Всех много, а всего мало. Такой короткой и весьма утрированной фразой можно описать состояние нашей цивилизации и нехватки ресурсов. И это касается не только энергетических ресурсов, но и пищи. Выращивание сельскохозяйственных культур в нужном для людей количестве требует использования тех или иных техник, обеспечивающих хороший урожай, защиту от внешних факторов (погода, паразиты и т. д.) и, что немаловажно, сохранение окружающей среды. Рис является одним из лидеров по потреблению в мире следи сельхоз культур, Однако его выращивание сопряжено с рядом экологических, климатических и экономических нюансов. Группа ученых из Массачусетского университета в Амхерсте (США) провели исследование, в котором было установлено, что использование селена в наномасштабе позволяет снизить количество необходимых удобрений, улучшить питание и рост риса, а также повысить микробное разнообразие почвы и сократить выбросы парниковых газов. Как именно был использован селен, как работает данный метод, и насколько он эффективен? Ответы на эти вопросы мы найдем в докладе ученых.

Основа исследования

Глобальное потребление синтетических азотных (N) удобрений в настоящее время составляет около 110 миллионов тонн в год, что является уровнем, необходимым для поддержания беспрецедентного роста производства продовольствия, начавшегося со времён «зелёной революции». Однако эффективность использования азота (NUE от N use efficiency) при выращивании основных сельскохозяйственных культур остаётся низкой — обычно она составляет лишь от 40 до 60 %. В результате значительная часть внесённого азота не усваивается растениями. Неиспользованный азот накапливается в почве или загрязняет водные ресурсы, что приводит к серьёзной деградации окружающей среды. Кроме того, деятельность человека уже вывела планетарные пределы по отложению азота, связанного с выбросами аммиака (NH³), за безопасные границы. При этом, исходя из существующих сельскохозяйственных практик, для удовлетворения прогнозируемого роста мирового спроса на продовольствие на 50 % к 2050 году (вызванного увеличением численности населения) потребуется дальнейшее увеличение применения азотных удобрений.

Обеспечение достаточного уровня продовольственного производства при сохранении здоровья экосистем представляет собой глубокую и долгосрочную проблему. Особое место в этой дилемме занимает рисоводство, поскольку рис является основным продуктом питания для более чем 3.5 миллиардов человек, а его производство потребляет от 15 до 20 % всех мировых объёмов синтетических азотных удобрений. Таким образом, повышение эффективности использования азота в рисовых системах без снижения урожайности риса становится критически важной задачей.

Современные стратегии повышения NUE включают селекционные методы, оптимизацию внесения удобрений и так называемое 4R-управление питательными элементами (от right source, right rate, right time, right place, т.е. правильные источник, норма, время и место). Эти подходы доказали свою эффективность в снижении объёмов внесения и потерь азота при локальных полевых испытаниях. Однако данные методы имеют ограничения, связанные с высокой стоимостью реализации, затратами времени или ограниченной эффективностью. Поэтому становится необходимым разработка новых технологий, способных повысить NUE за счёт стимулирования роста растений и их устойчивости к стрессам, одновременно снижая потери азота и сохраняя высокую урожайность риса. Одним из наиболее перспективных направлений является использование нанотехнологий в сельском хозяйстве. Так, четырёхлетний полевой эксперимент показал, что внесение в почву наноматериалов Fe³O⁴ (в дозировке 6.3 кг/га в год) позволило снизить выбросы метана и закиси азота на 50 % и одновременно повысить урожайность риса на 25 %. Тем не менее механизмы, лежащие в основе этих улучшений — включая процессы снижения выбросов парниковых газов, повышения урожайности и взаимодействия в ризосфере — остаются недостаточно изученными. Более того, относительно большое количество вносимых наноматериалов Fe³O⁴ вызывает экологические опасения, поскольку было показано, что этот материал оказывает токсическое воздействие на почвенные микроорганизмы.

