Хитрость в повышении урожайности в подверженных засухе и неблагополучных с точки зрения продовольственной безопасности районах Западной Африки может заключаться в повсеместном распространении местного кустарника, который сохраняется в самых суровых условиях выращивания.
Выращивание этих кустарников рядом с продовольственным просом увеличило производство проса более чем на 900 процентов, согласно новому исследованию, опубликованному в журнале Frontiers in Environmental Science.
Прошло несколько десятилетий с тех пор, как Ричард Дик, почвовед, ныне работающий в штате Огайо, путешествовал по сельским районам Сенегала в Западной Африке и заметил низкорослые кустарники, которые, казалось, чувствовали себя хорошо, несмотря на засушливые условия, которые уничтожили большая часть другой растительности на фермерских полях.
"Я сказал: "Вау, тут немного биомассы! Что это?"", - сказал он, имея в виду первоначальный интерес его команды к поиску органических веществ для улучшения почвы в этом районе. С тех пор Дик и его давний ведущий сотрудник Ибрахима Дьедхиу из Сенегала открыли множество способов, которыми кустарники приносят пользу почве и урожаю.
Но самое глубокое открытие произошло недавно, сказал Дик.
Недавно опубликованное исследование показывает, что те же кусты, посаженные рядом с просом, могут делиться драгоценной водой, которую они потребляют, и увеличивать производство одного из основных злаков, обеспечивающих питание западноафриканцам.
«Люди в этой части Африки полагаются на местные культуры, чтобы выжить. Поиск способов увеличения производства продуктов питания, особенно во время сильной засухи, имеет решающее значение», - сказал Дик, профессор почвенной микробной экологии в штате Огайо..
"Сейчас дела обстоят так: население продолжает расти, земли больше нет, а урожайность остается на прежнем уровне."
Новое исследование показало, что некоторые древесные кустарники, в частности один из них называется Guiera, от латинского названия Guiera senegalensis, могут эффективно делиться водой с растениями проса под поверхностью почвы. Просо, зерновая культура, наряду с сорго, является важным источником пищи в Сенегале.
Фермеры там и в других частях африканского региона, называемого Сахелем, в той или иной степени позволяли этим кустарникам расти рядом с сельскохозяйственными культурами - вероятно, в течение тысяч лет, сказал Дик.
Некоторые обрезают их или рвут и сжигают, и они в значительной степени не признаются как ресурс для сельскохозяйственных культур, сказал он.
Дик и его исследовательская группа разработали инновационную систему управления растениеводством, которую они называют «оптимизированной системой кустарников», которая использует преимущества этих легкодоступных кустов.
Их подход предполагает резкое увеличение плотности кустарников на фермерских полях с менее чем 300 кустов на гектар (около 2.5 соток) до 1500 кустов на том же участке земли. Их система также включает в себя удобрение земли листьями и стеблями кустарников, а не сжигание этого органического вещества.
Помимо резкого увеличения урожайности, эта система улучшает качество почвы, повышает уровень питательных веществ в культурах и сокращает время сбора урожая примерно на 15 дней, что важно в районе с низким уровнем осадков, сказал Дик.
Недавно опубликованное исследование детализирует один из способов, которым растения приносят пользу своим соседям.
Корни кустарника уходят глубоко в почву в поисках влаги на глубине от 30 до 40 футов под поверхностью земли. Это, очевидно, лучше готовит сами кусты к выживанию в суровых и засушливых условиях.
Но как они делят ликвидное богатство? Дик и его сотрудники провели эксперимент, в котором они смогли отследить воду, которая перемещалась из глубоких стержневых корней в соседнее просо (Pennisetum glaucum.)
Они обнаружили, что ночью, когда кусты не были заняты фотосинтезом, зависящим от солнечного света, вода, извлеченная из глубоких подземных слоев, просачивается через поверхностные корни в окружающую почву, а не через листья.
Устьица - «поры» на листьях растения - закрываются в темноте, когда прекращается фотосинтез, объяснил Дик.
И это означало, что корни растений проса у поверхности способны поглощать воду, доставляемую на поверхность кустарниками.
Исследователи подтвердили это, отслеживая воду от ее первоначального проникновения в корни кустов до ее возможного присутствия в листьях проса во время научно обоснованного эксперимента по засухе, который включал сравнительное поле без кустарников.
«Мы доказали, что «биоирригация» этих кустарников происходит, и это впервые было продемонстрировано для растениеводства», - сказал Дик. «Это местное растение, его легко и бесплатно выращивать - все в нем положительно».
Теперь команда все еще хочет провести пилотные испытания своей системы выращивания с фермерами по всему Сахелю и внести любые коррективы, необходимые для более широкого внедрения этой практики.
Поиск естественных, простых в применении решений, позволяющих накормить растущее население, имеет большой потенциал в Западной Африке, сказал Дик. В других регионах мира, включая Юго-Восточную Азию и Южную Америку, фермеры приспособились к росту населения за счет широкого использования удобрений и пестицидов. Но в Сенегале и соседних странах сельское хозяйство зависит от того, что дает природа - производители обычно не используют удобрения или пестициды и не имеют ресурсов для орошения засушливых культур.
"Это полузасушливый регион, где дожди идут только часть года. В некоторые годы бывают сильные засухи, и люди голодают", - сказал Дик, добавив, что от 60 до 90 процентов сенегальцев живут в небольших сельскохозяйственных деревнях.
«Окончательным решением будет то, что доступно на месте, и поиск этих ответов и работа с местными фермерами для рассмотрения потенциальных сельскохозяйственных методов имеет первостепенное значение», - сказал Дик..
Национальный научный фонд поддержал это исследование.
Дик работал с учеными из Сенегала, Франции и Калифорнийского университета в Мерседе и Риверсайде.