Управление уровнем удобрения почвы может повысить эффективность и продуктивность сельскохозяйственных культур

Современные культуры часто чрезмерно удобряют. Это повышает урожайность в краткосрочной перспективе, но вредит окружающей среде из-за стока питательных веществ и выбросов парниковых газов.

Кроме того, удобрения часто неэффективны, так как значительная их часть со временем связывается с частицами почвы и становится недоступной для растений.

Применение высоких доз легкорастворимых удобрений может обеспечить продуктивность, но ценой качества окружающей среды и устойчивости агроэкосистем. Эта стратегия часто приводит к появлению «ленивых» культур со слаборазвитой корневой системой и сниженной способностью усваивать питательные вещества из естественных запасов почвы.

Повышение устойчивости

В обширных лесах Канады деревья процветают на бедных питательными веществами почвах благодаря способности их глубоких корневых систем усваивать питательные вещества и воду. В естественных экосистемах растения эволюционировали и развили корневые стратегии для поглощения питательных веществ.

Один из способов — рост более крупных, сильных и активных корней, которые помогают получить больше питательных веществ из почвы. Иногда они объединяются с почвенными микроорганизмами, чтобы увеличить эту способность. Поглощая питательные вещества, корни также выделяют в почву определённые молекулы — корневые экссудаты.

Эти соединения способствуют разложению органического вещества и растворению частиц почвы, делая связанные питательные вещества доступными для усвоения корнями. Корневые экссудаты также являются источником энергии для почвенных микроорганизмов, что в долгосрочной перспективе способствует накоплению углерода в почве и улучшает её общее здоровье.

Исследуя обратную связь почва–растение в естественных экосистемах, учёные обнаружили, что небольшое сокращение удобрений может принести пользу культурам в долгосрочной перспективе. Снижение количества удобрений может увеличить выработку корневых экссудатов. Это усиливает способность растений самостоятельно поглощать питательные вещества, а не зависеть от внешних источников.

Повышая микробную активность в ризосфере (области вокруг корней растений) и выступая в качестве прямого источника углерода в почву, увеличение экссудатов также может способствовать здоровью почв.

Альтернативные стратегии

Азот и фосфор — два наиболее важных питательных вещества для роста растений, и это самые используемые удобрения в мире.

Команда почвоведов проанализировала 36 исследований, охватывающих 30 различных культур и почвенных контекстов. Учёные сравнили реакцию растений при двух условиях удобрения: обычное количество для максимизации урожая и уменьшенное количество, особенно азота и фосфора.

Было обнаружено, что сокращение фосфорных удобрений до половины повышает экссудацию корней на 30%, при этом снижая рост растений всего на 2%. В то же время сокращение азотных удобрений повышает экссудацию на 7%, но снижает рост растений на 20%.

Результаты показывают, что оптимизация использования фосфора в сельском хозяйстве может стимулировать более активные корневые системы и увеличить выработку экссудатов.

Типы почв

Оптимизация фосфорных удобрений для стимуляции экссудации без потери урожайности сильно зависит от типа почвы. Почвы в Британской Колумбии значительно отличаются от почв в Манитобе, Квебеке и Саскачеване, а влияние корневых экссудатов на усвоение питательных веществ и улавливание углерода варьируется в зависимости от условий почвы (pH, минералогия, влажность, текстура).

Поэтому предложенная стратегия — ограничение удобрений для максимизации корневой активности — должна быть протестирована в реальных условиях, с фермерами, на различных почвах и системах земледелия.

Следующим шагом станет изучение реакции корневой экссудации и её эффектов в различных почвенно-физико-химических и эко-культурных контекстах. Полевые испытания необходимы для адаптации этого подхода к местным условиям и обеспечения его эффективности и масштабируемости.