Маргинальные почвы могут стать основой для хороших биоэнергетических культур
Просовидник прутьевидный (Panicum virgatum), многолетний злак, родом из высокотравных прерий, является одной из самых перспективных биоэнергетических культур в США. Он способен давать высокий урожай биомассы на маргинальных почвах, непригодных для традиционных сельскохозяйственных культур.
Новое исследование, проводимое Ливерморской национальной лабораторией им. Лоуренса, Калифорнийским университетом в Беркли, Университетом Оклахомы, Национальной лабораторией им. Лоуренса в Беркли и Фондом Сэмюэля Робертса Нобла, изучает, может ли культивирование просовидника привести к улучшению ключевых экосистемных услуг, таких как секвестрация углерода, плодородие почвы и биоразнообразие.
Команда недавно получила финансирование от Управления биологических и экологических исследований Министерства энергетики США. LLNL получит около 1,6 миллиона долларов на пять лет.
Исследователи обнаружили, что просовидник может расти и размножаться на маргинальных почвах, что делает его хорошим кандидатом для устойчивого производства биотоплива.
«Мы сосредоточимся на взаимодействиях растений и микроорганизмов на этапе укоренения, чтобы понять, как симбиотические и ассоциативные микробы улучшают производительность растений и производство биомассы в условиях ограниченных питательных веществ и воды», — сказала Дженнифер Петт-Ридж из LLNL, со-руководитель проекта.
Растения и микроорганизмы сосуществовали миллионы лет. Понимание биохимической и геномной основы полезных взаимодействий растений и микробов — это вызов для сельского хозяйства, лесного хозяйства и управления инвазивными видами. Лучшее знание молекулярных взаимодействий внутри микробиома растений также может быть полезно для устойчивого управления культурами. Это особенно актуально для сектора производства сырья для биоэнергетики, который стремится избежать дебатов «еда против топлива» и использовать земли, не занятые в настоящее время под производство высокоценных пищевых продуктов.
В LLNL команда проведет как изотопные трассировочные исследования с помощью масс-спектрометра NanoSIMS, так и измерения экспрессии генов, чтобы понять, как пробиотические микроорганизмы изменяют взаимодействие с просовидником.
Закон об энергетической независимости и безопасности (EISA) 2007 года предписывает производить 36 миллиардов галлонов биотоплива в год к 2022 году, примерно половина из которых должна быть произведена из целлюлозного сырья. Просовидник был определен как одна из самых перспективных биоэнергетических культур в США.
«Этот проект даст беспрецедентное представление о взаимодействиях растений и микробов, которые обеспечивают успех в условиях экологического стресса, и станет моделью для других системных биологических исследований таких взаимодействий», — сказала Петт-Ридж.
Просовидник — это местная североамериканская трава прерий с широкой адаптивностью и минимальными потребностями в питании, что означает возможность его выращивания на маргинальных землях, непригодных для агрономических культур. Примерно 11% территории материковой части США составляют «маргинальные земли», что представляет собой неиспользуемый агрономический ресурс, хорошо подходящий для глубокой и обширной корневой системы просовидника.
В Оклахоме и классическом регионе «Пыльного котла» культивирование просовидника также может стать средством восстановления содержания органического углерода в почве (например, за счет корневой биомассы), предотвращения эрозии почвы и восстановления экологических услуг. Эти почвы не являются «неразрушимыми и неизменными», как когда-то считалось, и были деградированы из-за плохих агрономических практик в начале XX века. Эти земли могут поддерживать малое количество пропашных культур без значительного орошения и внесения удобрений, но могут быть пригодны для производства целлюлозного биотоплива второго поколения, не конкурируя с производством пищи на лучших пахотных землях.
Для достижения цели Министерства энергетики США — заменить 30% нефтяного транспортного топлива биотопливом к 2030 году — потребуется больше площадей, отведенных под биоэнергетические культуры, и значительное увеличение продуктивности.
Чтобы понять взаимосвязь между продуктивностью просовидника и влиянием на окружающую среду на маргинальных почвах, команда изучит взаимодействия растений и микробов у высокопродуктивных культивируемых сортов просовидника, растущих в условиях ограниченных ресурсов, и задокументирует, как эти взаимодействия способствуют желаемым экосистемным услугам.