Применение высоких доз легкорастворимых удобрений может обеспечить продуктивность сельскохозяйственных культур, но это порой достигается за счёт качества окружающей среды и устойчивости агроэкосистемы. Еще один минус, такая стратегия удобрения часто приводит к получению «ленивых» культур с недоразвитой корневой системой и сниженной способностью усваивать питательные вещества из природных почвенных запасов.
Как почвовед (специалист, изучающий образование почв) и биогеохимик, Дж. Т. Корнелис сосредоточил свои исследования на многоуровневом и междисциплинарном изучении почвенных систем, опубликовав свои выводы в The Conversation.
В обширных лесах Канады деревья процветают на бедных питательными веществами почвах благодаря способности своих глубоких корневых систем усваивать питательные вещества и воду. В естественных экосистемах растения эволюционировали и выработали корневые стратегии, помогающие усваивать питательные вещества.
Один из способов, которым они это делают, — это рост более крупных, сильных и активных корней, которые иногда они объединяются с почвенными микроорганизмами, чтобы увеличить свою способность получать питательные вещества. По мере того, как корни поглощают питательные вещества, они также выделяют в почву определённые молекулы, называемые корневыми выделениями.
Эти соединения способствуют разложению органического вещества и растворению частиц почвы, делая накопленные питательные вещества доступными для усвоения корнями растений. Корневые выделения также служат источником энергии для почвенных микроорганизмов, которые в дальнейшем способствуют накоплению углерода в почве и улучшают общее состояние почвы.
Лаборатория SoilRes3 в Университете Британской Колумбии проводит междисциплинарные исследования генезиса почв, чтобы понять, как микромасштабные процессы формируют свойства и устойчивость макромасштабных экосистем. Эта работа, основанная на обратных связях между почвой и растениями, изучает сложные взаимоотношения между землей и людьми в различных экокультурных контекстах с целью повышения устойчивости, сопротивляемости и восстановления экосистем.
Изучая обратную связь между почвой и растениями в естественных экосистемах, ученые обнаружили, что небольшое снижение количества удобрений может принести пользу растениям в долгосрочной перспективе. Уменьшая количество удобрений, можно увеличить выработку корневых выделений. Это повышает способность растений усваивать питательные вещества самостоятельно, не завися от внешних факторов.
Повышая микробную активность в ризосфере (области, окружающей корни растений) и действуя как прямой источник углерода в почве, повышенное выделение корневых выделений также может способствовать оздоровлению почвы.
Азот и фосфор - два важнейших питательных вещества для роста растений, и они являются наиболее используемыми удобрениями во всем мире.
Команда почвоведов лаборатории SoilRes3 проанализировала 36 исследований, охватывающих 30 различных культур и почвенных условий. Они сравнили реакцию растений на два варианта: один с обычным количеством удобрений для максимальной урожайности и другой с меньшим количеством удобрений, особенно азота и фосфора.
Оказалось, что сокращение дозы фосфорных удобрений почти вдвое увеличило корневую экссудацию на 30%, при этом лишь незначительно замедлив рост растений – всего на 2%. В отличие от этого, сокращение дозы азотных удобрений увеличило корневую экссудацию на 7%, но замедлило рост растений на 20%.
Результаты показывают, что оптимизация использования фосфора в сельском хозяйстве может стимулировать более активную корневую систему и увеличивать выработку экссудата. Однако, оптимизация фосфорного удобрения для усиления корневой экссудации без ущерба для урожайности сильно зависит от типа почвы. Почвы Британской Колумбии значительно отличаются от почв Манитобы, Квебека и Саскачевана, а влияние корневых экссудатов на усвоение питательных веществ и захват углерода варьируется в зависимости от почвенных условий (pH почвы, минералогический состав, влажность, текстура). Вот почему предлагаемая в этом исследовании стратегия - ограничение удобрений для максимизации корневой активности - должна быть опробована в реальных условиях с участием фермеров, на различных почвах и системах земледелия. Следующим шагом станет изучение реакции корневой экссудации и её последствий в различных физико-химических и эколого-культурных условиях почвы. Полевые испытания необходимы для адаптации этого подхода к местным условиям и обеспечения его эффективности и масштабируемости.
Источник: The Conversation. Автор: Дж. Т. Корнелис.