Применение наноматериалов в агрономии в основном осуществляется двумя способами: через корневое внесение и через внекорневую (листовую) обработку. При корневом внесении наноматериалы способны модулировать процессы в ризосфере, способствуя лучшему усвоению растениями жизненно важных элементов, включая азот. Напротив, при внекорневом способе наноматериалы могут ускорять перенос электронов при фотосинтезе за счёт преобразования света, тем самым напрямую повышая эффективность фотосинтеза и урожайность. Данный метод имеет ряд преимуществ, поскольку позволяет обойти геохимические ограничения почвы (такие как гетероагрегация, растворение и окислительно-восстановительные превращения) которые ограничивают биодоступность питательных веществ. Особенно важно, что внекорневая обработка требует значительно меньших доз наноматериалов, чем корневое внесение, что существенно снижает потенциальные экологические риски. Однако возможность синергетического усиления усвоения питательных веществ при использовании наноматериалов, применяемых через листья, за счёт взаимодействия надземной и подземной частей растений остаётся неизученной.

Селен (Se) является жизненно важным микроэлементом, обладающим доказанными иммуномодулирующими свойствами. По сравнению с традиционными селенсодержащими удобрениями, наноматериалы на основе селена (Se ENMs от Se engineered nanomaterials) демонстрируют высшую эффективность в регулировании усвоения растениями ключевых питательных элементов — азота (N), фосфора (P), магния (Mg) и железа (Fe).

Особенно примечательно, что при внекорневом применении наноматериалы Se ENMs превосходят традиционные методы, одновременно повышая урожайность и содержание селена в растениях, при этом избегая накопления вещества в почве и связанных с этим экологических рисков. Такое двойное преимущество обусловливает высокий рыночный спрос: потребители ценят селен-обогащённые продукты за их способность предотвращать заболевания, вызванные дефицитом селена (например, болезнь Кешана и болезнь Кашина—Бека), тогда как фермеры получают выгоду от роста стоимости и спроса на урожай. Эти данные поднимают ключевой научный вопрос: может ли внекорневая обработка наноматериалами селена (Se ENMs) повысить доступность азота за счёт взаимодействия между фотосинтетическими и корневыми процессами, что позволило бы сократить использование азотных удобрений при выращивании риса без потери урожайности?

Изображение №1

Для проверки этой гипотезы были проведены три полевых варианта опыта (схема выше):

1. Нормальное внесение азотных удобрений (CK);

2. Сниженное внесение азота (RF, на 30 % меньше, чем CK);

3. Сниженное внесение азота с добавлением наноматериалов селена (RF + Se ENMs).

Целями исследования были:

• количественная оценка реакции урожайности на применение Se ENMs при сниженных дозах азота;

• механистическое изучение взаимодействий фотосинтеза, корневых процессов и микробных сообществ;

• оценка экологических и экономических преимуществ технологии снижения азотного внесения с использованием наноматериалов селена.

Результаты исследования

Изображение №2

Для изучения влияния внекорневого применения наноматериалов селена (Se ENMs) на урожайность и качество риса в условиях снижения дозы азотных удобрений на 30 % были проведены полевые эксперименты. Теоретическая модель, объясняющая, каким образом внекорневая обработка Se ENMs способна повышать доступность азота, включает четыре взаимосвязанных процесса (схема выше). Было выдвинуто предположение, что внекорневая обработка Se ENMs может усиливать фотосинтез, что приводит к накоплению и нисходящему транспорту углеводов (1 на схеме). Ожидается, что этот процесс стимулирует рост корневой системы и усиливает выделение корневыми экссудатами органических соединений, которые, в свою очередь, привлекают полезные микроорганизмы ризосферы (2 на схеме). Предполагается также, что описанные выше динамические процессы в ризосфере активируют реакции трансформации азота, в результате чего увеличивается содержание доступных форм азота и повышается эффективность его поглощения и использования растениями (3 на схеме). Таким образом, улучшенное развитие корневой системы должно способствовать повышению продуктивного кущения риса, что в конечном итоге позволит сохранить урожайность даже при сниженных дозах азотных удобрений (4 на схеме). Для проверки предложенной модели была проведена серия экспериментальных испытаний, направленных на подтверждение каждого из указанных процессов.

