Биологическая рекультивация засушливых склонов требует дифференцированного подхода к выбору флоры, поскольку травянистые и кустарниковые виды выполняют принципиально разные биомеханические задачи по удержанию грунта. Полевые испытания и математическое моделирование в новом исследовании доказали, что плотные поверхностные корни трав эффективно снижают способность почвы к отрыву, в то время как глубокие стержневые системы кустарников обеспечивают долгосрочную глубинную устойчивость против оползней. Однако среди протестированных растений одно выделяется своей эффективностью.
Естественная реставрация растительного покрова признана важным экологическим инструментом сдерживания деградации почв на засушливых склонах. Тем не менее перед агрономами и ландшафтными инженерами долгое время стоял фундаментальный вопрос: какая именно жизненная форма растений обеспечивает максимальный защитный эффект?
Для поиска ответа китайские ученые провели детальное сравнительное исследование. В качестве кандидатов на роль лучшего закрепителя грунта выступили два травянистых вида — донник лекарственный (Melilotus officinalis) и сведа сизая (Suaeda glauca), а также два засухоустойчивых кустарника — верблюжья колючка (Alhagi camelorum) и селитрянка тангутская (Nitraria tangutorum). Эффективность их воздействия сопоставлялась с контрольным участком голой и незащищенной земли.
Серия контролируемых экспериментов по моделированию водных смывов в лотках и тестов на прямой сдвиг показала, что абсолютно все виды растительности заметно улучшают гидрофизическую структуру субстрата.
В зонах посадок существенно снизилась объемная плотность грунта, выросла его общая пористость и увеличилось содержание водостойких агрегатов. Однако при переходе к оценке главного параметра — способности почвы к отрыву под воздействием потоков воды — выявился безоговорочный лидер эксперимента.
Донник лекарственный показал наилучшие комплексные результаты, превзойдя по эффективности защиты не только другие травы, но и кустарниковые виды.
Секрет такого успеха донника кроется в архитектонике его подземной части. В отличие от кустарников, развивающих глубокие и грубые стержневые скелетные корни для удержания нижних пластов грунта, донник лекарственный формирует в самом уязвимом поверхностном слое почвы чрезвычайно густую, переплетенную и плотную сеть из тончайших мочковатых корней.
Применив к полученным массивам данных алгоритмы машинного обучения методом «случайного леса», ученые выяснили, что структура корней предопределяет успех противоэрозионной защиты на 84,9%. При этом ключевыми факторами выступают плотность длины корней и общая площадь их активной поверхности. В этих дисциплинах донник оказался вне конкуренции. Его корневая система буквально сшивает верхний слой почвы, многократно увеличивая показатель сцепления частиц и превращая рыхлую землю в монолитный дерновый щит.
Математическая регрессионная модель подтвердила, что наличие развитых корней донника позволяет с высокой точностью прогнозировать гашение эрозионных процессов.
Ученые пришли к выводу, что для экстренного контроля поверхностной эрозии и предотвращения вымывания плодородного слоя засушливых склонов донник лекарственный является культурой первого выбора. Кустарники остаются незаменимым инструментом для глубинного анкерования оползневых зон, однако именно ковер из донника служит наиболее эффективным барьером.
Дело в том, что у донника лекарственного комбинированная корневая система. В ней сочетаются свойства как кустарников, так и трав, что и делает его абсолютным чемпионом.
Как истинное бобовое растение, донник имеет центральный стержневой корень, который действительно уходит глубоко вниз (в среднем на 1,5–2 метра), добывая воду из нижних горизонтов почвы. Также у него есть латеральная (боковая) сеть в верхних 20–30 сантиметрах земли. От центрального глубокого стержня донник пускает колоссальное количество тонких, густо переплетенных боковых ответвлений. Именно эта вторичная горизонтальная сеть ведет себя как плотная «мочковатая» сеть.
Кустарники из исследования (например, верблюжья колючка) имеют толстые, грубые корни, которые уходят глубоко, но почти не дают тонкой «паутины» на поверхности. Обычные злаковые образуют мочковатые «крепежи», но не имеют глубины.
Кстати, русское название «донник» происходит от старославянского «донная» — так в древности называли подагру и другие заболевания суставов, которые успешно лечили компрессами из этой травы. Древнеримский врач Гален применял отвары донника для заживления ран у гладиаторов, а великий Авиценна посвятил ему немало страниц в своих трудах.