Верхний слой почвы — это верхний слой почвы . Он имеет самую высокую концентрацию органических веществ и микроорганизмов и является местом, где происходит большая часть биологической активности почвы Земли .
Верхний слой почвы состоит из минеральных частиц и органических веществ и обычно простирается на глубину 5-10 дюймов (13-25 см). Вместе они образуют субстрат, способный удерживать воду и воздух, что стимулирует биологическую активность.
Обычно в верхнем слое почвы наблюдается высокая концентрация корней, поскольку именно там растения получают большую часть жизненно важных питательных веществ . Он также является местом значительной бактериальной , грибковой и энтомологической активности, без которой качество почвы ухудшится и станет менее подходящим для растений. Бактерии и грибки могут играть важную роль в содействии обмену питательными веществами с растениями и в расщеплении органического вещества в форму, которую могут усваивать корни. Насекомые также играют важную роль в расщеплении материала, аэрации и вращении почвы. Многие виды напрямую способствуют здоровью почвы, что приводит к более сильным растениям. [1] Здоровый верхний слой почвы представляет собой очень богатый микробиом , который содержит широкий спектр видов. [2]
Органическое вещество обеспечивает питание для живых организмов и варьируется по количеству в разных почвах, при этом прочность структуры почвы уменьшается, когда ее больше. Оно уплотняется и оседает с течением времени по-разному в зависимости от условий, например, под дорожным полотном и фундаментом или открыто и открыто для стихий. Структура становится затронутой, когда почва обезвожена. Объем обезвоженного верхнего слоя почвы существенно уменьшается и может пострадать от ветровой эрозии . [3]
Верхний слой почвы естественным образом образуется в процессе формирования почвы или педогенеза . Природный верхний слой почвы добывается и подготавливается для использования человеком и составляет большую часть имеющегося коммерческого верхнего слоя почвы. Текущая скорость использования и эрозии опережает генерацию почвы. [4]
Можно создать искусственный верхний слой почвы, который поддерживает некоторые инженерные или биологические применения верхнего слоя почвы. [4] Более традиционные примеры искусственных сред для роста растений включают terra preta и почвенную смесь . Изготовленный верхний слой почвы на основе минералов, биотвердых веществ , компоста и/или шлама бумажной фабрики [5] доступен в продаже. [6] Викторианский угольный разрез был восстановлен с помощью низкокачественного искусственного верхнего слоя почвы, изготовленного из местных материалов. [ 7]
В системах классификации почв верхний слой почвы известен как горизонт O или горизонт A. [8] [9] Почвенные горизонты — это слои, параллельные поверхности почвы, физические, химические и биологические характеристики которых отличаются от вышележащих и нижележащих слоев. Глубина верхнего слоя почвы измеряется как глубина поверхности до первого плотно упакованного слоя почвы, известного как подпочва .
В Соединенных Штатах не существует федерального юридического определения термина «верхний слой почвы» при его использовании в торговле.
Такие организации, как Британский институт стандартов (BSI) и Департамент сельского хозяйства Северной Каролины, публикуют рекомендации по качеству почвы и желаемым уровням питательных веществ в верхнем слое почвы, которые в целом подходят для многих растений. [10]
Два распространенных типа коммерческого верхнего слоя почвы — Bulk и Bagged Topsoil. Следующая таблица иллюстрирует основные различия между ними. [10]
В качестве альтернативы BSI связывает следующие значения:
Приведенные выше таблицы относятся к многоцелевому сорту, и некоторые уровни могут меняться в зависимости от pH почвы .
Существуют также стандарты для специальных почв, подходящих для растений с особыми потребностями, включая кислые или вересковые почвы и известковые почвы. Они имеют другой уровень pH по сравнению с типичной почвой и предназначены для выращивания различных видов растений. Низкоплодородные, низкоплодородные кислые и низкоплодородные известковые — это другие классификации почв, разработанные для растений, которые процветают в почве с низким содержанием питательных веществ.
Примерами специализированных растений являются Венерина мухоловка , которая встречается в средах с низким содержанием азота и фосфора, поэтому она менее терпима к средам с высоким содержанием питательных веществ, чем другие растения, и менее способна конкурировать в них. В то время как чернике для хорошего роста требуется вересковая почва, а клевер хорошо растет на известковой почве. Поэтому почвы должны выбираться в соответствии с растениями, которые предполагается выращивать, и, следовательно, требуются стандарты.
Верхний слой почвы является основным ресурсом для роста растений и процветания сельскохозяйственных культур. Основными двумя параметрами для этого являются углерод и азот. Углерод обеспечивает энергию, а азот необходим растениям для построения белков и, следовательно, тканей. Растениям они требуются в различных соотношениях для обеспечения подходящего роста. Оптимальным показателем для верхнего слоя почвы в Великобритании является соотношение C:N менее 20:1. Основа из опилок обычно имеет высокое соотношение C:N порядка 400:1, в то время как сено люцерны имеет низкое содержание углерода и обычно может иметь соотношение C:N около 12:1. [11]
Различные почвенные смеси продаются в коммерческих целях в качестве верхнего слоя почвы. Типичные области применения этого продукта — улучшение садов и газонов или использование в контейнерных садах . Почва для горшечных культур , компост , навоз и торф также продаются для бытового использования, и каждый из них имеет определенное предназначение. Продукты верхнего слоя почвы обычно не так подходят для посадки растений в горшки или выращивания фруктов и овощей, как почва для горшечных культур или компост. Использование его для этой цели также может оказаться непомерно дорогим по сравнению с другими альтернативами.
