Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Почвенный углерод относится к твердому веществу суши, хранящемуся в почвах мира. Это включает как органическое вещество почвы, так и неорганический углерод в виде карбонатных минералов . [1] Почвенный углерод является поглотителем углерода в отношении глобального углеродного цикла , играя роль в биогеохимии , смягчении последствий изменения климата и построении глобальных климатических моделей . [2]

Обзор [ править ]

Часть серии о
Цикл углерода
Формы органического вещества. Webp
По регионам
Углекислый газ
Типы углерода
Метаболические пути
  • Фотосинтез
  • Хемосинтез
  • Цикл Кальвина
  • Обратный цикл Кребса
  • Фиксация углерода
    • C3
    • C4
  • Углеродное дыхание
    • Почва
    • Фото
Угольные насосы
  • Биологический насос
  • Насос растворимости
  • Липидный насос
  • Морской снег
  • Микробная петля
  • Вирусный шунт
  • Желейный насос
  • Китовый насос
  • Континентальный шельфовый насос
Связывание углерода
  • Биосеквестрация
  • Поглотитель углерода
  • Хранение углерода в почве
  • Хранение углекислого газа в океане
Метан
  • Атмосферный метан
  • Метаногенез
  • Выбросы метана
    • Арктический
    • Водно-болотные угодья
  • Аэробное производство
  • Гипотеза клатратской пушки
  • Клатрат диоксида углерода
Биогеохимический
  • Морские циклы
  • Питательный цикл
  • Карбонатно-силикатный цикл
  • Глубина компенсации карбоната
  • Коэффициент Редфилда
Другой
  • Прокси реконструкции климата
  • Глубокая углеродная обсерватория
  • Глобальный углеродный проект
  • Улавливание и хранение углерода
  • Территориализация углеродного управления
  • Сеть наблюдения за общим содержанием углерода
  • C4MIP
  • v
  • т
  • е

Почвенный углерод присутствует в двух формах: неорганической и органической. Почва неорганический углерод состоит из минеральных форм углерода, либо от атмосферных воздействий из основного материала , или из реакции почвенных минералов с атмосферными СО 2 . Карбонатные минералы являются преобладающей формой углерода почвы в пустынном климате . Органический углерод почвы присутствует в виде органического вещества почвы . Он включает относительно доступный углерод в виде свежих растительных остатков и относительно инертный углерод в материалах, полученных из растительных остатков: гумусе и древесном угле . [3]

Глобальный углеродный цикл [ править ]

Смотрите также: углеродный цикл

Хотя точные количества трудно измерить, деятельность человека привела к значительным потерям органического углерода в почве. [4] Из 2700 Гт углерода, хранящегося в почвах по всему миру, 1550 ГтС - это органический углерод, а 950 ГтС - неорганический углерод, что примерно в три раза больше, чем нынешний атмосферный углерод, и в 240 раз выше, чем нынешние годовые выбросы от ископаемого топлива. [5] Баланс углерода почвы сохраняется в торфе и заболоченных землях (150 ГтС), а также в растительной подстилке на поверхности почвы (50 ГтС). Для сравнения: в атмосфере - 780 ГтС , а во всех живых организмах - 600 ГтС . Океанический бассейн составляет 38 200 ГтС.

В почве накапливается около 60 ГтС / год. Эти 60 ГтС / год представляют собой остаток в 120 ГтС / год, полученных из атмосферы в результате фотосинтеза наземных растений, уменьшенный на 60 ГтС / год дыхания растений . Эквивалент 60 ГтС / год вдыхается из почвы, присоединяясь к дыханию растений 60 ГтС / год, чтобы вернуться в атмосферу. [6] [7]

Органический углерод [ править ]

Основная статья: Органическое вещество почвы

Органический углерод почвы делится на живую биоту почвы и мертвый биотический материал, полученный из биомассы. Вместе они составляют пищевую сеть почвы , причем живой компонент поддерживается компонентом биотического материала. Биота почвы включает дождевых червей , нематод , простейших , грибов , бактерий и различных членистоногих .

Детрит, возникающий в результате старения растений, является основным источником органического углерода в почве. Растительные материалы с клеточными стенками с высоким содержанием целлюлозы и лигнина разлагаются, а недышащийся углерод остается в виде гумуса . Целлюлоза и крахмалы легко разлагаются, что приводит к короткому времени пребывания. Более стойкие формы органического углерода включают лигнин, гумус, органическое вещество, инкапсулированное в почвенных агрегатах, и древесный уголь. Они сопротивляются изменениям и имеют длительное время пребывания.

