Трески, щелчки и хлопки: как звучит «сердцебиение» здоровой почвы

Здоровая почва кишит жизнью: в ней обитает ошеломляющие 59% видов Земли. Эти организмы играют ключевую роль в поддержании здоровья почвы и всей планеты.

Однако этот жизненно важный ресурс находится под угрозой. В настоящее время 75% почв в мире повреждены. Из-за вырубки лесов, перевыпаса скота, урбанизации и других разрушительных практик этот показатель может вырасти до 90% к 2050 году.

Такая деградация несет серьезные риски для биоразнообразия и экосистемных услуг, таких как производство продуктов питания. Традиционные методы оценки жизни в почве часто дороги, трудоемки и инвазивны. Инновационный и неразрушающий подход — экоакустика — может изменить мониторинг здоровья почв.

Наша исследовательская группа разработала простой способ использовать звук для мониторинга жизни в почве. Мы обнаружили, что здоровые почвы, богатые разнообразными животными, имеют отчетливые акустические профили или «звуковые ландшафты» — смесь живых и сложных звуков, таких как треск, щелчки и хлопки.

Что такое экоакустика почвы?

Экоакустика — это изучение звуков, производимых сообществами животных, растений и их средой. Эта относительно новая наука, основанная на технологиях, широко используется для мониторинга наземных и водных экосистем.

Теперь можно повесить на дерево аудиорекордер размером с кредитную карту, чтобы записать звуки животных. Через несколько дней или недель устройство собирают и анализируют записи.

Ученые уже фиксируют акустические сигналы летучих мышей, птиц, лягушек и насекомых. Эти звуки дают ценную информацию о биоразнообразии и динамике экосистем.

Те же принципы и инструменты теперь применяются к почве. Исследователи начинают изучать звуки почвы, используя рекордеры и специализированные микрофоны, прикрепленные к зондам в земле. Эти устройства записывают акустические вибрации, производимые почвенными организмами при их движении.

Слышны трески, щелчки и хлопки. Здоровые почвы, как правило, имеют большее разнообразие этих звуков, чем поврежденные, которые обычно тише из-за меньшей активности животных. Звуковой ландшафт поврежденной почвы похож на безжизненную вечеринку, а здоровой — на оживленное общение.

Записанные звуки анализируют, чтобы получить представление об обилии, разнообразии и, возможно, поведении сообществ почвенных животных: дождевых червей, жуков, пауков, муравьев и других, каждый из которых играет важную экологическую роль.

Первые испытания и результаты

Все живые организмы производят звуки — намеренно (пение птиц для привлечения партнера) или непреднамеренно (движение червя в почве). Именно непреднамеренные звуки могут многое рассказать о здоровье почвенной экосистемы.

Наши первоначальные испытания включали размещение микрофонов в ведрах с почвой для записи звуков жизни. Затем мы обрабатывали эти записи для выявления звуковых паттернов.

Мы стремимся количественно оценить звуковые ландшафты, измеряя частоту, громкость и паттерны во времени, что позволяет оценить здоровье почвы. В здоровых почвах животные активны и производят богатый набор звуков.

Наше новое исследование в австралийских лесах, опубликованное в Journal of Applied Ecology, показывает, что почвенная экоакустика эффективно отражает обилие и активность почвенных животных и позволяет предсказать, повреждена почва или восстановлена.

Мы обнаружили большее разнообразие тресков, щелчков и хлопков в восстановленных почвах. Мы связали это с более высоким количеством беспозвоночных, перемещающихся в почве. Если почва звучит тихо — это признак нездоровья.

Мы также разрабатываем инновационное звуковое детектирующее устройство для идентификации беспозвоночных, перемещающихся по поверхности. Предварительные результаты показывают, что разные типы животных (черви, улитки, муравьи, многоножки и т.д.) имеют разные звуковые профили в зависимости от их активности, формы, конечностей и размера. Это логично: многоножка со множеством крошечных ножек стучит иначе, чем медленно скользящая улитка.

Практическое применение

Почвенная экоакустика имеет множество практических применений. Ее можно использовать для мониторинга эффективности восстановления почв, помогая землеустроителям и фермерам оценивать здоровье своих почв без серьезного вмешательства. Например, метод может выявить участки с дефицитом популяций дождевых червей, которые crucial для аэрации почвы и круговорота питательных веществ.

Этот метод экологически аналогичен тому, как врач с помощью стетоскопа слушает сердцебиение пациента, чтобы оценить его здоровье. Прислушиваясь к «сердцебиению» почвы (ее звуковому ландшафту), мы можем получить представление о ее состоянии и успехе восстановительных мероприятий.

Будущее мониторинга здоровья почв

Хотя почвенная экоакустика еще находится на ранних стадиях развития, она обещает улучшить наше понимание и мониторинг почвенного биоразнообразия. Недавняя статья о глобальных проблемах сохранения биоразнообразия определила почвенную экоакустику как возникающий приоритет, подчеркнув ее потенциал для преобразования оценки здоровья почв.

По мере развития и совершенствования этих методов мы надеемся демократизировать процесс, позволив людям по всему миру использовать свои собственные «стетоскопы» для улучшения здоровья драгоценной экосистемы у них под ногами.