Newswise — Согласно исследованию Техасского департамента садоводческих наук A&M, древняя добавка к почве — биоуголь — может стать многообещающим инструментом для будущего улучшения и поддержания здоровья почвы.

Амит Дхингра, доктор философии, заведующий кафедрой Техасского колледжа сельского хозяйства и наук о жизни A&M, Брайан-колледж-Стейшн, возглавил исследование: «Метатранскриптомный анализ ризосфер томатов раскрывает понимание молекулярной реакции растительного микробиома на органические вещества с биоугольными добавками. почва», опубликованная в Границы аналитической науки . Исследование показало, что биоуголь улучшает микробиом почвы и взаимодействие корней растений со спектром обнаруженных там полезных микроорганизмов.

«Это очень актуально для садоводства здесь, в Техасе, потому что у нас 1300 типов почв», — сказал Дхингра. «Это доказательство принципа, которое показывает, что биоуголь может быть ценным дополнением, когда дело доходит до улучшения и управления здоровьем почвы».

Роль Biochar в улучшении здоровья почвы

По словам Дхингра, вариации биоугля использовались на протяжении всей истории. Древние цивилизации Бразилии использовали пиролизованную органическую биомассу для повышения плодородия почвы в Амазонии.

Биоуголь, использованный в этом исследовании, выглядит как мелкозернистый древесный уголь. Его высокопористые, богатые углеродом характеристики способствуют улучшению обмена воды и питательных веществ и могут привести к снижению подкисления почвы при внесении в почву добавок. Его можно производить из любого вида биомассы, от навоза до остатков сельскохозяйственных культур, таких как стебли кукурузы. В этом случае команда Дхингра использовала биоуголь, полученный из остатков урожая пшеницы.

Исследования показали, что органические добавки к почве улучшают здоровье микробиома, а добавление биоугля является многообещающей стратегией для повышения плодородия почвы, разнообразия полезных микробов и долгосрочного связывания углерода, сказал он.

Команда охарактеризовала влияние растительных остатков, полученных из биоугля, на рост томатов, микробное разнообразие почвы и реакцию экспрессии генов на уровне ризосферы в органически выращенных фруктах.

Исследовательскую группу Дхингра возглавляла доктор философии, доктор философии из Университета штата Вашингтон Шона Хьюитт, в сотрудничестве с доктором философии, доктором наук Ришикешем Гогаре, из Техасского A&M. В команду также входили аспиранты Техасского университета A&M, Университета штата Вашингтон и студент Калифорнийского университета в Риверсайде.

«Биоуголь полезен для рекультивации и дальнейшего развития тысячелетней стратегии повышения плодородия почвы», — сказал Дхингра. «Это исследование обеспечивает эффективную методологию для дальнейшего изучения влияния биоугля и любых других почвенных добавок на здоровье почвы и растений, а также потенциальное использование в садоводческих системах».

Исследование показывает повышенную полезную микробную активность, цифры

Органически сертифицированные биоугольные добавки на основе пшеницы были внесены и внесены в пробные грядки супесчаных суглинков рядом с контрольными грядками из расчета 2 тонны на акр. Все экспериментальные грядки находились в сертифицированной органической почве.

Трансплантаты томатов были помещены в обработанные биоуглем и контрольные грядки и получали органическое удобрение для рыб Аляски 5-1-1 один раз в неделю на протяжении всего эксперимента. Затем образцы ризосферы были взяты на 25-дневной стадии или на ювенильной стадии; 40 дней или стадия вегетативного роста; 55 дней или предцветущая стадия; и 70 дней, при этом 75% плодов находятся в стадии красной спелости.

Дхингра сказал, что исследователи пришли к выводу, что микробиом почвы демонстрирует повышенную функциональную активность нескольких полезных микробов, одновременно снижая активность патогенных грибов на протяжении всего исследования.

Выводы были основаны на реакции корней растений и профилях микробного сообщества почвы. Активные транскрипты внутри сообществ были количественно оценены на четырех стадиях развития растений между всходами и сбором зрелых плодов.

Транскрипция у растений — это процесс декодирования последовательности ДНК гена растения, приводящий к образованию РНК — молекулы, которая представляет собой функциональный аспект ДНК. По словам Дхингра, исследование показало, что микробиом может влиять на растительную РНК и экспрессию генов, что делает биоуголь потенциальным усилителем этих симбиотических отношений, когда дело доходит до регулирования важнейших процессов развития растений.

Исследование показало, что обработка биоуглем увеличила экспрессию генов в томатах из-за присутствия и количества полезных почвенных бактерий или ризобактерий по сравнению с контрольными участками. Анализ обогащения выявил увеличение круговорота азота и расщепление органических соединений в микробиоме почвы на протяжении всего эксперимента.

«Были доказательства того, что растение и микробиом могли лучше взаимодействовать и модулировать свои функции в присутствии биоугля», — сказал он. «Эта модуляция важна, поскольку известно, что потребности растения в питательных веществах меняются по мере его взросления».

Необходимо более глубокое изучение биочара

Защита корней растений биоуглем от патогенов, таких как грибковые заболевания, и повышение эффективности корней томатов, таких как метаболизм азота, регулирование других метаболических процессов и производство органических соединений в ризосфере, обработанной биоуглем, — все это положительные результаты. Урожайность фруктов и вес свежих побегов не были заметно улучшены в результате обработки биоуглем, что было ожидаемо для органических почв.

Эти ранние результаты обеспечивают основу для измерения биологического воздействия биоугля на различные культуры и типы почв при различных режимах управления. По словам Дхингра, дальнейшие исследования могут определить способы оптимизации применения биоугля и его потенциальной роли в производстве во всем спектре садоводства. В настоящее время проводятся эксперименты по аналогичному тестированию биоугля в саду орехов пекан и винограднике.

«Не весь биоуголь создается одинаково», — сказал он. «Существуют серьезные структурные и функциональные различия в биоугле, полученном из разных источников биомассы, будь то срезы пшеницы, навоз или лиственные породы. Растения по-разному реагируют на них, поэтому нам нужно понять, что лучше всего подходит для производителей пекана или винного винограда, в домашних садах или в органических, а не в традиционных коммерческих условиях».

Дхингра сказал, что продолжение исследований важно, потому что наука о садоводстве продолжает развиваться, выходя за рамки целей Зеленой революции, которая в первую очередь фокусировалась на урожайности. Сейчас цель, по его словам, состоит в том, чтобы обеспечить целостные подходы, которые соединят количество урожая и качество питательных веществ экономически и экологически устойчивыми способами.

«Чем больше мы узнаем и понимаем эти естественные взаимоотношения между почвой и растениями, тем больше это помогает нам разрабатывать устойчивые стратегии по повышению плодородия почвы и здоровья сельскохозяйственных культур во всем спектре наших производственных систем», — сказал Дхингра. «В ближайшие два десятилетия нам необходимо производить на 70% больше продовольствия, используя на 30% меньше земли, чтобы удовлетворить спрос на продовольствие, и мы хотим быть уверены, что каждый дюйм земли остается высокопродуктивным».