Le Fondazioni Geologiche delle Terre Grasse Nord Americane

Le praterie nordamericane, che spaziano dalle praterie di erba alta del Midwest alle steppe di erba corta delle Alte Pianure, si trovano su un complesso quadro geologico che forma direttamente le proprie proprietà del suolo e la produttività ecologica.

La roccia sottostante consiste principalmente di calcare, shale e formazioni di arenaria che risalgono ai periodi cretacei e terziari. Questi strati sedimentari sono ricchi di carbonato di calcio e altri minerali che influenzano la chimica del suolo e la fertilità. Ad esempio, la formazione di Pierre Shale, che sottopone grandi porzioni delle Grandi Pianure settentrionali, le condizioni meteorologiche in terreni ricchi di argilla che sono altamente fertili ma prone alla compattazione.

L'attività glaciale durante l'ultima era glaciale ha lasciato una profonda impronta sulla geologia delle praterie. Il Laurentide Ice Sheet ha avanzato e si è ritirato più volte, depositando glaciali fino a, pianure in fuorivasori e depositi di loess attraverso le praterie settentrionali e centrali. Questi materiali glaciali hanno polverizzato la roccia in particelle sottili, creando terreni ricchi di nutrienti che sono tra i più produttivi al mondo.

Ordini del suolo e loro distribuzione

Mollisols: Il Suolo di Firma di Grasslands

I mollisol sono l'ordine del suolo dominante attraverso le praterie nordamericane, che copre vaste aree dal Canada meridionale al Texas centrale. Questi suoli sono caratterizzati da un orizzonte di superficie denso e scuro noto come l'epipedone mollico, che è ricco di materia organica accumulata da decenni di decomposizione radice di erba. Il contenuto di carbonio organico in Mollisols può superare il 3 per cento di peso, rendendoli alcuni dei suoli più fertili sulla Terra.

La formazione di Mollisols è intimamente legata all'ecosistema delle praterie. Le erbe perenni, come il grande bluestem e la centralina, contribuiscono a grandi quantità di materiale organico al profilo del suolo. Le condizioni fredde e umide delle praterie settentrionali rallentano la decomposizione, permettendo alla materia organica di accumularsi.

Alfisols e loro ruolo nelle zone di transizione

Gli alfisol si verificano principalmente nelle zone di transizione tra praterie e foreste, in particolare nei margini orientali delle Grandi Pianure e nei parchi del nord degli Stati Uniti e del Canada. Questi terreni hanno un orizzonte di superficie più leggero rispetto ai Mollisols, con un sottosuolo ricco di argilla che si accumula attraverso illuviazione.

La distribuzione degli Alfisol nelle regioni praterie è strettamente legata ai modelli di precipitazioni. Nelle aree che ricevono più di 75 centimetri di precipitazioni annuali, il lisciviamento del carbonato di calcio e l'accumulo di argilla nell'orizzonte B diventano processi prominenti.Questi terreni spesso richiedono modifiche di calce per una produzione ottimale delle colture, ma possono essere altamente produttivi sotto una corretta gestione.

Aridisol e i margini secchi

Gli aridisol occupano i margini occidentali e sud-ovest delle praterie nordamericane, dove le precipitazioni annuali scendono sotto i 25 centimetri. Questi terreni formano in ambienti desertici e semidesertici e sono caratterizzati da basso contenuto organico di materia, accumuli di carbonato di calcio e croste di sale in alcune aree. La steppa di scarto del Colorado orientale, Nuovo Messico e il Texas Panhandle contiene vaste aree di Aridisols, spesso associate a brusca e brusca.

Gli strati di Caliche, o orizzonti calcici, sono comuni in Aridisols e possono formare dei duri che limitano la penetrazione delle radici e l'infiltrazione dell'acqua. Questi strati si sviluppano nel corso di migliaia di anni come il carbonato di calcio precipita dall'acqua del suolo nell'ambiente arido. La presenza di caliche pone sfide significative per l'agricoltura e la costruzione, in quanto può limitare la profondità di radicamento e richiede attrezzature speciali di lavorazione del suolo.

Fattori che controllano la qualità del suolo e la produttività

Gradienti di clima e di precipitazione

Il clima è il principale autista della formazione del suolo nelle praterie, con precipitazioni che esercitano la più forte influenza sull'accumulo di materia organica, il ciclismo nutriente e le intemperie minerali. Il gradiente di precipitazioni est-ovest attraverso le Grandi Pianure, da oltre 100 centimetri all'anno nell'est a meno di 30 centimetri nell'ovest, crea un corrispondente gradiente nelle proprietà del suolo.

La temperatura svolge anche un ruolo critico nello sviluppo del suolo. Nelle praterie settentrionali, gli inverni freddi rallentano la decomposizione e favoriscono l'accumulo di materia organica, mentre le estati calde delle pianure meridionali accelerano l'attività microbica e il fatturato di nutrienti. L'interazione della temperatura e delle precipitazioni crea regioni del suolo distinte, come i suoli Chernozemici delle Prairies canadesi e dei suoli rossicci di Oklahoma e Texas.

Vegetazione e Radice Dinamica

La vegetazione di Grassland forma direttamente le proprietà del suolo attraverso la crescita della radice, l'ingresso della lettiera e il ciclismo nutriente. I sistemi di radice profonda e fibrosa delle erbe perenni, che possono estendere due metri o più nel profilo del suolo, contribuiscono alla profondità della materia organica e creano canali per l'infiltrazione dell'acqua.

La composizione delle comunità vegetali influenza la chimica del suolo. Le piante leguminose, come il trifoglio prateria e il piombo, fissano l'azoto atmosferico e aumentano la disponibilità di azoto del suolo. Le erbe fredde, tra cui l'erba di grano occidentale e l'ago-e-thread, hanno diverse esigenze di architettura delle radici e di biomasse nutrienti rispetto alle erbe di stagione calda come il piccolo bluestem e l'indiangrass.

Regimi antincendio e ciclismo nuziale

Il fuoco periodico è una componente naturale ed essenziale dell'ecologia delle praterie che colpisce direttamente la fertilità e la composizione del suolo. I fuochi d'accensione e quelli incendiati da popoli indigeni bruciati attraverso le praterie a intervalli che vanno da uno a cinque anni, a seconda dell'accumulo di carburante e delle condizioni climatiche.

Gli effetti del fuoco sul suolo sono complessi e variano con intensità di fuoco, frequenza e tempi. I fuochi a bassa intensità causano tipicamente il riscaldamento del suolo minimo, lasciando il terreno organico in gran parte intatto mentre rapidamente mineralizza azoto e fosforo. Nel tempo, i fuochi frequenti possono portare a perdite di azoto attraverso la volatilizzazione, anche se questo è spesso compensato da fissazione biologica di azoto da legumi e batteri del terreno che vivono liberamente.

Topografia e sviluppo di Catena

La posizione di rilievi e di pendenza esercita un forte controllo sulle proprietà del suolo attraverso la loro influenza sul movimento dell'acqua, sull'erosione e sulla deposizione dei sedimenti. Nei paesaggi di prateria, i terreni sulle posizioni di terra tendono ad essere più sottili e più testurizzati, mentre quelli nelle zone a bassa quota accumulano particelle fini e materia organica da fonti di upslope.

Le paludi e le vie di drenaggio nei paesaggi delle praterie contengono spesso terreni con orizzonti spessi e scuri e alti contenuti di materia organica, riflettendo l'accumulo di acqua e sedimenti. Queste aree sono particolarmente produttive sia per le erbe native che per le colture agricole.

Impatti umani su Terreno di Grasso

Conversione a Agricoltura e Perdita di Materia Organica

La trasformazione delle praterie native a colture, iniziata a metà del XIX secolo, ha avuto effetti profondi e in gran parte negativi sulle proprietà del suolo. La riduzione interrompe gli aggregati del suolo, accelera la decomposizione della materia organica e aumenta i tassi di erosione. Studi condotti attraverso le Grandi Pianure hanno documentato perdite di carbonio organiche del 30 al 50 per cento nei Mollisol coltivati rispetto ai locali locali locali locali della prateria.

La conversione delle praterie all'agricoltura a tromba ha anche alterato la struttura del suolo, riducendo la stabilità aggregata e aumentando la densità di massa. Questi cambiamenti alterano l'infiltrazione dell'acqua, riducono la penetrazione della radice, e aumentano il deflusso e l'erosione delle superfici.

Gestione del Vescolo e Salute del Terreno

Il pascolo di terreno più diffuso tra le praterie del Nord America rimanente, che colpisce le proprietà del suolo attraverso il trampling, la ridistribuzione dei nutrienti e la rimozione della vegetazione. Il pascolo rotazionale ben gestito può mantenere o migliorare la materia organica del suolo attraverso l'integrazione del letame e la stimolazione della crescita delle radici.

Il grado di impatto del suolo dal pascolo dipende dalla quota di stoccaggio, dalla stagione di utilizzo e dal tipo di suolo. I terreni sabbiosi sono particolarmente vulnerabili alla compattazione e all'erosione sotto pascolo pesante, mentre i mollisol ricchi di argilla possono sopportare pascoli moderati senza degradazione significativa. Le aree ripariane all'interno delle praterie sono particolarmente sensibili alla pressione di pascolo, in quanto il bestiame tende a concentrarsi vicino alle fonti di acqua e può causare erosione e carico di flusso e nutriente.

Sviluppo dell'urbanizzazione e delle infrastrutture

L'espansione urbana nelle regioni delle praterie, in particolare nei dintorni di Denver, Dallas-Fort Worth e Kansas City, ha portato alla perdita permanente dei terreni agricoli produttivi. La sigillatura delle superfici del suolo sotto pavimentazione e gli edifici elimina completamente le funzioni del suolo, tra cui l'infiltrazione dell'acqua, la sequestrazione del carbonio e l'habitat biologico.

I progetti di infrastrutture come strade, condotte e impianti di energia eolica disturbano ulteriormente i terreni delle praterie, causando spesso la compattazione e l'erosione durante la costruzione. Mentre alcuni di questi impatti possono essere mitigati attraverso pratiche di pianificazione e ripristino accurate, gli effetti a lungo termine sulla salute del suolo rimangono significativi.

Conservazione e Restauro di Terre Grasse

Pratiche di conservazione del suolo

I sistemi di allevamento a rischio e ridotto sono diventati ampiamente adottati in tutte le Great Plains, offrendo notevoli benefici per il controllo dell'immagazzinamento e dell'erosione delle materie organiche del suolo. Queste pratiche lasciano residui di colture sulla superficie del suolo, proteggendolo dall'erosione del vento e dell'acqua, ricostruendo gradualmente i livelli di carbonio organico.

L'agricoltura, il terracing e le vie d'acqua erbose sono pratiche per il controllo dell'erosione dell'acqua sulle colture in pendenza nelle regioni del terreno. Questi approcci strutturali rallentano il deflusso, aumentano l'infiltrazione e intrappolano il sedimento prima che lasci il campo. Il programma di riserva di conservazione (CRP), gestito dalla USDA, ha preso milioni di ettari di colture altamente erodible fuori produzione e li ha ripristinati a copertura erba perenne, con conseguente miglioramenti misurabili nella materia organica.

Ripristino delle prateria e recupero del suolo

Il ripristino della vegetazione prateria nativo su terreni agricoli degradati è emerso come una strategia importante per la riabilitazione del suolo. Il ristabilimento di erbe perenni profonde può ricostruire la materia organica del suolo a tassi da 0,5 a 1.0 tonnellate per ettaro all'anno in superficie 30 centimetri di terreno. Questi guadagni sono più rapidi nel primo decennio dopo il restauro e continuano a tassi più lenti per molti decenni.

Il recupero della struttura del suolo sotto la prateria restaurata è altrettanto importante: le popolazioni di vermi di terra, che sono in gran parte assenti dalla coltivazione, ritornano entro cinque o dieci anni e iniziano a creare macropore che migliorano l'infiltrazione dell'acqua e l'aerazione. Le comunità fungine si spostano dai gruppi batteri-dominati tipici dei suoli agricoli alle reti fungine-dominate caratteristiche delle praterie native, migliorando l'aggregalità nutrienti e l'aggrega.

Il ruolo della sequestrazione del carbonio del suolo

I terreni di prateria hanno un potenziale significativo per la sequestrazione del carbonio, rendendoli un componente importante delle strategie di mitigazione dei cambiamenti climatici. I sistemi di radice profonda delle erbe perenni immagazzinano il carbonio ben al di sotto dello strato di aratro, dove è meno vulnerabile alla decomposizione che alla materia organica di superficie.

Tuttavia, la sequestrazione del carbonio del suolo nelle praterie deve affrontare limitazioni pratiche. L'accumulo di materia organica è limitato dalla capacità del suolo di stabilizzare il carbonio attraverso l'aggregazione e l'associazione minerale. Una volta raggiunto questo punto di saturazione, gli ingressi di carbonio aggiuntivi non si tradurranno in ulteriore stoccaggio.

Variazioni regionali in Grassland Geologia e Soils

La Tallgrass Prairie

La regione delle praterie, che si estende dal Kansas orientale e dal Nebraska attraverso Iowa e l'Illinois alla penisola prateria dell'Indiana e dell'Ohio, è sotto la sua parte dei Mollisol più fertili del Nord America. Questi terreni si sviluppano da depositi glaciali e loess su calcare e roccia di raso, creando profili profondi e ben disegnati con eccezionale contenuto nutritivo.

Le Flint Hills del Kansas orientale, uno dei più grandi tratti rimanenti della prateria di citrofia, fornisce un esempio di come la geologia costringe l'uso del suolo. I terreni poco profondi e rocciosi sviluppati dalla calce cher-sorprendente hanno resistito a a aratri, preservando la copertura di prateria nativo, limitando la produttività agricola.

La prateria mista

La prateria di erba mista occupa una cintura larga dal Canada centrale attraverso i Dakotas, Nebraska, e nel Texas settentrionale, dove le precipitazioni da 35 a 65 centimetri supporta una miscela di specie di erba alta e di erba corta.

La prateria di erba mista ha sperimentato una vasta conversione al grano e ad altri piccoli grani, in particolare nella parte settentrionale della regione. Le pratiche di autunno estivo, in cui la terra è lasciata nuda per una stagione in crescita per immagazzinare l'umidità, hanno storicamente contribuito a una significativa perdita di materia organica del suolo e l'erosione.

La steppa di Shortgrass

La steppa di scarto, che si estende dal Colorado orientale e dal Wyoming attraverso il Kansas occidentale, il Nebraska e l'Oklahoma Panhandle in Texas e nel Nuovo Messico, è la regione di prateria più secca del continente.

La gestione del suolo è storicamente focalizzata sulla massimizzazione della cattura e dello stoccaggio dell'umidità. L'Ogallala Aquifer, che si basa sulla steppa di Shortgrass, ha sostenuto un'ampia irrigazione fin dalla metà del XX secolo, ma i livelli di acqua in declino stanno costringendo una transizione verso i sistemi di produzione del terreno secco.

Il Palouse Prairie

La regione Palouse di Washington orientale, nord Idaho, e nord-orientale Oregon rappresenta un ecosistema unico di prateria sviluppato su depositi di loess profondi. Questi sedimenti a vento accumulati in migliaia di anni a profondità superiori a 50 metri in alcune località, creando suoli con eccezionale capacità di tenuta dell'acqua e fertilità. Le dolci colline del Palouse sono tra le regioni di grano secco più produttive del mondo.

I suoli del Palouse sono classificati come Mollisols e Alfisols, con contenuto di materia organica che va dal 2 al 5 per cento negli orizzonti superficiali. Il clima mediterraneo della regione, con inverni umidi e estati secche, crea un regime di umidità del suolo distinto che sfida i sistemi di lavorazione convenzionali.

Conclusioni

La geologia e la composizione del suolo delle praterie nordamericane riflettono una ricca storia di uplift tettonico, glaciazione, variazione climatica e successione ecologica. I Mollisol che definiscono questi paesaggi sono tra i terreni più fertili del mondo, supportando sia la biodiversità nativa che la produzione agricola su larga scala.

Le lezioni di scienze del suolo erbose si estendono oltre i confini di questi ecosistemi. I principi dell'accumulo di materia organica, del ciclismo nutriente e della formazione della struttura del suolo che operano nelle praterie e nelle steppe si applicano ai sistemi agricoli in tutto il mondo.