Органический углерод почвы обычно концентрируется в верхнем слое почвы. Верхний слой почвы колеблется от 0,5% до 3,0% органического углерода для большинства горных почв. Почвы с содержанием органического углерода менее 0,5% в основном ограничены пустынными территориями. Почвы, содержащие более 12-18% органического углерода, обычно классифицируются как органические почвы . Высокие уровни органического углерода развиваются в почвах, поддерживающих экологию водно-болотных угодий , наводнения , экологию пожаров и деятельность человека .

Формы углерода, полученные из огня, присутствуют в большинстве почв в виде неответренного древесного угля и выветренного черного углерода . [8] [9] Органический углерод почвы обычно на 5-50% состоит из угля, [10] с уровнями выше 50%, встречающимися в почвах моллизоля , чернозема и terra preta . [11]

Экссудаты из корней - еще один источник углерода в почве. [12] 5-20% всего углерода растений, фиксируемого во время фотосинтеза, поступает в виде корневых экссудатов в поддержку ризосферной мутуалистической биоты . [13] [14] Популяции микробов обычно выше в ризосфере, чем в прилегающей массивной почве .

Здоровье почвы [ править ]

Портативная система дыхания почвы, измеряющая поток CO 2 в почве
Основная статья: Здоровье почвы

Органический углерод имеет жизненно важное значение для способности почвы обеспечить эдафические экосистемные услуги . Состояние этой способности называется здоровьем почвы - термином, который передает ценность понимания почвы как живой системы, а не как ее абиотического компонента . Конкретные связанные с углеродом критерии, используемые для оценки здоровья почвы, включают выбросы CO 2 , уровни гумуса и метаболическую активность микробов.

Убытки [ править ]

Обмен углерода между почвами и атмосферой - важная часть мирового углеродного цикла. [15] Углерод, поскольку он относится к органическому веществу почв, является основным компонентом здоровья почвы и водосбора . Несколько факторов влияют на вариации, существующие в почвенном органическом веществе и почвенном углероде; наиболее значительным в наше время было влияние человека и сельскохозяйственных систем.

Хотя точные количества трудно измерить, деятельность человека привела к огромным потерям органического углерода в почве. [4] Первым было использование огня , который удаляет почвенный покров и приводит к немедленным и постоянным потерям почвенного органического углерода. Обработка почвы и осушение подвергают органическое вещество почвы воздействию кислорода и окисления. В Нидерландах , Восточной Англии , Флориде и дельте Калифорнии проседание торфяников из-за окисления было серьезным в результате обработки почвы и осушения. Выпас управление, которое подвергает почву воздействию (через периоды чрезмерного или недостаточного восстановления), также может вызвать потерю органического углерода в почве.

См. Также: Обратная связь углерода почвы

Управление почвенным углеродом [ править ]

Естественные колебания содержания углерода в почве происходят в результате климата , организмов , исходного материала , времени и рельефа. [16] Наибольшее современное влияние оказали люди; например, содержание углерода в сельскохозяйственных почвах Австралии исторически могло в два раза превышать нынешний диапазон, который обычно составляет от 1,6 до 4,6%. [17]

Уже давно поощряется то, что фермеры корректируют практику, чтобы поддерживать или увеличивать содержание органических компонентов в почве. С одной стороны, не приветствуются методы, ускоряющие окисление углерода (например, сжигание стерни сельскохозяйственных культур или чрезмерная культивация); с другой стороны, поощрялось внесение органических материалов (например, в навоз ). Увеличение содержания углерода в почве - непростая задача; она усложняется относительной активностью почвенной биоты, которая может потреблять и выделять углерод, и становится более активной за счет добавления азотных удобрений . [16]

Имеются данные об органическом углероде почвы [ править ]

Европа [ править ]

