Биоразнообразие почвы относится к взаимосвязи почвы с биоразнообразием и к аспектам почвы, которые могут управляться в отношении биоразнообразия. Биоразнообразие почвы относится к некоторым соображениям управления водосбором .
По данным Австралийского департамента окружающей среды и водных ресурсов , биоразнообразие — это «разнообразие жизни: различные растения, животные и микроорганизмы, их гены и экосистемы, частью которых они являются». [1] Биоразнообразие и почва тесно связаны, поскольку почва является средой для большого разнообразия организмов и тесно взаимодействует с более широкой биосферой . И наоборот, биологическая активность является основным фактором физического и химического формирования почвы. [2]
Почва обеспечивает жизненно важную среду обитания , в первую очередь для микробов (включая бактерии и грибы ), а также для микрофауны (например, простейших и нематод ), мезофауны (например, микроартропод и энхитреид) и макрофауны (например, дождевых червей , термитов и многоножек ). [2] Основная роль почвенной биоты заключается в переработке органического вещества, которое получено из «надземной растительной пищевой сети».
Почва находится в тесном сотрудничестве с более широкой биосферой. Поддержание плодородной почвы является «одной из важнейших экологических услуг, которые выполняет живой мир», и «минеральное и органическое содержимое почвы должно постоянно пополняться, поскольку растения потребляют элементы почвы и передают их по пищевой цепи ». [3]
Корреляция почвы и биоразнообразия может наблюдаться пространственно. Например, как естественные, так и сельскохозяйственные границы растительности тесно связаны с границами почвы, даже в континентальном и глобальном масштабах. [ 4]
«Тонкая синхронность» — так Баскин (1997) описывает связь между почвой и разнообразием жизни над и под землей. Неудивительно, что управление почвой напрямую влияет на биоразнообразие. Это включает в себя методы, которые влияют на объем почвы, структуру, биологические и химические характеристики, а также на то, проявляет ли почва неблагоприятные эффекты, такие как снижение плодородия , закисление почвы или засоление . [3]
Кислотность почвы (или щелочность) — это концентрация ионов водорода (H + ) в почве. Измеряемая по шкале pH , кислотность почвы — это невидимое состояние, которое напрямую влияет на плодородие и токсичность почвы, определяя, какие элементы в почве доступны для поглощения растениями. Повышение кислотности почвы вызвано удалением сельскохозяйственной продукции с загона, выщелачиванием азота в виде нитрата ниже корневой зоны, неправильным использованием азотных удобрений и накоплением органических веществ . [5] Многие почвы в австралийском штате Виктория по своей природе кислые; однако около 30 000 квадратных километров или 23% сельскохозяйственных почв Виктории страдают от снижения производительности из-за повышенной кислотности. [5] Было замечено, что кислотность почвы повреждает корни растений. [6] Растения с более высокой кислотностью имеют более мелкие, менее прочные корни. [6] Некоторые данные показали, что кислотность повреждает кончики корней, ограничивая дальнейший рост. [6] Высота растений также заметно ограничена при выращивании на кислых почвах, как это было отмечено на примере американских и российских популяций пшеницы . [7] Количество семян, которые способны прорасти даже в кислой почве, намного меньше количества семян, которые могут прорасти в почве с более нейтральным pH. [7] Эти ограничения роста растений могут иметь очень негативное влияние на здоровье растений , приводя к уменьшению общей популяции растений.
