Заглянуть в завтра
Когда осенние полевые работы завершены, у сельхозпроизводителей появляется время, чтобы подвести итоги сезона и подумать о сезоне предстоящем. Вероятно, что в новом аграрном сезоне активнее будут применяться инновационные технологии и решения.
Сельское хозяйство для космоса
Академия сельскохозяйственных наук Китая ведет работы по созданию картофеля для питания в космосе. В статье, опубликованной в журнале Nature Communications, китайские исследователи представили свои исследования.
Юнмин Лю и его коллеги полагают, что создать «космический картофель» можно с помощью генной инженерии. Ученые разработали специальную технологию — Whole-Body Edible and Elite Plant (WBEEP) для выращивания урожая прямо в космосе. Китайские исследователи предлагают выращивать в космосе картофель, предварительно его изменив. Прежде всего, предлагается сделать картофельную ботву съедобной, подавив гены, ответственные за накопление соланина. В рамках исследования планируется также сделать картофель более питательной и витаминизированной культурой благодаря изменению собственного метаболизма растения.
Длительные космические путешествия и колонизация планет, создание эффективной системы космического земледелия, вероятно, дело не самого близкого будущего. На международной космической станции пока выращивают только салат и горчицу. Однако, сельхозкультуры, разработанные по технологии WBEEP, вероятно, будут использованы для выращивания урожая на Земле в ближайшем будущем.
Диагноз для почвы
Чтобы оценить состояние почвы – ее агрегацию, микробную активность, питательные вещества, кислотность и другие параметры – нужно провести различные анализы с помощью сразу нескольких методов и индикаторов. Такое полномасштабное исследование довольно дорогостояще в большинстве стран. Общества почвоведов Америки в своем журнале представило исследование по оценке состояния почвы. Исследователи полагают, что можно определить состояния почвы с помощью смыва углекислым газом.
«Измерение смыва углекислого газа — это просто и недорого», — считает Упендра Сайнджу, один из авторов исследования. «Мы доказали, что выброс углекислого газа связан с устойчивостью и долгосрочным урожаем».
Измерение количества углекислого газа, смываемого после повторного заболачивания сухой почвы – метод известный. К образцу сухой почвы добавляется вода, образец проходит инкубацию в течение одного дня в банке. Выделяющийся внутри углекислый газ указывает на микробную активность в почве: чем выше количество смыва углекислым газом, тем здоровее почва. Американские исследователи смогли усовершенствовать технологию и связать результаты этого теста с большим количеством свойств почвы. Еще одним преимуществом этого метода, по мнению авторов исследования, является его широкая доступность. Для его проведения не требуется никаких дополнительных химикатов. Исследователям при проведении анализов потребовался только инфракрасный анализатор.
Сайнджу и его коллеги планируют протестировать этот метод в краткосрочных экспериментах на засушливых и орошаемых землях. Также будут расширены методы в различных почвенно-климатических условиях в разных регионах.
Удобрение из цианобактерий
Рост цен на минеральные удобрения подталкивает производителей к более широкому применению биоудобрений. Одно из них предлагают австралийские исследователи, которые изучают производство экологически безопасных органических азотных удобрений из водных цианобактерий. Такое удобрение не только меньше зависит от дорожающего исходного сырья, но и может использоваться на сильно деградированных почвах, где химические удобрения уже бесполезны.
Новое биоудобрение производится из быстрорастущей пресноводной цианобактерии Tolypothrix, которое может фиксировать азот из атмосферы. Это делает производство биомассы недорогим по сравнению с биоудобрениями из водорослей.
В статье журнала Chemosphere доктор Хейманн и его коллеги из Австралии, США и Испании отметили, что это решение обещает высокую экономическую отдачу.
«Австралийские почвы, особенно в отдельных местах, структурно деградированы, что не может быть преодолено применением синтетических удобрений», — говорит доктор Хейманн.- «Для улучшения структуры почвы требуется внесение органического углерода, чтобы восстановить способность почвы поддерживать здоровый микробиом почвы и улучшить катионный обмен питательных веществ и способность удерживать воду».
Сама цианобактериальная биомасса, которая может производиться в небольших прудах, станет источником возобновляемых азотных удобрений на месте. А, кроме этого, поможет сократить выбросы углерода при производстве и транспортировке химических удобрений.
Исследовательская группа обнаружила, что нетоксичные сине-зеленые водоросли можно выращивать в пресной воде и даже в слегка засоленных или промышленных сточных водах, таких как угольные электростанции.