Наиболее однородными и полными данными о содержании органического углерода / вещества в европейских почвах остаются те, которые могут быть извлечены и / или получены из Европейской базы данных о почвах в сочетании с соответствующими базами данных по земному покрову , климату и топографии . Смоделированные данные относятся к содержанию углерода (%) в поверхностном горизонте почв в Европе. В перечне доступных национальных наборов данных семь государств-членов Европейского Союза имеют доступные наборы данных по органическому углероду. В статье « Оценка органического углерода почвы в Европе на основе данных, собранных через европейскую сеть » (Ecological Indicators 24, [18]pp. 439–450) проводится сравнение национальных данных с модельными данными. Данные LUCAS по органическому углероду почвы измеряются в точках обследования, и агрегированные результаты [19] на региональном уровне показывают важные выводы. Наконец, новая предложенная модель для оценки почвенного органического углерода в сельскохозяйственных почвах оценила текущий верхний запас SOC в 17,63 Гт [20] в сельскохозяйственных почвах ЕС. Эта структура моделирования была обновлена ​​путем интеграции компонента эрозии почвы для оценки боковых потоков углерода. [21]

Управление здоровьем водосбора [ править ]

Большая часть современной литературы по почвенному углероду посвящена его роли или потенциалу в качестве поглотителя углерода в атмосфере для компенсации изменения климата . Несмотря на такой акцент, по мере увеличения содержания углерода в почве улучшается гораздо более широкий спектр аспектов здоровья почвы и водосбора . Эти преимущества трудно определить количественно из-за сложности систем природных ресурсов и интерпретации того, что составляет здоровье почвы; тем не менее, в следующих пунктах предлагается несколько преимуществ:

  • Снижение эрозии , осаждения : повышенная агрегативная устойчивость почвы означает большую устойчивость к эрозии; массовое перемещение менее вероятно, когда почвы способны сохранять структурную прочность при более высоком уровне влажности.
  • Повышение продуктивности: более здоровые и продуктивные почвы могут способствовать положительным социально-экономическим условиям.
  • Более чистые водные пути , питательные вещества и мутность : питательные вещества и отложения, как правило, задерживаются почвой, а не вымываются или смываются, и таким образом удерживаются от водных путей.
  • Водный баланс : большая влагоудерживающая способность почвы снижает наземный сток и подпитку грунтовых вод ; Вода, накопленная и удерживаемая почвой, остается доступной для использования растениями.
  • Изменение климата: почвы обладают способностью удерживать углерод, который в противном случае мог бы существовать в виде атмосферного CO 2 и способствовать глобальному потеплению .
  • Повышенное биоразнообразие : органическое вещество почвы способствует здоровью почвенной флоры и, соответственно, естественным связям с биоразнообразием в большей биосфере .

Лесные почвы [ править ]

Лесные почвы представляют собой большой резервуар углерода. Антропогенная деятельность, такая как обезлесение, вызывает выбросы углерода из этого резервуара, что может значительно увеличить концентрацию парниковых газов (ПГ) в атмосфере . [22] В соответствии с Рамочной конвенцией Организации Объединенных Наций об изменении климата (РКИК ООН) страны должны оценивать и сообщать о выбросах и удалении ПГ, включая изменения в накоплениях углерода во всех пяти резервуарах (надземная и подземная биомасса, валежная древесина, подстилка и углерод почвы) и связанные с ними выбросы и абсорбция в результате деятельности по землепользованию, изменениям в землепользовании и лесному хозяйству, согласно руководству Межправительственной группы экспертов по изменению климата .[23] [24] Вырубка тропических лесов составляет почти 25 процентов от общих антропогенных выбросов парниковых газов во всем мире. [25] Обезлесение, деградация лесов и изменения в практике управления земельными ресурсами могут вызвать выбросы углерода из почвы в атмосферу. По этим причинам для Сокращения выбросов в результате обезлесения и деградации лесов и отчетности по ПГ в рамках РКИК ООНнеобходимы надежные оценки запасов и изменений запасов органического углерода в почве.

Правительство Танзании - совместно с Продовольственной и сельскохозяйственной организацией Объединенных Наций [26] и при финансовой поддержке правительства Финляндии - реализовало программу мониторинга углерода в почве лесов [27] для оценки запасов углерода в почве, используя как исследования, так и методы, основанные на моделировании.

См. Также [ править ]

  • Микоризные грибы и накопление углерода в почве
  • Biochar
  • Биосеквестрация
  • Цикл углерода
  • Связывание углерода
  • Крупный древесный мусор
  • Восстановление почвы и изменение климата

Ссылки [ править ]

  1. ^ Jobbagy, EG (2000). «Вертикальное распределение органического углерода в почве и его связь с климатом и растительностью» (PDF) . Экологические приложения . 10 (2): 423–436. DOI : 10,1890 / 1051-0761 (2000) 010 [0423: tvdoso] 2.0.co; 2 .
  2. ^ Amelung, W .; Bossio, D .; de Vries, W .; Kögel-Knabner, I .; Lehmann, J .; Amundson, R .; Bol, R .; Collins, C .; Lal, R .; Leifeld, J .; Минасный, Б. (27.10.2020). «На пути к глобальной стратегии смягчения последствий изменения климата почвы» . Nature Communications . 11 (1): 5427. DOI : 10.1038 / s41467-020-18887-7 . ISSN 2041-1723 . 
  3. ^ Лал, Р. (февраль 2007 г.). «Управление углеродом в сельскохозяйственных почвах» . Стратегии смягчения последствий и адаптации к глобальным изменениям . 12 (2): 303–322. CiteSeerX 10.1.1.467.3854 . DOI : 10.1007 / s11027-006-9036-7 . Проверено 16 января +2016 . 
  4. ^ a b Руддиман, Уильям (2007). Плуги, чумы и нефть: как люди взяли под контроль климат . Принстон, Нью-Джерси: Издательство Принстонского университета. ISBN 978-0-691-14634-8.
  5. ^ Юсуф, Балал; Лю, Гуйцзянь; Ван, Рувэй; Аббас, Камбер; Имтиаз, Мухаммад; Лю, Жуйцзя (2016). «Изучение влияния biochar на C-минерализацию и связывание углерода в почве по сравнению с традиционными поправками с использованием подхода стабильных изотопов (δ13C)» . GCB Bioenergy . 9 : 1085–1099. DOI : 10.1111 / gcbb.12401 .
  6. ^ Лал, Ротанг (2008). «Связывание атмосферного CO 2 в глобальных углеродных пулах» . Энергетика и экология . 1 (1): 86–100. DOI : 10.1039 / b809492f . Проверено 16 января +2016 .
  7. ^ «Введение в глобальный углеродный цикл» (PDF) . Университет Нью-Гэмпшира. 2009 . Проверено 6 февраля +2016 .
  8. Перейти ↑ Bird, M. (2015). «Методики испытаний биочара в почве». В Lehmann, J .; Джозеф, С. (ред.). Biochar для управления окружающей средой (2-е изд.). п. 679. ISBN 978-0-415-70415-1.
  9. ^ Skjemstad, Ян О. (2002). «Углерод древесного угля в сельскохозяйственных почвах США». Журнал Общества почвоведов Америки . 66 (4): 1249–1255. Bibcode : 2002SSASJ..66.1249S . DOI : 10.2136 / sssaj2002.1249 .
  10. ^ Шмидт, MWI; Skjemstad, JO; Czimczik, CI; Glaser, B .; Прентис, км; Gelinas, Y .; Kuhlbusch, TAJ (2001). «Сравнительный анализ черного углерода в почвах» (PDF) . Глобальные биогеохимические циклы . 15 (1): 163–168. Bibcode : 2001GBioC..15..163S . DOI : 10.1029 / 2000GB001284 .
  11. ^ Mao, J.-D .; Джонсон, Р.Л .; Lehmann, J .; Olk, J .; Neeves, EG; Томпсон, М.Л .; Шмидт-Рор, К. (2012). «Обильные и стабильные остатки полукокса в почвах: последствия для плодородия почвы и связывания углерода» . Экологические науки и технологии . 46 (17): 9571–9576. Bibcode : 2012EnST ... 46.9571M . CiteSeerX 10.1.1.698.270 . DOI : 10.1021 / es301107c . PMID 22834642 .  
  12. ^ Мергель, A. (1998). «Роль экссудатов корней растений в преобразовании углерода и азота почвы». In Box, Jr., J. (ed.). Демография корней и их эффективность в устойчивом сельском хозяйстве, пастбищах и лесных экосистемах . Материалы 5-го симпозиума Международного общества изучения корней. 82. Мадренский конференц-центр, Университет Клемсона, Клемсон, Южная Каролина, США: Springer, Нидерланды. С. 43–54. DOI : 10.1007 / 978-94-011-5270-9_3 . ISBN 978-94-010-6218-3.