Верхний слой почвы также используется для надлежащего выравнивания поверхности вблизи жилых зданий. Для защиты от затопления Международный жилищный кодекс требует уклона 2% (2,4 дюйма (61 мм)) для первых десяти футов от дома. [12] Energy Star требует уклона 0,5 дюйма/фут (42 мм/м).
Коммерчески доступный верхний слой почвы (изготовленный или встречающийся в природе) в Соединенном Королевстве должен быть классифицирован по британскому стандарту BS 3882, текущая версия которого датирована 2015 годом. Стандарт имеет несколько классификаций верхнего слоя почвы, при этом окончательная классификация требует, чтобы материал соответствовал определенным пороговым критериям, таким как содержание питательных веществ, извлекаемые фитотоксичные элементы, распределение размера частиц, содержание органических веществ, соотношение углерода и азота, электропроводность, потери при прокаливании, pH, химическое и физическое загрязнение. Верхний слой почвы должен быть отобран в соответствии с британским стандартом и европейским стандартом BS EN 12579:2013 Улучшители почвы и среды выращивания – Отбор проб. [13]
Эрозия верхнего слоя почвы происходит, когда верхний слой почвы сдувается или смывается. Оценочные ежегодные расходы на общественные и экологические потери здоровья, связанные с эрозией почвы в Соединенных Штатах, превышают 45 миллиардов долларов. [14] Традиционные промышленные методы ведения сельского хозяйства, такие как вспашка и распыление больших количеств синтетических жидких удобрений, могут ухудшить качество почвы. Интенсивные методы ведения сельского хозяйства для удовлетворения высоких потребностей в продовольствии за счет высокой урожайности и выращивания культур в монокультурах могут истощить питательные вещества почвы и повредить микробиом почвы . Эти факторы могут повлиять на консистенцию и качество почвы, что приведет к усилению эрозии.
Поверхностный сток с сельскохозяйственных полей является типом загрязнения из неточечного источника . Верхний слой почвы, а также удобрения и другие потенциальные загрязнители стекают с незащищенных сельскохозяйственных полей, когда идут сильные дожди. Это может привести к загрязнению водных путей и грунтовых вод и потенциально может загрязнить источники питьевой воды. Цветение водорослей может происходить, когда большое количество питательных веществ затапливает реки, озера или океаны, часто в результате стоков с ферм или из сточных вод. Эти вредные цветения водорослей могут быть токсичными и оказывать разрушительное воздействие на экосистемы и дикую природу. Их часто называют красными приливами из-за присутствия токсичных красных водорослей, которые могут повлиять на источники питания человека, загрязняя морепродукты. [15]
Устойчивые методы пытаются замедлить эрозию посредством использования покровных культур для накопления органического вещества в почве. Соединенные Штаты теряют почти 3 тонны верхнего слоя почвы на акр в год. [16] 1 дюйм (2,5 см) верхнего слоя почвы может образоваться естественным образом от 500 [17] до 1000 лет [18] , что делает скорость эрозии верхнего слоя почвы серьезной экологической проблемой. Согласно тенденциям 2014 года, в мире осталось около 60 лет верхнего слоя почвы. [18] [19]
Сохранение почвы — это предотвращение потери верхнего слоя почвы из-за эрозии или предотвращение снижения плодородия, вызванного чрезмерным использованием, закислением , засолением или другим химическим загрязнением почвы .
Подсечно-огневое земледелие и другие неустойчивые методы натурального хозяйства практикуются в некоторых менее развитых районах. Следствием вырубки лесов обычно является крупномасштабная эрозия , потеря питательных веществ в почве и иногда полное опустынивание . Методы улучшения сохранения почвы включают севооборот , покровные культуры , противоэрозионную обработку почвы и посаженные ветрозащитные полосы , которые влияют как на эрозию , так и на плодородие . Когда растения умирают, они разлагаются и становятся частью почвы. Кодекс 330 определяет стандартные методы, рекомендованные Службой охраны природных ресурсов США . Фермеры практикуют сохранение почвы на протяжении тысячелетий. В Европе такие политики, как Общая сельскохозяйственная политика, нацелены на применение лучших методов управления, таких как сокращенная обработка почвы , зимние покровные культуры, [20] растительные остатки и травяные поля, чтобы лучше решать проблему сохранения почвы. Для решения проблемы эрозии требуются также политические и экономические действия. Простое препятствие управления касается того, как мы ценим землю, и это можно изменить путем культурной адаптации. [21] Почвенный углерод является поглотителем углерода , играя роль в смягчении последствий изменения климата . [22]