Отглеждането на ориз – основната зърнена култура за повече от 3,5 милиарда души по света – е свързано с изключително високи екологични, климатични и икономически разходи. Но това може би ще се промени благодарение на ново изследване, ръководено от учени от Университета на Масачузетс Амхърст и китайския университет Дзяннан. Те показаха, че наномащабните приложения на елемента селен могат да намалят количеството тор, необходимо за отглеждане на ориз, като същевременно поддържат добивите, повишават хранителните вещества, подобряват микробното разнообразие на почвата и намаляват емисиите на парникови газове. Нещо повече, в нова статия, публикувана в Proceedings of the National Academy of Sciences, те за първи път демонстрират, че подобни наномащабни приложения работят в реални условия.
„Зелената революция значително увеличи селскостопанското производство през средата на миналия век“, казва Баошан Син, изтъкнат професор по екологична и почвена химия в университета, директор на Училището по земеделие „Стокбридж“ към Масачузетския университет и съавтор на новото изследване. „Но тази революция изчерпва силата си. Трябва да намерим начин да я поправим и да я накараме да работи.“
Част от това, което направи Зелената революция толкова революционна, беше изобретяването на синтетични, богати на азот торове, които можеха да поддържат високи селскостопански добиви. Но те са скъпи за производство, създават огромно количество въглероден диоксид и голяма част от тора се отмива.
Повечето култури използват само около 40-60% от азота, който им се прилага, мярка, известна като ефективност на използване на азот или NUE (ефективност на използване на азот), а NUE на ориза може да бъде едва 30% - което означава, че 70% от това, което фермерът използва върху полетата си, се отмива в потоци, езера и океани, причинявайки еутрофикация, мъртви зони и множество други екологични проблеми. Това също означава, че 70% от цената на тора също се губи.
Освен това, когато азотът се прилага върху почвата, той взаимодейства с невероятно сложната химия и микробите на почвата и в крайна сметка води до значително увеличени количества метан, амоняк и азотен оксид - всички от които допринасят за глобалното затопляне. Освен това, самото синтезиране на торове е предприятие, което отделя много парникови газове.
„Всички знаят, че трябва да подобрим NUE“, казва Син – въпросът е как?
Това, което Син и неговите съавтори, включително водещият автор Чуанси Уанг и друг старши автор, Женю Уанг, професори по екологични процеси и контрол на замърсяването в университета Дзяннан, откриха, че наномащабният селен, елемент, решаващ за здравето на растенията и хората, когато се прилага върху листата и стъблата на ориза, намалява отрицателното въздействие върху околната среда от азотното торене с 41% и увеличава икономическите ползи с 38,2% на тон ориз, в сравнение с конвенционалните практики.
„Използвахме въздушен дрон, за да напръскаме леко ориза, растящ в оризово поле, със суспензията от наномащабен селен“, казва Уанг. „Този директен контакт означава, че оризовото растение е много по-ефективно в абсорбирането на селена, отколкото би било, ако го прилагахме върху почвата.“
Селенът стимулира фотосинтезата на растението, която се е увеличила с повече от 40%. Засилената фотосинтеза означава, че растението абсорбира повече CO2, който след това превръща във въглехидрати. Тези въглехидрати се стичат надолу в корените на растението, което ги кара да растат. По-големите и здрави корени освобождават множество органични съединения, които култивират полезни микроби в почвата, и именно тези микроби работят симбиотично с корените на ориза, за да извличат повече азот и амоний от почвата и да ги внасят в растението, увеличавайки неговата нулева енергийна ефективност (NUE) от 30 на 48,3%, намалявайки количеството на азотен оксид и амоняк, отделяни в атмосферата, с 18,8-45,6%.
С постъпването на повече хранителни вещества, самият ориз дава по-висок добив, с по-хранително зърно: нивата на протеини, някои критични аминокиселини и селен също скочиха.
В допълнение към всичко това, Син, Уанг и техните колеги установиха, че приложенията им с наноселен позволяват на фермерите да намалят приложенията си на азот с 30%. Тъй като отглеждането на ориз представлява 15-20% от световното потребление на азот, тази нова техника е реално обещаваща за справяне с тройната заплаха от нарастващото население, изменението на климата и нарастващите икономически и екологични разходи за селското стопанство.