Смешанные посевы
Бинарные или двойные посевы привлекают внимание фермеров на протяжении последних лет. Исследовательская команда под руководством профессора ETH Zurich Кристиана Шёба доказала, что смешанные культуры на самом деле дают гораздо более высокий урожай, чем монокультуры в пахотном земледелии. Их исследование было опубликовано в журнале Nature Plants.
Исследователи создали два испытательных сада: один в Швейцарии, в кампусе Цюрихского университета в Ирчеле, а другой в испанской провинции Эстремадура с более сухим и теплым климатом. В рамках эксперимента исследователи протестировали смеси двух или четырех различных культур, включая пшеницу, овес, киноа, чечевицу, люпин, лен и «ложный лен» (масличные семена, похожие на рапс), а также кориандр. Семена разных видов высевали на расстоянии 12 см друг от друга чередующимися параллельными рядами.
Исследователи сравнили массу семян смешанных культур с массой семян монокультур. Они также измерили биомассу растений на основе их роста над землей.
По сравнению с монокультурным урожаем даже смесь двух видов сельхозкультур повысила урожайность на 3 процента в Испании и на 21 процент в Швейцарии. Там, где исследователи высеяли четыре вида рядом друг с другом, прирост урожая составил 13 и 44 процента в Испании и Швейцарии соответственно.
Исследователи объяснили, что этот дополнительный урожай в первую очередь связан с эффектом биоразнообразия: большее разнообразие растений приводит к лучшему использованию доступных ресурсов и более эффективной естественной борьбе с вредителями — эксперименты проводились без пестицидов.
Однако исследователи также отметили, что у растений в смешанных культурах появилось больше листьев или стеблей, чем в монокультурах. Другими словами, растения вкладывали больше энергии и вещества в производство растительной биомассы и пропорционально меньше — в производство семян.
Шёб объяснил этот факт тем, что растения вкладывали больше энергии в создание растительной биомассы. «Семена, которые мы использовали в эксперименте, выращивались специально для монокультур. Это означает, что растения созданы так, чтобы работать лучше всего, когда они растут среди других растений того же сорта». Шёб считает вероятным, что потенциал дополнительного урожая еще больше, если использовать семена для выращивания смешанных культур. Однако, в настоящее время никакие семена не производятся и не продаются специально для использования в смешанных посевах. Поэтому исследователи занялись сбором и тестированием семян в собственных экспериментах. «Мы хотим повторить наши эксперименты с использованием этих семян собственного производства, чтобы мы могли проверить, действительно ли отбор в смешанной культуре приносит плоды», — говорит Шёб.
Еще одним барьером на пути широкого применения технологии смешанных посевов является недостаток сельхозтехники, способной собирать разные культуры одновременно, а также разделять разные продукты урожая. «Эти машины существуют, но их очень мало, не говоря уже о дорогих. В настоящее время на них просто слишком мало спроса», — говорит Шёб.
Исследователи полагают, что вместе с оптимизированными семенами и подходящими машинами смешанные культуры предоставят фермерам новые реальные возможности для высоких урожаев будущего.
Память о жаре
Засуха и тепловой стресс, похоже, становятся ежегодными проблемами для сельхозпроизводителей. Помочь вырастить урожай даже в таких стрессовых условиях поможет результат недавнего японского исследования. Оказалось, что растения адаптируются к тепловому стрессу посредством особого механизма «памяти».
Статья, опубликованная в Nature Communications исследователями из Института науки и технологий Нара (Японии), рассказывает о том, как семейство белков, контролирующих небольшие гены теплового шока, позволяет растениям «запоминать», как бороться с тепловым стрессом.
Ведущий автор исследования Нобутоши Ямагути, полагает, что эту память можно и нужно использовать: «После того, как растения подверглись умеренному тепловому стрессу, они становятся толерантными и могут адаптироваться к дальнейшему тепловому стрессу».
«Мы хотели узнать, как растения сохраняют память об изменениях окружающей среды», — объясняет Тоширо Ито, один из автор исследования. — «Мы изучили роль белков JUMONJI (JMJ) в приобретении термостойкости в ответ на повторяющуюся жару в течение нескольких дней».
Команда обнаружила, что растения способны поддерживать тепловую память из-за пониженного H3K27me3 (триметилирование гистона H3 лизина 27). «Мы обнаружили, что эти белки необходимы для акклиматизации Arabidopsis thaliana к теплу. Эти результаты, наряду с будущими исследованиями, еще больше прояснят механизмы памяти и адаптации растений », — считает Ямагути.
По мнению японских исследователей, понимание механизма «тепловой памяти», выявленного в этом исследовании, поможет в дальнейшем защищать растения от температурного стресса и обеспечивать урожай даже условиях более высоких температур.
