Земеделски практики“ въздействия върху порьозността на почвата и движението на водата, разкрити с помощта на разпределени акустични сензори. [Photo by IGGCAS/For chinadaily.com.cn]
В продължение на десетилетия фермери и учени обсъждат един прост, но важен въпрос: по-добре ли е да се изорават нивите преди засаждане или да се остави почвата непокътната? Сега международен изследователски екип, ръководен от Ши Цибин от Института по геология и геофизика на Китайската академия на науките, намери отговор чрез „слушане“ на земята.
Проучването, публикувано в петък в списание Science, показва, че обичайните селскостопански практики – като дълбока оран и използването на тежки машини – могат сериозно да нарушат естествената гъбеста структура на почвата, намалявайки способността й да помага на културите да издържат както на наводнения, така и на суша.
За разлика от традиционните лабораторни изследвания на почвата, учени от институти в Китай, Съединените щати и Обединеното кралство използваха нов подход. Те разположиха оптични кабели – от същия тип, който захранва интернет – като широкомащабен сензорен масив в експериментална ферма с ширина 160 метра в Обединеното кралство.
„С напредъка на фиброоптичната сензорна технология, чрез изпращане на модулирани лазерни импулси в оптично влакно и анализиране на сигналите, които изпраща обратно, можем да усетим малките вибрации в почвата“, каза Ши. Тази техника, адаптирана от сеизмологията, позволява на екипа да създаде жива, ежеминутна картина на това как водата се движи през земята без разкопки, добави той.
Резултатите показват, че здравата почва притежава естествена вътрешна „водопроводна“ мрежа от микроскопични пори и канали. Тези структури позволяват на водата да попие дълбоко в земята, където се съхранява за корените на растенията. Този резервоар може да поддържа растенията по време на сухи периоди.
За разлика от това, в полета, които са подложени на честа оран или тежък трафик на трактори, тази мрежа от пори се нарушава. След това валежите се натрупват близо до повърхността, вместо да проникват дълбоко. Тази плитка вода също се изпарява бързо, оставяйки по-дълбоките слоеве на почвата сухи и отслабвайки устойчивостта на растенията към суша.
За да обяснят своите наблюдения, изследователите разработиха модел на „динамичен капилярен стрес“. Те оспориха традиционното вярване, че здравината на почвата зависи главно от обемното водно съдържание, като вместо това подчертаха критичната роля на структурата на порите.
В новия модел малки, подобни на капиляри пори създават тънки водни филми. Повърхностното напрежение в тези филми действа като малки гумени ленти, които подсилват почвата, когато е частично мокра. Тази свързана мрежа от пори позволява дълбоко проникване на вода. Въпреки това, когато тези пори са компресирани или унищожени – като например от тежко земеделско оборудване – променената капилярна структура може да ускори изпарението на водата.
„Вместо проста колекция от частици, почвата е пореста среда, в която структурата функционира като капилярни съдове, поддържащи водния цикъл“, каза Ши.
Въз основа на констатациите Ши подчерта важността на преразглеждането на управлението на земеделските земи. Макар че оранът може да разхлаби почвата и да увеличи краткосрочните реколти, той прекъсва невидимите механични връзки, които позволяват на почвата да диша, да циркулира водата и да поддържа екологичната стабилност.
„Запазването на тези естествени структури ще бъде от решаващо значение за подпомагане на адаптирането на културите към все по-екстремните метеорологични условия, причинени от изменението на климата“, каза той.
Ши също отбеляза ниската цена на оптичните кабели, подчертавайки потенциала за широкомащабно, високо прецизно наблюдение на фермата.
„Чрез интегриране на фиброоптични сензори с изкуствен интелект учените и фермерите може скоро да могат да диагностицират състоянието на земеделските почви в реално време и да разработят по-устойчиви стратегии за устойчиво производство на храни, допринасяйки за глобалната продоволствена сигурност“, каза той.
Източник Българо-Китайска Търговско-промишлена палaта