela, wyka ozima. Chociaż pierwszym ograniczeniem w ekspansji liczby uprawnych gatunków było uzyskanie syntetycznych barwników w połowie XIX wieku i rezygnacja z upraw roślin barwierskich. Z danych literaturowych wynika, że najwięcej gatunków roślin uprawiano w Polsce na przełomie XIX i XX wieku
Spośród 270 tys. gatunków roślin wyższych człowiek udomowił około 3000, uprawiając trwale około 150, a tylko 29 z nich stanowi obecnie podstawę wyżywienia ludzkości. Kronstad, 1998
Powierzchnia najbardziej rozpowszechnionych upraw na świecie w 2014 r. (FAOSTAT 2015) 250 200 150 100 [mln ha] 50 0 221,7 183,3 163,2 117,7 20 gatunków zajmuje obszar 1100 mln ha, co stanowi ok. 80% GO, a na cztery najważniejsze gatunki (pszenica, kukurydza, ryż, soja) przypada 686 mln ha, co stanowi prawie 50% GO. 49,6 44,2 35,8 33,5 31,3 30,1 27,2 25,7 24,8 24,4 19,2 18,7 14,8 12,5 12,0 10,3
Powierzchnia najbardziej rozpowszechnionych upraw w Polsce 2015 r. (RSR 2016) [mln ha] 3,0 2,5 2,39 2,0 1,5 1,0 0,5 1,52 8 gatunków zajmuje obszar 8,9 mln ha, co stanowi ok. 92 % GO, a na cztery najważniejsze gatunki (pszenica, pszenżyto, rzepak i jęczmień) przypada 6,07 mln ha ca stanowi 62 % GO. 1,21 0,95 0,84 0,81 0,72 0,46 0,0 pszenica pszenżyto kukurydza (ziarno + kiszonka) rzepak jęczmień mieszanki zbożowe żyto owies
Funkcje bioróżnorodności w agroekosystemach: Genetyczne - zachowanie puli genowej gatunków, zwłaszcza zagrożonych wyginięciem, Rolnicze - zwiększanie odporności agroekosystemów na stresy abiotyczne i biotyczne, zachowanie ich roli produkcyjnej, Ekologiczne - tworzenie siedlisk z różnymi gatunkami flory i fauny, które mają określone znaczenie w ekosystemach rolniczych. Bioróżnorodność w rolnictwie zapewnia: utrzymanie struktury i żyzności gleby, zapylanie upraw, biologiczną kontrolę, zapobieganie erozji gleby, obieg składników pokarmowych, kontrolę przepływu i dystrybucji wody.
Żywność pochodzenia roślinnego dostarcza 84% energii, 64% białka i 54% tłuszczu Znaczenie miejscowych odmian roślin uprawnych dla bioróżnorodności materiał wyjściowy dla tworzenia nowych wydajniejszych, jakościowo lepszych i odpornych na choroby i szkodniki odmian, zapobiega uproszczeniu płodozmianu i zapewnia zróżnicowanie siedlisk, stare i miejscowe odmiany z reguły mają mniejsze wymagania co pozwala na ograniczenie nawożenia, środków ochrony roślin, a niektóre z nich są szczególnie przydatne w systemach produkcji ekstensywnej oraz do utrzymywania produkcji rolniczej na terenach marginalnych.
Zagrożeniem dla bioróżnorodności agroekosystemów jest: intensyfikacja gospodarki rolnej, zaniechanie użytkowania łąk i pastwisk, likwidacja siedlisk marginalnych, zanik lokalnych ras zwierząt gospodarskich i odmian roślin uprawnych, erozja gleby. W glebach żyje ponad jedna czwarta wszystkich ziemskich gatunków. Próchnicy nie można sztucznie wyprodukować. Jest ona tworzona przez różnorodność biologiczną gleby.
Ewolucja roślin rolniczych Charakter ewolucji: naturalny, spowodowany przez człowieka. Czynniki genetyczne wpływające na zmienność to: poliploidyzacja (auto-, alloploidy), introgresja (przenoszenie genu z innego gatunku), mutacje.
Metody hodowli Hodowla bazuje na poszukiwaniu w obrębie genomu jak największej zmienności, którą można uzyskać przez: naturalne korzystne mutacje, szukanie zmienności w centrach występowania gatunku, wywoływanie mutagenezy środkami fizycznymi i chemicznymi stosując: promieniowanie ultrafioletowe i rentgenowskie, kwas azotawy, azydek sodu (NaN 3 ), metanosulfonian etylu (EMS) i hydroksylaminę (HM), technologie inżynierii genetycznej, która umożliwiła wytworzenie nowych cech, nieistniejących w naturalnych warunkach a zatem powiększyła zasób informacji genetycznej.
