Загрязнение азотом представляет собой серьезную проблему для сельского хозяйства. Азотные удобрения являются самыми популярными и необходимыми для здоровья растений и хорошего урожая. Однако при избыточном внесении происходит так называемый сток азота, то есть его избыток просачивается в окружающую среду, например, в водоемы. Это приводит к токсичному цветению водорослей, которое нарушает водные экосистемы и загрязняет питьевую воду. Кроме того, азот из сельскохозяйственных процессов может загрязнять воздух в виде закиси азота (N₂O) , парникового газа, в 300 раз более мощного, чем углекислый газ. Казалось бы, при чем тут марганец?
Авишеш Неупане, доцент кафедры почвоведения в Колледже сельского хозяйства, здравоохранения и природных ресурсов Университета Коннектикута, провел лабораторный эксперимент, чтобы выяснить, может ли добавление химического элемента марганца в почву помочь уменьшить сток азота из сельскохозяйственных почв. Ученый опубликовал результаты в журнале Applied Soil Ecology.
До этого не проводилось прямых исследований, проверяющих влияние марганца на круговорот азота в агрономически значимых условиях.
Неупане, который также является директором Центра здоровья растений и почв имени Джорджа Ли Минора в Университете Коннектикута, вместе со своей командой сравнил почву, которая обрабатывалась азотными удобрениями в течение последних 27 лет, и почву, которая за этот период не получала азотных удобрений. Они протестировали три разных уровня марганца: 0, 50 и 250 миллиграммов на килограмм почвы.
Исследователи заметили, что добавление марганца снижает содержание доступного для растений азота в почве, в частности аммония (NH₄⁺) и нитрата (NO₃⁻). При уменьшении количества этих легкоусваиваемых форм азота выбросы закиси азота (N₂O) значительно снижались, а уровень нитратов также уменьшался, снижая риск вымывания нитратов в водоемы.
«Мы обнаружили, что добавление марганца потенциально может контролировать выбросы N₂O, очень мощного парникового газа, — говорит Неупане. — Это также снижает концентрацию нитратов в почве, которые могут вымываться в качестве загрязняющих веществ».
В частности, через 51 день наблюдалось снижение выбросов N₂O на 42% при концентрации марганца 250 миллиграммов на килограмм и на 32% при концентрации 50 миллиграммов на килограмм марганца.
Марганец — важный микроэлемент для сельскохозяйственных культур, поэтому его иногда добавляют в качестве удобрения при дефиците в почве. Однако избыток марганца может навредить растениям, поэтому важно найти баланс, говорит Неупане. Необходимы дальнейшие исследования для определения оптимального количества марганца, необходимого для снижения азотного загрязнения без замедления роста растений.
Неупане также обнаружил, что добавление марганца снижает экспрессию гена amoA, который превращает аммиак в нитрат, в 2,5 раза.
«Для изучения всего круговорота марганца и азота нам необходимо исследовать множество генов, но мы изучали только этот ген», — говорит Неупане.
Хотя это было всего лишь лабораторное исследование, результаты многообещающие. Сотрудники Неупана из Университета Теннесси сейчас работают над полевым экспериментом, чтобы лучше понять, как эти результаты можно применить в реальном мире.
«Это лишь предварительные результаты, — говорит Неупане. — Это интересная научная работа. Если мы проведем больше полевых экспериментов, то, возможно, сможем использовать марганец в качестве инструмента для контроля выбросов N₂O и потерь нитратов как загрязнителя воды».
Источник: University of Connecticut. Автор: Анна Зарра Олдрич.
Интересна тема? Подпишитесь на наши новости в ДЗЕН | Канал в Telegram | Группа Вконтакте | Дзен.новости.