עמוד הבית > טכנולוגיה ומוצרים > חקלאותעמוד הבית > מדעים > ביולוגיה > צמחים
סיינטיפיק אמריקן ישראל



תקציר
כיום, רוב המזון של האנושות מגיע במישרין או בעקיפין מגרעיני דגנים, מקטניות ומזרעים להפקת שמן. גידולים אלה תופסים כ-80% מכלל השטח החקלאי בעולם. עם זאת, כולם צמחים חד-שנתיים, כלומר יש לזרוע ולגדל אותם בכל שנה מחדש. על פיתוחן של מערכות ביולוגיות שיניבו דגנים ויתפקדו באופן דומה יותר לזה של המערכות האקולוגיות הטבעיות שהחקלאות תפסה את מקומן. המפתח להצלחה הוא הפיכת הדגנים העיקריים לצמחים רב-שנתיים, כלומר לצמחים החיים שנים רבות.



חקלאות העתיד : חזרה לשורשים?
מחברים: ג'רי ד' גלובר; סינדי מ' קוקס; ג'ון פ' רגנולד


אצל רבים מאתנו, החיים באזורים שופעים, מעידים המאזניים שבחדר האמבטיה כי אנחנו אוכלים די והותר. לכן עלול אדם לטעות ולחשוב שהחקלאים מגדלים את מזוננו בקלות, אולי אפילו בקלות רבה מדי. אבל בניגוד לתפיסה הזאת, החקלאות המודרנית זקוקה לשטחים נרחבים וגם להזרמה סדירה של מים, של אנרגיה ושל כימיקלים. "הערכת המערכת האקולוגית של המילניום", דוח שמימן האו"ם ב-2005, הזכירה את הצורך הזה במשאבים וטענה שהחקלאות היא אולי "סוג הפעילות האנושית המאיים יותר מכול על המגוון הביולוגי ועל תפקוד המערכת האקולוגית".

כיום, רוב המזון של האנושות מגיע במישרין או בעקיפין (דרך מזון מן החי) מגרעיני דגנים, מקטניות ומזרעים להפקת שמן. מזונות בסיסיים אלו קוסמים ליצרנים ולצרכנים כאחד, מפני שקל להוביל ולאחסן אותם, הם עמידים באופן יחסי לריקבון, ועשירים למדי בחלבונים ובקלוריות. גידולים אלה תופסים אפוא כ-80% מכלל השטח החקלאי בעולם. עם זאת, כולם צמחים חד-שנתיים, כלומר יש לזרוע ולגדל אותם בכל שנה מחדש, בדרך כלל בשיטות עיבוד חקלאי התובעות משאבים רבים. ומה שמדאיג יותר הוא שסביר להניח שהנזק הסביבתי מן החקלאות יחמיר עם הגידול באוכלוסיית בני האדם הרעבה, שצפוי להאמיר ל-8 או 10 מיליארד נפש בעשורים הבאים.

זאת הסיבה שכמה משביחי זנים, אגרונומים ואקולוגים עמלים על פיתוחן של מערכות ביולוגיות שיניבו דגנים ויתפקדו באופן דומה יותר לזה של המערכות האקולוגיות הטבעיות שהחקלאות תפסה את מקומן. המפתח להצלחתנו המשותפת הוא הפיכת הדגנים העיקריים לצמחים רב-שנתיים, כלומר לצמחים החיים שנים רבות. הרעיון, שעלה כבר לפני כמה עשורים, אולי יצא לפועל רק בעוד כמה עשרות שנים מהיום. אבל בזכות התפתחויות חשובות במדע השבחת הצמחים, המטרה הזאת נראית סוף-סוף באופק.

שורש הבעיה

רוב החקלאים, הממציאים והמדענים שמהלכים היום בשדות ומנסים להעלות בדעתם דרכים להתגבר על הקשיים בגידול צמחים, בוחנים מן הסתם את חקלאות דרך הצלחותיה וכישלונותיה כיום. אבל בשנות ה-70, דילג בדמיונו גנטיקאי הצמחים וס ג'קסון לתקופה של לפני 10,000 שנה והשווה בין החקלאות המודרנית לבין המערכות הטבעיות שקדמו לה. לפני שהגדילו בני האדם את שפע החד-שנתיים באמצעות תִרבות וחקלאות, היה מכוסה רוב רובו של כדור הארץ במינים רבים ושונים של צמחים רב-שנתיים - כמו שקורה גם היום באזורי בר. לדוגמה, יותר מ-85% ממיני הצמחים שמוצאם בצפון אמריקה הם רב-שנתיים.

ג'קסון בדק את העשבים והפרחים הרב-שנתיים בערבות העשב הגבוה של קנזס ומצא שעל אף שהם בונים את האדמה ומעשירים אותה, הם נשארים פוריים מאוד בכל שנה ושנה. אין להם צורך לא בדשן, ולא בחומרי הדברה כדי לשגשג ולהתגונן ממזיקים ומחלות. המים ששוטפים את אדמות הערבה או מחלחלים בהן צלולים, ויש שם חיות בר בשפע.

ולעומת זאת, מצא ג'קסון ששדות סמוכים, שבהם מגדלים תבואה חד-שנתית כגון תירס, סורגום (דורה), חיטה, חמניות וסויה, זקוקים לטיפול תכוף ויקר כדי לשמור על פריון. הצמחים החד-שנתיים מתקיימים רק עד הקציר, ושורשיהם חודרים רק לעומק רדוד יחסית - רובם אינם מעמיקים יותר מ-30 ס"מ באדמה - ולכן ברבים מן האזורים המעובדים יש בעיה של סחיפת קרקע, של ירידה בפוריות האדמה או של זיהום מים. יותר מזה, השדות, שדממה לא טבעית שוררת בהם, שוממים לרוב מבעלי חיים. כללו של דבר, הבעיה טמונה בהמשך קיומם של משקים חקלאיים המתבססים על גידול יחיד )מונוקולטורות( המגדלים צמחים חד-שנתיים במקומות רבים כל כך. והפתרון לבעיה היה מונח מתחת מגפיו של ג'קסון: צמחים בעלי מערכות עמידות ומגוונות של שורשים רב-שנתיים.

אבל, אם גידולי השדה החד-שנתיים הם אכן בבחינת בעיה ואם יש יתרונות למערכות אקולוגיות טבעיות, אז מדוע אף אחד מן הדגנים החשובים לאדם אינו מצמיח שורשים רב-שנתיים? התשובה נעוצה בהולדת החקלאות. כשאבות אבותינו הניאוליתים התחילו לגדל צמחי גרעין על יד יישוביהם, היו כמה גורמים שכנראה גרמו להם להעדיף צמחים חד-שנתיים.

לצמחים החד-שנתיים שתורבתו ראשונים, אם החיטה ושעורת הבר, היו גרעינים גדולים - תכונה רצויה. סביר להניח שכדי להבטיח קציר טוב, בעתו, בכל שנה ושנה, זרעו החוואים הראשונים כמה מן הגרעינים שאספו. אבל צמחי בר יכולים להיות שונים מאוד זה מזה בתכונותיהם, ולכן יש לשער שאותם חקלאים קדמונים ביכרו את זרעיהם של הצמחים בעלי התכונות הרצויות ביותר, כגון תנובה רבה, דַיש קל וחוסן פיזי. וכך, תִרבות פעיל והפעלה שלא מדעת של לחץ ברירה אבולוציוני הביאו להתפתחות מהירה של זני צמחים חד-שנתיים בעלי תכונות רצויות יותר משל קרוביהם החד-שנתיים הצומחים בר. אמנם ייתכן שגם כמה צמחים רב-שנתיים הצמיחו גרעינים גדולים למדי, אבל אותם לא היה צריך לזרוע שוב ושוב, ולכן הם לא עברו אותו תהליך ברירה, ולא עברו השבחה.

צמחים רב-שנתיים כמו עשב החיטה (בצד ימין של התמונות למעלה), אוספים, באמצעות שורשיהם המפותחים, חומרי מזון ומים מנפחי אדמה גדולים יותר מאשר אלה הנגישים לצמחים חד-שנתיים כדוגמת חיטת החורף (בצד שמאל של התמונות שלמעלה). ובתמורה משמשים השורשים הרב-שנתיים מצע למיקרוארגניזמים ולפעילות ביולוגית שמדשנים את הקרקע. האדמה הכה הגרגרית שנוצרת, כמו זו שבכף היד מימין בתמונה, שנלקחה מכר דשא רב-שנתי, אוגרת מים וחומרי מזון בשפע. האדמה בכף היד משמאל נלקחה משדה סמוך של תבואה חד-שנתית והיא בהירה יותר ובעלת מבנה גושי וחלש.

