Rötter kan "lyssna på" medan de växer - och maskar när de gräver. Forskare från ETH Zürich och franska nationella institutet för jordbruksforskning presenterar en ny metod för markanalys.

Hälsosam jord lever - en princip som gäller både naturliga jordar och de som odlas. En stor del av det som händer under jorden, dock, förblir dold för forskare. Större medvetenhet om de inblandade fenomenen skulle vara användbar för att bättre förstå sambandet i detta ekosystem.

Mätbara ljud

Det som inte syns kan kanske höras:med detta i åtanke, forskare från ETH Zürich och French National Institute for Agricultural Research (INRA) har använt piezoelektriska sensorer för att undersöka olika jordar för akustiska utsläpp.

Resultatet:när rötter växer eller daggmaskar gräver tunnlar, de gör ljud som tydligt kan spåras tillbaka till rottillväxt och maskaktivitet. Detta har visats av en studie utförd av Marine Lacoste från INRA, Siul Ruiz och ETH-professor Dani Or från Institute of Biogeochemistry and Pollutant Dynamics vid ETH Zürich.

Att lyssna på jord öppnar ett nytt fönster för vetenskap, säger Eller:"Vi kan lära oss när rötter växer, till exempel. Tills nu, vi visste inte om det händer under dagen, på natten, eller i våta eller torra markförhållanden. Den nya metoden gör att vi kan ta reda på detta på plats relativt enkelt - och utan att gräva. "Forskarna har för första gången visat att biologisk aktivitet i marken kan mätas med hjälp av akustiska sensorer.

För att testa denna hypotes, forskarna jämförde visuella observationer med akustiska mätningar. De visade att i sandjordfyllda glasceller med majsväxter och i liknande celler fyllda med lerig jord så att daggmaskar kan gräva tunnlar.

Piezoelektriska sensorer registrerade de akustiska utsläppen, som har formen av elastiska vågor med en frekvens av 1-100 kilohertz. Ljudvågor av denna natur uppstår, till exempel, när små korn rör sig eller gnuggar mot varandra - eller när små sprickor bildas i jorden. Människor kan inte höra dem.

Efter sju dagar (daggmask) och nitton dagar (rötter), forskarna korrelerade den observerade rottillväxten och grävda tunnlar med de inspelade ljuden - de var mycket konsekventa. Kontrollmätningar från celler som endast innehåller jord bekräftade att ljuden härrör från rötter och daggmaskaktivitet.

När växer rötterna - och hur många?

Dani Or har redan framgångsrikt undersökt terräng för tidiga tecken på jordskred. Arbetet lärde honom att skilja och tolka en rad akustiska utsläpp. Han säger:"Ljuden i jorden är av mycket låg storlek, men det faktum att de uppvisar specifika signaturer betyder att de kan hänföras till specifika källor. Maskar, till exempel, gå mycket snabbare än rötter, medan deras akustiska utsläpp är mycket mer oregelbundna. "

Han hoppas att den nya metoden någon gång kommer att göra det möjligt för honom att göra kvantitativa bedömningar av antalet rotspetsar som växer samtidigt och hastigheten på deras tillväxt. Inte minst, metoden skulle kunna belysa samspelet mellan daggmaskar och rotväxt och bildandet av markstrukturer.

Nästa steg:fältprov

Studien har gjort det möjligt för forskarna att visa att markens biologiska aktivitet kan mätas akustiskt - under laboratorieförhållanden, åtminstone. Nästa steg handlar om att titta på de situationer som passar metoden och hur den fungerar i fältet. Ett preliminärt test har redan visat sig framgångsrikt:forskarna lät växter växa i en jordkolonn - vilket gjorde att de kunde mäta rottillväxt akustiskt. Eller kan mycket väl se att hans metod används av jordbrukare i framtiden tillsammans med andra metoder för markanalys.