Плодородие почвы - Soil fertility

Плодородие почвы относится к способности почва поддерживать сельское хозяйство рост растений, т.е. обеспечить завод среда обитания и привести к устойчивому и последовательному дает высокого качества.[1] Плодородная почва обладает следующими свойствами:[2]

Следующие свойства способствуют плодородию почвы в большинстве ситуаций:

  • Достаточная глубина почвы для адекватного роста корней и удержания воды;
  • Хорошее внутреннее дренаж, обеспечивая достаточную аэрацию для оптимального роста корней (хотя некоторые растения, такие как рис, переносят переувлажнение);
  • Верхний слой почвы или горизонт Oo с достаточным органическое вещество почвы для здоровья структура почвы и влажность почвы удержание;
  • PH почвы в диапазоне от 5,5 до 7,0 (подходит для большинства растений, но некоторые предпочитают или переносят более кислые или щелочные условия);
  • Адекватные концентрации основные питательные вещества для растений в доступных для растений формах;
  • Наличие ряда микроорганизмы которые поддерживают рост растений.

На землях, используемых для сельское хозяйство и другой деятельности человека, поддержание плодородия почвы обычно требует использования сохранение почвы практики. Это потому что эрозия почвы и другие формы деградация почвы обычно приводят к снижению качества в отношении одного или нескольких аспектов, указанных выше.

Ученые-почвоведы используют заглавные буквы O, A, B, C и E для обозначения основных горизонтов и строчные буквы для различения этих горизонтов. Большинство почв имеют три основных горизонта - поверхностный горизонт (A), подпочву (B) и субстрат (C). Некоторые почвы имеют на поверхности органический горизонт (О), но этот горизонт также может быть погребен. Главный горизонт E используется для подземных горизонтов, которые имеют значительную потерю минералов (элювиацию). Для твердых пород, не являющихся почвой, используется буква R.

Удобрение почвы

Основная статья: Удобрения

Биодоступный фосфор - элемент в почве, которого 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 (P2О5) доступный фосфор и 15 процентов (K2О) водорастворимый калий. Сера - четвертый элемент, который может быть идентифицирован при коммерческом анализе, например. 21-0-0-24, который будет содержать 21% азота и 24% сульфата.

Неорганические удобрения обычно дешевле и содержат более высокие концентрации питательных веществ, чем органические удобрения. Кроме того, поскольку азот, фосфор и калий, как правило, должны быть в неорганических формах, чтобы усваиваться растениями, неорганические удобрения обычно становятся биодоступными для растений немедленно без модификации.[3] Однако некоторые критикуют использование неорганических удобрений, утверждая, что водорастворимый азот не обеспечивает долгосрочных потребностей растений и создает загрязнение воды. Удобрения с медленным высвобождением могут снизить потерю питательных веществ при вымывании и могут сделать питательные вещества, которые они обеспечивают, доступными в течение более длительного периода времени.

Плодородие почвы - это сложный процесс, который включает постоянный круговорот питательных веществ между органическими и неорганическими формами. Поскольку растительный материал и отходы животноводства разлагаются микроорганизмами, они выделяют неорганические питательные вещества в почвенный раствор, и этот процесс называется минерализация. Эти питательные вещества могут затем претерпевать дальнейшие преобразования, которым могут способствовать почвенные микроорганизмы. Подобно растениям, многие микроорганизмы требуют или предпочтительно используют неорганические формы азота, фосфора или калия и будут конкурировать с растениями за эти питательные вещества, связывая питательные вещества в микробных организмах. биомасса, процесс, который часто называют иммобилизация. Баланс между процессами иммобилизации и минерализации зависит от баланса и доступности основных питательных веществ и органического углерода для почвенных микроорганизмов.[4][5] Природные процессы, такие как удары молнии, могут фиксировать атмосферный азот, превращая его в (NO2). 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 как удобрения выросла более чем в два раза, а цена на каменный фосфат как базовый товар выросла в восемь раз. Недавно термин пик фосфора был изобретен из-за ограниченного присутствия фосфоритов в мире.

Свет и CO2 ограничения

Фотосинтез это процесс, при котором растения используют световую энергию для запуска химических реакций, которые преобразуют CO2 в сахара. Таким образом, всем растениям требуется доступ как к свету, так и к углекислому газу для выработки энергии, роста и воспроизводства.

Хотя обычно они ограничиваются азотом, фосфором и калием, низкие уровни углекислого газа также могут действовать как ограничивающий фактор для роста растений. Рецензируемые и опубликованные научные исследования показали, что увеличение CO2 очень эффективен для стимулирования роста растений до уровней более 300 ppm. Дальнейшее увеличение co2 могут, в очень небольшой степени, продолжать увеличивать чистый фотосинтетический выход.[6]

Истощение почвы

Истощение почвы происходит, когда компоненты, которые способствуют плодородию, удаляются, а не заменяются, а условия, поддерживающие плодородие почвы, не поддерживаются. Это приводит к плохой урожайности. В сельском хозяйстве истощение запасов может быть связано с чрезмерно интенсивным выращиванием и недостаточным управление почвой.

Плодородие почв может серьезно пострадать, когда землепользование быстро меняется. Например, в Колониальная Новая Англия колонисты приняли ряд решений, которые истощили почвы, в том числе: разрешить стадным животным свободно бродить, не пополнять почву навозом, а также ряд событий, которые привели к эрозии.[7] Уильям Кронон писали, что «... долгосрочным эффектом было поставить эти почвы под угрозу. Вырубка леса, увеличение разрушительных наводнений, уплотнение почвы и обрезка сельскохозяйственных культур, производимые пастбищными животными, вспашка - все это послужило увеличению эрозия ".[7]

Один из самых распространенных случаев истощения почв по состоянию на 2008 год. находится в тропических зонах с низким содержанием питательных веществ в почвах. Комбинированные эффекты роста плотности населения, крупномасштабных промышленных лесозаготовок, рубящий удар сельское хозяйство, скотоводство и другие факторы в некоторых местах истощили почвы из-за быстрого и почти полного удаления питательных веществ.

Истощение почвы сказалось на состоянии жизни растений и сельскохозяйственных культур во многих странах. Например, на Ближнем Востоке многие страны сталкиваются с трудностями при выращивании продуктов из-за засух, недостатка почвы и отсутствия орошения. В Средний Восток В трех странах отмечается снижение урожайности сельскохозяйственных культур, самые высокие темпы снижения урожайности наблюдаются в холмистых и засушливых районах.[8] Многие страны Африки также испытывают истощение плодородных почв. В регионах с сухим климатом любят Судан и страны, составляющие пустыня Сахара, засухи и деградация почвы являются обычным явлением. Товарные культуры, такие как чай, кукуруза и бобы, требуют разнообразных питательных веществ, чтобы расти здоровыми. Плодородие почвы снизилось в сельскохозяйственных регионах Африки, и для восстановления питательных веществ почвы используются искусственные и натуральные удобрения. [9]

Истощение верхнего слоя почвы происходит, когда богатые питательными веществами органические верхний слой почвы, который в естественных условиях формируется в течение сотен или тысяч лет, подвергается эрозии или истощается от своего первоначального органического материала.[10] Исторически сложилось так, что крах многих прошлых цивилизаций можно объяснить истощением верхнего слоя почвы. С начала сельскохозяйственного производства в Большие равнины Северной Америки в 1880-х годах исчезла примерно половина верхнего слоя почвы.[11]

Истощение запасов может происходить из-за множества других эффектов, включая перегрузку (которая повреждает структуру почвы), недостаточное использование поступающих питательных веществ, что приводит к разработке банка питательных веществ почвы, и засоление почвы.

Эффекты орошения

Качество поливной воды очень важно для поддержания плодородия почвы и пахота, и для использования растениями большей глубины почвы.[12] Когда почва орошается водой с высоким содержанием щелочи, в почве накапливаются нежелательные соли натрия, что сильно снижает дренажную способность почвы. Таким образом, корни растений не могут глубоко проникать в почву для оптимального роста в ней. Щелочные почвы. Когда почва орошение кислотной водой с низким pH полезные соли (Ca, Mg, K, P, S и т. д.) удаляются путем слива воды из кислая почва кроме того, нежелательные для растений соли алюминия и марганца растворяются из почвы, препятствуя росту растений.[13] При орошении почвы с высоким соленость воды или недостаточного слива воды из орошаемой почвы, почва превратится в засоленная почва или потеряют плодородие. Соленая вода усиливает тургорное давление или же осмотическое давление требование, которое препятствует отбору воды и питательных веществ корнями растений.

Потеря верхнего слоя почвы происходит в щелочных почвах из-за эрозии поверхностными потоками дождевой воды или дренажа, поскольку они образуют коллоиды (мелкий ил) при контакте с водой. Растения поглощают водорастворимые неорганические соли только из почвы для своего роста. Почва как таковая не теряет плодородие только из-за выращивания сельскохозяйственных культур, но теряет свое плодородие из-за накопления нежелательных и истощения необходимых неорганических солей из почвы из-за неправильного орошения и кислотных дождей (количество и качество воды). Плодородие многих почв, которые не подходят для роста растений, можно во много раз постепенно повышать за счет обеспечения достаточного количества поливной воды подходящего качества и хорошего дренажа из почвы.

Глобальное распространение

Глобальное распространение типов почв Таксономия почв USDA система. Моллисоли, показанные здесь темно-зеленым цветом, являются хорошим (но не единственным) показателем высокого плодородия почвы. Они в значительной степени совпадают с основными производителями зерна в мире, такими как Северная Америка. Прерия Государствах Пампа и Гран Чако Южной Америки и Украина -в Среднюю Азию Черная Земля пояс.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Bodenfruchtbarkeit, Проверено 9 ноября 2015.
  2. ^ «Плодородие почвы». www.fao.org. Получено 18 июн 2016.
  3. ^ Брэди Н., Вейл Р. 2002 Азотно-серная экономика почв. С. 543-571 в Хельба (ред.), Природа и свойства почв. Pearson Education, штат Нью-Джерси.
  4. ^ Симс, Г. К. и М. М. Вандер. 2002. Протеолитическая активность при ограничении содержания азота или серы. Appl. Soil Ecol. 568: 1-5.
  5. ^ Симс, Г. 2006. Азотное голодание способствует биоразложению N-гетероциклических соединений в почве. Биология и биохимия почвы 38: 2478-2480.
  6. ^ Ф. Стюарт Чапин III; Памела А. Матсон; Гарольд А. Мун (2002). Принципы экологии наземных экосистем. Springer. ISBN  0387954392.
  7. ^ а б Кронон, Уильям, Изменения на земле: индейцы, колонисты и экология Новой Англии, Нью-Йорк: Hill & Wang, 1983, стр. 145-152.
  8. ^ Шерр, Сара (1996). «Деградация земель в развивающемся мире: последствия для продовольствия, сельского хозяйства и окружающей среды до 2020 года» (PDF): 7–8. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  9. ^ Смалинг, Эрик (1997). «На карту поставлено плодородие почвы в Африке». Восстановление плодородия почв в Африке Replenishingsoi: 49.
  10. ^ Бьоннес Р., 1997 г., Еда против корма, Народное информационное агентство; Фредериксберг C, Дания
  11. ^ Кётке, Уильям Х. (1993). Последняя империя: крах цивилизации и семя будущего. Стрелка Нажмите. ISBN  0963378457.
  12. ^ Управление обработкой почвы; Примечания к саду государственного университета Колорадо, Проверено 4 октября 2014.
  13. ^ Управление качеством поливной воды, Университет штата Орегон, США, Проверено 4 октября 2012.