Эрозия почвы может иметь разрушительные последствия по всему миру и представлять серьезную угрозу для современного сельского хозяйства. Повышенный спрос на сельское хозяйство привел к тому, что леса и естественные луга были преобразованы в сельскохозяйственные поля и пастбища.
Тем не менее, многие выращиваемые растения, такие как кофе, хлопок и пальмовое масло, могут значительно усилить эрозию почвы, превышающую способность почвы поддерживать и обновлять.
Это также может привести к увеличению загрязнения и отложения осадков в ручьях и реках или, поскольку эти районы часто менее способны удерживать воду, может усугубить наводнения. Эта проблема особенно актуальна с учетом постоянно растущего населения и изменения климата.
Исследователи из университетов Бристоля и Эксетера выявили важную функцию, которую микроскопические корневые волоски играют в связывании и укреплении почвы.
В то время как свойства крупномасштабных корней, такие как диаметр, длина и площадь поверхности, были тщательно изучены, чтобы понять их роль в предотвращении эрозии почвы, влияние микромасштабных свойств, таких как корневые волоски, менее хорошо документировано.
Исследовательская группа изучила, как дикие растения Arabidopsis thaliana, производящие корневые волоски, по сравнению с почти идентичным арабидопсисом с такой же структурой корневых волосков, снижают эрозию почвы.
Они обнаружили, что при достаточной густоте посадки растения с корневыми волосками почти полностью снижают потерю почвы, в то время как идентичные растения без волосков не могут остановить поток эрозии.
Были использованы три метода, чтобы изучить преимущества корневых волосков по удерживанию почвы. Сначала образцы помещали в стерильный гель в чашку Петри, а затем подвергали возрастающей центробежной силе.
Исследование показало, что безволосые саженцы легче удалить из геля по сравнению с саженцами, обильно покрытыми корневыми волосками.
Во-вторых, исследование показало, что корневые волоски также стабилизируют растение в почве, поскольку они увеличивают силу, необходимую для выкорчевывания растения.
В-третьих, в экспериментальной лаборатории ландшафтов в Эксетере корневые волоски снизили водную эрозию почти до нуля.
Профессор Клэр Грирсон, один из ведущих авторов исследования из Бристольской школы биологических наук, пояснила: «Эти результаты могут стать ключом к борьбе с эрозией почвы. Есть три возможных способа, которыми корневые волоски могут улучшить почву: либо почва может напрямую связываться с поверхностью корневых волосков, корневые волоски могут выделять материал, укрепляющий почву, либо корневые волоски могут выделять материал, который обрабатывается микробами в нечто, что может укрепить почву.
«Мы надеемся, что наши знания о свойствах растений, которые сводят к минимуму эрозию почвы, позволят создать и выбрать наиболее подходящие сельскохозяйственные растения."
Профессор Куайн, эксперт в области наук о Земле в Университете Эксетера, добавил: «Этот захватывающий, поистине междисциплинарный проект в области биологии, математики, инженерии и наук об окружающей среде дал нам новые бесценные сведения о влиянии микроскопических корневых структур на макроскопическое поведение. почв.
«Я был поражен той разницей, что плотность корней позволила снизить эрозию почвы почти до нуля, когда плотность корней была высокой, тогда как потеря почвы все еще была значительной, когда корни одинаковой плотности не имели волосков.
«Мы очень рады узнать, как волосы оказывают такое необычайное влияние."
Команда сейчас работает над тем, чтобы различить эти гипотезы и определить вовлеченные молекулы.