Плодородие почвы означает способность почвы поддерживать рост сельскохозяйственных растений , т.е. обеспечивать среду обитания для растений и обеспечивать устойчивые и стабильные урожаи высокого качества. [3] Это также относится к способности почвы поставлять питательные вещества растениям/сельскохозяйственным культурам в нужных количествах и качестве в течение длительного периода времени. Плодородная почва обладает следующими свойствами: [4]
Следующие свойства способствуют плодородию почвы в большинстве ситуаций:
На землях, используемых для сельского хозяйства и другой деятельности человека, поддержание плодородия почвы обычно требует использования методов сохранения почвы . Это связано с тем, что эрозия почвы и другие формы деградации почвы обычно приводят к снижению качества по одному или нескольким аспектам, указанным выше.
Биодоступный фосфор (доступный для почвенной жизни) — это элемент, которого в почве чаще всего не хватает. Азот и калий также необходимы в значительных количествах. По этой причине эти три элемента всегда идентифицируются при анализе коммерческих удобрений. Например, удобрение 10-10-15 содержит 10 процентов азота, 10 процентов доступного фосфора (P 2 O 5 ) и 15 процентов водорастворимого калия (K 2 O). Сера является четвертым элементом, который может быть идентифицирован в ходе коммерческого анализа, например, 21-0-0-24, который будет содержать 21% азота и 24% сульфата.
Неорганические удобрения, как правило, дешевле и имеют более высокую концентрацию питательных веществ, чем органические удобрения. Кроме того, поскольку азот, фосфор и калий обычно должны находиться в неорганических формах, чтобы их могли усваивать растения, неорганические удобрения обычно сразу становятся биодоступными для растений без каких-либо модификаций. [5] Однако некоторые критикуют использование неорганических удобрений, утверждая, что водорастворимый азот не обеспечивает долгосрочные потребности растений и загрязняет воду. Удобрения с медленным высвобождением могут уменьшить потери питательных веществ при выщелачивании и сделать питательные вещества, которые они обеспечивают, доступными в течение более длительного периода времени.
Плодородие почвы — сложный процесс, включающий постоянный круговорот питательных веществ между органическими и неорганическими формами. Поскольку растительный материал и отходы животного происхождения разлагаются микроорганизмами, они выделяют неорганические питательные вещества в почвенный раствор. Этот процесс называется минерализацией . Эти питательные вещества могут затем подвергаться дальнейшим преобразованиям, которым могут способствовать или способствовать почвенные микроорганизмы. Как и растениям, многие микроорганизмы требуют или предпочитают использовать неорганические формы азота, фосфора или калия и будут конкурировать с растениями за эти питательные вещества, связывая питательные вещества в микробной биомассе (процесс, часто называемый иммобилизацией ). Баланс между процессами иммобилизации и минерализации зависит от баланса и доступности основных питательных веществ и органического углерода для почвенных микроорганизмов. [6] [7] Естественные процессы, такие как удары молний, могут связывать атмосферный азот, превращая его в (NO 2 ). Денитрификация может происходить в анаэробных условиях (затопление) в присутствии денитрифицирующих бактерий. Катионы питательных веществ, включая калий и многие микроэлементы, удерживаются в относительно прочных связях с отрицательно заряженными частями почвы в процессе, известном как катионный обмен .
В 2008 году стоимость фосфора в качестве удобрения выросла более чем вдвое, а цена фосфоритов в качестве основного товара выросла в восемь раз. Недавно был придуман термин «пиковый фосфор» из-за ограниченного распространения фосфоритов в мире.
Широкий спектр материалов был описан как кондиционеры почвы из-за их способности улучшать качество почвы , включая биоуголь , предлагающий многочисленные преимущества для здоровья почвы . [8]
Было обнаружено, что компост из пищевых отходов лучше улучшает почву, чем компост на основе навоза . [9]
Фотосинтез – это процесс, при котором растения используют энергию света для запуска химических реакций, в ходе которых CO 2 превращается в сахара. Таким образом, всем растениям требуется доступ как к свету, так и к углекислому газу для производства энергии, роста и размножения.
Хотя обычно низкий уровень углекислого газа ограничен азотом, фосфором и калием, он также может выступать в качестве ограничивающего фактора для роста растений. Рецензируемые и опубликованные научные исследования показали, что увеличение содержания CO 2 очень эффективно способствует росту растений до уровня более 300 частей на миллион. Дальнейшее увеличение выбросов CO 2 может, в очень незначительной степени, продолжать увеличивать чистую продукцию фотосинтеза. [10]
Истощение почвы происходит, когда компоненты, способствующие плодородию, удаляются, а не заменяются, и не поддерживаются условия, поддерживающие плодородие почвы. Это приводит к плохой урожайности сельскохозяйственных культур. В сельском хозяйстве истощение может быть связано с чрезмерно интенсивной культивацией и неадекватным управлением почвой .
Плодородие почвы может серьезно пострадать, если землепользование быстро меняется. Например, в колониальной Новой Англии колонисты приняли ряд решений, которые истощили почвы, в том числе: разрешили стадным животным свободно бродить, не пополняли почвы навозом, а также последовательность событий, которые привели к эрозии. [11] Уильям Кронон писал, что «...долгосрочный эффект заключался в том, чтобы поставить эти почвы под угрозу. Вырубка лесов, увеличение разрушительных наводнений, уплотнение почвы и срезание посевов, вызванное выпасом животных, вспашкой - все это способствовало усилению эрозии». [11]
Один из наиболее распространенных случаев истощения почв по состоянию на 2008 год [обновлять]произошел в тропических зонах, где содержание питательных веществ в почвах низкое. Совместное воздействие растущей плотности населения, крупномасштабных промышленных лесозаготовок, подсечно-огневого земледелия и скотоводства, а также других факторов привело в некоторых местах к истощению почв в результате быстрого и почти полного удаления питательных веществ.
Истощение почв повлияло на состояние растительного мира и сельскохозяйственных культур во многих странах. Например, на Ближнем Востоке во многих странах сложно выращивать продукцию из-за засух, нехватки почвы и орошения. На Ближнем Востоке есть три страны, в которых отмечается снижение производства сельскохозяйственных культур, самые высокие темпы снижения продуктивности наблюдаются в холмистых и засушливых районах. [12] Многие страны Африки также подвергаются истощению плодородных почв. В регионах с засушливым климатом, таких как Судан и страны, составляющие пустыню Сахара , засухи и деградация почв являются обычным явлением. Товарные культуры, такие как чай, кукуруза и фасоль, требуют различных питательных веществ, чтобы расти здоровыми. Плодородие почвы в сельскохозяйственных регионах Африки снизилось, и для восстановления питательных веществ почвы стали использовать искусственные и натуральные удобрения. [13]
Истощение верхнего слоя почвы происходит, когда богатый питательными веществами органический верхний слой почвы , на формирование которого в естественных условиях требуются сотни и тысячи лет, эродируется или истощается исходный органический материал. [14] Исторически сложилось так, что крах многих прошлых цивилизаций можно объяснить истощением верхнего слоя почвы. С началом сельскохозяйственного производства на Великих равнинах Северной Америки в 1880-х годах исчезло около половины верхнего слоя почвы. [15]
Истощение может произойти из-за множества других эффектов, включая чрезмерную обработку почвы (которая повреждает структуру почвы), недостаточное использование питательных веществ, что приводит к истощению почвенного банка питательных веществ, и засоление почвы.
Качество поливной воды очень важно для поддержания плодородия почвы и ее обработки , а также для использования растениями большей глубины почвы. [16] Когда почва орошается водой с высоким содержанием щелочи, в почве накапливаются нежелательные соли натрия, что ухудшает дренажную способность почвы. Поэтому корни растений не могут проникнуть глубоко в почву для оптимального роста на щелочных почвах . При поливе почвы кислой водой с низким уровнем pH полезные соли (Ca, Mg, K, P, S и т. д.) удаляются путем слива воды из кислой почвы , а также растворяются нежелательные для растений соли алюминия и марганца. из почвы, препятствуя росту растений. [17] Когда почва орошается водой с высоким содержанием солей или из орошаемой почвы не вытекает достаточное количество воды, почва превращается в засоленную почву или теряет свое плодородие. Соленая вода повышает тургорное или осмотическое давление , что затрудняет захват воды и питательных веществ корнями растений.
Потеря верхнего слоя почвы происходит в щелочных почвах из-за эрозии поверхностными потоками дождевых вод или дренажем, поскольку они образуют коллоиды (мелкую грязь) при контакте с водой. Растения поглощают водорастворимые неорганические соли только из почвы для своего роста. Почва как таковая теряет плодородие не только из-за выращивания сельскохозяйственных культур, но она теряет свое плодородие из-за накопления нежелательных и истощения полезных неорганических солей из почвы в результате неправильного орошения и кислых дождевых вод (количества и качества воды). Плодородие многих почв, непригодных для роста растений, можно постепенно повысить во много раз, если обеспечить достаточное количество оросительной воды соответствующего качества и хороший дренаж из почвы.
В Австралии самые старые и наиболее выветрелые почвы на планете.
{{cite journal}}
: Требуется цитировать журнал |journal=
( помощь )