Ett nytt genombrott hjälper till att producera ris som är billigt, rent och hälsosamt.

Figur (a): Ris gödslat med nanoselen (RF+Se ENMS) har bättre kvalitet än ris gödslat med mindre gödselmedel (RF) eller konventionellt odlat ris (CK). Figur (b): Fältförsök för att testa utsläpp av växthusgaser från ris tillsatt med nanoselen.

Att ta itu med den gröna revolutionens begränsningar

En viktig orsak till den "gröna revolutionens" framgång i mitten av förra seklet var uppfinningen av kväverika syntetiska gödningsmedel, vilket gjorde det möjligt för jordbrukare att avsevärt öka skördarna. Dessa gödningsmedel hade dock nackdelar, inklusive höga produktionskostnader, att produktionsprocessen släppte ut stora mängder koldioxid (CO2) och att mycket av kvävet lakades bort.

De flesta grödor absorberar bara cirka 40–60 % av det kväve de får, och detta kallas kväveutnyttjandeeffektivitet (NUE). I ris kan NUE sjunka till så lågt som 30 %, vilket innebär att 70 % av gödselodlarna applicerar flöden i floder, sjöar och hav. Detta bidrar till övergödning, förorenar floder och sjöar och orsakar en rad andra miljöproblem, samtidigt som det resulterar i ett enormt slöseri med pengar som spenderas på gödselmedel.

När kväve kommer in i jorden interagerar det med ett flertal komplexa kemiska reaktioner och mikrobiella aktiviteter. Dessa processer producerar slutligen stora mängder potenta växthusgaser som metan (CH4), ammoniak (NH3) och dikväveoxid (NO). Själva produktionen av kvävegödselmedel är också energikrävande och bidrar till ökade globala utsläpp.

Effektivitet i fält

I en studie publicerad i Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) visade ett team av forskare vid University of Massachusetts-Amherst (USA) och Jiangnan University (Kina) att applicering av selenpartiklar i nanostorlek (nano-selen) kan minska mängden gödningsmedel som behövs vid risodling, samtidigt som avkastningen bibehålls, näringsinnehållet förbättras, den mikrobiella mångfalden i jorden och utsläppen av växthusgaser minskas.

Författarna visade också för första gången att sådana selenbaserade behandlingar fungerar effektivt under verkliga förhållanden. De fann att när nanoselengödsel applicerades på blad och stjälkar av risplantor minskade den negativa miljöpåverkan av kvävegödsling med upp till 41 % och de ekonomiska fördelarna ökade med 38,2 % per ton ris, jämfört med konventionella metoder.

”Vi sprayade nanoselenlösningen lätt på de växande risfälten. Denna direkta kontakt innebär att risplantorna absorberar selen mycket mer effektivt än om man applicerar gödselmedel i jorden”, berättade professor Chuanxi Wang, medförfattare.

Selen ökar fotosyntesprocessen i växter med mer än 40 %. Ökad fotosyntes innebär att växter absorberar mer CO2, som de sedan omvandlar till kolhydrater. Dessa kolhydrater färdas ner och hjälper rötterna att växa. Större, friskare rötter frigör fler organiska föreningar, vilket ger näring åt nyttiga bakterier i jorden. Dessa bakterier arbetar sedan symbiotiskt med risrötter för att absorbera mer kväve och ammoniak från jorden till växten, vilket ökar NUE från 30 % till 48,3 %, samtidigt som mängden kväveoxider och ammoniak som släpps ut i atmosfären minskar med cirka 19–46 %.

På grund av den ökade tillförseln av näringsämnen kommer risplantorna att ge högre produktivitet. Mer specifikt kommer riskornen att vara mer näringsrika: proteininnehållet, flera essentiella aminosyror och selen kommer alla att öka. Framför allt fann forskargruppen att användningen av nanoselen gör det möjligt för jordbrukare att minska sina behov av kvävegödselmedel med 30 %.

Risodling är för närvarande försörjningen för över 3,5 miljarder människor, vilket motsvarar mer än 43 % av världens befolkning. Nya jordbrukstekniker lovar att lösa tre svåra problem: en växande global befolkning, klimatförändringar och stigande ekonomiska och miljömässiga kostnader.

Kommentar (0)