المادة العضوية في التربة
| المواد العضوية في التربة | |
|---|---|
| سوم | |
| مكون التربة العضوية | |
| حساب تعريفي | أفق السطح، طبقة الدبال |
| المعادن الرئيسية | المركبات الغنية بالكربون ، اللجنين، السليلوز |
| العملية الرئيسية | التحلل ، التذويب |
| المواد الأصلية | مخلفات النباتات والحيوانات والكتلة الحيوية الميكروبية |
| مناخ | متغير، أعلى في المناطق الأكثر برودة ورطوبة |
| الرقم الهيدروجيني | عادة 5.5 – 7.0 |
| O (عضوي)، A (تربة سطحية) | |
| أساسي | الكربون (C)، النيتروجين (N)، الفوسفور (P)، العناصر الغذائية الدقيقة |
| ثانوي | المعادن والمنتجات الثانوية الميكروبية |
المادة العضوية للتربة (SOM) هي مكون المادة العضوية للتربة ، وتتكون من بقايا النباتات والحيوانات في مراحل مختلفة من التحلل ، وخلايا وأنسجة ميكروبات التربة ، والمواد التي تصنعها ميكروبات التربة. توفر المادة العضوية للتربة فوائد عديدة لخصائص التربة الفيزيائية والكيميائية وقدرتها على توفير خدمات النظام البيئي التنظيمية . [1] المادة العضوية للتربة مهمة بشكل خاص لوظائف التربة وجودتها . [2]
تنتج فوائد المادة العضوية عن عدة عوامل تربوية معقدة ومتفاعلة ؛ وتتضمن قائمة غير شاملة لهذه الفوائد لوظيفة التربة تحسين بنية التربة ، والتجمع ، واحتباس الماء ، والتنوع البيولوجي للتربة ، وامتصاص الملوثات والاحتفاظ بها ، والقدرة على التخزين المؤقت ، ودورة وتخزين العناصر الغذائية للنباتات . تزيد المادة العضوية من خصوبة التربة من خلال توفير مواقع تبادل الكاتيون وتكون بمثابة احتياطي للعناصر الغذائية للنباتات ، وخاصة النيتروجين (N) والفوسفور (P) والكبريت (S)، إلى جانب العناصر الغذائية الدقيقة ، التي يطلقها تمعدن المادة العضوية ببطء . وعلى هذا النحو، فإن كمية المادة العضوية وخصوبة التربة ترتبطان بشكل كبير. [3]
كما تعمل المادة العضوية في التربة كمصدر ومصرف رئيسي للكربون في التربة . وعلى الرغم من أن محتوى الكربون في المادة العضوية في التربة يختلف بشكل كبير، [4] [5] فإن المادة العضوية في التربة عادة ما تحتوي على 58% كربون، وغالبًا ما يستخدم " الكربون العضوي في التربة " كمرادف للمادة العضوية في التربة، مع استخدام محتوى الكربون العضوي المقاس غالبًا كبديل للمادة العضوية في التربة. تمثل التربة واحدة من أكبر أحواض الكربون على الأرض وهي مهمة في دورة الكربون العالمية ، وبالتالي للتخفيف من تغير المناخ . [6] لذلك، حظيت ديناميكيات المادة العضوية في التربة/الكربون العضوي في التربة وقدرة التربة على توفير خدمة النظام البيئي المتمثلة في عزل الكربون من خلال إدارة المادة العضوية في التربة باهتمام كبير. [7]
يتراوح تركيز المادة العضوية في التربة عمومًا من 1% إلى 6% من إجمالي كتلة التربة السطحية لمعظم تربة المرتفعات . تقتصر التربة التي تتكون أفقها العليا من أقل من 1% من المادة العضوية بشكل أساسي على الصحاري ، بينما يمكن أن يصل محتوى المادة العضوية في التربة في المناطق المنخفضة الرطبة إلى 90%. تُصنف التربة التي تحتوي على 12% إلى 18% من الكربون العضوي عمومًا على أنها تربة عضوية . [8]
يمكن تقسيم المواد العضوية إلى ثلاثة أجناس: الكتلة الحيوية الحية للميكروبات ، والحطام الطازج والمتحلل جزئيًا، والدبال . يتم استبعاد القمامة النباتية السطحية ، أي البقايا النباتية الطازجة، بشكل عام من المواد العضوية. [9]
مصادر
المصدر الأساسي للمواد العضوية هو المخلفات النباتية. ففي الغابات والمروج ، على سبيل المثال، تقوم كائنات حية مختلفة بتحليل المخلفات الطازجة إلى مركبات أبسط. وتتضمن هذه العملية عدة مراحل، تكون الأولى ميكانيكية في المقام الأول ثم تصبح أكثر كيميائية مع تقدم عملية التحلل. وتدخل المحللات الميكروبية في المواد العضوية وتشكل شبكة غذائية من الكائنات الحية التي تتغذى على بعضها البعض ثم تصبح فريسة بعد ذلك.
