Современные методы выращивания риса, которым питается более половины населения мира, наносят ущерб планете. Интенсивное применение удобрений и пестицидов истощает почву, а затопленные чеки становятся крупным источником метана – парникового газа, значительно более мощного, чем углекислый газ. По мнению ученых из Национального университета Малайзии, решить проблему можно, объединив почвенную микробиологию и технологии точного земледелия. В обзоре, опубликованном в Journal of Agriculture and Food Research, они утверждают, что эти подходы полностью раскрывают свой потенциал только в рамках единой производственной системы.
Ключевая идея заключается в переосмыслении роли почвы. Авторы рассматривают почвенный микробиом – сообщество бактерий, грибов и других микроорганизмов – не как пассивную среду, а как главный фактор устойчивости агроэкосистемы. Эти микроорганизмы управляют круговоротом питательных веществ, регулируют рост растений, подавляют болезни и повышают устойчивость к засухе и засолению. Например, некоторые почвенные бактерии производят фермент АЦК-деаминазу. Он расщепляет предшественник этилена – гормона стресса, который при избытке замедляет рост корней. Благодаря этому корни риса продолжают развиваться и поглощать воду даже в неблагоприятных условиях.
Исследователи отмечают, что на смену препаратам с одиночными штаммами микроорганизмов, которые часто показывают нестабильные результаты в поле, приходят синтетические микробные сообщества (SynComs). В них объединяют организмы с взаимодополняющими функциями. Эксперименты подтверждают эффективность такого подхода. Так, во Вьетнаме использование бактерии Gluconacetobacter diazotrophicus позволило вдвое сократить норму внесения азотных удобрений без потери урожайности. В других опытах консорциум бактерий, устойчивых к алюминию, повысил урожайность риса на 26% на кислых почвах.
Параллельно аграрии внедряют цифровые технологии. Беспилотники с мультиспектральными и гиперспектральными сенсорами могут оценить содержание хлорофилла и азота в растениях, позволяя вносить удобрения точечно, только там, где это необходимо. Разрабатываются и «цифровые двойники» полей, которые интегрируют данные об окружающей среде с информацией об активности генов микробов в корневой зоне. Это позволяет принимать решения о поливе и подкормках с учетом не только влажности почвы, но и биологических процессов.
Среди других перспективных технологий – метод попеременного увлажнения и осушения, который сокращает выбросы метана почти на 48%, и использование биоугля. Биоуголь не только удерживает углерод в почве, но и служит каркасом для внесенных микробных сообществ, помогая им прижиться. Однако авторы признают и слабые места: микробные препараты не всегда предсказуемо работают в полевых условиях, а высокая стоимость цифрового оборудования делает его недоступным для многих мелких фермеров. Кроме того, использование генетически модифицированных микроорганизмов сталкивается с регуляторными барьерами, которые различаются в ЕС, США и Индии.
Главный вывод исследования состоит в том, что будущее рисоводства – не в какой-то одной технологии, а в их интеграции. Сенсоры помогут определить, где лучше приживутся микробные препараты, а искусственный интеллект подскажет оптимальное время для их внесения. Примером такого комплексного подхода может служить программа во Вьетнаме по созданию одного миллиона гектаров высококачественных рисовых полей с низким уровнем выбросов, которую поддерживает Международный исследовательский институт риса.