Почвенное органическое вещество и гумус

Почвенное органическое вещество — это богатый углеродом материал, образующийся в результате разложения растительных, животных и микробных остатков, включая стабилизированную фракцию, известную как гумус, и оно лежит в основе плодородия, структуры почвы и хранения углерода.

Definition

Почвенное органическое вещество — это совокупность углеродсодержащего материала в почве, полученного из живых и мертвых организмов на всех стадиях разложения; гумус — это относительно стабильная, разложившаяся фракция, которая сопротивляется дальнейшему быстрому распаду.

Scope

Эта тема охватывает состав и фракции почвенного органического вещества, образование и природу гумуса, механизмы, которые стабилизируют органический углерод в почве, а также роль органического вещества в плодородии и глобальном углеродном цикле. Она рассматривает как динамичные, разлагающиеся пулы, так и долгоживущий стабилизированный углерод.

Core questions

• Каков состав и фракции почвенного органического вещества?
• Как образуется гумус и какова его природа?
• Почему часть почвенного углерода сохраняется на протяжении столетий и тысячелетий?
• Как органическое вещество влияет на плодородие и углеродный цикл?

Key concepts

• Почвенный органический углерод и фракции органического вещества
• Гумус и гумификация
• Частичное и минерально-связанное органическое вещество
• Агрегатная и минеральная защита
• Круговорот и стабилизация углерода
• Секвестрация почвенного углерода

Key theories

Стойкость как свойство экосистемы

Долгосрочная стойкость почвенного органического углерода обусловлена не столько внутренней молекулярной устойчивостью, сколько физической защитой внутри агрегатов, ассоциацией с минеральными поверхностями и экологическими и биологическими ограничениями на разложение.

Секвестрация почвенного углерода

Почвы могут выступать в качестве поглотителя или источника атмосферного углерода в зависимости от методов управления; практики, увеличивающие поступление и защиту органического вещества, могут секвестрировать углерод, одновременно улучшая плодородие и продовольственную безопасность.

Mechanisms

Растительные и микробные остатки разлагаются почвенным сообществом, высвобождая углекислый газ и питательные вещества, в то время как часть их превращается в более стабильные формы. Этот стабильный углерод сохраняется не столько потому, что он химически инертен, сколько потому, что он физически окклюдирован внутри почвенных агрегатов, связан с поверхностями глинистых и оксидных минералов или находится там, где микробный доступ и активность ограничены. Баланс свежих поступлений и процессов разложения и стабилизации определяет, накапливается ли органическое вещество или уменьшается.

Clinical relevance

Почвенное органическое вещество улучшает снабжение питательными веществами, водоудерживающую способность и структуру, а также представляет собой большой, управляемый пул углерода; его накопление за счет сохранения остатков, использования покровных культур и уменьшения обработки почвы способствует здоровью почвы и может помочь смягчить изменение климата, в то время как его потеря приводит к деградации почв и выделению углекислого газа.

History

Гумус долгое время рассматривался как отдельный класс устойчивых молекул, образующихся в процессе гумификации, но достижения в анализе и изотопном датировании, обобщенные во влиятельных обзорах примерно в 2011 году, изменили представление о стойкости органического вещества как о свойстве всей почвенной экосистемы, что имеет серьезные последствия для управления почвенным углеродом.

Debates

Молекулярная устойчивость против экосистемных механизмов стойкости углерода

Долгое время считалось, что долговечность почвенного углерода обусловлена внутренне стабильными гуминовыми молекулами, тогда как современные синтезы утверждают, что стойкость в основном определяется физической защитой, минеральной ассоциацией и экологическими факторами, что переосмысливает понимание и управление хранением почвенного углерода.

Key figures

• Michael W. I. Schmidt
• Rattan Lal
• Selman Waksman

Seminal works

• schmidt2011
• lal2004
• brady2016

Frequently asked questions

В чем разница между органическим веществом и гумусом?

Почвенное органическое вещество — это весь континуум углеродсодержащего материала от свежих остатков до полностью разложившихся продуктов, тогда как гумус относится конкретно к стабилизированной, хорошо разложившейся фракции, которая разлагается очень медленно и придает верхнему слою почвы большую часть ее темного цвета и способности удерживать питательные вещества.

Может ли увеличение почвенного органического вещества помочь в борьбе с изменением климата?

Увеличение запасов почвенного органического углерода связывает углерод, который в противном случае находился бы в атмосфере, и улучшает функции почвы, поэтому оно может способствовать смягчению изменения климата; эффект реален, но конечен и обратим, поскольку прирост может быть потерян, если изменятся методы управления или условия.