  13. ^ Пирсон, JN; Якобсен, I (1993). «Относительный вклад гиф и корней в поглощение фосфора арбускулярными микоризными растениями, измеренный путем двойного мечения с 32P и 33P». Новый фитолог . 124 (3): 489–494. DOI : 10.1111 / j.1469-8137.1993.tb03840.x .
  14. ^ Хобби, JE; Хобби, EA (2006). «15N в симбиотических грибах и растениях оценивает скорость потока азота и углерода в арктической тундре». Экология . 87 (4): 816–822. DOI : 10,1890 / 0012-9658 (2006) 87 [816: nisfap] 2.0.co; 2 . hdl : 1912/911 .
  15. ^ Эрик Roston (6 октября 2017). «У вас под ногами климатическая бомба; почва блокирует углерод, как это делают океаны. Но этот блокиратор взламывает по мере того, как атмосфера нагревается и развитие ускоряется» . Bloomberg.com . Проверено 6 октября 2017 года .
  16. ^ а б Янг, А .; Янг, Р. (2001). Почвы в австралийском пейзаже . Мельбурн: Издательство Оксфордского университета . ISBN 978-0-19-551550-3.
  17. ^ Чарман, PEV; Мерфи, Б.В. (2000). Почвы, их свойства и управление (2-е изд.). Мельбурн: Издательство Оксфордского университета . ISBN 978-0-19-551762-0.
  18. ^ Панагос, Панос; Хидерер, Роланд; Лидекерке, Марк Ван; Бампа, Франческа (2013). «Оценка органического углерода почвы в Европе на основе данных, собранных через европейскую сеть». Экологические показатели . 24 : 439–450. DOI : 10.1016 / j.ecolind.2012.07.020 .
  19. ^ Панагос, Панос; Баллабио, Криштиану; Игини, Юсуф; Данбар, Марта Б. (2013). «Оценка содержания органического углерода в почве для европейских регионов NUTS2 на основе сбора данных LUCAS». Наука об окружающей среде в целом . 442 : 235–246. Bibcode : 2013ScTEn.442..235P . DOI : 10.1016 / j.scitotenv.2012.10.017 . PMID 23178783 . 
  20. ^ Лугато, Эмануэле; Панагос, Панос; Бампа, Франческа; Джонс, Арвин; Монтанарелла, Лука (01.01.2014). «Новый базовый уровень запасов органического углерода в сельскохозяйственных почвах Европы с использованием подхода моделирования». Биология глобальных изменений . 20 (1): 313–326. Bibcode : 2014GCBio..20..313L . DOI : 10.1111 / gcb.12292 . ISSN 1365-2486 . PMID 23765562 .  
  21. ^ Лугато, Эмануэле; Панагос, Панос; Фернандес-Угальде, Ойхане; Оргиацци, Альберто; Баллабио, Криштиану; Монтанарелла, Лука; Боррелли, Паскуале; Смит, Пит; Джонс, Арвин (2018-11-01). «Эрозия почвы вряд ли вызовет в будущем сток углерода в Европе» . Успехи науки . 4 (11): eaau3523. Bibcode : 2018SciA .... 4.3523L . DOI : 10.1126 / sciadv.aau3523 . ISSN 2375-2548 . PMC 6235540 . PMID 30443596 .   
  22. ^ МГЭИК. 2000. Землепользование, изменения в землепользовании и лесное хозяйство . Специальный отчет МГЭИК. Великобритания, Cambridge University Press.
  23. ^ МГЭИК. 2003. Руководство по передовой практике в области землепользования, изменений в землепользовании и лесного хозяйства. Канагава, Япония, Национальная программа инвентаризации парниковых газов.
  24. ^ МГЭИК. 2006. Руководство по национальной инвентаризации парниковых газов. Канагава, Япония, Национальная программа инвентаризации парниковых газов.
  25. ^ Пан Ю., Бердси Р., Фанг Дж., Хоутон Р., Кауппи П., Курц В., Филлипс О., Швиденко А. и др. (2011). «Большой и стойкий сток углерода в лесах мира». Наука . 333 (6045): 988–93. Bibcode : 2011Sci ... 333..988P . CiteSeerX 10.1.1.712.3796 . DOI : 10.1126 / science.1201609 . PMID 21764754 .  
  26. ^ «Мониторинг и оценка лесов» .
  27. ^ ФАО. 2012. «Мониторинг углерода в почве с использованием исследований и моделирования: общее описание и применение в Объединенной Республике Танзания». Документ ФАО по лесному хозяйству 168 Рим. Доступно по адресу: http://www.fao.org/docrep/015/i2793e/i2793e00.htm