Электрифицирующий способ сделать выращивание риса более экологичным

Без рубрики

Выращивание риса является крупным источником выбросов парниковых газов. Основной продукт питания для более чем половина населения мира, рис почти всегда выращивают на затопленных рисовых полях, которые выделяют в атмосферу 11 процентов всего метана, связанного с деятельностью человека. Это составляет почти 40 миллионов тонн метана ежегодно.

Источником этого метана являются бактерии, которые процветают на рисовых полях, но ученые обнаружили странную электрическую форму жизни, которая может значительно уменьшить текущее воздействие на окружающую среду. Эта форма жизни, известная как кабельные бактерии, была впервые обнаружена в океане, а недавно было обнаружено, естественно растут на полях среди рисовых корней в Азии и США. Затем ученые выясняют, какие условия благоприятствуют кабельным бактериям, что может изменить правила игры для сокращения выбросов.

[RELATED: Philippines Becomes First Country to Approve GMO ‘Golden Rice’]

кабельные бактерии, которые проводят электричество, сдерживают образование метана в почве. В 2020 году исследователи обнаружили, что кабельные бактерии сокращение выбросов метана на 93 процента в лабораторной почве, где выращивался рис. Кабельные бактерии нарушили баланс сил в сообществе почвенных микробов, и метанообразующие бактерии оказались в подавляющем большинстве проигравшими.

Производство метана неэффективно для бактерий; если есть альтернатива, они ею воспользуются.

«Производство метана — это последнее прибежище микробного сообщества. Когда [microbes] больше ничего не умеют, они производят метан», — говорит микробиолог. Дерек Ловли Университета Массачусетса в Амхерсте.

Бактериальные друзья с преимуществами

Кабельные бактерии длинные и тонкие, их тела шириной всего в одну клетку. При рассмотрении под микроскопом они светятся, как призрачные волосы, выпадающие из корней риса. Они контролируют метан, изменяя химический состав почвы. Кабельные бактерии увеличивают количество полезных сульфатов в почве и поддерживают этот уровень на стабильном уровне — добавки сульфатов не требуются. Они не наносят прямого вреда производителям метана, но создают условия, которые их вытесняют.

Микробы сильно конкурируют друг с другом, и когда один вид расцветает, другие часто вымирают. Если трава на вашем газоне здоровая, сорнякам труднее закрепиться, чем на голой почве — то же самое верно и для микробов. Вот почему некоторые люди принимают пробиотические добавки, чтобы поддерживать здоровье кишечника. Точно так же, когда кабельные бактерии процветают в почве, они питают бактерии, которые потребляют сульфаты, вытесняя конкурентов, которые в противном случае производили бы метан.

В качестве побочного преимущества кабельные бактерии безвредны для риса, потому что они удаляют сульфиды из почвы. Винсент Шольц — электромикробиолог из Орхусского университета в Дании, участвовавший в обоих упомянутых выше исследованиях. В то время как сульфат является питательным веществом для растений, говорит Шольц, сульфид является токсином для растений и снижает урожайность зерна. И это улица с двусторонним движением: растения риса также помогают кабельным бактериям, передавая растворенный кислород кабельным бактериям через их корневые структуры.

Но знание того, как кабельные бактерии творят чудеса, — это лишь часть решения. Какие условия делают рисовые поля готовыми к кабелю?

Мокрая или сухая?

Исследователи изучают условия, которые благоприятствуют кабельным бактериям. Например, кабельные бактерии чувствуют себя лучше, когда рисовые поля постоянно затапливаются (стандартная практика в США) или когда рисовые поля периодически осушаются и затапливаются? Сколько кислорода им нужно?

Вопрос о периодическом затоплении рисовых полей стоит на столе уже несколько лет, и не только из-за кабельных бактерий. Попеременное смачивание и сушка снижают выбросы метана на до 90 процентов в одном исследовании 2018 г. Исследование, проведенное в 2020 году, показало, что попеременное увлажнение и сушка сокращают чистые парниковые газы, а не только метан, примерно на 22 процента. Если бы это преимущество можно было бы объединить со здоровой популяцией кабельных бактерий, это сделало бы рис гораздо более благоприятным для климата.

Шольц говорит, что управление водными ресурсами имеет решающее значение. Кабельные бактерии привередливы в отношении воздействия кислорода. Они испытывают стресс, если их оставляют на открытом воздухе, но им нужен кислород, чтобы выжить. Хитрость заключается в том, чтобы найти золотую середину, которая благоприятствует кабельным бактериям и дает хорошие урожаи риса. Дальнейшее изучение управления водными ресурсами, вероятно, является следующим направлением сельскохозяйственных исследований кабельных бактерий.

[RELATED: Stretching California’s Rice Belt]

Новое исследование, проведенное в Китае, показывает, что кабельные бактерии процветают, когда больше кислорода имеется в воде. Кабельные бактерии в богатой кислородом воде были более устойчивыми, быстрее размножались и проникали глубже в почву. Полевые исследования могут опираться на этот многообещающий результат, чтобы протестировать добавление кислорода в воду на рисовых полях. Насыщение воды кислородом может быть осуществлено низкотехнологичными способами, поэтому этот метод не обязательно должен быть дорогим. Альтернативное смачивание и сушка также могут повысить уровень кислорода в почва.

Как только ученые разработают идеальные условия воды и кислорода, не должно возникнуть никаких технических проблем с использованием кабельных бактерий для сокращения выбросов метана при выращивании риса. Фермеры, чьи рисовые поля содержали местные кабельные бактерии, могли создать условия, способствующие росту этих полезных бактерий. Фермеры, у которых не было кабельных бактерий, могли посеять их в почву во время подготовки поля.

Шольц, который выращивал кабельные бактерии в Германии и Дании, говорит, что их «очень легко» выращивать. Его коллега, Ларс Питер Нильсеноткрывший кабельные бактерии, добавляет, что можно вырастить «километр кабельных бактерий в кубическом сантиметре, и это много».

Однако Нильсен предостерегает от опережения исследований. Еще многое предстоит узнать о кабельных бактериях. «И, — говорит Нильсен, — мы все еще в шоке».

Оцените автора
Добавить комментарий