Синергетические эффекты типа мульчи и дефицитного орошения на физиологические детерминанты и урожайность яровой кукурузы (Zea mays L.)

Почему экономия воды на полях важна

Во многих сухих регионах мира фермеры стоят перед трудным выбором: поливать интенсивно, чтобы сохранить посевы, или сокращать воду и рисковать потерей урожая. Кукуруза — важная продовольственная, кормовая и энергетическая культура — особенно чувствительна к засухе в периоды цветения и заполнения зерна. Это исследование ставит практический вопрос с глобальным значением: можно ли получать почти тот же урожай кукурузы при меньших затратах воды, просто изменив режим орошения и способ покрытия почвы?

Испытание простых изменений в поле

Исследователи в Пенджабе, полузасушливом регионе Индии, провели двухлетний полевой эксперимент на яровой кукурузе, чтобы сравнить различные сочетания орошения и мульчирования. Они оценивали три покрытия почвы — без мульчи, чёрные полиэтиленовые полотна и слой рисовой соломы — при трёх уровнях капельного орошения, основанных на потребности культуры в воде (80 %, 100 % и 120 %), а также традиционный контроль с затоплением. Измеряя высоту растений, площадь листьев, биомассу, детальную листовую газообменную активность и окончательную урожайность зерна, исследователи могли оценить не только рост растений, но и эффективность их внутренних «механизмов» по преобразованию света и воды в биомассу.

Как солома на почве помогает растениям «дышать»

Мульча из рисовой соломы последовательно создавала лучшие условия для роста. При полном капельном орошении (100 %) кукуруза на соломе достигала почти той же высоты и биомассы, что и растения, получавшие на 20 % больше воды, что показывает: дополнительное орошение было излишним при защищённой поверхности почвы. У участков с соломой образовывались более плотные и продолжительные листовые покровы, которые жизненно важны для улавливания света. Внутри листьев скорости фотосинтеза и проводимость устьиц — отверстий, через которые поступает углекислый газ при потере воды — оставались высокими, а чувствительный световой тест здоровья листьев (флуоресценция хлорофилла) держался близко к идеальным значениям. По сути, солома уменьшала ненужное испарение с открытой почвы, сохраняла зону корней более прохладной и влажной и позволяла растениям продолжать «дышать» и расти даже при ограниченной воде.

Когда пластик работает во вред в жаре

Чёрная пластиковая мульча, часто рекомендованная для экономии воды и борьбы с сорняками, показала слабые результаты в жаровых весенних условиях этого исследования. Растения на пластике были ниже, накапливали меньше сухой массы и давали наименьшую урожайность зерна при всех уровнях орошения. Индикаторы стресса листьев указывали на повреждение фотосинтетического аппарата, вероятно из‑за перегрева почвы тёмным пластиком и ограничения газообмена вокруг корней. В отличие от этого, солома действовала как «дышащее покрывало»: она затеняла почву и замедляла испарение, не запечатывая поверхность, что поддерживало более здоровые корни и листья. Эти результаты подчёркивают, что технология, эффективная в более прохладных климатах, может стать вредной при простой переносимости в более тёплые, полузасушливые регионы.

Больше урожая на каплю воды

Наиболее практичный результат выявился при анализе водопродуктивности — количества зерна на единицу использованной воды. Мульча из соломы в сочетании с капельным орошением на 80 % дала урожайность зерна, сопоставимую как с вариантами без мульчи при полном орошении, так и с традиционным затоплением, но при примерно на 20 % меньшем расходе воды. Подробные расчёты баланса воды показали, что эта схема резко сократила непроизводительные потери, такие как глубокий дренаж и испарение с открытой почвы, направив большую долю воды в транспирацию — поток, который фактически обеспечивает рост. Многовариантный анализ, объединяющий 24 показателя растений и урожая, подтвердил эту картину: обработки с рисовой соломой, особенно при 100 % орошении, сгруппировались как лидеры, тогда как пластик и затопление оказались в хвосте.

Что это значит для фермеров и окружающей среды

Для фермеров в районах с дефицитом воды послание простое. Раскладывание слоя растительных остатков, таких как рисовая солома, на почве в сочетании с эффективным капельным орошением может сохранить, а иногда и увеличить урожай кукурузы при снижении расхода воды и уменьшении загрязнения от сжигания соломы. Исследование предлагает две практические стратегии: для максимальной урожайности использовать солому с полным капельным орошением; для водосберегающего, климатически разумного подхода сочетать солому с умеренным дефицитным орошением на уровне около 80 % от потребности культуры в воде. В обоих случаях поля получают больше зерна с каждой капли воды, что делает производство кукурузы более устойчивым в условиях потепления и усиления засушливости.

Цитирование: Singh, M., Singh, S., Brar, A.S. et al. Synergistic effects of mulch type and deficit irrigation on physiological determinants and yield of spring maize (Zea mays L.). Sci Rep 16, 10214 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-40843-6

Ключевые слова: орошение кукурузы, мульча, рисовая солома, эффективность использования воды, полузасушливое сельское хозяйство