A termelés növekedésének nemcsak a meglévő termőterületen elért nagyobb termésből kell származni, hanem a víz vagy műtrágya arányos növekedése nélkül, és a klímaváltozás körülményei között. Egy jelentős növekedés a terméspotenciálban ezáltal szükségszerű, a víz és műtrágya hatékonyabb felhasználásával, hogy megteremtsük az élelmiszerbiztonságot és a környezet védelmét az elkövetkező évtizedekben.

Emberi népesség trendek

Az emberi népesség egész története szorosan összefüggött a növényi produkció változásával. Mintegy 10 000 évvel ezelőtt, amikor az emberek a táplálékhoz „vadászattal és gyűjtögetéssel" jutottak hozzá, a Földön mintegy 5 millió ember élt. A növények és állatok domesztikációjával a népesség csak kismértékben nőtt. Hozzávetőleg 5000 évvel ezelőtt, amikor elkezdődött a növénytermesztés és kis városállamokat hoztak létre, az emberi népesség elkezdett jelentősen emelkedni és elérték a 100 millió ember mérföldkövet a Földön. A népesség folyamatosan nőtt a világon a növénytermesztés kiterjedésével és fejlődésével.

1. ábra. A világ népessége 1950-től és előrejelzés 2050-re. A számok a grafikonon a népesség 20 éves intervallumokban (Sinclair és Weiss, 2010)

Az emberi népesség gyors növekedésének küszöbét a modern korban 1830 körül érték el, amikor az emberi népesség száma 1 milliárdra (109) nőtt. A növényi produkció növekedését főként a természetes területek művelésbe vonásával érték el. A növénytermesztés kiterjesztésének fontos régiója volt USA, Kanada és Ausztrália. A világ népessége megduplázódott 2 milliárdra 1930 körül. 1950 után, a modern tudományt és technológiát alkalmazták a növénytermesztésben, hogy lehetővé tegyék a produkció folytonos növekedését. Az emberi népesség újból megduplázódott 4 milliárdra 1975-re. A Zöld Forradalom, különösen Ázsiában és a megnövekedett produktivitás Dél Amerikában hozzájárult a gabona ellátottsághoz, hogy fenntartsa a népesség-növekedést. A világ lakossága 2012-ben 7 milliárd volt és folyamatosan nő mintegy 80 millióval évente. Az emberi népesség folyamatos növekedése az előrejelzések szerint eléri a 8 milliárdot 2025-re (1. ábra).

A növénytermesztés végső soron az alapja közel minden élelmiszernek és rostanyagnak, melyet az ember felhasznál. Következésképpen, a növénytermesztés fenntartása és fokozása az emberiség boldogulásának jelentős tényezője volt a múltban és lesz a jövőben világszerte.
A növénytermesztésre nehezedő nyomás a hatalmas emberi népességből eredően, óriási megterhelést jelent a környezetre.

Gabonafélék termésnövekedése

A cereáliák, melyek közül domináns a búza, a rizs és a kukorica, az emberi élelmiszerek (táplálékok) kalóriájának megközelítőleg 50%-át adják közvetlenül és jelentősen többet indirekt módon, a ceráliák takarmányként történő hasznosítása révén. Az elmúlt 20 évben a termésváltozás lineáris rátája a világon 25 kg ha-1 év-1 volt búzában, 38 kg ha-1 év-1 volt rizsben és 80 kg ha-1 év-1 volt kukoricában (2. ábra). A kukorica kivételével bizonyos régiókban, nincs bizonyíték a termés exponenciális növekedésére. A valóságban, a termésnövekedés relatív rátái csökkennek és kifejezve a 2007. évi termés viszonylatában, 0.9% év-1 búzára, 0.9% év-1 rizsre és 1.6% év-1 kukoricára.

2. ábra. A búza, a rizs és a kukorica termése világviszonylatban 1988 és 2007 között (FAOSTAT, 2009)

Potenciális, elérhető és tényleges termés

A gazdaság tényleges termése (FY) mellett, az elérhető termés (AY) és a potenciális termés (PY) egyaránt fontos fogalmak. A potenciális termés (PY) egy adaptálódott fajta termésére vonatkozik, amikor a legjobb agrotechnikával termesztjük és természetes kockázatok nélkül, mint amilyen a jégeső, fagy, vagy megdőlés, és víz, tápelem vagy biotikus stressz limitációk. A potenciális termés a legjobb fajta termése, amely egy adott termőhelyen rendelkezésre áll. Rendszerint reprezentál egy termesztési régiót, a környezet természetes forrásaival (fotoperiódus, napsugárzás, hőmérséklet, légnyomás és talajtípus) kifejezve (3. ábra).
A potenciális termést rendszerint a legjobb fajtákat és agrotechnikát magában foglaló szabadföldi kísérletekben határozzák meg. A potenciális termésben elért előrehaladást a fajták történeti sorozatának egymás melletti összehasonlításával mérjük, modern agrotechnikával és a biotikus stressz faktorok elleni védekezéssel. A potenciális termés ezáltal magában foglalja azt az előrehaladást, amely a fajta × agrotechnika pozitív interakcióból származik. Valóban, ez a kölcsönhatás fontos komponensévé vált a növény produktivitás növekedésének.

3. ábra. A potenciális, az elérhető és a tényleges termést befolyásoló fontosabb faktorok

A potenciális termés különbözik az elérhető terméstől (AY), amely megfelel a legjobb termésnek, amely elérhető a rendelkezésre álló legjobb technológia hatékony használatával. A tényleges termés a gazdaságban (FY) rendszerint az elérhető termés 60-80%-át jelenti; a különbség összefügg a fizikai környezettel, amely szuboptimális a legtöbb gazdaságban, valamint a műtrágyák és növényvédő szerek mérsékelt használatával a környezetkímélő termelésben. A terméshiány ezáltal egészen nagy lehet, különösen a kifejezetten marginális környezetben. Például, átlagosan 40%-os terméscsökkenést mutattak ki búzában a világ száraz környezetében. A legjobb termelők magas terméspotenciálú környezetben olyan terméseket érnek el, amely azonos szinten van a kísérleti állomások termésével, a többségük azonban elmarad ettől 2-3 t ha-1-ral a fontosabb gabonaféléknél.

4. ábra. A növénytermesztés fejlesztésének útjai a genetikai előrehaladáson keresztül növénynemesítéssel, a környezet szabályozásán keresztül agrotechnikával és integrációjukon át a genotípus × környezet interakció változásának szabályozásával
(Cooper és Hammer, 1996)

A korlátozott és változó termelési körülmények miatt rendszerint van egy FY és AY különbség és ökonómiai okok miatt mindig van egy AY és PY eltérés; itt ezeket az eltéréseket a FY százalékában fejezzük ki. A különbséget a FY és az AY között úgy definiálták, mint a hasznosítható terméshiányt. Megjegyezzük, hogy a növénynemesítés növeli a PY-t, azonban a nemesítés segíthet a PY és FY közötti eltérés csökkentésében is.

Genotípus × környezet × agrotechnika (G×E×M) kölcsönhatás

A növény teljesítményét (produkcióját) meghatározza a növény genotípusának és a termesztési rendszer környezeti feltételeinek együttes hatása. A növény teljesítményének javítása, hogy megfeleljen a növényi termékek iránti fokozódó igényeknek, egy állandó kihívás a növénykutatók részére. A növénynemesítők olyan kiváló genotípusok genetikai összetételének kutatásával közelítik meg ezt a kihívást, melyeknek jobb a teljesítménye a termesztési rendszer különböző környezetében, míg a növénytermesztők ugyanazt a célt követik, a nemesítők által előállított elit genotípusok agrotechnikájának optimalizálásával. Történelmileg, a növénynemesítés és a növénytermesztés (agrotechnika) együtt fejlődött, és mindegyik hozzájárult a növény teljesítményének javításához.

Berzsenyi Zoltán:
Növénytermesztés - Környezeti, növekedési és termésreakciók