فوق آكلات الحطام ، هناك أيضًا آكلات الأعشاب التي تستهلك المواد النباتية الطازجة، والتي تنتقل بقاياها بعد ذلك إلى التربة. منتجات التمثيل الغذائي لهذه الكائنات هي المصادر الثانوية للمادة العضوية، والتي تشمل أيضًا جثثها. تساهم بعض الحيوانات، مثل ديدان الأرض ، والنمل الأبيض ، والنمل ، والديدان الألفية في النقل الرأسي والأفقي للمادة العضوية. [1]
تشمل المصادر الإضافية للمادة العضوية إفرازات جذور النباتات [10] والفحم . [11 ]
تعبير
يتراوح محتوى الماء في معظم المخلفات النباتية من 60% إلى 90%. تتكون المادة الجافة بشكل أساسي من الكربون والأكسجين والهيدروجين. وعلى الرغم من أن هذه العناصر الثلاثة تشكل حوالي 92% من الوزن الجاف للمادة العضوية في التربة، فإن العناصر الأخرى الموجودة ضرورية لتغذية النباتات، بما في ذلك النيتروجين والفوسفور والبوتاسيوم والكبريت والكالسيوم والمغنيسيوم والعديد من العناصر الغذائية الدقيقة . [1]
تشمل المركبات العضوية الموجودة في المخلفات النباتية ما يلي:
- الكربوهيدرات التي تتكون من الكربون والهيدروجين والأكسجين وتتراوح في تعقيدها من السكريات البسيطة نسبيًا إلى الجزيئات الكبيرة من السليلوز .
- الدهون التي تتكون من جليسريدات الأحماض الدهنية، مثل الزبدية ، والاستياريك ، والأوليك . كما أنها تحتوي على الكربون والأكسجين والهيدروجين.
- اللجنين عبارة عن مركبات معقدة من أجزاء الخشب القديمة. وهي مقاومة للتحلل. تتكون اللجنينات في المقام الأول من الكربون والأكسجين والهيدروجين.
- البروتينات تتكون من النيتروجين والكربون والهيدروجين والأكسجين وكميات صغيرة من الكبريت والحديد والفوسفور. [1]
- الفحم هو عنصر كربوني مشتق من الاحتراق غير الكامل للمواد العضوية، وهو مقاوم للتحلل.
التحلل
إن المخلفات النباتية لا تذوب في الماء بشكل عام، وبالتالي فهي غير متاحة للنباتات. ومع ذلك، فهي تشكل المادة الخام التي تستمد منها النباتات العناصر الغذائية . تقوم ميكروبات التربة بتحليلها من خلال العمليات الكيميائية الحيوية الأنزيمية ، والحصول على الطاقة اللازمة من نفس المادة، وإنتاج المركبات المعدنية التي من المحتمل أن تمتصها جذور النباتات. [12] يطلق على تحلل المركبات العضوية على وجه التحديد إلى مركبات معدنية، أي غير عضوية، اسم " التمعدن ". جزء من المادة العضوية لا يتم تعدينه بل يتحلل بدلاً من ذلك إلى مادة عضوية مستقرة تسمى " الدبال ". [1]
يحدث تحلل المركبات العضوية بمعدلات مختلفة جدًا، اعتمادًا على طبيعة المركب. والترتيب، من المعدلات السريعة إلى البطيئة، هو:
- السكريات والنشويات والبروتينات البسيطة
- البروتينات
- الهيميسليلوز
- السليلوز
- اللجنين والدهون
يمكن إدراج التفاعلات التي تحدث في أحد الأجناس الثلاثة:
- الأكسدة الأنزيمية التي تنتج ثاني أكسيد الكربون والماء والحرارة، وتؤثر على أغلب المادة.
- سلسلة من التفاعلات المحددة تؤدي إلى تحرير واستخراج العناصر الأساسية النيتروجين والفوسفور والكبريت .