Изображение №3

По сравнению с контрольным вариантом (CK) снижение дозы азотных удобрений на 30 % (вариант RF) привело к снижению интенсивности фотосинтеза риса на 77.7 % (3A). Однако при тех же условиях (RF) внекорневая обработка наноматериалами селена (Se ENMs) значительно повысила чистую скорость фотосинтеза на 40.3 % по сравнению с вариантом RF без обработки (3A). Это улучшение сопровождалось увеличением устьичной проводимости на 21.5 %, интенсивности транспирации на 11.1 % и внутриклеточной концентрации CO² на 18.7 %.

Селен (Se) и сера (S) принадлежат к одной группе Периодической системы и имеют сходные физиологические и химические свойства. Ранее было показано, что селен способен значительно усиливать активность киназ за счёт аллельной замены серы на селен, что связывают с повышенным синтезом ферредоксина и Fe/S-белков в растениях. Поэтому наблюдавшееся в варианте RF + Se ENMs повышение эффективности фотосинтеза ускоряло накопление углеводов в листьях риса — их содержание увеличилось на 20.9 % по сравнению с RF (3A). Этот результат согласуется с предыдущими данными, согласно которым воздействие Se ENMs приводило к росту содержания углеводов на 64.1 % у томатов черри за счёт усиления фотосинтеза. Таким образом, применение наноматериалов селена повышает уровень Fe/S-белков и ферредоксина, что, в свою очередь, усиливает фотосинтез и способствует накоплению углеводов в растениях.

Ключевые гены, ответственные за транспорт углеводов — SUT (от sucrose transporter, т.е. транспортер сахарозы) и SWEET (от sugars will eventually be exported transporter, т.е. транспортер сахаров) — оказались значительно активированы в варианте RF + Se ENMs по сравнению с RF (3B). В частности, относительные уровни экспрессии генов OsSUT1, OsSUT2, OsSWEET4, OsSWEET5, OsSWEET13 и OsSWEET14 увеличились на 139.6 %, 358.7 %, 231.8 %, 188.2 %, 32.4 % и 24.2 % соответственно по сравнению с контрольным вариантом (CK) (3B).

Гены OsSUT2, OsSWEET13 и OsSWEET14 участвуют в перемещении больших количеств сахарозы в стебель, что приводит к значительному снижению экспортируемости сахаров. Ген OsSWEET4, локализованный в базальном эндоспермальном транспортном слое и на плазматической мембране, кодирует переносчик гексоз, необходимый для их поглощения. Ген OsSWEET5 предположительно участвует в накоплении запасов галактозы в стебель, корни и генеративные органы растения. Кроме того, гены OsBE1 (branching enzyme 1), кодирующий фермент ветвления крахмала, и OsSSIIa (starch synthase Iia), участвующий в синтезе амилопектина, были значительно повышены по экспрессии — на 230.1 % и 194.2 % соответственно по сравнению с контролем (CK) (3B). Таким образом, полученные результаты свидетельствуют о том, что в результате обработки Se ENMs не только усилился синтез углеводов, но и активизировались механизмы их транспорта внутри растения, что способствует оптимизации ризосферных процессов и обмена веществ.

Внесение наноматериалов селена (Se ENMs) привело к увеличению длины корней на 65.2 %, числа корневых кончиков на 56.3 %, площади поверхности корней на 75.1 % и объёма корней на 94.9 % по сравнению с вариантом RF (3C). Свежая и сухая масса корней также возросли на 66.4 % и 45.6 % соответственно при обработке Se ENMs по сравнению с RF. В то же время снижение дозы азота значительно подавляло развитие корневой системы. Одновременно внекорневая обработка Se ENMs способствовала активному транспорту углеводов и росту корней, что стимулировало секрецию корневыми выделениями органических веществ и обогащение органическим веществом ризосферную почву. По сравнению с группой RF, применение Se ENMs через листовую обработку привело к увеличению растворимого органического вещества (DOM от dissolved organic matter) в ризосфере на 30.4 % (3D). Предыдущие исследования показали, что Se ENMs могут вызывать секрецию органических кислот и аминокислот корнями риса, что в конечном итоге повышает уровень DOM в почве. Эти результаты позволяют сделать вывод, что Se ENMs усиливают синтез и транспорт углеводов, инициируя фотосинтез, что в дальнейшем стимулирует выделение корневыми экссудатами, улучшая состав и активность ризосферы.