Эти эффекты происходят независимо от биома . Исследование в Нидерландах изучало корреляцию между pH почвы и биоразнообразием почвы в почвах с pH ниже 5. [8] Была обнаружена сильная корреляция, при которой чем ниже pH, тем ниже биоразнообразие. [8] Результаты были одинаковыми как для лугов, так и для пустошей. [8] Особенно тревожными являются доказательства, показывающие, что это закисление напрямую связано с сокращением численности находящихся под угрозой исчезновения видов растений, тенденция, признанная с 1950 года. [8]
Подкисление почвы снижает биоразнообразие почвы. Оно уменьшает численность большинства видов макрофауны, включая, например, численность дождевых червей (важных для поддержания структурного качества верхнего слоя почвы для роста растений). Также влияет на выживаемость и устойчивость ризобий . Разложение и фиксация азота могут быть снижены, что влияет на выживание местной растительности . Биоразнообразие может еще больше снизиться, поскольку определенные сорняки размножаются под сокращающейся местной растительностью. [5] [9]
В сильнокислых почвах сопутствующая токсичность может привести к уменьшению растительного покрова , делая почву восприимчивой к эрозии под воздействием воды и ветра. [10] Почвы с чрезвычайно низким pH могут страдать от структурного ухудшения в результате уменьшения количества микроорганизмов и органических веществ; это приводит к восприимчивости к эрозии в условиях обильных осадков , засухи и сельскохозяйственных нарушений. [5]
Некоторые растения в пределах одного вида продемонстрировали устойчивость к кислотности почвы, в которой произрастает их популяция. [6] Селективное разведение более сильных растений — это способ для людей защититься от повышения кислотности почвы. [6]
Дальнейший успех в борьбе с кислотностью почвы был отмечен в популяциях сои и кукурузы , страдающих от токсичности алюминия . [11] Питательные вещества почвы были восстановлены, а кислотность снижена, когда в почву была добавлена известь. [11] Здоровье растений и корневая биомасса увеличились в ответ на обработку. [11] Это возможное решение для других популяций растений кислой почвы [11]
Структура почвы — это расположение частиц и связанных с ними пор в почвах в диапазоне размеров от нанометров до сантиметров. Биологические влияния могут быть продемонстрированы в формировании и стабилизации почвенных агрегатов. Тем не менее, необходимо четко различать те силы или факторы, которые создают скопления частиц, и те, которые стабилизируют или разрушают такие скопления. [12] То, что считается хорошей почвой, содержит следующие атрибуты: оптимальная прочность почвы и стабильность агрегатов, которые обеспечивают устойчивость к структурной деградации (например, образование корки, осахаривание и эрозия); оптимальная насыпная плотность, которая способствует развитию корней и влияет на другие физические параметры почвы, такие как движение воды и воздуха внутри почвы; оптимальная водоудерживающая способность и скорость инфильтрации воды. [13]
Хорошо развитые, здоровые почвы — это сложные системы, в которых физическая структура почвы так же важна, как и химическое содержание. Поры почвы, увеличенные в хорошо структурированной почве, позволяют кислороду и влаге проникать в глубину, а корням растений — проникать, чтобы получить влагу и питательные вещества. [14]
Биологическая активность помогает поддерживать относительно открытую структуру почвы, а также облегчает разложение, транспортировку и преобразование питательных веществ почвы. Было показано, что изменение структуры почвы приводит к снижению доступности необходимых веществ для растений. В настоящее время не вызывает сомнений, что микробные выделения доминируют в агрегации частиц почвы и защите углерода от дальнейшей деградации. [15] Было высказано предположение, что микроорганизмы в почве «проектируют» превосходную среду обитания и обеспечивают более прочную структуру почвы, что приводит к более продуктивным почвенным системам. [16]
