Сельское хозяйство может вступить в новую эру, где агрокультуры будут оценивать не только по объему урожая, но и по их экологическим функциям. Группа ученых предложила концепцию, которая рассматривает растения как многофункциональные организмы, способные одновременно давать пищу, поддерживать биоразнообразие, улучшать почву, регулировать водный баланс и повышать устойчивость к изменению климата. Такой подход бросает вызов традиционному представлению, что успешная культура – это в первую очередь высокоурожайная культура.
Авторы исследования, опубликованного в журнале npj Sustainable Agriculture, утверждают, что современная агрономия сводит оценку растений к узкому набору показателей: урожайность зерна, темпы роста, устойчивость к отдельным вредителям. Эти метрики важны, но они не учитывают более широкое биологическое воздейествие. Архитектура растения, его корневая система, период цветения и химический состав влияют на экосистемные процессы, выходящие далеко за рамки собранного урожая.
В центре новой концепции лежат так называемые растительные признаки – измеримые характеристики, которые определяют, как растение взаимодействует со средой. К ним относят глубину и плотность корней, площадь листьев, структуру кроны, эффективность использования азота и воды, а также выработку соединений, влияющих на микроорганизмы и травоядных животных. Связав эти признаки с процессами в экосистеме, исследователи смогут прогнозировать, какие культуры или их сочетания лучше подходят для конкретных экологических и социальных задач.
Подход позволяет наглядно оценить не только выгоды, но и компромиссы. Например, глубокая корневая система помогает растению добывать воду из нижних слоев почвы и сокращает эрозию, но требует от него больших затрат углерода и может усилить конкуренцию с соседними культурами. Густая крона подавляет сорняки, но способна повышать влажность, создавая благоприятные условия для развития некоторых болезней.
Такой взгляд изменит и селекцию. Сейчас селекционеры в основном стремятся к максимальной продуктивности в управляемых условиях. Многофункциональная селекционная стратегия будет по-прежнему нацелена на стабильный урожай, но наравне с ним будет оценивать эффективность использования ресурсов, пользу для почвы и совместимость с другими культурами. Вместо поиска универсального «суперсорта» селекционеры смогут разрабатывать растения, адаптированные к конкретным сочетаниям климата, почвы и агротехники.
Для фермеров это открывает новые возможности в проектировании полей. Комбинируя культуры с разными признаками – например, с поверхностными и глубокими корнями, – можно эффективнее использовать разные слои почвы. Совмещение растений с разными периодами роста снижает конкуренцию и дольше сохраняет почву покрытой. Успех таких комбинаций зависит от множества факторов: температуры, осадков, типа почвы и местных вредителей.
Основная сложность заключается в измерениях. Такие экосистемные услуги, как улучшение здоровья почвы или устойчивость к засухе, проявляются со временем и их сложнее измерить, чем объем урожая. Поэтому ученые призывают к созданию комплексных систем оценки, которые объединят физиологию растений, экологию, агрономию и анализ данных. По их мнению, будущее сельского хозяйства зависит не от поиска одной идеальной культуры, а от умения создавать сообщества растений, которые производят еду, одновременно укрепляя природные системы.