За пинтой пива в Оксфорде мы, возможно, наткнулись на Святой Грааль сельского хозяйства | Джордж Монбиот

яЯ чувствовал себя так, словно поднимаюсь на гору во время температурной инверсии. Вы боретесь с таким густым туманом, что едва видите, куда идете. Внезапно вы прорываетесь сквозь верхушку облака, и перед вами расстилается мир. Это была редкая и замечательная вещь: момент эврики.

Последние три года я боролся с большой и неприятной проблемой. Работая над своей книгой «Регенезис», я тесно сотрудничал с Иэном Толхерстом (Толли), фермером-новатором, который совершил нечто экстраординарное. Почти везде высокоурожайное земледелие наносит серьезный вред окружающей среде из-за необходимости использования большого количества удобрений, пестицидов и (иногда) поливной воды и глубокой вспашки. Большинство ферм, оказывающих явно незначительное воздействие на окружающую среду, дают низкие урожаи. На самом деле это означает серьезные последствия, поскольку для производства определенного количества продуктов питания требуется больше земли. Но Толли нашел Святой Грааль сельского хозяйства: высокие и растущие урожаи с минимальным вредом для окружающей среды.

Он не использует никаких удобрений, навоза и пестицидов. Его методы, ставшие результатом десятилетий экспериментов и наблюдений, по-видимому, обогащают важнейшие взаимоотношения между сельскохозяйственными культурами и микробами в почве, через которые должны проходить питательные вещества почвы. Похоже, что Толли, по сути, «обучил» свои почвенные бактерии высвобождать питательные вещества, когда в них нуждаются его посевы (процесс, называемый минерализацией), и блокировать их, когда его посевы не растут (иммобилизация), гарантируя, что они не вымываются из почвы.

Так почему же разочарование? Что ж, Толли вдохновила многих других производителей попробовать те же методы. Некоторым это удалось и привело к отличным результатам. Другие этого не сделали. И никто не может понять, почему. Вероятно, это как-то связано со свойствами почвы. Но что?

Не в первый раз я наткнулся на настолько широкий пробел в знаниях, что человечество могло провалиться сквозь него. Почва — это фантастически сложная биологическая структура, подобная коралловому рифу, построенная и поддерживаемая населяющими ее существами. Он обеспечивает 99% наших калорий. Однако мы знаем о ней меньше, чем о любой другой известной экосистеме. Это почти черный ящик.

Многие блестящие учёные посвятили свою жизнь его изучению. Но существуют серьезные препятствия. Большинство свойств почвы невозможно увидеть без копания, и если вы выкопаете яму, вы повредите структуры, которые пытаетесь исследовать. В результате изучение даже основных свойств является трудоемким, трудоемким и либо очень дорогим, либо просто невозможным в больших масштабах. Например, чтобы измерить объем почвы в поле, вам нужно взять сотни образцов керна. Но поскольку глубина почвы может сильно варьироваться от одного метра к другому, ваши цифры основаны на экстраполяции. Из-за этого очень трудно определить, теряете ли вы почву или приобретаете ее. Измерить объемную плотность (количество почвы в данном объеме, которая показывает, насколько она может быть уплотненной) или связанную пористость (крошечные катакомбы, созданные формами жизни, важнейший показатель здоровья почвы) или углерод почвы – в масштабе – еще сложнее.

Итак, фермеры должны догадаться. Отчасти потому, что они не могут точно увидеть, что нужно почве, многие из их затрат – удобрения, орошение, глубокая вспашка – тратятся впустую. Примерно две трети вносимых ими азотных удобрений и от 50% до 80% фосфора теряются. Эти потерянные минералы вызывают цветение водорослей в реках, мертвые зоны на море, затраты водопользователей и глобальное потепление. Огромное количество оросительной воды также тратится впустую. Фермеры иногда «закапывают» свои поля – вспашка глубокая и разрушительная – потому что они подозревают уплотнение почвы. Подозрение часто оказывается ошибочным.

Наш недостаток знаний также препятствует развитию нового сельского хозяйства, которое может, как это сделал Толли, позволить фермерам заменить химическое улучшение биологическим.

Поэтому, когда я начал писать книгу, я сделал заявление настолько расплывчатое, что оно читается как признание поражения: нам нужно потратить большие средства на «передовую науку о почве» и использовать ее для осуществления «более зеленой революции». Хотя мы почти ничего не знаем о поверхности нашей планеты, миллиарды долларов потрачены на программу Марсохода, исследующую там бесплодный реголит. Я утверждал, что нам нужна программа Earth Rover, картографирующая сельскохозяйственные почвы мира с гораздо более высоким разрешением.

С тем же успехом я мог бы написать: «Надо что-то делать!» Необходимых технологий просто не существовало. Я погрузился в стигийский мрак.

---

АВ то же время Тарье Ниссен-Мейер, тогдашний профессор геофизики Оксфордского университета, столкнулся с другой проблемой. Сейсмология – это изучение волн, проходящих через твердую среду. Благодаря миллиардам нефтегазовой отрасли она стала очень сложной. Тарье хотел использовать этот мощный инструмент для противоположной цели – улучшения экологии. Вместе с коллегами он уже применил сейсмологию для изучения поведения слонов в Кении. Мало того, что это было очень эффективно, его команда также обнаружила, что может идентифицировать виды животных, прогуливающихся по саванне, по их характерным шагам.

