Organik maddelerden toprak - Soil organic matter

Toprak organik maddesi (SOM), toprağın çeşitli ayrışma aşamalarındaki bitki ve hayvan döküntülerinden , toprak mikroplarının hücre ve dokularından ve toprak mikroplarının sentezlediği maddelerden oluşan toprağın organik madde bileşenidir . SOM, toprağın fiziksel ve kimyasal özelliklerine ve düzenleyici ekosistem hizmetleri sağlama kapasitesine sayısız fayda sağlar . SOM, özellikle toprak fonksiyonları ve kalitesi için kritik öneme sahiptir .

SOM'un faydaları, bir dizi karmaşık, etkileşimli, edafik faktörden kaynaklanmaktadır; Toprak işlevine yönelik bu faydaların kapsamlı olmayan bir listesi, toprak yapısının iyileştirilmesini , kümelenmesini, su tutulmasını, toprak biyoçeşitliliğini , kirleticilerin emilmesini ve tutulmasını , tamponlama kapasitesini ve bitki besinlerinin çevrimi ve depolanmasını içerir . SOM artar Toprak verimliliğini sağlayarak katyon değiştirme siteleri ve bir yedek olarak bitki besin , özellikle azot (N), fosfor (P) ve sülfür ile birlikte (S), mikro besleyiciler , mineralizasyon SOM yavaşça serbest bırakır. Bu nedenle, SOM miktarı ve toprak verimliliği önemli ölçüde ilişkilidir.

SOM ayrıca büyük bir yutak ve toprak karbonu (C) kaynağı görevi görür . SOM'un C içeriği önemli ölçüde değişse de, SOM'un normalde %58 C içerdiği tahmin edilmektedir ve "toprak organik karbonu" (SOC), genellikle SOM ile eşanlamlı olarak kullanılır ve ölçülen SOC içeriği genellikle SOM için bir vekil olarak hizmet eder. Toprak, Dünya'daki en büyük C yutaklarından birini temsil eder ve küresel karbon döngüsünde ve dolayısıyla iklim değişikliğinin azaltılmasında önemlidir . Bu nedenle, SOM / SOC dinamikleri ve temin etmek toprakların kapasitesi ekosistem hizmetini ait karbon tutumu SOM yönetimi aracılığıyla son zamanlarda oldukça ilgi görmüştür.

Topraklardaki SOM konsantrasyonu, çoğu yüksek arazi toprağı için genel olarak toplam üst toprak kütlesinin %1 ila %6'sı arasında değişir . Üst horizonları %1'den daha az organik maddeden oluşan topraklar çoğunlukla çöllerle sınırlıdır , alçak, ıslak alanlardaki toprakların SOM içeriği ise %90'a kadar çıkabilir. %12 ila %18 SOC içeren topraklar genellikle organik topraklar olarak sınıflandırılır .

Living: Bu 3 cins ayrılabilir biyokütle ait mikroplar taze ve kısmen çürümüş döküntü ve humus . Yüzey bitkisi çöpü , yani taze bitkisel döküntü, genellikle SOM'dan hariç tutulur.

Kaynaklar

SOM'un birincil kaynağı bitkisel döküntüdür. Örneğin ormanlarda ve çayırlarda , farklı organizmalar taze döküntüleri daha basit bileşiklere ayrıştırır. Bu, ilki çoğunlukla mekanik olan ve ayrışma ilerledikçe daha kimyasal hale gelen birkaç aşamayı içerir. Mikrobiyal ayrıştırıcılar SOM'a dahil edilir ve birbirlerini avlayan ve daha sonra av haline gelen organizmaların bir besin ağı oluşturur.

Taze bitkisel madde tüketen ve kalıntısı daha sonra toprağa geçen başka otçullar da vardır . Bu organizmaların metabolizmalarının ürünleri, cesetlerini de içeren ikincil SOM kaynaklarıdır. Solucanlar, karıncalar ve kırkayaklar gibi bazı hayvanlar, organik maddenin hem dikey hem de yatay yer değiştirmesine katkıda bulunur.

Ek SOM kaynakları arasında bitki kökü eksüdaları ve odun kömürü bulunur .

Kompozisyon

Çoğu bitkisel döküntünün su içeriği %60 ila %90 aralığındadır. Kuru madde, esas olarak karbon, oksijen ve hidrojenden oluşan karmaşık organik maddeden oluşur. Bu üç element topraktaki organik maddenin kuru ağırlığının yaklaşık %92'sini oluştursa da azot, fosfor, potasyum, kükürt, kalsiyum, magnezyum ve birçok mikro besin gibi diğer elementler bitkilerin beslenmesi için çok önemlidir .

Bitkisel döküntüdeki organik bileşikler şunları içerir:

Karbonhidratlar oldukça basit karmaşıklığı karbon, hidrojen, ve oksijen ve aralığın oluşan şekerler , büyük moleküllere selüloz .
Butirik , stearik ve oleik gibi yağ asitlerinin gliseritlerinden oluşan yağlar . Ayrıca karbon, oksijen ve hidrojen içerirler.
Karmaşık bileşikler olan ligninler ahşabın eski kısımlarını oluşturur ve ayrıca esas olarak karbon, oksijen ve hidrojenden oluşur. Bozulmaya karşı dirençlidirler.
Karbon, hidrojen ve oksijene ek olarak azot içeren proteinler ; ve az miktarda kükürt, demir ve fosfor.
Organik maddenin eksik yanmasından elde edilen temel karbon olan kömür . Bozulmaya karşı dayanıklıdır.

Ayrışma

Genel olarak bitkisel detritus suda çözünmez ve bu nedenle bitkiler tarafından erişilemez. Bununla birlikte, bitki besin maddelerinin türetildiği ham maddeyi oluşturur . Toprak mikropları onu enzimatik biyokimyasal işlemlerle ayrıştırır , aynı maddeden gerekli enerjiyi elde eder ve bitki köklerinin emmeye yatkın olduğu mineral bileşikleri üretir. Organik bileşiklerin spesifik olarak mineral, yani inorganik bileşiklere ayrışması " mineralizasyon " olarak adlandırılır . Organik maddenin bir kısmı mineralleşmez ve bunun yerine " humus " olarak adlandırılan kararlı organik maddeye ayrışır .

Organik bileşiklerin ayrışması, bileşiğin doğasına bağlı olarak çok farklı oranlarda gerçekleşir. Hızlıdan yavaşa doğru sıralama şöyle:

Şekerler, nişastalar ve basit proteinler
Proteinler
hemiselülozlar
Selüloz
Ligninler ve yağlar

Meydana gelen reaksiyonlar 3 cinsten birine dahil edilebilir:

Karbondioksit, su ve ısı üreten enzimatik oksidasyon . Konunun çoğunu etkiler.
Bir dizi spesifik reaksiyon, temel elementleri azot, fosfor ve kükürt serbest bırakır ve mineralize eder.
Mikrobiyal etkiye dirençli bileşikler, orijinal bileşiklerin modifikasyonu veya humus üretmek için yenilerinin mikrobiyal sentezi ile oluşturulur .

Mineral ürünler şunlardır:

eleman	Mineral Ürünler
Karbon	CO ₂ , CO ₃²⁻ , HCO ₃⁻ , CH ₄ , C
Azot	NH ₄⁺ , NO ₂^- , NO ₃^- , N ₂ (gaz), N ₂ O (gaz)
Kükürt	S, H ₂ S, SO ₃²⁻ , SO ₄²⁻ , CS ₂
Fosfor	H ₂ PO ₄^- , HPO ₄²⁻
Diğerleri	H ₂ O, O ₂ , H ₂ , H ⁺ , OH ⁻ , K ⁺ , Ca ²⁺ , Mg ²⁺ , vb.

Humus

Bitkisel detritus ayrıştığında, modifiye ligninler, yağlar, yağlar ve mumlar dahil olmak üzere bazı mikrobiyal olarak dirençli bileşikler oluşur. İkinci olarak, polisakkaritler ve poliüronitler gibi bazı yeni bileşikler sentezlenir . Bu bileşikler humusun temelidir . Bu bileşikler ile bazı proteinler ve nitrojen içeren diğer ürünler arasında yeni reaksiyonlar meydana gelir, böylece nitrojen katılır ve mineralizasyonu önlenir . Diğer besinler de bu şekilde mineralleşmeden korunur.

hümik maddeler

Hümik maddeler asit ve alkalilerdeki çözünürlüklerine ve ayrıca kararlılıklarına göre 3 cinse ayrılır:

Fulvik asit , moleküler ağırlığı en düşük, asitlerde ve alkalilerde çözünür, mikrobiyal etkiye duyarlı maddeyi içeren cinstir.
Hümik asit , orta moleküler ağırlığa sahip, alkalilerde çözünür ve asitlerde çözünmeyen ve mikrobiyal etkiye karşı bir miktar direnci olan ara maddeyi içeren cinstir.
Humin , moleküler ağırlığı en fazla olan, rengi en koyu olan, asitlerde ve alkalilerde çözünmeyen ve mikrobiyal etkiye karşı en büyük dirence sahip olan maddeyi içeren cinstir.

Karbon döngüsünde işlev

2.500 gigaton olduğu tahmin edilen küresel toprak karbon havuzuyla birlikte, toprağın küresel karbon döngüsünde çok önemli bir işlevi vardır . Bu, 750 gigatondaki atmosferik havuzun 3,3 katı ve 560 gigatondaki biyotik havuzun 4,5 katıdır. Havuz organik karbon esas SOM şeklinde gerçekleşir, geri kalanı için hesap toprak inorganik karbon (SIC) ile, toplam küresel karbon havuzunun yaklaşık 1.550 gigaton oluşturmaktadır. Organik karbon havuzu, kazançlar ve kayıplar arasında dinamik bir denge içinde bulunur; bu nedenle toprak , eksojen faktörlere bağlı olarak sırasıyla sekestrasyon veya sera gazı emisyonları yoluyla bir karbon yutağı veya kaynağı olarak hizmet edebilir .

Languages

In other projects