Изучение преимуществ инокулированной вигны в различных климатических условиях Намибии.

Aug 18, 2023

Том 13 научных докладов, номер статьи: 11761 (2023) Цитировать эту статью

232 доступа

4 Альтметрика

Подробности о метриках

Виргина (Vigna uniculata L. Walp) выращивается многими мелкими фермерами в странах Африки к югу от Сахары ради еды и обеспечения способности фиксировать азот даже в условиях стресса. Их эффективность зависит от местных штаммов ризобий, которые живут в симбиотической ассоциации с корнями; его можно усилить, если семена привить более эффективными. Данные об эффективности методики в различных климатических условиях редки. Таким образом, здесь мы используем модель для масштабирования двух полевых экспериментов, проведенных в Намибии, с целью включения различных сценариев изменения климата. Моделирование показывает, что неинокулированная вигна имеет среднюю урожайность 0,5 т/га, а инокулированная вигна - 1 т/га. При благоприятных климатических условиях (прохладные и влажные) расчетная разница в урожайности увеличивается до более чем 1 т/га. В засушливые годы (< 200 мм) средняя разница урожайности составляет всего 0,1 т/га. В отдаленном будущем (2080–2100 гг.) количество засушливых и жарких лет увеличится. Таким образом, использование инокулированных семян вигны вместо неинокулированных не принесет фермерам такой пользы, как в ближайшем будущем (2030–2050 гг.). В заключение можно сказать, что использование семян вигны, инокулированных эффективным штаммом ризобий, может значительно повысить урожайность в различных климатических условиях, но преимущества урожайности заметно снижаются в очень засушливые и жаркие годы.

Винга (Vigna unguiculata L. Walp) является важной белковой культурой, обеспечивающей внутреннее производство продуктов питания в полузасушливых частях Африки к югу от Сахары, где другим пищевым бобовым культурам приходится с трудом выжить1,2. В 2020 году вигна выращивалась на почти 14 миллионах га земли в центральной и южной частях африканского континента (https://www.fao.org/faostat/en/#data). Эта универсальная культура позволяет производить зерно и солому для производства продуктов питания и кормов3, а также фиксировать атмосферный азот даже в условиях водного или температурного стресса4. В оптимальных условиях вигна может усвоить до 240 кг N га-15, что делает ее хорошим выбором для мелких фермеров, пытающихся закупить минеральные азотные удобрения6.

Эффективность фиксации азота зависит от сорта вигны и штаммов ризобий, которые живут в симбиотической ассоциации с корнями вигны5,7. В некоторых регионах местные ризобии могут быть менее эффективными (например, 8,9). Их популяция может быть низкой или они неэффективны в фиксации N210. Дефицит питательных веществ в почве также может способствовать уменьшению образования клубеньков местными штаммами11. Кроме того, высокие температуры и нехватка воды могут косвенно влиять на успешное клубенькование корней, снижая подвижность ризобий или приводя к высыханию и гибели клеток12. В этих случаях инокуляция ранее выделенными, более эффективными штаммами ризобий может повысить фиксацию азота и урожайность13. Инокулянты также могут защитить вигну от паразитических растений и фитопатогенов14,15 и повысить содержание биологически активных соединений в урожае, что повышает пищевую ценность16. Они могут растворять фосфат17, снабжать растения-хозяева гормонами, способствующими росту18, и повышать устойчивость вигны к водному стрессу19.

Многие преимущества, связанные с инокуляцией, были изучены в небольших тепличных и полевых экспериментах. Объем этих экспериментов часто ограничивается одним вегетационным периодом и несколькими обработками из-за ограничений в пространстве, инфраструктуре и финансировании. В этой статье мы используем биогеофизическую модель сельскохозяйственных культур для масштабирования результатов небольших полевых испытаний, проведенных в 2017/2018 году в северном регионе Намибии. В этом испытании вигну выращивали с инокуляцией Bradyrhizobium и без нее, сравнивали ее урожайность и другие параметры сельскохозяйственных культур. Поскольку вегетационный период был очень засушливым, было применено экстренное орошение, чтобы избежать потери слишком большого количества растений. В этом расширенном исследовании мы хотим использовать данные, собранные в ходе этого испытания, в качестве основы для ответа на дальнейшие вопросы: как инокуляция повлияет на урожайность в различных климатических условиях? Может ли инокулированная вигна противостоять водному стрессу лучше, чем непривитые растения? И наконец, как изменится польза от привитой вигны в будущем?