Корневые экссудаты могут выполнять функции субстратов, сигнальных молекул или хемотаксических агентов, регулируя активность почвенных микроорганизмов и улучшая круговорот питательных веществ в почве. Ранее было показано, что Se ENMs стимулируют синтез и секрецию корневыми экссудатами риса, привлекая полезные микроорганизмы, такие как Bacillus и Pseudomonas, обладающие способностью фиксации азота и растворения фосфора. В настоящем исследовании, при обработке Se ENMs, относительная флуоресцентная интенсивность компонента 1 (связанного с биологическими побочными продуктами) увеличилась на 24.0 % (3D). Флуоресцентный индекс (FI от fluorescence index) и биолюминесцентный индекс (BIX от bioluminescence index), связанные с микробной активностью, возросли на 1.9 % и 3.9 % соответственно после применения Se ENMs, что указывает на более высокий вклад микробной активности в DOM в варианте RF + Se ENMs.

Эти данные свидетельствуют о том, что при сниженных дозах азота Se ENMs улучшали фотосинтез риса и стимулировали численность и активность микроорганизмов ризосферы. Анализ α-разнообразия ризосферных микроорганизмов показал отсутствие значимых различий между вариантами. Однако анализ β-разнообразия выявил существенные различия между группами обработки. На уровне родов, по сравнению с вариантом RF, обработка Se ENMs значительно увеличила относительную численность бактерий: Ellin6067 — на 52.3 %, Lysobacter — на 38.8 %, Sphingomonas — на 19.5 %, Gemmatimonas — на 95.2 % (3E).
Микроорганизмы Lysobacter и Gemmatimonas участвуют в нитрификации почвы, превращая аммоний (NH⁴₊-N) или нитрит (NO²₋-N) в нитрат (NO³₋-N), что повышает содержание доступного азота в почве. Ранее проведенные исследования показали, что повышение экспрессии генов нитрификации (amoB) связано с ростом численности Lysobacter. Ученые с помощью анализа сетей совместного встречаемости выявили сильную связь между общим содержанием азота в почве и численностью Gemmatimonas. Дополнительно Ellin6067 и Sphingomonas способствуют повышению доступности азота в почве и улучшают его поглощение корнями растений.

В целом, результаты исследования показывают, что внекорневая обработка наноматериалами селена (Se ENMs) усиливала транспорт углеводов из надземных частей растения в корневую систему, способствовала развитию корней и секреции корневыми экссудатами, а также модулировала состав микробного сообщества ризосферы риса.

Изображение №4

Применение наноматериалов селена (Se ENMs) вызвало значительные изменения в функциональных генах, отвечающих за микробные процессы трансформации азота в ризосферной почве. В частности, было зафиксировано увеличение экспрессии гена аммиоксидазы (amoA), гена, связанного с нитрификацией (nxrA), и гена, участвующего в диссимиляторном восстановлении нитратов до аммония (nrfA), на 336.1 %, 576.9 % и 433.8 % соответственно после внекорневого внесения Se ENMs по сравнению с контрольной группой RF. Напротив, экспрессия функциональных генов, связанных с процессом денитрификации (norZ2, norB, nirK, narK и napA), была существенно подавлена после применения Se ENMs по сравнению с группой RF. Эти результаты указывают на то, что наноматериалы селена способствовали усилению процессов аммонификации и нитрификации в почве, одновременно ингибируя денитрификацию. При сниженных нормах азотных удобрений применение Se ENMs привело к значительному увеличению содержания доступного для растений азота в почве — на 14.8 % для NH⁴₊-N и на 15.1 % для NO³₋-N (4C). Одновременно было отмечено значительное повышение экспрессии семейств генов нитратных (NRT от nitrate transporter) и аммонийных (AMT от ammonium transporter) транспортеров, ответственных за поглощение и транспорт азота в корнях риса (4B).

