Китайские агрономы выяснили, что эффективность азотных удобрений для пшеницы зависит не столько от их общего количества, сколько от распределения по разным слоям почвы. Исследование, опубликованное в журнале Plant and Soil, показывает, что корни растений на разной глубине выполняют разные функции, и традиционный подход к удобрению полей как однородной среды ведёт к перерасходу ресурсов и загрязнению среды.
Учёные из Аньхойского сельскохозяйственного университета провели двухлетний эксперимент с двумя популярными сортами озимой пшеницы. Растения выращивали в специальных трубах, которые позволили изучить корневую систему на разных глубинах, не повреждая её. Агрономы протестировали четыре дозы азота: от полного отсутствия до 360 кг на гектар. Оптимальной оказалась доза в 240 кг/га – она позволила увеличить урожайность более чем в два раза по сравнению с контрольной группой без удобрений. Такой результат был достигнут за счёт того, что у растений сформировалась более крупная и биохимически активная корневая система.
Дальнейшее увеличение дозы до 360 кг/га не повысило урожайность, а лишь снизило показатели эффективности усвоения азота. Излишки удобрений не поглощались растениями, а вымывались в более глубокие слои почвы. Исследователи зафиксировали, что концентрация нитратов резко снижалась на глубине более 40 см, что указывает на их утечку. Эта проблема особенно актуальна для бассейна реки Янцзы, где интенсивное земледелие сочетается с обильными осадками, что ускоряет загрязнение грунтовых вод.
Ключевые выводы работы связаны с тем, как по-разному работают корни на разной глубине. Оказалось, что с урожайностью сильнее всего коррелирует длина корней в горизонте 60–80 см – именно они добывают воду и питательные вещества из глубоких слоёв почвы. Объём корневой массы в слое 20–40 см, где скапливается основная часть нитратов, также важен для урожая. При этом ферменты, которые отвечают за переработку азота, наиболее активно работают в верхних 40 см почвы. На большей глубине их деятельность почти не влияет на то, как эффективно растение использует удобрения.
Результаты исследования говорят о необходимости пересмотреть стратегии удобрения полей. Вместо того чтобы равномерно распределять большие объёмы веществ, фермерам следует вносить умеренные дозы азота (в данном случае – около 240 кг/га), целенаправленно насыщая слой почвы в 20–40 см. Селекционерам, в свою очередь, стоит уделять внимание не только общей массе корней, но и их архитектуре: длине в глубоких слоях и объёму – в средних. Такой подход позволит повысить урожайность, сократить расходы на удобрения и снизить их негативное влияние на окружающую среду.