Зарина Рахимова 
Рост населения планеты и усиливающиеся изменения климата ставят под сомнение эффективность традиционного сельского хозяйства. Модель производства, чрезмерно зависящая от химических удобрений и пестицидов, не только усугубляет загрязнение окружающей среды, но и нарушает баланс микробных сообществ в почве, что в итоге снижает усвоение питательных веществ растениями.
Новые «зеленые» технологии, основанные на биоматериалах, открывают перспективы для оздоровления почв и повышения урожайности. Исследовательская группа под руководством профессора Ганга Вана из Китайского сельскохозяйственного университета обобщила данные о комплексном положительном эффекте микробных препаратов, наноматериалов и биоугля. Результаты их работы опубликованы в журнале Frontiers of Agricultural Science and Engineering.
Исследования показывают, что полезные почвенные бактерии значительно повышают эффективность использования питательных веществ, фиксируя азот из воздуха и переводя фосфор и калий в доступные для растений формы. Например, совместное внесение азотфиксирующих и фосфатмобилизующих бактерий увеличивает поглощение этих элементов пшеницей. Выделяемые микроорганизмами вещества также улучшают влагоудерживающую способность почвы, что помогает томатам расти в условиях засоления. Кроме того, эти бактерии способны очищать почву от тяжелых металлов, например, повышая скорость удаления хрома за счет биологического поглощения и трансформации.
Наноматериалы демонстрируют уникальные преимущества в точном земледелии. Наночастицы оксида железа стимулируют биологическую фиксацию азота у бобовых, увеличивая урожайность сои. Наночастицы кремния создают физический барьер, который препятствует проникновению патогенов и снижает заболеваемость томатов. Удобрения с нанокапсулами, высвобождающие питательные вещества постепенно, позволяют повысить эффективность использования азота и сократить нормы внесения по сравнению с традиционными аналогами. Примечательно, что в условиях засухи наноматериалы также помогают пшенице справляться со стрессом, регулируя ее антиоксидантную систему.
Биоуголь, получаемый при сжигании биомассы без доступа кислорода, действует как эффективный носитель углерода. Его пористая структура способна поглощать тяжелые металлы и служить «домом» для полезных микроорганизмов. Так, биоуголь из кукурузной соломы, обогащенный фосфатмобилизующими бактериями, увеличивает содержание доступного фосфора, способствует образованию почвенных агрегатов и повышает запасы органического углерода в черноземе. При восстановлении земель, нарушенных горнодобычей, совместное применение биоугля и марганцевокисляющих бактерий ускоряет удаление свинца и мышьяка.
Наибольшую выгоду приносит синергия этих трех компонентов. Комбинация микроорганизмов и наноматериалов повышает эффективность использования азота рисом, а совместное применение биоугля и микробов помогает восстановить ферментативную активность почвы на бывших рудниках. Ученые отмечают, что биоуголь продлевает жизнь микробным препаратам, а наноматериалы обеспечивают их целенаправленную доставку, повышая общую эффективность технологии.
Несмотря на огромный потенциал, широкое внедрение биоматериалов в сельское хозяйство сталкивается с рядом проблем. В будущем исследователям предстоит снизить стоимость их производства за счет оптимизации процессов, усовершенствовать систему оценки экологических рисков и добиться политической поддержки для перехода от лабораторных успехов к масштабному полевому применению.
Алексей Никулин 
Ерлан Жумабаев