Новые данные для улучшения моделирования связи азота и биомассы пшеницы

Пшеница, критически важная для глобальной продовольственной безопасности, сталкивается с проблемами растущего спроса и ограниченности пахотных земель. Азотные (N) удобрения, необходимые для высоких урожаев, могут негативно влиять на рост растений и окружающую среду, что подчеркивает важность эффективного управления азотом.

Ключевым для определения статуса азота в растении и оптимизации удобрений является концепция критической концентрации азота (N_c).

Последние исследования указывают на ограниченность традиционных кривых разбавления N_c, основанных на биомассе побега, и предлагают учитывать биомассу листьев из-за её фотосинтетического отклика на N. Вариабельность этих кривых, зависящая от генотипа, среды и агроприёмов (G × E × M), создает неопределенности в моделировании урожая. Существующие пробелы в знаниях включают неоднозначные индексы азотного питания, полученные по разным кривым N_c, и недостаток исследований по орган-специфичным кривым разбавления N_c для пшеницы.

В июле 2023 года журнал Plant Phenomics опубликовал статью "Взаимодействие генотипа, среды и агроприёмов на орган-специфичную критическую кривую разбавления азота у пшеницы".

В исследовании использовали данные 14 полевых опытов с пшеницей и разным уровнем азотных удобрений в варьирующихся условиях G × E × M. Цели: разработать и сравнить орган-специфичные кривые критической концентрации азота (N_c), проанализировать их неопределенности и изучить вариации параметров.

Основные результаты:

• Обнаружены значимые различия в параметрах кривых N_c для листьев, стеблей, побега и индекса листовой поверхности (LAI) между разными генотипами и условиями выращивания.
• Вариабельность параметров A1 (начальная точка) и A2 (скорость разбавления) зависела от взаимодействия G × E × M. Наименьшая вариация наблюдалась для биомассы листьев.
• Параметры кривых A1 и A2 коррелировали с различными факторами: дефицит давления паров (VPD), максимальная концентрация азота в побеге (N_max), максимальная биомасса побега (DM_max) и сумма эффективных температур (AGDD). При этом различия генотипа слабо влияли на эти параметры.
• Такие характеристики среды, как количество осадков, значимо не коррелировали с параметрами кривых.
• Концентрация N_c в целом снижалась с ростом биомассы и LAI. Концентрация N_c в листьях оставалась высокой в период вегетативного роста, тогда как в стеблях снижалась быстрее. Кривые N_c заметно варьировали в разных условиях экспериментов.

Сравнение индексов азотного питания (NNI):

• Значения NNI увеличивались с повышением дозы N-удобрений для каждого органа.
• NNI, рассчитанный по биомассе листьев, сохранял более высокие значения с меньшим разбросом по сравнению с NNI для стеблей.
• Связь между орган-специфичным NNI и NNI, рассчитанным по биомассе побега, выявила различия в азотном статусе разных органов растения.

Вывод: Полученные данные подчеркивают необходимость совершенствования моделирования связи азота и биомассы сельхозкультур и практик управления азотом в меняющихся условиях G × E × M, что дает ценные insights для улучшения моделей роста растений.