По счастливой случайности мы оба были, по-разному, привязаны к Вольфсон-Колледжу в Оксфорде, где встретились в феврале 2022 года. Я сразу увидел, что он вдумчивый человек – провидец. Я предложил пинту в «Гербе Магдалины».

Я объяснил свою проблему, и мы поговорили об ограничениях существующих технологий. Я спросил, используется ли сейсмология для изучения почвы. Он никогда об этом не слышал. «Полагаю, это неподходящая технология?» Нет, сказал он мне, “почва должна быть хорошей средой для сейсмологии. Фактически, нам нужно отфильтровывать шум почвы, когда мы смотрим на камни”. — Значит, если это шум, то это может быть сигнал? “Определенно.”

Мы уставились друг на друга. Время, казалось, остановилось. Может ли это действительно быть правдой?

В течение следующих трех дней Тарье проводил поиск литературы. Ничего не появилось. Я написал профессору Саймону Джеффри, выдающемуся почвоведу из Университета Харпера Адамса, чьи советы оказались для меня неоценимыми при работе над книгой. Я организовал звонок в Zoom. Он наверняка объяснил бы, что мы лаем не на то дерево.

Саймон обычно сдержанный человек. Но когда он закончил допрос Тарье, он весьма оживился. «Всю свою жизнь я хотел «заглянуть» в почву», — сказал он. «Может быть, теперь мы сможем». Меня познакомили с блестящим специалистом по операциям Кэти Брэдфорд, которая помогла нам построить организацию. Мы создали некоммерческую организацию под названием Earth Rover Program, чтобы развивать то, что мы называем «почвосмологией»; создавать аппаратное и программное обеспечение с открытым исходным кодом, достаточно дешевое, чтобы оно было полезно фермерам во всем мире; и создать совместно с фермерами глобальную самосовершенствующуюся базу данных. Мы надеемся, что однажды это может охватить каждую почвенную экосистему: своего рода проект генома человека для почвы.

Позже мы обнаружили, что некоторые ученые действительно пытались применить сейсмологию к почве, но это не было развито в программу, отчасти потому, что используемые подходы было нелегко масштабировать.

Моя роль заключалась в основном в поиске денег и другой помощи. Мы получили 4 миллиона долларов (3 миллиона фунтов стерлингов) на стартовый капитал от Фонда Земли Безоса. Это может вызвать некоторый дискомфорт, но наш опыт полностью положительный: фонд помог нам сделать именно то, что мы хотим. Мы также получили большую бесплатную помощь от юридической фирмы Hogan Lovells.

Тарье, сейчас работающий в Университете Эксетера, и Саймон начали собирать свои команды. Им потребуется разработать сверхвысокочастотный вариант сейсмологии. Большим препятствием была стоимость. В 2022 году подходящие датчики будут стоить 10 000 долларов (7500 фунтов стерлингов) за штуку. Им удалось перепрофилировать другой комплект: Тарье обнаружил, что геофон, разработанный словацкой экспериментальной музыкальной компанией, работал так же хорошо и стоил всего 100 долларов. Сейчас один из наших учёных, Цзяо Мэн, разрабатывает датчик стоимостью около 10 долларов. Со временем мы сможем использовать акселерометры в мобильных телефонах, сведя их стоимость к нулю. Что касается генерации сейсмических волн, то весь необходимый нам сигнал мы получаем, ударяя молотком сварщика по небольшой металлической пластине.

При первом развертывании наша команда измерила объем торфяника, который ученые изучали в течение 50 лет. После 45 минут работы в полевых условиях они дали предварительную оценку, согласно которой предыдущие измерения отклонялись на 20%. Вместо экстраполяции глубины торфа по точечным образцам они могли бы видеть волнистая линия, где торф встречается с почвой. Последствия для оценки запасов углерода огромны.

Мы также смогли измерить объемную плотность в очень мелком масштабе; отслеживать влажность почвы (в составе более широкой команды); начать создавать необходимые нам инструменты искусственного интеллекта и машинного обучения; и увидеть различное воздействие различных сельскохозяйственных культур и методов обработки. Далее мы будем работать над измерением связанной пористости, текстуры почвы и углерода в почве; масштабирование до уровня гектара и выше; и по тестированию использования телефонов в качестве сейсмометров. Теперь у нас есть дополнительное финансирование от UBS Optimus Foundation, центров на трех континентах и большой международной команды.

Мы надеемся, что со временем любой фермер где угодно, богатый или бедный, сможет почти мгновенно получать данные о своей почве. Поскольку все больше людей используют эти инструменты для создания глобальной базы данных, мы надеемся, что эти данные мгновенно превратятся в полезные советы. Эти инструменты также должны произвести революцию в защите почв: ЕС издал закон о мониторинге почв, но как его можно реализовать? Фермерам платят за их вклад «в улучшение здоровья и устойчивости почвы», но на практике это означает постановку галочки в форме субсидии: разумного способа проверки не существует.

Мы не заменяем великую работу других почвоведов, но, развивая наши методы наряду с их, мы верим, что сможем заполнить часть огромного пробела в знаниях. Как заметил Родди Холл, один из фермеров, с которыми мы работаем, программа Earth Rover может «избавиться от догадок в сельском хозяйстве». Однажды это может помочь каждому достичь счастливой точки: высокая доходность при минимальном воздействии. Сейсмология обещает встряхнуть ситуацию.