Прутьевидное просо успешно культивируется даже на бедных азотом почвах, непригодных для других сельскохозяйственных нужд. Это расширяет возможности его применения в качестве источника сырья для производства биотоплива.
В условиях растущей угрозы климатических изменений всё больше внимания уделяется возобновляемым источникам энергии, включая биотопливо – горючие вещества, получаемые из растительного сырья. Эта технология представляется перспективной заменой ископаемому топливу, использование которого приводит к выбросам парниковых газов и другим негативным воздействиям на окружающую среду.
Биотопливо производится из разнообразного сырья, включая биомассу, получаемую из растений, специально культивируемых для этих целей, таких как проса прутьевидного (Panicum virgatum). Это крупный злак, который иногда вырастает до двух с половиной метров в высоту, и произрастает он в Северной Америке. Просо прутьевидное представляет ценность не только как источник сырья для биотоплива: оно также может быть использовано для производства биоразлагаемого пластика и для предотвращения эрозии почвы. Однако растущую потребность в горючем нельзя удовлетворить, просто наращивая площади под такими культурами.
«Обеспечение необходимого количества растительного сырья для производства биотоплива, которое сможет обслуживать крупную транспортную систему, повлечет за собой существенные изменения в существующих методах землепользования», — утверждает Бруно Бассо, профессор из Мичиганского университета в США, является одним из разработчиков новой статьи в журнале Environmental Research Letters.
Бассо считает, что данная проблема имеет несколько значимых аспектов: «Угроза продовольственной безопасности может возникнуть, если земли, ранее отводимые под продовольственные культуры, начнут использоваться для производства сырья для биотоплива». Также вызывает обеспокоенность может стать риск повышения эмиссии парниковых газов, а также разрушение природного растительного покрова.
Проблема стоит особенно остро в случае менее продуктивных земель, использование которых не слишком выгодно или даже связано с экономическими рисками. Это так называемые маргинальные или малоплодородные земли (на английском — «marginal lands»), которые окружены неблагоприятной инфраструктурой, слишком удалены от путей сообщения, загрязнены, имеют значительный уклон или какие-то другие нежелательные свойства. Как правило, почвы в таким местах бедны азотом и потому требуют больше удобрений.
Бассо и его соавторы применили искусственный интеллект для разработки нескольких моделей, которые учитывают состояние почвы, погодные условия и применяемые технологии выращивания растений. Исследования показали, что даже незначительное внесение азотных удобрений на неблагоприятных землях может обеспечить длительный положительный эффект на плодородие и не приводить к существенному увеличению выбросов парниковых газов. Все это натолкнуло ученых на мысль засевать такие «проблемные угодья» растениями, которые можно перерабатывать в биотопливо.
«Из этого следует, по мнению Бассо, использование земель, испытывающих дефицит азота, для производства сырья для биотоплива может быть прибыльным для фермеров, стремящихся увеличить свои доходы, и способствует охране окружающей среды благодаря уменьшению выбросов углекислого газа.
Авторы считают, что выраженный положительный эффект проявится в большей степени на почвах, испытывающих дефицит доступного азота — ключевого элемента для минерального питания растений. Менее заметным будет влияние этого приема подойдет для богатых углеродом почв и засушливых территорий.