stringtranslate.com

Органическое вещество почвы

Органическое вещество почвы (SOM) — это компонент органического вещества почвы , состоящий из растительного и животного детрита на разных стадиях разложения , клеток и тканей почвенных микробов и веществ, которые синтезируют почвенные микробы. SOM обеспечивает многочисленные преимущества для физических и химических свойств почвы и ее способности предоставлять регулирующие экосистемные услуги . [1] SOM особенно важен для функций и качества почвы . [2]

Преимущества SOM являются результатом нескольких сложных, интерактивных, эдафических факторов; неполный список этих преимуществ для функции почвы включает улучшение структуры почвы , агрегации , удержания воды , биоразнообразия почвы , поглощения и удержания загрязняющих веществ , буферной емкости , а также круговорота и хранения питательных веществ для растений . SOM повышает плодородие почвы , предоставляя места катионного обмена и являясь резервом питательных веществ для растений , особенно азота (N), фосфора (P) и серы (S), наряду с микроэлементами , которые медленно высвобождаются при минерализации SOM. Таким образом, количество SOM и плодородие почвы значительно коррелируют. [3]

SOM также действует как основной поглотитель и источник углерода почвы (C). Хотя содержание C в SOM значительно варьируется, [4] [5] SOM обычно оценивается как содержащий 58% C, и « почвенный органический углерод » (SOC) часто используется как синоним SOM, при этом измеренное содержание SOC часто служит в качестве заменителя SOM. Почва представляет собой один из крупнейших поглотителей C на Земле и играет важную роль в глобальном углеродном цикле и, следовательно, в смягчении последствий изменения климата . [6] Поэтому динамика SOM/SOC и способность почв предоставлять экосистемную услугу по связыванию углерода посредством управления SOM получили значительное внимание. [7]

Концентрация SOM в почвах обычно колеблется от 1% до 6% от общей массы верхнего слоя почвы для большинства возвышенных почв. Почвы, верхние горизонты которых состоят из менее 1% органического вещества, в основном ограничены пустынями , в то время как содержание SOM в почвах низинных, влажных районов может достигать 90%. Почвы, содержащие от 12% до 18% SOC, обычно классифицируются как органические почвы . [8]

SOM можно разделить на три рода: живая биомасса микробов , свежий и частично разложившийся детрит и гумус . Поверхностный растительный опад , т. е. свежие растительные остатки, как правило , исключается из SOM. [9]

Источники

Основным источником SOM ​​является растительный детрит. Например, в лесах и прериях различные организмы разлагают свежий детрит на более простые соединения. Это включает несколько стадий, первая из которых в основном механическая и становится более химической по мере разложения. Микробные деструкторы включены в SOM и образуют пищевую сеть организмов, которые охотятся друг на друга и впоследствии становятся добычей.

Выше детритофагов есть также травоядные , которые потребляют свежий растительный материал, остатки которого затем попадают в почву. Продукты метаболизма этих организмов являются вторичными источниками SOM, которые также включают их трупы. Некоторые животные, такие как дождевые черви , термиты , муравьи и многоножки , способствуют как вертикальному, так и горизонтальному перемещению органического вещества. [1]

Дополнительные источники SOM включают корневые экссудаты растений [10] и древесный уголь . [11]

Состав

Содержание воды в большинстве растительных остатков колеблется от 60% до 90%. Сухое вещество состоит в основном из углерода, кислорода и водорода. Хотя эти три элемента составляют около 92% сухого веса органического вещества в почве, другие присутствующие элементы необходимы для питания растений, включая азот, фосфор, калий, серу, кальций, магний и многие микроэлементы . [1]

Органические соединения в растительном детрите включают:

Разложение

Растительный детрит обычно не растворяется в воде и, следовательно, недоступен для растений. Тем не менее, он представляет собой сырье, из которого получаются питательные вещества для растений . Почвенные микробы разлагают его посредством ферментативных биохимических процессов, получают необходимую энергию из того же вещества и производят минеральные соединения, которые корни растений склонны поглощать. [12] Разложение органических соединений, в частности, на минеральные, т. е. неорганические, соединения, называется « минерализацией ». Часть органического вещества не минерализуется и вместо этого разлагается на стабильное органическое вещество, которое называется « гумус ». [1]

Разложение органических соединений происходит с очень разной скоростью, в зависимости от природы соединения. Рейтинг, от быстрых до медленных скоростей, таков:

  1. Сахара , крахмалы и простые белки
  2. Белки
  3. Гемицеллюлозы
  4. Целлюлоза
  5. Лигнины и жиры

Происходящие реакции можно отнести к одному из трех родов:

Минеральные продукты:

Гумус

По мере разложения растительного детрита образуются некоторые микробно-устойчивые соединения, включая модифицированные лигнины, масла, жиры и воски. Во-вторых, синтезируются некоторые новые соединения, такие как полисахариды и полиурониды . Эти соединения являются основой гумуса . Происходят новые реакции между этими соединениями и некоторыми белками и другими продуктами, содержащими азот, таким образом включая азот и избегая его минерализации . Другие питательные вещества также защищены таким образом от минерализации.

