Table of Contents

Основы почвы: больше, чем просто грязь

Почва - это тонкая, живая кожа Земли - динамическая система, в которой встречаются геология, биология и климат. Понимание формирования почвы необходимо для всех, кто участвует в сельском хозяйстве, управлении земельными ресурсами или охране окружающей среды. Почва не появляется в одночасье; она развивается на протяжении веков за счет выветривания породы, накопления органического вещества и деятельности бесчисленных организмов. В этой статье рассматриваются геологические и биологические силы, которые создают почву, исследуются, как различные методы землепользования изменяют ее качество, и предлагают действенные стратегии для поддержания продуктивности почв для будущих поколений.

Здоровая почва поддерживает 90% мирового производства продуктов питания и фильтрует воду, которую мы пьем. Тем не менее, это конечный ресурс, который может восстановиться через столетия. Изучая, как почва формируется и как наши действия влияют на нее, мы можем принимать более разумные решения о сельском хозяйстве, строительстве и сохранении.

Основы формирования почв

Образование почвы, или педогенез, начинается с родительского материала — основной породы или осадка — и обусловлено пятью взаимосвязанными факторами: родительским материалом, климатом, организмами, топографией и временем. Эти факторы взаимодействуют, чтобы превратить твердую породу в пористую среду, способную поддерживать жизнь растений.

Выветривание: двигатель для прокалывания скалы

Выветривание является отправной точкой. Физическое выветривание раскалывает камни через циклы замерзания-оттаивания, теплового расширения и истирания ветром или водой. Химическое выветривание растворяет минералы посредством реакций с водой, кислородом и кислотами, производимыми растениями и микробами. Биологическое выветривание происходит, когда корни вырываются трещинами или когда лишайники выделяют кислоты, которые разлагают камень. Результатом является смесь минеральных частиц — песка, ила и глины — которые образуют скелет почвы.

Накопление органической материи

По мере гибели растений и животных их останки разрушаются разлагателями, такими как бактерии, грибы и насекомые. Это органическое вещество, или гумус, связывает минеральные частицы вместе, улучшает удержание воды и поставляет необходимые питательные вещества, такие как азот и фосфор. Почва, богатая органическим веществом, темная, рассыпчатая и изобилующая жизнью. Скорость накопления зависит от климата: теплые, влажные условия ускоряют разложение, в то время как прохладные, сухие среды позволяют органическому веществу накапливаться.

Биологическая активность: пищеварительная система почвы

Организмы не являются пассивными обитателями — они активно формируют структуру почвы. Земные черви зарываются, создавая каналы, улучшающие аэрацию и дренаж. Корни растений источают сахара, которые питают микробы, которые, в свою очередь, разблокируют питательные вещества из минералов. Муравьи, термиты и мелкие млекопитающие смешивают слои и перераспределяют органический материал. Этот биологический переполох помогает формировать различные горизонты почвы (слои) с течением времени. Без этих организмов почва была бы немногим больше, чем измельченная порода.

Геологические процессы в почвообразовании

Геологический контекст определяет сырые ингредиенты почвы. Материал, из которого они состоят. — будь то гранит, известняк или речной осадок — определяет состав и текстуру минералов. Климат действует как дроссель на скорости выветривания. Топография контролирует поток воды и эрозию. И время позволяет этим процессам создавать глубокие, зрелые почвы с хорошо развитыми горизонтами.

Материалы для родителей: генетический код почвы

Почвы наследуют свою текстуру и химию от породы или осадка, из которого они образуются. Например, гранит выпадает в песчаные, кислые почвы с низким содержанием кальция, в то время как известняк производит богатые глиной щелочные почвы. Ледниковые дожди, аллювиальные отложения и вулканический пепел придают каждому уникальные свойства. В некоторых ландшафтах исходный материал не является местной породой, а ветровым лёссом или речным илом, который может производить исключительно плодородные почвы.

