Почва

редактировать
смесь веществ, минералов, газов, жидкостей и организмов, вместе с контейнером
Искать почва в Викисловаре, бесплатном языке.
Это диаграмма и соответствующая фотография слоев почвы от коренной породы до почвы. A, B и C представляют собой профиль почвы, обозначение, введенное впервые Василием Докучаевым (1846–1903), отец педологии ; A - верхний слой почвы ; Б - реголит ; C - сапролит (менее выветрившийся реголит); самый нижний слой представляет собой коренную породу. поверхностно-водный глей, развитый в ледниковом тилле, Северная Ирландия.

Почва смесь из полезных веществ, минералов, газов, жидкостей и организмов, которые вместе жизнь. Земля, называемая педосферой, функции четырех важных функций :

  • в качестве качества среды для роста растений
  • как средства хранение воды, снабжение и очистка
  • как модификатор атмосферы Земли
  • как среды обитания организмов

Все эти функции, в свою очередь, изменяют почву и его свойства.

Почва также обычно упоминается как земля или грязь ; в некоторых научных определениях грязь отличается от почвы, ограничивая первый термин специально перемещенной почвой.

Педосфера взаимодействует с литосферой, гидросферой, атмосферой и биосферой. Термин педолит, обычно используется для обозначения почвы, переводится как грунт камень в смысле «фундаментальный камень». Почва состоит из твердой фазы минералов и других веществ (почвенная матрица), а также пористой фазы, которая содержит газы (почвенная атмосфера) и воду (почвенный раствор). Соответственно, почвоведы могут рассматривать почвы как трехуровневую систему твердых тел, жидкостей и газов.

Почва является продуктом нескольких факторов: влияние климата, рельеф (высота, ориентация и наклон местности), организмы и исходные материалы почвы (исходные минералы), взаимодействующие во времени. Он постоянно развивается в результате физических, химических и биологических процессов, в том числе выветривания и не с ним эрозии. Учитывая ее сложность и сильную связность, почвенные экологи рассматривают почву как экосистему.

Большинство почв имеют сухую объемную плотность (плотность с учетом пустот в сухом состоянии) от 1,1 до 1,6 г / см, в то время как плотность частиц почвы намного выше, в диапазоне от 2,6 до 2,7 г / см. Небольшая часть почвы на планете Земля старше плейстоцена, и ни одна из них не старше кайнозоя, хотя окаменелые почвы сохранились еще с Архей.

Почвоведение имеет два основных направления изучения: эдафология и почвоведение. Эдафология изучает влияние почв на живые существа. Почвоведение фокусируется на формировании, описании (морфологии) и классификации почв в их естественной среде. С инженерной точки зрения, почва входит в более широкое понятие реголита, которое также включает в себя другой рыхлый материал, лежащий над коренной породой, можно найти на Луне и других небесных объектах. также.

Содержание

  • 1 Функции
  • 2 Состав
  • 3 Формация
  • 4 Физические свойства
  • 5 Влажность почвы
    • 5.1 Удержание воды
    • 5.2 Расход воды
    • 5.3 Поглощение воды растениями
    • 5.4 Потребление и эффективность водопользования
  • 6 Почвенный газ
  • 7 Твердая фаза (матрица почвы)
  • 8 Химия
    • 8.1 Катионный и анионный обмен
      • 8.1.1 Катион обменная емкость (CEC)
      • 8.1.2 Анионообменная емкость (AEC)
    • 8,2 Реакционная способность (pH)
      • 8.2.1 Процент насыщения основания
    • 8,3 Буфер
  • 9 Питательные вещества
  • 10 Органические вещества почвы материя
    • 10.1 Гумус
    • 10.2 Климатологическое влияние
    • 10.3 Растительные остатки
  • 11 Горизонты
  • 12 Классификация
  • 13 Использование
  • 14 Деградация
  • 15 Мелиорация
  • 16 История исследований и исследования
    • 16.1 Исследования плодородия почвы
    • 16.2 Исследования почвообразования
  • 17 См. Также
  • 18 Ссылки
  • 19 Библиография
  • 20 Дополнительная литература
  • 21 Внешние ссылки

Функции

Почва выступает в качестве основного компонента экосистемы Земли . На мировые экосистемы оказывают далеко идущее воздействие процессы, происходящие в почве, с эффектами истощения озонового слоя и глобального потепления до уничтожения тропических лесов и загрязнение воды. Что касается углеродного цикла Земли, почва выступает в качестве важного резервуара углерода и является одним из наиболее активных в отношении антропогенного воздействия и изменения климата. По мере, как планета нагревается, было предсказано, что почвы используются в атмосфере из-за повышенной биологической при более высокой температуре, положительной обратной связи (усиление). Это предсказание, однако, было поставлено под сомнение с учетом более поздних знаний о круговороте углерода в почве.

Почва как инженерная среда, среда обитания для почвенных организмов, система рециркуляции для питательные вещества и органические отходы, регулятор качества воды, модификатор состава атмосферы и среда для роста растений, что делает его критически важным поставщиком экосистемных услуг. Информация о населении. Грамм может содержать принадлежащих к тысячам видов организмов, в основном микробных и в степени еще неизученных. средняя прокариотическая плотность почвы составляет примерно 10 организмов на грамм, тогда как в океане не более 10 прокариотических организмов на миллилитр (грамм) морской воды. Органический углерод удерживается в почве, и в итоге возвращается в атмосферу в результате процесса дыхания, осуществляемого гетеротрофными ми, но значительная часть организма остается в почве в виде почвы органическое вещество ; обработка почвы увеличивает скорость дыхания почвы, что приводит к истощению органического вещества почвы. Корням растений нужен кислород. Эта вентиляция может осуществляться через сеть взаимосвязанных почвенных пор, которые также поглощают и проводят дождевую воду, делая ее доступной для поглощения растениями. Растениям требуется почти постоянная подача воды, но в большинстве регионов выпадают спорадические дожди, водоудерживающая способность почв имеет важное значение для выживания растений.

Почвы могут эффективно удалять загрязнения, убивать болезни агентов и разлагают загрязнители, последнее свойство называется естественным затуханием. Обычно почвы проходят чистое поглощение кислорода и метана и подвергаются подвергаются чистому высвобождению диоксида углерода и закиси азота. Почвы растениям физическую поддержку, воздух, воду, температурный режим, питательные вещества и защиту от токсинов. Почвы растения и животных легкодоступными питательными веществами, превращая мертвое органическое вещество в формы питательных веществ.

Состав

Профиль почвы: темный верхний слой почвы и красноватые слои подпочвы типичны для влажного субтропического климата регионы

Компоненты суглинистой почвы по объему

Вода (25 %) Газы (25%) Песок (18%) Ил (18%) Глина (9%) Органическое вещество (5%)

Типичная почва состоит примерно из 50% твердых веществ (45% минералов и 5% веществ) и 50% пустот (или пор), половина из которых занята водой и наполовину газом. Процент содержания минералов и веществ в почве можно рассматривать как постоянный (в краткосрочной перспективе), в то время как процентное содержание воды и газа в почве считается очень изменчивым, при этом повышении одного содержания одновременно уравновешивается другим. Пористое пространство позволяет проникать и перемещать воздух и воду, которые имеют решающее значение для жизни, существующей в почве. Уплотнение, обычная проблема с почвами, уменьшает это пространство, позволяя воздуху и воде достигать корней растений и почвенных организмов.

При достаточном времени недифференцированная почва образует почвенный профиль, состоящий из двух или более слоев, называемых горизонтами почвы. Они различаются одним или несколькими свойствами, такими как текстура, структура, плотность, пористость, консистенция, температура, цвет и реакционная способность. Горизонты сильно различаются по мощности и обычно не имеют резких границ; их развитие зависит от типа исходного материала, которые изменяют эти исходные материалы, и почвообразующих факторов, влияющих на эти процессы. Биологическое влияние на почвы сильнее всего у поверхности, в то время как геохимическое влияние на свойства почвы усиливается с глубиной. Профили почвы почвы обычно включают три основных основных горизонта: A, B и C. solum обычно включают горизонты A и B. Живой компонент почвы в степени ограничен солумом и обычно более заметен в горизонте A.

Текстура почвы определяется относительными пропорциями отдельных частиц песка, ил и глина, из которых состоит почва. Взаимодействие отдельных минеральных частиц с органическим веществом, водой, газами посредством биотических и абиотических процессов заставляет эти частицы флокулировать (слипаться) с образованием объединяет или педы. Если эти агрегаты могут быть идентифицированы, можно сказать, что почва образовалась, и ее можно описать в терминах цвета, пористости, консистенции, реакции (кислотности ) и т. д.

Вода является критическим фактором развития почвы из-за ее участия в растворении, осаждении, эрозии, переносе и осаждении, из которых состоит почва. Смесь воды и взвешенных материалов, которые занимают поровое пространство почвы, называется почвенным раствором. Почвенная вода никогда не бывает чистой водой, даже растворенных и минеральных веществ, ее можно более точно назвать почвенным раствором. Вода играет центральную роль в растворении, осаждении и выщелачивании минералов из профиля почвы. Наконец, вода влияет на тип растительности, которая, в свою очередь, влияет на развитие почвы, примером является динамика полосатых структур растительности в полузасушливых регионах.

Почвы снабжают растения питательными веществами, большая часть которых удерживается частицами глины и органические вещества (коллоидов ). Питательные вещества могут адсорбироваться на поверхности минералов, связанных с глинистыми минералами (абсорбированные ) или связанные с органическими соединениями в составе живых организмов или мертвых соответствующих веществ почвы. Эти связанные питательные вещества взаимодействуют с почвенной водой для буферизации состава почвенного раствора (ослабляют изменение в почвенном растворе) по мере увлажнения или высыхания почвы, по мере того, как растения поглощают питательные вещества, по мере выщелачивания солей или добавления кислоты или щелочей.

Доступность питательных веществ для растений зависит от pH почвы, которая является мерой активностью органических веществ в почвенном растворе. PH является функцией многих факторов почвообразования и обычно ниже (более кислый) там, где выветривание более развито.

Большинство питательных веществ для растений, за исключением азота, минералов, используемых из которые составляют материнский материал почвы. Некоторое количество азота происходит из дождя в виде разбавленной азотной кислоты и аммиака, но большая часть азота доступна в почвах в результате азотфиксации бактериями. Попадая в систему почва-растение, большинство питательных веществ, рециркулируется через живые организмы, растительные и микробные остатки (органическое вещество почвы ), связанные с минералами и почвенный раствор. И живые микроорганизмы, и почвенное органическое вещество имеют решающее значение для этой рециркуляции и, следовательно, для формирования почвы и ее плодородия. Микробная активность в почвах может высвобождать питательные вещества из минералов или веществ для использования растительными веществами и другими организациями, вызывая их вызывающие клетки или вызывать их потерю из почвы в результате испарения (потери в атмосфере в виде газа)) или выщелачивание.