Zmienność genetyczna w hodowli roślin Wyróżnia się trzy podstawowe grupy zmienności genetycznej stosowanej w hodowli roślin, a mianowicie: główną pulą genetyczną wykorzystywaną w programach hodowli roślin są elitarne linie hodowlane i najnowsze odmiany komercyjne, drugorzędną pulę genową stanowią odmiany miejscowe, odmiany starsze oraz materiały genetyczne z Banków Genów, trzecią, uzupełniającą pulę genową stanowią dzikie gatunki roślin spokrewnione ze współczesnymi gatunkami roślin uprawnych.
Prawo homologicznej serii zmian Wawiłowa Genetycznie blisko spokrewnione gatunki i rodzaje cechują się podobnymi ciągami zmian genetycznych z taką regularnością, że znając szereg form w ramach jednego gatunku możemy przewidzieć występowanie analogicznych form u innych gatunków i rodzajów. Im bliższe jest pokrewieństwo gatunków w ramach ogólnego systemu, tym większe podobieństwo wystąpi też w ciągu zmian. Całe rodziny roślin w ogólności charakteryzują się określonymi cyklami zmienności występującymi we wszystkich rodzajach i gatunkach wchodzących w skład rodziny.
Prawo homologicznej serii zmian Wawiłowa Równoległe ciągi serii powtarzających się fenotypów mutantów (obejmujące ściśle powiązane formy) nie niwelują istotnych różnic między gatunkami i rodzajami. Nie jest możliwe mutacyjne przekształcenie się jednego gatunku, rodzaju w inny blisko spokrewniony.
Postęp w hodowli roślin a zmienność genetyczna Hodowla opiera się na: selekcji - zmniejsza się pula genów w roślinach, poszerzaniu zmienności genetycznej w populacjach hodowlanych na drodze krzyżowania i modyfikacji genetycznych. Mała liczba wydajniejszych odmian wypiera odmiany słabiej plonujące. Hodowla roślin zajmuje się przede wszystkim podstawowymi gatunkami uprawnymi. Pozostałe gatunki roślin są uprawiane na coraz mniejszą skalę i z czasem bywają zapomniane. Zielona rewolucja a zmienność genetyczna Na różnych kontynentach upowszechniły się jednorodne uprawy. Uprawy monokulturowe kilku gatunków roślin upowszechnione w czasie zielonej rewolucji wpłynęły niekorzystnie na bioróżnorodność. Według Organizacji Narodów Zjednoczonych do spraw Wyżywienia i Rolnictwa (FAO) w ciągu stu lat różnorodność genetyczna roślin uprawnych została uszczuplona o 75 procent, głównie z powodu wprowadzenia przemysłowych technologii w rolnictwie.
Tendencje w hodowli odmian roślin rolniczych W XX wieku do czasów zielonej rewolucji przy małej presji syntetycznych środków ochrony roślin zwłaszcza fungicydów dokonywano wielokryteriowej selekcji i dlatego duże znaczenie w hodowli miały genotypy odporne na stresy biotyczne i abiotyczne. Ogromny postęp w syntezie coraz doskonalszych środków ochrony roślin spowodował, że właściwości genomu związane z odpornością na choroby i szkodniki zeszły na drugi plan, a podstawowym kryterium selekcji stała się wysokość plonu i właściwości technologiczne surowca.
GMO - definicje Organizmem genetycznie zmodyfikowanym jest organizm w którym materiał genetyczny został zmieniony w sposób nie zachodzący w warunkach naturalnych wskutek krzyżowania lub naturalnej rekombinacji, szczególności przez: tworzenie materiału genetycznego przez włączenie do wirusa, plazmidu lub każdego innego wektora cząsteczek DNA wytworzonych poza organizmem i włączenia ich do organizmu biorcy, w którym w warunkach naturalnych nie występują; bezpośrednie włączenie materiału dziedzicznego przygotowanego poza organizmem, a w szczególności mikroiniekcję, makroiniekcję i mikrokapsułkowanie; metody nie występujące w przyrodzie np. połączenie materiału genetycznego co najmniej dwóch różnych komórek i utworzenie nowej komórki, zdolnej do przekazywania swego (odmiennego od materiału wyjściowego) materiału genetycznego komórkom potomnym.
20 lat upraw GMO na świecie 1983 - otrzymano pierwsze rośliny transgeniczne, 1986 - wykonano pierwsze testy polowe z transgenicznym tytoniem, 1996 - do uprawy polowej wprowadzono pierwsze rośliny transgeniczne (3.5 mln ha), 1998 - światowe forum poświęcone agrobiotechnologii uznało, iż zwiększone zapotrzebowanie na żywność będzie mogło być pokryte przez wykorzystanie roślin transgenicznych i technik inżynierii genetycznej, 2016 powierzchnia upraw GMO na świecie wyniosła 185,1 mln ha. Oficjalnie rośliny GM są uprawiane w 26 krajach, z czego 19 stanowią kraje rozwijające się. Liderem upraw GMO są Stany Zjednoczone 72,9 mln ha, Brazylia 49,1 mln ha, Argentyna 23,8 mln ha, Kanada 11,6 mln ha i Indie 10,8 mln ha.
