В этом году отмечается 170-летие эксперимента Park Grass в Ротамстеде - одного из самых влиятельных экологических исследований, когда-либо проводившихся.
Ротамстед (Rothamsted Research) — это старейший в мире действующий сельскохозяйственный научно-исследовательский институт, расположенный в городе Харпенден (графство Хартфордшир, Англия).
У истоков института стоял богатый английский землевладелец и изобретатель сэр Джон Беннет Лоуз. Получив в наследство старинное усадебное поместье Ротамстед-Мэнор, он увлекся химией и в 1842 году запатентовал первое в мире искусственное фосфорное удобрение — суперфосфат.
Бизнес Лоуза пошел в гору, и на заработанные деньги в 1843 году он основал на территории своего поместья полноценную опытную станцию. В качестве научного партнера он пригласил талантливого химика Джозефа Генри Гилберта. Их совместная работа продлилась 57 лет и навсегда изменила мировое сельское хозяйство
Эксперимент Park Grass, начатый в 1856 году Лоузом и Гилбертом, изначально был призван ответить на практический сельскохозяйственный вопрос: как различные удобрения и навоз влияют на урожайность сена на постоянных пастбищах? То, что начиналось как исследование для улучшения сельского хозяйства, превратилось в глобально значимый научный ресурс, предоставляющий важнейшие данные о том, как экосистемы реагируют на изменения питательных веществ, химического состава почвы и условий окружающей среды на протяжении почти двух столетий.
Название «Парковые травы» (Park Grass) объясняется исключительно историческим местом расположения экспериментального участка, а не типом выращиваемых растений. Слово «Парк» (Park) здесь используется в традиционном британском значении «паркленд» (parkland) — так в Англии называли старинные, огороженные охраняемые территории, луга и пастбища, прилегающие к крупным загородным поместьям (в данном случае — к усадьбе Ротамстед).
Джон Лоуз и Джозеф Гилберт разбили опытные участки на территории старого усадебного парка площадью около 2,8 гектара. Этот участок земли не пахали и использовали как постоянное пастбище как минимум со второй половины XVIII века. Из-за того, что это была многолетняя парковая экосистема, на ней сформировалось естественное и очень разнообразное сообщество трав (около 50 различных видов растений на момент старта). Таким образом, для английских ученых это были буквально «травы, растущие в усадебном парке». И хотя проект изначально создавался для решения чисто кормовых, сельскохозяйственных задач, за ним закрепилось его историческое географическое имя.
Лоуз и Гилберт хотели найти формулу максимального урожая сена. Они её нашли: делянки, насыщенные азотом, фосфором и калием, давали огромную биомассу. Но экологическое открытие оказалось пугающим. В 1856 году на лугу росло около 50 видов растений. Спустя годы на самых удобренных участках биоразнообразие рухнуло: там выжило всего 2–3 агрессивных вида злаков, которые подавили всех остальных. Эксперимент Park Grass первым в мире доказал, что избыток питательных агрохимических веществ убивает биоразнообразие.
В 1903 году ученые решили разделить каждую опытную делянку на несколько частей и начать по-разному посыпать их известью. Выяснилось, что длительное применение популярных азотных удобрений (особенно сульфата аммония) сильно закисляет почву — её pH на некоторых участках упал до критических 3,5. Растения начали гибнуть. Внесение извести нейтрализовало кислоту и вернуло к жизни бобовые культуры. Благодаря этому открытию фермеры по всему миру узнали, как правильно контролировать кислотность почв для сохранения урожаев.
В 1919 году в Ротамстед пришел работать ученый Рональд Фишер. Перед ним поставили задачу: разобраться в гигантском массиве хаотичных данных, которые накопились в Park Grass и других экспериментах за 70 лет. Пытаясь отделить влияние погоды от влияния удобрений на травы, Фишер совершил революцию в математике. Он изобрел дисперсионный анализ (ANOVA) и сформулировал принципы планирования экспериментов, которые сегодня используются во всей мировой науке — от агрономии до тестирования медицинских вакцин и IT-технологий (A/B-тестирования).
Ученые продолжают использовать этот участок и его тщательно поддерживаемый архив почв, растений и данных об управлении для проведения новых исследований с использованием современных аналитических методов, которые невозможно было представить, когда эксперимент только начинался.
В рамках юбилейного года они провели последнее комплексное исследование видов растений, произрастающих на участках Парк-Грасс, — предыдущее проводилось в 2012 году. Регистрируя численность и состав видов растений в каждом из долгосрочных экспериментальных участков, исследователи могут отслеживать изменения в луговых сообществах с течением времени и сравнивать современную растительность с данными, полученными еще в XIX веке.
Доктор Сара Перриман, куратор данных из Парк-Грасс, прокомментировала: «Парк-Грасс — это гораздо больше, чем просто полевой эксперимент — это живая летопись экологических изменений. Как хранитель данных Парк-Грасс, для меня большая честь помочь в подготовке этого последнего исследования, дополняющего замечательные исторические записи эксперимента. В настоящее время я занимаюсь оцифровкой и сохранением данных о видах, собранных с начала эксперимента в 1856 году, создавая все более полную картину того, как эти луговые сообщества менялись с течением времени. Каждое новое исследование добавляет новую главу к набору данных, который позволяет ученым задавать вопросы в таких временных масштабах, которые практически невозможно получить где-либо еще в мире. В сочетании с этим беспрецедентным долгосрочным опытом, последнее исследование укрепляет один из важнейших в мире экологических наборов данных и предоставляет выдающийся ресурс для ученых во всем мире».
Источник: Rothamsted Research.