Вариация урожайности супергибридного риса, вызванная температурой, по экологическим регионам: смягчение посредством управления азотом и отбора генотипов

Почему урожай риса зависит от жары и удобрений

Рис кормит более половины населения Земли, поэтому даже незначительные изменения урожаев могут отразиться на ценах на продовольствие и продовольственной безопасности. В этом исследовании рассматривается, почему одни и те же «супер» гибридные сорта риса дают сильно разные урожаи в двух близких регионах Китая и как более рациональное использование удобрений и выбор сортов могут защитить урожаи при повышении температур.

Два поля, один рис, разная погода

Исследователи сравнили три современных супергибридных сорта риса, выращенных в течение двух лет на двух участках в провинции Хунань: в Лунхуе, более прохладной горной зоне, известной очень высокими урожаями, и в Чанша, более тёплом низинном бассейне, где часто бывают тепловые стрессы. На обоих участках использовали те же три сорта и четыре уровня азотного удобрения — от отсутствия азота до интенсивных внесений, сопоставимых с или превышающих типичную практику фермеров. Такая схема позволила им разделить вклад температуры, удобрений и генетики в формирование итогового зернового урожая.

Как жара уменьшает урожай

Несмотря на идентичный уход, Лунхуй стабильно давал больше риса: урожайность была примерно на 17% выше в 2021 году и на 27% выше в 2022 году по сравнению с Чанша. Главной причиной стала жара в период репродуктивного развития риса. В Чанша температуры в период формирования соцветия (паникулы) и заполнения зерна чаще поднимались выше 35 °C — порога, известного повреждающего цветки риса и сокращающего время, доступное для накопления крахмала в зерне. В результате растения в Чанша формировали меньше мелких цветков (зерен-почков) на каждой паникуле, меньшая доля этих зерен превращалась в заполненные плодовые зерна, а сами зерна были слегка легче. В отличие от этого, более прохладный и стабильный климат Лунхуя поддерживал большее число зерен-почков, более высокий коэффициент оплодотворения и более тяжёлые зерна, что в итоге давало больший урожай.

Листья, интенсивный рост и роль азота

Исследование также показало, что на более прохладном участке растения риса могли нарастить большую «заводскую» листовую площадь и биомассу. У растений в Лунхуе индекс листовой площади был выше — больше листовой поверхности на единицу площади почвы — и они накопили больше сухой массы от выхода в колос до созревания. Их скорость роста культуры на этом позднем этапе часто опережала Чанша, что означало наличие большего количества сахаров и крахмалов для заполнения формирующихся зерен. В Чанша более высокие температуры ограничивали разрастание листьев и общий рост, оставляя растения в положении «с избытком потребителей»: у них было много зерен по отношению к листовой площади, но не хватало фотосинтетической мощности, чтобы полностью их заполнить. Азотные удобрения помогали на обоих участках. Умеренные и высокие уровни азота увеличивали листовую площадь, биомассу растений и ключевые компоненты урожайности, такие как число зерен на паникуле и степень оплодотворения. Важно, что внесение азота сократило разрыв в урожайности между двумя регионами — с более чем 40% при отсутствии азота до примерно 14–15% при внесении удобрений — частично компенсируя ущерб, вызванный высокими температурами.

Выбор устойчивых сортов супергибридного риса

Не все супергибридные сорта одинаково реагировали на температуру и азот. Один сорт, Y-liangyou-900, давал наибольшую урожайность в целом, особенно на благоприятном прохладном участке, за счёт обильной биомассы и крупных соцветий. Однако его продуктивность сильнее падала в более жарком окружении. Другой сорт, Y-liangyou-1, не всегда достигал самых высоких значений, но демонстрировал наибольшую стабильность урожаев между участками и уровнями удобрений. Его скорость роста и биомасса менлись меньше от одной среды к другой, что делало его более надёжным при переменчивой погоде. Сочетая полевые измерения со статистическими моделями, авторы выяснили, что такие характеристики, как общая сухая масса при созревании, листовая площадь в период выхода в колос и скорость роста после выхода в колос, сильно влияли на различия в урожайности между участками, поскольку они поддерживали большее число зерен и более высокий процент оплодотворения.

Что это значит для будущих рисовых полей

Для неспециалистов основная мысль проста: когда критические фазы развития риса совпадают с периодами аномальной жары, урожаи могут резко сократиться, даже у современных высокоурожайных сортов. Тем не менее фермеры и селекционеры не беспомощны. Внесение азота в разумных дозах и выбор сортов с устойчивым ростом и хорошим заполнением зерен могут компенсировать большую часть потерь от жары без бесконтрольного увеличения применяемых удобрений. В регионах с потеплением климата, схожих с Чанша, сочетание климатически грамотного управления азотом и устойчивых супергибридных сортов риса может помочь сохранять продовольственную обеспеченность при одновременном снижении экологических последствий.

Цитирование: Li, J., Zhang, X., Guo, Z. et al. Temperature-driven yield variation of super hybrid rice across ecological regions: mitigation by nitrogen management and genotype selection. Sci Rep 16, 7671 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-35957-w

Ключевые слова: урожайность риса, тепловой стресс, азотные удобрения, гибридный рис, климатоустойчивые культуры