Азотный парадокс: наука поможет снизить загрязнение от рисовых полей

Команда ученых выяснила, почему два ключевых аграрных региона Китая при одинаковой урожайности риса используют кардинально разное количество удобрений. Новое исследование показывает, что почвы на этих территориях высвобождают азот по–разному, и эти различия можно предсказать с помощью быстрых и недорогих лабораторных тестов. Открытие поможет фермерам адаптировать дозы удобрений к местным условиям, избегая их перерасхода при сохранении высоких урожаев.

Исследование было сосредоточено на рисовых полях в дельте реки Янцзы на востоке Китая и на северо-востоке страны. Оба региона производят сопоставимые объемы риса, но подход к удобрениям у них разный. За последние три десятилетия фермеры в дельте Янцзы вносили в среднем 279 кг азота на гектар в год, в то время как на северо-востоке – всего 159 кг на гектар, получая при этом практически идентичные урожаи.

Чтобы понять, как различается естественное азотное питание почв, ученые провели длительный эксперимент, имитируя условия затопленных полей. К удивлению, глеевые почвы дельты Янцзы, несмотря на более низкое общее содержание азота и органического углерода, высвободили почти на 30% больше минерального азота, чем черноземные почвы северо-востока. Это означает, что их природный потенциал обеспечения растений питанием значительно выше.

Большая часть азота высвобождалась на ранней стадии: около 85% в почвах дельты Янцзы и 65% на северо-востоке появились в первые две недели эксперимента. Это указывает на то, что значительная доля доступного азота находится в легко разлагаемых формах. Ученые установили, что для прогнозирования долгосрочного высвобождения азота в почвах дельты Янцзы достаточно семидневного анализа, тогда как для почв северо-востока требуется около 14 дней.

Региональные различия помогают объяснить, почему на северо-востоке Китая для достижения тех же урожаев требуется гораздо меньше удобрений. Эффективность их использования там выше – большее количество внесенного азота поглощается растениями, а не теряется, загрязняя воду и атмосферу. Как отметил один из авторов работы Сюй Чжао, «вместо того чтобы относиться ко всем рисовым полям одинаково», результаты исследования призывают к разработке «локально откалиброванных тестов на азот и рекомендаций по удобрениям».

На основе полученных данных можно создавать статистические модели, которые с высокой точностью (более 80%) предсказывают, сколько азота почва сама предоставит в течение вегетационного периода. Такие инструменты позволят рекомендовать фермерам более низкие, индивидуальные нормы внесения удобрений без риска для урожая. Это поможет «сократить внесение удобрений в районах с высоким уровнем почвенного азота и избежать недокорма в районах с низким», – поясняют исследователи.

Авторы признают, что их эксперименты проводились в контролируемых лабораторных условиях, и призывают к дальнейшим полевым испытаниям для проверки моделей в реальном климате. Тем не менее, работа закладывает научную основу для более точного управления азотом в двух важнейших рисоводческих регионах Китая, демонстрируя, как понимание «скрытой» динамики почвенных процессов может одновременно поддерживать продовольственную безопасность и защищать окружающую среду.