После более чем 9000-летнего культивирования однолетний рисовый рис теперь доступен как долгоживущий многолетник. Это усовершенствование означает, что фермеры могут посадить всего один раз и собрать до восьми урожаев без ущерба для урожайности, что является важным шагом вперед по сравнению с "ратунированием" или сокращением однолетнего риса для получения второго, более слабого урожая.

В новом отчете журнала Nature Sustainability рассказывается об агрономических, экономических и экологических результатах выращивания многолетнего риса в китайской провинции Юньнань. Уже сейчас переработанный урожай меняет жизнь более чем 55 752 мелких фермеров на юге Китая и в Уганде.

"Фермеры внедряют новый многолетний рис, потому что им это экономически выгодно. Фермеры в Китае, как и везде, стареют. Все едут в города; молодые люди уезжают. Посадка риса очень трудоемка и стоит больших денег. Поскольку им не нужно сажать дважды в год, они экономят много труда и времени", - говорит Эрик Сакс, профессор кафедры растениеводства Иллинойского университета и соавтор отчета.

Сакс вместе со старшим автором Фэньи Ху и Даюн Тао начали работу по выращиванию многолетнего риса в 1999 году в сотрудничестве между Юньнаньской академией сельскохозяйственных наук и Международным научно-исследовательским институтом риса. В последующие годы проект расширился и включил в себя Университет Иллинойса, Юньнаньский университет и Университет Квинсленда. Другой партнер, Институт земли, предоставил экспертные знания в области селекции многолетних зерновых культур и агроэкологии, а также начальное финансирование для обеспечения непрерывности проекта.

Исследователи вывели многолетний рис путем гибридизации, скрестив азиатский одомашненный однолетний рис с диким многолетним рисом из Африки. Используя современные генетические инструменты для ускорения процесса, команда определила многообещающий гибрид в 2007 году, провела крупномасштабные полевые эксперименты в 2016 году и выпустила первый коммерческий сорт многолетнего риса PR23 в 2018 году.

Международная исследовательская группа провела пять лет, изучая характеристики многолетнего риса наряду с однолетним рисом на фермах по всей провинции Юньнань. За редким исключением, урожайность многолетнего риса [6,8 мегаграмма с гектара] была эквивалентна урожайности однолетнего риса [6,7 мегаграмма с гектара] в течение первых четырех лет. Урожайность начала снижаться на пятый год из-за различных факторов, что побудило исследователей рекомендовать повторный посев многолетнего риса через четыре года.

Но поскольку им не нужно было сажать каждый сезон, фермеры, выращивающие многолетний рис, затрачивали почти на 60% меньше труда и почти вдвое меньше тратили на семена, удобрения и другие материалы.

"Сокращение рабочей силы, часто выполняемой женщинами и детьми, может быть достигнуто без замены оборудования на ископаемом топливе, что является важным соображением, поскольку общество стремится улучшить условия жизни при одновременном сокращении выбросов парниковых газов, связанных с сельскохозяйственным производством", – говорит Сакс.

Экономические выгоды от многолетнего риса варьировались в разных местах исследования, но прибыль варьировалась от 17% до 161% по сравнению с однолетним рисом. Даже на участках и в годы, когда урожайность многолетнего риса временно снижалась из-за вредителей, фермеры все равно получали большую экономическую отдачу, чем при выращивании однолетнего урожая.

"В тот первый сезон, когда они посадили однолетний и многолетний рис бок о бок, по сути, все было одинаково. Доходность та же, затраты те же, преимуществ нет", - говорит Сакс. "Но второй урожай и каждый последующий урожай поставляется с огромной скидкой, потому что вам не нужно покупать семена, вам не нужно покупать столько удобрений, вам не нужно столько воды, и вам не нужно пересаживать этот рис. Это большое преимущество".

Избегая обработки почвы два раза в год, многолетнее выращивание риса также обеспечивает значительные экологические преимущества. Исследовательская группа задокументировала более высокое содержание органического углерода и азота в почвах под многолетним рисом. Также улучшились дополнительные параметры качества почвы.

"Современные высокоурожайные однолетние культуры, как правило, требуют полного удаления существующей растительности для укоренения и часто требуют значительных затрат энергии, пестицидов и удобрений. Такое сочетание повторяющегося нарушения почвенного покрова и высоких затрат может привести к неустойчивому нарушению основных экосистемных услуг, особенно на маргинальных землях", - говорит Ху, профессор и декан школы сельского хозяйства Юньнаньского университета. "Многолетний рис не только приносит пользу фермерам, повышая эффективность труда и качество почвы, но и помогает пополнять запасы экологических систем, необходимых для поддержания производительности в долгосрочной перспективе".

В другой части исследования оценивалась устойчивость многолетнего риса к низким температурам с целью прогнозирования его оптимальной зоны выращивания по всему миру. Несмотря на то, что значительное воздействие холода ограничивало рост, исследовательская группа прогнозирует, что урожай может расти в широком диапазоне безморозных мест.

Хотя они уже провели тестирование на фермах и выпустили три сорта многолетнего риса в качестве коммерческой продукции в Китае и один в Уганде, исследователи еще не закончили переработку урожая. Они планируют использовать те же самые современные генетические инструменты, чтобы быстро привнести в новую культуру желаемые черты, такие как аромат, устойчивость к болезням и засухоустойчивость, потенциально расширяя ее охват по всему миру.

"Хотя первые результаты о пользе многолетнего риса для окружающей среды впечатляют и многообещающи, необходимы дополнительные исследования и финансирование, чтобы понять весь потенциал многолетнего риса", - говорит Тим Крюс, главный научный сотрудник Института земли и соавтор исследования.

"Остаются вопросы о связывании и стойкости углерода и балансе парниковых газов в системах многолетнего рисоводства. Исследователи также должны добиться прогресса в многолетнем выращивании высокогорного риса, что могло бы обуздать крайне неустойчивую эрозию почвы на сельскохозяйственных угодьях по всей Юго-Восточной Азии. По мере продвижения работы группы доктора Ху в Юньнаньском университете Институт земли и постоянно растущая сеть сотрудников будут продолжать поддерживать эти исследования и расширять масштабы производства многолетнего риса по всему миру".

Сакс добавляет: "Я думаю, что теперь, с многолетним рисом на полях фермеров, мы повернули за угол. Мы кормили человечество, выращивая эти злаки как однолетние растения с самого зарождения сельского хозяйства, но это не обязательно был лучший способ. Теперь мы можем сознательно выбирать лучший урожай и лучшее, более устойчивое сельское хозяйство. Мы можем исправить ошибки истории".

Статья "Устойчивая продуктивность и агрономический потенциал многолетнего риса" опубликована в журнале Nature Sustainability.