Метановые чеки: как рисовые поля греют планету и как с этим борются учёные

Что такое рисовый чек и зачем его топят

Рисовый чек — это не просто поле с рисом. Это специально выровненный и огороженный участок земли, который фермер намеренно заливает водой на несколько месяцев.

Слово «чек» означает именно такой отсек: небольшой прямоугольник, ограниченный земляными валами, по которым можно ходить и регулировать уровень воды внутри. Этому методу не менее семи тысяч лет: учёные зафиксировали следы рисовых полей с дамбами и ирригационными канавами (канавы для подачи воды) в прибрежных болотах восточного Китая — люди уже тогда намеренно удерживали воду на поле и управляли её уровнем. С тех пор технология принципиально не изменилась.


А зачем вообще нужно топить поле? Дело не в том, что рис любит воду больше других культур. Дело в том, что вода — это самый дешёвый и надёжный способ избавиться от сорняков и вредителей. Рис умеет выживать в затопленной почве, а большинство сорняков и насекомых — нет. Вода отрезает им доступ к кислороду, и они гибнут. Для миллионов мелких фермеров в Азии это означает меньше ручного труда и меньше затрат на химию. Кроме того, постоянное затопление защищает урожай от засухи и перепадов дождей, стабилизируя условия роста. Так сложилась агрономическая логика, которой следуют по сей день. 

Тихая жизнь под водой: кто живёт в рисовой грязи

В затопленной почве рисового поля происходит кое-что интересное. Когда вода перекрывает доступ воздуха, кислород в почве быстро заканчивается: его поглощают обычные бактерии. И как только кислород исчезает, в дело вступают метаногенные археи — микробы, которые процветают именно в бескислородных (анаэробных) условиях затопленной почвы. Археи — это отдельное царство живых организмов, не бактерии. Их считают одними из древнейших форм жизни на Земле: они появились задолго до того, как на Земле возник кислород, и прекрасно обходятся без него до сих пор. 

Эти микробы питаются органикой (остатками растений, корнями, соломой) и в процессе выделяют метан. Это их способ получать энергию: они переваривают органику и выдыхают метан так же, как мы выдыхаем углекислый газ. Газ поднимается сквозь воду и грунт, частично проходит прямо через стебли риса — растение невольно служит трубой — и уходит в атмосферу. Всё это время поле выглядит совершенно мирно: ровная гладь воды, зелёные ростки. Никакого дыма, никакого запаха. 

Важно понять: археи в рисовых полях — не случайные гости и не следствие какой-то ошибки агрономов.

Метан вырабатывается археями в бескислородной зоне вокруг корней растений — и это естественно происходит всякий раз, когда почва лишается кислорода. Затопленное поле становится идеальной средой для этого процесса. Именно поэтому проблема не в конкретном сорте риса или удобрениях, а в самой логике затопления полей, которой люди следуют уже семь тысяч лет. 

Сколько метана выдаёт рис

Чтобы понять масштаб, нужны цифры. Сельское хозяйство в целом даёт около 40% всех антропогенных выбросов метана. Из них 32% приходится на животноводство, прежде всего на пищеварение жвачных животных: коров, буйволов, овец. Рисовые поля дают ещё 8%. На первый взгляд кажется, что эти цифры несопоставимы, но здесь важен контекст. Коров на планете около миллиарда, а рисовые поля занимают примерно 170 миллионов гектаров: это больше, чем площадь всей Германии, Франции и Испании вместе взятых. И каждый из этих гектаров «работает» месяцами без остановки. 

По последним подсчётам, только в 2022 году рисовые поля выбросили в атмосферу более 39 миллионов тонн метана. Метан при этом — не безобидный газ. По своему влиянию на глобальное потепление он в 28 раз превосходит углекислый газ. Это значит, что тонна метана в атмосфере греет планету так же, как 28 тонн CO₂. Именно поэтому процент от общих выбросов в пересчёте на реальный климатический эффект оказывается очень весомым. 


При этом проблема сосредоточена географически: пять стран — Китай, Индия, Бангладеш, Вьетнам и Таиланд — обеспечивают 78% всех мировых выбросов метана от рисоводства. Это неслучайно: именно здесь сосредоточено большинство влажных тропических равнин, где рис выращивают круглогодично, часто по два-три урожая в сезон. Рис — единственная растительная культура, углеродный след которой сопоставим с продуктами животного происхождения, именно из-за метана.

Как поле заставляют дышать

Решение, которое придумали учёные, устроено элегантно просто. Называется оно AWD — от английского Alternate Wetting and Drying, то есть чередующееся увлажнение и высыхание. Суть в том, чтобы не держать поле в воде постоянно, а периодически давать почве подсыхать. Когда вода уходит и в почву возвращается кислород, бескислородные (анаэробные) условия, в которых живут метаногенные археи, нарушаются — и производство метана останавливается. Потом поле снова заливают, и рис продолжает расти. Потом снова дают подсохнуть, и так по кругу.

Чтобы фермер знал, когда именно пора снова заливать воду, используется простое приспособление. В землю вставляют перфорированную трубку — обычный кусок пластика или бамбука с отверстиями — и следят за уровнем воды внутри. Когда вода опускается примерно на 15 сантиметров ниже поверхности почвы, поле пора снова орошать до глубины около 5 сантиметров. Никакой сложной техники, никаких датчиков. Трубка, линейка, взгляд фермера — и цикл повторяется. Такой подход позволяет сократить расход воды на 30%, не теряя в урожае. 

 
Главный вопрос, который возникает сразу: а рис не страдает? Анализ 437 научных работ, охвативший 93% мирового рисового производства, показал: AWD снижает выбросы метана почти на 48%, при этом урожайность падает лишь на 1,56% — объём, которым можно пожертвовать. Иными словами, технология делает почти невозможное: вдвое сокращает климатический след одной из главных культур планеты, не заставляя фермера терять большую часть урожая.

Почему простое решение внедряется медленно

Если технология работает, дешёвая и не снижает урожай — почему её не используют повсеместно? На Филиппинах, где AWD активно продвигают уже несколько десятилетий, метод применяют лишь около 12% хозяйств. Это не исключение: похожая картина наблюдается по всей Азии. Дело не в том, что фермеры не знают о технологии или не хотят меняться. Дело в том, что AWD требует условий, которых у большинства из них просто нет.

Одно из обязательных условий для AWD — надёжная ирригационная система, которая позволяет фермеру получить воду именно тогда, когда ему это нужно. Во многих районах Азии ирригация устроена иначе: вода подаётся по общим каналам по расписанию, которое не зависит от конкретного поля. Если сосед выше по каналу не готов синхронизироваться, фермер просто не может контролировать свой цикл увлажнения. AWD требует точного управления водой и координации между соседними хозяйствами: это делает технологию особенно сложной там, где нет устоявшейся совместной инфраструктуры. 


Ещё два важных фактора — выгода и привычка. Во многих регионах вода для ирригации либо бесплатна, либо оплачивается по площади поля, а не по объёму использования. Если экономить воду финансово незачем, стимул меняться исчезает. А ещё за плечами у каждого фермера поколения предков, которые топили поле и получали урожай. Недоверие к новому методу здесь не иррационально: цена ошибки — потеря урожая. Решение есть, наука его подтвердила. Но между лабораторным результатом и миллионами залитых полей стоит не технология — стоят люди, системы и многовековая привычка. 

Что в итоге

Рисовые чеки — это сложная система, в которой агрономия, микробиология и климат тесно переплетены.

Мы разобрались, почему затопленное поле греет планету, кто живёт в его грязи и как простая трубка в земле способна вдвое сократить выбросы метана, не требуя от фермера почти ничего, кроме доступа к воде и готовности изменить привычку. Но у той же самой стоячей воды есть ещё один эффект, о котором говорят значительно реже. В другой статье из нашего цикла мы рассказываем, как отсутствие кислорода в затопленной почве превращает рис в насос для мышьяка — и почему привычный бурый рис, который многие считают полезнее белого, может оказаться неожиданно опасным.