- المركبات المقاومة للتأثير الميكروبي تتشكل عن طريق تعديل المركبات الأصلية أو عن طريق التخليق الميكروبي لمركبات جديدة لإنتاج الدبال . [1]
المنتجات المعدنية هي:
| عنصر | المنتجات المعدنية |
|---|---|
| الكربون | CO 2 , CO 3 2− , HCO 3 − , CH 4 , C |
| نتروجين | NH 4 + ، NO 2 − ، NO 3 − ، N 2 (غاز) ، N 2 O (غاز) |
| الكبريت | س، ح 2 س، س 3 2− ، س 4 2− ، س 2 |
| الفوسفور | H2PO4− ، HPO42− |
| آحرون | H2O ، O2 ، H2 ، H + ، OH − ، K + ، Ca2 + ، Mg2 + ، إلخ. |
الحمص
مع تحلل المخلفات النباتية، يتم ترك بعض المركبات المقاومة للميكروبات دون تحلل، بما في ذلك اللجنين المعدل والزيوت والدهون والشمع. ثانيًا، يتم تصنيع بعض المركبات الجديدة، مثل السكريات المتعددة والبولي يوريونيدات . هذه المركبات هي أساس الدبال . تحدث تفاعلات جديدة بين هذه المركبات وبعض البروتينات والمنتجات الأخرى التي تحتوي على النيتروجين، وبالتالي دمج النيتروجين وتجنب تمعدنه . يتم أيضًا حماية العناصر الغذائية الأخرى بهذه الطريقة من التمعدن. [13]
المواد الدبالية
تصنف المواد الدبالية إلى ثلاثة أجناس حسب قابليتها للذوبان في الأحماض والقلويات، وأيضا حسب استقرارها:
- حمض الفولفيك هو الجنس الذي يحتوي على المادة التي لها أقل وزن جزيئي، والتي تذوب في الأحماض والقلويات، وتكون عرضة للتأثير الميكروبي.
- حمض الهيوميك هو الجنس الذي يحتوي على المادة الوسيطة التي لها وزن جزيئي متوسط، وهي قابلة للذوبان في القلويات وغير قابلة للذوبان في الأحماض، ولها بعض المقاومة للعمل الميكروبي.
- الإنسان هو الجنس الذي يحتوي على المادة التي لها أكبر وزن جزيئي، وهي الأغمق لونًا، وغير قابلة للذوبان في الأحماض والقلويات، ولها أكبر مقاومة للتأثير الميكروبي. [1]
وظيفة في دورة الكربون
تؤدي التربة وظيفة حاسمة في دورة الكربون العالمية ، حيث تقدر كمية الكربون العالمي في التربة بنحو 2500 جيجا طن . وهذا يعادل 3.3 أضعاف كمية الكربون الجوي عند 750 جيجا طن و4.5 أضعاف كمية الكربون الحيوي عند 560 جيجا طن. وتمثل كمية الكربون العضوي ، التي توجد في المقام الأول في شكل مادة عضوية في التربة، ما يقرب من 1550 جيجا طن من إجمالي كمية الكربون العالمي، [14] [15] مع وجود الكربون غير العضوي في التربة (SIC) الذي يمثل الباقي. توجد كمية الكربون العضوي في حالة توازن ديناميكي بين المكاسب والخسائر؛ وبالتالي قد تعمل التربة إما كمصرف أو مصدر للكربون من خلال عزل الكربون أو انبعاثات الغازات المسببة للانحباس الحراري العالمي ، على التوالي، اعتمادًا على العوامل الخارجية. [16]
انظر أيضا
- المواد الحيوية - أي مادة تنشأ من الكائنات الحية
- الحطام – مادة عضوية جزيئية ميتة
- التثبيت (علم التربة) – تحويل المركبات غير العضوية إلى مركبات عضوية في التربة
- التعدين (علم التربة) - في علم التربة، تحلل أو أكسدة المركبات الكيميائية في المادة العضوية
- المادة العضوية – المادة المكونة من المركبات العضوية
- كربون التربة – الكربون الصلب المخزن في التربة العالمية
- علم التربة – دراسة التربة كمورد طبيعي على سطح الأرض
مراجع
- ^ abcdefg Brady, Nyle C. (1984). طبيعة وخصائص التربة (الطبعة التاسعة). لندن، المملكة المتحدة: ماكميلان . ISBN 978-0029460306تم الاسترجاع في 15 ديسمبر 2024 .
- ^ Beare, Mike H.; Cabrera, Miguel L.; Hendrix, Paul F.; Coleman, David C. (1994). "Aggregate-protected and unprotected organic matter pools in conventional and no-tillage grounds". مجلة جمعية علوم التربة الأمريكية . 58 (3): 787–95. Bibcode :1994SSASJ..58..787B. doi :10.2136/sssaj1994.03615995005800030021x . تم الاسترجاع في 8 ديسمبر 2024 .
- ^ Tiessen, Holm; Cuevas, Elvira; Chacón, Prudencio (1994). "The role of Soil organic matter in sustainability grounding groundfertility". Nature . 371 (6500): 783–85. Bibcode :1994Natur.371..783T. doi :10.1038/371783a0 . تم الاسترجاع في 8 ديسمبر 2024 .
- ^ بيري، كاثرين؛ أويميت، روك (2008). "علاقات الكربون العضوي والمادة العضوية والكثافة الظاهرية في تربة الغابات الشمالية". المجلة الكندية لعلوم التربة . 88 (3): 315-25. doi : 10.4141/CJSS06008 .
