Таблица органических веществ: Органические вещества в составе клетки, биологические молекулы (Таблица)

Органические вещества в составе клетки, биологические молекулы (Таблица)

Справочная таблица содержит органические вещества в составе клетки (или биологические молекулы), такие как углеводы, нуклеиновые кислоты  и нуклеотиды, липиды, аминокислоты и белки, витамины

Биологические молекулы — в основе их строения лежит способность атомов углерода образовывать ковалентные связи, обычно с атомами углерода, кислорода, водорода или азота. Молекулы могут иметь форму длинных цепей или же формировать различные кольцевые структуры.

Органические вещества клетки	Функции в клетках	Структура и свойства
Углеводы	—  являются основным источником энергии для организма —  компонент соединительных тканей —  защитная функция (слизь, гепарин) —  запасные питательные вещества (полисахариды)	Эти органические вещества клетки обычно состоят только из С, Н и О Эмпирическая формула — СnН2nОn Для определения простейших углеводов (редуцирующих сахаров) обычно используется нагревание с реактивом Бенедикта Многие углеводы растворимы в воде Делятся на три основных класса: моносахариды, олигосахариды и полисахариды.
Нуклеиновые кислоты  и нуклеотиды	—  синтез белка —  хранение наследственной информации клетки —  запас и накопление энергии в клетках	Нуклеиновые кислоты — биополимеры, мономерами которых являются нуклеотиды. Содержат С, Н, О, N и Р Фосфатная группа дает КИСЛУЮ РЕАКЦИЮ После гидролиза сахар пентоза дает позитивную РЕАКЦИЮ БЕНЕДИКТА
Липиды	—  источник энергии —  компоненты клеточных мембран —  защитная функция клеток —  транспортная функция —  роль запасных веществ	Липиды — это различные соединения, отличающихся своей гидрофобностью. Большая часть липидов это жиры. Обычно не растворяются в воде, но растворимы в органических растворителях Обычно состоят только из С, Н и О, при этом содержание О меньше, чем в углеводах Определяют, как правило, с помощью физической реакции — эмульсионной пробы
Аминокислоты и белки	—  структурная функция —  каталитическая (ферменты) —  транспортная функция (гемоглобин) —  защитная функция (антитела) —  энергетическая функция	Аминокислоты —  это соединения, в составе которых есть карбоксильная группа и аминогруппа (—NH2). Биологические молекулы белков состоят из С, Н, О, N и иногда S Эти органические вещества обычно растворимы в воде Белки дают положительную биуретовую реакцию
Коферменты	Основная функция —  энергетическая!	Коферменты — это молекулы не белковой природы, соединяются с белками (апоферментами) и играют роль активного центра. Коферменты используются для переноса функциональных групп между ферментами, которые катализируют химические реакции. К ним относят витамины, АТФ, Ацетил-КоА. АТФ (аденозинтрифосфат) центральный кофермент, универсальный источник энергии клеток.

_______________

Источник информации:

1. Биология человека в диаграммах / В.Р. Пикеринг — 2003.

2. Общая биология / Левитин М. Г. — 2005.

Таблица «Классификация органических соединений»

КЛАССИФИКАЦИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

Названия некоторых органических веществ. УГЛЕВОДОРОДЫ.

Класс соединения

Обшая формула

Примеры соединений, системати-ческое название и пояснение

Тривиальные названия

Алканы

C_nH_2n+2

CH_{4 метан}

Алкены

C_nH_2n

C₂H₄ этен CH₂ ═ CH₂

(CH₂ ═ CH─) радикал винил

этилен

C₃H₆ пропен CH₂═ CH─CH₃

пропилен

Циклолканы

C_nH_2n

C₄H₈ циклобутан CH₂─ CH₂

│ │

CH₂─ CH₂

Алкины

C_nH_2n—2

C₂H_{2 этин CH ≡ CH}

ацетилен

Алкадиены

C_nH_2n—2

CH₂═ CH─CH ═ CH₂

бутадиен -1,3

дивинил

CH₂═ C─CH ═ CH₂

│

CH₃

2-метилбутадиен -1,3

изопрен

Арены

Ароматические

углеводороды

C_nH_2n-6

C₆H₆ бензол

(C₆H₅─) радикал

фенил

C₆H₅CH₃ CH₃

метилбензол │

C₇H₈

толуол

C₆H₄(CH₃)₂ C₈H₁₀

1,2-диметилбензол

CH₃

│

─ CH₃

орто-ксилол

(о-ксилол)

C₆H₄(CH₃)₂ C₈H₁₀

1,3-диметилбензол

CH₃

│

─ CH₃

мета-ксилол

(м-ксилол)

C₆H₄(CH₃)₂ C₈H₁₀

1,4-диметилбензол CH₃

│

│

CH₃

пара-ксилол

(п-ксилол)

Арены

непредельные

C_nH_2n-8

C₆H₅─CH_{═ CH2}

винилбензол ─CH ═ CH₂

стирол

Названия некоторых органических веществ.

СПИРТЫ.

Класс соединения

Обшая формула

Примеры соединений, системати-ческое название и пояснение

Тривиальные названия

Предельные

одноатомные

спирты

C_nH_2n+1OH

C_nH_2n+2O

R─ OH

CH₃OH _{метанол}

метиловый спирт

древесный спирт

C₂H₅OH _этанол

этиловый спирт

Непредельные

одноатомные

спирты

C_nH_2n-1OH

CH₂═ CH─CH₂─OH

пропен-2-ол-1

аллиловый спирт

Предельные

многоатомные

спирты

CH₂ ─ CH₂ этандиол-1,2

│ │

OH OH

этиленгликоль

CH₂ ─ CH ─ CH₂

│ │ │

OH OH OH

пропантриол-1,2,3

глицерин

Фенолы

C₆H₅OH Фенол OH

гидроксибензол │

карболовая кислота

C₆H₄(CH₃)OH 2-метилфенол

1-гидрокси-2-метилбензол

OH

│

─ CH₃

орто-крезол

(о- крезол)

C₆H₄(CH₃)OH 3-метилфенол

1-гидрокси-3-метилбензол

OH

│

─ CH₃

мета-крезол

(м- крезол)

C₆H₄(CH₃)OH 4-метилфенол

1-гидрокси-4-метилбензол

OH

│

│

CH₃

пара-крезол

(п- крезол)

Ароматические

спирты

C₆H₅─CH₂ ─ OH

фенилиметанол ─CH₂─OH

бензиловый спирт

Названия некоторых органических веществ.

ПРОСТЫЕ ЭФИРЫ.

Класс соединения

Обшая формула

Примеры соединений, системати-ческое название и пояснение

Тривиальные названия

Простые эфиры

C_nH_2n+2O

R – O – R₁

CH₃ – O – CH₃ метоксиметан

диметиловый эфир

C₂H₅ – O – C₂H₅ этоксиэтан

диэтиловый эфир

CH₃ – O – C₂H₅ метоксиэтан

метилэтиловый эфир

Названия некоторых органических веществ.

АЛЬДЕГИДЫ. КЕТОНЫ.

Класс соединения

Обшая формула

Примеры соединений, системати-ческое название и пояснение

Тривиальные названия

Предельные

альдегиды

C_nH_2n+1СОН

C_nH_2nO

RCOH

О

//

R─С

\

H

HCOH метаналь О

//

H─С

\

H

муравьиный альдегид,

формальдегид

CH₃COH этаналь О

//

CH₃─С

\

H

уксусный альдегид,

ацетальдегид

Непредельные

альдегиды

CH₂═ CH─COH О

пропеналь //

CH₂═ CH─C

\

H

акриловый альдегид, акролеин

Ароматический

альдегид

C₆H₅COH O

//

бензальдегид С ─H

│

бензойный альдегид

Кетоны

C_nH_2nO

RCOR

R – C – R

||

O

CH₃ – C – CH₃ пропанон

||

O

ацетон, диметилкетон

Названия некоторых органических веществ.

КАРБОНОВЫЕ КИСЛОТЫ.

Класс соединения

Обшая формула

Примеры соединений, системати-ческое название и пояснение

Тривиальные названия

Предельные

карбоновые

кислоты

C_nH_2n+1СОOН

C_nH_2nO₂

RCOOH

О

//

R─С

\

OH

HCOOH метановая О

кислота //

(соли метаноат) H─С

\

OH

муравьиная

кислота

(соли формиаты)

CH₃COOH этановая О

кислота //

(соли этаноат) CH₃─С

\

OH

уксусная

кислота, уксус

(соли ацетаты)

высшие предельные кислоты

C₁₅H₃₁COOH гексадекановая кислота

пальмитиновая к-та

(соли пальмитаты)

C₁₇H₃₅COOH октадекановая кислота

стеариновая к-та (соли стеараты)

Непредель-ные

кислоты

CH₂═ CH─COOH О

пропеновая //

кислота CH₂═ CH─C

\

OH

акриловая кислота

(соли акрилаты)

CH₂═ C─COOH

| 2-метилпропеновая

CH₃ кислота

метакриловая кислота

(соли метакрилаты)

высшие непредельные кислоты

C₁₇H₃₃COOH

олеиновая кислота

(имеет одну двойную связь)

C₁₇H₃₁COOH

линолевая кислота

(имеет две двойные связи)

C₁₇H₂₉COOH

линоленовая кислота

(имеет три двойные связи)

Аромати-ческая

кислота

C₆H₅COОH O

//

С ─ОH

│

бензойная кислота

(соли бензоаты)

Двух-основная кислота

предельная

HOOC – COOH

этандиовая кислота

щавелевая кислота

ароматическая

1,4-бензолдикарбоновоя кислота СOОH

│

|

СOОH

терефталевая кислота

Названия некоторых органических веществ.

СЛОЖНЫЕ ЭФИРЫ.

Формула соединений

Систематическое название и пояснение

Тривиальные названия

HCOOCH₃

метилметаноат

метилформиат, метиловый эфир муравьинной кислоты

CH₃COOCH₃

метилэтаноат

метилацетат, метиловый эфир уксусной кислоты

CH₃COOC₂H₅

этилэтаноат

этилацетат, этиловый эфир уксусной кислоты

CH₂ ═ CH─COOCH₃

метилпропеноат

Метилакрилат, метиловый эфир акриловой кислоты

CH₂ ═ CH─COOCH₃

|

CH₃

Метил -2-метилпропеноат

Метилметакрилат, метиловый эфир метакриловой кислоты

ЖИРЫ

(сложные эфиры глицерина и высших карбоновых кислот)

CH₂ – O – COC₁₇H₃₅

|

CH – O – COC₁₇H₃₅

|

CH₂ – O – COC₁₇H₃₅

тристеарин (твердый жир)

CH₂ – O – COC₁₇H₃₃

|

CH – O – COC₁₇H₃₃

|

CH₂ – O – COC₁₇H₃₃

триолеин (жидкий жир)

CH₂ – O – COC₁₇H₃₃

|

CH – O – COC₁₇H₃₅

|

CH₂ – O – COC₁₇H₃₅

олеодистеарин (твердый жир)

Названия некоторых органических веществ.

АЗОТСОДЕРЖАЩИЕ СОЕДИНЕНИЯ.

Класс соединения

Обшая формула

Примеры соединений, системати-ческое название и пояснение

Тривиальные названия

Предель-ные

амины

R – NH₂ первичный

CH₃ – NH₂

метиламин

R –NH–R вторичный

CH₃ – NH – CH₃

диметиламин

R – N – R третичный

|

R

CH₃ – N – CH₃

|

CH₃

триметиламин

Аромати-ческий

амин

C₆H₅NH₂

аминобензол NH₂─

фениланин

анилин

Аминокис-лоты

NH₂ – CH – COOH

|

R

NH₂ – CH₂ – COOH

аминоэтановая кислота

аминоуксусная кислота, глицин

NH₂ – CH – COOH

|

СH₃

2-аминопропановая к-та

аланин

NH₂ – CH – COOH

|

СH₂─

фенилаланин

Названия некоторых органических веществ.

Систематическое название и пояснение

Тривиальные названия

тринитроглицерин C₃H₅(ONO₂)₃

CH₂ ─ CH ─ CH₂ сложный эфир глицерина

│ │ │ и азотной кислоты

ONO₂ONO₂ONO₂

динамит (взрывчатое вещество)

триацетилцеллюлоза (полимер)

(сложный эфир целлюлозы и уксусного ангидрида)

[C₆H₇O₂( O–COCH₃)₃]_n

ацетатное волокно

полигексаметиленамид (полимер)

(–CO –(CH₂)₅–NH – )_n

капрон (синтетическое волокно)

тринитроцеллюлоза сложный эфир целлюлозы

[C₆H₇O₂( O–NO₂)₃]_n и азотной кислоты

пироксилин (взрывчатое вещество)

1,2,3,4,5,6-гексахлорциклогексан C₆H₆Cl₆

(продукт взаимодействия бензола с хлором)

гексахлоран

2,4,6-тринитрофенол C₆H₂(NO₂)₃OH

(продукт взаимодействия фенола с азотной кислотой)

Пикриновая кислота

(взрывчатое вещество)

2 – хлорбутадиен – 1,3

CH₂═ C─CH ═ CH₂

│

Cl

хлоропрен

Стереорегулярный каучук, полученный полимеризацией хлоропрена

[─CH₂─ CCl ═ CH ─ CH₂─]_n

хлоропреновый каучук

Стереорегулярный каучук, полученный полимеризацией бутадиена – 1,3

[─CH₂─ CH ═ CH ─ CH₂─]_n

бутадиеновый каучук

Стереорегулярный каучук, полученный полимеризацией изопрена

[─CH₂─ C(CH₃) ═ CH ─ CH₂─]_n

изопреновый каучук

Полимер, полученный из метилового эфира метакриловой кислоты

(─CH₂ ─ C(CH₃)(COOCH₃)─)_n

полиметилметакрилат, органическое стекло

Полиэтилентерефталат, полимер, полученный из сложного эфира терефталевой кислоты и этиленгликоля

лавсан, найлон, полиэстер

1- хлорэтен CH₂ ═ CHCl

винилхлорид

Поливинилхлорид, полимер, полученный полимеризацией винилхлорида (─CH₂ ─CH ─ )_n

│

Cl

основа для производства искусственной кожи

Фенолформальдегидная смола, полимер, полученный поликонденсацией фенола и формальдегида OH

|

(─CH₂ ─ ─ CH₂ ─ )_n

Основа для получения фенолформальдегидных пластмасс

Малкова С.В., учитель химии МБОУ Лужайской ООШ Нижегородской обл. Страница 6

Таблица 14 / КонсультантПлюс

                      Коэффициенты пересчета

       концентрации органических веществ в величину БПК

                                                       полн

 

┌─────────────────────────┬──────┬────────────────────────┬──────┐

│        Вещества         │ К    │        Вещества        │ К    │

│                         │  бпк │                        │  бпк │

├─────────────────────────┼──────┼────────────────────────┼──────┤

│Акриловая кислота        │ 0,83 │Гликоль                 │ 1,29 │

├─────────────────────────┼──────┼────────────────────────┼──────┤

│Бензойная кислота        │ 1,67 │Глицерин                │ 0,86 │

├─────────────────────────┼──────┼────────────────────────┼──────┤

│Дихлоруксусная кислота   │ 0,2  │Глюкоза                 │ 0,54 │

├─────────────────────────┼──────┼────────────────────────┼──────┤

│Дэталиновая кислота      │ 1,0  │Ди-2,Этилгексил         │ 0,10 │

├─────────────────────────┼──────┼────────────────────────┼──────┤

│Масляная кислота         │ 1,49 │Диметилдиоксан          │ 0,45 │

├─────────────────────────┼──────┼────────────────────────┼──────┤

│Монохлоруксусная кислота │ 0,3  │Диметилформанид         │ 0,10 │

├─────────────────────────┼──────┼────────────────────────┼──────┤

│Муравьиная кислота       │0,276 │Диэтиламин              │ 1,31 │

├─────────────────────────┼──────┼────────────────────────┼──────┤

│Пальметиновая кислота    │ 2,03 │Диэтиленгликоль         │0,176 │

├─────────────────────────┼──────┼────────────────────────┼──────┤

│Стеариновая кислота      │ 1,79 │Изобутилацетат          │ 2,05 │

├─────────────────────────┼──────┼────────────────────────┼──────┤

│Уксусная кислота         │ 0,86 │Изопрен                 │ 0,55 │

├─────────────────────────┼──────┼────────────────────────┼──────┤

│Канифолевое масло        │ 1,90 │Керосин-бензол          │0,162 │

├─────────────────────────┼──────┼────────────────────────┼──────┤

│Аллиловый спирт          │ 1,5  │Кротоновый альдегид     │ 2,1  │

├─────────────────────────┼──────┼────────────────────────┼──────┤

│Бутиловый спирт          │ 1,45 │Лейцин                  │ 2,06 │

├─────────────────────────┼──────┼────────────────────────┼──────┤

│Метиловый спирт          │ 0,98 │Метакрилалид            │ 0,93 │

├─────────────────────────┼──────┼────────────────────────┼──────┤

│H-оактиловый спирт       │ 1,20 │Метилбутадион           │ 1,35 │

├─────────────────────────┼──────┼────────────────────────┼──────┤

│Оксановый спирт          │ 1,5  │Метилтирол              │ 1,56 │

├─────────────────────────┼──────┼────────────────────────┼──────┤

│Этиловый спирт           │ 1,82 │Мочевина                │ 2,13 │

├─────────────────────────┼──────┼────────────────────────┼──────┤

│Ацетоуксусный эфир       │ 1,50 │Нилфосфат               │ 0,10 │

├─────────────────────────┼──────┼────────────────────────┼──────┤

│Уксусно-этиловый эфир    │ 1,49 │O-аминофенол            │ 1,10 │

├─────────────────────────┼──────┼────────────────────────┼──────┤

│Этиловый эфир            │ 0,50 │O-креозол               │ 1,45 │

├─────────────────────────┼──────┼────────────────────────┼──────┤

│Акролеин                 │ 0,52 │Пирокатехин             │1,495 │

├─────────────────────────┼──────┼────────────────────────┼──────┤

│Анилин                   │0,458 │Резорцин                │ 1,56 │

├─────────────────────────┼──────┼────────────────────────┼──────┤

│Аспарагин                │ 1,63 │Сахар                   │ 0,49 │

├─────────────────────────┼──────┼────────────────────────┼──────┤

│Ацетамид                 │ 1,87 │Спирол                  │ 1,60 │

├─────────────────────────┼──────┼────────────────────────┼──────┤

│Ацетальдегид             │ 1,07 │Трикризилфосфат         │ 1,20 │

├─────────────────────────┼──────┼────────────────────────┼──────┤

│Ацетон                   │ 1,68 │Трибутилфосфат          │ 1,30 │

├─────────────────────────┼──────┼────────────────────────┼──────┤

│Бензол                   │ 1,15 │Формальдегид            │ 0,75 │

├─────────────────────────┼──────┼────────────────────────┼──────┤

│Винилацетат              │ 1,0  │Этилен хлоргидрин       │ 0,48 │

├─────────────────────────┼──────┼────────────────────────┼──────┤

│Гидрохинол               │ 1,465│Этилендиамин            │ 2,10 │

└─────────────────────────┴──────┴────────────────────────┴──────┘

 

 

Классификация органических соединений. Углеводороды. Производные углеводородов. Изомерия и гомология органических соединений

	Адрес этой страницы (вложенность) в справочнике dpva.ru:  главная страница  / / Техническая информация / / Химический справочник / / Химия для самых маленьких. Шпаргалки. Детский сад, Школа.  / / Классификация органических соединений. Углеводороды. Производные углеводородов. Изомерия и гомология органических соединений Поделиться:    Классификация органических соединений. Углеводороды. Производные углеводородов. Изомерия и гомология органических соединений. Периодическое изменение свойств химических элементов и их соединений при увеличении заряда ядра атома объясняется тем, что периодически повторяется строение внешнего электронного слоя в атомах элементов. Классификация органических соединений. Углеводороды. Производные углеводородов. Функциональная группа. Радикал. Углеводороды: ациклические предельные (алканы) непредельные (этиленовые=алкены, диеновые=алкадиены, ацетиленовые=алкины , циклические циклоалканы ароматические (арены) Важнейшие классы органических соединений, содержащие функциональные группы (R-углеводородный радикал, Ar-ароматический радикал): Функциональная группа: Класс соединений: Изомерия и гомология органических соединений Изомеры: это вещества, которые имеют одинаковый качественный и количественный состав, но отличаются порядком соединения атомов в молекуле. Изомерия: это нзвание для явления существования изомеров Изометрия: Структурная изомерия: это различный порядок связи структурных элементов: Гомология: Гомологический ряд: это ряд соединений, сходных по своему строению и свойствам, но отличающихся друг от друга по составу на одну или несколько групп -CH2— Поиск в инженерном справочнике DPVA. Введите свой запрос: Поиск в инженерном справочнике DPVA. Введите свой запрос:
Если Вы не обнаружили себя в списке поставщиков, заметили ошибку, или у Вас есть дополнительные численные данные для коллег по теме, сообщите , пожалуйста. Вложите в письмо ссылку на страницу с ошибкой, пожалуйста.
Коды баннеров проекта DPVA.ru Начинка: KJR Publisiers Консультации и техническая поддержка сайта: Zavarka Team	Проект является некоммерческим. Информация, представленная на сайте, не является официальной и предоставлена только в целях ознакомления. Владельцы сайта www.dpva.ru не несут никакой ответственности за риски, связанные с использованием информации, полученной с этого интернет-ресурса. Free xml sitemap generator

Органические вещества, свойства и классификация

История развития органической химии

В истории развития органической химии выделяют два периода: эмпирический (с середины XVII до конца XVIII века), в который познание органических веществ, способов их выделения и переработки происходило опытным путем и аналитический (конец XVIII – середина XIX века), связанный с появлением методов установления состава органических веществ. В аналитический период было установлено, что все органические вещества содержат углерод. Среди, других элементов, входящих в состав органических соединений были обнаружены водород, азот, сера, кислород и фосфор.

