Учёные из Гонконга и Цзинаня выяснили, что биохимические выделения корней растений защищают уплотнённые почвы от размыва эффективнее, чем их физическая структура. Результаты исследования, опубликованные в журнале Plant and Soil, могут изменить подходы к инженерному укреплению искусственных склонов и насыпей.
Исследователи изучили, как корни баияграса (Paspalum notatum) противостоят эрозии на образцах полностью разложившегося гранита – распространённого песчаного грунта, который используют для создания техногенных склонов в Гонконге и других частях субтропической Азии. В ходе лабораторных экспериментов учёным впервые удалось разделить два механизма укрепления: физическое армирование, при котором корни оплетают частицы почвы, и биохимическое склеивание. Последнее происходит за счёт корневых выделений (эксудатов) и продуктов жизнедеятельности симбиотических грибов, которые действуют как клей для микроагрегатов грунта.
Эксперименты показали, что вопреки распространённому мнению основной вклад в защиту от эрозии вносит именно биохимическое склеивание. Его эффект оказался особенно выражен в мелкозернистых грунтах средней плотности. В то же время максимальное уплотнение почвы до 90%, которое инженеры часто применяют для повышения стабильности склонов, парадоксальным образом ослабляло защиту. В таком плотном грунте трава росла хуже, её корневая система была менее развита, что снижало как физическое, так и химическое укрепление.
На основе полученных данных учёные разработали новый безразмерный коэффициент Kbio, который позволяет количественно оценить, насколько растения повышают устойчивость конкретного типа почвы к эрозии. Этот показатель, выведенный из физической модели эрозии, даёт возможность инженерам точнее прогнозировать эффективность различных видов растений для проектов «зелёной инженерии» ещё на стадии проектирования.
Авторы работы отмечают, что существующие инженерные стандарты, требующие максимального уплотнения грунта, могут непреднамеренно подавлять естественные защитные механизмы, которые обеспечивают растения. Хотя предложенная модель требует дальнейшей проверки в полевых условиях на разных типах почв, она уже сейчас предлагает новый инструмент для проектирования более устойчивых и долговечных объектов инфраструктуры, таких как дорожные насыпи и дамбы.