Оптимизация доли площади траншей в системах совместного выращивания риса и раков уравновешивает смягчение парниковых эффектов и продуктивность

Выращивание риса и раков на одной территории

Рисовые чеки в центральном Китае выполняют двоякую функцию: они и дают зерно, и служат средой для выращивания пресноводных раков в тех же затопленных полях. Такая система «рис–рак» стала чрезвычайно популярной, поскольку повышает доходы фермеров и эффективнее использует воду и питательные вещества. Но есть и обратная сторона. Заполненные водой траншеи, где прячутся раки, могут также выпускать в атмосферу сильные парниковые газы. В этом исследовании задают простой, но актуальный вопрос: какой доли траншей достаточно, чтобы сохранить баланс между продовольственным производством и климатом?

Две зоны в одном поле

Типичное поле рис–рак состоит из двух основных частей. В широкой, мелкой зоне рис растёт как обычно, а раки свободно передвигаются, роют норы и питаются. По краям фермеры выкапывают более глубокие траншеи, которые остаются затопленными круглый год. Эти канавы служат для передвижения и укрытия раков, а также помогают в орошении и дренировании. Однако они также создают тёмные, бедные кислородом условия, благоприятные для микробов, выделяющих метан — парниковый газ с гораздо большей теплоудерживающей способностью, чем углекислый газ. По мере расширения траншей для увеличения поголовья раков фермеры рискуют превратить климатически нейтральное поле в мощный источник эмиссий и сократить площадь, отведённую под рис.

Использование цифрового близнеца чеков

Чтобы понять эту компромиссную ситуацию, исследователи создали «цифровой близнец» рисовых чеков с помощью хорошо известной компьютерной модели DNDC. Эта модель симулирует движение углерода и азота в почве, воде, растениях и воздухе, а также выход газов, таких как метан и закись азота, из поля. Команда загрузила в модель погодные, почвенные и управленческие данные из многочисленных полевых экспериментов по Средне-Нижней пойме Янцзы, включая как традиционные поля только с рисом, так и системы рис–рак. Критически важно, что они разделили каждую ферму совместного выращивания на две реальные зоны: поверхность для риса и траншею для раков, задав каждой свои почвенные, водные и кормовые условия.

Откуда исходит большая часть потепления

После тщательной проверки модели по данным измерений с десятков площадок авторы использовали её для пересчёта эмиссий парниковых газов и урожайности риса для десяти репрезентативных систем рис–рак. Картина оказалась ясной. Зона выращивания риса в системах совместного выращивания выделяла меньше метана, чем обычные рисовые чеки, отчасти потому, что норы раков увеличивают доступ кислорода в почву и подавляют микробов, производящих метан. Тем не менее постоянно затопленные траншеи выделяли более чем в три раза больше метана на единицу площади, чем зона риса. При учёте эмиссий из траншей общее количество метана в системах совместного выращивания оказалось выше, чем в полях только с рисом, хотя закись азота — второй сильный парниковый газ — в траншеях фактически была ниже.

Нахождение оптимального размера траншей

Следующей задачей было найти долю траншей, которая уравновешивает климатическое воздействие и урожаи. Исследователи использовали модель для изучения разных пропорций траншей, а затем применили инструмент принятия решений, который одновременно учитывает три цели: урожай риса, улов/урожай раков и общий эффект потепления от метана и закиси азота. Они исходили из предположения, что большая площадь траншей даёт больше места для раков и, следовательно, увеличивает их продуктивность, одновременно уменьшая площадь под рис и потенциально повышая эмиссию метана. Ранжируя десять критических размеров траншей, взятых из реальных исследований, они пришли к выводу, что доля траншей примерно 8,3 процента от площади поля показала наилучший результат, причём устойчивая «сладкая зона» лежит примерно в диапазоне 7,5–9,0 процента. В этом интервале климатическое воздействие близко к минимуму, а производство риса и раков остаётся высоким.

Что это значит для будущих ферм рис–рак

Для политиков и фермеров послание просто: совместное выращивание риса и раков может помочь прокормить людей и поддержать сельские экономики, но только при сдержанном расширении траншей. Чрезмерно большие траншеи могут дать больше раков в краткосрочной перспективе, однако увеличат эмиссии метана и вытеснят рис, подрывая продовольственную безопасность и долгосрочные климатические цели Китая. Указывая на практический диапазон траншей 7,5–9,0 процента от площади поля, это исследование предлагает конкретное руководство для «одного поля — двойного урожая», которое более благоприятно для климата и лучше согласуется с планами устойчивого развития.

Цитирование: Xu, Z., Xia, GQ., Zhao, PY. et al. Optimizing the trench area proportion in rice crayfish co-culture systems balances greenhouse gas mitigation and productivity. Sci Rep 16, 9451 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-40595-3

Ключевые слова: совместное выращивание риса и раков, эмиссии парниковых газов, метан из рисовых чеков, устойчивое аквакультурное хозяйство, климатически рациональное сельское хозяйство