Соль, пластик и сильная жара разрушают почву в городах

Фото из открытых источников

Соль, пластиковая пыль и повышение температуры влияют на состояние городской почвы, но ущерб остается скрытым до тех пор, пока функции почвы не начнут нарушаться.

Когда почва перестает дышать и впитывать воду, улицы затапливаются быстрее, а городская растительность теряет опору, которая делает районы пригодными для жизни.

На обычных улицах и в парках редко бывает одно воздействие за раз, поэтому повреждение почвы может резко измениться при столкновении различных факторов.

В климатической камере Свободного университета Берлина (FU Berlin) работу возглавляла биолог Ребекка Ронгсток. Ее исследования в группе Риллига были сосредоточены на том, как совокупное воздействие городской среды изменяет состояние почвы с точки зрения микробиоты и структуры субстрата. Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature.

Результаты показывают, что даже полезный фактор может стать дополнительным источником напряжения, если одновременно возникает несколько стрессовых ситуаций.

В этой экспериментальной установке городская почва рассматривалась как место, где напряжение накапливается слоями, а не как чистая исходная поверхность.

Ученые провели исследование, используя 140 образцов и шесть стрессовых факторов, которые часто встречаются одновременно в городах. Применяя субтрактивный метод, исключая один фактор из общей фоновой совокупности, они сравнили каждый недостающий элемент с полным набором факторов.

Поскольку эксперимент проводился в течение 6 недель без растений, полученные результаты лучше соответствуют контролируемым почвам, чем живым паркам.

Здоровье почвы часто зависит от её структуры, поскольку структура определяет, куда может перемещаться вода и кислород. Стабильные почвенные агрегаты поддерживают поры открытыми для воздуха и дождя.

Микробы и корни растений помогают склеивать эти крошки, поэтому движение транспорта и засуха могут разрушать их быстрее, чем ожидалось. Когда поры сужаются, сток поднимается, и городские деревья начинают испытывать трудности, даже когда поверхность выглядит как голая земля.

Скрытые микроорганизмы обеспечивают перемещение питательных веществ и разложение органических веществ, что способствует росту растений и долговременному накоплению углерода.

В этом эксперименте активность ферментов, то есть скорость, с которой микроорганизмы осуществляют ключевые химические реакции, служила сигналом раннего предупреждения.

В одной из смежных работ отмечалось, что совокупное глобальное давление может изменить микробные сообщества и процессы, которые они регулируют.

Когда эти процессы замедлились, почва утратила способность восстанавливать свою структуру после стресса, что привело к повреждениям, которые сохраняются длительное время.

Повышение температуры может выглядеть как улучшение здоровья почвы, поскольку в контролируемых условиях более теплая почва часто ускоряет метаболизм микроорганизмов.

«Эксперименты неоднократно показывают, что отдельные воздействия факторов глобальных изменений, таких как повышение температуры, могут оказывать положительное влияние на почву», — говорит Ронгсток.

Однако в целом потепление ускорило испарение, в результате чего осталось меньше воды, а загрязняющие вещества сконцентрировались, повреждая микроорганизмы и ослабляя почвенные агрегаты. Такое изменение означает, что тепло — это не просто ещё один фактор стресса, поскольку оно изменяет способ воздействия других химических веществ на живые клетки.

Противогололедная соль накапливается в городской почве, а биоканалы — засаженные растениями каналы, которые собирают и фильтруют сточные воды, — могут переносить хлориды даже после зимы.

Более соленая почвенная вода вытягивает влагу из клеток микроорганизмов, что может замедлить рост и снизить активность ферментов, участвующих в построении структуры.

Высокая соленость, избыточное количество растворенных солей в почвенной воде, была связана с изменениями в микробиоме. В эксперименте Берлинского университета (FU Berlin) удаление соли из всей смеси, подвергавшейся стрессу, улучшило большинство измеренных функций почвы.

Высыхание почвы меняет то, как вода проникает в нее позже, и это имеет значение для городов, которые зависят от почвы как средства поглощения ливневых вод.

В условиях засухи почвы образовывали более мелкие агрегаты и проявляли большую водоотталкивающую способность, сопротивляясь увлажнению после высыхания.

Более длительное время впитывания капель означает, что дождь может оставаться на поверхности, что может привести к увеличению стока во время внезапных ливней.

При меньшем количестве воды, способной нейтрализовать химические вещества, небольшие добавки соли или загрязняющих веществ могут сильнее воздействовать на микробы в засушливые периоды.

Транспортные средства оставляют после себя мельчайшие фрагменты, которые перемещаются вместе с пылью и сточными водами, увеличивая и без того трудноотслеживаемую нагрузку загрязняющих веществ.

В одном из недавних обзоров было обобщено, что частицы износа шин — мельчайшие фрагменты резины, отделяющиеся от шин, — являются растущим источником микропластика.

В ходе испытаний микропластик и остатки моющих средств сами по себе показали незначительный вред, даже если они служили пищей для некоторых микроорганизмов.

Ситуация изменилась, когда другие стрессовые факторы снизили микробную активность, поэтому поверхностно-активные вещества — химические соединения, похожие на мыло, которые размягчают масла и грязь, — не принесли никакой пользы.

Планы реставрации часто начинаются с решения самой, на первый взгляд, очевидной проблемы, но исследование предупреждает, что такой подход может упустить из виду истинную причину.

После удаления одного из факторов стресса из всего набора, свойства почвы и микробные процессы в оставшейся смеси в целом улучшились.

Эта закономерность указывает на практическую выгоду, поскольку сокращение потребления одного из ресурсов, таких как соль или тепло, может способствовать более быстрому восстановлению почвы.

«Одна из главных причин заключается в том, что мы просто не знаем, как взаимодействуют стрессовые факторы, когда они возникают одновременно», — говорит Ронгсток.

В результате проведенных исследований выяснилось, что проблемы с почвой возникают не столько из-за какого-либо одного стрессового фактора, сколько из-за сочетания этих факторов.

Для более эффективной защиты потребуются испытания, включающие живые системы «растение-почва», и политика, направленная на одновременное снижение взаимосвязанных городских факторов давления.