Table of Contents

Геологический фонд Среднего Запада сельскохозяйственного ландшафта

На Среднем Западе США производится значительная доля кукурузы, сои, пшеницы и скота. Эта продуктивность не случайна. Она проистекает из сложного взаимодействия климата, топографии и, что критически важно, геологии. Осадочные породы, которые образуют основу региона, разрушаются на протяжении тысячелетий, чтобы создать почвы, от которых зависят фермеры. Тип осадочных пород в данном месте определяет текстуру почвы, содержание минералов, уровень pH и дренажную способность. Эти факторы напрямую влияют на то, какие культуры можно выращивать, как ими нужно управлять, и какие ресурсы необходимы для поддержания долгосрочного плодородия.

Поэтому понимание типов осадочных пород имеет важное значение для всех, кто занимается сельским хозяйством на Среднем Западе. Фермеры, агрономы и землеустроители, которые понимают геологическую основу своих полей, могут принимать более правильные решения о выборе сельскохозяйственных культур, практике обработки почвы, применении удобрений и управлении водными ресурсами. В этой статье рассматриваются основные осадочные породы, присутствующие на Среднем Западе, и объясняется, как каждая из них формирует сельскохозяйственные практики в регионе.

Основные осадочные типы скал на Среднем Западе

Средний Запад является преимущественно осадочным, заложенным в палеозойскую и мезозойскую эпохи, когда мелководные моря покрывали большую часть континента.Три наиболее влиятельных типа горных пород — известняк, сланец и песчаник. Каждый из них имеет свои физические и химические свойства, которые влияют на формирование почвы и сельскохозяйственный потенциал.

известняк

Известняк состоит в основном из карбоната кальция (CaCO3), который накапливается из раковин и скелетов морских организмов. Это один из наиболее распространенных типов пород на Среднем Западе, особенно в южных частях Индианы, Огайо, Иллинойса и в Кентукки и Миссури. Известняк выдерживает медленно, но неуклонно, высвобождая ионы кальция и магния в почву. Этот процесс естественным образом буферизирует рН почвы, обычно создавая слегка кислые до нейтральных условий, которые благоприятствуют таким культурам, как кукуруза, соя и люцерна. Почвы, полученные из известняка, как правило, плодородны и хорошо структурированы, с хорошей водонепроницаемостью.

сланцевый

Сланец — мелкозернистая осадочная порода, образованная из уплотненной глины и ила. Он широко распространен на Среднем Западе, особенно в районах, которые когда-то были глубокими морскими бассейнами. Высокое содержание сланцевой глины придает ей низкую проницаемость, то есть вода медленно стекает через скалу. Когда сланцевые почвы выпадают в почву, богатые глиной почвы могут быть тяжелыми, плохо дренированными и склонными к уплотнению. Однако эти почвы часто эффективно сохраняют питательные вещества, потому что частицы глины имеют высокую способность к обмену катионов. Фермеры, работающие на сланцевых почвах, должны тщательно управлять дренажем и, возможно, им придется корректировать методы обработки почвы, чтобы избежать деградации структуры почвы.

песчаник

Песчаник образуется из цементированных песчаных зерен, обычно кварца. Он распространен в некоторых частях Верхнего Среднего Запада, включая Висконсин, Миннесоту и Мичиган. Песчаник выдерживает сырые текстурированные, хорошо дренированные почвы, которые быстро нагреваются весной. Эти почвы имеют низкую удержание питательных веществ и низкую водонепроницаемость, что во многих случаях требует частого орошения и оплодотворения. Почвы, полученные из песчаника, часто лучше подходят для таких культур, как мелкие зерна, картофель и некоторые овощи, а не для рядовых культур с высоким спросом.

Доломит

Доломит похож на известняк, но содержит карбонат магния в дополнение к карбонату кальция. Он распространен в районе Великих озер и частях центрального Среднего Запада. Почвы, полученные из доломита, как правило, щелочные и богатые магнием. Хотя это может быть полезно, высокие уровни магния по отношению к кальцию иногда могут вызывать дисперсию почвы и снижение инфильтрации воды. Фермерам на почвах, полученных из доломита, может потребоваться тщательно управлять балансами магния и кальция.

Как осадочные породы формируют свойства почвы

Влияние осадочных пород на почву выходит за рамки простого минерального содержания.Физическая структура породы определяет размер частиц распределения получаемой почвы, что в свою очередь влияет на все: от проникновения корней до микробной активности.

pH почвы и доступность питательных веществ

Известняк и доломит производят щелочные почвы из-за содержания в них карбоната. В этих почвах доступность фосфора обычно хорошая, а микроэлементы, такие как железо, цинк и марганец, могут быть менее доступными. Напротив, сланец и песчаник производят кислые почвы, которые могут иметь обильные микроэлементы, но могут потребовать применения извести для повышения рН для культур, которые предпочитают нейтральные условия. РН почвы напрямую влияет на растворимость питательных веществ, а управление рН является одной из самых важных задач для фермеров Среднего Запада.

Текстура почвы и дренаж

Песчаник дает песчаные почвы с большими поровыми пространствами, что позволяет быстро перемещать воду и хорошо аэрировать. Эти почвы быстро высыхают и склонны к выщелачиванию. Сланец дает глинистые почвы с крошечными поровыми пространствами, что приводит к медленному дренажу и потенциальному заболачиванию. Суглинистые почвы, которые идеально подходят для большинства культур, обычно образуются из смесей породных типов или из таких пород, как известняк, которые производят сбалансированное распределение частиц по размеру.

Органическая материя и поглощение углерода

Почвы, полученные из сланца, часто имеют более высокое содержание органических веществ, поскольку медленный дренаж и тонкая текстура снижают скорость разложения. Это делает их эффективными при хранении углерода. Песчаные почвы из песчаника имеют более низкое содержание органических веществ из-за быстрого разложения и выщелачивания. Почвы, полученные из известняка, попадают между ними в зависимости от местных условий дренажа. Содержание органических веществ влияет не только на плодородие, но и на способность почвы удерживать влагу и поддерживать полезные микроорганизмы.

Сельскохозяйственная адаптация в регионах, определенных горными породами

Фермеры давно осознали, что земля под их ногами диктует, что они могут делать. Осадочная геология Среднего Запада сформировала отдельные сельскохозяйственные регионы, каждый со своим набором лучших практик.

Известняковые области: сердце кукурузного пояса

Классический Кукурузный пояс, простирающийся через центральный Иллинойс, Индиану, Огайо и в Айову, в основном находится на почвах, полученных из известняка. Эти почвы естественно плодородны и хорошо дренированы, поддерживая высокие урожаи кукурузы и сои. Фермеры в этих районах часто практикуют непрерывные вращения кукурузы или кукурузных соевых бобов с минимальной потребностью в лиминге. Однако высокая фертильность также означает, что управление питательными веществами должно быть точным, чтобы избежать стока азота и фосфора в водные пути. Нет-тилль и консервационная обработка все чаще принимаются для защиты структуры почвы и уменьшения эрозии на этих продуктивных землях.

Сланцевые регионы: молочный и кормовой пояс

Районы с сланцевыми почвами, такие как части восточного Огайо, западной Пенсильвании и южной Индианы, часто поддерживают молочное земледелие и производство корма. Тяжелые глинистые почвы хорошо сохраняют влагу, что делает их пригодными для трав и люцерны. Однако эти почвы трудно работать, когда влажно, поэтому фермеры должны тщательно отрабатывать полевые операции. Установка дренажной плитки является обычным делом для удаления избытка воды. Применение мануре из молочных операций должно быть управляемым, чтобы избежать накопления питательных веществ в медленно дренирующих почвах. Вращение урожая часто включает сено, мелкие зерна и силосную кукурузу.

Регионы песчаника: специальные культуры и небольшие зерна

Песчаные почвы, полученные из песчаника в Висконсине, Мичигане и Миннесоте, хорошо подходят для культур, которые требуют хорошего дренажа и теплой температуры почвы. Картофель, морковь, лук и другие овощи распространены в этих районах. Мелкие зерна, такие как пшеница, ячмень и овес, также хорошо работают. Фермеры в районах песчаника должны чаще применять удобрения, потому что питательные вещества быстро выщелачиваются. Ирригация часто необходима для дополнения осадков, особенно во время сухих периодов. Обрезка покрова имеет решающее значение для защиты почвы от эрозии ветра и добавления органического вещества.

Доломитовые регионы: сады и специальные культуры

Почвы, полученные из доломита, в районе Великих озер, особенно в Мичигане и Висконсине, поддерживают производство фруктов, в том числе яблок, вишни и винограда. Щелочной pH и содержание магния могут быть сложными, но при правильном управлении эти почвы производят высококачественные фрукты. Производители часто используют поправки для корректировки pH и применения гипса для противодействия воздействию избытка магния. Хорошо дренированный характер этих почв в сочетании с сдерживающим воздействием Великих озер на климат создает идеальные условия для специализированных культур.

Стратегии управления почвами для осадочных почв

Эффективное управление почвами на Среднем Западе требует индивидуального подхода, основанного на геологии. Хотя многие принципы применимы по всем направлениям, конкретные проблемы и возможности, представленные различными осадочными породами, требуют индивидуальных стратегий.

Тестирование и анализ почвы

Регулярное тестирование почвы является основой хорошего управления. Фермеры должны проверять pH, органическое вещество, макро- и микроэлементы и способность обмена катионами. Понимание исходного материала помогает интерпретировать эти результаты. Например, низкий pH почвы на почвах, полученных из песчаника, может просто отражать геологию, а не плохое управление, и требуемая скорость применения извести будет отличаться от сланцевой почвы с тем же pH. Ресурсы USDA и кооперативные отделения расширения предоставляют руководство по протоколам тестирования почвы, адаптированным к региональной геологии.

Управление известью и питательными веществами

На кислых почвах из сланца или песчаника необходимо применять известь для повышения рН. Требуемое количество зависит от буферной способности почвы, на которую влияет содержание глины и органического вещества. Почвы с высоким содержанием глины (из сланца) требуют большего количества извести на единицу изменения рН, чем песчаные почвы. Для щелочных почв из известняка или доломита фермерам может потребоваться использовать подкисляющие удобрения, такие как сульфат аммония, или применять элементарную серу для снижения рН для культур, которые предпочитают более кислые условия. Управление фосфором и калием также варьируется: песчаные почвы нуждаются в более частых, но меньших применениях, в то время как глинистые почвы могут оплодотворяться реже.

Управление дренажом

Почвы сланцевого происхождения часто требуют искусственного дренажа, чтобы стать продуктивными. Системы дренажа плитки широко используются на Среднем Западе для удаления избыточной воды из тяжелых почв. Правильное расстояние и глубина дренажа зависят от гидравлической проводимости почвы, которая может быть измерена с помощью руководства NRCS. Напротив, почвы, полученные из песчаника, редко нуждаются в улучшении дренажа, но могут потребовать ирригационных систем для поддержания роста урожая в сухие периоды. Почвы, полученные из известняка, обычно имеют хороший естественный дренаж, хотя некоторые более тонкие текстурированные известняковые почвы могут извлечь выгоду из дренажной плитки.

Сохранение почвы и покрытие

Особую пользу практика не дождевых и пониженных дождевых обработок приносит почвам сланцевого происхождения, где чрезмерная обработка почвы может разрушить структуру почвы и привести к уплотнению. Покровные культуры, такие как зерновая рожь, волосатая ветча и редька, могут улучшить структуру почвы, добавить органическое вещество и улавливать питательные вещества, которые в противном случае могли бы выщелачиваться. На песчаных почвах покровные культуры необходимы для предотвращения ветровой эрозии и создания органического вещества. Для почв из известняка консервация уменьшает эрозию на наклонной почве и помогает поддерживать здоровье почвы.

Региональные тематические исследования: как геология формирует сельское хозяйство

Почвы сланцевого происхождения в Западном Огайо

В западном Огайо присутствие сланцевого дерева Огайо создает тяжелые, темные почвы, богатые органическим веществом, но склонные к заболачиванию. Фермеры в этом регионе установили обширные дренажные сети плитки для преобразования влажных глинистых почв в продуктивные сельскохозяйственные угодья. Кукуруза и соя выращиваются, но урожайность может быть переменной в зависимости от весенних осадков и эффективности дренажа. Молочное земледелие также распространено, фермеры используют плодородные глинистые почвы для сена и пастбищ. Районы сохранения почв в этом районе способствуют обрезке покрова и контролируемому дренажу, чтобы уменьшить потерю питательных веществ и улучшить качество почвы.

Карстовый пейзаж юго-восточной Миннесоты

Юго-восточная Миннесота находится на карстовой местности, подстилаемой известняком и доломитом. Растворимая основа создала воронки, источники и подземные дренажные системы. Фермеры в этом регионе должны тщательно управлять питательными веществами, чтобы предотвратить загрязнение грунтовых вод через карстовые каналы. Почвы, полученные из известняка, плодородны и поддерживают высокие урожаи кукурузы и сои, но чувствительность окружающей среды требует точного управления питательными веществами. Университет Миннесоты предлагает конкретные рекомендации по сельскому хозяйству в карстовых районах, включая рекомендации по выбору урожая и срокам удобрений.

Песчаные равнины Центрального Висконсина

Центральные песчаные равнины Висконсина, полученные из песчаника и ледникового промывания, представляют собой некоторые из самых сложных сельскохозяйственных условий в штате. Почвы грубые, кислые и с низким содержанием органического вещества. Фермеры здесь выращивают картофель, сладкий кукуруза, фасоль и клюкву (в грядках). Ирригация почти универсальна, и удобрения применяются через системы оплодотворения для удовлетворения спроса на урожай. Покровные культуры имеют решающее значение для строительства органического вещества, и многие фермеры используют ротацию, которая включает год покрова для восстановления здоровья почвы. Несмотря на проблемы, регион стал основным производителем специальных культур из-за постоянного качества песчаных почв и наличия ирригационной воды.

Экономические и экологические последствия

Связь между осадочными породами и сельским хозяйством имеет четкие экономические и экологические последствия. На плодородных известняковых почвах высокие урожаи приводят к сильным доходам ферм, но интенсивное производство может привести к стеканию питательных веществ и проблемам качества воды в бассейне реки Миссисипи и Мексиканском заливе. На сланцевых почвах стоимость установки и обслуживания дренажной плитки является значительным капиталовложением, но полученная земля ценна для растениеводства и кормового производства. На песчаных почвах высокая стоимость орошения и оплодотворения компенсируется премиальными ценами, которые могут командовать специализированными культурами на рынке.

Экологическое управление должно быть адаптировано к геологии. В карстовых районах предотвращение загрязнения грунтовых вод является главным приоритетом. В богатых глиной регионах контроль стока и эрозии почвы имеет важное значение. На песчаных почвах сокращение выщелачивания нитратов требует точного управления азотом и использования покровных культур. Различия в типе почвы также влияют на потенциал поглощения углерода: глинистые почвы могут хранить больше углерода, чем песчаные почвы, но при определенных условиях они также выделяют больше закиси азота.

Изменение климата добавляет еще один слой сложности. Более интенсивные весенние дожди увеличивают риск затопления глинистых почв и выщелачивания питательных веществ на песчаных почвах. Более длительные вегетационные периоды могут позволить расширить выбор культур, но только в том случае, если почва может их поддержать. Понимание геологической основы свойств почвы будет иметь важное значение для адаптации к изменяющемуся климату.

Вывод: Геология как руководство для устойчивого сельского хозяйства

Осадочные породы, лежащие в основе Среднего Запада, не просто геологическое любопытство. Они являются основой, на которой был построен один из самых продуктивных сельскохозяйственных регионов мира. Известняк, сланец, песчаник и доломит создают отдельные почвы с определенными сильными сторонами и ограничениями. Фермеры, которые понимают это, могут принимать обоснованные решения о выборе урожая, управлении почвой и охране окружающей среды.

Поскольку сельское хозяйство сталкивается с проблемами кормления растущего населения при защите природных ресурсов, роль геологии становится еще более важной. Точные технологии сельского хозяйства, оплодотворение с переменной скоростью и передовой дренажный дизайн работают лучше всего, когда они основаны на понимании исходного материала почвы. Глядя на камни под почвой, фермеры могут увидеть путь к большей производительности, прибыльности и устойчивости.

Для всех, кто занимается сельским хозяйством на Среднем Западе, уделить время изучению местной геологии породы — это стоящая инвестиция. Это объясняет, почему некоторые поля, естественно, более продуктивны, чем другие, почему некоторые методы управления работают лучше в некоторых областях, чем другие, и как адаптироваться к меняющимся условиям в долгосрочной перспективе. Камни могут быть старыми, но уроки, которые они преподают, вневременные.