Дыхание почвы

редактировать

Дыхание почвы относится к производству углекислого газа при почвенных организмах дышать. Это включает дыхание корней растений, ризосферы, микробов и фауны.

Дыхание почвы - ключевой процесс экосистемы который высвобождает углерод из почвы в форме CO 2. CO 2 попадает в растения из атмосферы и превращается в органические соединения в процессе фотосинтеза. Растения используют эти органические соединения для создания структурных компонентов или вдыхают их для высвобождения энергии. Когда дыхание растений происходит под землей в корнях, это усиливает дыхание почвы. Со временем структурные компоненты растений потребляются гетеротрофами. Это гетеротрофное потребление высвобождает CO 2, и когда этот CO 2 выделяется подземными организмами, это считается дыханием почвы.

Интенсивность дыхания почвы в экосистеме контролируется несколькими факторами. температура, влажность, содержание питательных веществ и уровень кислорода в почве могут приводить к чрезвычайно разным скоростям дыхания. Эту частоту дыхания можно измерить разными методами. Другие методы могут использоваться для разделения компонентов источника, в данном случае типа фотосинтетического пути (C3 /C4 ), структур дышащих растений.

На скорость дыхания почвы может во многом влиять деятельность человека. Это связано с тем, что люди обладают способностью изменять различные контролирующие факторы дыхания почвы и меняют их в течение многих лет. Глобальное изменение климата складывается из множества изменяющихся факторов, включая повышение содержания CO 2 в атмосфере, повышение температуры и смещение осадков. Все эти факторы могут влиять на скорость глобального дыхания почвы. Повышенное азотом удобрение людьми также может влиять на скорость дыхания планеты.

в почве, и его скорость в экосистемах чрезвычайно важна для понимания. Это связано с тем, что дыхание почвы играет большую роль в глобальном круговороте углерода, а также в других круговоротах питательных веществ. Дыхание структур растений высвобождает не только CO 2, но и другие питательные вещества в этих структурах, такие как азот. Дыхание почвы также связано с положительной обратной связью с глобальным изменением климата. Положительная обратная связь - это когда изменение в системе вызывает реакцию в том же направлении, что и изменение. Следовательно, на скорость дыхания почвы может повлиять изменение климата, а затем отреагировать на это изменение климата.

Содержание

  • 1 Источники углекислого газа в почве
    • 1,1 Цикл трикарбоновой кислоты (TCA)
    • 1,2 Ферментация
    • 1,3 Дыхание корней
    • 1,4 Дыхание ризосферы
    • 1,5 Почвенные животные
  • 2 Регулирование дыхания почвы
    • 2.1 Температура
    • 2.2 Влажность почвы
    • 2.3 Азот
  • 3 Методы измерения
    • 3.1 Долгосрочные автономные системы измерения потоков почвы для измерения в одном месте с течением времени
    • 3.2 Типы долгосрочных автономных приборов
      • 3.2.1 Замкнутые нестационарные системы
      • 3.2.2 Открытые стационарные системы
      • 3.2.3 Гибридные режимные системы
    • 3.3 Исследование системы почвенного дыхания - для тестирования изменения дыхания CO 2 в разных местах и ​​в разное время
    • 3.4 Изотопные методы
  • 4 Реакция на вмешательство человека
    • 4.1 Повышенное содержание углекислого газа
    • 4.2 Потепление климата
    • 4.3 Изменения количества осадков
    • 4.4 Азотные удобрения
  • 5 Важность
    • 5.1 Глобальный круговорот углерода
    • 5.2 Круговорот питательных веществ
    • 5.3 Изменение климата
  • 6 Резюме
  • 7 Ссылки
  • 8 Внешние ссылки

Источники углекислого газа в почве

Портативная система дыхания почвы, измеряющая почвенный CO 2 поток

Все клеточное дыхание выделяет энергию, воду и CO 2 из органических соединений. Любое дыхание, которое происходит под землей, считается дыханием почвы. Дыхание корнями растений, бактериями, грибами и почвенными животными - все это выделяет CO 2 в почву, как описано ниже.

Цикл трикарбоновой кислоты (TCA)

Цикл трикарбоновой кислоты (TCA) - или цикл лимонной кислоты - является важным этапом в клеточном дыхании. В цикле TCA, шестиуглеродный сахар окисляется. Это окисление дает CO 2 и H 2 O из сахара. Растения, грибы, животные и бактерии - все используют этот цикл для преобразования органических соединений в энергию. Так происходит дыхание почвы на самом базовом уровне. Поскольку процесс зависит от кислорода, это называется аэробным дыханием.

Ферментация

Ферментация - это еще один процесс, в котором клетки получают энергию из органических соединений. В этом метаболическом пути энергия извлекается из углеродного соединения без использования кислорода. Продуктами этой реакции являются диоксид углерода и обычно либо этиловый спирт, либо молочная кислота. Из-за недостатка кислорода этот путь описывается как анаэробное дыхание. Это важный источник CO 2 для дыхания почвы в заболоченных экосистемах, где не хватает кислорода, как в торфяных болотах и заболоченных землях. Однако большая часть CO 2, высвобождаемого из почвы, происходит посредством дыхания, и один из наиболее важных аспектов подземного дыхания происходит в корнях растений.

Дыхание корней

Растения вдыхают некоторые углеродные соединения, образовавшиеся в результате фотосинтеза. Когда это дыхание происходит в корнях, оно усиливает дыхание почвы. Дыхание корней составляет примерно половину всего дыхания почвы. Однако эти значения могут варьироваться от 10 до 90% в зависимости от доминирующих типов растений в экосистеме и условий, которым подвергаются растения. Таким образом, количество CO 2, продуцируемого в результате дыхания корней, определяется биомассой корня и удельной скоростью дыхания корня. Непосредственно рядом с корнем находится область, известная как ризосфера, которая также играет важную роль в дыхании почвы.

Дыхание ризосферы

ризосфера - это зона, непосредственно примыкающая к поверхности корня с соседней почвой. В этой зоне происходит тесное взаимодействие между растением и микроорганизмами. Корни непрерывно выделяют в почву вещества или экссудаты. Эти экссудаты включают сахара, аминокислоты, витамины, длинноцепочечные углеводы, ферменты и лизаты, которые выделяются когда клетки корней ломаются. Количество углерода, теряемого в виде экссудатов, значительно варьируется между видами растений. Было продемонстрировано, что до 20% углерода, полученного в результате фотосинтеза, попадает в почву в виде корневых экссудатов. Эти экссудаты разлагаются преимущественно бактериями. Эти бактерии будут вдыхать углеродные соединения в течение цикла TCA; однако также присутствует ферментация. Это связано с недостатком кислорода из-за большего потребления кислорода корнем по сравнению с сыпучей почвой, почвой на большем расстоянии от корня. Другой важный организм в ризосфере - корневые грибы или микоризы. Эти грибы увеличивают площадь поверхности корня растения и позволяют корню встречать и получать большее количество питательных веществ почвы, необходимых для роста растений. В обмен на эту пользу растение будет передавать грибам сахар. Грибы будут вдыхать эти сахара для получения энергии, тем самым увеличивая дыхание почвы. Грибы, наряду с бактериями и почвенными животными, также играют большую роль в разложении подстилки и органических веществ почвы.

Почвенные животные

Почвенные животные пасутся на популяциях бактерий и грибки, а также заглатывают и разбивают мусор, чтобы увеличить дыхание почвы. Микрофауна состоит из мельчайших почвенных животных. К ним относятся нематоды и клещи. Эта группа специализируется на почвенных бактериях и грибах. Поглощая эти организмы, углерод, который изначально был в органических соединениях растений и был включен в бактериальные и грибковые структуры, теперь будет вдыхаться почвенными животными. Мезофауна - это почвенные животные длиной от 0,1 до 2 миллиметров (от 0,0039 до 0,0787 дюйма), которые поглощают почвенный мусор. Материал фекалий будет удерживать большее количество влаги и иметь большую площадь поверхности. Это приведет к новой атаке микроорганизмов и большему дыханию почвы. Макрофауна - это организмы размером от 2 до 20 миллиметров (0,079-0,787 дюйма), такие как дождевые черви и термиты. Большая часть фрагментов макрофауны подстилается, тем самым подвергая большую часть территории атаке микробов. Другая макрофауна роет норы или поглощает подстилку, уменьшая объемную плотность почвы, разрушая агрегаты почвы и увеличивая аэрацию почвы и инфильтрацию воды.

