Венгерские исследователи доказали, что солоноватая вода аквакультуры не только не нанесла вреда солеустойчивому сорго, но и повысила урожайность. Это дает идеи для развития сельского хозяйства на деградировавших и засоленных территориях.
Портал AgroXXI.ru ознакомился со статьей коллектива исследователей из Венгерского университета сельского хозяйства и естественных наук, которые в сотрудничестве с коллегами селекционной компании Pannon Genetic разработали систему водосберегающего производства сорго, сопряженную с аквакультурой африканского сома.
В глобальном масштабе сельскому хозяйство нужно много пресной воды, при этом оценки показывают, что почти 70% от общего забора воды связано с использованием в АПК. Этот сектор остается основополагающим для систем производства продовольствия и необходим для поддержания глобальных цепочек поставок продовольствия.
В настоящее время общая площадь земель, пригодных для сельскохозяйственного использования, оценивается приблизительно в 1,5 миллиарда гектаров, из которых около 23% — приблизительно 355 миллионов гектаров — орошаются.
Несмотря на свою относительно небольшую долю, орошаемые земли обеспечивают около 40% мирового производства продовольствия, тогда как оставшиеся 83% (приблизительно 1,25 миллиарда гектаров), которые зависят исключительно от осадков, производят лишь около 60%.
Во всем мире ирригационная инфраструктура была создана примерно на 355 миллионах гектаров земли, обслуживая различные сектора, причем сельское хозяйство является преобладающим пользователем.
Однако около 20% этих территорий — около 62 миллионов гектаров — уже затронуты значительным накоплением соли и натрия, что отрицательно влияет на плодородие почвы, удержание воды и поглощение питательных веществ растениями.
Деградация почвы из-за засоления связана со значительным снижением урожайности сельскохозяйственных культур во всем мире, что приводит к предполагаемым ежегодным экономическим потерям в размере 27,3 миллиарда долларов США.
Эта проблема усугубляется усиливающимся глобальным водным кризисом, который оказывает дополнительное давление на долгосрочную устойчивость использования сельскохозяйственной воды, особенно в засушливых районах.
В этом контексте альтернативные источники воды, такие как сточные воды от интенсивной аквакультурной деятельности, привлекают внимание для удовлетворения потребностей в орошении сельскохозяйственных культур.
Практика повторного использования сточных вод аквакультуры способствует как водосбережению, так и управлению питательными веществами, поскольку позволяет реинтегрировать азот и фосфор в сельскохозяйственные системы — элементы, часто присутствующие в таких сточных водах
На Великой Венгерской равнине растёт дефицит воды из-за меняющихся климатических условий, таких как неравномерное выпадение осадков, падение уровня грунтовых вод и постоянные засухи. Хотя река Кёрёш является важнейшим компонентом ирригационной инфраструктуры региона, непредсказуемый режим её стока часто приводит к дефициту воды в периоды, критически важные для урожайности сельскохозяйственных культур.
Сорго (Sorghum bicolor L. Moench) — это жаростойкий, однолетний вид C4-растений, который широко выращивается в сухом и полусухом климате для целей, варьирующихся от производства зерна и кормов до использования в биоэнергетике.
Сорго признается перспективной кормовой культурой в этих условиях из-за своей исключительной устойчивости к засухе и засолению.
Несколько исследований показали, что некоторые гибриды сорго проявляют толерантность к легкой засоленности при определенных почвенных условиях, например, при концентрации соли около 0,32%, — черта, которая подтверждает их пригодность для выращивания в засоленных средах.
Реакция растений на орошение соленой водой, конечно же, сильно зависит от концентрации соли. В то время как умеренная соленость может обеспечивать необходимые питательные вещества, поддерживающие рост, более высокие уровни солености обычно нарушают водный баланс и приводят к осмотическому стрессу, ограничивая общую продуктивность растений.
Гибриды сорго по-разному реагируют на нехватку воды и методы орошения, при этом капельное орошение способствует большему производству биомассы, особенно в условиях засухи.
Уровень хлорофилла служит надежным маркером физиологического стресса у растений. В условиях орошения соленой водой его концентрация часто снижается в результате действия стрессовых механизмов, вызванных солью. Однако этот негативный эффект может быть частично компенсирован наличием полезных питательных веществ, таких как нитраты и фосфаты, в сточных водах. Кроме того, микроэлементы, обычно встречающиеся в сточных водах аквакультуры, такие как Fe и Zn, могут влиять на синтез хлорофилла и фотосинтетическую функцию.
