Результат был удивительный: «Кировцы» в разы быстрее обрабатывали землю, но урожайность этой земли была более чем в 2 раза ниже, чем на втором поле. Культурные растения, выросшие на этих полях, сильнее страдали от засух и наводнений. Советские агрономы объяснили этот феномен тем, что колеса тяжеловесных машин утрамбовывали почву, закупоривая поры, не давая семенам получать воду и воздух. Это была догадка, проверить которую строгими научными методами в те времена не удалось.
Статью можно прослушать
Ученые 21 века объяснили, как советские трактора «Кировец» разрушали почву
Китайские исследователи использовали изящный метод измерений состояния почвы с помощью оптоволоконных датчиков, чтобы объяснить наблюдения, сделанные агрономами еще во времена в СССР.
Gonzosft, Wikipedia. CC2.0
В 1981 году телевидение Советского Союза показало научно-популярный фильм «Колесо и почва», посвященный многолетнему эксперименту академии им. Тимирязева. Суть его в том, что ученые обрабатывали один участок большими колесными тракторами К-700 «Кировец», а контрольный участок гусеничными тракторами предыдущего поколения, имевшими меньший размер.
Оптоволоконные датчики разрешили старую загадку
Новое исследование Института геологии и геофизики Китайской академии наук, опубликованное в Science, смогло рассказать больше о происходящих под землей процессах. Команда ученых использовала новый метод наблюдения с помощью оптоволоконных зондов без физического влияния средств измерения на почву. Из оптоволокон была смонтирована распределенная сеть датчиков на экспериментальной ферме в Университете Харпера Адамса в Великобритании. Измеряя микроколебания грунта, создаваемые потоками воды, она позволила следить в реальном времени за движением влаги.
Плуги меняют структуру почвы
В здоровой почве образуется природная сеть микроскопических пор и каналов. По ним вода быстро уходит с поверхности и проникает глубоко в землю, к корням растений.
Исследователи смогли объяснить, почему такая почва устойчива к засухе, построив динамическую модель, учитывающую капиллярные эффекты. Оказалось, что в микроканалах действует «эффект чернильницы»: проникнуть в эти микроскопические отверстия вода может, а выйти наружу ей затруднительно из-за сил поверхностного натяжения.
Эта структура полностью разрушается при обработке. Виноваты в этом не только колеса, но и плуги, делают вывод ученые. Замеры с помощью матрицы датчиков показали, что на обработанных почвах дождевая вода скапливается у поверхности и остается на небольшой глубине. Здесь она быстро испаряется в теплые дни, а глубокие слои почвы остаются сухими.
Структура невспаханной (слева) и вспаханной (справа) почвы упрощенно показывает, как вредит влагообмену глубокая обработка.
Ранее при изучении динамики почв использовались гораздо более простые механические модели. В них предполагалось, что устойчивость почвы к засухам зависит в первую очередь от общего содержания воды, объяснил ведущий автор исследования Ши Цибин. Но реальная почва — это не просто месиво из молекул, а пористая среда, имеющая определенную структуру, сказал ученый. Она действует подобно губке, быстро впитывая воду и медленно отдавая ее.
Знать, чтобы не вредить
Напрашивается вывод, что необходимо пересмотреть в корне то, как в сельском хозяйстве принято готовить почву под посадки, считают исследователи. Это станет особенно актуально в ближайшие десятилетия, чтобы сделать сельскохозяйственные культуры более стойкими перед грозящими им экстремальными погодными явлениями.
Нужно найти способ избежать уплотнения почвы тяжелой техникой.
Главным образом, нужно найти способ избежать уплотнения почвы тяжелой техникой.
Есть вторая причина, почему это исследование станет поворотным в сельскохозяйственной науке, отмечает издание Phys.org. Впервые оптоволоконное зондирование и отслеживание микроколебаний почвы использовались для изучения почвенно-водной системы без физического воздействия на них. Образно говоря, ученые научились «слушать» землю, отслеживая ее состояние в режиме реального времени. Этот метод может найти широкое применение и в практической агрономии, позволяя фермерам быстро адаптироваться к переменам в природе.