Макропора
В почве макропоры определяются как полости размером более 75 мкм. [1] Функционально поры такого размера обеспечивают преимущественный поток почвенных растворов и быстрый транспорт растворенных веществ и коллоидов . Макропоры увеличивают гидравлическую проводимость почвы, позволяя воде быстро проникать и дренироваться , а неглубокие грунтовые воды относительно быстро перемещаются посредством бокового потока. В почве макропоры создаются растений корнями , почвенными трещинами, почвенной фауной , а также агрегированием частиц почвы в ножки . Макропоры также можно найти в почве между более крупными отдельными минеральными частицами, такими как песок или гравий.
Макропоры могут определяться по-другому в других контекстах. В контексте пористых твердых тел (т.е. не пористых агрегатов, таких как почва), специалисты по коллоидной и поверхностной химии определяют макропоры как полости размером более 50 нм. [2]
Образование макропор почвы
[ редактировать ]Первичные частицы ( песок , ил и глина ) в почве связываются вместе различными агентами и в ходе различных процессов, образуя почвенные агрегаты ( педы ). Внутри и между этими почвенными агрегатами существуют пространства различной формы и размера. Большие промежутки между агрегатами называются макропорами. Макропоры могут образовываться под воздействием физических процессов, таких как циклы увлажнения/высыхания и замораживания/оттаивания, которые приводят к образованию трещин и трещин в почве. Они также могут образовываться в результате биологических процессов, в которых корни растений и почвенные организмы . важную роль в их формировании играют [3] Макропоры, созданные в результате биологической деятельности, также называются биопорами. Например, корни растений по мере своего роста и разложения создают большие пространства между почвенными агрегатами. Почвенная фауна , особенно роющие виды, такие как дождевые черви , своим движением и деятельностью в почве способствует образованию макропор. В целом образование макропор отрицательно связано с глубиной почвы, поскольку эти физические и биологические процессы уменьшаются с глубиной.
Значение макропор почвы
[ редактировать ]Являясь важной частью структуры почвы , макропоры жизненно важны для обеспечения многих экосистемных услуг почвы. Они обеспечивают свободное движение воды и воздуха, влияют на перенос химикатов и обеспечивают среду обитания для почвенных организмов. Поэтому понимание важности макропор почвы также имеет решающее значение для достижения устойчивого управления нашими почвенными ресурсами.
Движение воды и воздуха
[ редактировать ]Вода может свободно перемещаться под действием силы тяжести в макропорах почвы по сравнению с микропорами (порами гораздо меньшего размера в почве), где вода удерживается капиллярными силами . [4] Вода также имеет тенденцию двигаться по путям наименьшего сопротивления. Связанные макропоры создают эти пути и приводят к так называемым преимущественным потокам. [5] в почвах. Такие свойства макропор обеспечивают быстрое перемещение воды в почву и сквозь нее, что может значительно улучшить скорость инфильтрации и проницаемость почвы . Это, в свою очередь, может помочь уменьшить поверхностный сток, эрозию почвы и предотвратить наводнения. Это также способствует пополнению запасов подземных вод , которые пополняют водные ресурсы .
С другой стороны, эти поры будут заполнены воздухом, если они не удерживают воду. Развитая сеть макропор способствует улучшению газообмена между почвой и атмосферой . [6] особенно когда эти макропоры связаны с поверхностью почвы. Почвенные газы, такие как углекислый газ и кислород, являются важными элементами дыхания почвы . Кислород необходим для роста корней растений и почвенных организмов, а выделение углекислого газа при дыхании является неотъемлемой частью глобального круговорота углерода .
Оптимальное движение воды и воздуха через почву не только обеспечивает необходимые элементы для поддержания жизни, но также имеет основополагающее значение для различных почвенных процессов, таких как круговорот питательных веществ .
Перенос растворенных веществ и загрязняющих веществ
[ редактировать ]Поскольку макропоры облегчают движение воды в почве, они также неизбежно влияют на транспорт растворенных в воде химических веществ. В результате макропоры могут играть значительную роль, влияя на круговорот питательных веществ в почве и распределение загрязняющих веществ в почве . Например, хотя предпочтительные пути потока состоят из макропор, которые улучшают дренаж почвенной воды, растворенные питательные вещества могут быстро уноситься и приводить к неравномерному распределению воды, а также химических веществ в почве. Когда избыточные химикаты или загрязняющие вещества попадают в грунтовые воды, они могут вызвать загрязнение воды в принимающих водоемах . [7] Это может вызывать беспокойство, особенно в отношении некоторых видов землепользования , таких как сельскохозяйственная деятельность, [8] поскольку это приводит к проблемам, касающимся эффективности орошения и внесения удобрений , а также к последствиям загрязнения окружающей среды . Например, излишки нитратов , преобразованные из азотных удобрений, могут быть вымыты в грунтовые воды под сильными дождями или при орошении. Впоследствии высокий уровень нитратов в питьевой воде может вызвать проблемы со здоровьем. [9]
Места обитания почвенных организмов
[ редактировать ]Будучи крупными порами в почве, макропоры обеспечивают легкое движение воды и воздуха, обеспечивая благоприятное пространство для роста корней растений и среду обитания для почвенных организмов . [10] Следовательно, эти поры, в которых обитают различные почвенные организмы, такие как дождевые черви и личинки, также становятся важными местами биохимических процессов почвы, которые влияют на общее качество почвы.
Характеристики сети макропор
[ редактировать ]
Макропоры почвы неоднородны, имеют неправильную геометрию . Они различаются по форме, размерам и даже шероховатости поверхности . Соединяясь вместе, они образуют в почве особые сети. Следовательно, характеристики этих сетей макропор могут существенно влиять на их функции в почве, особенно в отношении движения воды, аэрации и роста корней растений.
Возможности подключения
[ редактировать ]Взаимосвязь макропор почвы влияет на способность почвы проводить воду и, таким образом, контролирует ее инфильтрацию воды и гидравлическую проводимость . Более высокая связность макропор почвы обычно связана с более высокой проницаемостью почвы . [11] Связь макропор с поверхностью почвы и грунтовыми водами также способствует инфильтрации воды в почву и пополнению запасов грунтовых вод. Связность макропор почвы влияет на вертикальное и латеральное движение как воды, так и растворенных веществ в почве.
Непрерывность
[ редактировать ]Взаимосвязанные макропоры почвы не могут создавать непрерывные пути, особенно через границы почвы. Наличие тупиковых пор может блокировать или замедлять движение воды и воздуха. Следовательно, непрерывность почвенных макропор также является влиятельным фактором почвенных процессов.
Например, более высокая сплошность макропор может привести к усилению газообмена между почвой и атмосферой и одновременно к лучшей аэрации почвы. Продолжающееся соединение макропор также обеспечит расширенные пространства, в которых растения смогут легко прорастать свои корни, не жертвуя надземной биомассой , выделяя ресурсы для своих корней для поиска новых пространств на прерванных участках. [12]
Извилистость
[ редактировать ]Хотя макропоры почвы могут непрерывно соединяться, образуя длинные каналы между двумя точками в почве, эти каналы в основном извилистые , а не прямые. Извилистость — это, по сути, соотношение между фактической длиной пути и кратчайшим расстоянием между двумя точками. [13] По сути, извилистость путей макропор свидетельствует об их сопротивлении потоку воды. Чем извилистее пути, тем выше сопротивление. Это повлияет на скорость движения и распределения воды в почве.
Управление
[ редактировать ]Почвенные макропоры являются жизненно важной частью структуры почвы, и их сохранение имеет решающее значение для устойчивого управления нашими почвенными ресурсами. Это особенно справедливо в отношении почв, которые постоянно подвергаются воздействию человека, например, вспаханных сельскохозяйственных полей, где форма и размер макропор могут быть изменены в результате обработки почвы.
Макропоры почвы легко повреждаются при уплотнении почвы . [14] Уплотненные почвы, например на лесных посадках , обычно имеют низкую долю макропор (макропористость) с затрудненным движением воды.
Органические вещества могут быть включены в нарушенные почвы для улучшения их макропористости и связанных с ней функций почвы. [15]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Комитет по терминам глоссария почвоведения (2008). Словарь терминов почвоведения 2008 . Мэдисон, Висконсин: Американское общество почвоведения. ISBN 978-0-89118-851-3 .
- ^ Ж. Рукерол; и др. (1994). «Рекомендации по характеристике пористых тел» (PDF) . Чистое приложение. Хим . 66 : 1739–1758. дои : 10.1351/pac199466081739 . S2CID 18789898 .
- ^ Джарвис, Николас; Ларсбо, Матс (01 января 2022 г.), «Макропоры и поток макропор» , Справочный модуль по системам Земли и наукам об окружающей среде , Elsevier, doi : 10.1016/b978-0-12-822974-3.00098-7 , ISBN 978-0-12-409548-9 , получено 12 апреля 2023 г.
- ^ «Почвенное хозяйство» . www.ctahr.hawaii.edu . Проверено 14 апреля 2023 г.
- ^ Ниммо, младший (01 января 2009 г.), «Вода Вадозы» , в Лайкенсе, Джин Э. (редактор), Энциклопедия внутренних вод , Оксфорд: Academic Press, стр. 766–777, doi : 10.1016/b978-012370626 -3.00014-4 , ISBN 978-0-12-370626-3 , получено 12 апреля 2023 г.
- ^ Гилель, Дэниел (01 января 2003 г.), Гиллель, Дэниел (редактор), «11 - Движение и обмен газов» , Введение в физику почв и окружающей среды , Берлингтон: Academic Press, стр. 201–212, doi : 10.1016/b978 -012348655-4/50012-5 , ISBN 978-0-12-348655-4 , получено 14 апреля 2023 г.
- ^ Канада, Окружающая среда и изменение климата (9 января 2007 г.). «Загрязнение подземных вод» . www.canada.ca . Проверено 14 апреля 2023 г.
- ^ Хусейн, Сайед И.; Фрей, Стивен К.; Блоуз, Дэвид В.; Птачек, Кэрол Дж.; Уилсон, Дэвид; Майер, К. Ульрих; Су, Даньян; Готшалл, Натали; Эдвардс, Марк; Лапен, Дэвид Р. (январь 2019 г.). «Реактивный транспорт азота, полученного из навоза, в зоне Вадоза: учет связи макропор с подповерхностными рецепторами» . Журнал зоны Вадосе . 18 (1): 1–18. Бибкод : 2019VZJ....18....2H . дои : 10.2136/vzj2019.01.0002 . ISSN 1539-1663 .
- ^ «Данные и оценка нитратов - Департамент экологии штата Вашингтон» . ecology.wa.gov . Проверено 13 апреля 2023 г.
- ^ «Серия информационных листов по физическим индикаторам качества почвы» (PDF) . Служба охраны природных ресурсов Министерства сельского хозяйства США .
- ^ Чжан, Инху; Хуан, Чэньян; Чжан, Вэньци; Чен, Цзиньхун; Ван, Лу (01 октября 2021 г.). «Концепция, подход и будущие исследования гидрологической связи и ее оценка в многомасштабном масштабе» . Наука об окружающей среде и исследования загрязнения . 28 (38): 52724–52743. Бибкод : 2021ESPR...2852724Z . дои : 10.1007/s11356-021-16148-8 . ISSN 1614-7499 . ПМЦ 8403511 . ПМИД 34458974 .
- ^ Чжэн, Ин; Чен, Нин; Чжан, Цан-кун; Дун, Сяо-сюэ; Чжао, Чан-мин (2021). «Макропоры почвы влияют на биомассу растений альпийских пастбищ на северо-востоке Тибетского плато» . Границы экологии и эволюции . 9 . дои : 10.3389/fevo.2021.678186 . ISSN 2296-701X .
- ^ Гилель, Дэниел (01 января 2003 г.), Гиллель, Дэниел (редактор), «7 - Поток воды в насыщенной почве» , Введение в физику почвы в окружающей среде , Берлингтон: Academic Press, стр. 127–148, doi : 10.1016/ б978-012348655-4/50008-3 , ISBN 978-0-12-348655-4 , получено 14 апреля 2023 г.
- ^ «Наука об уплотнении почвы: страница 2 из 5» . www.agric.wa.gov.au . Проверено 14 апреля 2023 г.
- ^ «Значение органического вещества почвы» . www.фао.орг . Проверено 12 апреля 2023 г.