По сравнению с контрольной группой RF, при применении наноматериалов селена (Se ENMs) уровень экспрессии генов OsNRT2.1, OsNRT2.2, OsNRT2.4 и OsNRT8.2 был повышен на 434.6 %, 298.2 %, 534.6 % и 134.9 % соответственно (4B). Ранее было показано, что эти гены кодируют высокоаффинные транспортеры нитратного азота (NO³₋-N) и играют важную роль в повышении эффективности использования азота (NUE) и ремобилизации нитратов у риса. Кроме того, экспрессия генов AMT1.1, AMT1.3, AMT3.2, AMT5.1 и AMT5.2 также была повышена на 50.3 %, 68.9 %, 440.6 %, 96.2 % и 65.7 % соответственно при применении Se ENMs по сравнению с обработкой RF (4B). Гены семейства AMT способствуют эффективному поглощению аммонийного азота (NH⁴₊-N).

Как и ожидалось, общее содержание азота в надземной и корневой частях риса было значительно ниже в группе RF по сравнению с контрольной (CK), получавшей полное удобрение. Однако различий между CK и RF + Se ENMs не наблюдалось (4A), что объясняется повышением экспрессии семейств генов (NRT и AMT), контролирующих поглощение и транспорт азота, а также развитием мощной корневой системы риса и активностью микроорганизмов (RB41, Ellin6067 и Sphingomonas), способствующих поглощению азота из почвы корнями растений.

Таким образом, полученные результаты подтверждают, что применение наноматериалов селена увеличивало содержание доступных форм азота в почве за счёт усиления процессов аммонификации и нитрификации при одновременном подавлении денитрификации. Наноматериалы усиливали естественные физиологические процессы растения (фотосинтетическую эффективность и формирование микробиома ризосферы), оптимизируя поглощение азота из почвы как при полном, так и при сниженных дозах удобрений. Одновременно наблюдалось значительное повышение экспрессии генов, участвующих в поглощении и транспорте доступного азота, что синергически способствовало улучшению усвоения и использования азота растениями.

Образование побегов кущения напрямую зависит от обеспеченности растений азотом: скорость их формирования и общее количество побегов увеличиваются при повышении эффективности использования азота растением. Количество побегов кущения на одно растение в вариантах CK и RF + Se ENMs было сопоставимым и значительно превышало показатель в группе RF (4D). Эффективность использования азота в трёх исследованных вариантах составила 38.7 %, 27.4 % и 48.3 % соответственно. Это указывает на то, что внекорневое применение наноматериалов селена существенно повышало NUE у риса (4E). Таким образом, установлено, что применение Se ENMs не оказывало отрицательного влияния на образование побегов кущения даже при снижении дозы азотных удобрений на 30 %.

Было показано, что усиленное поглощение и использование азота растением активирует транскрипционный фактор NGR5 (N-mediated tiller growth response 5), который способствует азот-зависимому привлечению комплекса PRC2 (polycomb repressive complex 2) и, как следствие, повышает экспрессию генов, участвующих в формировании побегов кущения. Кроме того, наноматериалы селена подавляют экспрессию генов, связанных с биосинтезом гиббереллинов, что приводит к снижению их продукции и ослаблению связывания между гиббереллином и его рецептором GID1 (GIBBERELLIN INSENSITIVE DWARF1). Это уменьшает деградацию белка NGR5 через протеасомный путь, вызываемую комплексом гиббереллин–GID1, тем самым способствуя кущению, индуцированному повышенным поглощением азота, и в итоге увеличивая количество продуктивных побегов. Таким образом, при сниженных дозах внесения азота применение наноматериалов селена способствует улучшению процессов кущения за счёт регуляции синтеза гиббереллинов и экспрессии связанных с ними генов.

Изображение №5

Результаты полевых экспериментов показали, что снижение внесения азотных удобрений на 30 % (вариант RF) приводило к значительному уменьшению урожайности риса: на 27.9 % по сравнению с контролем (CK). Однако внекорневое опрыскивание наноматериалами селена (Se ENMs) предотвращало это снижение урожайности (4F). Более детальный анализ показал, что применение Se ENMs увеличивало количество продуктивных побегов, число зёрен и массу тысячи зёрен на 3.0 %, 11.6 % и 3.9 % соответственно по сравнению с вариантом RF. Полевое исследование также подтвердило, что уменьшение дозы азотных удобрений при одновременном опрыскивании Se ENMs позволило сохранить продуктивность на уровне, сопоставимом с полным внесением удобрений (270 кг/га).

