Органическое вещество почвы (ПОВ) — компонент органического вещества 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 функций и качества почвы . [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] ПОВ обычно содержит 58% С, а « органический углерод почвы » (ПОУ) часто используется как синоним ПОВ, при этом измеренное содержание ПОУ часто служит показателем прокси для СОМ. 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] Таким образом, динамика ПОВ/ПОУ и способность почв обеспечивать экосистемную услугу по связыванию углерода посредством управления ПОВ получили 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 , свежий и частично разложившийся детрит и гумус . Поверхностный растительный опад , т.е. свежий растительный детрит, обычно исключается из ПОВ. [9]
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 ПОМ 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 экссудаты корней растений [10] и древесный уголь . [11]
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:
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 называется « 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:
Минеральные продукты – это:
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 подразделяют на три рода в зависимости от их растворимости в кислотах и щелочах, а также по устойчивости:
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). Пул органического углерода , который встречается в основном в форме ПОВ, составляет примерно 1550 гигатонн от общего глобального пула углерода, [13] [14] с неорганическим углеродом почвы (SIC), составляющим остальную часть. 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]