20 lat upraw GMO na świecie mln ha mln ha mln ha mln ha Razem Kraje rozwinięte Kraje rozwijające się
Zmienność genetyczna a GMO + Poszerzenie zmienności genetycznej o nowe geny - Zastępowanie odmian tradycyjnych przez odmiany GMO Tolerancja na herbicydy Wprowadzenie jednocześnie kilku genów Odporność na szkodniki
Światowy udział roślin modyfikowanych genetycznie w najważniejszych uprawach w % i mln ha w 2014 roku Uprawy tradycyjne GMO 82% soja 68% Bawełna 30% kukurydza 25% rzepak
Plony soi na świecie 30 dt ha -1 Średni roczny przyrost plonu w latach 1961-2014 wyniósł 2,5% (28 kg rok -1 ) 25 23,2 25,3 26,1 20 17,5 18,8 15 15,2 11,3 10 5 0 1961 1971 1981 1991 2001 2011 2014
Plony włókna i nasion bawełny na świecie [dt ha -1 ] 16 14 14,2 12 10 8 7,92 6 4 2 0 1961 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1996 2010 2014 włókno nasiona
Plony kukurydzy na świecie 60,0 50,0 dt ha -1 Średni roczny przyrost plonu w latach 1961-2014 wyniósł 3,5 % (68 kg rok -1 ) 55,7 51,5 44,8 40,0 34,9 37,0 30,0 26,5 20,0 19,4 10,0 0,0 1961 1971 1981 1991 2001 2011 2014
Plony rzepaku na świecie 25 dt ha -1 Średni roczny przyrost plonu w latach 1961-2014 wyniósł 4,7% (26,6 kg rok -1 ) 20 18,6 19,8 15 14,0 15,9 10 9,0 10,4 5 5,7 0 1961 1971 1981 1991 2001 2011 2014
Katedra Szczegółowej Uprawy Roślin Czynniki wzrostu produkcyjności roślin w Polsce w latach 1950-2010 Czynnik Lata 1951 1970* 1971 1990* 1991 2010** Postęp biologiczny 18 52 70 Nawożenie 47 24 14 Ochrona roślin 22 14 9 Agrotechnika 9 7 5 Inne 4 3 2 Razem 100 100 100 * Nalborczyk E., ** Kotecki A.
Katedra Szczegółowej Uprawy Roślin Udział postępu biologicznego w kształtowaniu plonów zbóż w Wielkiej Brytanii [Podlaski, 2013] Okres Gatunek Plon ziarna (t. ha -1 ) I połowa XX wieku 1947 1986 1992 2007 Udział postępu hodowlanego w plonach (%) pszenica 2,1 3,0 20 30 pszenica jęczmień ozimy owies 2,3 5,7 ~50 pszenica ozima 92 jęczmień jary 87 5,5 8,0 jęczmień ozimy 92
Współczesny rozwój produkcji rolniczej O rozwoju produkcji rolniczej zaczęły decydować trzy powiązane z sobą procesy: koncentracja mechanizacja specjalizacja. Następuje systematyczne powiększanie gospodarstw lub stad utrzymywanych zwierząt poprzez likwidację słabszych gospodarstw. Nowoczesny, drogi sprzęt techniczny o dużej wydajności wymusza zwiększanie skali produkcji. Ograniczaniu ulega asortyment uprawianych roślin w gospodarstwie do 2 3 gatunków [Kuś, Stalenga 2006].
Nowe koncepcje rozwoju rolnictwa Nowe koncepcje rozwoju rolnictwa powinny bazować na zrównoważonym rozwoju, który jest: procesem mającym na celu zaspokojenie aspiracji rozwojowych obecnego pokolenia, w sposób umożliwiający realizacje tych samych dążeń następnym pokoleniom".
Erozja genetyczna roślin uprawnych W okresie istnienia rolnictwa człowiek wykorzystywał około 20% z 30 tys. roślin jadalnych. Ponad 90% żywności na świecie pochodzi z uprawy zaledwie 20 gatunków roślin. Zmniejsza się liczba wykorzystywanych rolniczo odmian. Wiele regionalnych odmian było przystosowanych do lokalnych warunków środowiska, jednak nie zapewniały tak dużych zbiorów jak inne odmiany. Stosowanie środków chemicznych zmniejsza wagę genetycznego przystosowania i pozwala uprawiać odmiany wrażliwe na choroby w niesprzyjających warunkach. Erozję genetyczną przyśpieszają również takie zjawiska jak niezrównoważone eksploatowanie zasobów przyrodniczych przez człowieka, pojawianie się nowych chorób i szkodników w rejonach wcześniej izolowanych, przemiany ekonomiczne i społeczne, a także polityka państw i przepisy w nich obowiązujące.
Przyczyny erozji genetycznej w Polsce 1. Wyłączanie z uprawy dużych obszarów gleb lekkich, 2. Dostępność nasion nowoczesnych odmian, które zagrażają miejscowym populacjom i starym odmianom wszystkich roślin użytkowych.
Wpływ wprowadzania nowych odmian na plon roślin Załóżmy, że dysponujemy populacją odmian kukurydzy na ziarno, której średni plon wynosi 100 dt ha -1. Każdego roku wymieniamy 10% odmian najsłabiej plonujących, wprowadzając na ich miejsce tyle samo odmian, które plonują średnio o 6,8% wyżej. W ciągu 10 lat: wszystkie odmiany ulegną wymianie na nowe wyżej plonujące, średni plon dla całej populacji wzrośnie do 107 dt, poziom selekcji pozostający na stałym poziomie 6,8% zwiększy się, z powodu wzrostu średniego plonu ze 100 do 107 dt z 6,8 do 7,3 dt.
Efekty wieloletniej 10% selekcji hipotetycznej populacji odmian kukurydzy w kierunku zwiększania plonu ziarna przy stałym wzroście plonu ziarna na rok 6,8% w 10% populacji Lata Średni plon dt Przyrost na 10 lat indeksu selekcji plonu dt dt % w stosunku do roku 0 0 100 6,8 0,0 10 107 7,0 7,3 7,0 20 114,5 7,5 7,8 14,5 30 122,5 8 8,3 22,5 40 131,1 8,6 8,9 31,1 50 140,3 9,2 9,5 40,3 100 196,9 12,9 13,4 96,9 200 387,8 25,4 26,4 287,8
Szacowanie plonu ziarna A n =A 0 x 1,0068 n A 0 - plon ziarna w roku 0 A n - plon ziarna w roku n roczny przyrost plonu dla całej populacji 68 kg
Przywracanie różnorodności biologicznej w warunkach produkcyjnych współczesnego rolnictwa opracowanie i wdrożenie do praktyki metod i strategii zintegrowanego systemu zwiększania różnorodności biologicznej, w zrównoważonej uprawie i w integrowanej ochronie roślin, ukierunkowanie prac hodowlanych na tworzenie zróżnicowanych genetycznie odmian roślin, odznaczających się wysokim i stabilnym plonowaniem oraz odpornością na stresy biotyczne i abiotyczne, określenie właściwości odmian buforujących skutki niekorzystnego oddziaływania niespodziewanych zjawisk i czynników, wynikających ze zmian klimatu oraz innych stresów biotycznych i abiotycznych, opracowanie i wdrożenie do praktyki strategii efektywnego zwiększania bioróżnorodności i zrównoważonego wykorzystania naturalnych środków produkcji w różnych systemach gospodarowania w rolnictwie.
Elementy koncepcji zwiększania bioróżnorodności
Historia ochrony materiału genetycznego roślin Idea zbierania, zachowywania i wykorzystywania roślinnych zasobów genowych powstała już na początku dwudziestego wieku. Jej twórcą był, między innymi Wawiłow. W Polsce ideę ochrony materiału genetycznego roślin uprawnych zapoczątkował prof. K. Miczyński. W 1907 roku opublikował on wyniki swoich badań nad ekotypami roślin uprawnych. Kontynuatorem jego idei był prof. Lucjan Kaznowski, a w następnych latach: Ryx, Miczyński junior i Sawicki. Prace nad zachowaniem roślinnych zasobów genowych były następnie prowadzone w Instytucie Hodowli i Aklimatyzacji Roślin w Radzikowie.
Sposoby ochrony odmian roślin Ochrona ex situ Bank genów to centrum zasobów genowych prowadzące prace nad zachowaniem genotypów w postaci nasion, pyłku, kultur tkankowych oraz organów do rozmnażania wegetatywnego. Jest to też kolekcja roślin użytkowych wartościowych dla hodowli, badań naukowych oraz dla gospodarki. Ochrona ex situ w bankach genów, czyli poza naturalnym środowiskiem występowania, jest obecnie często jedyną możliwą formą zachowania w stanie żywym wielu odmian i genotypów roślin uprawnych. Ochrona in situ Najwłaściwszą metodą ochrony zasobów genowych roślin użytkowych jest ich zachowanie in situ (w środowisku naturalnym), w regionach ściśle związanych z ich pochodzeniem. Ten rodzaj ochrony pozwala nie tylko na zachowanie danej formy w miejscu jej pochodzenia, ale także poddawanie jej w dalszym ciągu tradycyjnemu sposobowi uprawy i selekcji, który doprowadził do jej powstania. Konwencja o różnorodności biologicznej i Ogólnoświatowy Plan Działania FAO kładą szczególny nacisk na ochronę in situ jako właściwą dla ochrony zasobów genowych.
Ochrona zasobów genowych w Polsce 13 grudnia 1995 r. Polska ratyfikowała Konwencję o różnorodności biologicznej z Rio de Janeiro (1992). W Polsce system wymiany informacji o różnorodności biologicznej znajduje się w Krajowym Centrum Roślinnych Zasobów Genowych w Instytucie Hodowli i Aklimatyzacji Roślin (IHAR) w Radzikowie. W IHAR prowadzony jest program gromadzenia i utrzymania w stanie żywym zasobów genowych roślin użytkowych i udostępnianie ich hodowcom, pracownikom nauki i innym zainteresowanym. Zadania KCRZG: gromadzenie populacji i odmian roślin uprawnych oraz dziko rosnących gatunków zagrożonych erozją genetyczną, opis i waloryzacja zebranych materiałów, utrzymanie prób nasion w stanie żywym (w tym przechowywanie długoterminowe) przy zachowaniu ich czystości genetycznej, dokumentacja zgromadzonych materiałów oraz wymiana prób z innymi bankami genów i ogrodami botanicznymi, udostępnienie materiałów wyjściowych hodowcom odmian i placówkom badawczym.
Zasoby przyrodnicze Krajowego Centrum Roślinnych Zasobów Genowych w Ogrodzie Botanicznym IHAR w Bydgoszczy Kolekcja traw: 650 gatunków. Kolekcja roślin energetycznych: obejmuje zarówno popularne gatunki uprawiane na cele energetyczne, jak i te, które mogą zostać wykorzystane na cele energetyczne w przyszłości. Kolekcja gatunków użytkowych: 2450 gatunków ozdobnych, 370 gatunków roślin leczniczych, 284 gatunków miododajnych, 56 gatunków przyprawowych, 82 gatunków barwierskich, 18 gatunków włóknodajnych, 121 gatunków chronionych i zagrożonych wyginięciem (z Czerwonej księgi), 800 gatunków z cieplejszych rejonów świata. Kolekcja roślin do rekultywacji Ponad 100 gatunków drzew, krzewów i bylin.
Ludziom szkodzi najbardziej ta żywność, której nie ma. Prof. Zygmunt Hryncewicz
Rok Powierzchnia GO w ha przypadających na 1 mieszkańca Ziemi Powierzchnia GO w mln ha Liczba ludności w mln Powierzchnia GO (ha) w przeliczeniu na 1 człowieka 1960 1280 3000 0,43 1974 1340 4000 0,34 1988 1400 5000 0,28 1999 1390 6000 0,23 2012 1405 7000 0,20 2026* 1410 8000 0,18 2043* 1410 9000 0,16 2063* 1410 10000 0,14 *prognoza
Co niesie przyszłość? Być może dla zaspokojenia potrzeb żywieniowych człowieka w ciągu roku wystarczający będzie areał GO w wynoszący 700 m 2, w tym powierzchnia uprawy zbóż wyniesie 350 m 2, przy średnim plonie z 1 ha 109 dt. Zatem Ziemia będzie mogła wyżywić, przy obecnie obowiązujących standardach żywienia, 20 mld ludzi.
Produkcja zbóż w świecie w latach 1961-2014 oraz prognoza do 2063 roku Lata Liczba ludności mld Powierzchnia uprawy mln ha Zbiór mln ton Plon z 1ha dt Produkcja kg/osobę/rok 1961 3,08 648 877 13,5 285 1971 3,76 687 1300 18,9 345 1981 4,52 727 1632 22,5 361 1991 5,38 704 1890 26,9 351 2001 6,20 673 2110 31,4 340 2011 6,97 707 2589 36,6 371 2014 7,27 721 2819 39,1 388 2026 8,00 700 3045 43,5 380 2043 9,00 700 3420 48,9 380 2063 10,00 700 3800 54,3 380 Zmiany (%) 1961-2011 136 11 221 190 36
Produkcja zbóż w świecie w latach 1961-2011 oraz prognoza na lata 2021-2061 Lata Powierzchnia uprawy mln ha Zbiór mln ton Plon z 1ha dt 1961 648 877 13,5 Przyrosrt plonu z 1 ha na 10 lat dt 1971 687 1300 18,9 5,4 1981 727 1632 22,5 3,6 1991 704 1890 26,9 4,4 2001 673 2110 31,4 4,5 2011 707 2589 36,6 5,2 2021 700 2884 41,2 4,6 2031 700 3157 45,1 3,9 2041 700 3381 48,3 3,2 2051 700 3577 51,1 2,8 2061 700 3766 53,8 2,8
Powierzchnia uprawy pszenicy na świecie w latach 1961-2014 (FAOSTAT 2017) mln ha 250 240 239 230 220 214 225 214 220 222 210 204 200 190 180 1961 1971 1981 1991 2001 2011 2014
3,0 2,5 2,0 1,5 mln ha Powierzchnia uprawy pszenicy w Polsce w latach 1961-2014 (FAOSTAT 2017) 1,40 1,62 1,99 1,84 1,61 1,88 2,28 2,41 2,64 2,20 2,41 2,34 1,0 0,5 0,0 1961 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2014
Powierzchnia uprawy kukurydzy na ziarno na świecie (FAOSTAT 2017) mln ha 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 184 183 164 147 121 126 131 131 137 138 113 106 107 1961 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2013 2014
Powierzchnia uprawy kukurydzy na ziarno w Polsce w latach 1961-2014 (FAOSTAT 2017) tys. ha 800 700 678,3 613,9 600 500 400 343,0 298,7 300 200 152,3 100 59,0 11,9 48,2 6,9 5,1 14,8 16,3 16,0 0 1961 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2013 2014
Powierzchnia uprawy jęczmienia na świecie w latach 1961-2014 (FAOSTAT 2017) mln ha 90 80 81,5 76,3 70 67,7 60 50 54,5 56,0 48,4 49,4 40 30 20 10 0 1961 1971 1981 1991 2001 2011 2014
Powierzchnia uprawy jęczmienia w Polsce w latach 1961-2014 (FAOSTAT 2017) tys. ha 1400 1200 1000 800 680 899 1 294 1 237 1 071 1 018 808 600 400 200 0 1961 1971 1981 1991 2001 2011 2014
35 mln ha Powierzchnia uprawy żyta na świecie w latach 1961-2014 (FAOSTAT 2017) 30 30,2 28,4 25 20 15 20,0 16,0 16,3 16,6 16,8 10 5 10,7 9,8 7,5 6,6 5,0 5,3 0 1961 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2004 2005 2010 2014
5,0 mln ha 4,9 Powierzchnia uprawy żyta w Polsce w latach 1961-2014 (FAOSTAT 2017) 4,5 4,4 4,0 3,5 3,0 3,4 2,8 3,0 3,1 2,5 2,0 1,5 1,0 2,3 2,4 2,1 1,6 1,4 1,1 0,9 0,5 0,0 1961 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2004 2005 2010 2014
Powierzchnia uprawy owsa na świecie w latach 1961-2014 (FAOSTAT 2017) mln ha 45 40 38,3 35 30 25 20 29,3 26,3 20,1 15 10 5 13,1 9,6 9,6 0 1961 1971 1981 1991 2001 2011 2014
Powierzchnia uprawy owsa w Polsce w latach 1961-2014 (FAOSTAT 2017) tys. ha 1800 1600 1400 1200 1 602 1 330 1 156 1000 800 600 686 531 546 479 400 200 0 1961 1971 1981 1991 2001 2011 2014
tys. ha 4500 4000 Powierzchnia uprawy pszenżyta na świecie w latach 1981-2014 (FAOSTAT 2017) 3 849 4 136 3500 3000 2 858 2500 2000 1500 1 316 1000 500 0 69 1981 1991 2001 2011 2014
tys. ha 1400 1200 Powierzchnia uprawy pszenżyta w Polsce w latach 1991-2014 (FAOSTAT 2017) 1 269 1 306 1000 800 600 400 200 731 839 0 1991 2001 2011 2014
Powierzchnia uprawy trzciny cukrowej na świecie w latach 1961-2014 (FAOSTAT 2017) mln ha 30 27,2 25,6 25 20 17,8 19,6 15 13,7 10 8,9 11,1 5 0 1961 1971 1981 1991 2001 2011 2014
10 9 Powierzchnia uprawy buraka cukrowego na świecie w latach 1961-2014 (FAOSTAT 2017) mln ha 9,3 8,6 8 7,6 7 6,9 6 5 6,0 5,1 4,5 4 3 2 1 0 1961 1971 1981 1991 2001 2011 2014
Powierzchnia uprawy buraka cukrowego w Polsce w latach 1961-2014 (FAOSTAT 2017) tys. ha 500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 470 420 421 361 317 204 198 1961 1971 1981 1991 2001 2011 2014
Powierzchnia uprawy ziemniaka na świecie w latach 1961-2014 (FAOSTAT 2017) mln ha 25 20 22,1 20,4 18,8 17,7 19,7 19,2 19,1 15 10 5 0 1961 1971 1981 1991 2001 2011 2014
Powierzchnia uprawy ziemniaka w Polsce w latach 1961-2014 (FAOSTAT 2017) tys. ha 3000 2 819 2 669 2500 2 258 2000 1 733 1500 1 194 1000 500 401 277 0 1961 1971 1981 1991 2001 2011 2014
140 mln ha Powierzchnia uprawy soi na świecie (FAOSTAT 2017) 120 100 103,6 118 80 76,8 60 50,5 55,0 40 20 23,8 30,0 0 1961 1971 1981 1991 2001 2011 2014
Powierzchnia uprawy łubinów na świecie (FAOSTAT 2017) tys. ha 1400 1 285 1200 1 167 1 089 1000 958 800 600 760 559 622 400 200 0 1961 1971 1981 1991 2001 2011 2014
Powierzchnia uprawy łubinów w Polsce (FAOSTAT 2017) tys ha 180 164,0 160 140 120 100 80 97,0 113,0 80,0 60 52,5 40 35,9 20 0 14,4 1961 1971 1981 1991 2001 2011 2014
Powierzchnia uprawy grochu na świecie (FAOSTAT 2017) tys. ha 60 53,0 51,0 50 40 38,0 37,0 30 20 19,5 14,3 16,4 10 0 1961 1971 1981 1991 2001 2011 2014
Powierzchnia uprawy grochu w Polsce (FAOSTAT 2017) mln ha 9 8 7,5 7,8 7,9 8,1 7 6,9 6,6 6,1 6 5 4 3 2 1 0 1961 1971 1981 1991 2001 2011 2014
Powierzchnia uprawy bobiku na świecie w latach 1961-2014 (FAOSTAT 2017) mln ha 6,0 5,40 5,0 4,0 3,0 2,27 2,40 2,0 1,0 0,0 1961 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2007 2009 2010 2014
Powierzchnia uprawy bobiku w Polsce w latach 1961-2014 (FAOSTAT 2017) tys. ha 140 120 121 100 80 60 40 20 0 12 1989 2005 2013 6
Powierzchnia zasiewów motylkowych drobnonasiennych w Polsce w latach 1950-2015 tys. ha 1400 1303 1200 1000 800 600 400 448 454 200 112 0 1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2004 2014 2015
20 18 16 14 12 10 8 6 Powierzchnia uprawy palmy olejowej na świecie w latach 1961-2014 (FAOSTAT 2017) mln ha 18,7 4 3,6 3,3 2 0 1961 1971 1981 1991 2001 2011 2014
Powierzchnia uprawy orzeszków ziemnych na świecie w latach 1961-2014 (FAOSTAT 2017) mln ha 30 26,5 25,1 25 23,1 20,3 20,6 20 19,4 16,6 15 10 5 0 1961 1971 1981 1991 2001 2011 2014
Powierzchnia uprawy słonecznika na świecie w latach 1961-2014 (FAOSTAT 2017) mln ha 30 25 25,7 25,2 20 17,1 17,9 15 12,3 10 5 6,7 8,7 0 1961 1971 1981 1991 2001 2011 2014
40 35 mln ha Powierzchnia uprawy rzepaku na świecie (FAOSTAT 2017) 33,7 35,8 30 25 20 20,0 22,6 15 10 5 6,3 9,2 12,0 0 1961 1971 1981 1991 2001 2011 2014
Powierzchnia uprawy rzepaku w Polsce w latach 1961-2014 (FAOSTAT 2017) mln ha 1,0 0,95 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,16 0,1 0,0 1961 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2004 2005 2007 2009 2010 2014
Powierzchnia uprawy lnu włóknistego na świecie w latach 1961-2014 (FAOSTAT 2017) tys. ha 8000 7 505 7000 6000 5000 4000 3000 2 625 2000 1000 0 1961 1971 1981 1991 2001 2011 2014
Powierzchnia uprawy lnu włóknistego w Polsce w latach 1961-2014 (FAOSTAT 2017) tys. ha 120,0 111,00 113,70 100,0 80,0 60,0 40,0 20,0 0,0 0,51 2,39 1961 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2014
Powierzchnia uprawy konopi siewnych na świecie w latach 1961-2014 (FAOSTAT 2017) tys ha 700 600 581 500 473 400 300 200 100 0 41 46 1961 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2014
Powierzchnia uprawy konopi siewnych w Polsce w latach 1961-2014 (FAOSTAT 2017) ha 20000 18000 17260 16000 14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 1961 1971 1981 1991 2001 2011 2014 100
Powierzchnia uprawy tytoniu na świecie w latach 1961-2014 (FAOSTAT 2017) tys. ha 6000 5000 4000 3000 3 398 3 964 2000 1000 0 1961 1971 1981 1991 2001 2011 2014
Powierzchnia uprawy tytoniu w Polsce w latach 1961-2014 (FAOSTAT 2017) ha 60000 50000 48588 40000 38200 30000 20000 14612 10000 0 1961 1971 1981 1991 2001 2011 2014
tys. ha 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Powierzchnia uprawy chmielu na świecie w latach 1961-2014 (FAOSTAT 2017) 56,7 83,0 1961 1971 1981 1991 2001 2011 2014
Powierzchnia uprawy chmielu w Polsce w latach 1961-2014 (FAOSTAT 2017) ha 3 000 2 600 2 500 2 200 2 000 1 500 1 684 1 000 500 0 1961 1971 1981 1991 2001 2011 2014
Powierzchnia uprawy trwałych łąk i pastwisk w Polsce w latach 1961-2014 (FAOSTAT 2017) tys. ha 4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 4 146 3 120 1961 1971 1981 1991 2001 2011 2014
