Круговорот питательных веществ в почве

Круговорот питательных веществ в почве — это перемещение основных питательных веществ растений между минеральными, органическими, обменными и растворёнными пулами посредством выветривания, биологической трансформации, сорбции, поглощения и потерь.

Definition

Круговорот питательных веществ в почве — это совокупность биологических, химических и физических процессов, которые перемещают питательные вещества растений между минеральными, органическими, адсорбированными и растворёнными пулами почвы, а также между почвой, растениями и окружающей средой.

Scope

Эта тема охватывает основные питательные вещества растений и их почвенные циклы, особенно азот, фосфор, калий и серу, процессы минерализации, фиксации, сорбции и поглощения, которые регулируют доступность, а также пути потери питательных веществ. Она связывает химию и биологию почвы с обеспечением питательными веществами, что определяет плодородие.

Core questions

• Какие питательные вещества являются незаменимыми и в каких формах растения их поглощают?
• Как минерализация и иммобилизация контролируют доступность питательных веществ?
• Как сорбция и фиксация ограничивают доступность фосфора и калия?
• Какими путями питательные вещества теряются из почвы?

Key concepts

• Основные макро- и микроэлементы
• Минерализация и иммобилизация
• Круговорот азота в почве
• Сорбция и фиксация фосфора
• Фиксация и высвобождение калия
• Пути потери питательных веществ

Key theories

Пулы и трансформации питательных веществ

Каждое питательное вещество циркулирует между минеральными, органическими, обменными и растворёнными пулами посредством выветривания, минерализации, сорбции и поглощения; доступность в любой момент отражает баланс этих трансформаций, а не общее содержание.

Круговорот азота в почве

Почвенный азот перемещается посредством фиксации, минерализации до аммония, нитрификации до нитратов, поглощения растениями и микробами, а также потерь за счёт выщелачивания, денитрификации и улетучивания, что делает азот наиболее динамичным и чувствительным к управлению питательным веществом.

Mechanisms

Питательные вещества, содержащиеся в минералах и органическом веществе, становятся доступными по мере того, как выветривание и микробное разложение высвобождают их в почвенный раствор и на обменные участки, откуда корни их поглощают. Азот трансформируется микробами посредством минерализации, нитрификации и денитрификации; фосфор сильно сорбируется и осаждается, что ограничивает его растворимость; калий удерживается на глинах и внутри них. Потери происходят за счёт выщелачивания растворимых ионов, таких как нитраты, за счёт газообразных потерь азота, а также за счёт удаления при сборе урожая и эрозии.

Clinical relevance

Понимание круговорота питательных веществ является основой для управления удобрениями и навозом: оно объясняет, почему питательные вещества различаются по доступности и подвижности, как сопоставить предложение с потребностями сельскохозяйственных культур и как минимизировать потери, которые приводят к напрасным затратам и загрязнению воды, поддерживая как продуктивность, так и защиту окружающей среды.

History

Минеральная теория питания растений Либиха XIX века установила, что рост сельскохозяйственных культур зависит от поступления минеральных питательных веществ, а закон минимума гласит, что урожайность ограничивается самым дефицитным питательным веществом. Почвоведение XX века подробно описало циклы отдельных питательных веществ, особенно азота и фосфора, что легло в основу современного управления питательными веществами.

Key figures

• Justus von Liebig
• Nyle C. Brady
• Ray R. Weil

Seminal works

• brady2016
• sparks2003

Frequently asked questions

Почему азот является наиболее часто ограничивающим и наиболее легко теряемым питательным веществом?

Азот необходим в больших количествах и циркулирует в высокоподвижных и газообразных формах; нитраты легко выщелачиваются с дренажными водами, а азот может теряться в виде газа в результате денитрификации и улетучивания аммиака, поэтому он часто дефицитен и его трудно удерживать.

Почему почва может быть богата питательными веществами, но растениям их всё равно не хватает?

Общее содержание питательных веществ не тождественно доступности; фосфор и калий, например, могут быть в изобилии, но в значительной степени связаны в минералах или сильно сорбированы, поэтому только небольшая фракция в почвенном растворе и на обменных участках легко поглощается растениями.