Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Органическое вещество почвы ( ПОВ ) - это компонент органического вещества почвы , состоящий из детрита растений и животных на различных стадиях разложения , клеток и тканей почвенных микробов и веществ, которые синтезируют почвенные микробы. SOM обеспечивает многочисленные преимущества для физических и химических свойств почвы и ее способности предоставлять регулирующие экосистемные услуги . [1] SOM особенно важен для функций и качества почвы . [2]

Преимущества SOM проистекают из ряда сложных интерактивных эдафических факторов; Неисчерпывающий перечень этих преимуществ для функции почвы включает улучшение структуры почвы , агрегации, удержания воды, биоразнообразия почвы , абсорбции и удержания загрязнителей , буферной способности, а также круговорота и хранения питательных веществ для растений . ПОВ увеличивает плодородие почвы , предоставляя участки для катионного обмена и являясь запасом питательных веществ для растений , особенно азота (N), фосфора (P) и серы (S), а такжемикроэлементы , которые медленно высвобождаются при минерализации ПОВ. Таким образом, количество ПОВ и плодородие почвы существенно коррелируют.

ПОВ также действует как основной поглотитель и источник углерода в почве (C). Хотя содержание C в ПОВ значительно различается, [3] [4] ПОВ обычно оценивается как содержание C 58%, а «почвенный органический углерод» (SOC) часто используется как синоним SOM, при этом измеренное содержание SOC часто используется в качестве прокси для SOM. Почва представляет собой один из крупнейших поглотителей углерода на Земле и играет важную роль в глобальном углеродном цикле и, следовательно, для смягчения последствий изменения климата . [5] Таким образом, динамике SOM / SOC и способности почв обеспечивать экосистемные услуги по связыванию углерода посредством управления SOM в последнее время уделяется значительное внимание.

Концентрация ПОВ в почвах обычно колеблется от 1% до 6% от общей массы верхнего слоя почвы для большинства высокогорных почв. Почвы, верхние горизонты которых содержат менее 1% органического вещества, в основном ограничены пустынями , в то время как содержание ПОВ в почвах низколежащих влажных территорий может достигать 90%. Почвы, содержащие от 12% до 18% SOC, обычно классифицируются как органические почвы . [6]

Его можно разделить на 3 родов: живая биомассу из микробов , свежих и частично разложившегося детрит и гумус . Поверхностный растительный опад , то есть свежий растительный детрит , как правило, исключается из ПОВ. [7] [8]

Источники [ править ]

Первичный источник ПОВ - растительный детрит. В лесах и прериях , например, разные организмы разлагаются свежий детрит в более простые соединения. Это включает в себя несколько стадий, первая из которых в основном механическая и становится все более химической по мере развития разложения. Микробные разлагатели включены в SOM и образуют пищевую сеть организмов, которые охотятся друг на друга и впоследствии становятся добычей.

Есть также другие травоядные животные, которые потребляют свежие растительные вещества, остатки которых затем переходят в почву. Продукты метаболизма этих организмов являются вторичными источниками ПОВ, включая их трупы. Некоторые животные, такие как дождевые черви, муравьи и многоножки, способствуют как вертикальному, так и горизонтальному перемещению органического вещества. [9]

Дополнительные источники ПОВ включают экссудаты корней растений [10] и древесный уголь . [11]

Состав растительного детрита [ править ]

Содержание воды в большей части растительного детрита находится в диапазоне от 60% до 90%. Сухое вещество состоит из сложного органического вещества, состоящего в основном из углерода, кислорода и водорода. Хотя эти три элемента составляют около 92% от сухой массы органического вещества в почве, другие элементы очень важны для питания растений, включая азот, фосфор, калий, серу, кальций, магний и многие микроэлементы . [9]

Органические соединения в растительном детрите включают:

  • Углеводы , состоящие из углерода, водорода и кислорода, по сложности варьируются от довольно простых сахаров до крупных молекул целлюлозы .
  • Жиры , состоящие из глицеридов жирных кислот, таких как масляная , стеариновая и олеиновая . Они также включают углерод, кислород и водород.
  • Лигнины, которые являются сложными соединениями, образуют более старые части древесины, а также состоят в основном из углерода, кислорода и водорода. Они устойчивы к разложению.
  • Белки , содержащие азот помимо углерода, водорода и кислорода; и небольшое количество серы, железа и фосфора. [9]
  • Древесный уголь , который представляет собой элементарный углерод, полученный в результате неполного сгорания органических веществ. Устойчив к разложению.

Разложение [ править ]

Растительный детрит, как правило, не растворяется в воде и поэтому недоступен для растений. Тем не менее, он представляет собой сырье, из которого получают питательные вещества для растений . Почвенные микробы разлагают его посредством ферментативных биохимических процессов, получают необходимую энергию из того же вещества и производят минеральные соединения, которые корни растений способны поглощать. [12] Разложение органических соединений на минеральные, то есть неорганические, соединения называется « минерализацией ». Часть органического вещества не минерализуется, а вместо этого разлагается на стабильное органическое вещество, называемое « гумусом ». [9]

Разложение органических соединений происходит с очень разной скоростью, в зависимости от природы соединения. Рейтинг от быстрых до медленных:

  1. Сахар, крахмал и простые белки
  2. Белки
  3. Гемицеллюлозы
  4. Целлюлоза
  5. Лигнины и жиры

Происходящие реакции можно отнести к одному из 3-х родов:

  • Ферментативное окисление с образованием углекислого газа, воды и тепла. Это затрагивает большую часть вопроса.
  • Ряд специфических реакций высвобождает и минерализует основные элементы - азот, фосфор и серу.
  • Соединения, устойчивые к действию микробов, образуются путем модификации исходных соединений или микробным синтезом новых для получения гумуса . [9]

Минеральные продукты:

ЭлементМинеральные продукты
УглеродCO 2 , CO 3 2- , HCO 3 - , CH 4 , C
АзотNH 4 + , NO 2 - , NO 3 - , N 2 (газ), N 2 O (газ)
СераS, H 2 S, SO 3 2- , SO 4 2- , CS 2
ФосфорH 2 PO 4 - , HPO 4 2-
ДругиеH 2 O, O 2 , H 2 , H + , OH - , K + , Ca 2+ , Mg 2+ и т. Д.

Хумус [ править ]

Основная статья: Гумус

По мере разложения растительного детрита образуются некоторые устойчивые к микробам соединения, в том числе модифицированные лигнины, масла, жиры и воски. Во-вторых, синтезируются некоторые новые соединения, такие как полисахариды и полиурониды . Эти соединения составляют основу гумуса . Между этими соединениями и некоторыми белками и другими продуктами, содержащими азот, происходят новые реакции, которые включают азот и предотвращают его минерализацию . Таким образом защищаются и другие питательные вещества от минерализации.

Гуминовые кислоты / вещества [ править ]

Гуминовые кислоты / вещества подразделяются на 3 рода в зависимости от их растворимости в кислотах и ​​щелочах, а также по стабильности:

  • Фульвокислота - это вид, который содержит вещество с наименьшей молекулярной массой, растворимое в кислотах и ​​щелочах и подвержено действию микробов.
  • Гуминовая кислота - это вид, который содержит промежуточное вещество, имеющее средний молекулярный вес, растворимое в щелочах и нерастворимое в кислотах, а также обладает некоторой устойчивостью к действию микробов.
  • Гумин - это род, который содержит вещество с наибольшей молекулярной массой, имеет самый темный цвет, не растворяется в кислотах и ​​щелочах и имеет наибольшую устойчивость к действию микробов. [9]

Функция в круговороте углерода [ править ]

Смотрите также: Почвенный углерод

Почва играет важную роль в глобальном углеродном цикле , при этом глобальный запас углерода почвы оценивается в 2500 гигатонн . Это в 3,3 раза больше атмосферного пула на 750 гигатонн и в 4,5 раза больше биотического пула на 560 гигатонн. Пул органического углерода , который присутствует в основном в форме ПОВ, составляет приблизительно 1550 гигатонн от общего глобального пула углерода [13] [14], а остальная часть составляет неорганический углерод почвы (SIC). Резервы органического углерода существуют в динамическом равновесии между прибылью и убытками; Таким образом, почва может служить либо поглотителем, либо источником углерода за счет секвестрации или выбросов парниковых газов , соответственно, в зависимости от экзогенных факторов.[15]

См. Также [ править ]

  • Биотический материал
  • Детрит
  • Гумификация
  • Гумус
  • Иммобилизация (почвоведение)
  • Минерализация (почвоведение)
  • Органическая материя
  • Почвоведение

Ссылки [ править ]

  1. ^ Брэди, NC, и Вейл, RR Природа и свойства почв. Prentice Hall, Inc., Верхняя Сэдл-Ривер, Нью-Джерси, США, 1999.
  2. ^ Бер, MH; Хендрикс, П.Ф .; Кабрера, ML; Коулман, округ Колумбия (1994). «Агрегативно-защищенные и незащищенные бассейны с органическими веществами на обычных и беспахотных почвах» . Журнал Американского общества почвоведов . Бесплатная загрузка PDF. 58 (3): 787. DOI : 10,2136 / sssaj1994.03615995005800030021x . Проверено 13 июля +2016 .
  3. ^ Перие, C. и Ouimet, R. Органический углерод, органические вещества и отношения объемной плотности в бореальных лесных почвах . Канадский журнал почвоведения , 88: 315–25 (2008).
  4. ^ Джайн, Т. Б., Грэм, Р. Т. и Адамс, Д. Л. Отношение углерода к органическому веществу для почв в хвойных лесах Скалистых гор. Журнал Общества почвоведов Америки , 61: 1190–5 (1997).
  5. ^ «Восстановление почв может удалить до 5,5 млрд тонн парниковых газов ежегодно» . Carbon Brief . 2020-03-16 . Проверено 6 апреля 2020 .
  6. ^ Трое, Фредерик Р. и Луи Милтон Томпсон. Почвы и плодородие почв . 6-е изд., Эймс, Айова, США: Blackwell Publish., 2005. [1] .
  7. ^ Джума, Н.Г. Введение в почвоведение и почвенные ресурсы . Том 1 Педосферы и ее динамики: системный подход к почвоведению . Салман Продакшнс, Шервуд Парк, 1999.
  8. ^ Глоссарий | NRCS SQ архивации 2006-11-08 в Wayback Machine
  9. ^ Б с д е е Brady, Nyle C. (1984). Природа и свойства почв (Девятое изд.). Нью-Йорк, США: Макмиллан. п. 254 . ISBN 0-02-313340-6.
  10. ^ Мергель, A. (1998). «Роль корневых экссудатов растений в преобразовании углерода и азота в почве». In Box, Jr., J. (ed.). Демография корней и их эффективность в устойчивом сельском хозяйстве, пастбищах и лесных экосистемах . Труды 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.
  11. ^ Skjemstad, Ян О. (2002). «Углерод древесного угля в сельскохозяйственных почвах США» . Журнал Американского общества почвоведов . 66 (4): 1249–55. DOI : 10.2136 / sssaj2002.1249 .
  12. ^ Очоа-Уэсо, R; Delgado-Baquerizo, M; Король, ЗБТ; Benham, M; Arca, V; Power, SA (февраль 2019 г.). «Тип экосистемы и качество ресурсов более важны, чем факторы глобальных изменений в регулировании ранних стадий разложения подстилки». Биология и биохимия почвы . 129 : 144–52. DOI : 10.1016 / j.soilbio.2018.11.009 .
  13. ^ Batjes, Нильс Х. (1996). «Общий углерод и азот в почвах мира». Европейский журнал почвоведения . 47 (2): 151–63. DOI : 10.1111 / j.1365-2389.1996.tb01386.x .
  14. ^ Batjes, Нильс Х. (2016). «Согласованные значения свойств почвы для широкомасштабного моделирования (WISE30sec) с оценками глобальных запасов углерода в почве». Геодермия . 269 : 61–68. DOI : 10.1016 / j.geoderma.2016.01.034 .
  15. ^ Лал, Р. Секвестрация углерода в почве для смягчения последствий изменения климата . Геодерма , 123 (1): 1–22 (2004).