Исследователи под руководством Ясунори Ичихаши из Центра устойчивых ресурсных исследований (CSRS) RIKEN в Японии недавно изучили влияние различных видов агрохимических пестицидов и удобрений на мандарины по всей Японии. Их исследование, опубликованное в журнале Plant Biotechnology, с использованием передового статистического анализа показало, что, хотя сокращение использования пестицидов и увеличило разнообразие микроорганизмов в почве, оно также привело к увеличению заболеваемости плодов, вызываемой листовыми патогенами.
Изменчивость условий окружающей среды и методов ведения сельского хозяйства часто приводит к расхождениям между экспериментальными результатами и результатами, полученными на фермерских полях. Этот разрыв создает проблемы для понимания влияния сельскохозяйственных ресурсов и методов в реальных условиях, особенно в системах выращивания фруктов, где крупномасштабные экспериментальные данные ограничены.
В данном исследовании ученые применили когортный подход, используя данные с фермерских полей, для изучения влияния методов применения пестицидов и удобрений на качество плодов и свойства почвы в мандариновых садах. Смещение, возникающее из-за различий в ковариатах между методами выращивания, контролировалось с помощью взвешивания обратной вероятности (inverse probability weighting, IPW) на основе оценок склонности. Следовательно, по сравнению с локальным анализом между соседними полями, общенациональный когортный анализ выявил большее количество значимых эффектов методов выращивания за счет использования большего размера выборки.
Благодаря этому анализу исследователи получили важные сведения о влиянии методов применения пестицидов и удобрений на патогены растений, питательную ценность и свойства почвы в устойчивых системах выращивания мандаринов.
Данное исследование демонстрирует, что когортный анализ с использованием реальных данных обладает большим потенциалом для развития сельскохозяйственной биотехнологии, обеспечивая эффективную обратную связь с фермерских полей и преодолевая разрыв между научными исследованиями и реальным сельским хозяйством.
Данные, полученные в реальных условиях на коммерческих фермах, указывают на компромисс между преимуществами для окружающей среды на поверхности земли и потенциальными экологическими выгодами под землей. Исследование предоставляет важные сведения для развития устойчивых сельскохозяйственных технологий и разработки будущей политики.
Типичные сельскохозяйственные исследования проводятся в контролируемых условиях в лабораториях или на экспериментальных полях. Это приводит к разрыву между экспериментальными результатами и тем, что происходит в реальных условиях фермерских хозяйств. Стремясь преодолеть этот разрыв, Ичихаши и его команда собрали образцы фруктов и почвы из мандариновых садов в 12 префектурах Японии. В отличие от контролируемого эксперимента, фермеры сами выбирают, какие пестициды и удобрения использовать. Эти искажения, наряду с переменными факторами окружающей среды, затрудняют выявление реальных эффектов.
Для решения этой проблемы исследователи обратились к статистическому методу, часто используемому в академических областях, таких как экономика, где контролируемые эксперименты нецелесообразны или неэтичны. На качество фруктов и почвы влияет множество переменных, таких как сорт, возраст дерева, среднегодовая температура, количество осадков, продолжительность солнечного сияния и тип почвы. Статистический метод корректирует эти ковариационные факторы с помощью метода, называемого взвешиванием по обратной вероятности. После корректировки исследователи смогли учесть эти факторы и увидеть, как типы пестицидов и удобрений влияют на свойства почвы, микробные сообщества и качество фруктов.
Японские фермеры используют пестициды и удобрения по-разному. Исследование показало, что наиболее распространенной практикой является использование химических пестицидов в сочетании с химическими и органическими удобрениями. Однако некоторые фермы использовали органические пестициды, а некоторые — только органические удобрения. Частота использования также варьировалась: на некоторых фермах пестициды и удобрения применялись реже, чем положено. Ситуацию осложняло то, что исследователи обнаружили, что такие факторы, как климат и возраст деревьев, различаются в зависимости от используемых методов выращивания.
«Эти данные показывают, что простые сравнения между методами могут привести к предвзятым выводам. Это подчеркивает необходимость использования передовых статистических методов, как это было сделано в данном исследовании, для точной оценки влияния методов выращивания», — говорит первый автор Фуки Фудзивара.
Анализ показал, что сокращение использования химических пестицидов привело к увеличению числа заболеваний плодов, вызываемых листовыми патогенами. В то же время это повысило микробное разнообразие почвы и уменьшило количество почвенных патогенов. Содержание углерода в почве улучшилось за счет сокращения внесения химических веществ, а не за счет использования органических удобрений. Это опровергает распространенное предположение о том, что добавление органических удобрений напрямую увеличивает накопление углерода. Вместо этого, это указывает на то, что сокращение внесения удобрений — азота — может быть более важным фактором.
«В краткосрочной перспективе, — объясняет Фудзивара, — это исследование предоставляет сельскохозяйственному сообществу немедленную обратную связь, научно демонстрируя, как различные виды пестицидов и удобрений влияют на качество фруктов и состояние почвы». Фермеры могут использовать эти данные для улучшения методов выращивания и принятия обоснованных решений, которые обеспечивают баланс между устойчивостью и производительностью. Для политиков и сельскохозяйственных консультационных служб полученные результаты предоставляют ценные данные для разработки программ поддержки, соответствующих реальным методам ведения сельского хозяйства.
«В долгосрочной перспективе это исследование закладывает основу для принятия более обоснованных решений в сельском хозяйстве с использованием реальных данных и надежных статистических методов», — говорит Фудзивара. Следующие шаги лаборатории будут включать применение разработанных методов к другим культурам и регионам, а также предоставление обратной связи фермерам.
Ичихаши говорит, что, тесно сотрудничая с сельскохозяйственными производителями, они стремятся донести свои научные открытия до полевых условий и укрепить связь между исследованиями и практикой: «Мы надеемся расширить партнерские отношения с фермерами, частными компаниями и местными органами власти для улучшения сбора данных и практического применения результатов исследований».
Источник: RIKEN.
