Новый подход к повышению эффективности азотных удобрений

Закись азота (N₂O) — мощный парниковый газ. Её потенциал глобального потепления может в 300 раз превышать потенциал CO₂ за 100-летний период. Более половины антропогенных выбросов оксидов азота в мире приходится на сельское хозяйство. Поэтому сокращение использования азотных удобрений и повышение эффективности усвоения азота культурами — важные меры для защиты климата.

Международная команда под руководством Венского центра метаболомики (VIME) представила в Trends in Plant Science новую концепцию для повышения эффективности азотных удобрений и снижения выбросов N₂O.

Основная цель исследований — предложить фермерам более экологичную экономическую альтернативу: использовать биологические ингибиторы, полученные из самих сельскохозяйственных растений, вместо высокозагрязняющих химических удобрений. Важная задача — лучше понять сложную экосистему «корень–почва–микробиом» и создать технологические платформы для устойчивого сельского хозяйства нового поколения.

Микроорганизмы в почве производят парниковые газы

В основе проблемы лежит процесс нитрификации. Микроорганизмы в почве преобразуют азотные удобрения в закись азота и другие вещества. Для противодействия этому в сельском хозяйстве используются ингибиторы нитрификации, замедляющие этот процесс.

Эти ингибиторы рекомендованы МГЭИК для смягчения изменения климата, но могут иметь недостатки: низкую эффективность, небиоразлагаемость и токсичность для окружающей среды. Однако существуют и природные, так называемые биологические ингибиторы нитрификации (BNI). Например, корни растений могут выделять соединения, которые ингибируют нитрифицирующие микроорганизмы в почве.

Новый подход к поиску природных ингибиторов нитрификации

VIME при участии Японского международного исследовательского центра сельскохозяйственных наук (JIRCAS) представляет новый подход для лучшего понимания и использования естественного замедления нитрификации.

Системный биолог и эколог Вольфрам Векверт, директор VIME и ведущий автор исследования, объясняет: «С помощью нового целостного методологического подхода мы открываем новую главу в понимании взаимодействия между корневыми экссудатами растений и нитрификационно-ингибирующими соединениями в почве. И, что важнее, мы развиваем растения, которые выполняют этот процесс более эффективно. В идеале эти культуры будут не только обеспечивать нас основными продуктами питания, но и значительно улучшать негативный баланс парниковых газов в сельском хозяйстве».

Эколог Ариндам Гхатак, один из основных авторов исследования, добавляет: «Важно охарактеризовать вещества, выделяемые корнями растений, и расшифровать их взаимодействие с почвенными организмами. С помощью сложных платформ метаболомного анализа мы можем тестировать сигнальные вещества корней и, следовательно, их потенциал для ингибирования или предотвращения процесса нитрификации. Это возможно с использованием OMICS-технологий, таких как протеомика и метаболомика».