46
Растущая частота и интенсивность засух угрожают глобальной про-
довольственной безопасности и развитию инфраструктуры в большинстве
стран мира. Уплотнение почвы в результате интенсификации земледелия
отрицательно сказывается на —25% площади механизированных пахотных
земель Европы, в то время как засуха затронула более 3 миллиардов чело-
век во всем мире.
Высыхание почвы, вызванное засухой, усиливает капиллярные силы
между частицами, которые плотно притягивают частицы почвы друг к
другу. Уплотнение закрывает поровые пространства, увеличивая насып-
ную плотность почвы и напряжение предварительного сжатия. В совокуп-
ности эти процессы увеличивают прочность и жесткость связных почв, со-
здавая среду, которая бросает вызов корням растений и роющим организ-
мам. Такое затвердевание почвы препятствует их доступу к воде и пита-
тельным веществам.
Корни растений, наряду с другими туннельными организмами, помо-
гают поддерживать функцию почвы за счет биотурбации почвы. Образо-
вание биопоровых сетей способствует глубокому дренажу воды, смягчая
затопление, обеспечивая диффузию кислорода в более глубокие почвенные
горизонты и повышая микробную активность почвы. Эти эффекты создают
благоприятные условия для сельскохозяйственных систем и могут смяг-
чить последствия опустынивания.
Корни растений могут проникать в удивительно жесткие субстраты
через сложный ансамбль многомасштабных процессов. Команда британ-
ских исследователей поставила эксперимент в ОЭлатоп Глейё Зоигсе в Ве-
ликобритании. В этом научном центре установлен синхротрон — ускори-
тель частиц, работающий как сверхмощный микроскоп. Он испускает
рентгеновские лучи в 10 миллиардов раз ярче солнечного света. И ученые
сфокусировали эти рентгеновские лучи на искусственной модели корня,
чтобы проводить контролируемые измерения в новаторском подходе.
Во-первых, чтобы оценить форму почвы, они использовали трёхмер-
ную рентгеновскую визуализацию, которая работает подобно медицинской
компьютерной томографии, чтобы создать детальные изображения струк-
туры почвы вокруг корня модели. Это позволило увидеть, как сжимаются
и смещаются мельчайшие частицы и поры в почве. Но для измерения не-
видимых сил, действующих в этом процессе, потребовался еще один метод
— фокусированная рентгеновская дифракция. Измерить эти крошечные
силы внутри скопления обычных частиц почвы невозможно.
«Чтобы решить эту проблему, мы создали суррогатную почву из
гипса — минерала с идеально упорядоченной природной кристаллической
структурой. Каждый кристалл в почве действует как крошечная, измери-
мая пружина. Когда модель корня вдавливается в почву, эти «пружины»