- ^ جين، تيري؛ جراهام، راسل ت.؛ آدامز، ديفيد ل. (1997). "نسب الكربون إلى المادة العضوية للتربة في غابات الصنوبر في جبال روكي". مجلة جمعية علوم التربة الأمريكية . 61 (4): 1190-1195. رمز Bibcode :1997SSASJ..61.1190J. doi :10.2136/sssaj1997.03615995006100040026x . تم الاسترجاع في 8 ديسمبر 2024 .
- ^ "استعادة التربة يمكن أن تزيل ما يصل إلى '5.5 مليار طن' من الغازات المسببة للانحباس الحراري العالمي كل عام". Carbon Brief . لندن، المملكة المتحدة. 16 مارس 2020. تم الاسترجاع في 8 ديسمبر 2024 .
- ^ Ontl, Todd A.; Schulte, Lisa A. (2012). "Soil carbon storage". مشروع المعرفة التعليمية الطبيعية . كامبريدج، ماساتشوستس . تم الاسترجاع في 8 ديسمبر 2024 .
- ^ "المادة العضوية في التربة: نظرة عامة على التركيب والتوزيع والمحتوى". Ocean Agro LLC . Nandesari Vadodara، الهند. 2018. تم الاسترجاع في 8 ديسمبر 2024 .
- ^ بوت، ألكسندرا؛ بينيتس، خوسيه (2005). "أهمية المادة العضوية في التربة: مفتاح التربة المقاومة للجفاف والإنتاج الغذائي المستدام. الفصل الأول. المقدمة". منظمة الأغذية والزراعة للأمم المتحدة . روما، إيطاليا . تم الاسترجاع في 8 ديسمبر 2024 .
- ^ Mergel, A.; Timchenko, A.; Kudeyarov, V. (1998). "Role of plant root exudates in ground carbon and nitrogen conversion". In Box, James E. Jr. (ed.). Root demographics and their efficientities in sustainable agriculture, grasslands and forest ecology systems. Developments in plant and ground sciences. المجلد 82. دوردرخت، هولندا: سبرينغر . ص 43-54. doi :10.1007/978-94-011-5270-9_3. ISBN 978-94-010-6218-3تم الاسترجاع بتاريخ 8 ديسمبر 2024 .
- ^ Skjemstad, Jan O.; Reicosky, Donald C.; Wilts, Alan R.; McGowan, Janine A. (2002). "Charcoal carbon in US agricultural grounds". مجلة جمعية علوم التربة الأمريكية . 66 (4): 1249–55. رمز Bibcode :2002SSASJ..66.1249S. doi :10.2136/sssaj2002.1249 . تم الاسترجاع في 8 ديسمبر 2024 .
- ^ Ochoa-Hueso, Raul; Delgado-Baquerizo, Manuel; King, Paul TA; Benham, Merryn; Arca, Valentina; Power, Sally Ann (فبراير 2019). "نوع النظام البيئي وجودة الموارد أكثر أهمية من محركات التغيير العالمي في تنظيم المراحل المبكرة من تحلل القمامة". علم الأحياء والكيمياء الحيوية للتربة . 129 : 144–152. Bibcode :2019SBiBi.129..144O. doi :10.1016/j.soilbio.2018.11.009. hdl : 10261/336676 . S2CID 92606851. تم الاسترجاع في 9 ديسمبر 2024 .
- ^ بول، إلدور أ. (يوليو 2016). "طبيعة وديناميكيات المادة العضوية في التربة: مدخلات النبات، والتحولات الميكروبية، وتثبيت المادة العضوية" (PDF) . علم الأحياء والكيمياء الحيوية للتربة . 98 : 109-26. doi :10.1016/j.soilbio.2016.04.001 . تم الاسترجاع في 15 ديسمبر 2024 .
- ^ باتجيس، نيلز هـ. (يونيو 1996). "إجمالي الكربون والنيتروجين في تربة العالم". المجلة الأوروبية لعلوم التربة . 47 (2): 151-63. رمز Bibcode :1996EuJSS..47..151B. doi :10.1111/j.1365-2389.1996.tb01386.x . تم الاسترجاع في 15 ديسمبر 2024 .
- ^ Batjes, Niels H. (مايو 2016). "Harmonized ground property values for broad-scale modelling (WISE30sec) with estimates of global ground carbon stocks". Geoderma . 269 : 61–8. Bibcode :2016Geode.269...61B. doi :10.1016/j.geoderma.2016.01.034 . تم الاسترجاع في 15 ديسمبر 2024 .
- ^ لال، راتان (نوفمبر 2004). "احتجاز الكربون في التربة للتخفيف من تغير المناخ". جيوديرما . 123 (1-2): 1-22. doi :10.1016/j.geoderma.2004.01.032 . تم الاسترجاع في 15 ديسمبر 2024 .