Регулирование дыхания почвы

Регулирование CO 2 продукция в почве обусловлена ​​различными абиотическими или неживыми факторами. Температура, влажность почвы и азот - все это влияет на скорость дыхания в почве.

Температура

График зависимости дыхания почвы от температуры почвы

Температура влияет почти на все аспекты процессов дыхания. Температура увеличивает дыхание экспоненциально до максимума, в этот момент дыхание снижается до нуля, когда ферментативная активность прерывается. Дыхание корня увеличивается экспоненциально с температурой в ее низком диапазоне, когда частота дыхания ограничивается в основном циклом TCA. При более высоких температурах лимитирующим фактором становится транспорт сахаров и продуктов метаболизма. При температуре выше 35 ° C (95 ° F) корневое дыхание полностью прекращается. Микроорганизмы делятся на три температурные группы; криофилы, мезофилы и термофилы. Криофилы оптимально функционируют при температурах ниже 20 ° C (68 ° F), мезофилы лучше всего работают при температурах от 20 до 40 ° C (104 ° F), а термофилы оптимально функционируют при температуре выше 40 ° C (104 ° F). В естественных почвах существует множество различных когорт или групп микроорганизмов. Все эти группы будут лучше всего функционировать в разных условиях, поэтому дыхание может происходить в очень широком диапазоне. Повышение температуры приводит к увеличению скорости дыхания почвы до тех пор, пока высокие значения не замедляют функцию микробов, это та же картина, которая наблюдается с уровнями влажности почвы.

Влажность почвы

Влажность почвы - еще один важный фактор, влияющий на дыхание почвы. Дыхание почвы слабое в засушливых условиях и увеличивается до максимума при средних уровнях влажности, пока не начинает уменьшаться, когда содержание влаги исключает кислород. Это позволяет анаэробным условиям преобладать и подавлять аэробную микробную активность. Исследования показали, что влажность почвы ограничивает дыхание только в самых низких и высоких условиях, при этом большое плато существует при промежуточных уровнях влажности почвы для большинства экосистем. Многие микроорганизмы обладают стратегиями роста и выживания в условиях низкой влажности почвы. В условиях высокой влажности почвы многие бактерии поглощают слишком много воды, что приводит к лизированию или разрушению их клеточной мембраны. Это может временно снизить скорость дыхания почвы, но лизис бактерий приводит к резкому увеличению ресурсов для многих других бактерий. Это быстрое увеличение доступных лабильных субстратов вызывает кратковременное усиление дыхания почвы. Дыхание корней будет увеличиваться с увеличением влажности почвы, особенно в засушливых экосистемах; однако реакция дыхания корней отдельных видов на влажность почвы будет широко варьироваться от вида к виду в зависимости от особенностей жизненного цикла. Повышенный уровень влажности почвы подавляет дыхание корней, ограничивая доступ кислорода из воздуха. За исключением водно-болотных растений, которые разработали особые механизмы для аэрации корней, большинство растений не приспособлены к среде водно-болотных угодий с низким содержанием кислорода. Эффект подавления дыхания от повышенной влажности почвы усиливается, когда дыхание почвы также снижает окислительно-восстановительный потенциал через биоэлектрогенез. Микробные топливные элементы на основе почвы становятся популярными образовательными инструментами для научные классы.

Азот

Азот напрямую влияет на дыхание почвы несколькими способами. Азот должен поступать корнями, чтобы способствовать росту и жизни растений. Наиболее доступный азот находится в форме NO 3, который стоит 0,4 единицы CO 2, чтобы войти в корень, потому что необходимо использовать энергию для его перемещения вверх по градиенту концентрации. Попав внутрь корня, NO 3 должен быть уменьшен до NH 3. На этом этапе требуется больше энергии, что составляет 2 единицы CO 2 на одну уменьшенную молекулу. У растений с бактериальными симбионтами, которые фиксируют атмосферный азот, энергетические затраты на приобретение одной молекулы NH 3 из атмосферного N 2 для растения составляют 2,36 CO 2. Важно, чтобы растения поглощали азот из почвы или полагались на симбионтов, чтобы исправить его из атмосферы, чтобы обеспечить рост, размножение и долгосрочное выживание.