Важное значение в истории органической химии имеет структурный период (вторая половина XIX – начало XX века), ознаменовавшийся рождением научной теории строения органических соединений, основоположником которой был А.М. Бутлеров.

Основные положения теории строения органических соединений:

• атомы в молекулах соединены между собой в определенном порядке химическими связями в соответствии с их валентностью. Углерод во всех органических соединениях четырехваленнтен;
• свойства веществ зависят не только от их качественного и количественного состава, но и от порядка соединения атомов;
• атомы в молекуле взаимно влияют друг на друга.

Порядок соединения атомов в молекуле описывается структурной формулой, в которой химические связи изображаются черточками.

Характерные свойства органических веществ

Существует несколько важных свойств, которые выделяют органические соединения в отдельный, ни на что не похожий класс химических соединений:

1. Органические соединения обычно представляют собой газы, жидкости или легкоплавкие твердые вещества, в отличие неорганических соединений, которые в большинстве своём представляют собой твердые вещества с высокой температурой плавления.
2. Органические соединения большей частью построены ковалентно , а неорганические соединения — ионно.
3. Различная топология образования связей между атомами, образующими органические соединения (прежде всего, атомами углерода), приводит к появлению изомеров — соединений, имеющих один и тот же состав и молекулярную массу, но обладающих различными физико-химическими свойствами. Данное явление носит название изомерии.
4. Явление гомологии — существование рядов органических соединений, в которых формула любых двух соседей ряда (гомологов) отличается на одну и ту же группу — гомологическую разницу CH₂. Органические вещества горят.

Классификация органических веществ

В классификации принимают за основу два важных признака – строение углеродного скелета и наличие в молекуле функциональных групп.

В молекулах органических веществ атомы углерода соединяются друг с другом, образуя т.н. углеродный скелет или цепь. Цепи бывают открытыми и замкнутыми (циклическими), открытые цепи могут быть неразветвленными (нормальными) и разветвленными:

По строению углеродного скелета различают:

— алициклические органические вещества, имеющие открытую углеродную цепь как разветвленную, так и неразветвленную. Например,

СН₃-СН₂-СН₂-СН₃ (бутан)

СН₃-СН(СН₃)-СН₃ (изобутан)

— карбоциклические органические вещества, в которых углеродная цепь замкнута в цикл (кольцо). Например,

— гетероциклические органические соединения, содержащие в цикле не только атомы углерода, но и атомы других элементов, чаще всего азота, кислорода или серы:

Функциональная группа – атом или группа атомов неуглеводородного характера, которые определяют принадлежность соединения к определенному классу. Признаком, по которому органическое вещество относят к тому или иному классу, является природа функциональной группы (табл. 1).

Таблица 1. Функциональные группы и классы.

Соединения могут содержать не одну, а несколько функциональных групп. Если эти группы одинаковые, то соединения называют полифункциональными, например хлороформ, глицерин. Соединения, содержащие различные функциональные группы, называют гетерофункциональными, их можно одновременно отнести к нескольким классам соединений, например молочную кислоту можно рассматривать, как карбоновую кислоту и как спирт, а коламин – как амин и спирт.

Примеры решения задач

Таблица органических соединений — Справочник химика 21

    Во втором томе справочника помещены таблицы основных свойств простых веществ, неорганических и органических соединений, таблицы показателей преломления. В таблице неорганических соединений приведены основные свойства 2751 вещества, таблица органических соединений содержит сведения о свойствах 8010 веществ. [c.484]
    Нельзя признать удачной и номенклатуру, принятую составителями для таблиц органических соединений в Справочнике химика [204]. [c.121]     Составить сводную таблицу процессов окислительной переработки углеводородов и Других органических соединений, а также процессов производства водорода и ацетилена. Каковы тенденции развития органического синтеза  [c.260]     ТАБЛИЦА 4.4. Контролируемые показатели органических соединений [c.80]

    Решение более общих задач исследования смесей также зависит от количества имеющихся спектроскопических данных. Для интерпретации спектра в первом приближении используются таблицы характеристических частот колебаний отдельных структур и связей [79, 80, 82, 149, 187, 189, 150 и др. ]. При углубленном анализе материала привлекаются уже более подробные данные, которые также имеются по всем классам органических соединений [79, 81, 197, 158, 151, 189, 207]. [c.117]

    При составлении теплового баланса нужно знать тепловой эффект реакции (т. е. изменение энтальпии реагирующей системы). Обычно его расчет основывается на значениях стандартной энтальпии. исходных веществ и продуктов, но в случае органических соединений часто пользуются таблицами, содержащими значения теплоты сгорания, что дает возможность очень просто вычислить тепловой эффект реакции. [c.138]

    Позже Франклин [121, положив в основу метод Питцера, а также-более точные данные о термодинамических функциях, составил новые-таблицы значений свободной энергии структурных групп углеводородов и некоторых других органических соединений, содержащих кислород, (спирты, альдегиды, кислоты и др.), азот и серу. [c.204]

    Так как таблицы содержат средние величины, то рассчитанные с их помощью теплоты образования органических соединений содержат ошибку до 1—2 ккал. [c.70]     Для 741 органического соединения для состояния идеального газа в книге-имеются таблицы значений Ср, S , Н — Яд и параметров реакции образования от 298 до ЮОО К и примерно для 4000 соединений данные, относящиеся только к 298,15 К, по возможности для газообразного и для конденсированного-состояний. В книге имеется много данных по параметрам фазовых переходов и литература по использованным исходным данным. [c.469]

    В таблице приведены молярная теплоемкость и стандартная энтропия органических соединений, изменение энтальпии и свободной энергии при их образовании, изменение энтальпии при сгорании, плавлении и испарении. [c.854]

    Пояснения к таблице Свойства органических соединений …… [c.3]

    Наряду с применяемыми ныне названиями, для каждого органического соединения должно быть установлено его официальное название, которое дает возможность легко отыскивать его в таблицах и словарях. [c.283]

    ПОЯСНЕНИЯ К ТАБЛИЦЕ СВОЙСТВА ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ  [c.393]

    В таблице Свойства органических соединений охарактеризовано около 6000 веществ. [c.393]

    ФОРМУЛЬНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ К ТАБЛИЦЕ СВОЙСТВА ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ. [c.1154]

    Значения Rf для различных групп органических соединений Перечень таблиц [c.135]

    В расчетах точных значений масс и распространенностей изотопов при составлении таблицы органических соединений необходимо, как указывалось в гл. 2, ограничивать количество рассматриваемых элементов и их атомов. В органических соединениях чаще всего встречаются четыре элемента углерод, водород, кислород и азот, и с точки зрения поставленной задачи желательно ограничить наши расчеты распространенностей изотопов такими молекулярными и осколочными ионами, которые не содержат иных атомов, кроме перечисленных выше. Далее было принято, что все рассматриваемые комбинации атомов должны (за небольшими исключениями, такими, как СЫ, НгО, ЫНз) всегда содержать углерод и водород и не должны включать в себя больше шести атомов кислорода и азота или не больше четырех атомов каждого из этих элементов в отдельности. Верхний предел рассматриваемых молекулярных весов составлял 250, поскольку в этот диапазон включены наряду с углеводородными и неуглеводородные соединения, а относительное различие в распространенностях изотопов различных комбинаций элементов становится менее заметным с увеличением молекулярного веса. Максимальное число водородных атомов, включаемых в любую комбинацию углерода, кислорода и азота, должно удовлетворять всем требованиям валентности для расположения элементов, не содержащих колец или кратных связей. Несколько исключений из этого правила относятся к положительным ионам, встречающимся на практике, таким, как СЩ, Н3О, СН5О и тому подобным. В рассмотрение не включены многозарядные ионы, но следует принимать во внимание, что иногда они могут встречаться. К двузарядным могут быть отнесены ионы, пики которых по шкале масс отстоят от соседних на 0,5 а. е. м. В таких случаях, для определения состава иона измеряемая масса должна быть удвоена, и в таблице следует найти эту удвоенную величину, отвечающую наблюденному иону. [c.300]

    Особенно много эмпирических правил найдено для теплот образования (или тесно связанных с ними теплот сгг.риния органических соединений в газообразном состоянии. Правила эти основаны на эмпирическом подРоре величин, характерных для различных функпиональных групп и элементов структуры. Водном из методов эти величины, сведенные в таблицы, вводятся как поправки, (добавочные члены) к теплоте образования основного, простейшего представителя данного класса соединений, которую надо знать. [c.67]

    Применение машинной техники при расчетах термодинамических функций методами статистической термодинамики сильно облегчило получение новых данных. В настоящее время большую часть новой информации в этой области, в особенности для высоких температур, получают с помощью электронных счетных машин. На основе результатов, полученных разными методами, создаются справочные сводные таблицы, содержащие взаимно согласованные значения основных термодинамических свойств веществ для разных условий их существования. В первую очередь такие таблицы были разработаны для углеводородовпозднее и для ряда других групп неорганических и органических соединений. [c.20]
    Опубликовано значительное число работ, в которых определялись основные термодинамические функции отдельных кислородных органических соединений, а также соединений, содержащих галогены или азот. Многие из них приведены в указанных выще книгах А. А. Введенского и Н. В. Лаврова, В. В. Коробова и В. И. Филипповой , в таблицах Ландольта — Бернштейнаи в справочнике под редакцией В. П. Глушко . Из результатов, не вошедших в эти издания, можно назвать данные, полученные Грином по определению свойств нормальных первичных алкоголей до С12 включительно для температур от 298 до 1000 К и критическую сводку данных о .H° и А(7 различных кислородных органических соединений при 298,15 К. [c.81]

    К этой группе методов можно отнести и составленные Парксом и Хаффманом таблицы изменений.энтропии 529 , и изменение значений AGf, гэв органических соединений при замещении атома водорода на группы СНз, С2Н5, eHs, СООН, NO2, Nh3, ОН (с образованием первичного, вторичного или третичного спиртов), а также на атомы хлора, брома или иода и при замещении кислорода двухвалентной серой. [c.261]

    Ремоло Циола была разработана система инкрементов Kt органических соединений. Инкременты рассчитаны для 23 структурных групп углеводородов и 25 структурных групп, в которых содержатся атомы кислорода, азота, серы или галогенов, для температур 300, 400, 500 и обок. Таблицы этих инкрементов можно найти также в книге [c.263]

    Эти таблицы посвящены в основном органическим соединениям и отличаются по виду рассматриваемых величин. Основные элементы, составляющие эти соединения (С, Н, О, М), не имеют фазовых переходов в рассматриваемой области температур (298—2000 К). Это дает возможность для выражения температурной зависимости тепловых эффектов химических реакций и их констант равновесия вместо функций И]. — и 5 — 52дд применить величины J  [c.494]

    В обзоре Светановича [246] и в монографии Калверта и Питтса [561 приводятся сводные таблицы, в которых собраны значения сечений и констант скорости тушения флуоресценции Hg СР ) и Hg» ( Ро) неорганическими соединениями, насыщенными и ненасыщенными углеводородами, органическими соединениями, содержащими галогены, азот, кислород, серу и ртуть. [c.164]

    Вещества в таблицах расположены либо по алфавиту русских названий, лябо по суммарным химическим формулам. В последнем случае неоргациче-ане соединения располагаются в порядке латинского алфавита химически, символов, а органические соединения — в порядке возрастания числа атомов углерода и водорода в молекуле. Остальные элементы в суммарных формулах органических соединений расположены в следующем порядке О, М, 8, Р, С1, Вг. J и далее по алфавиту химических символов. [c.16]

    Простые вещества и неорганические соединения расположены в таблице в алфаоитиом пврядке химических символов. Органические соединения расположены по суммарным формулам 1 порядке возрастания числа атомов углерода в молекуле, а при одинаковом числе атомол углерода — в порядке возрастания числа атомов водорода. [c.585]

    В таблицах приводятся температуры (в С), при которых давление насыщенного пара достигает величины, указанной в головке табли1и.1 (в мм рт. ст. или в атм). Каждый раздел тнблиц (простые вещества, неорганические соединеиия, органические соединения) состоит из двух частей в табл. I указаны температуры, при которых достигаются давления насыщенного пара ниже 1 атм. в табл. II темт ратуры, при которых достигаются давления насыщенного пара выше 1 атм. В 9вязи с тем, что в точке плавления кривые давления паров имеют излом, а в критической точке обрываются, в табл. I приводятся Гемпературы плавления (в «С), а в табл. II — критические температуры (в °С) и критические давления (в атм) соответствующих веществ. Все температурные величины даются С точностью, не превышающей 0.1 С. [c.593]

    В этой таблице приведены ориентировочные данные, поскольку влектропроводность органических соединений зависит от методов их очистки. [c.937]

---

Таблица – пособие по теме: «Кислородсодержащие органические вещества» | Методическая разработка по химии (10 класс) по теме:

Элементы характеристики	Спирты одноатомные	Альдегиды		Карбоновые кислоты	Сложные эфиры		Амины	α- амино-кислоты
1	2	3		4	5		6	7
Общая формула	R-OH	O ׀׀ R-C-H		O                   ׀׀               R-C-OH	O ׀׀     R1-C-O-R2		R-Nh3	O ׀׀           R-CH-C-OH  ׀ Nh3
Функциональные группы	ОН – гидроксил,  гидроксогруппа	O ׀׀                      -C-H альдегидная		O           ׀׀                         -C-OH карбоксильная	O                       ׀׀   -C-O- сложноэфирная		-Nh3 аминогруппа	O           ׀׀         -C-OН    и    -Nh3 карбоксильная и аминогруппа
Представители	СН3-ОН метанол, метиловый С2Н5-ОН этанол, этиловый СН3-СН-СН3 I ОН пропанол — 2	O ׀׀                    Н-C-H метаналь, муравьиный, формальдегид O ׀׀                СН3-C-H этаналь, уксусный, ацетальдегид O ׀׀          СН3-СН2-C-H пропаналь, пропионовый		O ׀׀                    Н-C-ОH метановая, муравьиная (соли —  формиаты) O ׀׀              СН3-C-ОH этановая, уксусная (соли – ацетаты) O ׀׀       СН3-СН2-C-ОH пропановая, пропионовая (соли – пропионаты) С15Н31СООН пальмитиновая С17Н35СООН стеариновая С17Н33СООН олеиновая С17Н31СООН линолевая С17Н29СООН линоленовая	O ׀׀                СН3-C-O-СН3 метилацетат, метиловый эфир уксусной кислоты O ׀׀                СН3-C-O-С2Н5 этилацетат, этиловый эфир уксусной кислоты		СН3-Nh3 метиламин С2Н5-Nh3 этиламин                              Nh3                     С6Н5- Nh3 анилин	O ׀׀       h3N-Ch3-C-OH аминоэтановая, аминоуксусная кислота, глицин
1	2	3		4	5		6	7
Химические        свойства
Горение (+ О2)			продукты:     углекислый   газ    СО2    и    вода  Н2О			продукты:     СО2 ,      Н2О   и   азот   N2
Окисление	Н         ׀                                        t Н – С – ОН   +   CuO           ׀                 черный            Н                   метанол                              O ׀׀    Cu↓   +    Н-C-H     +  Н2О красная    метаналь КАЧЕСТВЕННАЯ	a)        O                                      ׀׀                            t       Н-C-H   +  Ag2O       метаналь  (Nh4, Н2O)          O                        ׀׀     Н-C-ОH      +   2Ag ↓       метановая     кислота КАЧЕСТВЕННАЯ, «серебряное зеркало» б)    O                                   ׀׀                                t    Н-C-H   +  Cu(OH)2   метаналь     голубой    изб.                                                                               щелочи            O                        ׀׀     Н-C-ОH  + Cu2O↓  +  h3O   метановая   красный     кислота КАЧЕСТВЕННАЯ		t   НСООН  + Ag2O                   (Nh4, Н2O) Н2О   +   СО2 ↑
с HCl  и  HBr	Н+, t, h3SO4                                     конц. СН3ОН  +  HBr    СН3Br   +   Н2О бромметан						СН3Nh3   +  HCl    [СН3Nh4]+ Cl- Основные  свойства	O                  ׀׀ h3N-Ch3-C-OH  + HCl                  O                  ׀׀ [h4N-Ch3-C-OH]+Cl-  Основные свойства
Гидрирование (+Н2) Условия:  t, р, кат.		О                                   ׀׀                       t, р, кат С3Н-C-H     +  Н2   этаналь СН3СН2ОН      этанол		t, р, кат С17Н33СООН + Н2    С17Н35СООН
1	2	3		4	5		6	7
Дегидратация (-Н2О) Условия: t,   h3SO4 конц.	а) внутримолекулярная      Н  Н        ׀   ׀          t, h3SO4 конц. НССН ׀    ׀        Н   ОН СН2=СН2   +   Н2О      этен б) межмолекулярная     (t выше)                                 t, h3SO4                                                  конц. СН3ОН + НОСН3    СН3ОСН3   +   Н2О диметиловый эфир
С    Cl2, Br2					Ch4COOH  +  Cl2 Ch3ClCOOH    +  HCl монохлоруксусная кислота
Кислотные свойства: а) с металлами б) с оксидами металлов в) с основаниями г) с солями	2СН3ОН   +   2Na 2Ch4ONa   +   h3 ↑			2Ch4COOH  +  Mg (Ch4COO)2Mg   +   h3 ↑ 2Ch4COOH  +  MgО (Ch4COO)2Mg   +   h3О   Ch4COOH  +  NaOH Ch4COONa   +   h3O 2Ch4COOH + Na2CO3 2Ch4COONa    +    h3О  +   CO2 ↑				2h3N-Ch3-COOH + 2Na  2h3N-Ch3-COONa   + h3 ↑  2h3N-Ch3-COOH + Na2O  2h3N-Ch3-COONa  + h3O   h3N-Ch3-COOH + NaOH  h3N-Ch3-COONa  + h3O 2h3N-Ch3-COOH + Na2CO3 2h3N-Ch3-COONa  + h3O   +   CO2 ↑
1	2	3		4	5		6	7
Этерификация (спирт + кислота = сложный эфир) Условия: t, H+, h3SO4 конц.	O                               t, H+,      ׀׀                      h3SO4 кон                   Н-C-ОH  +  HOCh4       O                                      ׀׀                                           Н-C-O–Ch4   +   Н2О метиловый эфир муравьиной кислоты, метилформиат			t,  H+,              O                          h3SO4         ׀׀                           конц.                  СН3C-ОH + HOC2H5         O                              ׀׀                                           СН3C-О–C2H5   +  Н2О этиловый эфир уксусной кислоты, этилацетат
Взаимодействие с Н2О					O                             t, H+        ׀׀                                                                     СН3C-О–Ch4 + Н2О        O                                    ׀׀                                                                     СН3C-ОН    +  Ch4ОН   Гидролиз              O                                                          ׀׀                                  t                                                      СН3C-О–Ch4 + NaОH                            (h3O)        O                                    ׀׀                                                                     СН3C-ОNa     +  Ch4ОН   Гидролиз щелочной		Ch4Nh3   +  h3O низшие амины   [Ch4Nh4]+ОН-

Что такое органический углерод почвы?

Чем органический углерод почвы отличается от органического вещества почвы?

Органический углерод почвы (SOC) относится только к углеродному компоненту органических соединений. Органическое вещество почвы (ПОВ) трудно измерить напрямую, поэтому лаборатории, как правило, измеряют и сообщают ПОВ.

Почвенный органический углерод и связывание углерода

Улавливание углерода в SOC рассматривается как один из способов смягчения последствий изменения климата за счет сокращения выбросов двуокиси углерода в атмосфере.Аргумент состоит в том, что небольшое увеличение SOC на очень больших площадях сельскохозяйственных и пастбищных угодий значительно снизит выбросы двуокиси углерода в атмосфере. Чтобы восстановление было длительным, органическое вещество должно находиться в более стабильных или устойчивых фракциях (Таблица 1). Для получения дополнительной информации см. Почвенный органический углерод и связывание углерода.

Что такое органическое вещество почвы?

ПОВ состоит в основном из углерода, водорода и кислорода и имеет небольшие количества других элементов, таких как азот, фосфор, сера, калий, кальций и магний, содержащихся в органических остатках.Он делится на «живые» и «мертвые» компоненты и может варьироваться от совсем недавних поступлений, таких как стерня, до сильно разложившихся материалов, возраст которых составляет тысячи лет. Около 10% подземного ПОВ, такого как корни, фауна и микроорганизмы, является «живым» (Рисунок 1).

ПОВ существует в виде 4 отдельных фракций, которые сильно различаются по размеру, времени оборота и составу в почве (таблица 1):

1. растворенное органическое вещество
2. твердое органическое вещество
3. гумус
4. устойчивое органическое вещество.

Таблица 1 Размер, время оборота и состав 4 фракций органического вещества почвы

Фракция	Размер микрометров (мкм) и миллиметров (мм)	Время оборота	Состав
Растворенные органические вещества	<45 мкм (в растворе)	От минут до дней	Растворимые корневые экссудаты, простые сахара и побочные продукты разложения.Обычно он составляет менее 5% от общего органического вещества почвы.
Твердые органические вещества	53 мкм – 2 мм	2–50 лет	Свежее или разлагающееся вещество растений и животных с идентифицируемой клеточной структурой. Составляет 2–25% органического вещества почвы.
Гумус	<53 мкм	Десятилетия (от 10 до 100 лет)	Старые, разложившиеся органические соединения, сопротивляющиеся разложению.Может составлять более 50% всего органического вещества почвы.
Устойчивое органическое вещество	<53 мкм – 2 мм	От 100 до 1000 лет	Относительно инертный материал, такой как химически стойкие материалы или органические остатки (например, древесный уголь). Может составлять до 10% органического вещества почвы.

Вернуться к началу

Сколько почвенного органического углерода содержится в почвах Западной Австралии?

Большинство почв Западной Австралии имеют низкое содержание SOC (Viscarra Rossel et al.2014). Низкое количество осадков, теплые условия в течение большей части года и песчаные почвы ограничивают накопление стабильного SOC.

Как правило, содержание органического углерода в сельскохозяйственных почвах засушливых земель Западной Австралии составляет от 0,7% до 4% (рис. 2), хотя SOC может составлять всего 0,3% для пустынных почв и даже 14% для интенсивных молочных почв. Большая часть органического вещества находится у поверхности почвы. На юго-западе Западной Австралии около 60% органического вещества в верхних 30 см почвы находится в верхних 10 см.

Оценка запасов органического вещества почвы на основе органического углерода почвы

1 Начните с измеренного общего органического углерода%

Около 58% массы органического вещества существует в виде углерода.Мы можем оценить процент SOM от SOC%, используя коэффициент преобразования 1,72 (полученный из 100/58).

Органическое вещество (%) = общий органический углерод (%) x 1,72

Этот коэффициент преобразования может варьироваться в зависимости от почв, но 1,72 обеспечивает разумную оценку ПОВ для большинства целей.

2 Преобразовать% в вес для заданной глубины и площади

Запасы SOC в тоннах углерода на гектар (тС / га) = (органический углерод почвы%) x (масса почвы в заданном объеме)

Для Например, почва с SOC 1.3% (0,013) и насыпная плотность 1,2 грамма на кубический сантиметр (эквивалент 1,2 тонны на кубический метр), будут иметь SOC на глубине 10 см (0,1 м) на гектар (10 000 м ² ) из:

(0,013) x (1,2 x 0,1 x 10 000) = 15,6 тС / га.

Используя коэффициент преобразования 1,72, количество ПОВ будет: 15,6 x 1,72 = 26,8 тонны органического вещества.

Вернуться к началу

Круговорот органического вещества почвы

Тип почвы, климат и управление влияют на поступление органических веществ в почву и ее круговорот или разложение.Осадки являются основным фактором роста растений (биомассы) и биологической активности, что приводит к разложению органических веществ, попадающих в почву. Различные фракции ПОВ (растворенные, твердые, гумусовые и устойчивые) изменяются с совершенно разной скоростью (рис. 3). Кроме того, ПОВ непрерывно циклически перемещается между живыми, разлагающимися и стабильными фракциями в почве (рис. 4).

1. Входные данные: растения и животные становятся частью SOM, когда они умирают или создают побочные продукты.
2. Преобразование: почвенные организмы разрушаются и потребляют органическое вещество, создавая различные формы органических остатков.Например, свежие растительные остатки разбиваются на более мелкие части (<2 мм) и становятся частью фракции твердых частиц органического вещества. Этот материал разлагается дальше, и меньшее количество более биологически стабильного материала попадает в гумусовый бассейн.
3. Выделение питательных веществ: высвобождаются питательные вещества и другие соединения, в которых не нуждаются микроорганизмы, а затем они становятся доступными для растений.
4. Стабилизирующие органические вещества: по мере разложения органических остатков они становятся более устойчивыми к дальнейшим изменениям.

Вернуться к началу

Сколько органического углерода, попадающего в почву, остается там?

Микроорганизмы переваривают до 90% органического углерода, поступающего в почву в виде органических остатков. При этом они вдыхают углерод обратно в атмосферу в виде углекислого газа. В то время как до 30% вводимых органических веществ в конечном итоге может быть преобразовано в гумус, в зависимости от типа почвы и климата, в сельскохозяйственных почвах Австралии это значение часто значительно меньше. Есть 3 основных фактора, влияющих на способность данного типа почвы удерживать SOC (Рисунок 5).Почвы с более высоким содержанием глины обычно удерживают больше органического вещества и, следовательно, могут удерживать больше органического углерода, чем песчаные почвы.

ПОВ в первую очередь является результатом затрат за вычетом потерь и может зависеть от типа почвы, климата и управления (Таблица 2). SOM увеличивается, когда входы превышают потери, и наоборот. Поступления в значительной степени зависят от производства растительной биомассы, хотя также могут быть результатом внесения поправок в почвы или побочных продуктов животноводства. Потери происходят при разложении органических веществ и, в некоторых случаях, при эрозии почвы.

Таблица 2 Влияние почвы, климата и факторов управления на накопление органического вещества в почве в Западной Австралии

Факторы	Влияние
Тип почвы	Естественная глина в почве связывает органическое вещество, которое помогает защитить его от разрушения или ограничивает доступ к нему микробов и других организмов. Органическое вещество в крупнозернистых песчаных почвах не защищено от микробного воздействия и быстро разлагается.
Климат	В сопоставимых системах земледелия с аналогичным типом почвы и управлением органическое вещество почвы увеличивается с выпадением осадков. Это связано с тем, что увеличение количества осадков способствует большему росту растений, что приводит к накоплению большего количества органических веществ в почве. Органическое вещество разлагается медленнее при понижении температуры. В Западной Австралии во влажных условиях каждое повышение температуры на 10 ° C удваивает скорость разложения органического вещества (Hoyle et al.2006 г.). Это означает, что влажные и теплые условия часто приводят к наиболее быстрому разложению органических веществ.
Управление землями и почвами	Максимальное увеличение биомассы сельскохозяйственных культур и пастбищ за счет повышения эффективности водопользования и агрономического управления приведет к увеличению поступления органических веществ. Поскольку большая часть органического вещества присутствует в верхних слоях почвы 0–10 см, защита поверхности почвы от эрозии имеет важное значение для удержания органического вещества почвы. Обработка структурированных почв снижает запасы органического вещества в почве, подвергая ранее защищенное органическое вещество разложению микробами. Внесение органических остатков вне фермы, таких как навоз, солома и уголь, может увеличить содержание органических веществ в почве. Для определения экономической жизнеспособности необходимо измерить агрономические выгоды. Ландшафт может влиять на производство биомассы (вводимые ресурсы), связанное с наличием воды. Перенос почвы и органических веществ вниз по склону посредством эрозии может увеличить запасы органических веществ в почве в нижних частях ландшафта. Ограничения почвы снижают скорость роста и разложения растений. Это может замедлить количество и скорость преобразования органического вещества, переходящего в более стабильные фракции. Микроорганизмы и особенно бактерии плохо растут в сильно кислых или щелочных почвах, и, следовательно, органическое вещество в этих почвах разрушается медленно.

Вернуться к началу

Как мне измерить или интерпретировать результаты определения содержания органического углерода в почве?

Изменения в стабильном SOC обычно происходят очень медленно (в течение десятилетий), и часто бывает трудно измерить небольшие изменения на относительно большом фоне почвенного углерода.Изменения в SOC в значительной степени определяются тем, сколько биомассы выращивается и сохраняется над и под землей.

Около 45% органического вещества составляет углерод, и более легкие почвы удерживают менее 30% этого вещества. Например, в почвах Западной Австралии измеряется от 20 до 160 тС / га. Типичная австралийская система производства зерна, дающая урожайность 2 т / га пшеницы, вероятно, будет ежегодно удерживать в почве 0,1–0,5 т органического вещества на гектар. Это приравнивается к изменению SOC во многих случаях менее чем на 1% от общего запаса.

Требуется более значительное изменение общего запаса органического углерода, которое может произойти через несколько лет или больше, прежде чем значительное изменение можно будет измерить с какой-либо степенью уверенности. Учитывая, что годовые поступления органических остатков, вероятно, будут менее 0,2 тС / га в типичной системе возделывания зерновых, время, необходимое для обнаружения значительного изменения SOC, обычно составляет более 10 лет.

Отслеживая SOC с течением времени, можно оценить изменения, вызванные руководством (рис. 6).Однако свежие пожнивные остатки (рис. 1) могут сильно различаться в зависимости от урожая или пастбищ, выращиваемых каждый год.

Для точного измерения изменений SOC требуется:

• стратегия отбора проб почвы, которая фиксирует естественные вариации содержания углерода в почве
• мера концентрации SOC
• оценка объемной плотности почвы для корректировки изменений массы почвы при заданные интервалы глубины.

Изменения SOC, скорее всего, будут наблюдаться в верхнем слое почвы 0–10 см.

При тестировании почвы на органический углерод обычно указывается общий процент SOC. Используя меру насыпной плотности, можно рассчитать количество углерода на гектар на заданной глубине почвы, как показано ранее.

Ссылки

Гриффин, Э., Хойл, Ф. К. и Мерфи, Д. В. 2013, «Органический углерод почвы», в Табель успеваемости по устойчивому использованию природных ресурсов в сельском хозяйстве , Министерство сельского хозяйства и продовольствия, Западная Австралия, просмотрено 16 Ноябрь 2016 г., https: // www.Agric.wa.gov.au/sites/gateway/files/2.4%20Soil%20organic%20carbon.pdf

Hoyle, FC 2013, Управление органическими веществами почвы: практическое руководство , Grains Research and Development Corporation, Kingston, просмотрено 15 октября 2018 г., https://grdc.com.au/resources-and-publications/all-publications/publications/2013/07/grdc-guide-managingsoilorganicmatter.

Хойл, Ф.К., Мерфи, Д.В. и Филлери, IRP 2006, «Температура и обработка стерни влияют на микробный CO ² -C эволюция и скорость валовой трансформации азота», Soil Biology and Biochemistry , vol.38. С. 71–80.

Ingram, JSI, Fernandes, ECM 2001, «Управление связыванием углерода в почвах: концепции и терминология», Journal of Agriculture, Ecosystems and Environment , vol. 87, pp. 111–117, просмотрено 15 октября 2018 г., https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0167880

1451

Viscarra Rossel, RA, Webster, R, Bui, EN & Baldock, JA 2014, «Базовая карта содержания органического углерода в почве Австралии для поддержки национального учета и мониторинга углерода в условиях изменения климата», Global Change Biology , vol.20, стр. 2953–2970, DOI: 10.1111 / gcb.12569

Глава 2. Что такое органическое вещество и почему оно так важно

Следите за временем года, хорошо учитывайте природу и условия почвы, и только тогда малейший труд принесет наилучший успех. Положитесь на собственную идею, а не на приказы природы, тогда все усилия будут тщетными.

— Цзя Сикси, VI век, Китай

Как мы обсудим в конце этой главы, органическое вещество оказывает подавляющее влияние почти на все свойства почвы, хотя обычно присутствует в относительно небольших количествах.Типичная сельскохозяйственная почва содержит 1–6% органических веществ по весу. Он состоит из трех совершенно разных частей: живых организмов, свежих остатков и молекул, полученных из хорошо разложившихся остатков. Эти три части органического вещества почвы были описаны как живых , мертвых и очень мертвых. Эта трехсторонняя классификация может показаться простой и ненаучной, но она очень полезна для понимания органического вещества почвы.

Жилая . Эта часть органического вещества почвы включает широкий спектр микроорганизмов, таких как бактерии, вирусы, грибы, простейшие и водоросли. Сюда входят даже корни растений и насекомые, дождевые черви и более крупные животные, такие как кроты, сурки и кролики, которые проводят часть своего времени в почве. Живая часть составляет около 15% всего органического вещества почвы. Диапазон организмов в почве настолько велик, что, по оценкам, они составляют около 25% всего мирового биоразнообразия.Микроорганизмы, дождевые черви и насекомые питаются растительными остатками и навозом для получения энергии и питания, при этом они смешивают органические вещества с минеральной почвой. Кроме того, они перерабатывают питательные вещества для растений. Липкие вещества на коже дождевых червей и другие материалы, вырабатываемые грибами, помогают связывать частицы вместе. Это помогает стабилизировать почвенные агрегаты, которые представляют собой комки частиц, образующих хорошую структуру почвы. Липкие вещества на корнях растений, а также разрастание тонких корней и связанных с ними микориз способствуют развитию устойчивых агрегатов почвы.Такие организмы, как дождевые черви и некоторые грибы, также помогают стабилизировать структуру почвы (например, создавая каналы, которые позволяют проникать воде) и, таким образом, улучшают состояние воды в почве и ее аэрацию. Корни растений также существенно взаимодействуют с различными микроорганизмами и животными, живущими в почве. Еще одним важным аспектом почвенных организмов является то, что они находятся в постоянной борьбе друг с другом (рис. 2.1). Дальнейшее обсуждение взаимодействия между почвенными организмами и корнями, а также между различными почвенными организмами, приводится в главе 4.

Множество микроорганизмов, дождевых червей и насекомых получают энергию и питательные вещества, расщепляя органические остатки в почве. В то же время большая часть энергии, хранящейся в остатках, используется организмами для создания новых химикатов, а также новых клеток. Каким образом энергия сохраняется в органических остатках? Зеленые растения используют энергию солнечного света для соединения атомов углерода в более крупные молекулы. Этот процесс, известный как фотосинтез , используется растениями для хранения энергии для дыхания и роста, и большая часть этой энергии попадает в почву после смерти растения.

Мертвые . Свежие остатки или «мертвые» органические вещества состоят из недавно погибших микроорганизмов, насекомых, дождевых червей, старых корней растений, пожнивных остатков и недавно добавленных удобрений. В некоторых случаях достаточно просто взглянуть на них, чтобы определить происхождение свежих остатков (рис. 2.2). Эта часть органического вещества почвы является активной или легко разлагаемой фракцией. Эта активная фракция органического вещества почвы является основным источником пищи для различных организмов — микроорганизмов, насекомых и дождевых червей, живущих в почве.Поскольку органические материалы разлагаются «живыми», они выделяют многие питательные вещества, необходимые растениям. Органические химические соединения, образующиеся при разложении свежих остатков, также помогают связывать частицы почвы и придают почве хорошую структуру.

Некоторые органические молекулы, непосредственно высвобождаемые из клеток из свежих остатков, таких как белки, аминокислоты, сахара и крахмалы, также считаются частью этого свежего органического вещества. Эти молекулы обычно недолго остаются в почве.Благодаря своей структуре они легко разлагаются, потому что многие микроорганизмы используют их в пищу. Некоторые клеточные молекулы, такие как лигнин, разлагаются, но организмам на это требуется больше времени. Это может составлять значительную часть органического вещества почвы в плохо дренированных почвах, таких как торф и ил, а также на заболоченных территориях, которые используются в сельскохозяйственном производстве. В них содержится большое количество органических веществ, которые не разложились из-за переувлажнения, но они не обладают такими же преимуществами, как свежие остатки.

Тот самый мертвый . Сюда входят другие органические вещества в почвах, которые трудно разложить организмам. Некоторые используют термин гумус для описания всего органического вещества почвы. Мы будем использовать этот термин для обозначения только той относительно стабильной части органического вещества почвы, которая сопротивляется разложению. Гумус защищен от разложения главным образом потому, что его химическая структура затрудняет использование почвенными организмами.

Идентифицируемые фрагменты неразложившихся или частично разложившихся остатков, включая остатки микроорганизмов, могут храниться внутри агрегатов в пространствах, слишком маленьких для доступа организмов.В некотором смысле они ведут себя так, как будто они «очень мертвы» из-за того, что недоступны для организмов. Пока органические остатки физически защищены от нападения микроорганизмов, они будут вести себя как часть «очень мертвых». Когда эти агрегаты разрушаются путем замораживания и оттаивания, сушки и повторного увлажнения или обработки почвы, захваченные органические фрагменты и простые органические вещества, адсорбированные на глинах, становятся доступными для микроорганизмов и легко разлагаются. Поскольку большая часть почвенного органического вещества настолько хорошо защищена от разложения, как физически, так и химически, его возраст в почвах может достигать сотен лет.

Но даже несмотря на то, что гумус защищен от разложения, его химические и физические свойства делают его важной частью почвы. Гумус удерживает некоторые важные питательные вещества и накапливает их для медленного высвобождения для растений. Некоторые молекулы среднего размера также могут окружать некоторые потенциально вредные химические вещества, такие как тяжелые металлы и пестициды, и предотвращать их нанесение вреда растениям и окружающей среде. Молекулы одного и того же типа могут сделать некоторые важные питательные вещества более доступными для растений.Хорошее количество почвенного перегноя и фрагменты пожнивных остатков могут уменьшить проблемы дренажа и уплотнения, которые возникают в глинистых почвах. Они также улучшают удержание воды в песчаных почвах за счет усиления агрегации, что снижает плотность почвы, а также за счет удерживания и выпуска воды.

• Рисунок 2.1. Нематода питается грибком — частью живой системы сдержек и противовесов. Фото Гарольда Дженсена.
• Рисунок 2.2. Частично разложившиеся свежие остатки удаляют из почвы.Фрагменты стеблей, корней и гиф грибов легко используются почвенными организмами.

симв. Другой тип органического вещества, который в последнее время привлекает большое внимание, обычно называют сажей, или углем. Многие почвы содержат небольшие кусочки древесного угля, возникшие в результате прошлых пожаров естественного или антропогенного происхождения. Некоторые из них, например, черные почвы Саскачевана, Канада, могут содержать относительно большое количество полукокса, предположительно из-за естественных пожаров в прериях.Однако повышенный интерес к древесному углю в почвах возник в основном благодаря изучению почв, называемых темными землями, terra preta de indio , которые находятся на участках давно заселенных деревень в районе Амазонки в Южной Америке, которые были обезлюдены во время колониальная эпоха. Эти темные земли содержат 10–20% черного углерода в поверхностном основании почвы, что придает им гораздо более темный цвет, чем окружающие почвы. Древесный уголь для почвы стал результатом столетий приготовления пищи на кострах и сжигания растительных остатков и других органических материалов в полевых условиях.То, как произошло горение — медленное горение, возможно, из-за влажных условий, характерных для Амазонки, — привело к образованию большого количества обугленного материала, а не такого количества золы, как при более полном сгорании при более высоких температурах. Эти почвы интенсивно использовались в прошлом, но были заброшены на протяжении веков. Тем не менее, они остаются намного более плодородными, чем окружающие почвы, частично из-за большого количества питательных веществ в остатках животных и растений, которые изначально были получены из близлежащего леса, и они дают лучшие урожаи, чем окружающие почвы, типичные для тропических лесов.Частично это более высокое плодородие — способность снабжать растения питательными веществами с очень низкими потерями при вымывании — объясняется большим количеством черного углерода и высокой биологической активностью в почвах (даже спустя столетия после заброшенности). Древесный уголь — очень стабильная форма углерода, которая помогает поддерживать относительно высокую емкость катионного обмена и поддерживает биологическую активность, обеспечивая подходящую среду обитания. Однако уголь не обеспечивает почвенных организмов легкодоступными источниками пищи, как свежие остатки и компост.Люди экспериментируют с добавлением биоугля в почвы, но это, вероятно, неэкономично в больших масштабах. Количество, необходимое для существенного изменения почвы, очевидно, огромно — много тонн на акр — и может ограничить полезность этой практики небольшими участками земли, садами и контейнерными растениями или в качестве целевого аддитивного покрытия семян. Кроме того, следует рассматривать преимущества от добавления biochar по сравнению с тем, что можно было бы получить при использовании тех же исходных материалов, как древесная щепа, пожнивные остатки или пищевые отходы, добавляемые непосредственно в почву, после компостирования или даже после полного сгорания в виде золы.

BIOCHAR КАК ПОПРАВКА В ПОЧВУ

Считается, что необычайно продуктивные «темные земли» в бразильском регионе Амазонки и других местах в мире образовались и стабилизировались за счет длительного внесения древесного угля. Черный углерод, образующийся в результате лесных пожаров, а также в результате деятельности человека и обнаруженный во многих почвах по всему миру, является результатом сжигания биомассы при температуре около 600–900 градусов по Фаренгейту в условиях низкого содержания кислорода. Это неполное сгорание приводит к тому, что около половины или более углерода в исходном материале остается в виде полукокса.Обугленный, также содержащий золу, имеет тенденцию иметь большое количество отрицательного заряда (емкость катионного обмена), оказывает известкование на почву, сохраняет некоторые питательные вещества из древесины или других остатков, которые были сожжены, стимулирует популяции микроорганизмов и очень стабилен в почвы. Хотя после внесения биоугля было зарегистрировано многократное увеличение урожайности — вероятно, частично в результате увеличения доступности питательных веществ или повышения pH — иногда урожайность страдает. Бобовые особенно хорошо сочетаются с добавками биоугля, в то время как травы часто испытывают дефицит азота, что указывает на то, что азот может быть дефицитным в течение периода после внесения.

Биочар — это изменчивый материал, потому что для его производства можно использовать различные органические материалы и методы сжигания, что, возможно, способствует его непостоянному воздействию на почву и растения. Экономические и экологические последствия производства и использования биоугля зависят от источника органического материала, преобразуемого в биоугля, от того, используются ли тепло и газы, образующиеся в процессе, или они просто рассеиваются, от количества доступного кислорода во время производства биоугля и расстояния от места его производства до поля, на котором он применяется.С другой стороны, при использовании в качестве покрытия для семян требуется гораздо меньше биоугля на акр, и он все еще может стимулировать рост и развитие сеянцев.

Примечание. Воздействие биоугля на повышение pH почвы и немедленное увеличение содержания кальция, калия, магния и т. Д., Вероятно, в большей степени является результатом золы, а не самого черного углерода. Эти эффекты также могут быть получены при использовании более полностью обгоревшего материала, который содержит больше золы и мало сажи.

Углерод и органическое вещество . Углерод почвы иногда используется как синоним органических веществ , , хотя последний также включает питательные вещества и другие химические элементы . Поскольку углерод является основным строительным блоком всех органических молекул, его количество в почве сильно зависит от общего количества всего органического вещества: живых организмов плюс свежие остатки плюс хорошо разложившиеся остатки. Когда люди говорят о почвенном углероде, а не об органическом веществе, они обычно имеют в виду органический углерод или количество углерода в органических молекулах в почве.Количество органического вещества в почвах примерно в два раза превышает уровень органического углерода. Однако во многих почвах ледниковых и полузасушливых районов обычным явлением является наличие в почвах другой формы углерода — известняка, либо в виде круглых конкреций, либо равномерно распределенных по всей почве. Известь — это карбонат кальция, содержащий кальций, углерод и кислород. Это неорганическая (минеральная) форма углерода. Даже во влажном климате, когда известняк находится очень близко к поверхности, некоторые из них могут присутствовать в почве.В этих случаях общее количество углерода почвы включает как неорганический, так и органический углерод, и содержание органического вещества невозможно оценить простым удвоением общего процента углерода. Обычное разложение органических веществ, происходящее в почве, похоже на сжигание дров в печи. Когда горящая древесина достигает определенной температуры, углерод в древесине соединяется с кислородом воздуха и образует углекислый газ. Когда это происходит, энергия, запасенная в углеродсодержащих химикатах в древесине, выделяется в виде тепла в процессе, называемом окислением.Биологический мир, включая людей, животных и микроорганизмы, также использует энергию внутри углеродсодержащих молекул. Этот процесс преобразования сахаров, крахмала и других соединений в форму энергии, которую можно использовать напрямую, также является типом окисления. Обычно мы называем это дыханием . Используется кислород, а в процессе выделяется углекислый газ и тепло.

Почему органические вещества почвы так важны

Плодородная и здоровая почва — основа для здоровья растений, животных и человека.Органическое вещество почвы является самой основой здоровых и продуктивных почв. Понимание роли органических веществ в поддержании здоровья почвы имеет важное значение для разработки экологически безопасных методов ведения сельского хозяйства. Но как может органическое вещество, которое составляет лишь небольшой процент от большинства почв, быть настолько важным, что мы посвятили его обсуждению в трех главах этого раздела? Причина в том, что органическое вещество положительно влияет или изменяет действие практически всех свойств почвы, и именно это делает почву плодородной.Вот почему это так важно для нашего понимания здоровья почвы и того, как лучше управлять почвой. Органическое вещество — это, по сути, суть истории, но, как мы обсудим позже, определенно не единственная ее часть. Помимо выполнения большого количества ключевых ролей, которые способствуют почвенным процессам и росту сельскохозяйственных культур, органическое вещество почвы является важной частью ряда глобальных и региональных циклов.

Это правда, что вы можете выращивать растения на почвах с небольшим содержанием органических веществ. На самом деле, вам вообще не нужна почва.Хотя гравийно-песчаные гидропонные системы и даже аэропоника (где питательный раствор распыляется непосредственно на корни растений) без почвы могут выращивать превосходные урожаи, крупномасштабные системы этого типа могут иметь экологические проблемы и иметь смысл с экономической точки зрения только для ограниченного числа людей. дорогих культур, выращиваемых рядом с их рынками. Верно и то, что при рассмотрении здоровья почвы есть и другие важные вопросы, помимо органических веществ. Однако по мере того, как органическое вещество почвы уменьшается, становится все труднее выращивать растения, потому что проблемы с плодородием, доступностью воды, уплотнением, эрозией, паразитами, болезнями и насекомыми становятся все более распространенными.Все более высокие уровни вводимых ресурсов — удобрений, оросительной воды, пестицидов и техники — необходимы для поддержания урожайности в условиях истощения органических веществ. Но если уделять внимание правильному управлению органическими веществами, почва может поддерживать хороший урожай с меньшей потребностью в дорогостоящих починках.

Содержание органического вещества в сельскохозяйственном верхнем слое почвы обычно находится в диапазоне 1–6%. Исследование почв в Мичигане продемонстрировало потенциальное повышение урожайности примерно на 12% на каждый 1% увеличения содержания органического вещества.В эксперименте в Мэриленде исследователи наблюдали увеличение урожая кукурузы примерно на 80 бушелей на акр при увеличении содержания органического вещества с 0,8% до 2%. Огромное влияние органических веществ на многие свойства почвы — биологические, химические и физические — делает ее критически важной для здоровья почвы (рис. 2.3). Частично это влияние объясняется малым размером частиц хорошо разложившейся части органического вещества, гумуса. Его большое соотношение площади поверхности к объему означает, что гумус контактирует со значительной частью почвы.Тесный контакт гумуса с остальной почвой позволяет быстро протекать многим реакциям, таким как высвобождение доступных питательных веществ в почвенную воду. Однако многочисленные роли живых организмов делают почвенную жизнь неотъемлемой частью истории органического вещества.

Рисунок 2.3. Добавление органических веществ приводит ко многим изменениям. По материалам Ошинса и Дринкуотера (1999).

Питание растений

Рисунок 2.4. Круговорот питательных веществ для растений.

Растениям для роста необходимо 17 химических элементов: углерод (C), водород (H), кислород (O), азот (N), фосфор (P), калий (K), сера (S), кальций (Ca), магний (Mg), железо (Fe), марганец (Mn), бор (B), цинк (Zn), молибден (Mo), никель (Ni), медь (Cu), кобальт (Co) и хлор (Cl) .Растения получают углерод в виде углекислого газа (CO ₂ ) из ​​атмосферы (при этом часть этого углерода диффундирует вверх из почвы под ней, когда организмы разлагают органические вещества). Кислород также в основном забирается из воздуха в виде газообразного кислорода (O ₂ ). Остальные необходимые элементы получают в основном из почвы. На доступность этих питательных веществ прямо или косвенно влияет присутствие органических веществ. Элементы, которые необходимы в больших количествах — углерод, водород, кислород, азот, фосфор, калий, кальций, магний и сера — называются макроэлементами.Другие элементы, называемые микронутриентами, являются важными элементами, необходимыми в небольших количествах. Натрий (Na) и диоксид кремния (Si) помогают многим растениям расти лучше, но не считаются необходимыми для роста и воспроизводства растений.

Питательные вещества, образующиеся при разложении органических веществ . Большинство питательных веществ в почвенном органическом веществе не могут быть использованы растениями, пока эти питательные вещества существуют в составе крупных органических молекул. Поскольку почвенные организмы разлагают органические вещества, питательные вещества превращаются в более простые, неорганические (минеральные) формы, которые растения могут легко использовать.Этот процесс, называемый минерализацией, обеспечивает большую часть азота, в котором нуждаются растения, путем его преобразования из органических форм. Например, белки превращаются в аммоний (NH ₄ ⁺ ), а затем в нитраты (NO ₃ ^— ). Большинство растений потребляют большую часть азота из почвы в форме нитратов. Минерализация органических веществ также является важным механизмом обеспечения растений такими питательными веществами, как фосфор и сера, а также большинством микроэлементов.Это высвобождение питательных веществ из органических веществ в результате минерализации является частью более широкого цикла питательных веществ в сельском хозяйстве (см. Рисунок 2.4 и главу 7).

ЧТО ДЕЛАЕТ TOPSOIL?

Важно иметь хорошее количество верхнего слоя почвы. Но что придает полезные свойства верхнему слою почвы? Потому что он в ТОПе? Если мы принесем бульдозер и соскребем один фут земли, станет ли обнаженный грунт верхним слоем почвы, потому что он находится на поверхности? Конечно, всем известно, что верхний слой почвы — это нечто большее, чем просто ее расположение на поверхности почвы.Большинство свойств, которые мы ассоциируем с верхним слоем почвы — хорошее снабжение питательными веществами, обработка почвы, дренаж, аэрация, хранение воды и т. Д. — присутствуют потому, что верхний слой почвы богат органическими веществами и содержит огромное разнообразие живых организмов. Эти характеристики уменьшаются по мере того, как вы копаете глубже, делая верхний слой почвы уникальной и незаменимой частью почвенного профиля.

Добавление азота . Бактерии, живущие в клубеньках на корнях бобовых, превращают азот из атмосферного газа (N ₂ ) в формы, которые растение может использовать напрямую.Ряд свободноживущих бактерий также фиксируют азот.

Хранение питательных веществ в органическом веществе почвы . Разлагающееся органическое вещество может питать растения напрямую, но также может косвенно способствовать питанию растений. Ряд важных питательных веществ содержится в почвах в виде положительно заряженных молекул, называемых катионами (произносится как «кошачий глаз»). Способность органических веществ удерживать катионы таким образом, чтобы они оставались доступными для растений, известна как емкость катионного обмена (CEC).Гумус имеет много отрицательных зарядов, и поскольку противоположные заряды притягиваются, он способен удерживать положительно заряженные питательные вещества, такие как кальций (Ca ⁺⁺ ), калий (K ⁺ ) и магний (Mg ⁺⁺ ). ) (см. рисунок 2.5a). Это предохраняет их от вымывания (вымывания через почву) глубоко в нижние слои почвы. Удерживаемые таким образом питательные вещества могут постепенно попадать в почвенный раствор и становиться доступными для растений в течение всего вегетационного периода. Однако имейте в виду, что не все питательные вещества для растений встречаются в виде катионов.Например, нитратная форма азота отрицательно заряжена (NO ₃ ^— ) и фактически отталкивается отрицательно заряженной ЦИК. Таким образом, нитраты легко вымываются, когда вода движется вниз через почву за пределы корневой зоны.

Рисунок 2.5. Катионы удерживаются на отрицательно заряженных органических веществах и глине.

Частицы глины также имеют отрицательные заряды на своей поверхности (рис. 2.5b), но органическое вещество может быть основным источником отрицательных зарядов для крупнозернистых и среднетекстурированных почв.Некоторые типы глин, например, глины на юго-востоке США и в тропиках, как правило, имеют небольшое количество отрицательного заряда. Когда эти глины присутствуют, органическое вещество является еще более важным, поскольку оно является основным источником отрицательных зарядов, связывающих питательные вещества.

Защита питательных веществ хелатированием . Органические молекулы в почве также могут удерживать и защищать определенные питательные вещества. Эти частицы, называемые хелатами (произносится как «ключевые-латы»), являются побочными продуктами активного разложения органических материалов или выделяются из корней растений.В общем, элементы удерживаются хелатами сильнее, чем связыванием положительных и отрицательных зарядов. Хелаты работают хорошо, потому что они связывают питательные вещества более чем в одном месте органической молекулы (рис. 2.5c). В некоторых почвах микроэлементы, такие как железо, цинк и марганец, были бы преобразованы в недоступные формы, если бы они не были связаны хелатами. Нередко можно встретить почвы с низким содержанием органических веществ или открытые почвы с дефицитом этих микроэлементов.

Другие способы сохранения доступных питательных веществ . Есть некоторые свидетельства того, что органические вещества в почве могут ингибировать преобразование доступного фосфора в формы, недоступные для растений. Одно из объяснений состоит в том, что органическое вещество покрывает поверхности минералов, которые могут прочно связываться с фосфором. После того, как эти поверхности будут покрыты, доступные формы фосфора с меньшей вероятностью вступят с ними в реакцию. Кроме того, некоторые органические молекулы могут образовывать хелаты с алюминием и железом, которые могут реагировать с фосфором в почвенном растворе. Когда они хранятся в виде хелатов, эти металлы не могут образовывать нерастворимый минерал с фосфором.

Благоприятное воздействие почвенных организмов

Почвенные организмы необходимы для обеспечения растений питательными веществами, поскольку они разрушают органические вещества, включая другие мертвые организмы. Эти организмы делают питательные вещества доступными, освобождая их от органических молекул. Некоторые бактерии улавливают газообразный азот из атмосферы, делая его доступным для растений. Другие организмы растворяют минералы и делают фосфор более доступным. Без достаточных источников пищи почвенные организмы не являются многочисленными и активными, и, следовательно, для обеспечения растений питательными веществами потребуется больше удобрений.

ОРГАНИЧЕСКОЕ ВЕЩЕСТВО ПОВЫШАЕТ ДОСТУПНОСТЬ НУТРИЕНТОВ…

Напрямую

• По мере разложения органических веществ питательные вещества преобразуются в формы, которые растения могут использовать напрямую.
• CEC образуется в процессе разложения, увеличивая способность почвы удерживать кальций, калий, магний и аммоний.
• Производятся органические молекулы, которые удерживают и защищают ряд микроэлементов, таких как цинк и железо.
• Некоторые организмы делают минеральные формы фосфора более растворимыми, в то время как другие фиксируют азот, который превращает его в формы, которые могут использовать другие организмы или растения.

Косвенно

• Вещества, вырабатываемые микроорганизмами, способствуют лучшему росту корней и их здоровью. Имея более крупную и здоровую корневую систему, растения легче усваивают питательные вещества.
• Органические вещества улучшают структуру почвы, что приводит к увеличению инфильтрации воды после дождей и увеличению водоудерживающей способности почвы; он также способствует росту корней в более проницаемой почве.Это улучшает здоровье растений и позволяет перемещать подвижные питательные вещества (например, нитраты) к корням.

Разнообразное сообщество организмов — ваша лучшая защита от крупных нашествий вредителей и проблем с плодородием почвы. Почва, богатая органическими веществами и постоянно снабжаемая различными типами свежих остатков за счет использования покровных культур, сложных севооборотов и применяемых органических материалов, таких как компост или навоз, является домом для гораздо более разнообразной группы организмов, чем почва, лишенная органическая материя.Остатки являются достаточным источником пищи для поддержания высоких популяций почвенных организмов. Существует два аспекта биологического разнообразия, как наземного, так и подземного: 1) диапазон различных присутствующих организмов и 2) их относительные популяции (называемые равномерностью). Хорошо иметь разнообразные виды организмов, но это более богатая среда, когда есть также похожие размеры популяций. Например, если существует умеренная популяция болезнетворных организмов, нам не нужно просто присутствие небольшой популяции полезных организмов; почва становится богаче биологически, если есть умеренное количество полезных растений.Хорошие популяции разнообразных организмов помогают гарантировать, что меньшее количество потенциально вредных организмов сможет развиваться в количестве, достаточном для снижения урожайности сельскохозяйственных культур.

Пахота

Когда почва имеет благоприятное физическое состояние для выращивания растений, считается, что имеет хорошую почву . Такая почва пористая и позволяет воде легко проникать внутрь, а не стекать с поверхности (рис. 2.6). В промежутках между дождями в почве накапливается больше воды, чтобы растения могли использовать ее, и происходит меньшая эрозия.Хорошая обработка почвы также означает, что почва хорошо аэрируется. Корни легко получают кислород и избавляются от углекислого газа. Пористая почва не препятствует развитию и исследованию корней. Когда почва плохо вспахивается, ее структура ухудшается, и агрегаты почвы разрушаются, вызывая повышенное уплотнение, снижение аэрации и накопления воды. Слой почвы может стать настолько уплотненным, что корни не смогут прорасти. Почва с превосходными физическими свойствами будет иметь множество каналов и пор самых разных размеров.

Рисунок 2.6. Изменения поверхности почвы и водотока при образовании уплотнений и корок.

Исследования как ненарушенных, так и сельскохозяйственных почв показывают, что по мере увеличения содержания органического вещества почвы становятся менее компактными и имеют больше пространства для прохождения воздуха, помогая отводить воду в почву и накапливать ее для использования растениями. При разложении растительных остатков образуются липкие вещества. Наряду с корнями растений и гифами грибов они связывают минеральные частицы вместе в комки или агрегаты.Кроме того, липкие выделения микоризных грибов — полезных грибов, которые проникают в корни при выращивании тонких нитей в почве, которые помогают растениям получать больше воды и питательных веществ, — являются важным связующим материалом в почве. Расположение и сбор отдельных частиц в агрегаты и степень уплотнения почвы имеют огромное влияние на рост растений (см. Главы 5 и 6). Развитие агрегатов желательно на всех типах почв, поскольку это способствует лучшему дренажу, аэрации и хранению воды.Единственное исключение — некоторые культуры водно-болотных угодий, такие как рис, где вам нужна плотная почва, поддерживающая затопление полей. (Хотя новые системы выращивания риса показывают, что высокие урожаи могут быть получены при меньшем затоплении, что позволяет экономить воду.)

Органические вещества в виде остатков на поверхности почвы или в качестве связующего агента для агрегатов у поверхности играют важную роль в уменьшении эрозии почвы. Как и в случае с листьями и стеблями живых растений, поверхностные остатки задерживают капли дождя и снижают их способность отделять частицы почвы.Эти поверхностные остатки также замедляют движение воды по полю, давая ей больше шансов проникнуть в почву. Агрегаты и большие каналы значительно увеличивают способность почвы проводить воду с поверхности в подпочву. Поры большего размера образуются разными способами. Старые корневые каналы могут оставаться открытыми в течение некоторого времени после разложения корня. Более крупные почвенные организмы, такие как насекомые и дождевые черви, создают каналы при движении в почве. Слизь, которую выделяют дождевые черви, чтобы их кожа не высыхала, также помогает сохранять их каналы открытыми в течение длительного времени.

Большинство фермеров могут сказать, что одна почва лучше другой, посмотрев на нее, увидев, как они обрабатываются при вспашке, или даже почувствовав, что они чувствуют, когда по ней ходят или прикасаются к ней. То, что они видят или ощущают, действительно хорошо. А немного покопавшись в почве, можно понять ее пористость и степень агрегации.

Поскольку эрозия приводит к удалению наиболее плодородной части почвы, она может вызвать значительное снижение урожайности сельскохозяйственных культур. На некоторых почвах потеря всего нескольких дюймов верхнего слоя почвы может привести к снижению урожайности на 50%.Поверхность некоторых почв с низким содержанием органического вещества может закупориваться или образовываться коркой, так как дождь разрушает агрегаты и поры у поверхности заполняются твердыми частицами. Когда это происходит, вода, которая не может проникнуть в почву, стекает с поля, унося ценный верхний слой почвы (рис. 2.6).

Защита почвы от резких изменений кислотности

Рисунок 2.7. В эксперименте Рича Бартлетта добавление гуминовых кислот к питательному раствору увеличивало рост помидоров и кукурузы, а также количество и разветвленность корней.Кукуруза, выращенная в питательном растворе с хелатирующими агентами (справа) и без (слева) (извлеченная из почвы). Фото Р. Бартлетта

Кислоты и основания выделяются, когда минералы растворяются, а организмы выполняют свои обычные функции по разложению органических материалов или фиксации азота. Кислоты или основания выводятся из организма корнями растений, а кислоты образуются в почве в результате использования азотных удобрений. Лучше всего для растений, если уровень кислотности почвы, называемый pH, не будет слишком сильно колебаться в течение сезона.Шкала pH — это способ выразить количество свободного водорода (H ⁺ ) в почвенной воде, но в почвах она сильно зависит от доступности питательных веществ для растений и токсичности определенных элементов, таких как алюминий. Это логарифмическая шкала, поэтому почва с pH 4 очень кислая, а ее раствор в 10 раз более кислый, чем почва с pH 5. Почва с pH 7 нейтральна: в воде столько же основания, сколько и кислота. Большинство культур лучше всего растут, когда почва слабокислая, а pH составляет от 6 до 7, хотя есть и кислые культуры, такие как черника.Необходимые питательные вещества более доступны для растений в этом диапазоне pH, чем когда почвы более кислые или более щелочные. Органическое вещество почвы способно замедлять или буферизовать изменения pH, выводя из раствора свободный водород при образовании кислот или выделяя водород при образовании оснований. (Обсуждение управления кислыми почвами см. В главе 20).

Стимуляция развития корней

Гуминовые вещества в почве могут стимулировать рост и развитие корней как за счет увеличения доступности питательных микроэлементов, так и за счет изменения экспрессии ряда генов (Рисунок 2.7). Микроорганизмы в почве производят множество веществ, стимулирующих рост растений. К ним относятся различные гормоны растений и хелатирующие агенты. Стимуляция хелатирующими веществами (сидерофорами) в основном происходит из-за того, что микроэлементы становятся более доступными для растений, в результате чего корни становятся длиннее и имеют больше ветвей. Кроме того, свободноживущие азотфиксирующие бактерии обеспечивают растение дополнительными источниками этого необходимого питательного вещества, в то время как некоторые бактерии помогают растворять фосфор из минералов, что делает его более доступным для растений.

Потемнение почвы

Органическое вещество имеет тенденцию к затемнению почвы. Это легко увидеть на крупнозернистых песчаных почвах, содержащих светлые кварцевые минералы. В хорошо дренированных условиях более темная поверхность почвы позволяет почве немного быстрее прогреваться весной. Это дает небольшое преимущество для прорастания семян и ранних стадий развития рассады, что часто бывает полезно в холодных регионах.

Защита от вредных химических веществ

Некоторые химические вещества, встречающиеся в природе в почве, могут нанести вред растениям.Например, алюминий является важной частью многих почвенных минералов и, как таковой, не представляет угрозы для растений. Когда почвы становятся более кислыми, особенно при уровне pH ниже 5,5, алюминий становится растворимым. Некоторые растворимые формы алюминия, если они присутствуют в почвенном растворе, токсичны для корней растений. Однако в присутствии значительных количеств почвенного органического вещества алюминий связан прочно и не причинит такого большого ущерба.

Рисунок 2.8. Роль органического вещества почвы в круговороте углерода.Иллюстрация Вика Кулихина.

Органические вещества — это самое важное свойство почвы, которое снижает вымывание пестицидов. Он прочно удерживает ряд пестицидов. Это предотвращает или снижает выщелачивание этих химикатов в грунтовые воды и дает время для детоксикации микробами. Микроорганизмы могут изменять химическую структуру некоторых пестицидов, промышленных масел, многих нефтепродуктов (газа и масел) и других потенциально токсичных химикатов, делая их безвредными.

Органические вещества и естественные циклы

Углеродный цикл

Органическое вещество почвы играет важную роль в ряде глобальных циклов.Люди стали больше интересоваться углеродным циклом, потому что накопление углекислого газа в атмосфере является основной причиной дестабилизации климата.

Простая версия естественного цикла углерода без учета промышленных источников, показывающая роль органического вещества почвы, представлена ​​на рис. 2.8. Двуокись углерода удаляется из атмосферы растениями и используется для создания всех органических молекул, необходимых для жизни. Солнечный свет дает растениям энергию, необходимую для осуществления этого процесса.Растения, а также животные, питающиеся растениями, выделяют углекислый газ обратно в атмосферу, поскольку они используют органические молекулы для получения энергии. Двуокись углерода также выбрасывается в атмосферу при сжигании топлива, такого как газ, нефть, уголь и древесина.

ЦВЕТ И ОРГАНИЧЕСКОЕ ВЕЩЕСТВО

В Иллинойсе была разработана портативная диаграмма, позволяющая людям оценить процент органического вещества почвы. Их самые темные почвы, почти черные, указывают на 3,5–7% органического вещества. Темно-коричневая почва указывает на 2–3%, а желтовато-коричневая почва указывает на 1.5–2,5% органического вещества. (Цвет может быть не так четко связан с органическим веществом во всех регионах, потому что количество глины и типы минералов также влияют на цвет почвы.) Недавно были разработаны мобильные приложения, которые используют камеры смартфонов для оценки содержания органического вещества в почве, и это доказало, что достаточно хорошо работать для приблизительных оценок.

Почвы накапливают накопленный углерод и питательные вещества, улавливаемые растительной продукцией, и наибольшее количество углерода, присутствующего на земле, содержится не в живых растениях, а в органическом веществе почвы.На это потребовалось время, но теперь это понимание находит свое отражение в обсуждениях углеродного цикла. В почве хранится больше углерода, чем во всех растениях, животных и атмосфере вместе взятых. Органическое вещество почвы содержит примерно в четыре раза больше углерода, чем живые растения, и на самом деле углерода, хранящегося во всех почвах мира, в два-три раза больше, чем в атмосфере. Поскольку органическое вещество почвы истощается, оно становится источником углекислого газа для атмосферы. Кроме того, при вырубке и сжигании лесов выделяется большое количество углекислого газа.Вторичный, часто более крупный поток углекислого газа выбрасывается из почвы в результате быстрого истощения почвенного органического вещества после преобразования лесов в сельскохозяйственную практику. В семи дюймах почвы с 1% органического вещества содержится столько же углерода, сколько и в атмосфере над полем. Если содержание органического вещества уменьшится с 3% до 2%, количество углекислого газа в атмосфере может удвоиться. (Конечно, ветер и диффузия перемещают углекислый газ в другие части земного шара, и он может поглощаться океанами и поглощаться растениями с подветренной стороны во время фотосинтеза.)

Изменение климата и почвы

Изменение климата уже оказывает глубокое влияние на планету в виде потепления морей, таяния ледников и морского льда, таяния мерзлых грунтов (вечной мерзлоты) и увеличения числа экстремальных погодных явлений: увеличение волн тепла, увеличение интенсивности дождя во многих местах и ​​более частые засушливые условия в другие места. Пока мы пишем это, последние пять лет (2015, 2016, 2017, 2018 и 2019) были самыми теплыми с момента начала ведения учета в 1880-х годах.Волны жары 2018 и 2019 годов в Северной Америке, Европе, Юго-Восточной и Восточной Азии, а также в следующее австралийское лето (начиная с декабря 2018 года, а затем снова летом 2019–2020 годов, сопровождаемые на этот раз историческими лесными пожарами) было особенно сурово. Июль 2019 года был самым теплым месяцем из когда-либо зарегистрированных. Сельское хозяйство уже пострадало во многих частях мира: повышение ночных температур снижает урожайность зерна, поскольку больше энергии, производимой растениями в течение дня, расходуется на усиление ночного дыхания, а региональные засухи вызывают неурожаи.Такие газы, как диоксид углерода (CO ₂ ), метан (CH ₃ ) и закись азота (N ₂ O) улавливают тепло в атмосфере, что приводит к потеплению Земли, так называемому парниковому эффекту .

Концентрация углекислого газа в атмосфере увеличилась с примерно 320 частей на миллион (ppm) в середине 1960-х годов до 415 ppm, когда мы пишем эти слова, и она увеличивается со скоростью примерно от 2 до 3 частей на миллион в год. Историческое преобразование лесов и пастбищ в сельское хозяйство привело к значительному переносу углерода (от ускоренного разложения органического вещества почвы) в атмосферу в виде CO ₂ .Это сельскохозяйственное преобразование занимает второе место после сжигания ископаемого топлива, поскольку является крупнейшим фактором увеличения концентрации CO в атмосфере ₂ (помните, что ископаемое топливо получают из углерода, хранящегося в древних растениях). Поскольку леса сжигаются, а почвы вспахиваются для выращивания сельскохозяйственных культур (что способствует увеличению использования органического вещества почвенными организмами), CO ₂ выбрасывается в атмосферу.

Но почвы, управляемые таким образом, чтобы накапливать органические вещества, могут стать чистыми поглотителями для хранения углерода и в то же время могут улучшить их здоровье.Увеличение содержания органического вещества в почве — не лучшая панацея для борьбы с изменением климата, но оно может помочь на время замедлить рост CO ₂ на , если сделать это в массовом масштабе во всем мире. Ряд неправительственных организаций в Соединенных Штатах, наряду с рядом международных усилий, поощряют фермеров повышать уровень органического вещества в почве в виде платежей за улавливание углерода. (Были предложены крупномасштабные схемы «геоинженерии», чтобы вывести CO ₂ из атмосферы или выбросить в атмосферу частицы, чтобы отразить часть приходящего излучения от Солнца.Стоимость и потенциально отрицательные побочные эффекты таких предложений не установлены. Таким образом, в настоящее время резкое сокращение использования ископаемого топлива за счет перехода на возобновляемые источники энергии и сокращения общего потребления энергии является единственным надежным способом остановить или обратить вспять изменение климата.) Экологически безопасное управление сельскохозяйственными почвами с использованием методов, которые способствуют накоплению органических материя, безусловно, играет определенную роль в борьбе с изменением климата. Он предлагает беспроигрышные результаты, потому что более высокие уровни органических веществ также повышают сопротивляемость почв, которые противостоят более интенсивным штормам и засушливым периодам, возникающим в результате потепления на планете со все более дестабилизирующими погодными условиями.Подробнее о роли здоровья почвы в обеспечении устойчивости к изменению климата читайте в бюллетене SARE «Повышение устойчивости к изменению климата на фермах и ранчо » (www.sare.org/climate-resilience).

Азотный цикл

Прибыли . Другой важный глобальный процесс, в котором органическое вещество играет важную роль, — это цикл азота . Это имеет прямое значение в сельском хозяйстве, потому что в почвах часто бывает недостаточно доступного азота, чтобы растения могли расти наилучшим образом.И нитрат, и аммоний могут использоваться растениями, но большая часть азота, используемого растениями, поглощается в форме нитрата с небольшим количеством аммония. Небольшие количества некоторых источников аминокислот и небольших белков могут абсорбироваться. На рис. 2.9 показан азотный цикл и то, как органическое вещество почвы входит в этот цикл. Почти весь азот в почвах существует как часть органического вещества в формах, которые растения не могут использовать в качестве основного источника азота. Каждый процент органического вещества в поверхностной почве (глубиной до 6 дюймов) содержит примерно 1000 фунтов азота.Каждый год бактерии и грибы превращают некоторую часть органических форм азота в аммоний, а разные бактерии превращают аммоний в нитрат. В зависимости от уровня органического вещества почвы типичная культура может получать 20–50% азота из минерализованного органического вещества.

Навоз также может вносить большой вклад в доступный для растений запас азота в почве. Обычно они имеют высокое содержание органического азота, которое становится легко доступным, когда микроорганизмы превращают органические формы в аммоний и нитраты.Большую часть потребности сельскохозяйственных культур в азоте можно удовлетворить с помощью навоза на животноводческих фермах, где он производится в больших количествах.

Помимо разложения органических веществ и навоза, азот также получают из некоторых бактерий, живущих в почвах, которые могут «фиксировать» азот, преобразовывая газообразный азот в формы, которые могут использовать другие организмы, включая сельскохозяйственные растения. Это могут быть небольшие количества азота в типичных системах зерновых культур, но большие количества при выращивании бобовых. Кроме того, неорганические формы азота, такие как аммоний и нитрат, естественным образом присутствуют в атмосфере, и их содержание иногда увеличивается из-за загрязнения воздуха.Дождь и снег откладывают эти неорганические формы азота на почве, но, как правило, в умеренных количествах по сравнению с потребностями типичной культуры. Неорганический азот также может быть добавлен в виде коммерческих азотных удобрений, которые для большинства товарных зерновых культур (кроме бобовых, таких как соевые бобы), как правило, являются наибольшим добавлением азота. Эти удобрения получают из газообразного азота в атмосфере в результате промышленного процесса фиксации, который требует довольно много энергии.

Рисунок 2.9. Роль органических веществ в круговороте азота. Иллюстрация Вика Кулихина.

Убытки . Азот может теряться из почвы разными способами. Почвенные условия и методы ведения сельского хозяйства определяют степень потерь и способ потери азота. Когда урожай убирают с полей, также удаляются азот и другие питательные вещества. При внесении на поверхность почвы неразложившегося навоза или определенных форм азотных удобрений могут происходить газовые потери (испарение), что может привести к потерям до 30%.Нитратная (NO ₃ ^— ) форма азота легко выщелачивается из почв и может попадать в грунтовые воды на небезопасных для питья уровнях или может попадать в поверхностные воды, вызывая «мертвые зоны» с низким содержанием кислорода. Потери от выщелачивания наиболее высоки в песчаных почвах и в почвах с плиточным дренажем. Органические формы нитратов, а также нитратов и аммония (NH ₄ ⁺ ) могут быть потеряны из-за сточных вод и эрозии. После освобождения от органического вещества почвы азот может преобразовываться в формы, которые в конечном итоге попадают обратно в атмосферу. .Бактерии превращают нитраты в азот (N ₂ ) и закись азота (N ₂ O) в процессе, называемом денитрификацией, которая может быть значительным путем потерь из насыщенных почв. Закись азота (также являющаяся мощным парниковым газом) сильно способствует изменению климата и, по оценкам, является самым крупным вкладом сельского хозяйства в выбросы парниковых газов (больше, чем углекислый газ и метан). Кроме того, когда он достигает верхних слоев атмосферы, он снижает уровень озона, который защищает поверхность земли от вредного воздействия ультрафиолетового (УФ) излучения.Поэтому, если вам нужна была еще одна причина для эффективного использования азотных удобрений и навоза — помимо экономических затрат и загрязнения грунтовых и поверхностных вод — возможное образование закиси азота должно заставить вас проявлять осторожность.

Круговорот воды

Органические вещества играют важную роль в местных, региональных и глобальных круговоротах воды из-за их роли в содействии проникновению воды в почву и накоплению в ней. Водный цикл также называют гидрологическим циклом .Вода испаряется с поверхности почвы и из листьев живых растений, а также из океанов и озер. Затем вода возвращается на землю, обычно далеко от того места, где она испарилась, в виде дождя и снега. Почвы с высоким содержанием органического вещества и отличной рыхлостью усиливают быстрое проникновение дождевой воды в почву. и увеличивают запасы воды в почве. Когда мы смотрим на учащение крупных наводнений в некоторых частях мира, особенно в зерновом поясе США, мы указываем на изменение климата. Но, конечно, это усугубляется постепенной деградацией региональных почв, которые в основном используются для интенсивного растениеводства.

Вода, попавшая в почву, может быть доступна для растений или может просачиваться глубоко в недра и способствовать пополнению запасов грунтовых вод. Поскольку грунтовые воды обычно используются в качестве источника питьевой воды для домов и для орошения, восстановление грунтовых вод имеет важное значение. Когда уровень органического вещества почвы истощается, она менее способна принимать и хранить воду, что приводит к высокому уровню стока и эрозии. Это означает меньше воды для растений и снижение подпитки грунтовых вод.

СТОИМОСТЬ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА ПОЧВЫ

Очень трудно, если не невозможно, дать значимую денежную оценку стоимости органического вещества в наших почвах. Это положительно сказывается на столь многих различных свойствах, что учесть их все и определить их долларовую стоимость — огромная задача. Один процент органического вещества в верхних 6 дюймах акра почвы содержит около 1000 фунтов азота. При цене около 45 центов за фунт это само по себе стоит около 450 долларов на каждый процентов органического вещества в вашей почве.Если добавить по 100 фунтов фосфора, серы и калия, то общая сумма составит 500 долларов на акр на каждый процент органического вещества. Но мы также должны учитывать другие присутствующие питательные вещества и благотворное влияние органических веществ на сокращение других вводимых ресурсов и повышение урожайности. И каковы денежные выгоды от уменьшения наводнений, загрязнения воды и изменения климата? Мы знаем, что это действительно бесценный ресурс, но трудно назвать его точной ценой.

Резюме главы 2

Органическое вещество почвы является ключом к созданию и поддержанию здоровых почв, поскольку оно оказывает огромное положительное влияние практически на все свойства почвы — агрегацию, доступность питательных веществ, пахоту и доступность воды, биологическое разнообразие и т. Д., Помогая выращивать более здоровые растения. Органическое вещество состоит в основном из живых организмов в почве («живые»), свежих остатков («мертвые») и хорошо разложившихся (или сгоревших) материалов, физически или химически защищенных от разложения («очень мертвые» ).Остатки, попавшие в агрегаты (часть «мертвого» органического вещества), особенно мелкие, также защищены от разложения, потому что организмы не могут получить доступ к материалу. Каждый из этих типов органических веществ играет важную роль в поддержании здоровья почвы. Преобразование органического вещества почвы является ключевым элементом питания растений и их способности обеспечивать хорошие урожаи. Органическое вещество почвы также является неотъемлемой частью местных и глобальных циклов углерода, азота и воды, влияя на многие аспекты, определяющие устойчивость и будущее выживание жизни на Земле.

Источники главы 2

Allison, F.E.1973. Органическое вещество почвы и его роль в растениеводстве . Научное издательство: Амстердам, Нидерланды.

Брэди, Северная Каролина и Р. Р. Вейль. 2008. Природа и свойства почв , 14 изд. Prentice Hall: Верхняя Седл-Ривер, Нью-Джерси.

Фоллетт, Р.Ф., Дж. У. Б. Стюарт и К. Коул, ред. 1987. Плодородие почвы и органические вещества как важнейшие компоненты производственных систем. Специальная публикация №19. Американское общество почвоведов: Мэдисон, Висконсин.

Лал, Р. 2008. Улавливание атмосферного CO2 в глобальных углеродных пулах. Энергетика и экология 1.

Lehmann, J., D.C. Kern, B. Glaser, W.I. Woods, eds. 2003. Amazonian Dark Earths: Origin, Properties, Management. Kluwer Academic Publishing: Дордрехт, Нидерланды.

Леманн, Дж. И М. Рондон. 2006. Управление биоуглеродом на сильно выветренных почвах во влажных тропиках.В Биологические подходы к устойчивым почвенным системам, изд. Н. Апхофф и др., Стр. 517–530. CRC Press: Бока-Ратон, Флорида.

Лукас Р.Э., Дж. Б. Холтман и Дж. Л. Коннор. 1977. Динамика углерода в почве и методы земледелия. В Сельское хозяйство и энергетика , изд. W. Lockeretz, стр. 333–451. Академическая пресса: Нью-Йорк, штат Нью-Йорк. (См. Этот источник, посвященный исследованию в Мичигане о взаимосвязи между уровнем органического вещества почвы и потенциалом урожайности.)

Манлай Р.Дж., К. Феллер и М.Дж. Свифт. 2007. Историческая эволюция концепций почвенного органического вещества и их взаимосвязи с плодородием и устойчивостью систем земледелия. Сельское хозяйство, экосистемы и окружающая среда 119: 217–233.

Оливейра Нуньес, Р., Дж. Абрахао Домициано, В. Соуза Алвес, А. Клаудиа А. Мело, Фабио Сезар, С. Ногейра, Л. Паскуалото Канеллас и Ф. Лопес Оливарес. 2019. Оценка влияния гуминовых кислот на структуру корня кукурузы с помощью протеомного анализа без этикеток. Scientific Reports (NatureReports) 9, номер статьи: 12019. По состоянию на 14 сентября 2019 г., https://www.nature.com/articles/s41598-019-48509-2.

Ошин, К. и Л. Дринкуотер. 1999. Введение в здоровье почвы. Неопубликованный набор слайдов.

Пауэрс, Р.Ф. и К. Ван Клив. 1991. Долгосрочные экологические исследования в лесных экосистемах умеренного и бореального пояса. Агрономический журнал 83: 11–24. (В этом документе сравнивается относительное количество углерода в почве и в растениях.)

Стивенсон, Ф.Дж. 1986. Циклы почвы: углерод, азот, фосфор, сера, микроэлементы. John Wiley & Sons: Нью-Йорк, штат Нью-Йорк. (В этой ссылке количество углерода в почве сравнивается с количеством углерода в растениях.)

Стриклинг, Э. 1975. Посевы культур и обработка почвы в эффективном растениеводстве. Тезисы агрономических встреч Американского общества Северо-восточного отделения 1975 года : 20–29. (См. Этот источник об эксперименте в Мэриленде, который связывает органическое вещество почвы с урожаем кукурузы.)

Тейт, Р.Л., III. 1987. Органическое вещество почвы: биологические и экологические эффекты . John Wiley & Sons: Нью-Йорк, штат Нью-Йорк.

Агентство по охране окружающей среды США. 2019. Инвентаризация выбросов и стоков парниковых газов в США. EPA 430-R-19-001. Доступно на сайте www.epa.gov/ghgemissions/inventory-us-greenhouse-gas-emissions-and-sinks.Weil, R. и F. Magdoff. 2004. Значение органического вещества почвы для качества и здоровья почвы. In Soil Organic Matter in Sustainable Agriculture, ed.Ф. Магдофф и Р. Вейль, стр. 1–43. CRC Press: Бока-Ратон, Флорида.

Предыдущая глава 1. Здоровые почвы Следующая глава 3. Количество органических веществ в почвах

Значение органического вещества почвы

Значение органического вещества почвы

---

По содержанию органического вещества почвы характеризуются как минеральные или органические. Минеральные почвы образуют большую часть мировых обрабатываемая земля и может содержать от незначительного количества до 30 процентов органических веществ.Органические почвы по своей природе богаты органическими веществами, главным образом для климатических условий. причины. Хотя они содержат более 30% органических веществ, это именно по этой причине они не являются жизненно важными почвами для сельскохозяйственных культур.

Этот бюллетень по почвам посвящен органическому веществу. динамика посевов почв. Вкратце, в нем обсуждаются обстоятельства, приводящие к истощению органическое вещество и отрицательные последствия этого. Затем бюллетень переходит к более активные решения.Он рассматривает «корзину» практик, чтобы показать, как они могут увеличить содержание органических веществ, и обсудить землю и выгоды от урожая, которые затем накапливаются.

Органическое вещество почвы — это любой материал, первоначально произведенный живые организмы (растения или животные), которые возвращаются в почву и проходят через процесс разложения (табл. 1). В любой момент времени он состоит из диапазона материалов от неповрежденных исходных тканей растений и животных до существенно разложившаяся смесь материалов, известная как гумус (рис. 1).

Пластина 1
Растительные остатки, добавленные в почву, разлагаются на
почвенная макрофауна и микроорганизмы, увеличивающие
содержание органических веществ в почве.

A.J. БОТ

РИСУНОК 1 Компоненты органического вещества почвы и их функции

Большая часть органического вещества почвы происходит из тканей растений.Растение остатки содержат 60-90 процентов влаги. Оставшееся сухое вещество состоит из углерод (C), кислород, водород (H) и небольшие количества серы (S), азота (N), фосфор (P), калий (K), кальций (Ca) и магний (Mg). Хотя присутствует в небольших количествах эти питательные вещества очень важны с точки зрения почвы управление фертильностью.

Органическое вещество почвы состоит из множества компонентов. Эти включать в различных пропорциях и на многих промежуточных стадиях активные органические фракция, включающая микроорганизмы (10-40 процентов), и устойчивая или стабильная органическое вещество (40-60 процентов), также называемое гумусом.

Определены формы и классификация органического вещества почв. описан Тейт (1987) и Тенг (1987). Для практических целей органическое Вещество можно разделить на надземную и подземную фракции. Над землей органическое вещество состоит из остатков растений и животных; подземный органический материя состоит из живой почвенной фауны и микрофлоры, частично разложившихся растений отходы животного происхождения и гуминовые вещества. Отношение C: N также используется для указать вид материала и легкость разложения; твердые древесные материалы с высоким соотношением C: N более эластичен, чем мягкие листовые материалы с низким Соотношение C: N.

Хотя органическое вещество почвы можно удобно разделить на разные фракции, они не представляют собой статические конечные продукты. Вместо, имеющиеся количества отражают динамическое равновесие. Общая сумма и распределение органических веществ в почве зависит от свойств почвы и по количеству ежегодных поступлений растительных и животных остатков в экосистему. Например, в данной почвенной экосистеме скорость разложения и накопление органического вещества почвы определяется такими свойствами почвы, как текстура, pH, температура, влажность, аэрация, минералогия глины и почвы биологическая активность.Сложность заключается в том, что органическое вещество почвы, в свою очередь, влияет или изменяет многие из этих свойств почвы.

Органические вещества, присутствующие на поверхности почвы в виде сырых растений пожнивные остатки помогают защитить почву от воздействия дождя, ветра и солнца. Удаление, заделка или сжигание остатков подвергает почву отрицательному воздействию. климатических воздействий, и удаление или сжигание лишает почвенные организмы их первичный источник энергии.

Органическое вещество в почве выполняет несколько функций.Из С практической точки зрения сельского хозяйства это важно по двум основным причинам: (i) как «возобновляемый питательный фонд»; и (ii) как средство для улучшения почвы структура, поддерживать пашню и минимизировать эрозию.

В качестве возобновляемого фонда питательных веществ органическое вещество служит двум основным направлениям. функции:

• Как почвенное органическое вещество образуется в основном из растительных остатков, оно содержит все необходимые питательные вещества для растений. Поэтому скопившаяся органика — кладезь растений. питательные вещества.

• Стабильная органическая фракция (гумус) адсорбирует и удерживает питательные вещества в доступной для растений форме.

Органические вещества выделяют питательные вещества в доступной для растений форме при разложении. Чтобы поддерживать эту систему круговорота питательных веществ, скорость добавления органических веществ из пожнивных остатков, навоза и любых других источников необходимо равны скорости разложения, и учитывать скорость поглощения растения и потери от выщелачивания и эрозии.

Если норма добавления меньше нормы разложение, органическое вещество почвы уменьшается. И наоборот, где скорость добавка выше, чем скорость разложения, органическое вещество почвы увеличивается. Термин установившееся состояние описывает состояние, при котором скорость сложение равно скорости разложения.

С точки зрения улучшения структуры почвы активная и некоторые из устойчивые органические компоненты почвы вместе с микроорганизмами (особенно грибки), участвуют в связывании частиц почвы в более крупные агрегаты.Агрегация важна для хорошей структуры почвы, аэрации, инфильтрации воды. и устойчивость к эрозии и образованию корки.

Традиционно агрегация почвы была связана с общий C (Matson et al ., 1997) или органический C (Dalal and Mayer, 1986a, 1986b). Совсем недавно были разработаны методы фракционирования C на основы лабильности (легкости окисления), учитывая, что эти субпулы C могут имеют большее влияние на физическую устойчивость почвы и являются более чувствительными индикаторами чем общие значения углерода динамики углерода в сельскохозяйственных системах (Lefroy, Blair и Strong, 1993; Блэр, Лефрой и Лайл, 1995; Блэр и Крокер, 2000).В лабильная фракция углерода, как было показано, является индикатором ключевого химического состава почвы. и физические свойства. Например, было показано, что эта фракция является первичный фактор, контролирующий разрушение агрегатов в феррозолях (не трескающийся красный глины), измеряемое процентным содержанием агрегатов размером менее 0,125 мм в поверхностная кора после имитации дождя в лаборатории (Bell et al ., 1998, 1999).

Устойчивая или стабильная фракция органического вещества почвы способствует в основном удерживающей способности питательных веществ (катионообменная способность [CEC]) и цвет почвы.Эта фракция органического вещества разлагается очень медленно. Следовательно, он оказывает меньшее влияние на плодородие почвы, чем активные органические дробная часть.

Главы 2 и 3 посвящены преобразованию органических вещества почвенными организмами и природными факторами, влияющими на уровень содержание органических веществ в почве. В главе 4 обсуждаются различные методы управления. практики, влияющие на накопление органических веществ в почве. Глава 5 исследует, как создать засухоустойчивую почву, а в главе 6 исследуются различные аспект устойчивого производства продуктов питания.Глава 7 исследует роль сохранения сельское хозяйство, а в главе 8 представлены выводы.

Приложение 1 содержит справочную информацию о различных почвах. организмы, важные в сельском хозяйстве. В Приложении 2 подробно описаны эффекты. органических веществ на биологической, химической и физической почве характеристики.

---

Изменения скорости разложения органического вещества почвы и его температурной чувствительности по градиентам уровня грунтовых вод в лесных болотах с умеренно холодным климатом

Основные моменты

•

Засуха может влиять на накопление углерода в лесных болотных почвах с умеренно холодным климатом.

•

R _S при 20 ° C и Q ₁₀ были самыми высокими в сезонно затопляемых лесных болотах.

•

Изменения в R ₂₀ и Q ₁₀ контролировались субстратом и физико-химическими свойствами.

•

Лесные болотные почвы в высоких широтах могут выделять больше CO ₂ после осушения и потепления.

Abstract

Почва лесных болот в высоких широтах хранит большое количество углерода (C) из-за ее анаэробного состояния и более низкой температуры.Сочетание снижения уровня грунтовых вод за счет искусственного дренажа и потепления климата оказывает значительное влияние на накопление углерода в почве. В этом исследовании мы изучили, как скорость разложения органического вещества почвы ( R _s ) и его температурная чувствительность ( Q ₁₀ ) изменяются с градиентами уровня грунтовых вод в высокоширотной болотной почве. Мы взяли пробы почвы из лесных болот с умеренно холодным климатом при трех градиентах уровня грунтовых вод (постоянно затопляемый, сезонно затопляемый и незатопляемый) в высокоширотных районах Генхэ и Мохэ в Китае.Затем мы провели эксперимент по инкубации, используя новый режим изменения температуры инкубации, с быстрыми и непрерывными измерениями R _s . Наши результаты показали, что R _s при 20 ° C ( R ₂₀ ) было значительно выше в сезонно затопляемой (SF) болотной почве по сравнению с постоянно затопляемой (PF) или незатопляемой (NF) почвой. Редокс-состояние почвы в основном контролировалось R ₂₀ на ранней стадии высыхания лесных болот, в то время как количество и качество субстрата преобладали на последней стадии.Самый высокий показатель Q ₁₀ наблюдался в почвах ЮФ в Генхе, но это не было значительным по сравнению с Q ₁₀ в почвах из Мохэ. Наблюдались четкие региональные различия в Q ₁₀ , обусловленные изменениями в почвенном субстрате (растворенный органический C и азот) и физико-химическими свойствами. Наши результаты показывают, что высокоширотные лесные болотные почвы могут выделять больше CO ₂ и выступать в качестве источника углерода в сценариях искусственного осушения и потепления климата.

Ключевые слова

Лес

Болото

Уровень грунтовых вод

Органическое вещество почвы

Разложение

Температурная чувствительность

Рекомендуемые статьи Цитирующие статьи (0)

Полный текст

© 2020 Elsevier B.V. Все права защищены.

Рекомендуемые статьи

Ссылки на статьи

Frontiers | Оценка потенциала для мониторинга содержания органического углерода в почве с фермерами

Введение

Конференция Организации Объединенных Наций по изменению климата 2015 года, COP 21, подчеркнула срочность принятия мер, позволяющих удерживать повышение температуры ниже 2 ° C (Конференция Организации Объединенных Наций по изменению климата 2015 года, 2019).Соответствующие меры направлены как на сокращение выбросов, так и на связывание атмосферного CO ₂ , так называемые технологии отрицательных выбросов (NET). Недавний отчет МГЭИК (Межправительственная группа экспертов по изменению климата, 2018) вызвал крайнюю тревогу в отношении этих целей. «Текущая неспособность обратить вспять рост глобальных выбросов означает, что выполнение целей Парижского соглашения все больше зависит от развертывания сетей NET» (European Academies Science Advisory Council, 2019).Однако в оценочном отчете за 2018 год от EASAC (European Academies Science Advisory Council, 2018) было подсчитано, что СЕТИ «предлагают лишь ограниченный реалистичный потенциал для удаления углерода из атмосферы, а не в масштабах, предусмотренных в некоторых климатических сценариях». В этом отчете секвестрация углерода в почвах рассматривается как наиболее надежная чистая сеть, поскольку ее можно проводить в больших масштабах без крупных инвестиций и развития технологий (European Academies Science Advisory Council, 2019). Инициатива 4 на 1000 (Minasny et al., 2017) предположили, что ежегодный прирост запасов почвенного органического углерода (SOC) на 0,4% остановит увеличение концентрации CO ₂ в атмосфере, связанное с деятельностью человека. Подчеркивается потенциал агроэкологии и ресурсосберегающего земледелия для увеличения запасов ПОУ, хотя способность этих систем возделывания сельскохозяйственных культур достичь целей 4 на 1000 в значительной степени оспаривается (De Gryze et al., 2009; Dimassi et al., 2014; Powlson et al. , 2014; Baveye et al., 2018).

Возможность связывания углерода в почвах подтверждается оценкой, согласно которой преобразование естественных экосистем в сельскохозяйственные привело к истощению запасов SOC до 60% в почвах умеренных регионов и 75% и более в почвах тропиков (Lal, 2004). ).

Действительно, увеличение содержания углерода в почве поначалу не является вопросом смягчения последствий изменения климата. Оценка тысячелетия (Hooper et al., 2005) позволила понять, что функции почвы являются краеугольным камнем экосистемных услуг. Качество почвы, определяемое как способность почвы функционировать (Karlen et al., 2008), в значительной степени зависит от содержания SOC в верхнем слое почвы (Bünemann et al., 2018). Снижение SOC сильно влияет на качество почвы (Lal, 2006), в частности, на ее физическую устойчивость и упругость (Kay, 1998).Из-за многочисленных преимуществ SOC для качества почвы, в частности для плодородия почвы в широком понимании (King et al., 2020), увеличение содержания SOC является экологической и агрономической чрезвычайной ситуацией независимо от климатических вопросов. Требования к содержанию SOC в отношении физического качества почвы были недавно определены Johannes et al. (2017), которые показали, что уязвимость структуры почвы пропорциональна соотношению SOC и глины. Это соотношение не должно быть меньше 10% для приемлемой уязвимости конструкции.

Таким образом, существует несколько причин для стимулирования связывания углерода в почвах, что требует тщательного мониторинга содержания SOC. Минимальное обнаруживаемое изменение (MDC) сети мониторинга определяет предел обнаруживаемости, ниже которого изменения не могут быть оценены статистически. MDC зависит от дисперсии рассматриваемого свойства и количества точек отбора проб (Zar, 2007).

Сети мониторинга почвенного органического углерода обычно предназначены для оценки изменений SOC в региональном масштабе и основаны на сети участков отбора проб (Arrouays et al., 2014). Каждый объект обычно представляет собой небольшую территорию, например, 10 × 10 м для Швейцарского национального мониторинга (Gubler et al., 2015). На участках собираются аликвоты, чтобы сформировать пространственные композиты для анализа SOC, таким образом усредняя пространственную изменчивость в масштабе участка.

Однако содействие секвестрации ПОУ на пахотных землях — это не только вопрос регионального мониторинга. Поскольку каждая ферма является операционным органом управления, секвестрация углерода должна быть вознаграждена в масштабе фермы. Следовательно, изменения SOC должны обнаруживаться в масштабе фермы с помощью соответствующего MDC, который обычно не предоставляется текущими сетями мониторинга.Более того, весьма предпочтительно принять ориентированные на результат схемы управления, вознаграждающие за эффективное секвестирование, чем субсидировать внедрение практик, которые, как предполагается, допускают секвестрацию, как это делают схемы, ориентированные на действия (Burton and Schwarz, 2013). В этом обзоре показано, что «поощрение фермеров к проведению собственного мониторинга имеет дополнительный бонус в виде повышения социальной ценности опыта в идентификации и расширения возможностей для развития нового культурного, символического и социального капитала.Таким образом, «индикаторы должны быть достаточно чувствительными, чтобы давать результаты, соответствующие местным условиям, и иметь возможность побуждать фермеров к участию, но в то же время не должны быть слишком сложными или дорогостоящими в управлении». Когда невозможно разработать простые, надежные и самоконтролируемые индикаторы, ориентированные на результат схемы просто неэффективны для достижения поставленных целей. Это особенно верно для SOC, дефицит которого плохо воспринимается фермерами (Hijbeek et al., 2017), в то время как приверженность фермеров считается ключом к устойчивому управлению (Dal Ferro et al., 2020).

С 1998 года швейцарские фермеры должны брать пробы своих почв для анализа содержания органического вещества почвы (ПОВ) в верхнем слое 0–20 см каждого поля не реже одного раза в 10 лет, чтобы получить государственные субсидии на экологические услуги. Предполагается, что фермеры предоставят составную пробу на основе 10–15 аликвот, взятых из верхнего слоя почвы (глубиной 0–20 см) каждого поля, и анализ должен быть выполнен в сертифицированной лаборатории. В кантоне Женева эти обязательные анализы проводились в соответствии с Уолкли и Блэком (1934) и хранились в Географической информационной системе кантона SITG (SITG, 2019) с 1993 года.В декабре 2017 года кантон Женева принял климатический план, направленный, среди прочего, на секвестрацию 15 000 тонн CO ₂ в год на пахотных землях (Plan climat cantonal-Volet 2, 2017).

Этот документ направлен на анализ того, в какой степени обязательные анализы, проведенные после отбора фермерами проб в рамках действующей швейцарской схемы агроэкологического управления, соответствуют требованиям MDC по мониторингу содержания SOC от регионального до уровня поля и фермы. Преобразование содержания SOC в запасы SOC, которое должно сопровождать реализацию части климатического плана, касающейся связывания углерода в почве, в данном исследовании не рассматривается.

Материалы и методы

Исследование проводилось в три этапа. Были отобраны три поля с различным содержанием SOC и пространственной изменчивостью, представляющие культивируемые поля в регионе, для определения MDC содержания SOC поля как функции местоположения и количества аликвот, использованных для создания составной выборки. На основе этих результатов было разработано руководство для фермеров о «наилучшей практике отбора проб». Были изучены методы отбора проб, применяемые в настоящее время у фермеров, и результаты анализа их составных проб были сопоставлены с образцами «передовой практики», что позволило определить MDC прошлых анализов, хранящихся в базе данных.Пригодность выборки фермера для удовлетворения требований оценки содержания SOC с точки зрения MDC и ошибки SOC затем обсуждалась от кантона до масштаба фермы и поля.

Кантон Женева База данных SOC

Географическая информационная система кантона SITG (SITG, 2019) содержит анализ всех пахотных земель с 1993 года. Пахотные земли в кантоне Женева составляют около 9000 га, из которых 2700 полей отбирались фермерами не реже одного раза в 10 лет с 1993 года. обязательные анализы.Наиболее распространенным типом почв является Камбизоль (Продовольственная и сельскохозяйственная организация, 2014), развитая на моренах. Сборные образцы, собранные фермерами, были доставлены для анализа в сертифицированную ISO17025 лабораторию почв и субстратов Швейцарского университета прикладных наук в Женеве. Образцы просеивали до 2 мм и сушили до 40 ° C перед анализом SOC по Уолкли и Блэку (1934). Согласно этим данным, среднее содержание ПОУ в почвах составляет 1,55% г г ^–1 со стандартным отклонением 0,48.

Полевые пробы

Три поля, представляющих культивируемые почвы кантона (по типу почвы, площади поверхности, содержанию SOC и истории посевов), состоящие из камбисолей, с различным содержанием SOC и историей выращивания, были интенсивно отобраны. Поля, обозначенные J , C и W , занимали площади 2,6, 3,3 и 6,4 га, соответственно, со средним содержанием SOC 1,2, 1,6 и 1,4% г г ^–1 соответственно. Поле J проходило традиционную обработку почвы.Поле C культивировалось в рамках почвозащитного земледелия в течение 10 лет и показало самое высокое содержание SOC, в то время как на поле W фермер недавно начал использовать метод нулевой обработки почвы.

На каждом поле было отобрано 150 проб с помощью бурового станка (Eijkelkamp ^® с внутренним диаметром 2,5 см) в верхнем слое почвы 0–20 см после удаления поверхностных остатков. После исключения следов колес и 10-метровых полос вдоль границ поля точки отбора проб были распределены на стратифицированной случайной сети (Webster, Oliver, 1992), состоящей из двух встроенных сеток с большим и малым размером сетки соответственно.В каждой крупной ячейке сетки случайным образом выбирались 2 точки на узлах внутренней сетки. Более крупная и более тонкая сетка выборки составляла 20 и 4 м для полей C и J и 30 и 6 м для поля W соответственно. Каждый образец был проанализирован на содержание SOC в соответствии с Walkley and Black (1934) после 2 мм просеивания и сушки при 40 ° C.

Моделирование отбора фермерских проб

Сначала мы использовали анализ содержания 150 SOC для каждого из трех полей, чтобы создать карты SOC с высоким разрешением (сетка 1 × 1 м) с кригингом (Journel and Huijbregts, 2004), используя пакет Georob версии 0 R ^® .3–10.

Предсказанные почвенные карты (рис. 1) использовались для моделирования различных возможных траекторий отбора проб для сбора составных проб, состоящих из 5–25 точек отбора проб. Протестированные траектории отбора проб представляли собой одинарную диагональную, двойную параллельную трансекту и двухдиагональную (форма X ) траектории (Рисунок 2). Точки выборки были присвоены каждому типу траектории с 500 повторениями случайным образом, а именно: (i) введением случайной составляющей в координаты, которая была меньше на концах траектории, чем в середине, чтобы имитировать прогулку фермера по полю, и (ii) путем добавления случайной ошибки к расчетному значению SOC на основе дисперсии оценки (рисунок 2).Для каждой виртуальной составной выборки мы вычислили среднее значение и стандартное отклонение содержания SOC, извлеченного из предсказанных карт.

Рис. 1. Карты прогнозируемого почвенного органического углерода (SOC) для трех полей. SOC оценивали на сетке 1 × 1 м методом кригинга.

Рисунок 2. Различные типы моделируемых траекторий: (A, B), одинарная диагональ, (C), двухпараллельная трансекта и (D) двухдиагональная (форма X ), и (E) пример 500 смоделированных одиночных диагоналей с 15 точками выборки, J поле.

Минимальное обнаруживаемое изменение

MDC сети выборки можно рассчитать двумя методами (Saby et al., 2008). Если сеть мониторинга SOC обеспечивает n анализов одних и тех же i сайтов в разное время t ₀ и t ₁ , средняя разница d¯ между анализами SOC оценивается как:

d¯ = 1n⁢∑i = 1n (S⁢O⁢Ci, t0-S⁢O⁢Ci, t1) (1)

Если S _d ² — оценка дисперсии разностей, MDC SOC будет:

M⁢D⁢C = zα⁢Sd⁢1n (2)

, где z _α — значение стандартизированного нормального распределения с вероятностью α (взято при 5% ниже, z _α = 1.96). Когда различия недоступны, MDC можно оценить с помощью наблюдаемой дисперсии SOC (de Gruijter et al., 2006) как:

M⁢D⁢C = zα⁢S⁢2n (3)

, где n — количество точек, а S ² — дисперсия SOC в рассматриваемой области.

Отбор фермерских проб

Ошибка выборки прошлых SOC-анализов полевых составных проб, хранящихся в базе данных SITG, зависит от того, как фермеры отбирали пробы с полей.Это, вероятно, будет отличаться по сравнению с «лучшей процедурой», протестированной в этом исследовании, поскольку раньше фермерам давались плохие рекомендации. Было проведено следующее исследование для оценки этой «прошлой» ошибки по сравнению с будущими рекомендациями. После получения почвы для обязательного полевого анализа мы связались с фермером, чтобы (i) немедленно снова взять пробу на его поле (в течение той же недели и до проведения каких-либо операций) с выбранной процедурой отбора проб, определенной ниже, и (ii) спросить его, как он действовал. (количество образцов в композите, глубина и стратегия выборки) и причины этого рабочего режима.Сравнение содержания SOC у фермеров и составных выборок «наилучшей процедуры» позволило рассчитать ошибку выборки фермеров, которую следует учитывать при использовании прошлых данных SITG SOC. Все опрошенные фермеры приняли новый образец почвы и ответили на запрос. В общей сложности 55 полей, возделываемых 49 фермерами, были отобраны во второй раз после отбора фермерами пробы, при этом 20 проб были отобраны на траектории формы X , образующей композит.

Результаты и обсуждение

Свойства SOC в базе данных и в полях выборки

Среднее и стандартное отклонение SOC, определенное в результате анализа 150 образцов из каждого из трех полей, представлено в таблице 1.

Таблица 1. Среднее значение содержания органического углерода (SOC) почвы (% SOC gg ^–1 ) в смоделированных составных пробах и стандартное отклонение (SD) для различных смоделированных траекторий отбора проб и количества образующихся проб. композит.

Поле C , использовавшееся ресурсосберегающим сельским хозяйством в течение 10 лет, было не только наиболее неоднородным, но и показало наибольшее содержание SOC. Как и ожидалось, поле J , обработанное традиционной обработкой почвы, показало наименьшее содержание и изменчивость SOC.Экспериментальные вариограммы были рассчитаны для каждого поля, и их свойства приведены в таблице 2.

Таблица 2. Свойства подогнанных вариограмм выбранных полей, сферическая модель.

Лучшая процедура отбора проб на полях

Среднее и стандартное отклонение композитов SOC, оцененных по разным траекториям и разному количеству образцов в композите для каждого из трех полей, представлены в таблице 1.Средние значения и стандартные отклонения близки между траекториями, наиболее близкая оценка к наблюдаемым средствам обеспечивается параллельными траекториями выборки и траекториями формы X по сравнению с одиночными диагоналями. Уменьшение стандартного отклонения отмечается до 20 образцов, а разница меньше между 20 и 25 образцами (таблица 1). Поэтому мы рассмотрели траекторию в форме X с 20 частями, образующими композит, как лучший практический компромисс, учитывая, что две параллельные линии связаны с риском отбора пробы с бывшей линии утилизации навоза.Эта процедура отбора проб занимает ∼20 мин для экспериментального размера поля. Соответствующие стандартные отклонения составили 0,04, 0,06 и 0,05% г ^–1 SOC для полей W , C и J соответственно (Таблица 1). Средняя ошибка значения SOC для 20 подвыборок, собранных после выборки формы X для формирования композита, меньше 0,03% g g ^–1 по сравнению с наблюдаемым средним значением SOC для различных полей.

Однако в этих симуляциях аналитическая дисперсия анализа SOC (определенная как 0.0017 лабораторией) не учитывается из-за большого количества смоделированных траекторий. В случае однократной составной выборки выполняется только один анализ. Следовательно, дисперсии, представленные в таблице 1, можно рассматривать как дисперсию выборки, к которой следует добавить аналитическую дисперсию, как показано в (Ramsey, 1998).

Отбор фермерских проб

В среднем разница между SOC, оцененным фермерами, и SOC, оцененным при второй выборке, составила -0.026% г г ^–1 и не было значимым. Дисперсия разницы составила 0,05, что соответствует стандартному отклонению 0,22% г г ^–1 . Таким образом, эта дисперсия является оценкой дисперсии полевой выборки для прошлых анализов. Фермеры взяли составные образцы в среднем из семи аликвот. Сорок два из 49 фермеров выбрали случайную выборку по одинарной или двойной диагонали (форма X ), и 29 из 49 отобрали пробы в слое 0–20 см. Хотя другие глубины отбора проб (например.г., 0–10, 10–25 и др.), отобранный слой всегда относился к пахотному, за исключением одного случая. Поскольку самый ранний переход на ресурсосберегающее сельское хозяйство произошел в 2008 году только в кантоне, большинство полей показывают относительно однородное содержание SOC вплоть до пахотного слоя, глубина которого в целом составляла 30 см, что объясняет небольшую наблюдаемую ошибку, несмотря на разную глубину отбора проб. использовал.

Все фермеры, принимавшие участие в опросе, заявили, что их стратегия отбора проб следовала рекомендациям, полученным из разных источников, которые мы могли проверить.Это очень обнадеживает, поскольку мы можем ожидать, что подавляющее большинство фермеров применит официально рекомендованную передовую практику отбора проб в будущем.

Минимальное обнаруживаемое изменение в региональных, полевых и фермерских масштабах

В масштабе кантонов стандартное отклонение содержания SOC в пахотных землях (0,48% г г ^–1 ) позволило рассчитать MDC по формуле. (3). Однако база данных также позволила рассчитать стандартное отклонение разницы между двумя последовательными датами выборки.Мы отобрали 390 полей, вторая выборка которых произошла в последнее десятилетие, а площадь и форма поля не изменились в две даты выборки. Среднее время задержки между датами отбора проб составляло 9,9 года, поскольку в некоторых случаях обязательный анализ проводился раньше, чем требовалось. Стандартное отклонение разницы было рассчитано как 0,35% г г ^–1 (дисперсия 0,12). Мы использовали формулу. (2) рассчитать MDC в сети, образованной 2700 посевными полями (пашни), на основе этого стандартного отклонения.Соответствующие MDC составляют 0,013 [Ур. (2)] и 0,026% г г ^–1 [Ур. (3)] ​​соответственно. Две оценки близки, что подтверждает предположение, сделанное de Gruijter et al. (2006) для расчета MDC на основе наблюдаемой дисперсии [Ур. (3)]. Это также было подтверждено в случае содержания SOC в почвах Англии и Уэльса Saby et al. (2008), хотя в обоих случаях стандартная оценка и MDC были переоценены последним методом. Согласно этим результатам, мониторинг SOC, основанный на выборке фермерами и обязательном анализе в масштабе кантонов, обеспечивает меньшую MDC, чем те, которые сообщаются для сетей различных европейских стран Saby et al.(2008). Обратите внимание, что если бы две последовательные даты были ближе, чем 10 лет, дисперсия разницы могла бы быть меньше, что привело бы к меньшему MDC, рассчитанному с помощью уравнения. (2), и наоборот. Это можно было бы изучить дополнительно, если бы было рассмотрено вознаграждение за связывание углерода с более коротким временным лагом, чем 10 лет.

В полевом масштабе MDC траектории формы X для различного количества образцов в композите на уровне достоверности 95% можно рассчитать как 1.96 ^∗ S , с S ² дисперсия этой траектории выборки, рассчитанная как сумма дисперсии выборки рассматриваемой траектории (таблица 2) и дисперсии лабораторного анализа SOC (0,0017; Ramsey, 1998) . MDCs были также рассчитаны с формулой. (3) для каждого из трех полей и из средней дисперсии этих полей. Результаты, полученные с помощью двух методов, представлены в таблице 3. Неудивительно, что средние значения MDC одинаковы для двух режимов расчета.Для траектории формы X и 20 подвыборок в композите и на основе смоделированных композитов среднее значение MDC составило 0,10% gg ^–1 со значениями 0,07, 0,15 и 0,08% gg ^–1 для Поля W , C и J соответственно. Предполагая, что объемная плотность составляет 1,35 г / см ^–3 (среднее значение для верхнего слоя почвы пахотных земель кантона) и среднее значение SOC составляет 1,55 г г ^–1 , 0,1% г г ^–1 MDC соответствует 2.7 т га ^–1 C в верхнем 20-сантиметровом слое почвы и 6,5% запасов C в этом слое.

Таблица 3. Минимальное обнаруживаемое изменение содержания органического углерода (SOC) в почве (% gg ^–1 ), как определено (i) на основе моделирования повторного отбора проб на двух диагоналях с использованием дисперсий в Таблице 1 и (ii) с использованием наблюдаемая средняя дисперсия для каждого экспериментального поля и средние значения.

В масштабе фермы MDC SOC зависит от количества полей в ферме.Большинство швейцарских хозяйств имеют от 10 до 30 полей, а среднее количество в Женеве — 20 (HSSO, 2019). Чтобы охватить широкий спектр случаев, мы рассмотрели фермы с 5–30 полями, используя 20 образцов на поле для формирования композитного материала. MDC были рассчитаны двумя способами: (i) с использованием уравнения. (3) и учитывая дисперсию SOC в масштабе фермы и n общего количества образцов, собранных для расчета среднего содержания SOC, а именно 20 ^* (количество полей) или (ii) с использованием уравнения. (2), учитывая дисперсию разницы между двумя последовательными полевыми выборками в масштабе фермы, с n , принятым в качестве количества полей.В первом случае необходимо сделать предположение о дисперсии SOC в масштабе хозяйства. Во втором случае необходимо сделать допущение о разбросе различий в значениях SOC в масштабе хозяйства между двумя выборочными кампаниями. Мы предположили, что дисперсия SOC составляет 0,2 в масштабе фермы (напоминая, что она составляет 0,3 в масштабе кантона), и мы предположили, что дисперсия различий в масштабе фермы составляла 0,06, а именно половину дисперсии различий между последовательными выборками в кантоне. шкала. Оба допущения могут переоценить дисперсию и результирующие MDC, что, однако, требует дальнейшего изучения.Соответствующие рассчитанные значения MDC представлены на рисунке 3. Рассчитанные значения MDC с использованием двух подходов очень близки и уменьшаются с увеличением числа полей с 0,21 до 0,09% г г ^–1 [уравнение. (2)] и от 0,12 до 0,05% г г ^–1 [Ур. (3)] ​​для 5–30 полей соответственно. На небольшой ферме с 5 полями MDC 0,12% gg ^–1 SOC означает, что годовое изменение SOC на 0,024% gg ^–1 будет обнаруживаться через 5 лет, а на ферме среднего размера (15 полей ), MDC равняется 0.07% gg ^–1 SOC означает, что годовое изменение SOC на 0,014% gg ^–1 будет обнаруживаться через 5 лет, что соответствует годовым темпам секвестрации 16 и 9 ‰, соответственно, при наблюдаемом среднем содержании SOC в Женевские поля. Согласно набору данных, используемому для расчета стандартного отклонения различий между двумя последовательными выборками, годовые темпы изменения SOC, наблюдаемые в Женеве, находятся в диапазоне от -35 до + 40 ‰ (Рисунок 4). Эти темпы изменения SOC находятся в диапазоне значений, указанных для почвозащитного земледелия в обзоре (Minasny et al., 2017).

Рис. 3. Минимальное обнаруживаемое изменение содержания органического углерода в почве (SOC) в масштабе хозяйства в зависимости от количества полей. Черные точки: рассчитано по формуле. (2) и предполагаемая дисперсия разницы между двумя последовательными анализами в масштабе фермы; серые точки: рассчитано по формуле. (3) и оценочная дисперсия содержания SOC в масштабе фермы.

Рис. 4. Гистограмма наблюдаемых годовых темпов изменения органического углерода в почве (SOC) для 390 полей пахотных земель в кантоне Женева.Разница во времени между двумя анализами SOC в 10 лет и взятием проб фермерами.

Дисперсии SOC, наблюдаемые в масштабе поля и кантона, находятся в диапазоне значений, обычно наблюдаемых для пахотных земель после исключения органических почв и для полей площадью менее 10 га, как указано в метаанализе Saby et al. (2008). Таким образом, наши результаты могут применяться в широком диапазоне ситуаций, имея в виду, что дисперсия в масштабе поля увеличивается с площадью поля (Saby et al., 2008) и что дисперсии различий SOC и SOC в масштабе фермы были приняты a priori и, вероятно, будут завышены, что требует дальнейшего определения.

Для полей площадью от 2,5 до 6,5 га траектория формы X с 20 точками отбора проб была наиболее эффективным и легким в применении методом, поэтому наш любимый метод рекомендаций по передовому опыту. Наши результаты показывают, что предыдущий отбор образцов фермерами не был ни стандартизирован, ни оптимизирован по глубине, траектории и количеству образцов, образующих композит. Тем не менее, они следовали некоторым полученным рекомендациям по отбору проб, что очень обнадеживает для будущего применения рекомендаций по отбору проб.

Соответствующие MDC малы по сравнению с опубликованными значениями согласно метаанализу Saby et al. (2008). С этой точки зрения отбор фермеров для обязательного анализа представляет собой высококачественный мониторинг SOC в региональном масштабе даже в небольшом кантоне, таком как Женева, с относительно небольшим количеством полей. Для более крупных кантонов или в масштабе страны он был бы еще меньше. Более того, в Швейцарии этот мониторинг доступен без дополнительных затрат, поскольку основан на обязательном анализе, автоматически сохраняемом в ГИС кантона.Такого результата не ожидали эксперты, которые склонны доверять выборкам экспертов или технологиям, несмотря на многие недостатки с точки зрения стоимости и ограниченного использования.

На самом деле, главное преимущество такого мониторинга — это не маленький MDC в региональном масштабе. Во-первых, результаты доступны в масштабе поля и фермы, что не относится к опубликованным сетям мониторинга, которые обычно выполняются на повторных выборках небольших участков, таким образом, не представляя ни поле, на котором находится участок, ни ферму.Такой мониторинг позволяет узнать, увеличилось или уменьшилось SOC в масштабе сети, но не позволит вознаградить фермеров за результаты. Во-вторых, поскольку отбор проб выполняется фермерами, итоговая оценка SOC гораздо более надежна для фермера, чем любое измерение, проводимое экспертами. Следовательно, соответствующий SOC удовлетворяет фундаментальным требованиям к показателям с точки зрения схемы управления, ориентированного на результат (Burton and Schwarz, 2013), что является гарантией приверженности и мотивации фермеров и является необходимым условием для реализации стимулов к секвестрации углерода в пахотных землях. земли в рамках управления качеством почвы.

Мониторинг запасов углерода для климатических планов, однако, требует дополнительной информации, такой как объемная плотность почвы, и должен учитывать запасы SOC как минимум на слое глубины 0–30 см (Eggleston et al., 2008). Упрощенная процедура эквивалентной массы почвы, предложенная Вендтом и Хаузером (2013), применяется к образцам композитов, собранным с помощью бороздки, и может быть адаптирована к настоящему случаю для удовлетворения требований Женевского климатического плана, как это в настоящее время исследуется. В таком случае от фермеров не потребуется больших дополнительных усилий, что важно, поскольку сложные процедуры могут поставить под угрозу их желание следовать соответствующим руководящим принципам.Сбор композитного материала размером 20–30 см позволит обеспечить соответствие международным стандартам и применить метод, предложенный Wendt и Hauser (2013). Это следует учитывать, поскольку при ресурсосберегающем земледелии снижение содержания SOC на глубине менее 10–15 см по сравнению с традиционной обработкой почвы было зарегистрировано после длительных экспериментов, что может уравновесить увеличение, наблюдаемое в верхнем слое (например, Balesdent et al. , 2000; Hernanz et al., 2002; Dimassi et al., 2014).

Заключение

Это исследование позволило предложить фермерам рекомендации по отбору проб, а именно: собрать композит из 20 аликвот, собранных по двум диагоналям поля, для оптимальной оценки содержания SOC в слое глубины 0–20 см, что является необходимой глубиной отбора проб. в швейцарской системе обязательного анализа почвы.Он проводился на полях площадью <10 га и средним содержанием ПОУ 1,5% г г ^–1 . Составной образец, состоящий из 20 аликвот, собранных с использованием бороздок по двум диагоналям поля, был хорошим компромиссом с точки зрения минимального обнаруживаемого изменения (0,17% gg ^–1 ), средней ошибки оценки SOC (<0,03% gg ^–1 ), быстрота (20 мин) и простота отбора проб. Практика отбора проб фермеров в прошлом была менее точной. Тем не менее, при дополнительном поле выборки дисперсия оценивается в 0.22% г г ^–1 , в среднем эти результаты были хорошими с точки зрения мониторинга SOC. В масштабе кантона предложенная схема отбора проб на местах обеспечивает MDC менее 0,03% g g ^–1 для SOC, что мало по сравнению с опубликованными MDC сетей мониторинга, практически без затрат, поскольку эти анализы уже доступны. Небольшой размер MDC объясняется большим количеством участков отбора проб в мониторинге, а именно 2700 пахотными полями в Женеве. В масштабе хозяйства ожидается, что MDC составит 0,07% г г ^–1 для 15 полей, что означает ежегодный прирост <0.02% г г ^–1 SOC можно будет обнаружить через 5 лет.

Основные преимущества этого мониторинга связаны с масштабами хозяйств и приверженностью фермеров. В отличие от классических сетей мониторинга SOC, определение содержания SOC на каждом поле с помощью выборки фермеров позволяет отслеживать изменения SOC в масштабе фермы, тем самым открывая дверь для ориентированных на результат схем управления, таких как ожидаемые для вознаграждения за связывание углерода в рамках климатических планов. .

Заявление о доступности данных

Необработанные данные, подтверждающие выводы этой статьи, будут предоставлены авторами без излишних оговорок.

Авторские взносы

КД выполняла полевые и статистические работы. MN курировал геостатистический отдел. KG и OS сотрудничали в интерпретации результатов. ПБ руководил работой. Все авторы внесли свой вклад в статью и одобрили представленную версию.

Конфликт интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

Мы благодарим М. Йоттерана, Вегмюллера и Шолле, которые позволили нам всесторонне опробовать свои поля, а также всех фермеров, участвовавших в исследовании.

Список литературы

Arrouays, D., Marchant, B.P., Saby, N.P.A., Meersmans, J., Jolivet, C., Orton, T.G., et al. (2014). «О сетях мониторинга углерода в почве», в Soil Carbon Progress in Soil Science , ред. А. Э. Хартеминк и К. МакСвини (Берлин: Springer International Publishing), 59–68.DOI: 10.1007 / 978-3-319-04084-4_6

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Балесдент, Дж., Чену, К. и Балабане, М. (2000). Связь динамики органического вещества почвы с физической защитой и обработкой почвы. Soil Tillage Res. 53, 215–230. DOI: 10.1016 / s0167-1987 (99) 00107-5

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Бавай П. К., Бертелин Дж., Тесье Д. и Лемэр Г. (2018). Инициатива «4 на 1000»: проблема доверия для почвоведов? Geoderma 309, 118–123.DOI: 10.1016 / j.geoderma.2017.05.005

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Бюнеман, Э. К., Бонджорно, Г., Бай, З., Кример, Р. Э., Де Дейн, Г., де Гёде, Р., и др. (2018). Качество почвы — критический обзор. Soil Biol. Biochem. 120, 105–125. DOI: 10.1016 / j.soilbio.2018.01.030

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Бертон, Р. Дж. Ф., и Шварц, Г. (2013). Ориентированные на результат агроэкологические схемы в Европе и их потенциал для содействия изменению поведения. Политика землепользования 30, 628–641. DOI: 10.1016 / j.landusepol.2012.05.002

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Даль Ферро, Н., Камаротто, К., Пикколи, И., Берти, А., Миллс, Дж., И Морари, Ф. (2020). Перспективы заинтересованных сторон по предотвращению сокращения органического вещества почвы в Северо-Восточной Италии. Устойчивое развитие 12: 378. DOI: 10.3390 / su12010378

CrossRef Полный текст | Google Scholar

de Gruijter, J. J., Bierkens, M. F. P., Brus, D. J.и Knotters, М. (2006). Отбор проб для мониторинга природных ресурсов. Берлин: Springer.

Google Scholar

Де Гриз, С., Альбаррасин, М. В., Катала-Луке, Р., Ховит, Р. Э. и Сикс, Дж. (2009). Моделирование показывает, что альтернативное управление почвами может снизить выбросы парниковых газов. Calif. Agric. 63, 84–90. DOI: 10.3733 / ca.v063n02p84

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Dimassi, B., Mary, B., Wylleman, R., Labreuche, J., Couture, D., Piraux, F., et al. (2014). Долгосрочное влияние контрастной обработки почвы и растениеводства на динамику углерода в почве в течение 41 года. Agric. Экосист. Environ. 188, 134–146. DOI: 10.1016 / j.agee.2014.02.014

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Научно-консультативный совет европейских академий (2018). Технологии с отрицательными выбросами: какова роль в достижении целей Парижского соглашения ?. Брюссель: Научный консультативный совет европейских академий.

Google Scholar

Научно-консультативный совет европейских академий (2019). Лесная биоэнергетика, улавливание и хранение углерода и удаление двуокиси углерода: обновление. Брюссель: Научный консультативный совет европейских академий.

Google Scholar

Продовольственная и сельскохозяйственная организация (2014 г.). Всемирная справочная база почвенных ресурсов 2014 Международная система классификации почв для наименования почв и создания легенд для почвенных карт. Рим: ФАО.

Google Scholar

Гублер А., Шваб П., Вехтер Д., Меули Р. Г. и Келлер А.(2015). Национальная обсерватория Соль (NABO) 1985–2009 гг. Берн: Федеральное управление окружающей среды OFEV.

Google Scholar

Эрнанц, Дж. Л., Лопес, Р., Наваррете, Л., и Санчес-Хирон, В. (2002). Долгосрочное влияние систем обработки почвы и севооборотов на структурную стабильность почвы и стратификацию органического углерода в полузасушливой центральной Испании. Soil Tillage Res. 66, 129–141. DOI: 10.1016 / s0167-1987 (02) 00021-1

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Hijbeek, R., Cormont, A., Hazeu, G., Bechini, L., Zavattaro, L., Janssen, B., et al. (2017). Ощущают ли фермеры дефицит органических веществ в почве? Анализ на европейском уровне и на уровне фермерских хозяйств. Ecol. Инд. 83, 390–403. DOI: 10.1016 / j.ecolind.2017.08.023

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хупер, Д. У., Чапин, Ф. С., Эвел, Дж. Дж., Гектор, А., Инчаусти, П., Лаворел, С., и др. (2005). Влияние биоразнообразия на функционирование экосистемы: консенсус современных знаний. Ecol.Monogr. 75, 3–35. DOI: 10.1890 / 04-0922

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Межправительственная группа экспертов по изменению климата (2018 г.). Глобальное потепление на 1,5 ° C. Женева: Межправительственная группа экспертов по изменению климата.

Google Scholar

Йоханнес, А., Материя, А., Шулин, Р., Вайскопф, П., Бавай, П. К., и Бойвин, П. (2017). Оптимальные значения органического углерода для качества структуры почвы пахотных почв. имеет значение содержание глины? Geoderma 302, 14–21.DOI: 10.1016 / j.geoderma.2017.04.021

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Журнель, А. Г., и Хейбрегтс, К. Дж. (2004). Горная геостатистика. Колдуэлл, Нью-Джерси: The Blackburn Press.

Google Scholar

Карлен Д., Эндрюс С., Вайнхольд Б. и Зобек Т. (2008). Оценка качества почвы: прошлое, настоящее и будущее. Электрон. J. Integr. Biosci. 6, 3–14.

Google Scholar

Кей, Б. Д. (1998). «Структура почвы и органический углерод: обзор», в Soil Processes And The Carbon Cycle Advances in Soil Science , ed.Дж. М. К. Р. Лал (Бока-Ратон, Флорида: CRC Press), 169–197. DOI: 10.1201 / 9780203739273-13

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кинг, А. Э., Али, Г. А., Гиллеспи, А. У., и Вагнер-Риддл, К. (2020). Органическое вещество почвы как катализатор захвата ресурсов сельскохозяйственных культур. Фронт. Environ. Sci. 8:50. DOI: 10.3389 / fenvs.2020.00050

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лал Р. (2006). Повышение урожайности сельскохозяйственных культур в развивающихся странах за счет восстановления запасов почвенного органического углерода на сельскохозяйственных землях. Land Degrad. Dev. 17, 197–209. DOI: 10.1002 / ldr.696

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Минасны Б., Мэлоун Б. П., МакБрэтни А. Б., Анже Д. А., Арроуэй Д., Чемберс А. и др. (2017). Углерод в почве 4 промилле. Geoderma 292, 59–86. DOI: 10.1016 / j.geoderma.2017.01.002

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Powlson, D. S., Stirling, C. M., Jat, M. L., Gerard, B.G., Palm, C. A., Sanchez, P. A., et al. (2014).Ограниченный потенциал беспахотного земледелия для смягчения последствий изменения климата. Нат. Клим. Чанг. 4, 678–683. DOI: 10.1038 / nclimate2292

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Рэмси, М. Х. (1998). Отбор проб как источник неопределенности измерения: методы количественной оценки и сравнения с аналитическими источниками. J. Anal. Спектром. 13, 97–104. DOI: 10.1039 / a706815h

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Саби, Н. П. А., Беллами, П.Х., Морван, X., Арроуэй, Д., Джонс, Р. Дж. А., Верхейен, Ф. Г. А. и др. (2008). Смогут ли европейские сети мониторинга почв обнаруживать изменения в содержании органического углерода в верхнем слое почвы? Glob. Чанг. Биол. 14, 2432–2442. DOI: 10.1111 / j.1365-2486.2008.01658.x

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Уолкли А. и Блэк И. А. (1934). Изучение метода Деджареффа для определения органического вещества почвы и предлагаемая модификация метода титрования хромовой кислотой. Почвоведение. 37, 29–38. DOI: 10.1097 / 00010694-193401000-00003

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Вебстер Р. и Оливер М. А. (1992). Образец адекватно оценивает вариограммы свойств почвы. J. Soil Sci. 43, 177–192. DOI: 10.1111 / j.1365-2389.1992.tb00128.x

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Вендт, Дж. У., и Хаузер, С. (2013). Эквивалентная процедура для мониторинга почвенного органического углерода в нескольких слоях почвы. Eur. J. Почвоведение. 64, 58–65. DOI: 10.1111 / ejss.12002

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Зар, ​​Дж. Х. (2007). Биостатистический анализ , 5-е изд., Аппер-Сэдл-Ривер, Нью-Джерси: Prentice-Hall, Inc.

Google Scholar

Расширенное управление органическими веществами в почве (E3137)

Расширенное управление органическими веществами в почве (E3137)

ЗАГРУЗКА ФАЙЛА

2 апреля 2012 г. — Автор: Зиглинде С.Snapp

Обработка почв

Органическое вещество почвы (ПОВ) является основой продуктивной почвы. Он способствует здоровью сельскохозяйственных культур, обеспечивает ресурсы для микробов и других почвенных организмов и регулирует снабжение растений водой, воздухом и питательными веществами. SOM может поставлять более половины азота и четверть фосфора, необходимого для сельскохозяйственных культур, что сильно влияет на потребности в удобрениях. Сельскохозяйственные почвы в Мичигане и на Верхнем Среднем Западе часто песчаные и подвергаются интенсивному уходу.В этих условиях необходимы режимы стратегического управления почвами для предотвращения истощения ПОВ.

В этом бюллетене описываются агрономические методы, которые вы можете использовать для построения SOM, и научное обоснование этих методов. Мы призываем фермеров, сельскохозяйственных консультантов, персонал агентств и другие заинтересованные стороны использовать представленную здесь информацию для улучшения своих планов управления урожаем и почвой для увеличения SOM. Часть этих усилий должна включать внутрихозяйственные эксперименты, которые являются важным шагом в адаптации рекомендаций к конкретным регионам и системам земледелия.

Рис. 1. Качество органического вещества почвы варьируется в зависимости от ресурсов растений и методов управления.

Практики, влияющие на SOM, включают севооборот, обработку почвы, обработку пожнивных остатков, покровные культуры и целевое использование навоза или компоста (см. Рис. 1). Существует широкий спектр инструментов управления для уменьшения нарушения почвенного покрова и создания живого растительного покрова, которые сохраняют ПОВ и защищают от эрозии.

Почвы с достаточным количеством ПОВ обычно обладают повышенной способностью удерживать воду и подавлять болезни, требуют меньше удобрений и имеют более высокие урожаи, чем почвы, обедненные ПОВ.Кроме того, увеличение содержания ПОВ может помочь стабилизировать атмосферные концентрации двуокиси углерода, критически важного парникового газа.

SOM — это фундамент, на котором построены устойчивые системы земледелия. Любые усилия по улучшению качества и функционирования почвы должны начинаться с восстановления ПОВ, которое оказывает основное влияние на физические, биологические и химические характеристики почвы. ПОВ служит основной средой обитания и источником пищи для почвенных организмов. Соответственно, активность, биомасса и разнообразие почвенных биологических сообществ обычно тесно связаны с концентрацией ПОВ.Подавление почвенных заболеваний, агрегация, химический состав почвы и способность обеспечивать питательными веществами — все это зависит от концентраций ПОВ. Рост сельскохозяйственных культур, влагоудерживающая способность почвы и поступление питательных веществ в значительной степени регулируются SOM. Суть в том, что для того, чтобы почвы были продуктивными, ПОВ должен быть в достаточном количестве.

К сожалению, SOM легко теряется на сельскохозяйственных полях, и многие производители в Мичигане и Верхнем Среднем Западе сталкиваются с необходимостью заменить дорогостоящие внешние ресурсы (удобрения) на преимущества, предоставляемые SOM.Эти затраты поддерживают урожайность сельскохозяйственных культур в краткосрочной перспективе, но мало что делают в долгосрочной перспективе для улучшения здоровья почвы или качества окружающей среды. План активного управления важен для построения SOM, создания и поддержания продуктивных, биологически активных почв.

В целом, хорошая стратегия управления ПОВ заключается в использовании разнообразной смеси остатков, включающей стабильные материалы с высоким соотношением углерода к азоту (например, пшеничная солома) и материалы, которые легче разрушаются (например, пожнивные остатки покровных культур бобовых). .Корневая система растений и компост обеспечивают медленно разлагаемые материалы, которые помогают формировать ПОВ. К ним дополняют остатки растительных и богатых питательными веществами тканей, которые легко разлагаются и служат источником питательных веществ.

Что такое органическое вещество почвы?

Органическое вещество почвы — это биологическая система, функционирующая как единое целое. В то же время есть компоненты SOM, которые можно рассматривать как отдельные пулы. Эти пулы имеют разную историю, характеристики и время оборота.Количество и тип органического вещества варьируется от почвы к почве, но обычно ПОВ можно разделить на три пула с разным временем оборота (см. Рис. 2). Управление SOM должно сосредоточиться на стратегиях, которые создают все три пула. Это ключ к одновременному созданию ПОВ и извлечению выгод от его разложения, включая круговорот питательных веществ, образование агрегатов и накопление воды.

Рис. 2. Типичное распределение органического вещества почвы между активными, медленными и стабильными бассейнами.Фактические пропорции будут зависеть от типа почвы и методов управления.

Стабильный SOM

Стабильный пул SOM состоит из материала, возраст которого составляет от сотен до тысяч лет. Иногда этот бассейн называют пассивным пулом, или перегноем. Это очень устойчивый бассейн (устойчивый к разложению), который влияет на катионообменную способность почвы и играет важную роль в физических процессах почвы, таких как агрегация. На количество стабильного ПОВ не сильно влияют современные методы управления и имеет тенденцию к увеличению с увеличением концентрации глины в почве.Однако такие методы управления, как удаление пожнивных остатков, сжигание, обработка почвы и покрывной покров, могут иметь долгосрочное влияние на относительные и абсолютные количества стабильного ПОВ.

Медленный SOM

Медленный пул SOM имеет время оборота, которое варьируется от лет до десятилетий. На физическое состояние почвы и буферную способность питательных веществ сильно влияет этот медленный круговорот органических веществ. В отличие от стабильного пула SOM, медленный пул также является источником питательных веществ, включая азот и фосфор.Он включает разложившиеся материалы, остатки и микробные продукты, которые защищены физическими (например, внутренняя часть агрегатов почвы) и биохимическими процессами.

Активный СОМ

Активный пул SOM имеет время оборота от месяцев до лет и включает в себя такие составляющие, как почвенные микроорганизмы, которые участвуют в еще более быстром обороте. Он в основном состоит из недавних растительных остатков, находящихся на ранних стадиях разложения, и почвенных организмов. Этот активный пул SOM очень важен для высвобождения питательных веществ и помогает формировать медленный пул SOM в почве.

Обработка высококачественных остатков, обогащенных азотом (N), таких как покровные бобовые культуры, поможет обеспечить поступление питательных веществ из этого активного пула ПОВ. Однако при долгосрочном обращении с ПОВ необходимо найти баланс между этими высококачественными остатками и остатками, которые являются химически сложными и поэтому разлагаются медленнее. Этого баланса можно достичь, обеспечив почву разнообразными растительными остатками и органическими добавками, такими как компост и навоз. В таблице 1 представлена ​​информация о качестве и свойствах тканей, связанных с широко доступными источниками органических добавок.

Управление органическими веществами почвы

Существуют два общих подхода к созданию органического вещества почвы:

• Уменьшите скорость разложения (например, уменьшив интенсивность обработки почвы).

• Увеличение поступления углерода из органических материалов (например, за счет использования покровных культур или добавок в компост).

Все стратегии, разработанные для увеличения SOM, попадают как минимум в одну из этих категорий, но в идеале планы управления должны включать оба подхода.

Создание стабильного пула SOM

Ключ к созданию стабильного органического вещества почвы — это время.Производители должны следовать методам, разработанным для увеличения SOM в течение многих лет, чтобы переносить значительные количества C (углерода) из подстилки растений, а также из активных и медленных бассейнов в стабильный бассейн. Создание пула медленных ПОВ с помощью соответствующих методов управления будет постепенно увеличивать пул стабильного органического вещества.

Создание пула медленных SOM

Добавление органических материалов имеет решающее значение для создания медленного бассейна. Этого можно добиться, оставив на месте пожнивные остатки и покровные культуры или внеся удобрения.Растительные остатки включают поступления от корней, которые имеют решающее значение для увеличения медленных и стабильных пулов органических веществ. Бобовые обычно имеют большие системы стержневого корня с тканями, которые медленно разрушаются и помогают формировать ПОВ. Севооборот с бобовыми сенокосами или пастбищами очень эффективен для улучшения УОВ. Производство люцерны увеличило содержание углерода в почве на 60 процентов в ходе долгосрочных испытаний системы земледелия на юго-западе Мичигана по сравнению с севооборотом кукуруза-соя-пшеница, возделываемым традиционным способом (Grandy & Robertson, 2007).Использование нулевой обработки почвы также увеличило содержание углерода в верхнем слое почвы примерно на 40 процентов.

Таблица 1 показывает, что существуют компромиссы, связанные с различными видами поступления органических веществ. Некоторые материалы содержат большое количество углерода и обладают необходимыми качествами для создания стабильных и медленных пулов органических веществ, а другие материалы поставляют питательные вещества и являются высококачественными исходными материалами, которые помогают создавать активный пул ПОВ. Рекомендуемая практика управления заключается в продвижении смеси двух типов материалов путем комбинирования типов материалов-поправок, указанных в таблице 1.

Создание активного пула SOM

Высококачественные остатки для создания активного пула, как правило, представляют собой незрелые ткани с растворимыми доступными N-обогащенными соединениями (например, белками), а также растворимыми углеродными соединениями (такими как сахара). Отношение C: N используется как мера обогащения азотом и его доступности. Отношение C: N ниже 25 способствует быстрому разложению и минерализации N. Остаткам с соотношением C: N более 25 может потребоваться дополнительное количество азота в почве для разложения, но они будут дольше сохраняться в почве и вносить больший вклад в пулы ПОВ.Например, иммобилизация азота часто происходит после внесения молочного навоза или компоста, поскольку в этих материалах обычно мало азота, что связано с широким соотношением C: N, превышающим 25 (Таблица 1). Однако это временная разработка, и она помогает создать медленный пул SOM. В течение периода, варьирующегося от месяцев до лет, большая часть временно иммобилизованного азота будет высвобождена.

Управление сочетанием высококачественных и низкокачественных остатков с удобрениями может максимизировать потенциал урожайности многих культур (Snapp, Nyiraneza, Otto, & Kirk, 2003).Навоз может различаться по качеству и часто способствует развитию разнообразного сообщества почвенных организмов и активного органического вещества.

Таблица 1. Свойства органических остатков, включая навоз различных видов домашнего скота и бобовых покровных культур, таких как красный клевер или вика мохнатая. Состав навоза варьируется в зависимости от вида и материалов, используемых для кормления и подстилки домашнего скота.

Качество остатков	Птичий помет	Навоз (свиной или говяжий)	Молочный навоз	Пшеничная солома *	Корни и листья бобовых **
Содержание N	2-4%	1-3%	1–4%	<1%	2-5%
Содержание C	19–28%	14-23%	16-45%	45%	45%
Содержание C: N	5-14	4-25	11-45	40 и выше	25 или ниже
pH	Нейтрально к щелочному	Кислый	нейтральный	нейтральный	нейтральный
Качество: для активного ПОВ (снабжение питательными веществами)	Высокая	Средний	Низкое-Среднее	Низкая	Высокая
Качество: для стабильного SOM (build C)	Низкая	Низкая	Средне-высокое	Высокая	Низкое-Среднее

* Стойка из других мелких зерен, таких как рожь или ячмень, обладает аналогичными свойствами.
** Бобовые, выращиваемые в севообороте в качестве кормовых или покровных культур, поступают из листьев с высоким содержанием азота и тканей корней, которые имеют умеренный уровень азота и относительно медленно разлагаются.

Комплексный подход к управлению SOM

Усилия по управлению ПОВ для повышения урожайности сельскохозяйственных культур и качества окружающей среды должны быть сосредоточены на увеличении концентрации углерода во всех трех пулах. Это лучший способ достичь краткосрочных целей обеспечения питательными веществами за счет оборота ПОВ и долгосрочных целей увеличения способности удерживать питательные вещества и воду.Одним из способов достижения этого является добавление разнообразных ресурсов, включая пожнивные остатки с различным химическим составом и соотношением C: N, а также компост и навоз. Уменьшение количества операций обработки почвы или интенсивности обработки почвы также может увеличить содержание органических веществ в почве. Разложение ускоряется за счет обработки почвы, которая приводит органические материалы в контакт с организмами и в целом улучшает окружающую среду для биологической активности. Сниженная обработка почвы и методы нулевой обработки почвы уменьшают степень нарушения почвы и оставляют поверхностный покров из пожнивных остатков.Это защищает от эрозионных сил ветра и воды, сохраняя почву. В целом исследования показали, что ПОВ увеличится в верхнем слое почвы при консервативной обработке почвы. Тем не менее, важный вывод из долгосрочных экспериментов заключается в том, что уменьшенная обработка почвы наиболее эффективна для повышения ПОВ, если она сочетается с севооборотами или покровными культурами, которые включают в себя растения с глубокой корневой системой и растения с высоким содержанием пожнивных остатков, такие как люцерна (Franzluebbers, 2010).

Обе эти практики — диверсификация внесения пожнивных остатков и снижение интенсивности обработки почвы — должны применяться в долгосрочной перспективе для накопления органического вещества почвы во всех трех бассейнах.Краткосрочные улучшения в управлении, продолжающиеся несколько лет или меньше, могут иметь некоторое влияние на активный пул C, но практически не повлияют на медленные и стабильные пулы. Невозможно обойти этот простой факт: усилия по накоплению общего органического вещества почвы, а также медленно и активно накопленные органические вещества должны поддерживаться, чтобы увидеть значительное улучшение продуктивности почвы и качества окружающей среды.

Управление SOM в будущем

Некоторые фермеры активно рассматривают возможности рынка растительных остатков.Удаление остатков с широким соотношением C: N — например, путем продажи остатков кукурузной соломы — обычно способствует минерализации азота из активного пула ПОВ. Однако удаление остатков может поставить под угрозу качество почвы (Doll & Snapp, 2009). Одно из беспроигрышных решений — продать некоторые пожнивные остатки, но добавить компост или вырастить покровную культуру, чтобы заменить пожнивные остатки и сохранить почву. Добавки навоза и компоста являются эффективными способами увеличения органического вещества почвы даже при полном удалении кукурузной соломы (Thelen, Fronning, Kravchenko, Min, & Robertson, 2010).Озимые покровные культуры, такие как зерновая рожь, дают значительное количество пожнивных остатков (от 1000 до 4000 фунтов биомассы на акр), и их можно высаживать после сбора урожая сои или кукурузы (Rector, Harrigan, Mutch, & Snapp, 2009). .

Компост и жидкий навоз — два источника органических добавок, которые в последнее время стали широко доступны. В частности, молочный компост — это обогащенная углеродом и питательными веществами добавка, которая обеспечивает как краткосрочное, так и долгосрочное улучшение качества почвы. В эксперименте с полевыми культурами ежегодное внесение 2 тонн молочного компоста увеличивало SOM на 50 процентов за десятилетие (kbs.msu.edu/people/ faculty / snapp).

Как показано в Таблице 1, навоз, который хранится в виде навозной жижи, обычно имеет низкое содержание углерода и умеренно обогащен питательными веществами. Транспортировка жидкого навоза может быть дорогостоящей из-за высокого содержания воды и требует осторожного обращения для защиты окружающей среды. Комбинация внесения навоза и посева покровных культур рекомендуется для получения благоприятного сочетания качества пожнивных остатков и максимального почвенного покрова. Семена покровных культур можно смешивать непосредственно с навозом, используя сеялку для нулевой обработки почвы, что является высокоэффективным средством создания ПОВ (Harrigan, Mutch, & Snapp, 2006).

Выводы

Органическое вещество почвы состоит из различных пулов, от краткосрочного активного пула SOM до долгосрочного стабильного пула SOM. Появляется все больше свидетельств того, что смешанное качество остатков эффективно для увеличения пулов ПОВ за счет поддержки разнообразной пищевой сети почвы. Однако трудно предсказать реакцию ПОВ для конкретных типов почв и севооборотов. Реакция почвенного органического вещества происходит в течение длительного периода времени, часто от десятилетия и более. Для фермеров важно проверить — путем тестирования в экономически скромных масштабах — любые заявления о повышении качества почвы на предмет наличия органических удобрений, типа навоза или методов обращения с остатками.

Принципы построения SOM хорошо известны по сокращению обработки почвы и увеличению внесения органических удобрений. Недавние исследования подтвердили ценность остатков корневой системы и комбинирования навоза или компоста с покровными культурами и кормовыми севооборотами. Чтобы узнать больше, см. Следующий список литературы и статьи New Ag Network о результатах исследований, связанных с долгосрочными испытаниями полевых культур на биологической станции Келлог на юго-западе Мичигана. Статьи размещены на сайте ipm.msu.edu/.

Список литературы

Кукла, Дж.Э., и Снапп С.С. (2009). Устойчивое удаление сельскохозяйственных культур: поддержание качества почвы (E3079). Ист-Лансинг: Университет штата Мичиган, MSU Extension. Получено с http: // web2.msue.msu.edu/bulletins/Bulletin/PDF/E3079.pdf

Францлубберс, А. Дж. (2010). Достижение связывания органического углерода в почве с помощью систем почвозащитного земледелия на юго-востоке США. Журнал Американского общества почвоведения . 74 (2): 347–357. Получено с www.soils.org / Publications / sssaj / article / 74/2/347

Гранди, А. С., и Робертсон, Г. П. (2007). Влияние интенсивности землепользования на темпы и механизмы накопления органического углерода в почве. Экосистемы . 10, 58–73. Получено с www.msu.edu/~grandya1/Grandy_Ecosystems.pdf

.

Харриган Т. М., Матч Д. Р. и Снапп С. С. (2006). Обогащенный навозом навозной жижевой посев на микроучастках биодепрессивных покрытий. Прикладная инженерия в сельском хозяйстве , 22 (6): 827–834. Получено с www.extension.org/mediawiki/files/a/ ad / Slurry_seeding_of_biosuppressive_cover_crops.pdf

Ректор Н., Харриган Т. М., Матч Д. Р. и Снапп С. С. (2009, февраль). Зерновая рожь: новый лучший друг навоза и домашнего скота. В: Manure Sense, февраль 2009 г., стр. 21–24. Получено с www.animalagteam.msu.edu/Portals/0/manure_sense.pdf

Снапп, С. С., Ньиранеза, Дж., Отто, М., и Кирк, В. (2003). Управление навозом в картофельных и овощных системах (E2893). Ист-Лансинг: Университет штата Мичиган, MSU Extension.Получено с http://web2.msue.msu.edu/bulletins/ Bulletin / PDF / E2893.pdf

Телен, К. Д., Фроннинг, Б. Э., Кравченко, С. А., Мин, Д.-Х., и Робертсон, Г. П. (2010). Интеграция навоза домашнего скота с системой выращивания биоэнергетических культур кукурузы и сои улучшает краткосрочные темпы связывания углерода и чистый потенциал глобального потепления. Биомасса и биоэнергетика , 34 (7), 960–966. DOI: 10.1016 / j.biombioe.2010.02.004

Благодарности

Этот бюллетень написала Зиглинде С.Snapp, Биологическая станция Келлогг и Департамент наук о культурах и почвах, Университет штата Мичиган, и А. Стюарт Гранди, Департамент наук о сельскохозяйственных культурах и почвах, Университет штата Мичиган,

СКАЧАТЬ ФАЙЛ

Теги: сельское хозяйство, управление фермой, полевые культуры, органическое сельское хозяйство

Вы также можете быть заинтересованы в

Вопросы о доступности:

По вопросам о доступности и / или если вам нужны дополнительные приспособления для конкретного документа, отправьте электронное письмо в ANR Communications & Marketing по адресу anrcommunications @ anr.msu.edu.

5 Мониторинг и управление качеством почвы | Качество почвы и воды: повестка дня для сельского хозяйства

ухудшение качества почвы, за исключением тех почв, которые подвержены быстрой и необратимой деградации.

Влияние деградации почвы на продуктивность

Четыре крупных исследования предсказали, что потери урожая в результате эрозии почвы будут менее 10 процентов в течение следующих 100 лет (Crosson and Stout, 1983; Hagen and Dyke, 1980; Pierce et al., 1984; Putnam et al., 1988). Такие прогнозы потерь низкой урожайности в сочетании с растущей озабоченностью по поводу ущерба качеству воды за пределами участка в результате сельскохозяйственного производства начали смещать акцент федеральной политики на ущерб за пределами участка, вызванный эрозией.

Однако потери продуктивности почвы на месте из-за нынешних разрушительных сил были недооценены. Прогнозы низких уровней потерь продуктивности сельского хозяйства, вызванных эрозией, во многом основаны на гипотезе о том, что почти две трети U.Урожайность S. пахотных земель в течение следующих 100 лет будет незначительной или не будет снижена вообще (Pierce, 1991). Потери продуктивности на оставшейся одной трети земель могут быть серьезными (Pierce et al., 1984), но потери маскируются большей площадью почв, которые менее уязвимы для эрозии (Pierce, 1991).

Что еще более важно, при оценке потерь продуктивности в результате эрозии не учитывались убытки, вызванные овражной и эфемерной эрозией, заилением (Pierce, 1991) или снижением доступности воды из-за уменьшения инфильтрации осадков.В этих исследованиях также предполагалось, что оптимальный статус питательных веществ поддерживается на эродированных землях за счет внесения удобрений, навоза или других источников питательных веществ для растений. Замена этих питательных веществ обходится дорого. Ларсон и его коллеги (1983) подсчитали, что в 1982 году количество азота, фосфора и калия с пахотных земель США, потерянных в эродированных отложениях, составило 9 494, 1704 и 57 920 метрических тонн соответственно (10 465, 1878 и 63 846 тонн соответственно). Стоимость потерянного азота, фосфора и калия оценивается в 677 миллионов долларов, 17 миллионов долларов и 381 миллион долларов соответственно.

Кроме того, оценки воздействия деградации почвы на продуктивность были сосредоточены на потерях урожая, ожидаемых в результате повреждения пахотных земель, вызванного эрозией. Пахотные земли страны также страдают от уплотнения, засоления, подкисления и других факторов. Эти повреждения увеличивают потери урожая в результате эрозии. Что еще более важно, эрозия ускоряет процессы уплотнения, засоления и подкисления. Обратное также верно. Если учесть все процессы деградации и их взаимодействия, потери урожая будут больше, чем прогнозировалось в прошлом.

Уокер и Янг (1986) предположили, что использование абсолютных сокращений урожайности в качестве меры потерь продуктивности маскирует более

.