Недорогой и эффективный способ оценки здоровья почвы в больших масштабах

Почва критически важна для жизни на Земле: от производства пищи до секвестрации углерода и поддержания биоразнообразия. Однако современные методы землепользования деградируют почву, а её здоровье сложно оценить из-за ограниченных методов анализа. Исследователи из UConn предлагают решение.

Цель проекта: разработать экономичный способ количественной оценки функций почвы для понимания эффективности различных методов управления, что особенно важно для развития климатически устойчивого сельского хозяйства.

Проблема оценки: Существующие методы, такие как измерение кратковременной минерализации углерода (CO2 burst), требуют специализированных лабораторий и используют либо щелочные ловушки, либо газовые анализаторы. Это сложно масштабировать.

Новое решение: Исследователи во главе с профессором Хуэйцзе Гань создали платформу на основе недорогих датчиков CO2, используемых в теплицах. Устройство включает:

  • Датчик CO2
  • Дисплей
  • Часы реального времени
  • Регистратор данных

Платформа позволяет непрерывно собирать данные о концентрации CO2, выделяемого микробами почвы после добавления воды. Недавно была добавлена возможность измерять несколько образцов одновременно с помощью одного микроконтроллера.

Дополнительные измерения: В платформу также интегрирована тензометрическая ячейка для одновременного измерения способности почвы удерживать воду в условиях模拟рованной засухи. Это важно для оценки устойчивости почв, особенно в Коннектикуте, где почвы хорошо дренированы, но склонны к засухе.

Тестирование: Платформу протестировали на почвах Коннектикута из разных экосистем (леса, сенокосы, кукурузные поля с no-till и традиционной обработкой, газоны). Результаты:

  • Нарушенные (обрабатываемые) почвы выделяют меньше CO2 и удерживают меньше воды, чем менее нарушенные.
  • В менее нарушенных почвах выше общий запас углерода, но доля выделяемого (активного) углерода ниже. Это означает, что большая часть углерода в них стабильна, что полезно для долгосрочных функций экосистем.
  • Данные совпали с результатами традиционных лабораторных методов, подтвердив надёжность новой платформы.

Планы и значение:

  1. Создание в UConn полувысокопроизводительной платформы для недорогой оценки здоровья почвы по углеродному показателю.
  2. Формирование региональной базы данных для понимания статуса здоровья почв и влияния практик земледелия.
  3. Совместная работа с инженерами над интеграцией датчиков азота для мониторинга потоков азота и управления удобрениями с целью снижения выбросов закиси азота (N2O), парникового газа в 300 раз мощнее CO2.

Контекст и важность: С начала развития сельского хозяйства обработка почвы высвободила в атмосферу более 100 миллиардов тонн углерода. Даже полное восстановление этого запаса компенсировало бы лишь одно десятилетие текущих выбросов CO2 от сжигания ископаемого топлива (37 млрд тонн CO2~ в год). Тем не менее, наращивание органического вещества почвы жизненно необходимо для её ключевых функций.

Вывод: «Мы обязаны своим существованием нескольким верхним дюймам почвы. Если этот верхний слой будет утрачен из-за деградации, его почти невозможно восстановить. Является ли почва возобновляемым ресурсом? Ответ полностью зависит от наших действий», — заключает Гань.

2023-07-27