Еще один способ воздействия азота на дыхание почвы - разложение подстилки . Подстилка с высоким содержанием азота считается высококачественной и легче разлагается микроорганизмами, чем подстилка низкого качества. Разложение целлюлозы, прочного структурного соединения растений, также является процессом с ограниченным содержанием азота и будет усиливаться при добавлении азота в подстилку.

Методы измерения

Различные методы существуют для измерения скорости дыхания почвы и определения источников. Наиболее распространенные методы включают использование долгосрочных автономных систем измерения потоков почвы для измерения в одном месте в разное время; обследовать системы дыхания почвы для измерения в разных местах и ​​в разное время; и использование соотношений стабильных изотопов.

долгосрочных автономных систем измерения потоков в почве для измерения в одном месте с течением времени

автоматизированной почвенной системы обмена CO 2

Эти системы измерения в одном месте в течение длительного периода времени. Поскольку они производят измерения только в одном месте, обычно используют несколько станций, чтобы уменьшить ошибку измерения, вызванную изменчивостью почвы на небольших расстояниях. Изменчивость почвы может быть проверена с помощью инструментов исследования почвенного дыхания.

Приборы длительного пользования сконструированы так, чтобы подвергать измерительную площадку воздействию окружающих условий, насколько это возможно, между измерениями.

Типы долговременных автономных приборов

Закрытые нестационарные системы

Закрытые системы проводят краткосрочные измерения (обычно в течение нескольких минут) в камера герметизирована над почвой. Скорость оттока CO 2 почвы рассчитывается на основании увеличения CO 2 внутри камеры. Поскольку в закрытых камерах характерно то, что CO 2 продолжает накапливаться, периоды измерения сокращаются до минимума для достижения заметного линейного увеличения концентрации, что позволяет избежать чрезмерного накопления CO 2. внутри камеры с течением времени.

Доступны как индивидуальные анализы, так и суточные CO2данные измерения дыхания. Такие системы также обычно измеряют температуру почвы, влажность почвы и PAR (фотосинтетически активное излучение ). Эти переменные обычно записываются в файл измерений вместе со значениями CO 2.

Для определения дыхания почвы и наклона увеличения CO 2 исследователи использовали линейный регрессионный анализ, алгоритм Педерсена (2001) и экспоненциальную регрессию. Есть больше опубликованных ссылок на линейный регрессионный анализ; однако алгоритм Педерсена и методы экспоненциального регрессионного анализа также имеют следующие особенности. Некоторые системы предлагают выбор математических методов.

При использовании линейной регрессии несколько точек данных отображаются на графике, и эти точки могут быть аппроксимированы уравнением линейной регрессии, которое обеспечит наклон. Этот наклон может обеспечить скорость дыхания почвы по уравнению F = b V / A {\ displaystyle F = bV / A}F=bV/A, где F - скорость дыхания почвы, b - наклон, V - объем камеры, A - площадь поверхности почвы, покрытой камерой. Важно, чтобы измерение не проводилось в течение более длительного периода времени, поскольку увеличение концентрации CO 2 в камере также приведет к увеличению концентрации CO 2 в пористой верхний слой почвенного профиля. Это увеличение концентрации приведет к заниженной оценке скорости дыхания почвы из-за того, что в почве накапливается дополнительный CO 2.

