Учёные нашли способ выращивать более питательный рис, используя меньше удобрений

от

Выращивание риса — основного продукта питания более чем для 3,5 миллиарда человек по всему миру — сопряжено с чрезвычайно высокими экологическими, климатическими и экономическими издержками.

Однако ситуация может измениться благодаря новым исследованиям под руководством учёных из Университета Массачусетса в Амхерсте и Цзяннаньского университета в Китае. Они показали, что наноприменение элемента селена может уменьшить количество удобрений, необходимых для выращивания риса, при сохранении урожайности, повышении питательной ценности, улучшении микробного разнообразия почвы и сокращении выбросов парниковых газов.

В новой статье, опубликованной в Proceedings of the National Academy of Sciences, они впервые демонстрируют, что такие наноприменения работают в реальных условиях.

«Зелёная революция» значительно увеличила объёмы сельскохозяйственного производства в середине прошлого века, — говорит Баошань Син, заслуженный профессор Университета по вопросам окружающей среды и почвоведения, директор Сельскохозяйственной школы Стокбриджа при Массачусетском университете и соавтор нового исследования. — Но эта революция идёт на спад. Нам нужно придумать способ её усовершенствовать и заставить работать».

Часть того, что сделало «Зелёную революцию» такой революционной, — это изобретение синтетических азотсодержащих удобрений, которые могли поддерживать высокие урожаи сельскохозяйственных культур. Но их производство обходится дорого, они создают огромное количество углекислого газа, а значительная часть удобрений вымывается.

Большинство сельскохозяйственных культур используют только около 40–60% азота, внесённого в почву, — показатель, известный как эффективность использования азота (NUE). У риса этот показатель может достигать всего 30%, что означает, что 70% того, что фермер вносит на свои поля, вымывается в ручьи, озёра и океаны, вызывая эвтрофикацию, мёртвые зоны и ряд других экологических проблем.

Кроме того, при внесении азота в почву он взаимодействует с невероятно сложной химией почвы и микробами, что в конечном итоге приводит к значительному увеличению количества метана, аммиака и закиси азота — все эти вещества способствуют глобальному потеплению.

«Всем известно, что нам нужно повысить NUE, — говорит Син. — Вопрос в том, как это сделать?»

Баошань Син и его соавторы, включая ведущего автора Чуаньси Вана и другого старшего автора, Чжэнью Вана, профессоров экологических процессов и контроля загрязнения в Цзяннаньском университете, обнаружили, что наноселен, элемент, имеющий решающее значение для растений и здоровья человека, при нанесении на листья и стебли риса снижает негативное воздействие азотных удобрений на окружающую среду на 41% и увеличивает экономическую выгоду на 38,2% на тонну риса по сравнению с традиционными методами.

«Мы использовали беспилотный летательный аппарат, чтобы слегка опрыскать рис, растущий в чеке, суспензией наноселена, — говорит Ван. — Такой прямой контакт означает, что растение риса гораздо эффективнее поглощает селен, чем если бы мы вносили его в почву».

Селен стимулирует фотосинтез растений, который увеличился более чем на 40%. Повышенный фотосинтез означает, что растение поглощает больше CO₂, который затем превращается в углеводы. Эти углеводы поступают в корни растения, что вызывает их рост.

Более крупные и здоровые корни выделяют множество органических соединений, которые культивируют полезные микробы в почве, и именно эти микробы затем работают в симбиозе с корнями риса, вытягивая больше азота и аммония из почвы в растение, повышая его NUE с 30 до 48,3%, снижая при этом выбросы закиси азота и аммиака в атмосферу на 18,8–45,6%.

Благодаря большему количеству питательных веществ сам рис даёт более высокий урожай с более питательным зерном: уровень белка, некоторых критических аминокислот и селена также повысился.

Кроме того, Син, Ван и их коллеги обнаружили, что их применение наноселена позволило фермерам сократить внесение азота на 30%. Поскольку на выращивание риса приходится 15–20% от мирового потребления азота, этот новый метод имеет реальные перспективы помочь в решении тройной проблемы растущего населения, изменения климата и растущих экономических и экологических издержек сельского хозяйства.

Предоставлено Университетом Массачусетса в Амхерсте.

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте