Управление уровнем удобрения почвы может повысить эффективность и продуктивность сельскохозяйственных культур

от

Современные сельскохозяйственные культуры часто удобряют чрезмерно, что в краткосрочной перспективе увеличивает урожайность, но также наносит вред окружающей среде из-за вымывания питательных веществ и выбросов парниковых газов.

Кроме того, удобрения часто неэффективны, поскольку большая часть внесённых удобрений со временем связывается с частицами почвы, делая их недоступными для растений.

Применение высоких доз легкорастворимых удобрений может обеспечить продуктивность сельскохозяйственных культур, но это происходит за счёт качества окружающей среды и устойчивости агроэкосистем. Такая стратегия внесения удобрений часто приводит к тому, что культуры становятся «ленивыми», с недостаточно развитыми корневыми системами и сниженной способностью усваивать питательные вещества из природных запасов почвы.

Исследования в области почвоведения и биогеохимии

Как почвовед и биогеохимик, я фокусируюсь на многомасштабных и междисциплинарных исследованиях почвенных систем. В обширных лесах Канады деревья процветают в бедных питательными веществами почвах благодаря способности их глубоких корневых систем добывать питательные вещества и воду.

В естественных экосистемах растения развили и выработали корневые стратегии, которые помогают им поглощать питательные вещества. Одним из способов является рост более крупных, сильных и активных корней, которые помогают им получать больше питательных веществ из почвы. Иногда они объединяются с почвенными микроорганизмами, чтобы повысить свою способность получать доступ к питательным веществам.

Корни поглощают питательные вещества, а также выделяют в почву определённые молекулы, называемые корневыми экссудатами. Эти соединения способствуют разрушению органического вещества и растворению частиц почвы, делая захваченные питательные вещества доступными для поглощения корнями растений. Корневые экссудаты также являются источником энергии для почвенных микроорганизмов, которые в дальнейшем способствуют накоплению углерода в почве и улучшают общее состояние здоровья почвы.

Лаборатория SoilRes3 в Университете Британской Колумбии

Лаборатория SoilRes3 в Университете Британской Колумбии проводит междисциплинарные исследования генезиса почв, чтобы выяснить, как микромасштабные процессы формируют макромасштабные свойства экосистем и их устойчивость. Основываясь на обратной связи между почвой и растениями, наша почвоведческая работа исследует сложные взаимоотношения между землёй и людьми в различных экокультурных контекстах с целью укрепления устойчивости экосистем, их сопротивляемости и способности к восстановлению.

Изучая обратную связь между почвой и растениями в естественных экосистемах, мы обнаружили, что использование немного меньшего количества удобрений может принести пользу культурам в долгосрочной перспективе. Уменьшив количество удобрений, мы можем увеличить производство корневых экссудатов. Это повышает способность растений усваивать питательные вещества самостоятельно, а не зависеть от внешних источников.

Увеличивая микробную активность в ризосфере (области, окружающей корни растений) и действуя как прямой источник углерода в почву, повышенные корневые экссудаты также способствуют оздоровлению почв.

Азот и фосфор — два наиболее важных питательных вещества для роста растений, и они являются наиболее используемыми удобрениями во всём мире. Наша команда учёных-почвоведов проанализировала 36 исследований, охватывающих 30 различных сельскохозяйственных культур и почвенных контекстов. Мы сравнили, как растения реагировали на два условия внесения удобрений: одно с обычным количеством удобрений для максимизации урожайности и другое с меньшим количеством удобрений, особенно азота и фосфора.

Мы обнаружили, что сокращение фосфорных удобрений наполовину увеличило корневые экссудаты на 30%, лишь незначительно снизив рост растений на 2%. В то же время сокращение азотных удобрений увеличивает корневые экссудаты на 7%, но снижает рост растений на 20%.

Наши выводы показывают, что оптимизация использования фосфора в сельском хозяйстве может стимулировать более активные корневые системы и увеличить производство экссудатов. Оптимизация фосфорных удобрений для увеличения корневых экссудатов без ущерба для урожайности во многом зависит от типа почвы.

Почвы в Британской Колумбии значительно отличаются от почв в Манитобе, Квебеке и Саскачеване, и воздействие корневых экссудатов на поглощение питательных веществ и захват углерода варьируется в зависимости от почвенных условий (pH почвы, минералогия, влажность, текстура).

Поэтому наша предложенная стратегия — ограничение использования удобрений для максимизации активности корней — должна быть проверена в реальных условиях, с фермерами, на различных почвах и в разных системах земледелия.

Следующим шагом будет изучение реакций корневых экссудатов и их воздействия в различных физико-химических и экокультурных контекстах. Полевые испытания необходимы для адаптации этого подхода к местным условиям и обеспечения его эффективности и масштабируемости.

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте