Kegigihan bahan organik tanah dijelaskan tidak banyak oleh strukturnya, seperti keadaan di mana ia berada • Alexey Gilyarov • Berita sains mengenai "Unsur" • Sains tanah, Geokimia, Mikrobiologi

Kegigihan bahan organik tanah dijelaskan tidak banyak oleh strukturnya, seperti keadaan di mana ia berada.

Bahan organik tanah adalah salah satu komponen terpenting yang menentukan kesuburannya. Alexey Gavrilovich Venetsianov. "Di tanah pertanian, musim bunga." 1820s Galeri Negeri Tretyakov. Imej dari ru.wikipedia.org

Menurut pandangan yang diterima umum, kestabilan luar biasa bahan organik tanah (dan ia boleh dipelihara tanpa mengurai beratus-ratus dan beribu-ribu tahun) hanya disebabkan oleh struktur molekul besar bahan humik yang terbentuk daripada bahan tumbuhan mati. Baru-baru ini, semakin banyak penyelidik telah sampai pada kesimpulan bahawa bahan-bahan humik yang dikeluarkan di makmal mungkin merupakan artifak proses ekstraksi. Kestabilan bahan organik tanah dijelaskan tidak banyak oleh struktur molekulnya (sebenarnya, bahan itu boleh diwakili dalam tanah oleh komponen yang sangat berbeza), seperti keadaan di mana ia terletak. Struktur tanah sangat rumit dan heterogen sehingga mikroorganisma dan enzim yang dirembes olehnya dapat dipisahkan dari substrat untuk diuraikan. Nama jurnal yang baru diterbitkan Alam Artikel kumpulan besar penulis mengatakan untuk dirinya sendiri: "Pemeliharaan jangka panjang bahan organik tanah sebagai harta ekosistem."

Bahan organik tanah mengandungi kira-kira 1,550 gigatons karbon, ditambah kira-kira 950 Gt karbon dalam bentuk mineral (lihat Rajah 1). Ini adalah tiga kali lebih banyak daripada di atmosfera, dan empat kali lebih banyak daripada tumbuh-tumbuhan daratan. Sebahagian besar karbon yang dipancarkan setiap tahun ke dalam atmosfera dari pembakaran bahan api fosil (arang batu, minyak, gas) terikat dalam proses fotosintesis oleh tanaman hijau, dan kemudian dalam bentuk sisa tumbuhan mati masuk ke dalam tanah.

Rajah. 1. Kolam utama dan aliran karbon di biosfera. Karbon yang terikat di limestones dan dolomit (jangka panjang "stor") tidak ditunjukkan. Atas sebab kemudahan, nisbah saiz bulatan yang menunjukkan kolam tidak dikekalkan. Jadi, kolam lautan sebenarnya 50 kali lebih tinggi daripada atmosfera. Semua anggaran kolam berada dalam berbilion tan, atau gigatons (Gt, 109 tan) karbon, dan anggaran fluks karbon dalam gt / tahun. Oleh: Lal, 2008. Phil. Trans. R. Soc. B. V. 363. P. 815-830

Dalam kitaran karbon global, tanah mempunyai peranan yang sangat istimewa. Ini bukan sahaja "zon akar" (ungkapan A.A. Zavarzin), tetapi juga jenis depot karbon, di mana atom-atomnya dalam komposisi bahan-bahan organik tertentu berlarutan selama ratusan dan ribuan tahun.Walau bagaimanapun, ia masih bukan repositori jangka panjang seperti karbonat, dolomit atau kerogen (bahan organik dari batu sedimen), di mana karbon yang dikeluarkan dari kitaran itu ditangguhkan oleh beratus-ratus ribu dan berjuta-juta tahun. Kolam bahan organik tanah bertindak balas dengan cepat terhadap sebarang kesan gangguan luar (contohnya, meningkatkan pelepasan CO2 ke atmosfera dengan pemanasan yang tajam). Tanah ini adalah komponen biosfera yang sangat mudah terjejas, dan itulah sebabnya perhatian para penyelidik di seluruh dunia dipetik ke tanah.

Semak artikel pasukan saintis yang besar dari berbagai negara (Amerika Syarikat, Jerman, Belgium, Itali, Inggeris, Israel, Norway), yang muncul baru-baru ini dalam jurnal AlamIa didedikasikan kepada yang terkenal, tetapi sebenarnya masalah yang tidak difahami panjang (diukur dalam beratus-ratus dan beribu-ribu tahun) pemeliharaan bahan organik di dalam tanah. Hakikatnya ialah termodinamik ia tidak sepatutnya stabil. Akibatnya, terdapat beberapa keadaan yang menghalang penguraiannya. Mengikut pandangan tradisional, keseluruhannya adalah dalam sifat bahan itu sendiri, yang diwakili oleh struktur makromolekul yang sangat tidak terbatas (lihat: zat Humin).Dianggap bahawa makromolekul tersebut dibentuk oleh reaksi pemeluwapan dari molekul yang lebih mudah, yang berasal dari bahan sampah tumbuhan (daun mati dan batang tumbuhan). Semua kesimpulan dibuat berdasarkan kajian bahan-bahan yang diekstrak dari tanah dengan asid atau alkali (Rajah 2).

Rajah. 2 Dua pendekatan untuk menjelaskan kegigihan bahan organik tanah. Pendekatan tradisional (a, di bahagian atas), berdasarkan pengekstrakan (dengan asid dan alkali) bahan daripada sampel tanah (tanah). Berdasarkan kajian bahan-bahan ini, diasumsikan bahawa tindak balas berlaku secara langsung di dalam tanah (yang dipanggil tindak balas pemeluwapan), akibatnya molekul besar bahan humik yang tahan terhadap penguraian dibentuk dari molekul kecil. Mengikut pendekatan baru (b, turun di bawah), sampel tanah mesti diperiksa di tapak (in situ), menggunakan kaedah penghuraian tinggi moden (contohnya, spektroskopi) tanpa memusnahkan struktur bahan itu sendiri. Ternyata terdapat sebatian yang cukup sederhana di dalam tanah, dan tidak perlu untuk memperlihatkan proses kabur pembentukan makromolekul di dalam tanah.Dalam erti kata lain, hasil kaedah lama adalah sebahagian besar artifak, pembentukan tiruan yang tidak berlaku dalam alam semula jadi. Dari artikel yang dibincangkan di Alam

Pendekatan yang sedang dibentuk bertujuan untuk meneruskan analisis kepada proses pemeliharaan dan penguraian bahan organik secara langsung, in situ. Ini memerlukan kaedah yang agak kompleks, memandangkan persekitaran tanah itu sendiri adalah luar biasa heterogen. Ia berinteraksi dengan zarah pepejal, cecair, gas dan organisma hidup. Skala heterogeneasi spatial berbeza dari nanometer hingga beberapa ratus meter. Ternyata beberapa bahan yang secara tradisinya dianggap berterusan (sebagai contoh, asid alkanoik dan lignin) sebenarnya terurai selama beberapa tahun, atau sekurang-kurangnya 20-30 tahun, dan mudah memusnahkan gula dapat bertahan di tanah selama beberapa dekad. Adalah menjadi jelas bahawa, berdasarkan kajian tahap awal penguraian sampah tumbuhan segar, sukar untuk membuat kesimpulan tentang bagaimana proses akan diteruskan di masa depan.

Komponen penting bahan organik tanah adalah arang terbentuk semasa kebakaran.Dalam ekosistem berumput (steppes, padang rumput, sabana) dan di hutan utara, arang boleh mencatat sehingga 40% daripada jumlah keseluruhan tanah organik. Kestabilan arang sangat tinggi – bukan untuk apa-apa yang dicadangkan untuk digunakan sebagai gudang karbon yang dikeluarkan dari atmosfera (lihat: Karbon yang dikeluarkan dari atmosfera boleh disimpan di dalam tanah, Elemen, 05/28/2007), tetapi, sebagai penulis artikel yang dibincangkan menekankan, ia tidak boleh dipandang remeh. Bergantung pada suhu di mana pirolisis tisu tumbuhan berlaku, rintangannya agak berbeza.

Pendekatan tradisional sebagai sumber utama bahan yang membentuk kolam organik tanah dianggap di atas semua oleh bahagian atas tumbuhan di atas (Rajah 3). Walau bagaimanapun, kajian baru-baru ini menggunakan biomarker (ciri-ciri bahan organ tumbuhan tertentu) menunjukkan bahawakira-kiraKebanyakan karbon organik tanah berasal dari akar. Di samping itu, tumbuh-tumbuhan yang tumbuh tumbuh-tumbuhan memancarkan bahan-bahan organik ke dalam alam sekitar, menyumbang kepada pembebasan unsur-unsur pemakanan mineral (yang disebut dalam rembesan akar vivo).Bahan-bahan ini secara aktif digunakan oleh bakteria tanah, yang kemudiannya mengurai dan organik yang lebih stabil. Sudah tentu, kulat mycorrhizal memberikan sumbangan penting kepada transformasi bahan organik tanah (lihat mycorrhiza).

Rajah. 3 Dua pandangan mengenai masalah persistensi perkara organik tanah. a – Menurut pandangan yang ditegaskan, sumber utama bahan organik di dalam tanah adalah sisa tumbuhan, terutamanya daun mati. Dianggap bahawa tindak balas pemeluwapan berlaku di dalam tanah (Tindak balas pemeluwapan), yang membawa kepada pembentukan molekul besar. Struktur molekul bahan ini menentukan kestabilan luar biasa dan, dengan itu, tinggal lama di dalam tanah. b – Menurut pandangan baru, bahan organik tanah mempunyai beberapa sumber asal. Ini adalah, pertama, sampah tumbuhan, yang termasuk tisu mati daun, batang, dan seluruh rhizosphere (iaitu, akar dan khazanah mycorrhizal yang berkaitan), kedua, arang (sisa api yang lalu), ketiga, "rembesan akar "(dalam vivo ekskresi bahan organik dengan akar), keempat, produk metabolik bakteria tanah.Kestabilan bahan organik di dalam tanah adalah disebabkan oleh keadaan yang menghalang penguraiannya. Khususnya, perpecahan murni fizikal (Pemotongan fizikal) komponen yang diperlukan untuk penguraian berlaku (contohnya, ketiadaan mikroorganisma di tempat yang betul atau enzim yang dilepaskan ke medium); proses penyerapan dan desorpsi (Penyerapan / desorpsi) – pembentukan dan pemusnahan kompleks mineral organo; dan juga proses pembekuan dan pencairan tanah (Pembekuan / pencairan). Oleh itu, peninggalan lama bahan organik di dalam tanah ditentukan bukan oleh keunikan struktur molekulnya, tetapi oleh beberapa proses. Perubahan keadaan (pemanasan, penebangan hutan, dan sebagainya) boleh mengakibatkan ketidakstabilan pesat seluruh sistem. Dari artikel yang dibincangkan di Alam

Jumlah yang diduduki dalam tanah secara langsung oleh mikroorganisma adalah sangat kecil, ketara kurang daripada 1%. Dan habitat mikro mereka, yang dihubungkan dengan ruang liang (diisi atau tidak diisi dengan air), sangat tidak teragih di dalam tanah. Pemecahan habitat seperti ini menyumbang kepada penyelenggaraan kepelbagaian biologi mikroflora yang tinggi, tetapi pada masa yang sama ia dapat menghalang penguraian bahan organik.Mikroorganisma (dan enzim-enzim yang dirembeskan oleh mereka) boleh diasingkan secara fizikal dari bahan organik yang merupakan makanan mereka yang berpotensi. Ini amat jelas dalam lapisan dalam tanah (dalam "tanah bawah"), yang sering mengandungi karbon organik sebanyak 30 cm. Menurut kaedah radiokarbon, umur bahan organik "dalam" diukur dalam ribuan dan puluhan ribu tahun. Mengapa bahan ini sangat stabil tidak begitu jelas, tetapi antara sebab-sebab yang mungkin dipanggil: 1) ketiadaan keadaan yang sesuai untuk mikroorganisma; 2) pembentukan kompleks mineral organo, yang sukar untuk mempengaruhi organisma; 3) kepekatan tempatan yang sangat rendah dari bahan organik itu sendiri, sifat yang tersebar dari pengedarannya.

Penulis artikel ini bercakap mengenai keperluan untuk menyatukan usaha para pakar yang berbeza. Sebagai contoh, contohnya, satu kumpulan penyelidik terlibat dalam penguraian sampah tumbuhan segar di sampah, dan yang lain – secara eksklusif dalam interaksi organo-mineral di bawah tanah. Jurang besar wujud antara mereka yang menjalankan pemerhatian lapangan dan mereka yang menjalankan kajian makmal eksperimen.Untuk menyelesaikan masalah kelestarian bahan organik tanah dan meramalkan dinamika karbon tanah dalam iklim yang berubah-ubah, hubungan yang lebih dekat dengan pakar berdasarkan pendekatan yang berbeza diperlukan.

Sumber: Michael W. I. Schmidt, Margaret S. Torn, Samuel Abiven, Thorsten Dittmar, Georg Guggenberger et al. Harta ekosistem Alam. 2011. V. 478. P. 49-56.

Lihat juga:
1) D. Orlov Bahan humik di biosfera // Jurnal Pendidikan Soros, 1997. Pengedaran saintifik mengenai pandangan tradisional tentang bahan-bahan humik.
2) Peranan ekosistem terestrial dalam mengikat gas rumah hijau: terdapat lebih banyak soalan daripada jawapan, "Unsur", 01/26/2008.
3) Karbon yang dikeluarkan dari atmosfera boleh disimpan di dalam tanah, "Elemen", 05/28/2007.

Alexey Gilyarov


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: