Органическое вещество почвы
Органическое вещество почвы (ПОВ) — органического вещества компонент почвы , состоящий из растительного и животного детрита на различных стадиях разложения , клеток и тканей почвенных микробов , а также веществ, которые синтезируют почвенные микробы. SOM обеспечивает многочисленные преимущества для физических и химических свойств почвы и ее способности обеспечивать регулирующие экосистемные услуги . [1] ПОВ особенно важно для почвы функций и качества . [2]
Преимущества SOM обусловлены рядом сложных интерактивных эдафических факторов; Неисчерпывающий список этих преимуществ для функции почвы включает улучшение структуры почвы , агрегации , удержания воды , биоразнообразия почвы , поглощения и удержания загрязняющих веществ , буферной способности , а также круговорота и хранения питательных веществ для растений . ПОВ повышает плодородие почвы , обеспечивая места катионного обмена и являясь резервом питательных веществ для растений , особенно азота (N), фосфора (P) и серы (S), а также микроэлементов , которые медленно высвобождаются при минерализации ПОВ. Таким образом, количество ПОВ и плодородие почвы существенно коррелируют. [3]
ПОВ также действует как основной поглотитель и источник почвенного углерода (C). Хотя содержание углерода в ПОВ значительно варьируется, [4] [5] По оценкам, ПОВ обычно содержит 58% C, а « органический углерод почвы » (SOC) часто используется как синоним ПОВ, при этом измеренное содержание ПОУ часто служит показателем ПОВ. Почва представляет собой один из крупнейших поглотителей углерода на Земле и играет важную роль в глобальном углеродном цикле и, следовательно, в смягчении последствий изменения климата . [6] Поэтому динамике ПОВ/ПОУ и способности почв обеспечивать экосистемную услугу по улавливанию углерода посредством управления ПОВ уделяется значительное внимание. [7]
Концентрация ПОВ в почвах обычно колеблется от 1% до 6% от общей массы верхнего слоя почвы для большинства горных почв. Почвы, верхние горизонты которых содержат менее 1% органического вещества, в основном приурочены к пустыням , тогда как содержание ПОВ в почвах низменных влажных территорий может достигать 90%. Почвы, содержащие от 12% до 18% SOC, обычно классифицируются как органические почвы . [8]
ПОВ можно разделить на три рода: живую биомассу микробов и , свежий и частично разложившийся детрит гумус . Поверхностный растительный опад , т.е. свежий растительный детрит, обычно исключается из ПОВ. [9]
Источники
[ редактировать ]Основным источником ПОВ являются растительные детриты. В лесах и прериях , например, разные организмы разлагают свежий детрит на более простые соединения. Это включает в себя несколько стадий, первая из которых в основном механическая, а по мере разложения становится все более химической. Микробные разлагатели включены в ПОВ и образуют пищевую сеть организмов, которые охотятся друг на друга и впоследствии становятся добычей.
Помимо детритоядных есть еще травоядные , которые потребляют свежие растительные вещества, остатки которых затем попадают в почву. Продукты метаболизма этих организмов являются вторичными источниками СОВ, к которым относятся и их трупы. Некоторые животные, такие как дождевые черви , термиты , муравьи и многоножки , способствуют как вертикальному, так и горизонтальному перемещению органического вещества. [1]
Дополнительными источниками ПОВ являются корневые экссудаты растений. [10] и древесный уголь . [11]
Состав
[ редактировать ]Содержание воды в большинстве растительных детритов находится в пределах от 60% до 90%. Сухое вещество состоит из сложного органического вещества, состоящего в основном из углерода, кислорода и водорода. Хотя эти три элемента составляют около 92% сухой массы органического вещества почвы, большое значение для питания растений имеют и другие элементы, в том числе азот, фосфор, калий, сера, кальций, магний и многие микроэлементы . [1]
К органическим соединениям растительного детрита относятся:
- Углеводы , состоящие из углерода, водорода и кислорода, по сложности варьируются от простых сахаров до крупных молекул целлюлозы .
- Жиры , состоящие из глицеридов жирных кислот, таких как масляная , стеариновая и олеиновая . В их состав также входят углерод, кислород и водород.
- Лигнины , представляющие собой сложные соединения, образуют старые части древесины и состоят в основном из углерода, кислорода и водорода. Они устойчивы к разложению.
- Белки , содержащие помимо углерода, водорода и кислорода азот; и небольшое количество серы, железа и фосфора. [1]
- Древесный уголь — элементарный углерод, образующийся в результате неполного сгорания органических веществ. Он устойчив к разложению.
Разложение
[ редактировать ]Растительный детрит вообще не растворяется в воде и поэтому недоступен для растений. Тем не менее, он представляет собой сырье, из которого получают питательные вещества для растений . Почвенные микробы разлагают ее посредством ферментативных биохимических процессов, получают необходимую энергию из того же вещества и производят минеральные соединения, которые корни растений способны поглощать. [12] Разложение органических соединений именно на минеральные, т. е. неорганические соединения, называют « минерализацией ». Часть органического вещества не минерализуется, а вместо этого разлагается на устойчивое органическое вещество, называемое « гумусом ». [1]
Разложение органических соединений происходит с очень различной скоростью в зависимости от природы соединения. Ранжирование от быстрых к медленным темпам выглядит следующим образом:
Протекающие реакции можно отнести к одному из трех родов:
- Ферментативное окисление , в результате которого образуется углекислый газ , вода и тепло. Это влияет на большинство вопросов.
- Ряд специфических реакций высвобождает и минерализует важнейшие элементы азот , фосфор и серу .
- Соединения, устойчивые к микробному действию, образуются путем модификации исходных соединений или путем микробного синтеза новых с образованием гумуса . [1]
Минеральные продукты – это:
| Элемент | Минеральные продукты |
|---|---|
| Углерод | СО 2 , СО 3 2− , ОХС 3 − , СН 4 , С |
| Азот | НХ 4 + , НЕТ 2 − , НЕТ 3 − , N 2 (газ), N 2 O (газ) |
| сера | С, Н 2 С, SO 3 2− , ТАК 4 2− , КС 2 |
| Фосфор | Н 2 ПО 4 − , ГПО 4 2− |
| Другие | Н 2 О, О 2 , Н 2 , Н + , ОЙ − , К + , Как 2+ , мг 2+ , и т. д. |
Перегной
[ редактировать ]При разложении растительного детрита образуются некоторые устойчивые к микробам соединения, в том числе модифицированные лигнины, масла, жиры и воски. Во-вторых, синтезируются некоторые новые соединения, такие как полисахариды и полиурониды . Эти соединения составляют основу гумуса . Между этими соединениями и некоторыми белками и другими продуктами, содержащими азот, происходят новые реакции, в результате чего азот включается и избегается его минерализация . Другие питательные вещества также защищаются таким образом от минерализации.
Гуминовые вещества
[ редактировать ]Гуминовые вещества классифицируют на три рода в зависимости от их растворимости в кислотах и щелочах, а также по устойчивости:
- Фульвокислоты – это род, содержащий вещества с наименьшей молекулярной массой, растворимые в кислотах и щелочах и подверженные микробному действию.
- Гуминовые кислоты — это род, который содержит промежуточное вещество, имеющее среднюю молекулярную массу, растворимое в щелочах и нерастворимое в кислотах, а также обладающее некоторой устойчивостью к микробному действию.
- Гумин — род, содержащий вещества, имеющие наибольшую молекулярную массу, наиболее темные по цвету, нерастворимые в кислотах и щелочах, обладающие наибольшей устойчивостью к микробному действию. [1]
Функция в круговороте углерода
[ редактировать ]Почва играет решающую роль в глобальном углеродном цикле : глобальный запас углерода в почве оценивается в 2500 гигатонн . Это в 3,3 раза больше атмосферного пула (750 гигатонн) и в 4,5 раза больше биотического пула (560 гигатонн). Запас органического углерода , который встречается преимущественно в форме ПОВ, составляет примерно 1550 гигатонн от общего мирового запаса углерода. [13] [14] остальная часть приходится на почвенный неорганический углерод (SIC). Запас органического углерода существует в динамическом равновесии между прибылями и потерями; Таким образом, почва может служить либо поглотителем, либо источником углерода посредством секвестрации или выбросов парниковых газов соответственно, в зависимости от экзогенных факторов. [15]
См. также
[ редактировать ]- Биотический материал
- Детрит
- Иммобилизация (почвоведение)
- Минерализация (почвоведение)
- Органическое вещество
- Почвоведение
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д и ж г Вейл, Рэй Р.; Брэди, Найл К. (2016). Природа и свойства почв (15-е изд.). Река Аппер-Сэддл, Нью-Джерси: Пирсон . ISBN 978-0133254488 . Проверено 17 декабря 2023 г.
- ^ Беар, Майк Х.; Кабрера, Мигель Л.; Хендрикс, Пол Ф.; Коулман, Дэвид К. (1994). «Агрегатно-защищенные и незащищенные резервуары органического вещества в обычных и нулевых почвах» . Журнал Американского общества почвоведения . 58 (3): 787–95. дои : 10.2136/sssaj1994.03615995005800030021x . Проверено 17 декабря 2023 г.
- ^ Тиссен, Холм; Куэвас, Эльвира; Чакон, Пруденсио (1994). «Роль органического вещества почвы в поддержании плодородия почвы» (PDF) . Природа . 371 : 783–85. дои : 10.1038/371783a0 . Проверено 17 декабря 2023 г.
- ^ Перье, Катрин; Уимет, Рок (2008). «Органический углерод, органическое вещество и соотношение объемной плотности в бореальных лесных почвах» . Канадский журнал почвоведения . 88 (3): 315–25. дои : 10.4141/CJSS06008 . Проверено 24 декабря 2023 г.
- ^ Джайн, Терри; Грэм, Рассел Т.; Адамс, Дэвид Л. (1997). «Соотношение углерода и органического вещества в почвах хвойных лесов Скалистых гор» . Журнал Американского общества почвоведения . 61 (4): 1190–95. дои : 10.2136/sssaj1997.03615995006100040026x . Проверено 24 декабря 2023 г.
- ^ «Восстановление почв может ежегодно удалять до 5,5 миллиардов тонн парниковых газов» . Карбоновое резюме . Лондон, Великобритания. 16 марта 2020 г. Проверено 24 декабря 2023 г.
- ^ Онтл, Тодд А.; Шульте, Лиза А. (2012). «Хранение углерода в почве» . Проект по природному образованию знаний . Кембридж, Массачусетс . Проверено 24 декабря 2023 г.
- ^ «Органическое вещество в почве: обзор состава, распределения и содержания» . ООО «Океан Агро» . Нандесари Вадодара, Индия. 2018 . Проверено 25 декабря 2023 г.
- ^ Бот, Александра; Бенитес, Хосе (2005). «Важность органического вещества почвы: ключ к засухоустойчивой почве и устойчивому производству продуктов питания. Глава 1. Введение» . Продовольственная и сельскохозяйственная организация Объединенных Наций . Рим, Италия . Проверено 25 декабря 2023 г.
- ^ Мергель, А.; Тимченко А.; Кудеяров, В. (1998). «Роль корневых выделений растений в преобразовании углерода и азота почвы». В коробке, Джеймс Э. младший (ред.). Корневая демография и ее эффективность в устойчивом сельском хозяйстве, лугопастбищных угодьях и лесных экосистемах . Развитие наук о растениях и почвах. Том. 82. Дордрехт, Нидерланды: Springer . стр. 43–54. дои : 10.1007/978-94-011-5270-9_3 . ISBN 978-94-010-6218-3 . Проверено 31 декабря 2023 г.
- ^ Скьемстад, Ян О.; Рейкоски, Дональд К.; Уилтс, Алан Р.; Макгоуэн, Джанин А. (2002). «Углеродный углерод в сельскохозяйственных почвах США» . Журнал Американского общества почвоведения . 66 (4): 1249–55. Бибкод : 2002SSASJ..66.1249S . дои : 10.2136/sssaj2002.1249 . Проверено 31 декабря 2023 г.
- ^ Очоа-Уэсо, Рауль; Дельгадо-Бакерисо, Мануэль; Кинг, Пол Т.А.; Бенхэм, Меррин; Арка, Валентина; Пауэр, Салли Энн (февраль 2019 г.). «Тип экосистемы и качество ресурсов более важны, чем факторы глобальных изменений, в регулировании ранних стадий разложения мусора» . Биология и биохимия почвы . 129 : 144–52. doi : 10.1016/j.soilbio.2018.11.009 . hdl : 10261/336676 . S2CID 92606851 . Проверено 9 июня 2024 г.
- ^ Батьес, Нильс Х. (1996). «Общее количество углерода и азота в почвах мира». Европейский журнал почвоведения . 47 (2): 151–63. дои : 10.1111/j.1365-2389.1996.tb01386.x .
- ^ Батьес, Нильс Х. (2016). «Гармонизированные значения свойств почвы для широкомасштабного моделирования (WISE30sec) с оценками глобальных запасов углерода в почве». Геодерма . 269 : 61–68. Бибкод : 2016Geode.269...61B . doi : 10.1016/j.geoderma.2016.01.034 .
- ^ Лал, Р. Связывание углерода почвой для смягчения изменения климата . Геодерма , 123(1): 1–22 (2004).