שורש כפתרון

היום מתחילים להכיר גם בערכם של הרב-שנתיים. לחברות הצמחים הרב-שנתיים, ששורשיהם בדרך כלל מעמיקים יותר משני מטרים, יש תפקיד מכריע בוויסות פעולותיהן של מערכות אקולוגיות, כמו למשל כלכלת המים ומחזור הפחמן והחנקן במערכת. אף שהרב-שנתיים חייבים להשקיע אנרגיה כדי לתחזק רקמה תת-קרקעית גדולה דיה כדי לעבור את החורף, שורשיהם נכנסים לפעולה עמוק באדמה ברגע שהטמפרטורות גבוהות דיין ויש מים וחומרי מזון זמינים. המוכנות התמידית הזאת שלהם מאפשרת להם להיות יצרניים ביותר, ועם זאת להתאושש במהירות מעקות סביבתיות.

מאה שנות מחקר של גורמים המשפיעים על סחיפת קרקע הראו שהעשב רב-שנתי אִיטָן המפרקים, המשמש למספוא, יעיל פי 54 מגידולים חד-שנתיים בשמירה על שכבת האדמה העליונה. המדענים גם בדקו אדמות שצמחו בהן אספסת ומיני עשבים רב-שנתיים ומצאו שאיבוד המים מהן נמוך פי חמישה ושאבדן החנקות נמוך פי 35 מבאדמות שצומח בהן תירס או סויה. השורשים העמוקים ועונת הצמיחה הארוכה של הרב-שנתיים מאפשרים להם גם לקבע יותר פחמן - המרכיב העיקרי בחומר האורגני שבקרקע - בשיעור של 50% ויותר משדות הנקצרים מדי שנה. מכיוון שאין צורך לזרוע את הצמחים הרב-שנתיים בכל שנה מחדש, הם מצריכים פחות מעברים של מכונות חקלאיות על פני השדה וכן פחות שימוש במדבירים ובדשנים, מה שמפחית את השימוש בדלק. כך מפחיתים הצמחים את כמות הפחמן הדו-חמצני באוויר ובד בבד משפרים את פוריות הקרקע.

עלות קוטלי העשבים הנדרשים להפקת יבול מצמחים חד-שנתיים גדולה פי ארבעה לפחות מזו שנצרכת להפקת יבול מצמחים רב-שנתיים, ויכולה להגיע עד פי 8.5. ולכן, צמצום התשומות במערכות רב-שנתיות יפחית את ההוצאות הכספיות של החקלאים. גם חיות הבר יצאו נשכרות. לדוגמה, נמצא שאוכלוסיות של ציפורים צפופות פי שבעה בשדות תבואה רב-שנתית מאשר בשדות תבואה חד-שנתית. והעובדה החשובה מכולן אולי לעולם הרעב: צמחים רב-שנתיים הרבה יותר מתאימים לעיבוד בר קיימא באדמות קשות לעיבוד, שאיכות הקרקע שלהן נמוכה מלכתחילה או שצפויה להידרדר מהר לאחר שנים אחדות של גידולים חד-שנתיים אינטנסיביים.

כל הטעמים האלה הביאו בחמש השנים האחרונות משביחי צמחים בארצות הברית ובמקומות אחרים לפתוח במחקרי השבחה ובתכניות הכלאה שמטרתם לפתח גרסה רב-שנתית של חיטה, סורגום, חמניות, עשב חיטה ומינים אחרים. לעומת מחקרים בגידולים חד-שנתיים, פיתוח הדגנים הרב-שנתיים עדיין בחיתוליו. ואולם, בזכות הפיתוחים החשובים בהשבחת צמחים בעשרים-שלושים השנים האחרונות יש סיכוי טוב שנצליח לפתח דגנים עתירי תנובה בהיקף נרחב בתוך 25 עד 50 שנה.

מפתחי צמחי התבואה הרב-שנתיים משתמשים, ביסודו של דבר, באותן שתי שיטות שמשמשות מדענים אחרים העוסקים בחקלאות: תִרבות ישיר של צמחי בר והכלאת צמחי תבואה חד-שנתיים קיימים עם קרוביהם הלא מתורבתים. הטכניקות האלה יכולות להשלים זו את זו, אבל עם זאת כל אחת מהן כרוכה באתגרים וביתרונות משלה.

‏‏עשרת הגידולים הנפוצים ביותר

ב-2004, כיסו דגנים חד-שנתיים, קטניות אכילות, וגידולי זרעים להפקת שמן 80% מאדמות התנובה בעולם שיבולן נאסף. שלושת הדגנים מראש הרשימה כיסו יותר ממחצית השטח הזה.

סוג התבואה / אחוז השטח

חיטה 17.9%

אורז 12.5%

תירס 12.2%

פולי סויה 6%

שעורה 4.7%

דורה 3.5%

זרעי כותנה (לשמן) 2.9%

שעועית 2.9%

דוחן 2.8%

קנולה\חרדל 2.2%

עוזרים לאבולוציה

תִרבות ישיר של צמחי בר רב-שנתיים הוא הגישה הפשוטה והישירה יותר לפיתוח גידולים רב-שנתיים. בהסתמך על שיטות שעמדו במבחן הזמן, בוחנים משביחי הזנים את הבין הצמחים ובוררים מהם פרטים בעלי תכונות רצויות. כך הם מבקשים להגדיל את שכיחותם של הגנים האחראים לתכונות הרצויות, כגון הפרדה קלה של הגרעין מן המוץ, גרעינים גדולים שאינם נשברים, הגעה לבשלות בזמן אחיד, טעם ערב, גבעולים חזקים ותנובת גרעינים גבוהה. הרבה גידולי שדה בימינו, כמו תירס וחמניות, התמסרו ברצון לתִרבות כזה. האינדיאנים, למשל, הפכו את חמנית הבר בעלת התפרחת והגרעינים הקטנים לחמנית המוכרת לנו בעלת התפרחת והגרעינים הגדולים

תכניות לתִרבות פעיל של דגנים רב-שנתיים מתמקדות היום בעשב חיטה (Thinopyrum intermedium),, בחמנית מזן מקסמיליאן (Helianthus Maximiliani), במין ממשפחת השיטיים(Desmanthus Illinoensis) , ובמין רב-שנתי של פשתה. מכל אלה, תִרבותו של עשב החיטה, קרוב משפחה רב-שנתי של החיטה, מצוי אולי בשלב הכי מתקדם.

כשמשתמשים בצמחי תבואה חד-שנתיים תרבותיים לפיתוח צמח רב-שנתי, עושים הכלאות "רחוקות" - כופים זיווג בין מיני צמחים שונים - כדי לקבל צמח שמשתלבות בו התכונות הטובות ביותר של החד-שנתי התרבותי ושל שארו הרב-שנתי מן הבר. לתבואות התרבותיות כבר יש תכונות רצויות כמו תנובה גבוהה, ואילו קרוביהן הלא מתורבתים יכולים לתרום גרסאות גנטיות לתכונות כמו צמיחה רב-שנתית, חוסן ועמידות בפני מזיקים ומחלות.

מתוך 13 הדגנים וגידולי השמן הנפוצים ביותר בחקלאות, 10 ניתנים להכלאה עם קרובים רב-שנתיים, לדברי משביח הצמחים ט' סטן קוקס מ"מכון הקרקע" (Land Institute), מוסד ללא כוונת רווח בקנזס לפיתוח חקלאות בת קיימא, שג'קסון הוא ממייסדיו. יש היום בארצות הברית תכניות אחדות להשבחת זנים העוסקות בהכלאות בין מינים שונים ובין סוגים שונים, כדי לפתח זנים רב-שנתיים של חיטה, סורגום, תירס, פשתה וחמנית. זה יותר מעשור שמדענים מאוניברסיטת מניטובה חוקרים את ניצול המשאבים במערכות רב-שנתיות, וכעת גם כמה מוסדות קנדיים יצאו לדרך הארוכה של פיתוח דגנים רב-שנתיים. אוניברסיטת מערב אוסטרליה כבר הקימה תכנית לפיתוח חיטה רב-שנתית במסגרת "מרכז המחקר המשותף לתעשיות חקלאיות עתידיות" של אוסטרליה. כמו כן, מדענים ממכון המחקר ליבולי מזון בקונמינג שבסין ממשיכים בעבודה שהחלה בשנות ה-90 שמטרתה לפתח הכלאות של זני אורז רב-שנתיים למקומות גבוהים.

במכון הקרקע שוקדים המשביחים גם על תִרבות עשב חיטה רב-שנתי וגם על הכלאה בין מיני עשבי חיטה נבחרים (בייחוד, intermedium Th., Th. ponticum ו-Th. Elongatum) ובין מיני חיטה חד-שנתיים. כ-1,500 מכלואים כאלה ואלפים מצאצאיהם נסרקים עכשיו בניסיון לבודד את התכונות הרב-שנתיות שלהם. תהליך יצירת בני הכלאיים האלה הוא כשלעצמו עתיר עבודה ודורש זמן רב. כשמזהים המשביחים צמחים מועמדים להכלאה, עליהם לשקוד על החלפת גנים בין שני מינים נבדלים על ידי עשיית מניפולציות באבקנים כדי שיתקבלו מהם מכלואים רבים, וייבחר הצאצא בעל התכונות הרצויות. וכך שוב ושוב: הכלאה, ברירה וחוזר חלילה.