Климат: Педогенезисный педогенез

Температура и осадки приводят к ускорению выветривания и циклизации органических веществ. Во влажных тропических регионах высокая температура и осадки производят глубокие, интенсивно выветривающиеся почвы (Оксизолы), которые часто бедны питательными веществами, поскольку дождь выщелачивает растворимые минералы. В засушливом климате почвы развиваются медленно и могут накапливать соли или слои карбоната кальция (каличэ). Сезонная заморозка в умеренных зонах физически разрушает камни, в то время как умеренные осадки поддерживают накопление здоровых органических веществ.

Оригинальное название: The Landscape's Influence

Склон, аспект и высота влияют на то, как вода перемещается по ландшафту и через него. Степные склоны проливают воду и осадочные породы, в результате чего тонкие, плохо развитые почвы. Дно долины и плоские равнины собирают воду и мелкие частицы, что приводит к глубоким, плодородным почвам, но также рискует заболачиваться. Склоны, обращенные к югу (в Северном полушарии), получают больше солнечного света, нагревают почву и ускоряют разложение, в то время как склоны, обращенные к северу, остаются более прохладными и влажными.

Время: медленное искусство формирования горизонта

Горизонты почвы не появляются мгновенно. Может потребоваться от 100 до 1000 лет, чтобы сформировать всего один сантиметр верхнего слоя почвы в естественных условиях. Молодые почвы (Entisols) показывают минимальное развитие горизонта. По мере того, как проходят столетия, появляются различные слои: темный горизонт O органического вещества, горизонт A смешанного минерально-органического верхнего слоя почвы, горизонт E выщелоченных минералов, горизонт B накопленной глины и питательных веществ и горизонт C выветрившегося исходного материала. Зрелые почвы, такие как Альфисолс или Ультизолс, отражают тысячи лет непрерывного развития.

Типы почв и их особенности

USDA классифицирует почвы на двенадцать порядков на основе их процессов формирования и свойств. Однако для практических целей наиболее часто обсуждаемые типы основаны на текстуре: песок, ил, глина и суглинок. Каждый тип имеет различные сильные стороны и ограничения для землепользования.

Сэнди-Суол

Гремучая на ощупь песчаная почва быстро стекает и быстро прогревается весной. Её большие поровые пространства позволяют воздуху легко доходить до корней, но в ней мало воды или питательных веществ. Это делает её идеальной для глубоко укоренившихся культур, таких как морковь, картофель и арахис. Однако для сохранения продуктивности требуется частое орошение и оплодотворение. Песчаные почвы склонны к выщелачиванию, где дождь переносит питательные вещества ниже корневой зоны.

Глинистая почва

Глиняные частицы микроскопичны и плотно упаковываются, создавая плотную, липкую почву. Она очень хорошо сохраняет воду и питательные вещества, что делает ее плодородной для таких культур, как рис, кукуруза и ива. Но плохой дренаж может привести к заболачиванию и корневым заболеваниям. Глиняные почвы трудно обрабатывать, когда они влажные и могут трескаться при сухости. Добавление органического вещества улучшает структуру и аэрацию.

Грязная почва

Частицы ила являются промежуточными по размеру между песком и глиной. Грязная почва чувствует себя гладкой и мукообразной, когда она сухая. Она удерживает влагу лучше, чем песок, и стекает лучше, чем глина, часто производя отличные урожаи. Почвы лёсс — ил, депонированные ветром — являются одними из самых продуктивных сельскохозяйственных почв на Земле, поддерживая пшеницу, сою и овощи на Среднем Западе США и в некоторых частях Китая.

Почва Лоам

Суглинка - это золотые замки почв: сбалансированная смесь песка, ила и глины (примерно 40-40-20). Она сочетает в себе хороший дренаж, удержание питательных веществ и простоту обработки почвы. Суглинка поддерживает широкий спектр растений от овощей до фруктовых деревьев. Большинство садоводов и фермеров стремятся к суглинистой почве, потому что она обеспечивает адекватную аэрацию и влагоудерживающую способность. Добавление компоста помогает поддерживать этот баланс.

Влияние землепользования на качество почвы

Деятельность человека может резко изменить свойства почвы, часто быстрее, чем могут компенсировать естественные процессы. Понимание этих воздействий является первым шагом к устойчивому управлению. По оценкам Продовольственной и сельскохозяйственной организации (FLT:0:1), одна треть всех почв в мире уже деградировала из-за эрозии, уплотнения, засоления и химического загрязнения.

Сельское хозяйство: меч с двойным краем

Современное сельское хозяйство увеличило производство продуктов питания, но ценой для здоровья почвы. Интенсивная обработка почвы разрушает структуру почвы, подвергает органическое вещество быстрому окислению и ускоряет эрозию ветром и водой. Монокроп истощает специфические питательные вещества, требуя синтетических удобрений, которые могут нанести вред полезным микробам. Чрезмерное орошение в засушливых регионах приводит к накоплению соли (солинизация), что может сделать почву стерильной. Однако хорошо управляемое сельское хозяйство с использованием покровных культур, севооборота и уменьшенной обработки почвы может фактически построить почву органического вещества с течением времени.

Городское развитие: бетонное одеяло

Строительство дорог, парковок и зданий запечатывает поверхность почвы, предотвращая проникновение воды и газообмен. Строительная деятельность уплотняет недра, сокращая поровое пространство и проникновение корней. Сток с непроницаемых поверхностей несет загрязняющие вещества - масла, тяжелые металлы, соли для обледенения - которые загрязняют близлежащие почвы. Городские почвы часто не имеют органического вещества и биологической активности. Зеленая инфраструктура, такая как дождевые сады, проницаемые тротуары и городские парки, может помочь восстановить некоторые функции почвы в городах.

Вырубка лесов: потеря корневой сети

Лесные почвы защищены толстым слоем листового помета и плотной паутиной корней деревьев. При очистке лесов для ведения сельского хозяйства или лесозаготовок почва подвергается воздействию осадков и солнечного света. Скорость эрозии может увеличиваться в десять и более раз. Питательные вещества, содержащиеся в биомассе, теряются, а органический пометовый слой исчезает. В тропических регионах обезлесение может превратить бедные питательными веществами почвы в твердый, непродуктивный латерит. Обезлесение с местными видами и системами агролесоводства может обратить вспять часть этого ущерба.

Управление пастбищами и Rangeland Management

Перевыпас снимает защитную растительность, приводя к уплотнению почвы и эрозии. Скотовые копыта разрушают поверхность почвы и создают пути, где вода концентрируется и вызывает овраги. Управляемое вращательное выпасание, где животные часто перемещаются, чтобы позволить растениям восстановиться, может поддерживать здоровые лугопастбищные почвы. Корни многолетних трав отлично подходят для создания углерода почвы и предотвращения эрозии.

Стратегии устойчивого управления почвами

Для охраны и укрепления здоровья почв требуется сочетание научного мониторинга и проверенных временем методов.Сельскохозяйственные организации, землеустроители и садоводы используют следующие стратегии для поддержания продуктивности почв при минимизации ущерба окружающей среде.

Регулярные испытания почвы

Невозможно управлять тем, что не измеряешь. Почвенные тесты выявляют pH, содержание органических веществ, доступные питательные вещества (N, P, K) и способность к обмену катионами. Тестирование каждые один-три года помогает адаптировать применение удобрений, сокращая отходы и стоки. Многие сельскохозяйственные службы распространения предлагают недорогое тестирование почвы. Для домашних садоводов простые наборы DIY предоставляют базовую информацию о pH и основных питательных веществах.

Покрытие

Посадка покровных культур, таких как рожь, клевер или гречка, между товарными культурами защищает почву от эрозии, подавляет сорняки и добавляет органическое вещество. Легуминозные покровные культуры фиксируют азот из воздуха, уменьшая потребность в синтетических удобрениях. Корни покровных культур также улучшают структуру почвы и поддерживают полезные грибы. В Соединенных Штатах Служба охраны природных ресурсов Министерства сельского хозяйства США имеет программы, которые стимулируют покровное земледелие.

Сокращение посевной площади и безвозводное сельское хозяйство

Вспашка переворачивает верхний слой почвы, закапывая остатки и аэрируя почву, но она также разрушает почвенные агрегаты и убивает дождевых червей. Бездонное земледелие оставляет остатки сельскохозяйственных культур на поверхности и растения непосредственно в щетину предыдущего года. Эта практика резко снижает эрозию, строит органическое вещество и сохраняет влагу. Согласно No-Till Farmer , более 100 миллионов акров в США теперь обрабатываются с помощью некоторой формы консервации.

Интегрированное управление вредителями (IPM)

Химические пестициды могут нанести вред полезным почвенным организмам, нарушая цикл питательных веществ и подавляя болезни. IPM использует биологический контроль - например, хищных насекомых, полезных нематод и микробных биопестицидов - наряду с культурными практиками, такими как севооборот и устойчивые сорта. За счет сокращения химических входов IPM способствует разнообразной почвенной пищевой сети, которая естественным образом выдерживает вредителей и болезни.

Компостирование и органические поправки

Добавление компоста, навоза или зеленых отходов повышает органическое вещество почвы, улучшает водоснабжение и обеспечивает источник питательных веществ с медленным высвобождением. Компост также питает микробную жизнь. Муниципальные программы компостирования и компостирование на ферме уменьшают отходы при строительстве более здоровых почв. Для городских ландшафтов использование мульчи листьев и вырезки травы вместо их упаковывания возвращает питательные вещества в почву.

Террасинг и контурное сельское хозяйство

На склонах земли эрозия может быть серьезной. Террасинг создает ступеньки уровня, которые замедляют сток воды и ловят осадок. Контурное земледелие - разведение и посадка вдоль линий возвышения, а не вверх и вниз по холмам - также уменьшает эрозию. Эти древние методы все еще используются сегодня на рисовых полях, виноградниках и фермах на склонах холмов по всему миру.

Роль изменения климата в деградации и восстановлении почв

Изменение климата изменяет условия, в которых формируются почвы. Более высокие температуры ускоряют разложение органических веществ, потенциально высвобождая накопленный углерод в атмосферу. Более интенсивные события осадков увеличивают эрозию, в то время как длительные засухи высыхают почвы и снижают микробную активность. Однако здоровые почвы также могут быть частью климатического решения. Секвестрация углерода в почве — захват атмосферного CO2 и хранение его в качестве органического вещества — предлагает естественный способ уменьшить выбросы парниковых газов. Такие практики, как покрытие посевов, без дождевых и агролесоводство, могут увеличить запасы углерода в почве при одновременном улучшении плодородия.

В прибрежных районах повышение уровня моря и проникновение соленой воды угрожают здоровью почв в результате засоления. Адаптация к этим изменениям требует тщательного управления водными ресурсами и отбора устойчивых к соли культур. Связь между здоровьем почв и устойчивостью к изменению климата является растущей областью исследований, и землеустроители все чаще применяют методы регенерации, которые способствуют как органическому веществу почвы, так и засухоустойчивости.

Вывод: Управление почвой как живым активом

Почва не является инертной средой; это живая, дышащая экосистема, сформированная геологической историей, климатом и организмами, включая людей, которые населяют ее. Понимая процессы выветривания, накопления органических веществ и развития горизонта, мы получаем уважение к огромным временным рамкам, связанным с созданием плодородной почвы. Наш выбор землепользования, от сельского хозяйства до городского развития, может либо ухудшить этот незаменимый ресурс, либо повысить его способность поддерживать жизнь.

Устойчивое управление почвами не роскошь — это необходимость кормления растущего населения, фильтрации нашей воды и стабилизации климата. Стратегии, изложенные здесь — тестирование, обрезка, сокращение обработки почвы, IPM, компостирование и контроль эрозии — это проверенные способы поддержания продуктивных почв при защите окружающей среды. Будь вы фермером, ландшафтным архитектором, садовником или политиком, каждое решение, которое затрагивает почву, имеет значение. Относитесь к ней как к живому активу, и она будет продолжать поддерживать жизнь на протяжении веков.