Рожь — идеальная культура для улавливания нитратов, связывания углерода и получения биоэнергии

Озимая рожь ценится за свою универсальность. Это источник зерна, кормовая культура и покровная культура, защищающая почву от эрозии ветром и дождем. Но на этом её преимущества не заканчиваются.

Серия исследований, начатая в 2015 году группой учёных из Службы сельскохозяйственных исследований США (ARS) и университетов, показывает, что использование озимой ржи в качестве покровной культуры в севообороте кукуруза-соя может снизить потери нитратов, связывать углерод и служить источником возобновляемого природного газа.

Роберт Мэлоун, инженер-агроном из Национальной лаборатории ARS по сельскому хозяйству и окружающей среде в Эймсе, штат Айова, координирует исследования для оценки потенциала ржи в рамках «устойчивой интенсификации сельского хозяйства» — подхода, необходимого для удовлетворения растущего мирового спроса на продовольствие, корма, волокна и топливо без чрезмерной нагрузки на земельные и природные ресурсы.

В последних исследованиях команда использовала компьютерную модель полевого масштаба для моделирования севооборотов кукуруза-соя с озимой рожью в качестве покровной культуры и без неё на 40 участках по всему северо-центральному региону США, включая части бассейна реки Миссисипи, которая впадает в Мексиканский залив.

Ключевые результаты, опубликованные в журнале Environmental Research Letters:

• Установление покровной культуры озимой ржи в севообороте кукуруза-соя на полях с дренажными системами (подземными трубами для отвода избыточной воды) снизило уровень нитратов в дренажной воде более чем на 45% по сравнению с полями без ржи — примерно до 21 и 44 килограммов на гектар соответственно.
• На всей смоделированной территории северо-центральных сельхозугодий (около 63 миллионов гектаров) использование покровной культуры озимой ржи на полях с дренажом привело бы к снижению на 27% нагрузки нитратов, попадающих в Мексиканский залив через бассейн реки Миссисипи.

Избыток нитратов, не усвоенных растениями и попадающих в водоёмы, ухудшает качество воды и способствует цветению водорослей. Гибель и разложение этих водорослей потребляет кислород, создавая «мёртвые зоны» (гипоксия). В Мексиканском заливе такая зона летом 2024 года прогнозируется на площади 4155 квадратных миль.

«Использование покровных культур, таких как озимая рожь, в севооборотах кукуруза-соя на севере центральной части США — одна из наиболее перспективных природоохранных стратегий для снижения нагрузки нитратов», — пояснил Мэлоун.

Помимо сокращения потерь нитратов, озимая рожь может играть роль в связывании углерода.

Согласно моделированию, использование покровной культуры озимой ржи в севооборотах кукуруза-соя в регионе может давать более 18 миллионов метрических тонн растительных остатков (биомассы). Эта биомасса ржи потенциально может ежегодно производить 210 миллионов мегаджоулей энергии (эквивалентно энергосодержанию 2,3 миллиардов галлонов этанола) при переработке в биометан с помощью анаэробных реакторов.

Моделирование также показывает, что в процессе производства биометана стандартный этап фильтрации («upgrading») может позволить улавливать и удалять 7,5 миллионов тонн диоксида углерода ежегодно, предотвращая его выброс в атмосферу при сжигании биогаза и создавая преимущество в виде секвестрации углерода для фермеров.

Исследователи не рассматривают озимую рожь как «волшебную пулю» для решения всех проблем с азотом. Скорее, её использование будет интегрировано с другими мерами, такими как насыщенные прибрежные буферы, контролируемый дренаж, водно-болотные угодья и биореакторы.

«Комбинированные методы, такие как покровная культура озимой ржи и прибрежные буферы, иногда называют "накопленными практиками". Они могут снижать потери азота эффективнее, чем каждый метод по отдельности», — отметил Мэлоун.