Гуминовые вещества

Гуминовые вещества подразделяются на три рода в зависимости от их растворимости в кислотах и ​​щелочах, а также по их устойчивости:

Функция в круговороте углерода

Почва играет важную роль в глобальном углеродном цикле , при этом глобальный пул углерода в почве оценивается в 2500 гигатонн . Это в 3,3 раза больше объема атмосферного пула в 750 гигатонн и в 4,5 раза больше биотического пула в 560 гигатонн. Пул органического углерода , который встречается в основном в форме SOM, составляет приблизительно 1550 гигатонн от общего глобального пула углерода, [13] [14] а неорганический углерод почвы (SIC) составляет остальную часть. Пул органического углерода существует в динамическом равновесии между приобретениями и потерями; поэтому почва может служить либо поглотителем, либо источником углерода посредством секвестрации или выбросов парниковых газов , соответственно, в зависимости от экзогенных факторов. [15]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abcdefg Weil, Ray R.; Brady, Nyle C. (2016). Природа и свойства почв (15-е изд.). Верхняя Сэддл-Ривер, Нью-Джерси: Pearson . ISBN 978-0133254488. Получено 17 декабря 2023 г. .
  2. ^ Бир, Майк Х.; Кабрера, Мигель Л.; Хендрикс, Пол Ф.; Коулман, Дэвид К. (1994). «Защищенные и незащищенные пулы органического вещества в обычных и беспахотных почвах». Журнал Американского общества почвоведов . 58 (3): 787–95. doi :10.2136/sssaj1994.03615995005800030021x . Получено 17 декабря 2023 г.
  3. ^ Tiessen, Holm; Cuevas, Elvira; Chacón, Prudencio (1994). «Роль органического вещества почвы в поддержании плодородия почвы» (PDF) . Nature . 371 : 783–85. doi :10.1038/371783a0 . Получено 17 декабря 2023 г. .
  4. ^ Перье, Кэтрин; Уимет, Рок (2008). «Органический углерод, органическое вещество и плотность насыпного веса в почвах бореальных лесов». Канадский журнал почвоведения . 88 (3): 315–25. doi : 10.4141/CJSS06008 . Получено 24 декабря 2023 г.
  5. ^ Джейн, Терри; Грэм, Рассел Т.; Адамс, Дэвид Л. (1997). «Соотношения углерода и органического вещества в почвах хвойных лесов Скалистых гор». Журнал Soil Science Society of America . 61 (4): 1190–95. doi :10.2136/sssaj1997.03615995006100040026x . Получено 24 декабря 2023 г.
  6. ^ «Восстановление почв может удалить до „5,5 млрд тонн“ парниковых газов каждый год». Carbon Brief . Лондон, Соединенное Королевство. 2020-03-16 . Получено 24 декабря 2023 г.
  7. ^ Ontl, Todd A.; Schulte, Lisa A. (2012). «Хранение углерода в почве». Проект знаний о природе . Кембридж, Массачусетс . Получено 24 декабря 2023 г.
  8. ^ "Органическое вещество в почве: обзор состава, распределения и содержания". Ocean Agro LLC . Nandesari Vadodara, Индия. 2018. Получено 25 декабря 2023 г.
  9. ^ Бот, Александра; Бенитес, Хосе (2005). «Важность органического вещества почвы: ключ к засухоустойчивости почвы и устойчивому производству продовольствия. Глава 1. Введение». Продовольственная и сельскохозяйственная организация Объединенных Наций . Рим, Италия . Получено 25 декабря 2023 г.
  10. ^ Мергель, А.; Тимченко, А.; Кудеяров, В. (1998). «Роль корневых экссудатов растений в преобразовании углерода и азота в почве». В Боксе, Джеймс Э. младший (ред.). Демография корней и их эффективность в устойчивом сельском хозяйстве, лугах и лесных экосистемах. Развитие наук о растениях и почве. Том 82. Дордрехт, Нидерланды: Springer . С. 43–54. doi :10.1007/978-94-011-5270-9_3. ISBN 978-94-010-6218-3. Получено 31 декабря 2023 г. .
  11. ^ Скьемстад, Ян О.; Рейкоски, Дональд К.; Уилтс, Алан Р.; МакГоуэн, Джанин А. (2002). «Углерод в сельскохозяйственных почвах США». Журнал Soil Science Society of America . 66 (4): 1249–55. Bibcode : 2002SSASJ..66.1249S. doi : 10.2136/sssaj2002.1249 . Получено 31 декабря 2023 г.
  12. ^ Ochoa-Hueso, Raul; Delgado-Baquerizo, Manuel; King, Paul TA; Benham, Merryn; Arca, Valentina; Power, Sally Ann (февраль 2019 г.). «Тип экосистемы и качество ресурсов важнее факторов глобальных изменений в регулировании ранних стадий разложения подстилки». Soil Biology and Biochemistry . 129 : 144–52. doi :10.1016/j.soilbio.2018.11.009. hdl : 10261/336676 . S2CID  92606851 . Получено 9 июня 2024 г. .
  13. ^ Батьес, Нильс Х. (1996). «Общий углерод и азот в почвах мира». Европейский журнал почвоведения . 47 (2): 151–63. doi :10.1111/j.1365-2389.1996.tb01386.x.
  14. ^ Батьес, Нильс Х. (2016). «Гармонизированные значения свойств почвы для широкомасштабного моделирования (WISE30sec) с оценками глобальных запасов углерода в почве». Geoderma . 269 : 61–68. Bibcode : 2016Geode.269...61B. doi : 10.1016/j.geoderma.2016.01.034.
  15. ^ Лал, Р. Секвестрация углерода в почве для смягчения последствий изменения климата. Geoderma, 123(1): 1–22 (2004).