나미비아의 다양한 기후 조건에서 접종된 동부콩의 이점 탐구

Aug 18, 2023

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 11761(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

Cowpeas(Vigna uniculata L. Walp)는 사하라 이남 아프리카의 많은 소규모 농부들이 식량과 스트레스 상황에서도 질소를 고정하는 능력을 위해 재배합니다. 이들의 성능은 뿌리와 공생 관계에 있는 토착 뿌리줄기 계통에 따라 달라집니다. 씨앗에 더 효과적인 씨앗을 접종하면 그 효과가 향상될 수 있습니다. 다양한 기후 조건에서 기술의 효율성에 대한 데이터는 드뭅니다. 따라서 여기서는 다양한 기후 변화 시나리오를 포함하기 위해 나미비아에서 수행된 두 가지 현장 실험을 확장하는 모델을 사용합니다. 시뮬레이션에 따르면 접종되지 않은 동부의 평균 수확량은 0.5 t/ha이고 접종된 동부는 1 t/ha입니다. 기후 조건이 좋을 경우(서늘하고 습함) 추정 수확량 차이는 1t/ha 이상으로 증가합니다. 건기(< 200mm)에 평균 수확량 차이는 0.1t/ha에 불과합니다. 먼 미래(2080~2100)에는 건조하고 더운 해가 증가할 것입니다. 따라서 접종되지 않은 종자 대신 접종된 동부 종자를 사용하는 것은 가까운 미래(2030~2050년)만큼 농민에게 이익이 되지 않습니다. 결론적으로, 효율적인 뿌리줄기 균주를 접종한 동부 종자를 사용하면 다양한 기후 조건에서 수확량을 크게 늘릴 수 있지만 매우 건조하고 더운 해에는 수확량 이점이 현저히 감소합니다.

Cowpea(Vigna unguiculata L. Walp)는 다른 식품 콩과 식물이 번성하기 어려운 사하라 이남 아프리카의 반건조 지역에서 국내 식량 생산을 확보하는 데 중요한 단백질 작물입니다1,2. 2020년에는 아프리카 대륙 중부와 남부의 약 1,400만 헥타르의 토지에서 동부가 생산되었습니다(https://www.fao.org/faostat/en/#data). 다재다능한 작물은 식량과 마초3를 위한 곡물과 스토버를 생산할 수 있으며 물이나 온도 스트레스4에서도 대기 질소를 고정할 수 있습니다. 최적의 조건에서 동부는 최대 240kg N ha−15를 고칠 수 있으며, 이는 광물성 질소 비료를 조달하기 위해 애쓰는 소규모 자작농에게 좋은 선택이 됩니다6.

질소 고정의 효율성은 동부콩 품종과 동부콩 뿌리와 공생 관계에 있는 뿌리줄기 균주에 따라 달라집니다5,7. 일부 지역에서는 국지적 근경이 덜 효과적일 수 있습니다(예:8,9). 그들은 인구가 적거나 N2 고정에 효율적이지 않을 수 있습니다10. 토양 영양 결핍은 또한 지역 균주에 의한 결절 감소에 기여할 수 있습니다11. 또한, 높은 온도와 물 부족은 뿌리 줄기의 이동성을 감소시키거나 건조 및 세포 사멸을 초래함으로써 성공적인 뿌리 결절에 간접적으로 영향을 미칠 수 있습니다. 이러한 경우, 이전에 분리된 보다 효과적인 rhizobial 균주를 접종하면 질소 고정 및 생산량이 증가할 수 있습니다13. 접종제는 또한 기생 식물과 식물 병원체14,15로부터 동부를 보호하고 수확량에서 생리 활성 화합물의 함량을 향상시켜 영양가를 증가시킬 수 있습니다16. 인산염을 용해시키고17 숙주 식물에 성장 촉진 호르몬을 공급하며18 수분 스트레스에 대한 동부의 저항력을 향상시킬 수 있습니다19.

접종과 관련된 많은 이점이 소규모 온실 및 현장 실험에서 연구되었습니다. 이러한 실험의 범위는 종종 공간, 인프라 및 자금 제약으로 인해 한 번의 성장 시즌과 소수의 처리로 제한됩니다. 본 논문에서는 생물지리학적 작물 모델을 사용하여 2017/2018년 나미비아 북부 지역에서 실시된 소규모 현장 시험 결과를 확대합니다. 이 시험에서는 Bradyrhizobium 접종 유무에 관계없이 동부를 재배하고 그 수확량과 기타 작물 매개변수를 비교했습니다. 성장기가 매우 건조했기 때문에 너무 많은 식물이 손실되는 것을 방지하기 위해 긴급 관개가 적용되었습니다. 이 확대 연구에서 우리는 이 실험에서 수집된 데이터를 추가 질문에 답하기 위한 기준으로 사용하려고 합니다. 접종이 다양한 기후 조건에서 수확량에 어떤 영향을 미칠까요? 접종된 동부가 접종되지 않은 식물보다 수분 스트레스를 더 잘 견딜 수 있습니까? 그리고 마지막으로, 접종된 동부콩의 효능은 앞으로 어떻게 변할 것인가?