ובכל זאת, הכלאה היא אמצעי שעשוי להביא ליצירת צמח תבואה רב-שנתי מהר יותר מתִרבות, אף על פי שבדרך כלל יש להפעיל עוד טכנולוגיה להתגברות על אי התאמה גנטית בין הצמחים המוכלאים, ההורים. לדוגמה, לעתים קרובות זרע שנוצר בהכלאת שני מינים שאינם קרובים כל כך אינו מצליח לצמוח ולהתפתח עד הסוף. אפשר "להציל" מינים כאלה כמו שמצילים פגים: מגדלים אותם על מצע מלאכותי עד שהם מצמיחים שורשים ועלים, ואז מעבירים את הנבט לאדמה, שם יגדל כמו שאר הצמחים. אבל כשבני הכלאיים מגיעים לפרקם, האנומליות הגנטיות שלהם מתבטאות לא פעם בעקרות, אי יכולת לייצר זרעים.

מכלוא עקר למחצה או עקר לגמרי מתקבל בדרך כלל כתוצאה מאי התאמה בין הכרומוזומים של הוריו שבתוך כל תא ותא שלו. כדי לייצר ביציות או אבקנים, על הכרומוזומים שמקורם בשני ההורים להיערך זה מול זה ולהחליף מידע גנטי ביניהם במהלך המיוזה (תהליך שבו מחלקים תאי הרבייה את הכרומוזומים לשתיים ונערכים להתמזג עם תאים דומים מצמח אחר). אם הכרומוזום אינו מוצא כרומוזום מקביל, בשל השוני הגנטי בין ההורים, או שמספר הכרומוזומים מצד הורה אחד שונה ממספר הכרומוזומים שמצד ההורה השני, משתבשת היערכות הכרומוזומים זה מול זה במיוזה. על הבעיה הזאת אפשר להתגבר בכמה דרכים. מאחר שבדרך כלל מכלואים עקרים אינם יכולים לייצר תאי רבייה זכריים, אבל הם פוריים במידה כלשהי מבחינת תאי הרבייה הנקביים, אפשר להאביק אותם באבקנים של אחד מהוריהם, תהליך הקרוי הכלאה חוזרת (backcross), שעשוי להשיב את הפוריות. אסטרטגיה אחרת היא הכפלת מספר הכרומוזומים, תהליך שיכול לקרות מאליו או על ידי הוספת כימיקלים כדוגמת קולכיצין. בשתי השיטות אפשר אמנם לזווג את הכרומוזומים זוגות-זוגות, אבל לעתים קרובות אובדים במכלואי חיטה רב-שנתיים כרומוזומים בכל דור ודור, בייחוד כרומוזומים שמקורם בהורה הרב-שנתי.

בשל מאגרי הגנים הבעייתיים שנוצרים בהכלאות רחוקות, כשמזהים מכלואים רב-שנתיים פוריים יש תועלת בטכניקות ביוטכנולוגיות המגלות איזה הורה תרם חלק זה או אחר של גנום הצאצא. לדוגמה, בעזרת אחת הטכניקות האלה, היברידיזציה גנומית בצמח עצמו, אפשר להבחין בין הכרומוזומים של ההורה הרב-שנתי לאלה של ההורה החד-שנתי בעזרת צביעה פלואורסצנטית, וגם לזהות שיבושים כרומוזומיים, כגון היערכות מבנית בין כרומוזומים שאין ביניהם קרבה [ראו איור תחתון בעמוד הבא]. כלים אנליטיים כאלה עשויים לעזור בזירוז תכניות ההשבחה לאחר שהמשביחים מגלים את צירופי הכרומוזומים הרצויים והבלתי רצויים, בלי להיאלץ לוותר על האפשרות לגדל דגנים רב-שנתיים גידול אורגני, שבו אין מתירים צמחים שעברו הנדסה גנטית.

עוד שיטה חשובה להאצת השבחת הצמחים המסורתית ולשיפורה קרויה ברירה באמצעות סמן. רצפי דנ"א הקשורים בתכונות מסוימות משמשים סמנים שמאפשרים למשביחים לסרוק מכלואים כשהם עדיין נבטים בחיפוש אחר תכונות רצויות בלי לחכות עד שהצמח יגדל ויהיה לצמח בוגר. כרגע טרם זוהו סמנים מיוחדים להשבחת צמחים רב-שנתיים, אבל זה רק עניין של זמן. המדענים באוניברסיטה של מדינת וושינגטון, למשל, כבר גילו שהכרומוזום 4E בעשב החיטה מזן Th. Elongatum הכרחי לתכונה הרב-שנתית החשובה של חידוש הצמיחה לאחר תום מחזור של רביה זוויגית. אם יאתרו אזור מסוים ב-4E שהוא הגן או הגנים האחראים על התכונה הזאת, יגלו סמן דנ"א רלוונטי שיחסוך למשביחים שנה אחת של גידול כשהם מבקשים להעריך את טיבם של מכלואים.

