1.11: Грунти

ВСТУП

Грунт відіграє важливу роль в сухопутних екосистемах. Для того, щоб співтовариство виробників і споживачів закріпилося на землі, грунт повинен бути присутнім. Крім того, якість ґрунту часто є обмежуючим фактором для зростання населення в екосистемах. Грунт являє собою складну суміш неорганічних матеріалів, органічних матеріалів, мікроорганізмів, води і повітря. Її формування починається з вивітрювання корінних порід або транспортування відкладень з іншої місцевості. Ці дрібні крупинки породи накопичуються на поверхні землі. Там вони змішуються з органікою, званої гумусом, що виникає в результаті розкладання відходів і відмерлих тканин організмів. Проникнення дощової води і повітря також сприяють суміші і потрапляють в пастку в порових просторах. Цей процес формування дуже повільний (від сотень до тисяч років), і тому втрата ґрунту або деградація можуть бути дуже згубними для громади.

ПРОФІЛЬ ҐРУНТУ

Зрілі грунти шаруваті. Ці шари відомі як ґрунтові горизонти, і кожен має виразну текстуру та склад. Типовий грунт має ґрунтовий профіль, що складається з чотирьох горизонтів, які позначаються: О, А, В і С. Горизонт О - верхній шар на поверхні землі. Він складається з поверхневої підстилки, такої як опале листя (дафф), палиці та інший рослинний матеріал, відходи тваринного походження та мертві організми. Виразний горизонт O може існувати не у всіх ґрунтових середовищах (наприклад, ґрунті пустелі). Нижче горизонту O знаходиться горизонт А, який також відомий як верхній шар грунту. Цей шар містить органічний перегній, який зазвичай надає йому характерний темний колір. Горизонт B, або надра - наступний шар вниз від поверхні. Він складається здебільшого з неорганічних гірських матеріалів, таких як пісок, мул та глина. Горизонт C сидить на вершині породи і тому складається з вивітрених фрагментів гірських порід. Фундаментна порода є джерелом вихідних неорганічних матеріалів, що знаходяться в грунті.

Горизонт O захищає нижній верхній шар ґрунту від ерозії та втрати вологи при випаровуванні. Горизонти O та A в типових зрілих ґрунтах мають велику кількість мікроорганізмів (наприклад, грибів, бактерій), дощових черв'яків та комах. Ці організми розкладають органічний матеріал з мертвих організмів і тваринних відходів на неорганічні поживні речовини, які використовуються рослинами. Органічний гумус на горизонті А допомагає утримувати воду та поживні речовини, роблячи його найбільш родючим шаром. Тому рослини з неглибокими корінням закріплені на горизонті А. Вода, просочуючись через верхні шари, може розчиняти водорозчинні мінерали та транспортувати їх до нижніх шарів у процесі, який називається вилуговуванням. Дуже дрібні глинисті частинки також можуть транспортуватися просочуванням води і накопичуватися в шарі надр. Скупчення глинистих частинок і вилугованих мінералів може призвести до ущільнення горизонту В. Це ущільнення може обмежити потік води через шар і привести до того, що грунт вище перезволожиться.

Горизонт B не такий родючий, як горизонт А, але глибоко вкорінені рослини можуть використовувати воду та мінерали, вилуговані в цей шар. Горизонт С являє собою перехідну зону між породою і грунтом. Він не має органічного матеріалу, але може бути насичений грунтовими водами, які не в змозі рухатися глибше через твердий бар'єр фундаментної породи внизу.

Різні типи ґрунту можуть мати різну кількість горизонтів, а склад і товщина цих горизонтів можуть відрізнятися від ґрунту до ґрунту. Тип ґрунту залежить від ряду факторів, включаючи: тип вихідного гірського матеріалу, тип рослинності, наявність органічних речовин, води та мінералів, клімат. Пасовищні та пустельні ґрунти не мають значного горизонту O, оскільки вони, як правило, не мають підстилки листя. Грунт на пасовищах може мати дуже густий, родючий горизонт А, тоді як ґрунти пустель та тропічних дощових лісів можуть мати дуже тонкі, бідні поживними речовинами горизонти. Горизонти А в хвойних лісах можуть сильно вимиватися.

