Международная команда ученых из Массачусетского университета в Амхерсте и китайского Университета Цзяннань разработала революционную технологию для мирового рисоводства. Новаторский метод использует нанотехнологии для повышения эффективности усвоения азота растениями риса, что позволяет значительно сократить использование удобрений, сохраняя и даже увеличивая урожайность и качество зерна. Учитывая, что рис является основой рациона для более чем 3,5 миллиардов человек, это открытие имеет огромное значение для глобальной продовольственной безопасности и защиты окружающей среды.
Традиционное выращивание риса, ставшее наследием «Зеленой революции», связано с внесением большого количества синтетических азотных удобрений. Однако растения усваивают лишь около 30% азота, а остальные 70% попадают в окружающую среду. Это не только увеличивает расходы фермеров, но и приводит к серьезным экологическим проблемам: загрязнению водоемов, цветению воды и увеличению выбросов мощных парниковых газов, таких как закись азота, метан и аммиак.
В поисках решения этой проблемы исследователи обратились к селену — микроэлементу, важному для развития растений и здоровья человека. Используя сельскохозяйственные дроны, они распыляли наночастицы селена непосредственно на листья и стебли риса. Такой метод прямого внесения оказался гораздо эффективнее традиционного добавления в почву, обеспечив максимальное поглощение элемента растением.
Ключевая роль селена заключается в его способности стимулировать фотосинтез. Обработка наноселеном ускорила этот процесс более чем на 40%, что привело к активному синтезу углеводов. Эти углеводы направляются в корневую систему, способствуя ее росту и развитию. Мощные корни, в свою очередь, выделяют в почву органические соединения, которые создают благоприятную среду для полезных микроорганизмов. В симбиозе с корнями эти микробы помогают растению лучше усваивать азот, повышая его эффективность с 30% до впечатляющих 48,3%.
Экологические преимущества новой стратегии очевидны. Сокращение использования азотных удобрений на 30% не только снижает затраты фермеров, но и уменьшает вредные выбросы в атмосферу. По данным исследования, эмиссия закиси азота и аммиака сократилась в диапазоне от 18,8% до 45,6%, что является значительным вкладом в борьбу с изменением климата.
Наряду с экологическими выгодами технология продемонстрировала рост урожайности и улучшение питательных качеств риса. Растения дали больше зерна с повышенным содержанием белка, незаменимых аминокислот и самого селена. Такое двойное улучшение — урожайности и питательности — является важнейшим шагом к решению задач по обеспечению продовольствием растущего населения планеты.
Результаты исследования, опубликованные в престижном научном журнале «Proceedings of the National Academy of Sciences», были подтверждены в ходе полевых испытаний в китайском городе Куньшань. Это доказывает, что технология успешно работает в реальных сельскохозяйственных условиях. Профессор Баошань Син, один из авторов исследования, подчеркивает, что повышение эффективности использования азота имеет решающее значение для создания экологически устойчивых и экономически жизнеспособных аграрных систем.
Поскольку на долю риса приходится около 15–20% мирового потребления азотных удобрений, новая технология открывает путь к значительному снижению азотного загрязнения в глобальном масштабе. В будущем этот подход может быть адаптирован и для других зерновых культур, положив начало новому этапу точного и бережного земледелия.