Традиционные методы ведения сельского хозяйства, как правило, вызывают ухудшение структуры почвы. [17] Например, возделывание вызывает механическое перемешивание почвы, уплотнение и сдвиг агрегатов и заполнение поровых пространств — органическое вещество также подвергается большей скорости распада и окисления. [4] Структура почвы имеет важное значение для здоровья и плодородия почвы ; ухудшение структуры почвы оказывает прямое влияние на почвенную и поверхностную пищевую цепь и, как следствие, на биоразнообразие. Продолжение возделывания сельскохозяйственных культур в конечном итоге приводит к значительным изменениям в почве, таким как ее питательный статус, баланс pH, содержание органических веществ и физические характеристики. [18] Хотя некоторые из этих изменений могут быть полезны для производства продовольствия и сельскохозяйственных культур, они также могут быть вредными для других необходимых систем. Например, исследования показали, что вспашка имела негативные последствия для органического вещества почвы (SOM), органического компонента почвы, состоящего из разложения растений и животных и веществ, синтезируемых почвенными организмами . SOM играет неотъемлемую роль в сохранении структуры почвы. Тем не менее, постоянная обработка сельскохозяйственных культур привела к смещению и перераспределению SOM, что привело к ухудшению структуры почвы и изменению популяций почвенных организмов (например, с дождевыми червями). [19] Тем не менее, во многих частях мира максимизация производства продовольствия любой ценой из-за повальной нищеты и отсутствия продовольственной безопасности, как правило, оставляет без внимания долгосрочные экологические последствия, несмотря на исследования и признание академического сообщества. [18] Макдэниел и др. 2014 и Лори и др. 2017 обнаружили, что севооборот , диверсификация культур , междурядные посевы бобовых и органические внесения коррелируют с более высоким разнообразием почвы. [20]
Натриевость почвы относится к содержанию натрия в почве по сравнению с содержанием других катионов , таких как кальций . При высоких уровнях ионы натрия разрушают глинистые пластинки и вызывают набухание и дисперсию в почве. [21] Это приводит к снижению устойчивости почвы. Если концентрация происходит неоднократно, почва становится похожей на цемент , с небольшой структурой или без нее.
Длительное воздействие высоких уровней натрия приводит к уменьшению количества удерживаемой и способной течь через почву воды и снижению скорости разложения (это делает почву бесплодной и препятствует любому будущему росту). Эта проблема заметна в Австралии, где 1/3 земли затронута высоким уровнем соли. [22] Это естественное явление, но методы ведения сельского хозяйства, такие как чрезмерный выпас и возделывание земли, способствовали его росту. Вариантов управления натриевыми почвами минимальны; необходимо выбрать растения, устойчивые к натрию, или изменить почву. Последнее является более сложным процессом. При изменении почвы необходимо добавить кальций, чтобы вытеснить избыток обменного натрия, который вызывает дезагрегацию, блокирующую поток воды. [23]
Засоленность почвы — это концентрация соли в почвенном профиле или на поверхности почвы. Избыток соли напрямую влияет на состав растений и животных из-за различной солеустойчивости — наряду с различными физическими и химическими изменениями в почве, включая структурный упадок и, в крайнем случае, денудацию, подверженность почвенной эрозии и вынос солей в водные пути. [24] При низкой засоленности почвы наблюдается большая микробная активность, что приводит к увеличению дыхания почвы , что увеличивает уровень углекислого газа в почве, создавая более здоровую среду для растений. [25] По мере повышения засоленности почвы увеличивается нагрузка на микробы, поскольку им становится меньше доступной воды, что приводит к меньшему дыханию. [25] Засоленность почвы оказывает локальное и региональное воздействие на биоразнообразие, начиная, например, от изменений в составе растений и выживании в локальном месте сброса до региональных изменений качества воды и водной жизни .
