Во многих регионах почвенное биоразнообразие сокращается из-за деградации земель и деятельности человека. От этого страдает не только природа. Истощенная почва хуже обеспечивает растения питательными веществами, что может снижать урожайность и угрожать продовольственной безопасности.
Но оценить жизнь под землей не так просто. Большинство ее обитателей скрыто от глаз, а полноценный анализ почвы требует лабораторных исследований. В Швейцарии для этой цели разработали простой и наглядный метод.
В 2021 году ученые из Цюрихского университета и исследовательского центра «Агроскоп» запустили необычный проект гражданской науки Proof by Underpants. Они пригласили примерно тысячу добровольцев и попросили их закопать в землю две тысячи пар хлопковых трусов и 12 тысяч чайных пакетиков. Исследователи хотели понять, может ли степень разрушения хлопкового материала служить своеобразным «датчиком» биологической активности почвы и можно ли с его помощью сравнивать состояние почвы при разных способах использования земли.
Идея предельно проста: почвенные микроорганизмы участвуют в разложении органического материала, поэтому по тому, насколько сильно разрушится одинаковый кусок хлопковой ткани за определенное время, можно косвенно судить об интенсивности процессов разложения в почве.
Участникам раздали одинаковые комплекты с хлопковым бельем, чайными пакетиками и инструкциями. Их попросили разместить образцы в садах, на сельскохозяйственных полях, лугах, газонах и других участках. Добровольцы должны были выкопать яму примерно 60×30×30 сантиметров и на глубину восьми сантиметров поместить пару трусов, а рядом — шесть чайных пакетиков (три с зеленым чаем и три с ройбушем).
Одни трусы и часть чайных пакетиков извлекали из земли через 30 дней, вторые — спустя 60 дней. Затем их сушили, фотографировали и вместе с образцами почвы отправляли в лабораторию, где ученые удаляли остатки земли с ткани и определяли, насколько уменьшились ее масса и площадь по сравнению с исходными значениями.
В эксперименте хлопковое белье использовали как новый и наглядный способ оценить процессы разложения, а чайные пакетики — как уже известный в экологических исследованиях метод сравнения. Специалисты рассчитали для обоих материалов показатели разложения и проверили, дают ли они сходную картину в зависимости от свойств почвы и способов землепользования.
Результаты показали, что хлопок и чайные пакетики в целом реагировали на одни и те же факторы сходным образом. Это подтвердило пригодность белья как простого индикатора процессов разложения в почве. Так исследователи получили косвенный показатель биологической активности почвы.
Ученые обнаружили, что на скорость разложения сильнее всего влияет тип землепользования. Разные способы использования земли создают разные условия для почвенной жизни. В среднем после месяца, проведенного в земле, ткань теряла примерно 10,1 процента площади, а по прошествии двух месяцев — уже 50,45 процента.
Быстрее всего хлопковое белье разлагалось в частных садах: за два месяца разрушалось примерно 58 процентов ткани. Статистический анализ показал, что скорость разложения сильнее связана с обеспеченностью почвы питательными веществами, чем с содержанием органического углерода.
Самое медленное разложение наблюдали на газонах: за два месяца в среднем разлагалось 40 процентов ткани. Авторы исследования полагают, что это может быть связано с особенностями ухода за ними. Газон регулярно косят, на нем обычно растет небольшое число видов растений, а иногда люди используют гербициды. Такие условия могут ограничивать развитие почвенных организмов.
То есть одинаковая пара белья, помещенная на разных участках, за два месяца разрушалась по-разному — это зависело от характера землепользования.
Специалисты пришли к выводу, что обычное хлопковое белье может стать простым и недорогим способом оценивать активность почвенных организмов. Благодаря участию добровольцев исследователи смогли сравнить состояние почв на сотнях участков по всей Швейцарии и выяснить, что на скорость разложения влияет не только состав почвы, но и способ использования земли. Такой метод позволяет проводить масштабные исследования почв без сложного оборудования и привлекать к научной работе большое число людей.
Выводы исследователей представлены в журнале Plants People Planet.