Селен поможет сделать выращивание риса экологичнее и выгоднее

Выращивание риса – основной зерновой культуры для более чем 3,5 миллиардов человек – сопряжено с огромными экологическими, климатическими и экономическими издержками. Однако ситуация может измениться благодаря новому исследованию, проведенному учеными из Массачусетского университета в Амхерсте и китайского университета Цзяннань.

Команда исследователей показала, что применение селена в виде наночастиц позволяет сократить количество удобрений, необходимых для выращивания риса, при сохранении урожайности. Этот метод также повышает питательную ценность зерна, улучшает микробное разнообразие почвы и снижает выбросы парниковых газов. В статье, опубликованной в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, ученые впервые продемонстрировали, что технология эффективно работает в реальных полевых условиях.

«„Зеленая революция“ середины прошлого века значительно увеличила объемы сельскохозяйственного производства, – отмечает Баошань Син, один из руководителей исследования и профессор химии почв в Массачусетском университете. – Но эта революция выдыхается. Нам нужно найти способ исправить ее недостатки и заставить работать по-новому».

Одним из двигателей «Зеленой революции» стало изобретение синтетических азотных удобрений, поддерживающих высокую урожайность. Однако их производство дорого и энергозатратно, оно сопровождается выбросами большого количества углекислого газа, а значительная часть самих удобрений просто смывается с полей.

Большинство сельскохозяйственных культур усваивает лишь 40–60% вносимого азота. Этот показатель, известный как эффективность использования азота, для риса может составлять всего 30%. Это означает, что 70% удобрений, которые фермер вносит в почву, попадает в реки, озера и океаны, вызывая эвтрофикацию, образование «мертвых зон» и другие экологические проблемы. Кроме того, это означает, что 70% затрат на удобрения потрачены впустую. При взаимодействии с почвой азот также приводит к увеличению выбросов метана, аммиака и закиси азота – мощных парниковых газов.

Ученые обнаружили, что распыление наночастиц селена – элемента, необходимого для здоровья растений и человека, – на листья и стебли риса снижает негативное воздействие азотных удобрений на 41% и увеличивает экономическую выгоду на 38,2% на тонну риса по сравнению с традиционными методами.

«Мы использовали беспилотник для распыления суспензии наноселена на рис, растущий на заливном поле, – говорит Чуаньси Ван, ведущий автор исследования. – Такой прямой контакт позволяет растению усваивать селен гораздо эффективнее, чем если бы мы вносили его в почву».

Селен стимулирует фотосинтез, активность которого возрастает более чем на 40%. В результате растение поглощает больше CO2, превращая его в углеводы. Эти углеводы поступают в корневую систему, способствуя ее росту. Более крупные и здоровые корни выделяют органические соединения, которые питают полезные почвенные микробы. В свою очередь, эти микробы вступают в симбиоз с корнями риса, помогая им извлекать из почвы больше азота и аммония. Это повышает эффективность использования азота с 30% до 48,3% и сокращает выбросы закиси азота и аммиака в атмосферу на 18,8–45,6%.

Получая больше питательных веществ, рис дает более высокий урожай, а само зерно становится питательнее: в нем повышается уровень белка, некоторых незаменимых аминокислот и самого селена. Вдобавок ко всему, новый метод позволил фермерам сократить применение азотных удобрений на 30%. Учитывая, что на долю рисоводства приходится 15–20% мирового потребления азота, эта технология является многообещающим решением тройной угрозы: роста населения, изменения климата и увеличения затрат в сельском хозяйстве.