Procentowy udział głównych grup użytkowych roślin rolniczych w powierzchni G.O. na świecie w latach 1961-2014 (FAOSTAT 2017)
Procentowy udział głównych gatunków zbóż w powierzchni roślin zbożowych na świecie w latach 1961-2014 (FAOSTAT 2017)
Procentowy udział głównych gatunków roślin oleistych w powierzchni upraw z przeznaczeniem na olej na świecie w latach 1961-2014 (FAOSTAT 2017)
Procentowy udział głównych gatunków roślin strączkowych w powierzchni upraw bobowatych na świecie w latach 1961-2014 (FAOSTAT 2017) 100% 80% 60% 40% 20% 0% 1961 1971 1981 1991 2001 2011 2014 soja fasola orzech ziemny pozostałe
Procentowy udział głównych gatunków roślin korzeniowych i bulwiastych w powierzchni upraw okopowych na świecie w latach 1961-2014 (FAOSTAT 2017)
Procentowy udział głównych gatunków uprawianych na włókno w powierzchni roślin włóknistych na świecie w latach 1961-2014 (FAOSTAT 2017)
Procentowy udział głównych gatunków roślin cukrodajnych w powierzchni upraw roślin cukrowych na świecie w latach 1961-2014 (FAOSTAT 2017)
Wnioski 1. Środowisko w którym rosną rośliny zostało sztucznie stworzone przez człowieka poprzez stosowanie przemysłowych środków produkcji i odejście od przyrodniczych podstaw zmianowania. 2. Zanikanie miejscowych odmian jakie obecnie ma miejsce nie jest wynikiem wyboru najlepszych form dla danego środowiska, a efektem wprowadzania odmian o wysokich plonach, często podatnych na stresy biotyczne i abiotyczne, które łagodzi się poprzez stosowanie przemysłowych środków produkcji. 3. Stworzone przez człowieka środowisko w którym rosną rośliny sprawia, że coraz mniejszą rolę w hodowli nowych odmian odgrywa wielokryteriowa selekcja, a głównym czynnikiem selekcyjnym jest wysokość plonu i jego parametry technologiczne.
Wnioski 4. Genetycznie jednolite odmiany o dużej wydajności wypierają niżej plonujące odmiany miejscowe. Szacuje się, że od 1900 roku pula genowa roślin uprawnych została zawężona o 75 %. 5. Obecnie podstawowym czynnikiem kształtującym plony jest postęp biologiczny, którego znaczenie systematycznie wzrasta. W pierwszej połowie XX wieku jego udział w tworzeniu plonów wynosił 20-30%, w latach 1970 1990 dochodził do 70 %, a obecnie wynosi od 80 do 90%. 6. Presja wzrastającej liczby ludności świata, przy stałych zasobach gruntów ornych powoduje, że hodowla nastawiona jest na selekcje nowych odmian w kierunku zwiększania wysokości plonów kosztem zawężania puli genowej.
7. Współczesne rolnictwo powinno bazować na zrównoważonym rozwoju, który jest: procesem mającym na celu zaspokojenie aspiracji rozwojowych obecnego pokolenia, w sposób umożliwiający realizacje tych samych dążeń następnym pokoleniom. 8. Dla przyszłych pokoleń odmiany roślin uprawnych należy chronić ex situ w bankach genów i in situ, która jest najwłaściwszą metodą ochrony zasobów genowych roślin użytkowych, gdyż wiąże się z ich zachowaniem w środowisku naturalnym związanym z ich pochodzeniem. 9. Przeciwdziałanie erozji genetycznej odmian roślin uprawnych będzie procesem długotrwałym ściśle powiązanym z zrównoważonym rozwojem i integrowaną uprawą i ochroną roślin.
Żaden człowiek nie jest samoistną wyspą; każdy stanowi ułomek kontynentu, część lądu. Jeżeli morze zmyje choćby grudkę ziemi, Europa będzie pomniejszona, tak samo jak gdyby pochłonęło przylądek, włość twoich przyjaciół czy twoją własną. Przeto nigdy nie pytaj, komu bije dzwon: bije on tobie. John Donne (1572 1631)
prof. dr hab. Andrzej Kotecki, dr Waldemar Helios