Формирование

Почвообразование или почвообразование - это комбинированный эффект физических, химических, биологических и антропогенных процессов, воздействующих на материнский материал почвы. Считается, что почва образуется, когда органическое вещество накапливается и коллоиды смываются вниз, оставляя отложения глины, гумуса, оксида железа, карбоната и гипса, образуя отчетливый слой, называемый горизонтом B., ила, глины и гумуса будут поддерживать биологическую и сельскохозяйственную деятельность до этого времени. Эти составляющие перемещаются с одного уровня на другой под действием воды и животных. В результате в почвенном профиле формируются слои (горизонты). Изменение и перемещение материалов в почве вызывает образование отличительных горизонтов почвы. Однако более поздние определения почвы включают почвы без какого-либо органического вещества, такие как те реголиты, которые образовались на Марсе, и аналогичные условия в пустынях планеты Земля.

Пример развития почвы начнется с выветривания коренной породы лавового потока, в результате чего будет получен исходный материал на чисто минеральной основе, из которого формируется текстура почвы. Развитие почвы будет происходить наиболее быстро из недавних климатических потоков в условиях сильных и частых дождей. В таких условиях растения (на первой стадии азотфиксирующие лишайники и цианобактерии, эпилитические высшие растения ) очень быстро закрепляются на базальтовой лаве, даже несмотря на то, что органического материала очень мало. Растения поддерживаются пористой породой, поскольку она заполнена водой, содержащими вещества, которая несет минералы, растворенные в камнях. Трещины и карманы, местный рельеф скал, могли содержать мелкие материалы и корни растений. Развивающиеся корни разрушаются, связанные с минеральными выветриванием микоризными грибами, которые способствуют развитию пористой растений, таким образом, накапливаются органические вещества и более мелкие минеральные почвы. Такие начальные стадии развития почвы на вулканах, инзельбергах и ледниковых моренах.

На то, как происходит почвообразование, пять факторов, по крайней мере, классических факторов, которые взаимосвязаны в эволюции почвы. Это: исходный материал, климат, топография (рельеф), организмы и время. При перегруппировке по климату, рельефу, организмам, исходному материалу и времени они образуют аббревиатуру CROPT.

Физические свойства

Физические свойства почв в порядке убывания важности для экосистемные услуги, такие как растениеводство, это текстура, структура, насыпная плотность, пористость, консистенция, температура, цвет и удельное сопротивление. Текстура почвы определяется относительной долей трех видов минеральных частиц почвы, называемых почвенными частями: песок, ил и глина. В следующем более крупном масштабе почвенные структуры, называемые грунтами или чаще, почвенные агрегаты из почвы, отделяемой, когда оксиды железа, карбонаты, глина, кремнезем и гумус покрывают частицы и заставляют их слипаться в более крупные, относительно стабильные вторичные структуры. насыпная плотность почвы, определяемая при стандартных условиях, характеризует собой оценку уплотнения почвы. Пористость почвы проходит через пустую часть таблицы, созданную газами или водой. Консистенция почвы - это способность почвенных материалов склеиваться. Температура и цвет почвы самоопределяются. Удельное сопротивление относится к сопротивлению прохождению электрического тока и влияет на скорость коррозии металлических и бетонных конструкций, находящихся в почве. Эти свойства меняются в зависимости от глубины почвы, то есть в пределах горизонтов почвы. Эти свойства определяют аэрацию почвы и способность воды проникать в почву и удерживать в ней.

Влажность почвы

Влажность почвы означает содержание воды почвы. Это может быть выражено в единицах объема или веса. Измерение влажности почвы может быть основано на измерениях на месте или методах дистанционного зондирования.

Вода, попадающая в поле, удаляется с поля посредством стока, дренажа, испарения или транспирации. Сток - это вода, которая течет по поверхности к краю поля; дренаж - это вода, которая течет через почву вниз или к краю поля под землей; потеря воды за счет испарения с поля - это та часть воды, которая испаряется в атмосферу непосредственно с поверхности поля; транспирация - это потеря воды с поля за счет ее испарения с самого растения.

Вода влияет на почвообразование, структуру, стабильность и эрозию, но имеет первостепенное значение для роста растений. Вода необходима растениям по четырем причинам:

  1. Она составляет 80-95% протоплазмы растения .
  2. Она необходима для фотосинтеза.
  3. Она является растворителем, в котором питательные вещества переносятся внутрь и по всему растению.
  4. Он обеспечивает припухлость, благодаря которой растение удерживается в правильном положении.

Кроме того, вода изменяет профиль почвы путем растворения и повторного депонирования минералов, часто на более низких уровнях. В суглинистой почве твердые частицы составляют половину объема, газ - четверть объема, а вода - четверть объема, из которых только половина будет доступна большинству растений, с сильными вариациями в соответствии с матричным потенциалом.

Затопленное поле будет истощать гравитационную воду под действием силы тяжести до тех пор, пока адгезионные и когезионные силы воды не будут сопротивляться дальнейшему дренажу, в этот момент говорят, что оно достигнет полевой емкости. В этот момент растения должны применять всасывание для забора воды из почвы. Вода, которую растения могут черпать из почвы, называется доступной водой. После того, как доступная вода израсходована, оставшаяся влага называется недоступной водой, поскольку растение не может производить всасывание, достаточное для втягивания этой воды. При всасывании 15 бар, точка увядания, семена не прорастают, растения начинают увядать а потом умри. Вода перемещается в почве под действием силы тяжести, осмоса и капиллярности. Когда вода попадает в почву, она вытесняет воздух из взаимосвязанных макропор на плавучесть и разрушает агрегаты, в которые попадает воздух, - процесс, называемый гашением.

Скорость, с которой Почва может поглощать воду в зависимости от почвы и других ее условий. По мере роста корни сначала удаляют воду из самых крупных пор (макропор ). Вскоре более крупные поры содержат только воздух, а оставшаяся вода будет обнаруживаться только в порах среднего и наименьшего размера (микропоры ). Вода в мельчайших порах настолько сильно удерживается на поверхности частиц, что корни растений не могут ее оторвать. Следовательно, не всяпочвенная вода доступна растениям, что сильно зависит от текстуры. При насыщении почва может терять питательные вещества по мере стекания воды. Вода движется по осушаемому полю под давлением там, где почва локально насыщена, и за счет капиллярности тянется к более сухим частям почвы. Большинство растений в воде обеспечивается за счет рассасывания, вызванного испарением листьев растений (транспирация ), а меньшая часть обеспечивается всасыванием, создаваемым разницей осмотического давления между внутренними частями и почвой решение. Корни растений должны искать воду и расти, прежде всего, во влажных микросайтах почвы. Недостаток воды повредит урожай сельскохозяйственных культур. Большая часть доступной воды используется для транспирации, чтобы втягивать питательные вещества в растения.

Почвенная вода также важна для моделирования климата и численного прогноза погоды. Глобальная система наблюдения за климатом определила почвенные воды как одну из 50 основных климатических чисел (ECV). Уровень воды в почве может быть измерен на месте с помощью датчика почвы или может быть оценен с помощью спутниковых данных и гидрологических моделей. У каждого метода есть свои плюсы и минусы, и, следовательно, интеграция различных методов может уменьшить недостатки одного метода.

Удержание воды

Вода удерживается в почве, когда адгезионная сила притяжение, которое атомы водорода воды имеют для кислорода частиц чем силы сцепления, которые водород воды испытывает по отношению к другим атомам кислорода воды. Когда поле затоплено, поровое пространство почвы полностью заполняется. Поле будет истощаться под силой тяжести до тех пор, пока не достигнет того, что называется емкостью поля, когда самые маленькие поры заполняются водой, самыми большими - водой и газами. Общее количество воды, удерживаемой при достижении полевой емкости, является функцией удельной поверхности частиц почвы. В результате глинистые почвы и почвы с высоким содержанием органических веществ имеют более высокую урожайность. Потенциальная энергия воды на единицу относительно чистой воды в стандартных условиях называется водным потенциалом. Общий водный потенциал представляет собой матричную поверхность, возникающую в результате капиллярного действия, осмотического потенциала засоленной почвы и гравитационного потенциала при вертикальном направлении движения воды. Водный потенциал в почве обычно имеет отрицательные значения, и поэтому он также выражается в всасывании, которое определяет как минус водного потенциала. Всасывание имеет положительное значение и может рассматриваться как общая сила, необходимая для вытягивания воды из почвы. Водный потенциал или всасывание выражается в единицах кПа (10 паскаль ), бар (100 кПа) или см H 2O (приблизительно 0,098 кПа). десятичный логарифм всасывания в см H 2 O называется пФ. Следовательно, пФ 3 = 1000 см = 98 кПа = 0,98 бар.

Силы, с которой вода удерживается в почве, определяет ее доступность для растений. Силы адгезии прочно удерживают воду на минеральных и гумусовых поверхностях и в меньшей степени удерживают ее на себе силами когезии. Корень растения может проникать в очень небольшой объем воды, прилипшей к почве, и способен втягивать воду, которая лишь слегка удерживается силами сцепления. Но по мере того, как капля втягивается вниз, силы адгезии воды для частиц почвы производят все более высокое всасывание, наконец, до 1500 кПа (pF = 4,2). При всасывании 1500 кПа количество воды в почве называется точка увядания. При таком всасывании растение не может удовлетворить свои потребности в воде, так как вода все еще теряет растения в результате транспирации, растение теряет опухоль и оно увядает, хотя закрытие устьиц может уменьшить транспирацию и, таким образом, может замедлить увядание ниже точка увядания, в частности при адаптации или акклиматизации к засухе. Следующий уровень, называемый воздушной сушкой, происходит при всасывании 100 000 кПа (pF = 6). Наконец, состояние сухости печи достигается при всасывании 1000000 кПа (pF = 7). Вся вода ниже точки увядания называется недоступной водой.

Когда содержание влаги в почве оптимально для роста растений, вода в порах большого и среднего размера может перемещаться в почве и легко перемещаться растениями. Количество воды, остающейся в почве, дренированной до максимальной емкости, и доступное количество зависит от типа почвы. Песчаная почва будет удерживать очень мало воды, в то время как глина будет удерживать максимальное количество. Доступная вода для илистого суглинка может составлять 20%, тогда как для песка может быть только 6% по объему, как показано в этой таблице.

Точка увядания, полевой объем и доступная вода различной текстуры почвы (единица:% по объему)
Текстура почвыТочка увяданияПолевая вместимостьДоступная вода
Песок3,39,15,8
Суглинок9,520,711,2
Суглинок11,727,015,3
Илистый суглинок13,333,019,7
Суглинок19,731,812,1
Глина27,239,612,4

Выше приведены средние значения текстуры почвы.

Поток воды

Вода движется через почву под действием силы силысти, осмоса и капиллярности. При давлении от нуля до 33 кПа всасывание (полевая емкость ) вода проталкивается через почву из точки ее возникновения под действием силысти и градиента давления, создаваемого давления воды. ; это называется насыщенным потоком. При более высоком всасывании воды движение воды осуществляется за счет более влажной почвы к более сухой. Это вызвано адгезией воды к твердым телам почвы и называется ненасыщенным потоком.

Инфильтрация и движение воды в почве контролируются шестью факторами:

  1. Текстура почвы
  2. Структура почвы. Мелкозернистые почвы с зернистой структурой наиболее благоприятны для проникновения воды.
  3. Количество органического вещества. Лучше всего использовать грубые частицы, это помогает предотвратить разрушение структуры почвы и образование корок.
  4. Глубина почвы до непроницаемых слоев, таких как откиды или коренная порода
  5. Уже нанесенное количество воды в почве
  6. Температура почвы. Теплые почвы впитывают воду быстрее, в то время как мерзлые почвы могут не впитывать воду в зависимости от типа замерзания.

Скорость инфильтрации воды колеблется от 0,25 см в час для высокоглинистых почв до 2,5 см в час для песка и хорошо стабилизированных и агрегированных грунтовых конструкций. Вода течет через землю неравномерно, в форме так называемых «гравитационных пальцев», из-за поверхностного натяжения между частями воды.

Корни деревьев, живые или мертвые, преимущественную силу каналов для прохождения дождевой воды через почву, увеличивающую скорость инфильтрации воды до 27 раз.

Наводнение увеличивает проницаемость почвы в руслах рек, помогая восполнить водоносные горизонты.

Вода, нанесенная на почву, выталкивается градиентами давления от точки ее нанесения, где она локально насыщена, в менее насыщенные области, такие как вадозная зона. Как только почва полностью увлажнится, вода будет двигаться вниз или просачиваться за пределы корней растений, неся с собой глину, гумус, питательные вещества, в первую очередь катионы, и различные загрязнители, включая пестициды, загрязнители, вирусы и бактерии, вызывающие заражение подземных вод. В порядке уменьшения растворимости выщелоченными питательными веществами являются:

  • кальций
  • магний, сера, калий; в зависимости от состава почвы
  • Азот; обычно мало, если только недавно не применялись нитратные удобрения
  • Фосфор; очень мало, так как его формы в почве имеют низкую растворимость.

В пределах Штатах просачивание воды из-за дождя колеблется от почти нуля сантиметров к востоку от Скалистых гор до пятидесяти или более сантиметров в Аппалачских горах и на северном побережье в Мексиканском заливе.

Вода вытягивается капиллярным из-за силы адгезии воды к твердым частицам почвы, создавая всасывание градиент от влажной почвы к более сухой и от почвы к микропорам. Так называемое уравнение Ричардса позволяет рассчитать скорость изменения в почвах из-за движения воды в ненасыщенных почвах. Интересно, что это уравнение, приписываемое Ричардсу, было опубликовано Ричардсоном в 1922 году. Уравнение скорости потока почвы, которое может быть решено с использованием метода потока в вадозной зоне с конечным содержанием воды, скорость протекания воды через ненасыщенный грунт в вертикальном направлении. Численное решение уравнения Ричардсона / Ричардса позволяет рассчитать поток ненасыщенной воды и перенос растворенных веществ с использованием такого как Hydrus, задавая гидравлические параметры почвы гидравлических функций (функция удержания и ненасыщенные функции гидравлической функции проводимости), начальные и граничные условия. Предпочтительный поток происходит вдоль взаимосвязанных макропоров, корневых и червячных каналов, которые отводят воду под действием силы тяжести. Многие модели, основанные на физике почвы, теперь в некоторой степени предпочтительный поток в виде двойного континуума, двойной пористости или двойной проницаемости, но они, как правило, были «привязаны» к решению Ричардса без какого-либо строгого физического обоснования.

Поглощение воды растениями

Не менее важны для хранения и движения воды в почве способов, с помощью растений получают ее и питательные вещества. Большая часть почвенной воды поглощается растениями в результате пассивного наследования, вызванного вытягивающей силой испарения воды (испарения ) из длинного столба воды (ксилемный сок поток), которая ведет от корней растения к его листьям в соответствии с теорией сцепления-напряжения. Восходящее движение воды и растворенных веществ (гидравлический подъем ) регулируется в корнях с помощью энтодермы, а в листве растений с помощью устьичной проводимости, и может прерываться в сосудах ксилемы корня и побега снабжение кавитации, также называемой ксилемной эмболией. Кроме того, обеспечивает высокий уровень солей в корнях формирует градиент осмотического давления , который выталкивает воду из почвы в корни. Осмотическое поглощение становится более важным в периоды низкой транспирации воды, вызванной более низкими температурами (например, ночью) или высокой влажностью, и обратным при высокой температуре или низкой влажности. Именно эти процессы вызывают гуттацию и увядание соответственно.

Удлинение корней жизненно важно для выживания растений. Исследование одного растения озимой ржи, выращиваемого в течение четырех месяцев на одном кубическом футе (0,0283 кубометра) суглинистой почвы, показало, что это растение развило 13 800 000 корней, в общей сложности 620 км в длину и 237 квадратных метров площади; и 14 миллиардов корней волос общей длиной 10 620 км и общей площадью 400 квадратных метров; на общую площадь 638 квадратных метров. Общая площадь суглинистой почвы оценивалась в 52 000 квадратных метров. Другими словами, корни контактировали только с 1,2% почвы. Однако расширение корней следует рассматривать как динамический процесс, позволяющий новым корням исследовать новый объем почвы каждый день, резко увеличивая общий объем почвы, исследуемой за данный период роста, и, таким образом, объем воды, потребляемой корнем. система за этот период. Архитектура корня, то есть пространственная конфигурация корневой системы, играет важную роль в адаптации растений к почвенной воде и доступности питательных веществ и, следовательно, в продуктивности растений.

Корни должны искать воду как ненасыщенный поток вода в почве может перемещаться только со скоростью до 2,5 см в сутки; в результате они постоянно умирают и растут, поскольку ищут высокие концентрации влаги в почве. Недостаточная влажность почвы, приводящая к увяданию, приведет к необратимому повреждению урожайности. Когда зерно сорго подвергалось всасыванию почвы при низком уровне 1300 кПа во время прорастания семенной головки на этапах цветения и завязывания семян, его производство снижалось на 34%.

Потребление без потребления и эффективность использования воды

Только небольшая часть (от 0,1% до 1%) воды, используемой растением, удерживается внутри самого растения. Большая часть в конечном итоге теряется из-за транспирации, в то время как испарение с поверхности почвы также является значительным, коэффициент транспирации: испарения варьируется в зависимости от типа растительности и климата, достигая пика в тропических лесах. и погружение в степи и пустыни. Транспирация плюс испарительная потеря влаги в почве называется эвапотранспирацией. Эвапотранспирация плюс вода, содержащаяся в растении, составляет общее количество потребляемой воды, что почти идентично эвапотранспирации.

Общее количество воды, используемой на сельскохозяйственном поле, включает поверхностный сток, дренаж и чахоточное употребление. Использование рыхлой мульчи снизит потери от испарения на время после орошения поля, но в итоге общие потери от испарения (растение плюс почва) приблизятся к потерям открытой почвы, в то время как вода больше сразу становится доступным для роста растений. Эффективность использования воды измеряется с помощью коэффициента транспирации, который представляет собой отношение общего количества воды, выделяемой растением, к сухой массе собранного растения. Коэффициенты транспирации для сельскохозяйственных культур образуются от 300 до 700. Например, коэффициент транспирации люцерны может составлять 500, и в результате из 500 килограммов воды образует килограмм сухой люцерны.

Почвенный газ

Атмосфера почвы, или почвенный газ, очень отличается от атмосферы выше. Потребление кислорода микробами и корнями растений и выделение ими двуокиси углерода снижает содержание кислорода и увеличивает концентрацию двуокиси углерода. Концентрация CO 2 в атмосфере составляет 0,04%, но в почвенном поровом пространстве она может колебаться от 10 до 100 раз выше этого уровня, таким образом способствуя ингибирование дыхания корней. Известковые почвы регулируют концентрацию CO 2 с помощью карбоната буферизации, в отличие от кислых почв, в весь вдыхаемый CO 2 накапливается в системе почвенных пор.. При экстремальных уровнях CO 2 токсичен. Это предполагает возможность отрицательной обратной связи контроля CO 2 в почве посредством его ингибирующего воздействия на корневое и микробное дыхание (также называемое «почвенное дыхание »). Кроме того, пустоты почвы насыщены водяным паром, по крайней мере, до точки максимальной гигроскопичности, за которой дефицит давления пара возникает в поровом пространстве почвы. Соответствующая пористость необходима не только для проникновения внутрь воды, но и для диффузии газов внутрь и наружу. Движение газов происходит за счет диффузии высоких концентраций к более низкому, причем коэффициент диффузии уменьшается с уплотнением почвы. Кислород из над атмосферой диффундирует в почву, где он потребляет углекислого газа за превышение над атмосферой Они диффундируют с другими газами (включая парниковые газы ), а также с водой. Текстура и почвы почвы, почвы, почвы, почвы. Это общее поровое пространство (пористость ) почвы, не размер пор и их взаимосвязи (или, наоборот, герметизация пор) вместе с содержанием воды, турбулентность и температура, определяющие скорость диффузии газов в почву и из почвы. Плати структура почвы и уплотнение почвы (низкая пористость) препятствуют потоку газа, дефицит кислорода может вызвать нитрата анаэробные бактерии, восстанавливать (отделять кислород) от NO 3 до газов N 2, N 2 O, и NO, которые затем теряются в атмосферу, тем самым истощая почву азота. Аэрированная почва также является чистым поглотителем метана CH4, но чистым средством метана (сильного теплопоглощающего парникового газа), когда почвы обеднены кислородом и подвержены повышенным температурам.