Открытые стационарные системы

Открытый режим системы предназначены для определения скорости потока почвы при достижении равновесия в камере измерения. Воздух проходит через камеру до того, как она будет закрыта и запечатана. Это удаляет все уровни CO 2 вне окружающей среды из камеры перед измерением. После закрытия камеры свежий воздух закачивается в камеру с контролируемой и программируемой скоростью потока. Он смешивается с CO 2 из почвы, и через некоторое время достигается равновесие. Исследователь определяет точку равновесия как разницу в измерениях CO 2 между последовательными измерениями за истекшее время. Во время анализа скорость изменения медленно снижается до тех пор, пока не будет соответствовать критериям скорости изменения, установленным заказчиком, или максимальному выбранному времени для анализа. Затем определяется поток почвы или скорость изменения, когда в камере достигаются условия равновесия. Скорость и время потока камеры программируются, точно измеряются и используются в расчетах. Эти системы имеют вентиляционные отверстия, которые предназначены для предотвращения возможного неприемлемого повышения частичного давления CO 2, обсуждаемого в системах с закрытым режимом. Поскольку движение воздуха внутри камеры может вызвать повышенное давление в камере, или внешний ветер может вызвать пониженное давление в камере, предусмотрено вентиляционное отверстие, которое спроектировано так, чтобы быть максимально защищенным от ветра.

Открытые системы также не так чувствительны к изменению структуры почвы или к сопротивлению пограничного слоя на поверхности почвы. Воздушный поток в камере на поверхности почвы предназначен для минимизации явления сопротивления пограничного слоя.

Системы с гибридным режимом

Также существует гибридная система. Он имеет вентиляционное отверстие, которое спроектировано так, чтобы быть максимально ветрозащитным и предотвращать возможное неприемлемое частичное повышение давления CO 2, но в других отношениях оно спроектировано так, чтобы работать как система проектирования с закрытым режимом.

Исследование систем дыхания почвы - для проверки изменения дыхания CO 2 в разных местах и ​​в разное время

Измерение пространственной изменчивости дыхания почвы в поле

Это либо портативные или полупортативные инструменты открытого или закрытого режима. Они измеряют изменчивость дыхания CO 2 почвы в разных местах и ​​в разное время. С этим типом инструментов почвенные манжеты, которые могут быть подключены к измерительному прибору, вставляются в землю, и почве дают возможность стабилизироваться в течение определенного периода времени. Установка почвенной манжеты временно нарушает почву, создавая артефакты измерения. По этой причине часто вставляют несколько почвенных воротников в разных местах. Почвенные манжеты вставлены достаточно далеко, чтобы ограничить боковую диффузию CO 2. После стабилизации почвы исследователь затем переходит от одной манжеты к другой в соответствии с планом эксперимента, чтобы измерить дыхание почвы.

Системы исследования дыхания почвы также могут использоваться для определения количества долговременных автономных временных инструментов, необходимых для достижения приемлемого уровня погрешности. В разных местах может потребоваться разное количество долгосрочных автономных единиц из-за большей или меньшей изменчивости дыхания почвы.

Изотопные методы

Растения поглощают CO 2 и производят органические соединения с использованием одного из трех путей фотосинтеза. Двумя наиболее распространенными путями являются процессы C 3 и C 4. C 3 растения лучше всего приспособлены к прохладным и влажным условиям, в то время как C 4 растения хорошо себя чувствуют в жарких и сухих экосистемах. Из-за различных фотосинтетических ферментов между этими двумя путями предпочтительно приобретаются разные изотопы углерода. Изотопы - это один и тот же элемент, который отличается количеством нейтронов, что делает один изотоп тяжелее другого. Двумя стабильными изотопами углерода являются C и C. Путь C 3 будет различать более тяжелый изотоп больше, чем путь C 4. Это сделает структуры растений, полученные из растений C 4, более обогащенными более тяжелым изотопом, и, следовательно, корневые экссудаты и опад этих растений также будут более обогащенными. Когда углерод в этих структурах вдыхается, CO 2 будет показывать аналогичное соотношение двух изотопов. Исследователи будут выращивать растение C 4 на почве, которая ранее была занята растением C 3, или наоборот. Измеряя дыхание почвы и анализируя изотопные отношения CO 2, можно определить, является ли дыхание почвы в основном старым по сравнению с недавно образовавшимся углеродом. Например, кукуруза, растение C 4, выращивали на почве, где ранее выращивалась яровая пшеница, растение C 3.. Результаты показали дыхание C 3 SOM в первые 40 дней с постепенным линейным увеличением обогащения тяжелых изотопов до дня 70. Дни после 70 показали замедление обогащения до пика на 100 день. Данные о стабильных изотопах углерода позволяют определить исходные компоненты вдыхаемого ПОВ, который был произведен различными путями фотосинтеза.

Реакция на вмешательство человека

За последние 160 лет люди изменили землепользование и производственные практики, которые изменили климат и глобальные биогеохимические циклы. Эти изменения повлияли на скорость дыхания почвы по всей планете.

Повышенный уровень углекислого газа

Со времени промышленной революции люди выбрасывают в атмосферу огромное количество CO 2. Эти выбросы значительно увеличились с течением времени и привели к повышению глобальных уровней CO 2 в атмосфере до самого высокого уровня за более чем 750 000 лет. Дыхание почвы усиливается, когда экосистемы подвергаются повышенным уровням CO 2. Многочисленные исследования по обогащению CO 2 в свободном воздухе (FACE) были проведены для проверки дыхания почвы в предполагаемых в будущем условиях повышенного CO 2. Недавние исследования FACE показали значительное увеличение дыхания почвы из-за увеличения биомассы корней и микробной активности. Было обнаружено, что дыхание почвы увеличивается до 40,6% в лесах sweetgum в Теннесси и тополевых лесах в Wisconsin при повышенном уровне CO 2 условия. Весьма вероятно, что уровни CO 2 превысят те, которые использовались в этих экспериментах FACE к середине этого века из-за увеличения использования человеком ископаемого топлива и земли. использовать практики.

Потепление климата

Из-за повышения температуры почвы уровни CO 2 в нашей атмосфере повышаются, и поэтому средняя средняя температура Земли повышается.. Это связано с деятельностью человека, такой как вырубка леса, обезвоживание почвы, а также разработки, которые разрушают автотрофные процессы. С потерей фотосинтезирующих растений, покрывающих и охлаждающих поверхность почвы, инфракрасная энергия проникает в почву, нагревая ее и вызывая рост гетеротрофных бактерий. Гетеротрофы в почве быстро разрушают органическое вещество, и структура почвы крошится, поэтому она растворяется в ручьях и реках в море. Большая часть органического вещества, унесенного наводнениями в результате вырубки лесов, попадает в устья, водно-болотные угодья и, в конечном итоге, в открытый океан. Повышенная мутность поверхностных вод вызывает биологическую потребность в кислороде и гибель большего количества автотрофных организмов. Уровень углекислого газа повышается с учащением дыхания почвенных бактерий после повышения температуры из-за потери почвенного покрова.

Как упоминалось ранее, температура сильно влияет на скорость дыхания почвы. Это может иметь самое сильное влияние в Арктике. В мерзлой вечной мерзлоте заключены большие запасы углерода. С повышением температуры эта вечная мерзлота тает, и начинают преобладать аэробные условия, что значительно увеличивает скорость дыхания в этой экосистеме.

Изменения количества осадков

Из-за смены характера ожидается, что при изменении температуры и океанических условий характер выпадения осадков изменится по местоположению, частоте и интенсивности. Ожидаются более крупные и частые штормы, когда океаны могут передавать больше энергии формирующимся штормовым системам. Это может иметь наибольшее влияние на ксерические или засушливые экосистемы. Было показано, что дыхание почвы в засушливых экосистемах демонстрирует динамические изменения в пределах дождевого цикла. Частота дыхания в сухой почве обычно резко увеличивается до очень высокого уровня после дождя, а затем постепенно снижается по мере высыхания почвы. С увеличением частоты и интенсивности дождевых осадков на территории, где ранее не было обильных осадков, можно сделать вывод о резком увеличении дыхания почвы.

Азотные удобрения

С начала Зеленой революции в середине прошлого века огромное количество азотных удобрений было произведено и внесено почти во все сельскохозяйственные системы. Это привело к увеличению доступного для растений азота в экосистемах по всему миру из-за сельскохозяйственных стоков и использования удобрений с помощью ветра . Как обсуждалось ранее, азот может оказывать значительное положительное влияние на уровень и скорость дыхания почвы. Было обнаружено, что увеличение содержания азота в почве увеличивает темновое дыхание растений, стимулирует определенную скорость дыхания корней и увеличивает общую биомассу корней. Это связано с тем, что высокие уровни азота связаны с высокими темпами роста растений. Высокая скорость роста растений приведет к увеличению дыхания и биомассы, обнаруженных в исследовании. При таком увеличении продуктивности может быть обеспечено увеличение активности почвы и, следовательно, дыхания.

Важность

Дыхание почвы играет важную роль в глобальном круговороте углерода и питательных веществ, а также является движущей силой изменений климата. Эти роли важны для нашего понимания мира природы и сохранения человека.

Глобальный круговорот углерода

Дыхание почвы играет решающую роль в регулировании круговорота углерода на уровне экосистемы и в глобальном масштабе. Каждый год примерно 120 петаграмм (Пг) углерода поглощается наземными растениями, и такое же количество выбрасывается в атмосферу через дыхание экосистемы. Глобальные почвы содержат до 3150 мкг углерода, из которых 450 мкг находятся в заболоченных землях и 400 мкг - в постоянно мерзлых почвах. Почвы содержат в четыре раза больше углерода, чем атмосфера. Исследователи подсчитали, что на дыхание почвы ежегодно выделяется 77 пг углерода в атмосферу. Этот уровень выброса на порядок больше, чем выброс углерода из-за антропогенных источников (6 Пг в год), таких как сжигание ископаемого топлива. Таким образом, небольшое изменение дыхания почвы может серьезно изменить баланс концентрации CO 2 в атмосфере и запасов углерода в почве. Подобно тому, как дыхание почвы может играть важную роль в глобальном углеродном цикле, оно также может регулировать глобальный круговорот питательных веществ.

Круговорот питательных веществ

Главный компонент дыхания почвы - это разложение подстилки, которая выделяет CO 2 в окружающую среду при одновременном иммобилизации или минерализации питательных веществ. Во время разложения питательные вещества, такие как азот, иммобилизуются микробами для собственного роста. Когда эти микробы попадают в организм или умирают, в почву добавляется азот. Азот также минерализуется в результате разложения белков и нуклеиновых кислот в подстилке. Этот минерализованный азот также добавляется в почву. Благодаря этим процессам количество азота, добавляемого в почву, связано со скоростью микробного дыхания. Исследования показали, что скорость дыхания почвы была связана со скоростью обновления микробов и минерализацией азота. Изменения глобальных циклов могут в дальнейшем повлиять на изменение климата планеты.

Изменение климата

Как указывалось ранее, CO 2, выделяемый дыханием почвы, представляет собой парниковый газ, который будет продолжать удерживать энергию и увеличивать средняя глобальная температура, если концентрации будут продолжать расти. С повышением глобальной температуры будет расти и скорость дыхания почвы во всем мире, что приведет к более высокой концентрации CO 2 в атмосфере, что снова приведет к повышению глобальной температуры. Это пример цикла положительной обратной связи. Подсчитано, что повышение температуры на 2 ° по Цельсию приведет к дополнительному выбросу 10 мкг углерода в атмосферу в результате дыхания почвы. Это больше, чем нынешние антропогенные выбросы углерода. Также существует вероятность того, что это повышение температуры приведет к высвобождению углерода, хранящегося в постоянно мерзлых почвах, которые теперь тают. Климатические модели предполагают, что эта положительная обратная связь между дыханием почвы и температурой приведет к уменьшению запаса углерода в почве к середине 21 века.

Резюме

Дыхание почвы является ключевым экосистемным процессом который выделяет углерод из почвы в виде углекислого газа. Углерод хранится в почве в виде органического вещества и вдыхается растениями, бактериями, грибами и животными. Когда это дыхание происходит под землей, это считается дыханием почвы. Температура, влажность почвы и азот - все это регулирует скорость превращения углерода в органических соединениях почвы в CO 2. Для измерения дыхания почвы используются многие методы; однако закрытая динамическая камера и использование соотношений стабильных изотопов - два наиболее распространенных метода. Люди изменили уровни CO 2 в атмосфере, характер выпадения осадков и нормы внесения удобрений, все из которых сыграли значительную роль в скорости дыхания почвы. Изменения этих темпов могут изменить глобальные циклы углерода и питательных веществ, а также сыграть значительную роль в изменении климата.

Ссылки

External links

Последняя правка сделана 2021-06-08 08:33:37
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте