Стабильный изотоп азота помог ученым оптимизировать расход воды и удобрений

Становится все больше стран, в которых эксперты, используя ядерные методы, помогают фермерам повысить урожайность, оптимизировать использование удобрений, оценить, насколько эффективно различные сорта риса, злаков и овощей усваивают удобрения, и адаптировать методы ведения сельского хозяйства к меняющимся климатическим условиям.

23 May 2017

Миклош Гашпар, Бюро общественной информации и коммуникации МАГАТЭ

Данные, полученные с помощью ядерных методов, позволяют повысить плодородие почв и урожайность сельскохозяйственных культур при минимальном воздействии на окружающую среду. (Фото: М. Гашпар/МАГАТЭ)

Нейпьидо, Мьянма, и Габороне, Ботсвана. Становится все больше стран, в которых эксперты, используя ядерные методы, помогают фермерам повысить урожайность, оптимизировать использование удобрений, оценить, насколько эффективно различные сорта риса, злаков и овощей усваивают удобрения, и адаптировать методы ведения сельского хозяйства к меняющимся климатическим условиям.

Результаты исследований показали, что во всем мире сельскохозяйственными культурами усваивается менее 40% всего объема удобрений, в то время как 60% либо испаряются в атмосферу или вымываются подземными водами, либо остаются в почве, поскольку не могут быть поглощены растениями.

«Я высадил новый сорт риса на участке в половину акра, и расход удобрений на нем снизился примерно на четверть, — говорит У Кьо Лай, житель деревни Тхар Яр Су в центральной части Мьянмы. — Для нашей семьи это существенная экономия». В следующем сезоне г-н Лай, по его словам, уже отведет больше земли под этот конкретный сорт риса, который и по вкусу оказался лучше традиционно выращиваемых сортов.

Г-н Лай и еще 20 других крестьян, согласившихся опробовать передовую практику выращивания новых сортов, получили семена от Департамента сельскохозяйственных исследований Мьянмы, в котором после проведения экспериментов с 106 имеющимися сортами риса были отобраны 6 сортов, наиболее эффективно усваивающих азотные удобрения. «Это означает, что для выращивания подобных сортов требуется меньший объем удобрений», — объясняет г-жа Су Су Вин, директор отдела почвоведения, водопользования и агротехники. Исследователи рекомендовали, какие сорта лучше использовать в тех или иных районах Мьянмы, включая маргинальные земли, которые, как правило, принадлежат менее обеспеченным крестьянам, и территории, где изменение климатических условий вызвало снижение урожайности традиционных сортов.

Азот имеет большое значение для роста растений и фотосинтеза — процесса преобразования растениями энергии солнечного света в химическую энергию. Азот часто добавляют в почву в виде удобрений. Пометив удобрения стабильными изотопами азота-15 (¹⁵N), т. е. атомами, имеющими на один нейтрон больше, чем атомы «нормального» азота, ученые затем отслеживают перемещение изотопов, чтобы определить, насколько успешно растения поглощают удобрения. Этот метод помогает также определить оптимальное количество удобрения, которое следует использовать: после насыщения растения азотом его остатки продолжают находиться в почве, где они подвержены выщелачиванию (см. график).

Найдены высокоурожайные сорта риса, эффективно усваивающие питательные вещества

Применяя изотопы азота-15, г-жа Су Вин с коллегами при содействии МАГАТЭ и Продовольственной и сельскохозяйственной организации Объединенных Наций (ФАО) изучали поглощение азота различными сортами риса.

«В Мьянме рис — главная сельскохозяйственная культура, он важен для обеспечения продовольственной безопасности и промышленного развития», — говорит г-жа Cу Вин. Многие из традиционно выращиваемых в стране сортов риса — это так называемые «высокоурожайные сорта, реагирующие на удобрения», т. е. дающие высокий урожай только при внесении удобрений, однако крестьянам зачастую не хватает средств на удобрения, поэтому и урожаи, и доходы крестьян остаются скудными. По словам г-жи Су Вин, выведенные недавно новые сорта, эффективно усваивающие питательные вещества, позволят крестьянам собирать более высокий урожай без чрезмерного расхода удобрений.

Джозеф Аду-Гьямфи, специалист по плодородию почв, работающий в Объединенном отделе ФАО/МАГАТЭ по ядерным методам в продовольственной и сельскохозяйственной областях, рассказывает, что, согласно первоначальным результатам, рациональное удобрение риса азотом дает возможность сэкономить на удобрениях около 30% средств и сократить объем утечек удобрений в окружающую среду на 20%, добившись при этом оптимальной урожайности.

МАГАТЭ и ФАО поддерживают применение этого метода во многих странах, оказывая необходимую помощь по линии программы технического сотрудничества МАГАТЭ и предоставляя исследователям возможности совместной работы в рамках многочисленных проектов координированных исследований. В настоящее время такую помощь получают эксперты более чем из 100 стран.

Метод азота-15 пригодился крестьянам из Ботсваны

В Ботсване ученые-почвоведы недавно стали применять указанный метод для определения необходимого количества удобрений для выращивания зеленого перца, шпината и других плодоовощных культур в различных типах почв.

«Во всем мире типы почв разные, поэтому мы не можем просто использовать результаты исследований, полученные в других странах, — объясняет Келебонье Бариленг, сотрудник Национальной почвенной лаборатории. — Нам нужно определить правильное количество азота, которое требуется для тех или иных конкретных культур».

Эксперименты еще продолжаются, однако первоначальные результаты позволяют г-же Бариленг предположить, что на полях, где выращиваются зерновые культуры, потери могут составлять от одной четверти до половины общего объема удобрений. Это означает не только излишние расходы для крестьян, но и вероятность загрязнения подземных вод вблизи сельскохозяйственных районов нитратами, не поглощенными растениями. «Это влечет за собой серьезные риски для такой страны, как Ботсвана, где источником питьевой воды являются подземные водоемы, — говорит г-жа Бариленг. —

В зарождающемся секторе овощеводства, где производители вынуждены конкурировать с импортом из Южной Африки, наиболее высокие затраты на производство приходятся на удобрения, поэтому серьезное сокращение объемов их использования может существенно повысить конкурентоспособность отрасли. Возможно, это станет ключевым фактором развития овощеводства в Ботсване».

Капуста во Вьетнаме

«Во Вьетнаме результаты, полученные с применением азота-15, показывают, что до половины всего объема удобрений, используемых на капустных полях, теряется в окружающей среде, что приводит к загрязнению водных ресурсов и проблемам с безопасностью пищевых продуктов, — говорит г-н Аду-Гьямфи. — Благодаря проекту технического сотрудничества МАГАТЭ местные специалисты теперь принимают необходимые меры и консультируют крестьян по вопросам наиболее эффективного использования удобрений».

Узнать больше о международной конференции «Программа технического сотрудничества: 60 лет и последующий период — содействие развитию» можно здесь.

Finding nutrient-efficient and high-yielding rice

Su Win and her team used the nitrogen-15 isotopic technique, with support from the IAEA and the Food and Agriculture Organization of the United Nations (FAO), to determine the nitrogen uptake of different kinds of rice.

“Rice is the most important crop in Myanmar and important for both food security and industrial development,” Su Win said. Many of the varieties traditionally used in the country are so-called fertilizer-responsive high-yielding varieties — crops that have a high yield only when supported by fertilizers — but farmers often cannot afford fertilizers, so the yield and farmers’ earnings remain poor. With the help of the nutrient-efficient new varieties now identified, farmers will have access to crops that have a higher yield without excessive fertilizer use, she said.

Initial results have shown that the judicious application of nitrogen to rice crops led to fertilizer savings of around 30% and reduced the amount of fertilizer lost to the environment by 20%, while also optimizing yield, said Joseph Adu-Gyamfi, a soil fertility specialist at the Joint FAO/IAEA Division of Nuclear Techniques in Food and Agriculture.

The IAEA and the FAO support the use of this technique around the world, providing assistance through the IAEA technical cooperation programme and acting as a platform for research collaboration through numerous coordinated research projects. Currently, experts from over 100 countries are benefiting from this assistance.

Farmers in Botswana benefit from nitrogen-15 technique

In Botswana, soil scientists are in the earlier stages of using the technique to determine the amount of fertilizer required for green pepper, spinach and other horticultural crops and soils.

“Soil types are different all over the world, so we cannot just use results obtained elsewhere,” said Kelebonye Bareeleng of the National Soil Laboratory. “We need to find the right amount of nitrogen needed by our particular crops.”

The experiments are still ongoing but, from the initial results, Bareeleng estimates that between one quarter and one half of the fertilizer used on cereal fields could be wasted. Not only does this represent an unnecessary additional expense for farmers, but the unused nitrates could also spoil groundwater near agricultural areas. “For a country like Botswana that relies on underground reservoirs for its drinking water, this is too risky,” she said.

In the fledgling horticulture sector, where producers are trying to compete with imports from South Africa, fertilizer represents the highest input cost, so cutting its use significantly has the potential to make the industry much more competitive, Bareeleng said. “This may be the key to the development of this sector in Botswana,” she said.

Cabbage in Viet Nam

In Viet Nam, results obtained using the nitrogen-15 technique showed that as much as half of the fertilizer applied to cabbage fields was lost to the environment, creating water pollution and food safety problems, Adu-Gyamfi said. “As a result of a technical cooperation project with the IAEA, local officials are now taking action and advising farmers on the most efficient use of fertilizers.”

For more information about the International Conference on the IAEA Technical Cooperation Programme: Sixty Years and Beyond – Contributing to Development, click here.

Стабильный изотоп азота помог ученым оптимизировать расход воды и удобрений

Ресурсы по теме

More on the IAEA

Scientific resources

Resources

Documents

Stay in Touch