Глобальное 60-летнее исследование выявило неэффективность использования питательных веществ основными сельхозкультурами

60-летнее исследование, охватившее 205 стран и регионов мира, систематически раскрыло эволюционные закономерности эффективности использования азота и фосфора (NUE и PUE) четырьмя основными продовольственными культурами: рисом, пшеницей, кукурузой и соей.

Исследование, недавно опубликованное в Nature Communications, показывает, что, несмотря на постоянный рост глобальных затрат удобрений, эффективность использования питательных веществ основными культурами не улучшилась соответствующим образом и в целом остаётся низкой. Это подчёркивает, что «высокие затраты, низкая эффективность» остаются системной проблемой для мирового сельского хозяйства.

Исследователи отметили значительные различия в эффективности между культурами и регионами. Рис, выращиваемый в тропических регионах, и пшеница в умеренных зонах стабильно демонстрируют относительно более высокую NUE. В то же время производство кукурузы в основных регионах выращивания, таких как Китай и США, следует отчётливой модели «высокие затраты — низкое использование», что определяет её как ключевую область для оптимизации.

Примечательно, что эффективность использования фосфора для всех четырёх культур в целом ниже 50%, что указывает на то, что фосфорное питание растений по-прежнему в значительной степени зависит от естественных запасов фосфора в почве, а не от удобрений, внесённых в текущем сезоне.

В исследовании отмечается, что фундаментальным препятствием для экологической трансформации сельского хозяйства является не отсутствие технологий, а пространственно-временное несоответствие между физиологическими потребностями растений, условиями окружающей среды в отношении питательных веществ и практиками управления. Таким образом, ядро будущей оптимизации сельского хозяйства должно сместиться с вопроса «как удобрять» к вопросу «как системно перестроить» — перепроектировав базовую архитектуру агроэкосистем за счёт интеллектуального подбора культур, климатических и почвенных условий.

Основываясь на этих выводах, исследование предлагает трёхуровневый путь параллельной системной оптимизации: «культура — регион — технология».

• На уровне культуры следует внедрять целевую точную подкормку для неэффективных комбинаций «культура-климатическая зона».
• На региональном уровне управленческие ресурсы следует направлять в приоритетном порядке в «стоки эффективности» на основе пространственно-чёткого распределения показателей эффективности.
• На технологическом уровне меры, включая использование сортов с высокой эффективностью усвоения питательных веществ, минимальную обработку почвы, возврат соломы и применение функциональных микроорганизмов, должны быть интегрированы в комплексные технологические пакеты для повышения эффективности и сокращения выбросов.

Разработанный в ходе исследования глобальный атлас эффективности использования питательных веществ не только раскрывает ключевое противоречие в управлении питанием в сельском хозяйстве, но и предоставляет научную основу для динамической диагностики системных узких мест и моделирования результатов управления, отметили исследователи.