Кроме того, снижение азотного питания вызывало заметное ухудшение качества зерна риса (в частности, уменьшение содержания крахмала, белка и аминокислот; 5A и 5B). При применении Se ENMs качество зерна сохранялось на уровне, соответствующем полному удобрению (5A и 5B). Содержание селена в зерне риса после обработки Se ENMs увеличивалось на 286.7 % по сравнению с контролем CK (5C), достигая 39.5 мкг на 100 г. Результаты крупномасштабных полевых экспериментов также подтвердили, что Se ENMs повышали общее содержание крахмала, сырого белка, аминокислот и селена по сравнению с вариантом RF.

Следовательно, результаты двух полевых экспериментов показали, что внекорневое применение наноматериалов селена позволяет сократить использование азотных удобрений при выращивании риса, одновременно сохраняя урожайность и улучшая качество зерна.

Снижение внесения азотных удобрений на 30 % привело к уменьшению выбросов N²O, NH³ и CH⁴ на 13.2 %, 19.7 % и 19.6 % соответственно по сравнению с контролем (CK). Дополнительное опрыскивание наноматериалами селена (Se ENMs) ещё больше снижало эти выбросы: на 14.1 %, 4.3 % и 31.4 % соответственно (5D). Основной причиной снижения эмиссии метана (CH⁴) стало значительное увеличение численности метанотрофов (микроорганизмов, окисляющих метан), таких как Rokubacteriales и Latescibacterota. При воздействии Se ENMs их численность возросла на 45.5 % и 10.7 % соответственно по сравнению с контролем. Эти микроорганизмы эффективно окисляют CH⁴ в почве, тем самым препятствуя его выделению.

Снижение выбросов закиси азота (N²O) было частично обусловлено уменьшением дозы азотных удобрений, а также действием Se ENMs, которые повышали коэффициент использования азота благодаря стимуляции полезных микроорганизмов, фиксирующих азот в почве, активации экспрессии генов, связанных с трансформацией азота, и улучшению эффективности поглощения и использования азота растениями риса. Кроме того, важным фактором снижения эмиссии метана являлось ингибирование экспрессии генов, ответственных за процессы денитрификации.

По сравнению с предыдущими стратегиями регулирования дозы азотных удобрений, применение нанотехнологий позволило снизить общий объём выбросов реактивного азота на 39.9 %, что превышает ранее зарегистрированное снижение на 24 % при использовании стратегии изменения дозы азота.

Изображение №6

Общие выбросы парниковых газов при производстве риса в контроле (CK) составили 706.2 кг CO²-экв/т. Основным источником выбросов был метан (CH⁴) в процессе выращивания риса (87.2 % от общего объёма), за ним следовала энергия, затрачиваемая на производство азотных удобрений (16.9 %). Применение Se ENMs в сочетании с сокращением дозы азотных удобрений на 30 % снизило выбросы парниковых газов до 402.8 кг CO²-экв/т, что на 43.0 % меньше по сравнению с контролем. Основное снижение произошло за счёт уменьшения выбросов CH⁴ (335.3 кг CO²-экв/т при Se ENMs против 616.1 кг CO²-экв/т в контроле). Кроме того, выбросы парниковых газов, связанные с производством азотных удобрений (CO² и CH⁴), снизились на 30.9 %, а эмиссия N²O также уменьшилась на 30.9 %.

Помимо снижения негативного воздействия на окружающую среду, применение наноматериалов селена также приносило экономическую выгоду. Были сравнены затраты и доходы при обработке CK и Se ENMs (6C и 6D). В 2024 году чистая прибыль от производства 1 т риса в Китае составила $318.4. Применение Se ENMs могло увеличить чистую прибыль до $453.7, главным образом за счёт повышения качества риса, что позволяло увеличить его цену на 33.8 % по сравнению с обычным рисом, а также за счёт сокращения затрат на азотные удобрения на 30 % (с $37.0 до $25.5; 6C и 6D). Стоимость Se ENMs относительно низкая: всего $0.02 за расходные материалы и $2.1 за полевое обслуживание, включая затраты на наноматериалы и опрыскивание.