Почвенная атмосфера также является выбросом летучих, кроме оксидов углерода и азота, различных почвенных организмов, например корни, бактерии, грибки, животные. Эти летучие вещества используются в качестве роли химических сигналов в сетях, играющих решающую роль в стабильности, динамике и эволюции космивенных экосистем. Биогенные летучие органические соединения почвы обмениваются с надземной атмосферой, в которой они всего на 1-2 порядка величины ниже, чем от надземной растительности.

Мы, люди, можем получить представление об атмосфере через колодец- известный запах «после дождя», когда просачивающаяся дождевая вода вымывает всю почвенную атмосферу после периода засухи или когда почва выкапывается, объемное свойство редукционист образом приписывается определенным биохимическим соединением, таким как петрихор или геосмин.

Твердая фаза (матрица почвы)

Частицы почвы можно классифицировать по их химическому составу (минералогия ), а также по размеру. Гранулометрический состав почвы, ее текстура, определяет многие свойства этой почвы, в частности гидравлическую проводимость и водный потенциал, но минералогия эти частицы могут сильно изменить эти свойства. Минералогия мельчайших частиц почвы, глины, особенно важна.

Химия

Химический состав почвы определяет ее способность поставлять доступные питательные вещества для растений и влияет на ее физические свойства. свойства и здоровье живого населения. Кроме того, химический состав почвы также определяет ее коррозионную активность, стабильность и способность поглощать загрязнители фильтровать воду. Химические свойства почвы определяют химический состав поверхности минеральных и экологических коллоидов. Коллоид представляет собой небольшую нерастворимую частицу размером от 1 нанометра до 1 микрометра, таким образом, достаточно маленькую, чтобы оставаться во взвешенном состоянии в результате броуновского движения в жидкой среде без заселение. Большинство почв содержат органические коллоидные частицы, называемые гумусом, а также неорганические коллоидные частицы глин. Очень высокая удельная поверхность коллоидов и их чистые электрические заряды придают почве способность удерживать и высвобождать ионы. Отрицательно заряженные участки на коллоидах притягивают и высвобождают катионы в результате так называемого катионного обмена. Катионообменная емкость (CEC) - это количество обмениваемых катионов на единицу веса сухой почвы и выражается в миллиэквивалентах от положительно заряженных тип на 100 граммов (или сантимолей почвы положительного заряда на килограмм почвы; смоль c / кг). Точно так же положительно заряженные участки на коллоидах могут притягивать и высвобождать анионы в почве, придавая почве анионообменная способность (AEC).

Катионный и анионный обмен

Катионный обмен, который происходит между коллоидами и почвенной водой, буферы (умеренные) pH почвы, изменяет структура почвы, очищает просачивающуюся воду, адсорбцию катионов всех типов, как полезных, так и вредных.

Отрицательные или положительные заряды коллоидных частиц позволяют им удерживать катионы или анионы, соответственно, на своей поверхности. Заряды установки из четырех источников.

  1. Изоморфное замещение происходит в глине во время ее образования, когда катионы с более низкой валентностью заменяют катионы с более высокой валентностью в кристаллической структуре. Замены в самых внешних слоях более эффективны, чем в самых внутренних, поскольку сила электрического заряда составляет пропорционально квадрату расстояния. Конечным результатом являются атомы кислорода с отрицательным зарядом и способностью притягивать катионы.
  2. Атомы кислорода на краю глины не находятся в ионном балансе, поскольку тетраэдрическая и октаэдрическая структуры являются неполными.
  3. Гидроксилы может заменить атомы кислорода в слоях диоксида кремния, процесс, называемый гидроксилированием. Когда водороды гидроксильных групп глины ионизируются в растворе, они оставляют кислород с отрицательным зарядом (анионные глины).
  4. Водороды гидроксильных групп гумуса также могут ионизироваться в раствор, оставляя, как и в случае глины, кислород с отрицательным зарядом.

Катионы, удерживаемые в отрицательно заряженных коллоидах, сопротивляются смыванию воды и вне досягаемости корней растений, тем самым сохраняя плодородие почвы в зонах с умеренными дождями и низкими температурами.

В процессе катионного обмена на коллоидах иерархия, поскольку они различаются по силе адсорбции коллоидом и, следовательно, их способности заменять друг друга (ионный обмен ). Если в почвенном водном растворе присутствуют в равных количествах:

Al заменяет H заменяет Ca заменяет Mg заменяет K так же, как NH заменяет Na

Если один катион добавляется в больших количествах, он может заменить другие - просто численностью. Это называется законом действия масс. Это в основном то, что происходит при добавлении катионных удобрений (калий, известь ).

По мере того, как почвенный раствор становится более кислым (низкий pH, что означает изобилие H, другие катионы, более слабо связанные с коллоидами, выталкиваются в растворах по мере того, как ионы водорода занимают центры обмена (протонирование ). Низкое значение pH может привести к втягиванию гидроксильных групп в раствор, оставляя заряженные участки Эта ионизация гидроксильных групп на поверхности почвенных коллоидных зарядов вызывает то, что описывается как pH-зависимые поверхностные заряды, вызывающие постоянные заряды, увеличивающие pH-фактор и увеличивающие pH. Освобожденные катионы могут поступать в растения, но они также склонны к выщелачиванию из почвы, что, возможно, делает почву менее плодородной. Альтернативная кислоты и таким образом, измените pH так ил рядом с корнем и выталкивает катионы из коллоидов, тем самым их доступными для растений.

Емкость катионного обмена (CEC)

следует рассматривать как способность почвы удалять катионы из водного раствора почвы и секвестрируют те, которые будут заменены позже, когда корни растений выделяют ионы водорода в раствор. CEC - это количество обмениваемого катиона водорода (H), которое соединяется со 100 граммами сухой массы почвы, и его мера составляет один миллиэквент на 100 граммов почвы (1 мэкв / 100 г). Ионы водорода имеют один миллиэквивалент и одну тысячную грамма почвы на 100 граммов почвы. Кальций с атомным весом, в 40 превышающим атомный вес водорода, и валентностью, равной двум, преобразуется в (40/2) x 1 миллиэквент = 20 миллиэквивал иона водорода на 100 граммов почвы или 20 мэкв / 100 г. Современная мера ЕКО выражается в сантимолях положительного заряда на килограмм (смоль / кг) высушенной в печи почвы.

Большая часть ЕКО почвы происходит на глинистых и гумусовых коллоидах, и их отсутствие в жарком, влажном, влажном климате из-за выщелачивания и разложения, соответственно, объясняет очевидную стерильность тропических почв. Живые корни растений также имеют некоторую ЕКО, связанные с их удельной площадью поверхности.

Катионообменной способностью почв; текстуры почвы; коллоиды почвы
ПочваШтатCEC мэк / 100 г
Мелкий песок ШарлоттаФлорида1,0
Растон мелкий песчаный суглинокТехас1,9
Глостерский суглинокНью-Джерси11,9
Гранди-илистый суглинокИллинойс26,3
суглинок ГлисонаКалифорния31,6
Суглинок СаскуэханнаАлабама34,3
Дэви Маки мелкий песокФлорида100,8
Пески------1–5
Мелкие супеси------5–10
Суглинки и алевриты-----5–15
Суглинки-----15–30
Глины-----более 30
полуторные оксиды-----0–3
Каолинит-----3–15
Иллит-----25–40
Монтмориллонит-----60– 100
Вермикулит (похож на иллит)-----80–150
Юмус-----100–300

Анион Обменная емкость (AEC)

Анионообменная емкость следует понимать как способность почвы удалять анионы (например, нитрат, фосфат ) из почвенного водного раствора и секвестрируют их для последующего обмена, поскольку корни растений выделяют карбонат анионы в почвенном водном растворе. Коллоиды с низким CEC, как правило, имеют количество AEC. Аморфные и полуторные глины имеют самые высокие значения КЭП, за ними следуют оксиды железа. Уровни AEC намного ниже, чем для CEC, из-за в целом более высокой доли положительно (по сравнению с отрицательно) заряженными поверхностями на почвенных коллоидах, за исключением почв с переменным зарядом. Фосфаты имеют тенденцию удерживаться на сайтех анионного обмена.

Глины гидроксида и алюминия способны обменивать свои гидроксид-анионы (ОН) на другие анионы. Порядок, отражающий силу анионной адгезии, следующий:

H2PO4заменяет SO 4 заменяет NO 3 заменяет Cl

. Количество обменных анионов составляет от десятых несколько миллиэквивалентов на 100 г сухой почвы. При повышении pH проявляется относительно больше гидроксилов, которые вытесняют анионы из коллоидов и заставляют их растворяться и выводиться из хранения; Следовательно, AEC с помощью pH (щелочности).

Реакционная способность (pH)

Реактивность почвы выражается в единицах pH и является мерой кислотности или щелочности почва. Точнее, это мера концентрации водорода в водном растворе, диапазон значений от 0 до 14 (от кислого до основного), но практически говоря для почв, pH колеблется от 3,5 до 9,5, значения pH за пределами этих крайних значений токсичны для

При 25 ° C водный раствор с pH 3,5 содержит 10 моль H (чистого водорода) в литр растворе (а также 10 моль / литр OH). PH 7, определяемый как нейтральный, имеет 10 молей первичного на литр раствор, а также 10 молей ОН на литр; поскольку две концентрации равны, говорят, что они нейтрализуют друг друга. При pH 9,5 содержится 10 моль водорода на литр (а также 10 моль на литр ОН). PH 3,5 содержит миллион раз больше водорода на литр, чем раствор с pH 9,5 (9,5–3,5 = 6 или 10), и является более кислым.

Воздействие pH на почву заключается в удалении из почвы или сделать доступными ионы. Почвы с высокой кислотностью, как правило, содержат токсичные количества алюминия и марганца. В результате компромисса между токсичностью и потреблением большинства питательных веществ лучше всего доступны для растений при умеренном pH, хотя большинство минералов более растворимы в кислых почвах. Почвенным организмам препятствует высокая кислотность и другие сельскохозяйственные культуры лучше всего подходят для минеральных почв с pH 6,5 и проверить почв с pH 5,5. Учитывая, что при низком pH токсичные металлы (например, кадмий, цинк, свинец) имеют положительный заряд, поскольку катионы и органические загрязнители находятся в неионогенной форме, таким образом, они становятся более доступными для организмов, было высказано предположение, что растения, животные и микробы обычно живут в кислых почвах адаптированы ко всем видам загрязнения, будь то естественного или антропогенного происхождения.

В районах с большим количеством загрязнений почвы имеют тенденцию к подкисам, поскольку основные катионы вытесняются из почвы коллоиды за счет массового воздействия естественного водорода из дождя на те, которые прикреплены к коллоидам. Значительное количество осадков может вымыть питательные вещества, в результате чего почва будет населена только теми организмами, которые очень эффективны для роста питательных веществ в очень кислых условиях, например, в тропических лесах. Как только коллоиды насыщаются H, добавление каких-либо дополнительных водорода или гидроксильных катионов алюминия приводит к еще более низкому (более кислому) pH, так как почва остается без буферной емкости. В районах с сильными дождями и высокими температурами глина и перегной вымываться, что еще снижает буферную способность почвы. В районах с малыми растениями почвы невыщелоченный кальций повышает pH до 8,5, а при добавлении обменного натрия pH почвы может достигать 10. При pH выше 9 замедляется рост. Высокий pH приводит к низкой подвижности питательных микроэлементов, но водорастворимые хелаты эти питательных веществ скорректировать дефицит. Натрий может быть уменьшен добавлением гипса (сульфата кальция), поскольку кальций прилипает к глине более плотно, чем натрий, вызывая попадание натрия в водный раствор почвы, где он может быть вымыт большим количеством воды..

Процент насыщения основания

Существуют кислотообразующие катионы (например, водород, алюминий, железо) и есть катионы, образующие основание (например, кальций, магний, натрий). Доля отрицательно заряженных участков обмена почвенного коллоида (CEC ), которые заняты катионами, образующими основания, называется насыщением основания. Если ЕКО почвы составляет 20 мэкв, а 5 мэкв - это катионы алюминия и водорода (образующие кислоту), оставшиеся позиции на коллоидах (20-5 = 15 мэкв) используются занятыми катионами, образующими основание, так что насыщение основанием составляет 15/20 x 100% = 75% (обязательны, что дополнительные 25% образуют кислотные катионы или протоны ). Насыщение почти прямо пропорционально pH. Его можно использовать для расчета количества извести, необходимого для нейтрализации кислой почвы (в извести). Количество извести, необходимое для нейтрализации почвы, должно соответствовать количеству кислоту, прежде всего на коллоидах (обменная кислотность), а не только в растворе почвенной воды (свободная кислотность). Добавление достаточного количества извести для нейтрализации водного раствора почвы будет недостаточным для изменения pH, поскольку образующие кислоту катионы, хранящиеся в почвенных коллоидах, стремятся восстанавливать исходное состояние pH, поскольку они отталкиваются от этих коллоидов кальцием добавленного

Буферизация

Устойчивость почвы к изменению pH в результате добавления кислоты или основного вещества буферной способности почвы (для определенного типа почвы) увеличивает по мере увеличения CEC. Следовательно, чистый песок почти не имеет буферной способности, в то время как почвы с высоким содержанием коллоидов (минеральных или органических) обладают высокой буферной способностью. Буферизация происходит за счет катионного обмена и нейтрализации. Однако коллоиды - не единственные регуляторы pH почвы. Следует также подчеркнуть роль карбонатов. В более общем смысле, в соответствии с уровнями pH несколько буферных систем имеют приоритет друг над другом, от карбоната кальция диапазона буфера до диапазона буфера железа.

Добавление небольшого количества Количество высокоосновного водного аммиака в почве заставит аммоний вытеснить ионы водорода из коллоидов, и конечным продуктом будет вода и коллоидно фиксированный аммоний, но небольшое постоянное изменение общего pH почвы.

Добавление небольшого количества извести, Ca (OH) 2, будет вытеснять ионы водорода из коллоидов почвы, вызывая фиксацию кальция в коллоидах и выделение CO 2 и воды с небольшим постоянным изменением pH почвы.

Выше приведены примеры буферизации pH почвы. Общий принцип заключается в том, что увеличение содержания определенного катиона в почвенном водном растворе приведет к закреплению этого катиона в коллоидах (забуференному), а уменьшение в растворе этого катиона приведет к его удалению из коллоида и перемещению в раствор ( в буфере). Степень буферности часто связана с CEC почвы; чем больше CEC, тем больше буферная способность почвы.

Питательные вещества

Питательные вещества для растений, их химические символы и ионные формы, распространенные в почвах и доступные для поглощения растениями
ЭлементСимволИон или молекула
УглеродCCO2(в основном через листья)
ВодородHH, HOH (вода)
КислородOO, OH, CO 3, SO 4, CO 2
ФосфорPH2PO4, HPO 4 (фосфаты)
КалийKK
АзотNNH4, NO 3 (аммоний, нитрат)
СераSSO4
КальцийCaCa
ЖелезоFeFe, Fe (двухвалентное, трехвалентное)
МагнийMgMg
БорBH3BO3, H 2BO3, B (OH) 4
МарганецMnMn
МедьCuCu
ЦинкZnZn
МолибденMoMoO 4 (молибдат)
ХлорClCl (хлорид)

Семнадцать элементов или питательных веществ необходимы для роста и размножения растений. Это углерод (C), водород (H), кислород (O), азот (N), фосфор. (P), калий (K), сера (S), кальций (Ca), магний (Mg), железо (Fe), бор (B), марганец (Mn), медь (Cu), цинк (Zn), молибден (Mo), никель (Ni) и хлор (Cl). Питательные вещества, необходимые для завершения жизненного цикла растений, считаются незаменимыми питательными веществами. Питательные вещества, которые усиливают рост растений, но не являются необходимыми для завершения жизненного цикла растения, считаются несущественными. За исключением углерода, водорода и кислорода, которые поставляются углекислым газом и водой, и азота, обеспечиваемого посредством азотфиксации, питательные вещества исходно происходят из минерального компонента почвы. Закон минимума выражает то, что когда доступная форма питательного вещества не находится в достаточном количестве в почвенном растворе, тогда другие питательные вещества не могут быть поглощены растением с оптимальной скоростью. Таким образом, определенное соотношение питательных веществ в почвенном растворе является обязательным для оптимизации роста растений, значение, которое может отличаться от соотношений питательных веществ, рассчитанных на основе состава растения.

Поглощение питательных веществ растением может происходить только тогда, когда они присутствуют в растении - доступная форма. В большинстве случаев питательные вещества абсорбируются в ионной форме из почвенной воды (или вместе с ней). Хотя минералы являются источником большинства питательных веществ, и основная масса большинства питательных элементов в почве содержится в кристаллической форме в составе первичных и вторичных минералов, они выветриваются слишком медленно, чтобы поддерживать быстрый рост растений. Например, внесение в почву тонкоизмельченных минералов, полевого шпата и апатита, редко обеспечивает необходимое количество калия и фосфора со скоростью, достаточной для хорошего роста растений, поскольку большая часть питательные вещества остаются связанными в кристаллах этих минералов.

Питательные вещества, адсорбированные на поверхности коллоидов глины и органическое вещество почвы, обеспечивают более доступный резервуар многих питательных веществ для растений (например, K, Ca, Mg, P, Zn). По мере того, как растения поглощают питательные вещества из почвенной воды, запас растворимых веществ пополняется из поверхностного бассейна. Разложение почвенного органического вещества микроорганизмами - еще один механизм, посредством которого пополняется запас растворимых питательных веществ - это важно для доставки доступных для растений азота, серы, фосфора и витамина B из почвы.

грамм на грамм, способность гумуса удерживать питательные вещества и воду намного выше, чем у глинистых минералов, большая часть почвенной катионообменной способности возникает из заряженных карбоксильные группы в органическом веществе. Однако, несмотря на большую способность гумуса удерживать воду после замачивания, его высокая гидрофобность снижает его смачиваемость. В целом, небольшое количество гумуса может значительно увеличить способность почвы способствовать росту растений.

Органическое вещество почвы

Органическое вещество почвы состоит из органических соединений и включает растительный, животный и микробный материал, как живой, так и мертвый. Типичная почва имеет состав биомассы из 70% микроорганизмов, 22% макрофауны и 8% корней. Живой компонент акра почвы может включать 900 фунтов дождевых червей, 2400 фунтов грибов, 1500 фунтов бактерий, 133 фунта простейших и 890 фунтов членистоногих и водорослей.

Несколько процентов органических почв. вещество с малым временем пребывания состоит из микробной биомассы и метаболитов бактерий, плесени и актиномицетов, которые разрушают мертвое органическое вещество. Если бы не действие этих микроорганизмов, вся часть углекислого газа в атмосфере была бы поглощена как органическое вещество в почве. Однако в то же время почвенные микробы вносят вклад в связывание углерода в верхнем слое почвы за счет образования стабильного гумуса. С целью секвестрации большего количества углерода в почве для смягчения парникового эффекта в долгосрочной перспективе было бы более эффективно стимулировать гумификацию, чем уменьшать разложение подстилки .

Основная часть органического вещества почвы представляет собой сложный комплекс небольших органических молекул, вместе называемых гумусом или гуминовыми веществами. Использование этих терминов, которые не основываются на четкой химической классификации, было сочтено устаревшим. Другие исследования показали, что классическое понятие молекулы неудобно для гумуса, который избежал большинства попыток, предпринятых более двух столетий, чтобы разделить его на отдельные компоненты, но все же химически отличается от полисахаридов, лигнинов и белков.

Большинство живых существ. Вещи в почве, включая растения, животных, бактерии и грибы, зависят от органических веществ для получения питательных веществ и / или энергии. В почвах есть органические соединения с разнойстепенью разложения, скорость которой зависит от температуры, влажности почвы и аэрации. Бактерии и грибы питаются необработанным органическим веществом, которым питаются простейшие, которые, в свою очередь, питаются нематодами, кольчатыми червями и членистоногими., которые сами могут потреблять и преобразовывать сырые или гумифицированные органические вещества. Это было названо почвенной пищевой цепью, через которую перерабатывается все органическое вещество, как в пищеварительной системе. Органические вещества удерживают почву открытой, позволяя проникать воздуху и воде, и могут удерживать в воде вдвое больше своего веса. Многие почвы, включая пустынные и каменисто-гравийные, практически не содержат органических веществ. Почвы, состоящие исключительно из органического вещества, такие как торф (гистозоли ), бесплодны. На самой ранней стадии разложения исходный органический материал часто называют неочищенным органическим веществом. Заключительная стадия разложения называется гумус.