Хотя очень засоленная почва не является предпочтительной для выращивания сельскохозяйственных культур, важно отметить, что многие сельскохозяйственные культуры могут расти на более засоленных почвах, чем другие. [26] Это важно в странах, где такие ресурсы, как пресная вода, скудны и необходимы для питья. Соленая вода может использоваться для сельского хозяйства. [26] Засоленность почвы может варьироваться от крайностей к крайностям на относительно небольшой территории; [27] это позволяет растениям искать области с меньшей засоленностью. Трудно определить, какие растения могут расти на почве с высокой засоленностью, поскольку засоленность почвы неравномерна даже на небольших территориях. [27] Однако растения поглощают питательные вещества из областей с меньшей засоленностью. [27]
Эрозия почвы — это удаление верхних слоев почвы водой, ветром или льдом. Эрозия почвы происходит естественным образом, но деятельность человека может значительно усилить ее интенсивность. [28] Здоровая почва плодородна и продуктивна. [29] Но эрозия почвы приводит к потере верхнего слоя почвы, органических веществ и питательных веществ; она разрушает структуру почвы и снижает водоудерживающую способность, снижая плодородие и доступность воды для корней растений. Таким образом, эрозия почвы представляет собой серьезную угрозу для биоразнообразия почвы. [30]
Эффекты эрозии почвы можно уменьшить с помощью различных методов сохранения почвы . К ним относятся изменения в сельскохозяйственной практике (например, переход к менее подверженным эрозии культурам ), посадка бобовых азотфиксирующих деревьев или деревьев, которые известны тем, что восполняют органические вещества . [29] [31] Также джутовые маты и джутовые геотекстильные сети могут использоваться для отвода и хранения стока и контроля движения почвы. [32] [33]
Неправильно истолкованные усилия по сохранению почвы могут привести к дисбалансу химических соединений в почве. [31] [34] Например, попытки лесонасаждения на севере Лессового плато в Китае привели к лишению органических материалов таких питательных веществ, как углерод , азот и фосфор . [34]
Калий (K) является важным макроэлементом для развития растений [35] , а хлорид калия (KCl) представляет собой наиболее широко используемый в сельском хозяйстве источник K. [36] Использование KCl приводит к высоким концентрациям хлорида (Clˉ) в почве, что вызывает увеличение засоленности почвы, влияющее на развитие растений и почвенных организмов. [37] [38] [39] [40]
Хлорид оказывает биоцидное действие на экосистему почвы, вызывая негативные эффекты на рост, смертность и воспроизводство организмов, [38] [40], что в свою очередь ставит под угрозу биоразнообразие почвы. Избыточное наличие хлорида в почве может вызвать физиологические нарушения у растений и микроорганизмов, снижая осмотический потенциал клеток и стимулируя выработку активных форм кислорода. [39] Кроме того, этот ион отрицательно влияет на нитрифицирующие микроорганизмы, тем самым влияя на доступность питательных веществ в почве. [38]
Биологические системы — как естественные, так и искусственные — в значительной степени зависят от здоровых почв; именно поддержание здоровья и плодородия почвы во всех ее измерениях поддерживает жизнь. Взаимосвязь охватывает огромные пространственные и временные масштабы; основные проблемы деградации, такие как засоление и эрозия почвы, например, могут иметь как локальные, так и региональные последствия — могут потребоваться десятилетия, чтобы последствия управленческих действий, влияющих на почву, проявились с точки зрения воздействия на биоразнообразие. [ необходима цитата ]
Поддержание здоровья почвы является региональной или водосборной проблемой. Поскольку почвы являются рассредоточенным активом, единственный эффективный способ обеспечения здоровья почвы в целом — это поощрение широкого, последовательного и экономически привлекательного подхода. Примерами таких подходов, применяемых в сельскохозяйственных условиях, являются внесение извести ( карбоната кальция ) для снижения кислотности с целью повышения здоровья и производительности почвы, а также переход от традиционных методов ведения сельского хозяйства, которые используют культивацию, к ограниченным или нулевым системам обработки почвы, что оказало положительное влияние на улучшение структуры почвы. [41]
Почвы охватывают огромное разнообразие организмов, что затрудняет измерение биоразнообразия. Подсчитано, что футбольное поле содержит под землей столько же организмов, сколько 500 овец. Первым шагом в определении областей, где биоразнообразие почвы находится под наибольшим давлением, является поиск основных косвенных показателей, которые снижают биоразнообразие почвы. [42] Биоразнообразие почвы будет измеряться в будущем, особенно благодаря разработке молекулярных подходов, основанных на прямом извлечении ДНК из почвенной матрицы. [43]
{{cite web}}
: Отсутствует или пусто |url=
( помощь ){{cite web}}
: Отсутствует или пусто |url=
( помощь ){{cite web}}
: Отсутствует или пусто |url=
( помощь ){{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )