Международная группа ученых выяснила, что кремниевые удобрения, которые считались эффективным средством для борьбы с накоплением мышьяка в рисе, могут давать обратный эффект. Исследование, опубликованное в журнале Plant and Soil, показало, что в зависимости от концентрации в почве и рельефа местности кремний может как снижать, так и повышать уровень этого канцерогена в зерне.
Рис, основной продукт питания для более чем половины населения мира, активно поглощает мышьяк из переувлажненной почвы на затопляемых полях. Ранее в агрономии преобладало мнение, что внесение кремния помогает решить эту проблему. Растение поглощает кремний и мышьяк через одни и те же транспортные каналы в корнях, поэтому считалось, что избыток кремния будет вытеснять токсичный элемент.
Исследователи из Китая и Швеции проанализировали более 100 пар образцов почвы и зерна риса из Азии, Америки и Австралии. C помощью машинного обучения и статистического моделирования они установили, что доступный кремний – действительно главный фактор, который влияет на содержание мышьяка в рисе. Однако эта зависимость оказалась нелинейной и проходит три фазы.
В почвах с изначально низким содержанием кремния его дополнительное внесение приводит к росту концентрации мышьяка в зерне. Ученые объясняют это тем, что кремний вытесняет связанный мышьяк с поверхности почвенных минералов в почвенный раствор, делая его более доступным для корней растения. При средних концентрациях кремния начинает доминировать другой механизм: на корнях риса формируется железистый налет, который задерживает мышьяк, и его поступление в растение сокращается. Наконец, в почвах, богатых кремнием, он эффективно конкурирует с мышьяком за поглощение корнями и укрепляет их барьерные функции, что приводит к значительному снижению концентрации канцерогена в зерне.
На процесс также влияют кислотность почвы, содержание соединений железа и рельеф местности. Моделирование показало, что повышенные концентрации мышьяка в рисе характерны для низин, где он скапливается вместе с потоками воды. Таким образом, одно и то же удобрение может по-разному действовать на террасе склона и на поле в долине.
Авторы исследования пришли к выводу, что универсальная рекомендация вносить кремний может усугубить проблему на полях с бедными этим элементом почвами. Для снижения уровня мышьяка в рисе требуется более точный подход: агрономы должны сначала проводить анализ почвы, чтобы определить, на какой из трех стадий находится конкретное поле, и уже на основе этих данных калибровать тип и дозировку удобрений.