В почве макропоры определяются как полости, которые больше 75 мкм. [1] Функционально поры такого размера принимают преимущественный поток почвенного раствора и быстрый транспорт растворенных веществ и коллоидов . Макропоры увеличивают гидравлическую проводимость почвы, позволяя воде быстро просачиваться и дренироваться , а неглубоким грунтовым водам перемещаться относительно быстро через боковой поток. В почве макропоры создаются корнями растений , трещинами почвы, почвенной фауной и агрегацией частиц почвы в педы . Макропоры также можно найти в почве между более крупными отдельными минеральными частицами, такими как песок или гравий.
Макропоры могут быть определены по-разному в других контекстах. В контексте пористых твердых тел (т.е. не пористых агрегатов, таких как почва), коллоидные и поверхностные химики определяют макропоры как полости, которые больше 50 нм. [2]
Первичные частицы ( песок , ил и глина ) в почве связываются вместе различными агентами и в ходе различных процессов, образуя почвенные агрегаты ( педы ). Внутри и между этими почвенными агрегатами существуют пространства различной формы и размера. Более крупные пространства между агрегатами называются макропорами. Макропоры могут образовываться под влиянием физических процессов, таких как циклы увлажнения/высыхания и замораживания/оттаивания, которые приводят к трещинам и изломам почвы. Они также могут образовываться в ходе биологических процессов, в которых корни растений и почвенные организмы играют важную роль в их формировании. [3] Макропоры, созданные в результате биологической деятельности, также называются биопорами. Например, корни растений создают большие пространства между почвенными агрегатами своим ростом и разложением. Почвенная фауна , особенно роющие виды, такие как дождевые черви , способствуют образованию макропор своим движением и деятельностью в почвах. В целом, образование макропор отрицательно связано с глубиной почвы, поскольку эти физические и биологические процессы уменьшаются с глубиной.
Как важная часть структуры почвы , макропоры жизненно важны для предоставления многих экосистемных услуг почвы. Они обеспечивают свободное движение воды и воздуха, влияют на транспортировку химических веществ и обеспечивают среду обитания для почвенных организмов. Поэтому понимание важности макропор почвы также имеет решающее значение для достижения устойчивого управления нашими почвенными ресурсами.
Вода может свободно перемещаться под действием силы тяжести в макропорах почвы по сравнению с микропорами (гораздо более мелкими порами в почвах), где вода удерживается капиллярными силами . [4] Вода также имеет тенденцию перемещаться по путям наименьшего сопротивления. Связанные макропоры создают эти пути и приводят к так называемым преимущественным потокам [5] в почвах. Такие свойства макропор обеспечивают быстрое перемещение воды в почву и через нее, что может значительно улучшить скорость инфильтрации и проницаемость почвы . Это, в свою очередь, может помочь уменьшить поверхностный сток, эрозию почвы и предотвратить наводнения. Это также способствует пополнению запасов грунтовых вод , что пополняет водные ресурсы .
С другой стороны, эти поры будут заполнены воздухом, когда они не будут удерживать воду. Расширенная сеть макропор помогает улучшить газообмен между почвой и атмосферой , [ 6] особенно когда эти макропоры соединены с поверхностью почвы. Почвенные газы, такие как углекислый газ и кислород, являются важными элементами почвенного дыхания . Кислород необходим для роста корней растений и почвенных организмов, в то время как выделение углекислого газа через дыхание является неотъемлемой частью глобального круговорота углерода .
Оптимальное движение воды и воздуха через почву не только обеспечивает необходимые элементы для поддержания жизни, но и имеет основополагающее значение для различных почвенных процессов, таких как круговорот питательных веществ .
Поскольку макропоры облегчают движение воды в почвах, они также неизбежно влияют на транспортировку химических веществ, которые растворены в воде. В результате макропоры могут играть значительную роль в воздействии на круговорот питательных веществ в почве и распределение загрязняющих веществ в почве . Например, в то время как предпочтительные пути потока состоят из макропор, улучшают дренаж почвенной воды, растворенные питательные вещества могут быстро уноситься и приводить к неравномерному распределению воды, а также химических веществ в почве. Когда избыточные химические вещества или загрязняющие вещества попадают в грунтовые воды, они могут вызывать загрязнение воды в принимающих водоемах . [7] Это может быть проблемой, особенно для некоторых видов землепользования , таких как сельскохозяйственная деятельность, [8], поскольку это приводит к проблемам, касающимся эффективности орошения и удобрения , а также к последствиям загрязнения окружающей среды . Например, избыточный нитрат, преобразованный из азотных удобрений, может быть вымыт в грунтовые воды при сильных дождях или орошении. Впоследствии высокий уровень нитрата в питьевой воде может вызвать проблемы со здоровьем. [9]
Будучи крупными порами в почве, макропоры обеспечивают легкое движение воды и воздуха, что обеспечивает благоприятные пространства для роста корней растений и среду обитания для почвенных организмов . [10] Следовательно, эти поры, в которых обитают различные почвенные организмы, такие как дождевые черви и личинки, также становятся важными местами биохимических процессов в почве, которые влияют на общее качество почвы.
Макропоры почвы не являются однородными, а имеют неправильную геометрию . Они различаются по форме, размеру и даже шероховатости поверхности . Соединяясь вместе, они образуют особые сети в почвах. Поэтому характеристики этих сетей макропор могут оказывать значительное влияние на их функции в почвах, особенно в отношении движения воды, аэрации и роста корней растений.
Взаимосвязанность почвенных макропор влияет на способность почвы проводить воду и, таким образом, контролирует ее инфильтрацию воды и гидравлическую проводимость . Более высокая связанность почвенных макропор обычно связана с более высокой проницаемостью почвы . [11] Связь макропор с поверхностью почвы и грунтовыми водами также способствует инфильтрации воды в почвы и пополнению грунтовых вод. Связность почвенных макропор влияет на вертикальное и боковое движение как воды, так и растворенных веществ в почвах.
Взаимосвязанные почвенные макропоры могут не создавать непрерывных путей, особенно через границы почвы. Существование тупиковых пор может блокировать или замедлять движение воды и воздуха. Поэтому непрерывность почвенных макропор также является влиятельным фактором в почвенных процессах.
Например, более высокая непрерывность макропор может привести к более высокому газообмену между почвой и атмосферой, а также к лучшей аэрации почвы. Продолжительная связь макропор также обеспечит расширенные пространства, в которые растения могут легко прорасти своими корнями, не жертвуя надземной биомассой , выделяя ресурсы для своих корней на поиск новых пространств в прерванных областях. [12]
Хотя почвенные макропоры могут быть соединены непрерывно, образуя длинные каналы между двумя точками в почве, эти каналы в основном извилистые , а не прямые. Извилистость в основном представляет собой соотношение между фактической длиной пути и кратчайшим расстоянием между двумя точками. [13] По сути, извилистость путей макропор указывает на их сопротивление потоку воды. Чем более извилисты пути, тем выше сопротивление. Это затем повлияет на скорость движения воды и ее распределение в почвах.
Макропоры почвы являются жизненно важной частью структуры почвы, и их сохранение имеет решающее значение для устойчивого управления нашими почвенными ресурсами. Это особенно касается почв, которые постоянно подвергаются антропогенному воздействию, например, возделываемых сельскохозяйственных полей, где форма и размер макропор могут изменяться в результате обработки.
Макропоры почвы легко подвергаются воздействию уплотнения почвы . [14] Уплотненные почвы, например, в лесных массивах , обычно имеют низкую долю макропор (макропористость) с затрудненным движением воды.
Органические вещества можно вносить в нарушенные почвы для улучшения их макропористости и связанных с ними почвенных функций [15]