ХАРАКТЕРИСТИКИ ҐРУНТУ

Більшість ґрунтів складається з вивітрюваного неорганічного гірського матеріалу. Відносні кількості різних розмірів і типів частинок гірських порід або зерен визначає текстуру ґрунту. Три основні типи кам'яних зерен, що містяться в грунті, є: пісок, мул та глина. Піщані зерна мають найбільші розміри зерен (0,05 - 2,0 мм) з трьох. Частинки мулу дрібнозернисті (0,05-0,002 мм), а глинисті частинки дуже дрібнозернисті (<0,002 мм). Зерна піску надають ґрунту відчуття зернистості, а частинки глини роблять її липкою. Грунти називаються відповідно до того, де їх піщаний мул і глинистий склад ділянки на структуру грунту трикутник. Різні області трикутника дають різні назви. Грунт, що містить близько 20:40:40 суміш глини, мулу та піску. Типовий суглинковий грунт складається приблизно з 20:40:40 суміші глини, мулу та піску. Якщо відсоток піску трохи вище, то грунт називають супіщаним, а якщо відсоток мулу трохи вище, то грунт - мулистий суглинки.

Текстура грунту визначає його пористість і проникність. Пористість ґрунту є мірою обсягу порових просторів між зернами ґрунту на об'єм ґрунту та визначає здатність утримувати воду та повітря (кисень) ґрунту. Грубі зерна з великими порами забезпечують кращу аерацію, а дрібні зерна з дрібними порами забезпечують хорошу затримку води.

Середній розмір пор визначає проникність грунту або легкість, з якою вода може проникнути в грунт. Піщані грунти мають низьку пористість і високу проникність (тобто вода погано утримується, але протікає по ним легко, а аерація хороша). З іншого боку, глинисті ґрунти мають високу пористість і низьку проникність (тобто вода утримується дуже добре, але протікає через неї нелегко і аерація бідна). Тому текстура ґрунту важлива для визначення того, який тип рослинності процвітає на певному ґрунті.

Структура грунту або «нахил» пов'язана з текстурою грунту. Нахил ґрунту описує, як різні компоненти ґрунту зчіплюються в грудки. Вона визначається кількістю глини і перегною в грунті. Фізико-хімічні властивості глини і гумусу дозволяють їм прилипати до інших частинок в грунті, утворюючи таким чином великі заповнювачі. Ці ж властивості також допомагають захистити грунт від вимивання поживних речовин. Грунти, в яких бракує глини і гумусу, дуже пухкі і легко продуваються або зміщуються вітром (тобто піщані дюни в пустелі).

РОДЮЧІСТЬ ГРУНТУ І pH

Є 16 елементів, необхідних для росту рослин. Рослини отримують три з них переважно з повітря і води: вуглецю, водню і кисню. Інші 13 елементів, як правило, надходять із ґрунту. Ці необхідні елементи для росту рослин можна згрупувати в три типи: первинні макроелементи (азот, калій, фосфор), вторинні макроелементи (кальцій, магній, сірка) і мікроелементи (бор, хлор, залізо, марганець, мідь, цинк, молібден). Наявні первинні макроелементи в грунті, як правило, є обмежуючим фактором росту рослин. У непорушених грунтах ці макроелементи поповнюються природними циклами речовини. У сільськогосподарських ґрунтах вони видаляються з природного циклу в таких великих кількостях, коли збирають врожай, що їх зазвичай потрібно замінити додатковими засобами (наприклад, добривами). Оскільки мікроелементи потрібні рослинам у значно менших кількостях, вони часто природним чином підтримуються в грунті в достатній кількості, щоб зробити підгодівлю добривами непотрібною.

Важливим фактором, що впливає на родючість ґрунту, є рН ґрунту (негативний журнал концентрації іонів водню). РН ґрунту - це показник кислотності або лужності ґрунтового розчину. За шкалою рН (від 0 до 14) значення семи представляє нейтральний розчин; значення менше семи представляє кислий розчин, а значення більше семи - лужний розчин. РН грунту впливає на здоров'я мікроорганізмів в грунті і контролює наявність поживних речовин в грунтовому розчині. Сильнокислі грунти (менше 5,5) перешкоджають росту бактерій, що розкладають органіку в грунті. Це призводить до накопичення нерозкладеної органічної речовини, яка залишає важливі поживні речовини, такі як азот, у формах, непридатних рослинам.

РН ґрунту також впливає на розчинність мінералів, що містять поживні речовини. Це важливо, оскільки поживні речовини повинні бути розчинені в розчині, щоб рослини засвоїли їх через коріння. Більшість мінералів більш розчинні в слабокислих грунтах, ніж в нейтральних або слаболужних грунтах.

Сильнокислі ґрунти (рН від чотирьох до п'яти), однак, можуть призвести до високих концентрацій алюмінію, заліза та марганцю в ґрунтовому розчині, що може гальмувати ріст деяких рослин. Однак інші рослини, такі як чорниця, процвітають у сильно кислому грунті. При високому рН (більше 8,5) багато мікроелементів, таких як мідь і залізо, стають обмеженими. Фосфор стає обмеженим як при низькому, так і при високому рН. Діапазон рН ґрунту приблизно від шести до восьми сприяє зростанню більшості рослин.

ДЕГРАДАЦІЯ ҐРУНТУ

Грунт може зайняти сотні або тисячі років, щоб дозріти. Тому, як тільки родючий верхній шар грунту втрачається, його нелегко замінити. Деградація ґрунту відноситься до погіршення якості ґрунту і супутнього зниження його здатності виробляти. Ґрунти деградують насамперед ерозією, втратою органічної речовини, втратою поживних речовин та засоленням. Такі процеси часто виникають внаслідок поганого управління ґрунтом під час сільськогосподарської діяльності. В крайніх випадках деградація ґрунтів може призвести до опустелювання (перетворення земель у пустелеподібні умови) сільськогосподарських та пастбищних угідь у напівпосушливих регіонах.

Ерозія є найбільшою причиною деградації ґрунту. Продуктивність ґрунту знижується в результаті втрат поживних речовин, ємності для зберігання води та органіки. Двома агентами ерозії є вітер і вода, які діють для видалення більш дрібних частинок з ґрунту. Це призводить до ущільнення грунту і поганого нахилу грунту. Діяльність людини, така як будівництво, лісозаготівля та використання позашляхових транспортних засобів, сприяють ерозії шляхом видалення природного рослинного покриву, що захищає ґрунт.

Сільськогосподарські практики, такі як надмірний випас та залишення розораних полів голими протягом тривалого періоду, сприяють ерозії сільськогосподарських угідь. Щороку приблизно два мільярди метричних тонн ґрунту розмиваються з сільськогосподарських угідь лише у Сполучених Штатах. Грунт, що транспортується ерозійними процесами, також може створювати проблеми в інших місцях (наприклад, шляхом засмічення водних шляхів та заповнення канав та низинних земельних ділянок).

Вітрова ерозія зустрічається переважно в рівнинних, сухих районах і вологих піщаних ділянках уздовж водойм. Вітер не тільки видаляє грунт, але і висушує і погіршує структуру грунту. Протягом 1930-х років погані методи вирощування та випасу худоби - у поєднанні з суворими умовами посухи - призвели до сильної вітрової ерозії ґрунту в регіоні Великих рівнин, який став відомим як «Пилова чаша». Вітер позбавив великі площі сільськогосподарських угідь верхнього шару грунту і утворив хмари пилу, які подорожували аж до східних Сполучених Штатів.

Водна ерозія є найбільш поширеним видом ерозії. Він зустрічається в декількох формах: ерозія бризок дощу, ерозія листів, ерозія рилів і ярова ерозія. Ерозія бризок дощу виникає, коли сила окремих крапель дощу, що потрапляє на непокриту землю, бризкає частинки грунту в повітря. Ці відокремлені частинки легше транспортуються і можуть додатково розбризкуватися вниз по схилу, викликаючи погіршення структури грунту. Листова ерозія виникає, коли вода рухається вниз по схилу у вигляді тонкої плівки і видаляє рівномірний шар грунту. Ерозія рилів є найпоширенішою формою водної ерозії і часто розвивається від ерозії листів. Грунт видаляється, коли вода протікає через маленькі струмочки по всій землі. Ярова ерозія виникає, коли рилли збільшуються і стікають разом, утворюючи глибоку яру.

Коли значна кількість солі накопичується в грунті в процесі, відомому як засолення, багато рослин не в змозі правильно рости або навіть вижити. Особливо це проблема на зрошуваних сільськогосподарських угіддях. Грунтові води, що використовуються для поливу, містять невелику кількість розчинених солей. Поливна вода, яка не вбирається в грунт, випаровується, залишаючи солі позаду. Цей процес повторюється і з часом відбувається сильне засолення грунту. Пов'язана проблема - заболочування грунту. Коли посівні землі зрошуються надмірною кількістю води, щоб вилуговувати солі, що накопичилися в грунті, надлишок води іноді не може стікати належним чином. При цьому вона накопичується під землею і викликає підйом підземного шару вод. Якщо солона вода піднімається до рівня коренів рослини, ріст рослин гальмується.

ЗБЕРЕЖЕННЯ ҐРУНТУ

Оскільки деградація ґрунтів часто спричинена людською діяльністю, збереження ґрунтів зазвичай вимагає змін у цих видах діяльності. Збереження ґрунту дуже важливо для сільського господарства, тому розроблені різні методи збереження, щоб зупинити або мінімізувати деградацію ґрунту під час землеробства. До таких методів належать: будівництво вітрозахисних заломів, no-till farming, контурне землеробство, терасування, стрічкова обрізка і агролісоліо

Створення вітрозахисних покривів шляхом посадки високих дерев по периметру фермерських полів може допомогти контролювати наслідки вітрової ерозії. Вітроутворення знижують швидкість вітру на рівні землі, важливий фактор вітрової ерозії. Вони також допомагають затримувати сніг у зимові місяці, залишаючи грунт менш оголеним. В якості побічної вигоди вітрові пробки також забезпечують середовище проживання птахів і тварин. Одним з недоліків є те, що вітрові перегородки можуть бути дорогими для фермерів, оскільки вони зменшують кількість наявних сільськогосподарських угідь.

Одним з найпростіших способів запобігання вітрової та водної ерозії сільськогосподарських угідь є мінімізація кількості обробітку грунту, або перевертання грунту. У сільському господарстві no-till (також називається консерваційним обробіток ґрунту) земля порушується якомога менше, залишаючи рослинні залишки на полах. Спеціальні сівалки вводять нове насіння та добрива в нерозораний грунт. Недоліком цього методу є те, що рослинні залишки можуть служити хорошим місцем проживання комах-шкідників і хвороб рослин.

Контурне землеробство передбачає оранку і посадку рядів культур по природним контурам пологих земель. Лінії посівних рядів перпендикулярно схилу допомагають уповільнити стік води і тим самим гальмують утворення рилів і ярів. Терасування - поширена техніка, яка використовується для боротьби з водною ерозією на більш крутих схилах пагорбах і горах. Широкі рівні тераси споруджуються по контурах схилів, і вони виступають в ролі гребель, що захоплюють воду для посівів і зменшують стік.

Смугова обрізка передбачає посадку різних культур на чергуються смуги землі. Одна культура, як правило, рядова культура, така як кукурудза, а інша - це ґрунтопокривна культура, така як люцерна. Покривна культура сприяє зменшенню стоку води та затримує ґрунт, розмивається від міжрядкової культури. Якщо покривна культура - це рослина, що фіксує азот (наприклад, люцерна, соя), то чергування смуг від однієї посадки до іншої також може допомогти зберегти родючість верхнього шару ґрунту.

Агролісомеліорація - це процес посадки рядів дерев упереміш з грошовою культурою. Крім того, що допомагають запобігти вітровій та водній ерозії ґрунту, дерева забезпечують тінь, яка сприяє збереженню вологи в ґрунті. Гниюча деревна підстилка також забезпечує деякі поживні речовини для міжпосаджених культур. Самі дерева можуть забезпечити грошовий урожай. Наприклад, плодові або горіхові дерева можуть бути висаджені зерновою культурою.