Vào tháng 8 năm 2018, các nhà nghiên cứu đến từ Trường Đại học Khoa học ETH Zurich, Thụy Sỹ và Viện Nông nghiệp Quốc gia Pháp đã giới thiệu một phương pháp mới để phân tích sự phát triển của bộ rễ cây trong đất cũng như sự hoạt động của giun đất trong khi đào hang.

“Phương pháp mới này sẽ mở ra một cánh cửa cho khoa học. Ví dụ như việc chúng ta có thể tìm hiểu được sự phát triển của rễ cây trong đất diễn ra như thế nào”, Giáo sư Dani Or nói.

Đất trồng khỏe mạnh là vẫn “còn sống”- một nguyên tắc áp dụng cho cả hai loại: đất tự nhiên và đất canh tác. Đất khỏe mạnh sẽ rất tơi xốp, cho phép không khí và nước di chuyển tự do qua chúng. Sự cân bằng này đảm bảo một môi trường sống thích hợp cho các sinh vật đất có ích, giúp hỗ trợ sự sinh trưởng của cây trồng. Tuy nhiên một phần lớn những gì xảy ra trong đất hiện nay vẫn còn là ẩn số cho các nhà nghiên cứu. Do vậy, việc nâng cao nhận thức về những hiện tượng có liên quan sẽ giúp chúng ta hiểu rõ hơn về mối quan hệ qua lại trong hệ sinh thái này.

Với suy nghĩ rằng: “Những gì không thể nhìn thấy thì có thể sẽ được nghe thấy, điều này đồng nghĩa với việc những tiếng ồn có thể đo được”, các nhà nghiên cứu đến từ Đại học Khoa học ETH Zurich, Thụy Sỹ và Viện Nông nghiệp Quốc gia Pháp (INRA) đã sử dụng thiết bị cảm ứng áp điện (piezoelectric sensors) để điều tra các loại đất khác nhau cho phát xạ âm khác nhau. Phát xạ âm (AE) là hiện tượng bức xạ sóng âm (đàn hồi) trong chất rắn xảy ra khi vật liệu trải qua những thay đổi không thể đảo ngược trong cấu trúc bên trong của nó, ví dụ như kết quả của sự hình thành vết nứt hoặc biến dạng dẻo do lão hóa, gradient nhiệt độ hoặc bên ngoài lực cơ học.

Các nhà nghiên cứu gồm: Marine Lacoste (INRA), Siul Ruiz và giáo sư Dani Or (ETH Zurich) đã tiến hành thí nghiệm đo trực quan sự phát triển của rễ cây ngô và sự hoạt động của giun đất trong hộp thủy tinh mỏng chứa đất cát. Họ sử dụng các thiết bị cảm ứng áp điện ghi lại các phát xạ âm, dưới dạng sóng âm (đàn hồi) ở tần số 1-100 kilohertz mà con người không thể nghe thấy được. Sóng âm của tự nhiên sẽ xảy ra, ví dụ, khi hạt nhỏ di chuyển hoặc chà xát với nhau, hoặc khi có vết nứt nhỏ hình thành trong đất.

Các thiết bị dùng trong thí nghiệm nghiên cứu sự sinh trưởng của rễ cây ngô và sự hoạt động của giun đất

a, Cảm biến AE và hệ thống thu nhận phát xạ âm; b, Các hộp thủy tinh mỏng (plastic cells): 1 hộp rỗng, 1 hộp chỉ chứa đất và 1 hộp chứa cả đất và giun đất); c, và d,: là thiết bị giám sát AE cho sự sinh trưởng rễ ngô trong hộp thủy tinh và hộp chứa đất.

Kết quả thí nghiệm cho thấy: Sau bảy ngày theo dõi (đối với giun đất) và 19 ngày theo dõi (đối với rễ cây), các nhà nghiên cứu đã chứng minh được sự tương quan chặt chẽ giữa việc phát triển của rễ cây và những tiếng ồn ghi lại được khi giun đất đào hang. Các đo đạc từ công thức đối chứng chỉ chứa rễ cây trong đất cát đã xác nhận rằng các âm thanh có nguồn gốc từ rễ và giun đất hoạt động. Như vậy là khi rễ cây phát triển hoặc khi giun đất đào hang, chúng tạo ra hiện tượng phát xạ âm dưới dạng sóng âm mà có thể ghi lại được bằng các thiết bị cảm ứng âm thanh.

Biểu đồ thể hiện hoạt động của giun đất trong hộp thủy tinh có chứa đất bên trong (kích thước 8x8cm, cao 25cm)

Biểu đồ sinh trưởng của rễ ngô trong hộp thủy tinh mỏng (dày 1,2cm) có chứa đất bên trong

Thí nghiệm đo sự sinh trưởng của rễ ngô trong hộp chứa đất thông thường (kích thước 15x15cm, cao 20cm)

Đây lần đầu tiên các hoạt động sinh học trong đất có thể được đo bằng cách sử dụng thiết bị cảm ứng âm thanh. Phương pháp mới cho phép các nhà nghiên cứu tìm hiểu sự phát triển của rễ cây, ví dụ như biết được nó sẽ xảy ra vào ban ngày hay ban đêm, trong điều kiện đất ướt hay khô…một cách tương đối dễ dàng mà không phải dùng tới biện pháp đào bới.

Giáo sư Dani Or – người có nhiều năm kinh nghiệm trong việc nghiên cứu địa hình và các dấu hiệu sạt lở đất cho biết: "Những tiếng ồn trong đất có cường độ rất thấp, nhưng thực tế chúng phô bày những dấu hiệu cụ thể có nghĩa là chúng có thể được quy cho các nguồn cụ thể. Giun đất là một ví dụ, chúng di chuyển nhanh hơn nhiều so với sự tăng trưởng của rễ cây, trong khi phát xạ âm của chúng lại không thường xuyên hơn".

Giáo sư Dani Or hy vọng rằng phương pháp mới sẽ cho phép ông tính toán được một số chỉ tiêu mang tính chất định lượng như số lượng chóp rễ đang sinh trưởng cùng lúc với tốc độ sinh trưởng của chúng. Hơn thế, phương pháp này có thể làm sáng tỏ sự tác động qua lại giữa giun đất và sự phát triển của rễ, cũng như sự hình thành kết cấu đất.

Nguồn: Tạp chí Việt Nam Hương sắc