. На пастбищах большая часть органического вещества, добавляемого в почву, поступает из глубокой, волокнистой корневой системы травы. Напротив, листья деревьев, падающие на лесную подстилку, являются основным источником органических веществ почвы в лесу. Еще одно отличие состоит в частом возникновении на пастбищах пожаров, которые уничтожают большое количество надземного материала, но стимулируют еще больший вклад корней. Кроме того, гораздо более высокая кислотность под любыми лесами подавляет действие определенных почвенных организмов, которые в противном случае смешали бы большую часть поверхностного мусора с минеральной почвой. В результате почвы под лугами обычно образуют более толстый горизонт A с более глубоким распределением органического вещества, чем в сопоставимых почвах под лесами, которые обычно хранят большую часть своего органического вещества в лесной подстилке (O горизонт ) и тонкий горизонт A.

Гумус

Гумус относится к органическому веществу, которое было разложено почвенной микрофлорой и фауной до такой степени, что оно устойчиво к дальнейшему разрушению. Гумус обычно составляет всего пять процентов почвы или меньше по объему, но он является важным источником питательных веществ и добавляет важные структурные качества, имеющие решающее значение для здоровья почвы и роста растений. Гумус также питает членистоногих, термитов и дождевых червей, улучшая почву. Конечный продукт, гумус, взвешен в коллоидной форме в почвенном растворе и образует слабую кислоту, которая может разрушать силикатные минералы. Гумус обладает высокой способностью обмена катионов и анионов, которая в пересчете на сухой вес во много раз выше, чем у коллоидов глины. Он также действует как буфер, как глина, против изменений pH и влажности почвы.

Гуминовые кислоты и фульвокислоты, которые начинаются с неочищенного органического вещества, являются важными составляющими гумуса. После гибели растений, животных и микробов микробы начинают питаться остатками, производя внеклеточные ферменты, что в конечном итоге приводит к образованию гумуса. Когда остатки распадаются, только молекулы, состоящие из алифатических и ароматических углеводородов, собранные и стабилизированные кислородными и водородными связями, остаются в форме сложных молекулярных ансамблей, вместе называемых гумусом. Гумус никогда не бывает чистым в почве, потому что он вступает в реакцию с металлами и глинами с образованием комплексов, которые в дальнейшем вносят вклад в его стабильность и структуру почвы. Хотя структура гумуса сама по себе содержит мало питательных веществ, за исключением составляющих металлов, таких как кальций, железо и алюминий, он способен притягивать и связывать слабыми связями питательные вещества катионов и анионов, которые в ответ могут высвобождаться в почвенный раствор. для избирательного поглощения корнями и изменения pH почвы, процесса первостепенной важности для поддержания плодородия тропических почв.

Лигнин устойчив к разрушению и накапливается в почве. Он также вступает в реакцию с белками, что дополнительно увеличивает его устойчивость к разложению, в том числе ферментативному разложению микробами. Жиры и воски растительного происхождения обладают еще большей устойчивостью к разложению и сохраняются в почве в течение тысяч лет, отсюда их использование в качестве индикаторов прошлой растительности в погребенных слоях почвы. Глинистые почвы часто имеют более высокое содержание органических веществ, которые сохраняются дольше, чем почвы без глины, поскольку органические молекулы прикрепляются к глине и стабилизируются ею. Белки обычно легко разлагаются, за исключением склеропротеинов, но когда они связаны с частицами глины, они становятся более устойчивыми к разложению. Что касается других белков, частицы глины поглощают ферменты, выделяемые микробами, снижая активность фермента, одновременно защищая внеклеточные ферменты от разложения. Добавление органического вещества в глинистую почву может сделать это органическое вещество и любые добавленные питательные вещества недоступными для растений и микробов в течение многих лет, в то время как исследование показало повышение плодородия почвы после добавления зрелого компоста в глинистую почву. Высокое содержание танина в почве может привести к секвестрированию азота в виде устойчивых комплексов танин-белок.

Образование гумуса - это процесс, зависящий от количества ежегодно добавляемого растительного материала и типа базовой почвы. Оба зависят от климата и вида присутствующих организмов. Почвы с гумусом могут различаться по содержанию азота, но обычно содержат от 3 до 6 процентов азота. Необработанное органическое вещество как резерв азота и фосфора является жизненно важным компонентом, влияющим на плодородие почвы . Гумус также поглощает воду и расширяется и сжимается между сухим и влажным состояниями в большей степени, чем глина, увеличивая пористость почвы. Гумус менее стабилен, чем минеральные составляющие почвы, так как он уменьшается за счет микробного разложения, и со временем его концентрация уменьшается без добавления нового органического вещества. Однако гумус в его наиболее устойчивых формах может сохраняться веками, если не тысячелетиями. Древесный уголь является источником высокостабильного гумуса, называемого черным углеродом, который традиционно использовался для повышения плодородия. бедных питательными веществами тропических почв. Эта очень древняя практика, подтвержденная в генезисе темных земель Амазонки, была возобновлена ​​и стала популярной под названием biochar. Было высказано предположение, что биочар может быть использован для секвестрации большего количества углерода в борьбе с парниковым эффектом.

Климатологическим влиянием

Производство, накопление и разложение органических веществ сильно зависит от климата. Температура, влажность почвы и топография являются основными факторами, влияющими на накопление органических веществ в почвах. Органические вещества имеют тенденцию накапливаться во влажных или холодных условиях, когда активности разлагателя препятствует низкая температура или избыток влаги, что приводит к анаэробным условиям. И наоборот, чрезмерные дожди и высокие температуры тропического климата способствуют быстрому разложению органических веществ и вымыванию питательных веществ для растений. Лесные экосистемы на этих почвах полагаются на эффективную переработку питательных веществ и растительных веществ живыми растениями и микробной биомассой для поддержания своей продуктивности, а этот процесс нарушается в результате деятельности человека. Чрезмерный уклон, особенно при культивации в интересах сельского хозяйства, может способствовать эрозии верхнего слоя почвы, который содержит большую часть необработанного органического материала, который в противном случае со временем превратился бы в гумус.

Растительные остатки

Типичные типы и процентное содержание компонентов растительных остатков

Целлюлоза (45%) Лигнин (20%) Гемицеллюлоза (18%) Белок (8%) Сахар и крахмал (5 %) Жиры и воски (2%)

Целлюлоза и гемицеллюлоза быстро разлагается грибами и бактериями с периодом полураспада 12–18 дней в умеренном климате. Грибы бурой гнили могут разлагать целлюлозу и гемицеллюлозу, оставляя лигнин и фенольные соединения. Крахмал, который представляет собой систему накопления энергии для растений, быстро разлагается бактериями и грибами. Лигнин состоит из полимеров, состоящих из 500-600 единиц сильно разветвленной аморфной структурой, связанной с целлюлозой, гемицеллюлозой и пектином в стенках растительных клеток. Лигнин очень медленно разлагается, главным образом, грибами белой гнили и актиномицетами ; его период полураспада в умеренных условиях составляет около шести месяцев.

Горизонты

Горизонтальный слой почвы, физические характеристики, состав и возраст которого отличаются от тех, что расположены выше и ниже. как горизонт почвы. Название горизонта основывается на типе материала, из которого он состоит. Эти материалы отражают продолжительность конкретных процессов почвообразования. Они маркируются с использованием сокращенного обозначения букв и цифр, которые описывают горизонт с точки зрения его цвета, размера, текстуры, структуры, плотности, количества корней, pH, пустот, характеристик границ и наличия конкреций или конкреций. Ни один почвенный профиль не имеет всех основных горизонтов. Некоторые из них, называемые энтисолами, могут иметь только один горизонт или в настоящее время считаются не имеющими горизонта, в частности зарождающиеся почвы из невосстановленных горных отходов месторождений, морен, вулканические конусы песчаные дюны или аллювиальные террасы. Верхние горизонты почвы могут отсутствовать в усеченных почвах из-за ветровой или водной абляции с сопутствующим заглублением горизонтов почвы вниз по склону, естественным процессом, усугубляемым сельскохозяйственными методами, такими как обработка почвы. Рост деревьев является еще одним источником беспокойства, создавая микромасштабную неоднородность, которая все еще видна в горизонтах почвы после гибели деревьев. Переходя от горизонта к другому, от верха к низу почвенного профиля, мы возвращаемся во времени, с прошлыми событиями, зарегистрированными в горизонтах почвы, как в слоях осадка. Отбор проб пыльцы, раковинных амеб и растительных остатков в горизонтах почвы может помочь выявить изменения окружающей среды (например, изменение климата, изменение землепользования ), которые произошли в ходе почвообразование. Горизонты почвы можно датировать несколькими методами, такими как радиоуглерод, с использованием кусков древесного угля при условии, что они имеют достаточный размер, чтобы избежать педотурбации, вызванной деятельностью дождевых червей и другими механическими воздействиями.. Горизонты ископаемых почв из палеопочв можно найти в осадочных породах, что позволяет изучать окружающую среду прошлого.

Воздействие на материнский материал благоприятных условий приводит к образованию минеральных почв, которые мало пригодны для роста растений, как в случае эродированных почв. Рост растительности приводит к образованию органических остатков, которые падают на землю в качестве подстилки для надземных частей растений (опавшие листья) или образуются непосредственно под землей для подземных органов растений (корневой опад), а затем выделяют растворенное органическое вещество. Оставшийся поверхностный органический слой, называемый горизонтом O, создает более активную почву из-за воздействия организмов, которые живут в нем. Организмы колонизируют и разрушают органические материалы, делая доступными питательные вещества, на которых могут жить другие растения и животные. По прошествии достаточного времени гумус перемещается вниз и откладывается в характерном органо-минеральном поверхностном слое, называемом горизонт A, в котором органическое вещество смешивается с минеральным веществом в результате деятельности роющих животных., процесс, называемый педотурбацией. Этот естественный процесс не завершается при наличии условий, вредных для жизни почвы, таких как сильная кислотность, холодный климат или загрязнение, обусловленных накоплением неразложившегося органического вещества в пределах единого органического горизонта, лежащего над минеральной почвой, и сочетанием гумифицированных органическое вещество и минеральные частицы без тщательного перемешивания в нижележащих минеральных горизонтах.

Классификация

Почва классифицируется по категориям, чтобы понять взаимосвязь между различными почвами и определить пригодность почвы в конкретном регионе. Одна из первых систем классификации была разработана русским ученым Василием Докучаевым около 1880 года. Она несколько раз изменялась американскими и европейскими исследователями и превратилась в систему, широко использовавшуюся до 1960-х годов. Это было основано на идее, что почвы имеют особую морфологию, основанную на материалах и факторах, которые их формируют. В 1960-х годах начала появляться другая система классификации, которая фокусировалась на морфологии почвы, а не на исходных материалах и почвообразующем факте ор. С тех пор он претерпел дальнейшие модификации. Всемирная справочная база почвенных ресурсов (WRB) направлена ​​на создание международной справочной базы для классификации почв.

Использование

Почва используется в сельском хозяйстве, где она служит якорем и основной питательной базой для растений. Типы почвы и доступная влажность определяют виды растений, которые можно выращивать. Сельскохозяйственное почвоведение было исконной областью почвоведения задолго до появления почвоведения в XIX веке. Однако, какали аэропорт, аквапоника и гидропоника, почтовый материал не является абсолютно необходимым для сельского хозяйства, и беспочвенные системы земледелия были заявлены как будущее сельское хозяйство для бесконечно растущего человечества.

Почвенный материал также является важным компонентом горнодобывающей, строительной и ландшафтной отрасли. Почва служит фундаментом для международных строительных проектов. Перемещение больших размеров грунта может быть связано с горными работами, дорожным строительством и строительством плотины. Укрытие от земли - это архитектурная практика использования грунта для создания внешней Тепловой массы у стен здания. Многие строительные материалы имеют почвенную основу. Потеря почвы в результате урбанизации растет быстрыми темпами во многих областях и может иметь решающее значение для поддержания натурального сельского хозяйства.

Ресурсы почвы имеют решающее значение для окружающей среды, а также для производства продуктов питания и волокна, производя 98,8% пища, потребляемой людьми. Почва обеспечивает растения минералами и водой в соответствии с процессами растений, участвующих в питании. Почва поглощает дождевую воду и выпускает ее позже, предотвращает наводнения и засуху. Регулирование паводков является одной из основных экосистемных услуг, защищаемых почвой. Почва очищает воду, просачиваясь через нее. Почва является средой обитания многих организмов: большая часть известного и неизвестного биоразнообразия находится в почве в виде беспозвоночных (дождевых червей, мокрицы, многоножки, многоножки, улитки, слизни, клещи, коллембол, энхитреиды, нематоды, протисты ), бактерии, археи, грибы и водоросли ; и большинство организмов, живущих над землей, имеют часть своих (растений ) или проводят часть своего жизненного цикла (насекомые ) под землей. Надземное и подземное биоразнообразие взаимосвязано, поэтому защита почвы имеет первостепенное значение для любого плана восстановления или сохранения.

Биологический компонент почвы является важным поглотителем углерода, около 57% биотического содержания углерода. Даже в пустынях цианобактерии, лишайники и мхи образуют биологические почвенные корки, которые улавливают и улавливают большое количество углерода фотосинтез. Плохие методы ведения сельского хозяйства и выпаса скота приводят к снижению выбросов этого секвестрированного углерода в атмосфере. Восстановление почв в мире может компенсировать эффект увеличения выбросов парниковых газов и медленного глобального потепления, одновременно повышая урожайность сельскохозяйственных культур и сокращая потребности в воде.

Управление отходами часто оказывает влияние компонент почвы. Септические дренажные поля обрабатывают сточные воды септических резервуаров с использованием аэробных почвенных процессов. Внесение в землю сточных вод зависит от биологии почвы для аэробной обработки БПК. В качестве альтернативы Свалки используют почву для ежедневного укрытия, изолируя отложения отходов от атмосферы и предотвращая появление неприятных запахов. Компостирование в настоящее время широко используется для обработки твердых бытовых отходов с аэробной точки зрения и высушенных стоков отстойников. Хотя компост не является почвой, биологические процессы, которые происходят при разложении и гумификации органических веществ почвы.

макро почв, особенно торф, живописным топливом и садоводческим ресурсом. Торфяные почвы также обычно используются в сельскохозяйственных целях в северных странах, потому что участки торфяников после осушения обеспечивают плодородные почвы для производства продуктов питания. Однако обширные районы производства торфа, такие как богарные сфагновые болота, также называемые сплошные болота или верховые болота, в настоящее время защищены из- за их родовых интересов. Например, Flow Country, занимающая 4000 квадратных километров холмистых болот в Шотландии, теперь является кандидатом на включение в Список всемирного наследия. Считается, что в условиях современного глобального потепления торфяные почвы участвуют в самоусиливающемся (положительная обратная связь ) в процессе увеличения выбросов парниковых газов (метана и углекис газлый ) и повышенная температура, утверждение, которое все еще обсуждают, когда его заменяют в формате утверждения роста растений.

Геофагия - это практика употребления в пищу типов, похожих на почву. И животные, и люди иногда потребляют почву в лечебных, развлекательных или религиозных целях. Было показано, что некоторые обезьяны потребляют почву вместе со своей любимой пищей (дерево листва и плоды ), чтобы уменьшить танин токсичность.

Почвы фильтруют и очищают воду и воздействие на ее химический состав. Дождевая вода и объединенная вода из прудов, озер и рек просачиваются через горизонты почвы и верхние слои горных пород, становясь, таким образом, грунтовыми водами. Вредители (вирусы ) и загрязнители, такие как стойкие органическиезагрязнители (хлорированные пестициды, полихлорированные бифенилы ), масла (углеводороды ), тяжелые металлы (свинец, цинк, кадмий ) и избыточные питательные вещества (нитраты, сульфаты, фосфаты ) отфильтровываются почвой. Почвенные организмы метаболизируют их или иммобилизуют в свою биомассе и некромассе, тем самым превращая их в стабильный гумус. Физическая целостность почвы также используется для предотвращения оползней в пересеченных ландшафтах.

Деградация

Деградация земель относится к антропогенному или естественному процессу, который снижает способность земли функционировать. Деградация почвы включает закисление, загрязнение, опустынивание, эрозию или засоление.

закисление почвы полезно в случай щелочных почв, но он приводит к деградации земель, когда снижает урожайность, биологическую активность почвы и увеличивает уязвимость почвы к загрязнению и эрозии. Почвы изначально кислые и остаются такими, когда в их исходных материалах мало основных катионов (кальция, магния, калий и натрий ). На исходных материалах, более богатых атмосферными минералами, подкисление происходит, когда основные катионы выщелачиваются из профиля почвы в результате дождя или вывозятся при уборке лесных или сельскохозяйственных культур. Подкисление почвы ускоряется за счет использования кислотообразующих азотных удобрений и эффектов кислотного осаждения. Обезлесение - еще одна причина подкисления почвы, вызванной повышенным вымыванием питательных веществ из почвы крон деревьев.

Загрязнение почвы на низких уровнях часто находится в пределах способности почвы обрабатывать и ассимилировать отходы. Почвенная биота может обрабатывать отходы путем их преобразования, в основном за счет микробной ферментативной активности. Органическое вещество почвы и почвенные минералы могут адсорбировать отходы и снизить его токсичность, хотя в коллоидной форме они могут переносить адсорбированные загрязнители в подземную среду. Многие процессы обработки отходов на эту естественную способность к биоремедиации. Превышение мощности очистки может повредить почвенную биоту и ограничить функцию почвы. Заброшенные почвы используют там, где промышленное загрязнение окружающей среды или другая деятельность по повреждают почву до такой степени, что земля не может познакомиться с безопасностью или продуктивно. Восстановление заброшенной почвы использует принципы геологии, физики, химии и биологии для разложения, ослабления, изоляции или удаления загрязнителей почвы с целью восстановления функций и ценностей почвы. Методы включают выщелачивание, барботаж, почвенные кондиционеры, фиторемедиацию, биоремедиацию и контролируемое естественное ослабление ( MNA). Примером диффузного загрязнения загрязняющими веществами является накопление меди на виноградниках и садах, которые неоднократно применялись фунгициды, даже в органические земледелии.

Опустынивание

Опустынивание - экологический процесс деградации экосистемы в засушливых и полузасушливых регионах, часто вызываемый плохо адаптированной деятельностью человека, такой как чрезмерный выпас или чрезмерная заготовка дров. Распространено заблуждение, что засуха вызывает опустынивание. Засухи распространены на засушливых и полузасушливых землях. Хорошо управляемые земли могут оправиться от засухи, когда вернутся дожди. Управление почвой включает поддержание уровней питательных веществ в почве, уменьшение обработки почвы и покрытия покрытия. Эти методы контролируют период эрозию и контролируют производительность в условиях наличия влаги. Однако продолжающееся использование землей во время засух усиливает деградацию земель. Рост численности населения и животноводства на маргинальных землях ускоряет опустынивание. В настоящее время одними и теми же странами являются преставлениями в области распространения климата.

Контроль эрозии

Эрозия почвы вызывается водой, ветром, льдом и движением под действием силы тяжести. Одновременно может происходить более одного вида эрозии. Эрозия отличается от выветривания, поскольку эрозия также переносит эродированную почву от места ее происхождения (почва в пути может быть описана как осадок ). Эрозия - естественный естественный процесс, но во многих местах он значительно усиливается в результате деятельности человека, особенно плохого землепользования. К ним относится сельскохозяйственная деятельность, при которой почва остается обнаженной во время сильного дождя или сильного ветра, чрезмерный выпас, обезлесение и ненадлежащая строительная деятельность.. Улучшенное управление может ограничить эрозию. Применяемые методы сохранения почвы включают изменение землепользования (например, замену других подверженных эрозии сельскохозяйственных культур на траву или почвязывающих растений), изменения во время или тип сельскохозяйственных операций, терраса строительство, использование материалов для защиты от эрозии (включая покровные культуры и другие растения ), ограничение нарушений во время строительства, и предотвращение строительства в периоды, подверженные эрозии.

Серьезная и давняя проблема водной эрозии возникает в Китае, в среднем течении Хуанхэ и в верховьях реки Янцзы.. Из реки Хуанхэ ежегодно попадает более 1,6 миллиарда тонн наносов. Отложения возникают в основном в результате водной эрозии (овражной эрозии) в районе Лессового плато на северо-западе Китая.

Почвенные трубопроводы - это особая форма эрозии почвы, которая происходит под поверхностью почвы. Это вызывает разрушение дамбы и дамбы, а также образование провала воронки. Турбулентный поток удаляет почву, начиная с устья фильтрационного потока, и эрозия почвы продвигается вверх по градиенту. Термин «кипение песка» используется для описания внешнего вида выпускного конца грунтовой трубы.

Засоление почвы - это накопление свободных солей до такой степени, что это приводит к деградации сельскохозяйственной ценности почв и растительности. Последствия включения коррозионного повреждения, снижения роста растений, эрозии из-за потери растительного покрова и почвы, а также проблемы качества воды из-за отложений отложений. Засоление происходит в результате сочетания природных и антропогенных процессов. Засушливые условия способствуют накоплению солей. Это особенно заметно, когда почвенный исходный материал засоленный. Орошение засушливых земель особенно проблематично. Вся оросительная вода имеет уровень солености. Уровень грунтовых вод повышается, особенно когда оно связано с утечками из каналов и избыточным орошением на поле, часто повышает нижележащий . Быстрое засоление происходит, когда поверхность земли находится в пределах капиллярной каймы засоленных грунтовых вод. Контроль засоления почвы включает контроль уровня воды и промывку с более высокими уровнями поливной воды в сочетании с дренажем плитки или другой вид подземный дренаж.

Мелиорация

Почвы с высокими значениями показателей глин, таких как смектиты, часто очень плодородны. Например, богатые смектитом глины Центральных равнин Таиланда одними из самых продуктивных в мире.

многим фермерам в тропических регионах трудно удерживать органическое вещество в почве, на которой они работают. В последние годы, например, снизилась продуктивность низкоглинистых почв северного года Таиланда. Сначала фермеры отреагировали добавлением органических веществ из термитников, но в долгосрочной перспективе это было неустойчиво. Ученые экспериментировали с добавлением в почву бентонита, одной из смектитовых глин. В полевых испытаниях, проведенных учеными из Международного института управления водными ресурсами в сотрудничестве с Университетом Кхон Каен и местными фермерами, это помогло сохранить воду и питательные вещества. Дополнение обычной практики фермера однократным внесением 200 кг бентонита на рай (6,26 рая = 1 га) привело к увеличению урожайности на 73%. Дополнительные исследования показали, что применение бентонита на деградированных песчаных почвах снижает риск неурожая в засушливые годы.

В 2008 году, через три года после первоначальных испытаний, ученые IWMI провели опрос среди 250 фермеров на северо-востоке Таиланда, половина из которых применяла бентонит на своих полях. Среднее улучшение для тех, кто использовал добавку глины, было на 18% выше, чем для пользователей, не использующих глину. Использование глины позволило некоторым фермерам переключиться на выращивание овощей, которым нужна более плодородная почва. Это помогло увеличить их доход. По оценкам исследователей, 200 фермеров на северо-востоке Таиланда и 400 фермеров в Камбодже переняли использование глины, и что еще 20 000 фермеров познакомились с новой техникой.

Если почва слишком высока в глине, добавляется гипс., мытый речной песок и органика уравновесят состав. Добавление органических веществ (например, колотая древесина ) в почву, обедненную питательными веществами и слишком много песка, повысит ее качество.

История исследований

История изучения почвы тесно связана с острой необходимостью людей обеспечивать себя пищей и фуражом для своих животных. На протяжении всей истории цивилизации процветали или приходили в упадок в зависимости от доступности и продуктивности их почв.

Исследования плодородия почв

Греческий историк Ксенофонт (450–355) До н.э.) считается первым, кто разъяснил достоинства зеленых удобрений: «Но тогда все сорняки на земле, превращаясь в землю, обогащают ее так же, как навоз».

Колумелла «Животноводство» около 60 г. н.э. выступало за использование извести и за то, что клевер и люцерна (сидераты ) должны быть переработаны и использовались на 15 поколений (450 лет) под Римской империей до ее краха. С падения Рима до Французской революции знания о почве и сельском хозяйстве передавались от родителей к детям, и в результате урожайность была низкой. В течение европейского средневековья, справочник Яхья ибн аль-'Авама, делавший упор на ирригацию, руководил людьми Северной Африки, Испании и Ближнего Востока; перевод этой работы был наконец осуществлен на юго-запад Соединенных Штатов, когда находился под испанским влиянием. Оливье де Серрес, считающийся отцом французской агрономии, был первым, кто предположил отказ от залежи и его замена на сено луга в рамках севооборотов, и он подчеркнул важность почвы (французский терруар ) в управление виноградниками. Его знаменитая книга Le Théâtre d'Agriculture et mesnage des champs способствовала подъему современного устойчивого сельского хозяйства и краху старых сельскохозяйственных методов, таких как улучшение почвы (улучшение) сельскохозяйственных культур. за счет подъема лесной подстилки и уборки, которые разрушили почвы Западной Европы в Средние века и даже позже, по регионам.

Эксперименты по выяснению того, что именно заставляло растения расти первыми, привели к идее, что зола, оставшаяся при сжигании растительного материала, была важным элементом, но упускали из виду роль азота, который не остается на земле после сжигания, - мнение, которое преобладало до 19-го века. век. Примерно в 1635 году фламандский химик Ян Баптист ван Гельмонт решил, что доказал, что вода является важным элементом в своем знаменитом пятилетнем эксперименте с ивой, выращенной только с добавлением дождевой воды. Его заключение было основано на том факте, что увеличение веса растения, по-видимому, было произведено только за счет добавления воды без уменьшения веса почвы. Джон Вудворд (ум. 1728) экспериментировал с различными типами растений. вода варьировалась от чистой до мутной, и нашел мутную воду лучшей, и поэтому он пришел к выводу, что земное вещество было существенным элементом. Другие пришли к выводу, что это гумус, содержащийся в почве, передает некоторую сущность растущим растениям. Третьи считали, что принцип жизненного роста - это что-то, переданное от мертвых растений или животных новым растениям. В начале 18 века Джетро Талл продемонстрировал, что обрабатывать (перемешивать) почву полезно, но его мнение о том, что перемешивание делает мелкие части почвы доступными для поглощения растениями, было ошибочным.

По мере развития химии ее применяли для исследования плодородия почвы. Французский химик Антуан Лавуазье показал примерно в 1778 году, что растения и животные должны [сжигать] кислород внутри, чтобы жить, и смог сделать вывод, что большая часть 165-фунтового веса ван Гельмонта ' ива, полученная из воздуха. Именно французский земледелец Жан-Батист Буссинго с помощью экспериментов получил доказательства, показывающие, что основными источниками углерода, водорода и кислорода для растений являются воздух и вода, а азот - из почвы. Юстус фон Либих в своей книге «Органическая химия в ее применении к сельскому хозяйству и физиологии» (опубликована в 1840 г.) утверждал, что химические вещества в растениях должны поступать из почвы и воздуха и что для поддержания плодородия почвы использованные минералы должны заменяться. Тем не менее Либих полагал, что азот подавался из воздуха. Обогащение почвы гуано инками было открыто в 1802 году Александром фон Гумбольдтом. Это привело к его добыче и добыче чилийского нитрата, а также к его внесению в почву в Соединенных Штатах и ​​Европе после 1840 года.

Работа Либиха произвела революцию в сельском хозяйстве, и другие исследователи начали эксперименты на ее основе.. В Англии Джон Беннет Лоз и Джозеф Генри Гилберт работали на экспериментальной станции Ротамстед, основанной первым, и (повторно) обнаружили, что растения забирают азот из почва, и соли должны быть в доступном состоянии для усвоения растениями. В их исследованиях также был получен "суперфосфат ", состоящий в кислотной обработке фосфоритной руды. Это привело к изобретению и использованию солей калия (K) и азота (N) в качестве удобрений. Аммиак, образовавшийся при производстве кокса, рекуперировали и использовали в качестве удобрения. Наконец, была изучена химическая основа питательных веществ, доставляемых в почву в виде навоза, и в середине 19 века были применены химические удобрения. Однако динамическое взаимодействие почвы и ее жизненных форм все еще ждало открытия.

В 1856 году Дж. Томас Уэй обнаружил, что аммиак, содержащийся в удобрениях, превращается в нитраты, а двадцать лет спустя Роберт Уорингтон доказал, что это преобразование осуществлялось живыми организмами. В 1890 году Сергей Виноградский объявил, что обнаружил бактерии, ответственные за это преобразование.

Было известно, что некоторые бобовые могут поглощать азот из воздуха и связывать его с почвы, но развитие бактериологии привело к пониманию роли бактерий в азотфиксации. Симбиоз бактерий и корней зернобобовых культур и фиксация азота бактериями были одновременно открыты немецким агрономом Германом Хеллригелем и голландским микробиологом Мартинусом Бейеринком.

Севооборотом, механизация, химические и натуральные удобрения привели к удвоению урожайности пшеницы в Западной Европе между 1800 и 1900 годами.

Исследования почвообразования

Ученые, изучавшие почву в связи с сельскохозяйственной практикой, приняли во внимание это в основном как статический субстрат. Однако почва - это результат эволюции более древних геологических материалов под действием биотических и абиотических (не связанных с жизнью) процессов. После того, как начались исследования по улучшению почвы, другие исследователи начали изучать генезис почвы и, как следствие, типы и классификации почв.

В 1860 году в Миссисипи Юджин У. Хилгард (1833-1916) изучал взаимосвязь между горным материалом, климатом, растительностью и типом создаваемых почв. Он понял, что почвы динамические, и рассмотрел классификацию типов почв. К сожалению, его работа не была продолжена. Примерно в то же время Фридрих Альберт Фаллоу описывал профили почвы и связывал характеристики почвы с их формированием в рамках своей профессиональной работы по оценке лесов и сельскохозяйственных угодий в княжестве Саксония. Его книга 1857 года Anfangsgründe der Bodenkunde (Первые принципы почвоведения) установила современное почвоведение. Современник работ Фаллоу и движимый той же потребностью точно оценить землю для целей справедливого налогообложения, Василий Докучаев возглавил команду почвоведов в России, которые провели обширное исследование почв, наблюдая, что основные породы, климат и типы растительности приводят к сходным слоям и типам почв и устанавливают концепции для классификации почв. Из-за языковых барьеров работа этой группы не была доведена до Западной Европы до 1914 года через публикацию на немецком языке Константина Глинки, члена российской группы.

Кертис Ф. Марбут под влиянием работы российской команды перевел публикацию Глинки на английский язык, и, поскольку он был назначен ответственным за Национальное совместное обследование почв США, применил его к национальной системе классификации почв.

См. Также

Викискладе есть материалы, связанные с почвами.
Викицитатная цитата имеет цитаты, связанные с: почвой

Ссылки

Библиография

Дополнительная литература

Внешние ссылки

Викиверситет имеет учебные ресурсы es about Почвообразование
В Wikibook Историческая геология есть страница по теме: Почвы и палеопочвы

Последняя правка сделана 2021-06-08 08:32:44
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте