Обнаружение скрытого мира почвенных микробов с воздуха
Новое исследование доктора Анджелы Харрис из Манчестерского университета и профессора Ричарда Барджетта из Ланкастерского университета показало, что учёные теперь могут обнаруживать скрытый мир микробов, живущих в почве, — с воздуха.
Опубликованная в журнале New Phytologist работа демонстрирует, что детальные аэроснимки, захватывающие многие части электромагнитного спектра, можно использовать для прогнозирования обилия и разнообразия микробов, живущих в почве под растительным покровом. Это предлагает новый способ мониторинга здоровья почвы и биоразнообразия.
Почва — наиболее биоразнообразная и сложная среда обитания на Земле, а живущие в ней микробы — крошечные бактерии и грибы, которые перерабатывают питательные вещества, запасают углерод и поддерживают здоровье экосистем, — фундаментальны для здоровья планеты. Однако из-за того, что они живут под землёй, их чрезвычайно сложно и дорого измерять на больших площадях.
Как признаки растений раскрывают подземную жизнь
Недавние исследования показывают, что типы растений, произрастающих в определённой местности, и их признаки — такие как скорость роста или химический состав листьев — могут сильно влиять на почвенных микробов. До сих пор не было известно, сохраняются ли эти взаимосвязи для прогнозирования обилия и разнообразия микробов в различных экосистемах.
В этом исследовании учёные использовали воздушные датчики, регистрирующие свет далеко за пределами видимого человеческим глазом спектра. Поскольку эти датчики захватывают сотни узких спектральных диапазонов, они раскрывают тонкие детали о листьях и растительном покрове, такие как их химический состав, структура и общее состояние здоровья.
Объединив эти богатые спектральные данные с полевыми измерениями почвенных микробов и признаков растений, собранных по всей континентальной части США через Национальную экологическую обсерваторию (NEON), команда обнаружила сильную связь между спектральной отражательной способностью растительного покрова и типами и разнообразием микробов, живущих в почве.
Значение для глобального мониторинга почв
«Химический состав и структура листьев растений, которые определяют, как они отражают свет, тесно связаны с условиями почвы, в которой они растут», — сказала доктор Харрис.
«Поскольку растения и микробы часто реагируют на одни и те же факторы окружающей среды — такие как питательные вещества в почве или климат — мы можем использовать то, что происходит над землёй, чтобы предсказать, что происходит под ней».
Важно, что исследование показало, что данные полного спектра гиперспектральной съёмки — которые захватывают гораздо больше деталей, чем традиционные спутниковые снимки — работают намного лучше, чем простые вегетационные индексы, такие как NDVI.
Это говорит о том, что предстоящие гиперспектральные спутники, включая миссию CHIME Европейского космического агентства и миссию NASA Surface Biology and Geology (SBG), могут изменить способ глобального мониторинга здоровья почв.
«Наши результаты показывают, что детальная спектральная информация, полученная с воздушных датчиков, может многое рассказать нам о микробах, живущих в почве. С учётом планов по скорому запуску передовых гиперспектральных спутников, этот подход может сделать мониторинг здоровья почвы и биоразнообразия на континентальном и даже глобальном уровнях возможным и доступным», — говорит доктор Харрис.
Новые инструменты для охраны природы и климатических действий
Помимо продвижения экологической науки, это исследование может предоставить жизненно важные инструменты для отслеживания запасов углерода в почве, мониторинга деградации земель и поддержки устойчивого управления земельными ресурсами в условиях изменения климата.
«Это исследование открывает мощное новое окно в скрытое биоразнообразие Земли, предоставляя способ картировать и контролировать почвенное биоразнообразие в больших масштабах экономически эффективным способом», — сказал профессор Барджетт.