Как ИИ и глубокие корни помогают почве запасать больше углерода
По данным Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН (FAO), в 2020 году глобальные выбросы от сельского хозяйства составили 16 миллиардов тонн в эквиваленте CO2 (рост на 9% с 2000 года), причем почти половина из них пришлась непосредственно на сельхозпроизводство.
В статье «Going deep: Roots, carbon, and analyzing subsoil carbon dynamics», опубликованной в Molecular Plant, исследователи объясняют, что увеличение содержания углерода в почве — это способ для фермеров повысить производство пищи, достичь глобальных нулевых выбросов углерода и смягчить последствия изменения климата.
Преимущества глубоких корней
Глубокая вспашка и разложение мелких корней приводят к возвращению почвенного углерода в атмосферу. Поэтому необходимы сорта с более глубокой корневой системой и понимание механизмов, стоящих за разными сортами сельхозкультур.
Почвенный органический углерод — это «как подушка, спрятанная в почве». Если корни достигают глубины около двух метров, они гораздо менее уязвимы для разложения микробами и могут служить резервуарами для питательных веществ и воды в условиях засухи.
Большинство современных сортов культур и кормовых растений имеют распростертую корневую систему. Однако благодаря открытию гена DRO1, контролирующего угол роста корней, теперь возможно создавать сорта, корни которых уходят на глубину до метра.
«Новой биомассы не образуется, корни просто наклонены так, что теперь растут прямо вниз, в почву, где они не будут разлагаться, а значит, почвенный углерод останется там в ловушке», — объясняет Анжела Фернандо, ведущий автор статьи.
Измерение углерода
Одна из самых сложных задач в секвестрации почвенного углерода — его базовое измерение. Пробы до сих пор берутся по одной, в виде почвенных кернов, с последующим анализом в лаборатории. Но комбинация дистанционного зондирования и анализа с помощью ИИ меняет ситуацию.
«Если вы обследуете 400 гектаров, 40 проб не будут истинным отражением содержания углерода в почве. Кроме того, большинство измеряет углерод только на глубине около 40 сантиметров», — говорит соавтор работы Майкл Гомес Селварай.
Улучшения в измерении углерода с помощью дистанционного зондирования и последующего применения ИИ-анализа к этим данным позволят быстро и точно измерять содержание почвенного углерода в масштабе гектара.
«У нас очень хорошая точность с лабораторными и дистанционными образцами, и теперь у нас есть хорошая ИИ-модель для расчета почвенного углерода. Мы применяем её для сканирования огромных участков земли на содержание органического углерода, и мы надеемся в будущем заглянуть ещё глубже, до метра под землю», — говорит Гомес.
Будущее
Если измерять почвенный углерод можно будет быстрее, точнее и на больших площадях, то его оценка станет проще, и фермеры смогут активнее участвовать в углеродных рынках.
«Чтобы получить углеродный сертификат, нужна точность. Поэтому мы работаем в рамках государственно-частного партнерства над разработкой методики измерения почвенного углерода, которая может окупиться для фермеров», — отмечает Гомес.
В области селекции растений надеются, что новые глубококорневые сорта риса и кормовых культур (пищи для скота) смогут увеличить секвестрацию углерода в почве.
«В будущем технологии редактирования генов, включая CRISPR, открывают перспективы для ускоренного создания сортов сельскохозяйственных культур, приспособленных для эффективного захвата ресурсов и секвестрации углерода», — говорит Фернандо.