עם זאת, הרב-שנתיות היא דרך חיים מורכבת שאינה מצטמצמת לתכונה אחת בלבד, ובוודאי שלא לגן יחיד. בגלל המורכבות הזאת, לא סביר ששינויים טרנסגניים (החדרת דנ"א זר) יועילו לפיתוח דגנים רב-שנתיים, לפחות לא בהתחלה. בהמשך התהליך, אפשר שטכנולוגיה טרנסגנית תעזור בשכלול תכונות פשוטות העוברות בתורשה. לדוגמה, אם עשב חיטה רב-שנתי מתורבת התפתח יפה, אבל עדיין אין לו הרכב נכון של גנים לייצור החלבון גלוטן, הנחוץ לזן איכותי, אפשר להחדיר לו גנים מתאימים מחיטה חד-שנתית.

פשרות ורווחים

אמנם כבר מגדלים בעולם גידולי שדה רב-שנתיים, וביניהם אספסת וקני סוכר למשל, אבל תנובת הגרעינים שלהם אינה יכולה להתחרות בזו של יבולי הדגן החד-שנתיים. לכאורה, הרעיון שצמחים יכולים גם להפנות משאבים לבנייה ולתחזוקה של מערכת שורשים רב-שנתית וגם להניב יבול טוב של גרעיני מאכל אולי נראה מנוגד לשכל הישר. הפחמן, שסופח הצמח בתהליך הפוטוסינתזה הוא חומר הגלם העיקרי שממנו נבנה הצמח, ועליו להקצות אפוא פחמן לחלקיו השונים.

החולקים על הסברה שרב-שנתיים יכולים להניב יבול גרעינים רב מתמקדים בפשרות פיזיולוגיות כגון זו המניחה שכמות הפחמן הזמינה לצמח קבועה ולפיכך הפחמן המוקצה לגרעינים תמיד יבוא על חשבון המבנים הנחוצים לקיום הרב-שנתי, כמו שורשים וקני-שורשים. המפקפקים גם מתעלמים לא פעם מן העובדה שלא לכל הצמחים הרב-שנתיים תוחלת חיים שווה. יש צמחי ערבה רב-שנתיים שמחזיקים מעמד 50 עד 100 שנה, ויש אחרים שחיים רק שנים אחדות. למזלם של המשביחים, צמחים הם אורגניזמים גמישים באופן יחסי: הם יכולים לשנות, בתגובה ללחץ הברירה, את גודלה של "עוגת" הפחמן הכוללת שלהם לפי תנאי הסביבה וגם לשנות את הקצאת הפרוסות.

מין רב-שנתי היפותטי, הצומח בר, יכול לחיות 20 שנה בסביבתו הטבעית והמאוד תחרותית ולייצר רק כמות מועטה של זרעים בכל שנה. עוגת הפחמן שלו קטנה, וחלק נכבד ממנה מוקצה למלחמה במזיקים ובמחלות, לתחרות על משאבים, ולעמידה בתנאים משתנים. כשבאים המשביחים ומעבירים את הצמח מסביבתו הטבעית המוגבלת במשאבים לסביבה מבוקרת, עוגת הפחמן הכוללת שלו גדלה פתאום, והצמח גדל.

עם הזמן, יכולים המשביחים גם לשנות את עובי פרוסות הפחמן בעוגה שתפחה וגדלה. השבחת הדגנים המודרנית שהייתה חלק מן "המהפכה הירוקה" והגברת הדישון, הגדילו פי שניים ויותר את תנובתם השנתית של דגנים חד-שנתיים רבים, והגדלת התנובה נעשתה בצמחים חד-שנתיים שאין להם מבני קיום רב-שנתי להקריב. המשביחים השיגו את תוספת התנובה המרשימה הזאת בתבואות חד-שנתיות, בין השאר, בברירת צמחים שמסת הגבעולים והעלים שלהם קטנה יחסית, ומשום כך הקצו יותר פחמן לייצור גרעינים.

אפשר להגדיל את התנובות בדרך דומה בלי להיפטר מן האיברים והמבנים הדרושים לדגן הרב-שנתי כדי לעבור את החורף. למעשה, רב-שנתיים רבים, הגדולים בסך הכול מחד-שנתיים, מציעים למשביחים יותר אפשרויות לשינוי ההקצאות לטובת ייצור גרעינים על חשבון הצימוח. יותר מזה, ייתכן שדגנים רב-שנתיים החיים רק 5 או 10 שנים הם שיתאימו לצורכי האדם.

במילים אחרות, הרב-שנתי הצומח בר אינו בהכרח "מגודל" מדי לסביבה חקלאית מבוקרת. הרבה מן הפחמן המוקצה למנגנוני ההישרדות של הצמח, כמו המנגנונים שמאפשרים לו לשרוד בצורת אחת במשך זמן מסוים, יוכל לעבור לייצור גרעינים.

כרמוזומים של מכלוא ניסיוני, צמח חיטה רב-שנתי, מסומנים בחומרים פלואורוסצנטיים כדי לגלות אם מקורם בעשב חיטה רב-שנתי (הירוקים) או בחיטה חד-שנתית (האדומים), שהם ההורים המוכלאים. הטכניקה הזאת עוזרת בזיהוי צירופי כרומוזומים רצויים ומבליטה אנומליות כגון כרומוזומים שהתערבבו (מסומנים בחצים).

חוות ירוקות יותר

אנחנו יכולים אפוא להתחיל לדמיין את היום, שיבוא אולי בעוד כ-50 שנה, שבו חקלאים בכל העולם יהלכו בשדות הדגנים הרב-שנתיים שלהם. החלקות האלה יתפקדו בדומה לערבות קנזס שבהן טייל וס ג'קסון, אבל גם יניבו מזון. מתחת לפני הקרקע, שורשים רב-שנתיים מסוגים שונים - מקצתם מזכירים את מבנה השורש השיפודי העמוק של האספסת ומקצתם דומים יותר לסבך העבות והסיבי של שורשי עשב החיטה - יצמחו אלה לצד אלה, וינצלו שכבות אדמה שונות. יהיה אפשר לגדל יחד צמחי תבואה שצומחים בעונות שונות, ולהאריך כך את עונת הגידול הכוללת. פחות תשומות ויותר גיוון ביולוגי ייטיבו גם הם עם הסביבה ועם חשבון הבנק של החקלאי.

התנאים העולמיים, מבחינת חקלאות, אקולוגיה, כלכלה ופוליטיקה, משתנים מהר בכיוונים שעשויים להביא להגברת המאמצים לפתח צמחי תבואה רב-שנתיים. לדוגמה, בעקבות הלחץ ההולך וגובר על ארצות הברית ואירופה לבטל או לקצץ בסובסידיות לחקלאות, התומכות בעיקר במערכות של גידולים חד-שנתיים, אולי יהיה אפשר להזרים יותר כספים למחקר צמחים רב-שנתיים. וככל שנוסקים מחירי האנרגיה וככל שמיטיבים יותר ויותר להבין את המחיר הכרוך בהרס הסביבה, כן גדלה האהדה הפוליטית להקצאת כספי ציבור לפרויקטים ארוכי טווח לצמצום צריכת משאבים ולדלדול קרקעות.

מכיוון שעוד רחוק היום שבו דגנים רב-שנתיים יהיו מוכנים לגידול מסחרי, משקיעים פרטיים נמנעים מלהשקיע בהם לעת עתה. לכן יש צורך במימון רחב היקף של ממשלות או של ארגונים פילנתרופיים כדי לגייס "מסה קריטית" של מדענים ותכניות מחקר. אמנם חברות המוכרות דשנים וחומרי הדברה לחקלאים עלולות להרוויח פחות ממכירות לחקלאים שמגדלים דגנים רב-שנתיים, אבל גם הן יסתגלו, קרוב לוודאי, לגידולים החדשים האלה ויציעו מוצרים ושירותים חדשים.

אין ספק שתפוקת הגרעינים השנתית תהיה חשובה גם עוד 50 שנה. יש צמחי תבואה, כמו סויה, שככל הנראה יהיה קשה להפכם לרב-שנתיים, וגידול הרב-שנתיים לא ימגר כליל בעיות כמו מחלות, עשבים שוטים וירידה בפוריות האדמה. אבל שורשים עמוקים נותנים יכולת התאוששות טובה. אם החקלאות המבוססת על תבואות רב-שנתיות תכה שורש עכשיו, לחקלאי העתיד יהיו יותר אפשרויות לבחור איפה לגדל ומה לגדל, כשהם מספקים בהתמדה מזון לאוכלוסיית העולם התלויה בהם ההולכת וגדלה.

‏‏גורם הפחמן

פוטנציאל ההתחממות של כדור הארץ של יבולים חקלאיים הוא ההפרש בין כמות גזי החממה שנפלטים לאטמוספרה בשל תשומות הפקת היבול ובין כמות הפחמן שמקבעים הצמחים באדמה. הפוטנציאל של צמחים רב-שנתיים שלילי, ולכן יש לצפות שהצמחים הסתגלניים יותר האלה, יעמדו טוב יותר מחד-שנתיים באקלים ההולך ומתחמם.

כמות הפחמן המתקבע באדמה (קילוגרם לעשרה דונם לשנה):

תבואות חד-שנתיות 0 עד 450

תבואות רב-שנתיות 320 עד 1,100

פוטנציאל התחממות כדור הארץ (שווה ערך לקילוגרם פחמן דו-חמצני לעשרה דונם לשנה)

תבואות חד-שנתיות 140 עד 1,140

תבואות רב-שנתיות 1,050- עד 200-

ההשפעה המשוערת על התנובה של עליית טמפרטורות של 8-3 מעלות צלזיוס (טון לעשרה דונם)

תבואות חד-שנתיות 1.5- עד 0.5-

תבואות רב-שנתיות 5+

מושגי מפתח

  • השימוש האינטנסיבי שהחקלאות המודרנית עושה באדמה הורס את הגיוון הביולוגי ואת המערכות האקולוגיות הטבעיות. ובינתיים האוכלוסייה האנושית הגדלה, שצפויה להגיע ל-8 או 10 מיליארד נפש בעשורים הבאים, תדרוש את הגדלת השטחים המעובדים.
  • החלפת גידולי שדה חד-עונתיים ברב-שנתיים תיצור מערכות שורשים גדולות שאוחזות באדמה ומשמרות אותה ותאפשר חקלאות במקומות שהיום נחשבים קשים לעיבוד.
  • האתגר כביר, אבל אם יצליחו מדעני הצמחים, יעמוד ההישג הזה בשורה אחת עם התִרבות הראשוני שמתרבתים בני האדם את הצמחים המיועדים למזון במשך 10,000 השנים האחרונות ויהיה מהפכני לא פחות.

עוד בנושא:

Perennial Grain Crops: An Agricultural Revolution. Edited by Jerry D. Glover and William Wilhelm. Special issue of Renewable Agriculture and Food Systems, Vol. 20, No. 1; March 2005.

Wes Jackson (35 Who Made a Difference). Craig Canine in special anniversary issue of Smithsonian, Vol. 36, No. 8, pages 81-82; November 2005.

Prospects for Developing Perennial Grain Crops. Thomas S. Cox, Jerry D. Glover, David L. Van Tassel, Cindy M. Cox and Lee D. DeHaan in BioScience, Vol. 56, No. 8, pages 649-659; August 2006.

Sustainable Development of the Agricultural Bio-Economy. Nicholas Jordan et al. in Science, Vol. 316, pages 1570-1571; June 15, 2007.

אתר האינטרנט של מכון הקרקע



אל האסופה תזונה ואנרגיה3

ביבליוגרפיה:
כותר: חקלאות העתיד : חזרה לשורשים?
מחברים: גלובר, ג'רי ד' ; קוקס, סינדי מ' ; רגנולד, ג'ון פ'
תאריך: דצמבר 2007 , גליון 2
שם כתב העת: סיינטיפיק אמריקן ישראל
עורכי כתב העת: אייזנברג, אלי  (ד"ר) ; מנס, אלכסנדר  (ד"ר)
הוצאה לאור: אורט ישראל. המינהל למו"פ ולהכשרה
הערות: 1. סיינטיפיק אמריקן ישראל יוצא לאור על ידי אורט ישראל, וביוזמתו של הרצל לאור.
הערות לפריט זה: 1. גליון מיוחד: מזון ותזונה.
2. ג'רי ד' גלובר (Glover) הוא אגרו-אקולוג ומנחה תלמידי מחקר ב"מכון הקרקע" בסלינה שבקנזס - ארגון ללא כוונת רווח המוקדש לחינוך ולמחקר בנושא חקלאות בת קיימא.
3. סינדי מ' קוקס (Cox) היא פתולוגית וגנטיקאית של צמחים המשתתפת בתכנית השבחת הצמחים שמפעיל המכון.
4. ג'ון פ' רגנולד (Reganold) הוא פרופסור בקתדרה למדעי הקרקע על שם ריג'נטס באוניברסיטת המדינה של וושינגטון שבפולמן, מתמחה בחקלאות בת קיימא.
הספרייה הוירטואלית מטח - המרכז לטכנולוגיה חינוכית