Naukowcy identyfikują nowatorskie podejście do minimalizacji strat azotu w uprawach

Chociaż producenci rolni stosują nawozy azotowe, aby dostarczać swoim uprawom składniki odżywcze, nie zawsze mogą zatrzymać te składniki w glebie w celu uzyskania maksymalnej wydajności, często tracąc je do atmosfery lub wody w postaci azotanów i podtlenku azotu.

Zespół badawczy Texas A&M AgriLife Research pracuje nad znalezieniem odmian roślin uprawnych, począwszy od sorgo, które zminimalizują uciekający azot, redukując w ten sposób koszty produkcji dla rolników i emisję gazów cieplarnianych do atmosfery.

Projektem kieruje dr Nithya Rajan, niedawno mianowana dyrektorem Centrum Zarządzania Gazami Cieplarnianymi w Rolnictwie i Leśnictwie. Rajan jest fizjologiem zajmującym się uprawami w AgriLife Research oraz profesorem agronomii i agroekologii w Texas A&M College of Agriculture and Life Sciences na Wydziale Nauk o Glebie i Uprawach.

Pięć lat temu Rajan zainicjował badanie.”Innowacyjne systemy produkcyjne na bazie sorgo posiadające właściwości biologicznego hamowania nitryfikacji w celu zwiększenia zrównoważonego rozwoju agroekosystemów.”

Ona i jej zespół osiągnęli teraz, ich zdaniem, obiecujące wyniki w opracowywaniu cechy, która jest dobra dla rośliny, producenta i planety.

„Cecha BNI hamuje nitryfikację, proces mikrobiologiczny, który przekształca amon pochodzący z nawozów w glebie w azotany i nie pozwala na jego ucieczkę w postaci azotanów w wodzie lub podtlenku azotu jako gazu cieplarnianego”.

Nitryfikacja, denitryfikacja i biologiczne hamowanie nitryfikacji

Nitryfikacja, a następnie działania denitryfikacyjne sprzyjają utracie azotu z pól uprawnych i w dużej mierze są podstawową przyczyną niskiej efektywności wykorzystania azotu w większości upraw polowych oraz emisji podtlenku azotu, bardzo silnego gazu cieplarnianego, powiedział Rajan.

W dzisiejszych praktykach rolniczych producenci muszą dodatkowo płacić za nawóz z inhibitorem nitryfikacji, aby utrzymać zastosowany nawóz na miejscu.

Wiadomo jednak, że niektóre rośliny mogą hamować nitryfikację poprzez uwalnianie inhibitorów z korzeni, co jest właściwością znaną jako biologiczne hamowanie nitryfikacji, BNI, powiedziała. Cecha BNI pomaga zatrzymywać azot w glebie przez dłuższe okresy czasu, ułatwiając jego pobieranie przez rośliny uprawne i ograniczając utratę azotu w postaci podtlenku azotu, głównego gazu cieplarnianego emitowanego głównie z pól uprawnych.

Rajan i dr Sakiko Okumoto, fizjolog roślin w AgriLife Research i profesor nadzwyczajny na Wydziale Nauk o Glebie i Uprawach, przeprowadzili badania przesiewowe genotypów sorgo w ramach programu hodowli sorgo prowadzonego przez dr Billa Rooneya, hodowcę sorgo w AgriLife Research, profesor i Katedra Borlaug-Monsanto ds. Hodowli Roślin i Międzynarodowego Udoskonalania Upraw.

Osoby z cechą BNI przeszły trzyletnie testy terenowe, aby potwierdzić zmniejszenie utraty azotu w postaci azotanów i podtlenku azotu.

„To nowa inicjatywa badawcza w Texas A&M AgriLife Research, w ramach której przodujemy w opracowywaniu upraw przyjaznych dla klimatu, charakteryzujących się tą cechą” – powiedział Rajan.

„Nasze dane terenowe wskazują na znaczną redukcję emisji gazów cieplarnianych. Wierzymy, że możemy wyhodować sorgo przyjazne dla klimatu, aby zwiększyć efektywność wykorzystania nawozów i zmniejszyć emisję podtlenku azotu”.

Zawężanie pola

Prace pozwoliły Okumoto zidentyfikować konkretne kombinacje genów odpowiedzialnych za cechę BNI. „Udało nam się zbudować model pozwalający przewidzieć i wybrać linie, które naszym zdaniem będą dobre… Teraz mamy jasną ścieżkę wprowadzenia i wykorzystania tego modelu w programie hodowlanym, aby uczynić go jeszcze lepszym” – powiedział Okumoto.

Zespół uważa, że ​​dopiero zaczyna, ponieważ zapoznał się jedynie z niewielkim ułamkiem tego, co Rooney ma w swoim programie hodowlanym.

„BNI jest cechą dziedziczną” – powiedział Rooney. „Istnieje znaczna zmienność tej cechy w naszej obecnej puli plazmy zarodkowej i możemy ją znacząco ulepszyć”.

Rajan powiedział, że ważne będzie dopilnowanie, aby nie doszło do kar za plony. Chcą przeprowadzić szeroko zakrojone próby polowe we wszystkich głównych regionach uprawy sorgo, aby opracować najlepsze praktyki zarządzania, które powiedzą rolnikowi, jak bardzo może zmniejszyć dawkę nawozów bez ponoszenia kosztów zmniejszenia plonów.

Aktualne dane wskazują, że działanie inhibitora nitryfikacji wydaje się być selektywnie ukierunkowane na populacje drobnoustrojów nitryfikacyjnych i ma minimalny wpływ na ogólne mikrobiomy glebowe. Sanjay Antony-Babu, adiunkt i mikrobiolog gleby w AgriLife Research, bada wpływ BNI na różne mikroorganizmy glebowe. Badania te są niezbędne do zapewnienia zdrowia gleby, gdyż BNI nie ma negatywnego wpływu na różnorodność mikrobiologiczną.

Sorgo bioenergetyczne jest uprawą docelową

Oprócz sorgo zbożowego i pastewnego, uprawą docelową obejmującą cechę BNI jest sorgo bioenergetyczne, powiedział Rooney. Sorgo bioenergetyczne to stosunkowo nowa koncepcja, której pionierem jest zespół badawczy AgriLife Research w laboratorium hodowli sorgo Rooney.

Sorgo bioenergetyczne to specyficzny rodzaj sorgo, który rośnie przez długi sezon i nie wytwarza ziarna, co pozwala na większą tolerancję na suszę i wyższy plon biomasy celulozowej – stwierdził.

Podobnie jak w przypadku sorgo zbożowego i pastewnego, włączenie cechy BNI powinno zmniejszyć ilość nawozów azotowych wymaganych do produkcji, a także zwiększyć efektywność wykorzystania stosowanego azotu, powiedział Rooney.

Co dalej?

Ostatecznym celem, powiedział Rajan, jest opracowanie przyjaznego dla klimatu sorgo, które nie tylko zmniejszy wydatki na nawozy, ale może przyczynić się do zmniejszenia śladu środowiskowego. Uprawy przyjazne dla klimatu mogą zapewnić producentowi uznanie za te praktyki, a także przynieść korzyści środowisku.

„Azot jest niezbędny do produkcji żywności, ale jego użycie może również powodować problemy” – powiedziała. „Opracowanie odmian roślin przyjaznych dla klimatu to doskonałe rozwiązanie, ponieważ może zapobiec znacznej ucieczce azotu przez wodę lub w postaci gazu cieplarnianego”.