Ученые из Института биологических исследований Солка в США изучают возможность использования культур с глубокой корневой системой для повышения устойчивости сельского хозяйства к климатическим изменениям и увеличения запасов углерода в почве.

В рамках проекта исследователи работают, в частности, с соей, корни которой растут преимущественно вглубь почвы, а не распространяются в стороны, как у обычных растений. Предполагается, что такая корневая система позволит культурам лучше переносить засуху, получая воду из более глубоких слоев почвы, а также дольше удерживать углерод под землей.

Проект получил грант в размере $18 млн от Bezos Earth Fund. Эти средства позволят провести полевые испытания и оценить устойчивость растений к засухе и другим климатическим стрессам, объем и продолжительность накопления углерода, а также возможности внедрения новой технологии в сельскохозяйственное производство.

Ученым еще предстоит установить, сколько дополнительного углерода смогут накапливать такие растения в реальных условиях, как долго он будет сохраняться в почве и удастся ли одновременно поддерживать высокую урожайность.

Ученые изменяют генетику растений для формирования глубокой корневой системы

В течение последних шести лет специалисты Института Солка изучали генетическую информацию сотен разновидностей распространенных полевых культур, включая сою и сорго, собранных в разных регионах мира. В результате была создана своеобразная база геномов сельскохозяйственных растений.

Исследователи выявили 347 генов, связанных с накоплением углерода и развитием корневой системы. После этого они смогли изменить ДНК растений и получить растения с корнями, проникающими значительно глубже в почву.

По замыслу ученых, во время засухи такие корни смогут получать воду из нижних слоев почвы. Одновременно углерод будет поступать глубже под землю и, предположительно, будет менее подвержен высвобождению при обработке почвы.

Исследователи также пытаются увеличить объем корневой системы, чтобы в почве оставалось больше богатого углеродом растительного материала. Еще одно направление работы — повышение содержания суберина, похожего на пробковое вещество, которое содержится в корнях, богато углеродом и разлагается медленнее многих других растительных тканей.

Кроме того, ученые предполагают, что более вертикально ориентированная корневая система может позволить размещать больше растений на ограниченной площади и потенциально повышать урожайность.

Более крупные и глубокие корни, по мнению исследователей, могут также способствовать поглощению азота и других соединений, поступающих в почву с удобрениями. Это потенциально позволит сократить их вынос в водоемы, который может приводить к цветению воды и снижению содержания кислорода, нанося ущерб водным экосистемам.

По результатам предыдущих лабораторных исследований специалисты Института Солка оценивают, что один гектар сои с более глубокой и развитой корневой системой потенциально способен дополнительно накапливать около 1 тонны углекислого газа в год.

При этом продолжительность удержания углерода будет зависеть от глубины проникновения корней и характеристик почвы. Первые результаты полевых испытаний ученые ожидают получить осенью 2026 года.

На одном из экспериментальных участков Университета Иллинойса в Урбане-Шампейне специалисты выращивают сою с глубокой корневой системой под специальной конструкцией, позволяющей регулировать объем осадков. Это дает возможность моделировать засушливые условия.

Подземные камеры и датчики позволяют исследователям отслеживать содержание углерода в почве и в режиме реального времени наблюдать за развитием корней.

Дополнительные полевые испытания проводятся в штатах Миссури, Канзас и Айова. Они должны помочь получить более точные данные о способности новых растений накапливать углерод и формировать урожай.

Однако ученые признают, что результаты лабораторных экспериментов еще не позволяют оценить все последствия выращивания таких культур в реальных условиях. В прошлом селекционеры уделяли относительно мало внимания корневой системе растений, поэтому пока недостаточно данных о возможных компромиссах между глубиной корней, урожайностью и другими хозяйственно ценными признаками.

Масштабное внедрение будет зависеть от фермеров и производителей семян

Для распространения новой технологии необходимо доказать ее практическую ценность для сельхозпроизводителей и семенных компаний. По мнению исследователей, если технология обеспечит очевидные преимущества для аграриев, ее внедрение может происходить достаточно быстро.

При этом масштабное распространение культур с глубокой корневой системой необходимо для получения заметного эффекта в отношении накопления углерода.

Согласно результатам исследования 2025 года, одним из авторов которого был директор инициативы Harnessing Plants Института Солка Вольфганг Буш, к 2040 году использование сои, кукурузы, хлопчатника и рапса с глубокой корневой системой в странах, где уже выращиваются генетически модифицированные культуры, теоретически может обеспечить удаление из атмосферы около 1 млрд тонн углекислого газа ежегодно.

Одним из преимуществ технологии исследователи считают возможность выращивать такие культуры на существующих сельскохозяйственных землях с использованием действующей инфраструктуры.

Однако специалисты подчеркивают, что путь от научной разработки до широкого применения в сельском хозяйстве может занять значительно больше времени, чем ожидают разработчики.

По словам руководителя направления глобальных продовольственных систем Программы развития ООН Эндрю Боварника, решения фермеров зависят не только от результатов выращивания культур непосредственно на их полях. На выбор влияют семенные компании, закупочные организации, государственные субсидии, торговые правила и доступность финансирования.

Кроме того, сельхозпроизводители могут с осторожностью относиться к новым культурам, особенно если недостаточно данных о возможных побочных эффектах. Среди потенциальных рисков специалисты называют, например, повышение восприимчивости растений к заболеваниям или тепловому стрессу.

Государственные субсидии и другие меры поддержки могут ускорить внедрение новой технологии. Однако даже если культуры с глубокой корневой системой подтвердят свою эффективность, конечный эффект будет зависеть от характера землепользования, методов обработки почвы и того, насколько рационально используются сельскохозяйственные земли.

Исследователи также отмечают, что создание новых сортов и гибридов является длительным процессом. По их мнению, масштабные климатические задачи требуют ускорения финансирования научных разработок и селекционных программ.

Таким образом, ученые рассматривают культуры с глубокой корневой системой как потенциальный инструмент одновременного решения нескольких задач — повышения устойчивости сельхозпроизводства к засухе, улучшения использования воды и питательных веществ и увеличения запасов углерода в почве. Однако окончательная оценка эффективности технологии потребует дальнейших полевых испытаний и подтверждения ее экономической целесообразности для сельхозпроизводителей.

Ранее по теме:

Соя усиливает позиции в структуре посевов США по данным мартовского отчёта USDA