Весенняя свежесть после грозы, тяжелый болотный дух или едва уловимый сладковатый аромат пашни — все эти запахи не возникают сами по себе. За них отвечают миллиарды микроорганизмов, населяющих почву. Традиционные методы оценки этой скрытой жизни сегодня требуют много усилий: фермерам приходится отправлять образцы грунта в лаборатории, оплачивать тесты ДНК, чтобы узнать о соотношении микроскопических жителей пашни, и неделями ждать результатов.
Однако в условиях меняющегося климата действовать нужно быстрее. К тому же, земледельцы, которые внедряют почвосберегающие методы, хотят видеть эффект от своих действий здесь и сейчас. Этот запрос лег в основу масштабного исследования эколога Розы Бун из Радбудского университета в Нидерландах. Она решила проверить, можно ли оцифровать старый фермерский метод оценки земли по запаху и превратить его в точную инженерную технологию.
Для своего эксперимента исследовательница выбрала пастбища в регионе Оойполдер, недалеко от города Неймеген. На этой территории соседствовали хозяйства с совершенно разным подходом к делу. Одни фермеры вели интенсивное земледелие с применением агрохимических удобрений, другие перешли на экстенсивные практики — они высаживали множество видов трав и использовали только органические подкорки. Третьи балансировали посередине.
Чтобы «услышать» дыхание земли, команда Бун установила на 18 пастбищах особую систему улавливания газов. В почву помещались большие перфорированные трубки, через отверстия в которые свободно проникали летучие органические соединения. Внутри этих конструкций находились трубки меньшего диаметра, подключенные к специальным насосам. Насосы аккуратно забирали почвенный воздух, а пахучие молекулы прилипали к стенкам сорбционного материала.
В лаборатории с помощью сложного оборудования ученым удалось идентифицировать 75 уникальных почвенных запахов. Оказалось, что подземный парфюмерный профиль — не хаотичный набор элементов, а четкая карта здоровья экосистемы, отражающая состав, количество и функции обитающих там микробов.
Оказалось, что 16 из найденных запахов оказались прямыми индикаторами того, как именно фермер обрабатывает свою землю. У тех, кто минимизировал использование химикатов и обогащал флору пастбищ, 9 специфических ароматов стали заметно ярче, а 7 других, наоборот, практически исчезли.
Самыми чуткими маркерами перемен проявили себя альдегиды — химические соединения, которые активно выделяют почвенные грибы. Профиль запаха менялся сразу же, как только менялась микробная жизнь под воздействием новых методов управления.
Параллельные тесты подтвердили, что на полях с бережным экстенсивным подходом формируется особое грибное сообщество. В такой почве фиксировалось больше активного углерода, а сама подземная биота вела себя гораздо энергичнее. Такая наполненная жизнью земля дает практическое преимущество: она становится устойчивой к погодным аномалиям и способна пережить даже экстремально засушливое лето. Стимулируя естественные микробиологические процессы, фермер экономит на покупке внешних ресурсов, создавая стабильный бизнес на перспективу.
Научная работа Розы Бун приблизила исследователей к созданию нового прибора — «электронного носа». Готового коммерческого гаджета на рынке пока нет, и инженерам предстоит пройти еще несколько технологических этапов. Однако фундаментальный шаг уже сделан. В будущем датчик-анализатор запахов станет реальностью: фермер сможет просто воткнуть прибор в почву и на экране смартфона увидеть, в каком настроении сегодня находятся его бактерии и грибы.
Источник: Radboud University.