Для более детального ознакомления с нюансами исследования рекомендую заглянуть в доклад ученых и [дополнительные материалы](https://www.pnas.org/action/downloadSupplement?doi=10.1073 %2Fpnas.2508456122&file=pnas.2508456122.sapp.pdf) к нему.

Эпилог

В рассмотренном нами сегодня труде ученые нашли решение нехватки продовольствия в виде наноматериалов селена, которые могут разительным образом повлиять на выращивание риса.

Учитывая рост популяции планеты, вопрос нехватки продовольствия стоит весьма остро. Выращивание большого объема сельскохозяйственных культур, если не использовать современные технологии и никак не совершенствовать процесс, потребует много ресурсов, которых также всегда не хватает. Если же сместить внимание с попыток «сделать больше» на «сделать лучше», то ситуация становиться не столь мрачной.

В данном труде ученые провели комплексные исследования применения наноматериалов селена (Se) при выращивании риса и выявили множество положительных эффектов. Применение Se повышает эффективность использования азота растениями, способствует увеличению числа продуктивных побегов и улучшает качество зерна, при этом позволяя сохранять или даже увеличивать урожайность при снижении доз азотных удобрений.

Большая часть сельскохозяйственных культур потребляет лишь 40-60 % внесенного в них азота, что измеряется показателем NUE (от nitrogen use efficiency, т. е. эффективность использования азота). Если растения потребляют всего 40 %, то остальные 60 просто смывается в ручьи, озёра и океаны, вызывая эвтрофикацию, образование мёртвых зон и множество других экологических проблем. Не говоря уже об экономических потерях.

Еще одним минусом азота является его взаимодействие с невероятно сложным химическим составом и микроорганизмами почвы, что в конечном итоге приводит к значительному увеличению выбросов метана, аммиака и закиси азота, которые способствуют глобальному потеплению. Более того, сам синтез удобрений – это процесс, сопряженный с большим выбросом парниковых газов.

Применение селена позволило снизить негативное влияние азота на окружающую среду на 41 %, а экономическую выгоду повысить на 38.2 %. Такой ошеломительный результат был получен за счет того, что селен положительно влияет на фотосинтез растений, увеличивая его на 40 %, что приводит к большему поглощению CO² и преобразованию его в углеводы. Они затем поступают в корневую систему, способствуя ее росту. Более крупные и здоровые корни выделяют множество органических соединений, способствующих развитию полезных почвенных микробов, которые затем взаимодействуют с корнями риса, извлекая больше азота и аммония из почвы в растение, увеличивая его NUE с 30 до 48.3 %, снижая выбросы оксида азота и аммиака в атмосферу на 18.8–45.6 %.

Если использовать данную методику, то можно сократить объем необходимого азота на 30 %, что уже является отличным результатом. Развитие подобного рода методов, которые акцентируются на повышение эффективности, а не на количественном аспекте производства пищи, позволит не только выращивать больше сельскохозяйственных культур, но и снизить негативное влияние этого процесса на окружающую среду.

Немного рекламы

Спасибо, что остаетесь с нами. Вам нравятся наши статьи? Хотите видеть больше интересных материалов? Поддержите нас, оформив заказ или порекомендовав знакомым, облачные VPS для разработчиков от $4.99, уникальный аналог entry-level серверов, который был придуман нами для Вас: Вся правда о VPS (KVM) E5-2697 v3 (6 Cores) 10GB DDR4 480GB SSD 1Gbps от $19 или как правильно делить сервер? (доступны варианты с RAID1 и RAID10, до 24 ядер и до 40GB DDR4).

Dell R730xd в 2 раза дешевле в дата-центре Maincubes Tier IV в Амстердаме? Только у нас 2 х Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6GHz 14C 64GB DDR4 4x960GB SSD 1Gbps 100 ТВ от $199 в Нидерландах! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - от $99! Читайте о том Как построить инфраструктуру корп. класса c применением серверов Dell R730xd Е5-2650 v4 стоимостью 9000 евро за копейки?