От роботов и дронов до трекеров для овец — новые технологии могут помочь фермерам контролировать и улучшать здоровье почвы

Ежегодно в мире теряется двенадцать миллионов гектаров сельскохозяйственных земель из-за деградации почв. Как эколог, я работаю вместе с фермерами и производителями в поле и вижу, как сельское хозяйство может помочь решить этот глобальный почвенный кризис.

В отчете Агентства по охране окружающей среды правительства Великобритании за 2019 год подсчитано, что 17% почв в Англии и Уэльсе демонстрируют признаки эрозии. По оценкам, 4 миллиона гектаров сельскохозяйственных земель подвержены риску уплотнения, при этом почва сжимается пасущимися животными или тяжелой техникой, в результате чего воздушные карманы между частицами почвы выдавливаются. Еще 300 000 гектаров почвы загрязнены загрязняющими веществами.

Однако показатели здоровья почвы трудно поддаются количественной оценке, а регулярные систематические стратегии отбора проб для оценки функций почвы редко принимаются правительствами в долгосрочной перспективе.

Фермеры все чаще рассматривают такие методы, как регенеративное сельское хозяйство, которые ограничивают ущерб почвам и даже помогают их регенерации. Посадка покровных культур, снижение или тщательное управление нормами посадки, стратегии прямого посева и сокращенной обработки почвы, а также посадка деревьев и увеличение органического вещества — все это может помочь. Фермеры и почвоведы также начинают использовать умные технологии для надежного измерения изменений в состоянии почвы.

Несмотря на то, что я уже некоторое время изучаю почвы, я лишь недавно понял, что оценки почвы, особенно те, которые рекомендуются фермерам, как правило, сосредоточены на физических и химических показателях, без особого учета разнообразных сообществ организмов (от микробов и грибков до дождевых червей и растений), которые живут в почве.

Стратегии отбора проб, как правило, не учитывают огромные различия, которые происходят в почвенных условиях, даже в пределах поля или между сезонами. Выявление изменений в течение многих лет или между методами управления часто оказывается для фермеров непомерно дорогим, поскольку требуется большое количество повторных образцов.

Новые исследования и технологии могут помочь закрыть этот пробел. Вот как:

1. Спутниковые датчики

Интенсивное земледелие способствует ухудшению состояния здоровых почв. Голая почва легко разрушается ветром и дождем, а экстремальные погодные условия более вероятны с изменением климата. Вспашка может разрушить микробные сети грибков, бактерий и других подобных организмов, изменить форму и расположение частиц почвы и высвободить углерод, хранящийся в виде органического вещества.

Интенсивный выпас скота может усилить уплотнение, снижая водопоглощающую способность почв. Внесение синтетических химических удобрений и пестицидов может нанести вред беспозвоночным и микробам над и под землей, одновременно выбрасывая вредные загрязняющие вещества в реки и моря.

Датчики, установленные на спутниках, произвели революцию в данных, доступных для визуализации ландшафтов, включая фермы. Теперь можно использовать спутниковые снимки вместе с инновационными агротехнологиями для мониторинга роста и болезней растений, а также деградации и содержания воды в почве, и наблюдать изменения с течением времени. Таким образом, можно принимать более обоснованные решения о том, как лучше всего вести устойчивое земледелие без дальнейшей деградации почвы в определенных местах.

2. Датчики почвы

Почва под нашими ногами кишит жизнью, и большинство наземных организмов либо зависят от почвы в качестве питательных веществ, либо удобряют ее выделениями и разложением. Использование датчиков для отслеживания изменения почвенных условий может сказать нам, являются ли они более или менее благоприятными для жизни определенных организмов.

Датчики почвы можно использовать, не тревожа посевы и не отправляя материал на лабораторные анализы. С калибровкой портативные ручные датчики ближнего инфракрасного диапазона (NIR) могут обнаруживать органические вещества почвы, такие как разложившиеся растения или навоз, — это хороший показатель здоровых и плодородных почв.

В Плимуте мы устанавливаем датчики на пилотируемые или автономные беспилотники и роботизированные платформы — это быстрый и простой способ сбора образцов и информации об органическом веществе даже на пересеченной местности. Более мелкие и более доступные роботизированные «собаки» лучше справляются с перемещением по низу изгородей или через ряды густо заросших кустарников, например, лаванды.

В будущем датчики статического поля смогут получать питание за счет использования энергии химических реакций, происходящих в самом микробном сообществе почвы.

3. Датчики для животных

Отдельные датчики, подобные Fitbits и другим регистраторам активности, все чаще используются для мониторинга благополучия животных, особенно в закрытых фермерских хозяйствах, например, с коровами. Датчики, которые обнаруживают движение, также могут использоваться на овцах и коровах, пасущихся на открытом воздухе.

Сообщая фермерам, где и как перемещаются животные, эти датчики могут помочь определить области, где почва подвержена высокому риску уплотнения, чтобы можно было решить эту проблему.

В сельской местности плохое интернет-соединение может ограничить использование этих датчиков, поэтому мы работаем с фермерами в горных районах, таких как Дартмур, используя широкополосные сети дальнего действия (LoRaWAN) — передатчики датчиков крепятся к столбам ограждения или животным и используют маломощные радиочастоты для немедленной передачи информации фермерам и исследователям.

4. Обнаружение ДНК

Еще одной захватывающей разработкой является новая мобильная технология на основе ДНК. Небольшие ручные секвенаторы и машины, которые амплифицируют и количественно определяют ДНК, наряду с мобильными лабораториями, позволяют фермерам брать образцы и секвенировать их в полевых условиях и в короткие сроки.

Грибковые заболевания, которые живут в почве и могут опустошать посевы, такие как фузариоз, можно обнаружить с помощью простых методов, похожих на тесты на COVID. Используя ручные секвенаторы, я работаю с производителями органической продукции, чтобы создавать изображения микробных сообществ на полях с различными культурами и методами управления. Эти методы требуют всего несколько дней для получения результатов, а это значит, что влияние изменения практики можно увидеть быстро.

Новые технологии открывают возможности для более быстрого и дешевого мониторинга функций почвы. Однако для определения наиболее подходящей технологии действительно важно, чтобы исследователи и практики работали вместе, чтобы придумать простые решения для мониторинга состояния и здоровья наших почв. Это позволит фермерам выбрать наиболее подходящую практику управления, чтобы защитить свои почвы для будущих поколений.

Эта статья переиздана из The Conversation по лицензии Creative Commons. Прочитайте оригинальную статью.