Селекция изменила использование воды озимой пшеницей по всей Европе

Почему это важно для продовольствия и воды

По всей Европе поля озимой пшеницы занимают миллионы гектаров и кормят сотни миллионов людей. В этом исследовании поставлен на первый взгляд простой, но важный вопрос: по мере того как селекционеры на протяжении прошлого века систематически повышали урожайность пшеницы, изменилось ли также количество воды, которое эти культуры забирают из почвы и возвращают в атмосферу? Ответ влияет не только на фермеров и продовольственную безопасность, но и на наше понимание водных циклов и климата в масштабах континента.

Старая пшеница, новая пшеница и скрытые признаки

Исследователи сосредоточились на двух немецких сортах озимой пшеницы, которые охватывают более чем столетие селекции: старом сорте, выпущенном в 1895 году, и современном сорте 2002 года, когда‑то широко выращиваемых. Предыдущие работы показали, что современная пшеница даёт больший урожай зерна благодаря изменениям в распределении биомассы, скорости развития и способности листьев улавливать свет. Менее очевидны изменения под землёй и физиологические отличия — такие как площадь листовой поверхности и «водопровод» корней — которые могут изменять суммарное водопотребление поля пшеницы за вегетационный период.

От опытных участков к карте Европы

Чтобы распутать эти эффекты, команда сначала откалибровала подробную модель культуры, используя данные из полевых экспериментов рядом с Бонном, Германия. Они измеряли, как оба сорта росли над и под землёй, как менялась их листовая площадь с течением времени и сколько воды они теряли путём транспирации, применяя датчики потока сока на стеблях пшеницы. Модель хорошо воспроизвела эти измерения, что добавило авторам уверенности для масштабирования. Затем модель запустили по основным зернопроизводящим регионам Европы на плотной сетке за 30 лет (1990–2020), снабдив её реалистичными погодными и почвенными данными и скорректировав сроки фаз развития для соответствия региональным условиям.

Как селекция изменила водопотребление

По всем локациям и годам современный сорт стабильно использовал меньше воды, чем его исторический аналог — в среднем примерно на 17% меньше транспирации за каждый вегетационный сезон. При этом современные растения давали сопоставимую или немного большую надземную биомассу, то есть эффективнее превращали воду в растительный материал. Наибольшие различия были в регионах с типично средиземноморским климатом с жарким сухим летом — особенно в частях Испании, южной Франции, Италии и Греции. Там более интенсивное водопотребление старого сорта в сочетании с низкими осадками и ограниченным запасом воды в почве приводило к значительно большему сезонному расходу воды по сравнению с современным сортом. За изученные три десятилетия оба сорта показали тенденцию к увеличению транспирации, главным образом из‑за повышения температур и усиления испарительной потребности, несмотря на рост концентрации углекислого газа, который на уровне листа обычно снижает потери воды.

Какие внутренние свойства растения имеют значение

Модель позволила исследователям выяснить, какие признаки растений лучше всего объясняют разницу в водопотреблении. Выделились три характеристики: листовая площадь, гидравлическая проводимость корней и сроки цветения. У современного сорта максимальная листовая площадь была заметно меньше, что уменьшало поверхность, с которой могла испаряться вода. Его корни также имели значительно меньшую гидравлическую проводимость, то есть вода менее охотно перемещалась из почвы в растение; этот эффект особенно важен в сухих регионах с высоким водным спросом. Фенология — timing ключевых стадий вроде цветения — сыграла меньшую, но всё ещё заметную роль, поскольку более длительный вегетационный период даёт больше времени для потерь воды. В совокупности эти признаки означают, что исторические сорта пшеницы склонны дольше продолжать транспирацию в сухих условиях, потенциально более ранне исчерпывая запасы влаги в почве.

Что это значит для сельского хозяйства и климата

Сравнивая сценарии модели, в которых менялся только сорт, авторы обнаружили, что физиологические сдвиги, связанные с селекцией пшеницы, могут изменить континентальные потоки воды на величину, сопоставимую с крупными управленческими решениями, такими как ввод орошения в моделях. Поскольку пшеница занимает примерно 4% площади Европы, снижение транспирации на 17% между старым и современным сортами вносит ощутимые сдвиги в региональные обмены воды и энергии, которые текущие климатические и гидрологические модели часто не учитывают. Исследование делает вывод, что современная селекция улучшила эффективность использования воды, не увеличив суммарное водопотребление, и что такие признаки, как листовая площадь и гидравлика корней, заслуживают большего внимания в дальнейшей селекции пшеницы. В более широком смысле работа утверждает, что крупномасштабные земельные и климатические модели должны отражать особенности отдельных сортов, а не только обобщённую «пшеницу», если мы хотим надёжно прогнозировать взаимодействие сельского хозяйства и атмосферы в мире, который становится теплее и суше.

Цитирование: Behrend, D., Nguyen, T.H., Baca Cabrera, J.C. et al. Breeding changes water use of winter wheat across Europe. npj Sustain. Agric. 4, 29 (2026). https://doi.org/10.1038/s44264-026-00135-y

Ключевые слова: озимая пшеница, селекция культур, транспирация, эффективность использования воды, сельское хозяйство Европы