До сих пор ученые и политики строили планы по борьбе с глобальным потеплением, оценивая только то, что видят глазами, — засыхающую растительность на поверхности. Однако почвенные микробы — это фундамент, на котором держится вся жизнь почвы. Без понимания подземных процессов невозможно предсказать, как экосистемы справятся с изменением климата. Шестилетнее исследование почвенного микробиома в условиях засухи дает экологам и правительствам новые данные для разработки эффективных программ сохранения почв, ведения сельского хозяйства и адаптации к засухам в будущем.
Масштабное шестилетнее экологическое исследование, опубликованное в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), посвящено тому, как длительная и суровая засуха меняет скрытую подземную жизнь нашей планеты — её почвенный микробиом (бактерии, грибы и простейшие организмы).
Проект был реализован международной группой ученых под руководством Института экологической геномики при Университете Оклахомы (США). Старший автор работы - Цзичжун Чжоу, директор института, профессор Школы биологических наук и один из самых цитируемых в мире микробиологов-экологов.
Объектом изучения стала высокотравная североамериканская прерия. Ученые создали экспериментальные участки. Часть из них в течение 6 лет подвергалась искусственно созданной, непрерывной и глубокой засухе. Вторая часть оставалась контрольной (с естественным уровнем осадков).
Каждый год исследователи брали пробы грунта и проводили глубокий генетический анализ ДНК, чтобы отследить, какие микроорганизмы выживают, какие исчезают и как они взаимодействуют друг с другом.
Как сообщают авторы исследования, почва под воздействием засухи не просто сохнет — микробное сообщество начинает стремительно видоизменяться («дрейфовать»). Чем дольше длится засуха, тем дальше микробиом уходит от своего нормального состояния. Из-за жесткого отбора выживают лишь узкоспециализированные виды микробов. Сообщество «запирается» в искаженном, неестественном состоянии. Ученые предупреждают: даже если засуха прекратится и пойдут дожди, вернуть почву к исходному здоровому балансу будет крайне сложно или невозможно.
«Мы давно знаем, что надземные растительные сообщества реагируют на засуху, но то, что происходит под землей, было гораздо сложнее наблюдать. Теперь, когда у нас есть данные за шесть лет непрерывной работы, мы обнаруживаем, что почвенные сообщества не просто испытывают стресс во время засухи; они перемещаются, и чем дальше они перемещаются, тем менее вероятным становится восстановление», — сказал Цзичжун Чжоу, старший автор исследования.
С падением биоразнообразия в почве резко замедлились экосистемные процессы, отвечающие за круговорот питательных веществ (углерода, азота и серы). Это значит, что земля теряет способность удерживать питательные вещества и поддерживать рост растений.
Чтобы противостоять разрушительному воздействию засухи на подземную жизнь, предлагается перестроить экологическую политику и методы ведения сельского хозяйства. Главный посыл ученых: нельзя просто пассивно ждать окончания засухи — нужно активно управлять почвой, так как ее изменения труднообратимы.
Ученые рекомендуют включить состояние почвенных микробов в государственные программы по сохранению биоразнообразия.
Активное внесение компоста, мульчи и биочара (древесного угля) поможет создать в почве защитные микропоры (убежища для выживания микробов) и удерживать остатки влаги.
Искусственное заселение пострадавших почв лабораторно выращенными «коктейлями» из засухоустойчивых бактерий (PGPB) и грибов, которые стимулируют рост растений и помогают им удерживать влагу, также может быть эффективной стратегией противодействия.
Отказ от монокультур рекомендуется. Посадка смеси из глубоко укореняющихся многолетних трав и засухоустойчивых культур. Корни разных растений выделяют различные сахара, подкармливая и поддерживая разнообразие подземных бактерий даже в период жесткого дефицита воды. Ученые также советуют полный отказ от глубокой вспашки в засушливых регионах (технология No-Till), чтобы не разрушать хрупкие капилляры почвы и сформированные микробами защитные биопленки.
Источник: University of Oklahoma. Автор: Кэт Гебауэр.