При орошении солеными стоками аквакультуры растения поглощают не только воду, но и значительное количество растворенных солей и питательных веществ. Накопление ионов натрия (Na + ) и хлорида (Cl− ) может препятствовать усвоению таких важных элементов, как калий (K + ), кальций (Ca2 + ) и магний (Mg2 + ), что приводит к ионному дисбалансу. Однако органические соединения и микробная активность, присутствующие в стоках, могут усиливать мобилизацию и усвоение питательных веществ.
Кроме того, некоторые почвенные добавки, такие как внесение биоугля или органических удобрений, могут улучшить структуру почвы, уменьшить накопление солей и повысить содержание органического вещества в ней.
В предыдущем исследовании венгерские ученые орошали различные сорта зернового сорго сточными водами из интенсивной системы аквакультуры африканского сома. Они обнаружили, что урожайность и усвоение питательных веществ в целом были благоприятными при орошении сточными водами; однако между генотипами наблюдались значительные различия. Хотя солеустойчивость и эффективность водопользования являются критически важными характеристиками зернового сорго, они в равной степени важны и для гибридов кормового сорго, особенно с точки зрения производства биомассы, содержания хлорофилла и долгосрочной реакции почвы.
В то время как предыдущие исследования изучали использование соленых сточных вод аквакультур для орошения сельскохозяйственных культур, большинство из них были сосредоточены на краткосрочных эффектах, условиях теплицы или генотипах зернового сорго.
В противоположность этому, новое исследование венгерских ученых представляет собой многолетнюю полевую оценку гибридов кормового сорго при пяти различных режимах орошения, включая как пресную воду, так и источники сточных вод.
Новизна данного исследования заключается в его гибридно-специфическом анализе урожайности биомассы, усвоения питательных веществ и реакции почвы, с особым акцентом на динамику азота и эффективность использования воды. Сравнивая дозы сточных вод и объемы орошения в течение четырех вегетационных периодов, ученые предлагают практические рекомендации по оптимизации водопользования сельскохозяйственных культур в реальных условиях. Этот подход способствует разработке устойчивых стратегий орошения в условиях ограниченных водных ресурсов.
Целью настоящего исследования была оценка роста, концентрации хлорофилла, поглощения питательных веществ и ионов, а также изменений физико-химических свойств почвы различными гибридами кормового сорго, орошаемых интенсивными стоками аквакультуры в полевых условиях. Авторы предположили, что орошение солёными стоками аквакультуры улучшит рост кормового сорго и поглощение питательных веществ, не вызывая при этом нежелательного засоления почвы в полевых условиях Венгрии.
Эксперимент проводился на лизиметрической исследовательской станции Исследовательского центра ирригации и водного хозяйства Венгерского университета сельского хозяйства и естественных наук, расположенного в Сарваше, Венгрия.
Полевой опыт был заложен в 2016 году и продолжался в течение четырех вегетационных сезонов (2016, 2017, 2019 и 2020 гг.) на микроделянке открытого грунта площадью 160 м². Исследование было сосредоточено на оценке реакции на орошение трех гибридов кормового сорго (GK Áron, GK Balázs, GK Erik), разработанных компанией Cereal Research Non-Profit Ltd., расположенной в Сегеде, Венгрия.
Три гибрида были испытаны при пяти режимах орошения, включая пресную воду и сточные воды аквакультуры, применяемые через капельное орошение в еженедельных дозах 30 мм и 45 мм, наряду с неорошаемым контролем.
Орошение сточным водами в еженедельном режиме 30 мм увеличило урожайность биомассы до 61% и улучшило поглощение азота на 22% по сравнению с контролем. Значения электропроводности почвы (ЭП) оставались ниже 475 мкСм/см, при этом ЭП после обработки сточных вод была ниже, чем на неорошаемых участках.
Сточные воды также способствовали доставке питательных веществ урожаю, особенно азота и фосфора. В отличие от обычной соленой воды, сточные воды аквакультур содержат органические соединения и микробную активность, которые могут улучшить мобилизацию и усвоение питательных веществ.
Результаты демонстрируют возможность повторного использования сточных вод аквакультур в орошаемых солеустойчивых культурах, таких как сорго. Умеренное орошение сточным водами (30 мм/неделю) может оптимизировать водопотребление растений, поддерживая при этом здоровье почвы, что является жизнеспособной стратегией для производства кормового сорго в условиях дефицита воды.
Источник: Agronomy 2025, doi.org/10.3390/agronomy15102396