Грунт — состав, свойства, применение, виды

Составные элементы грунта

Основными причинами, определяющими плодородность верхнего слоя почвы, являются природные факторы.

Обильные осадки, перегнившие остатки растений обогащают почву, делают грунт пригодным для выращивания различных культур, насыщают его минералами и микроэлементами.

В состав грунта могут входить следующие компоненты:

• Торф.
• Твердые минеральные вещества, особо ценные для растениеводства.
• Вода является обязательным элементом грунта, а процент ее содержания определяется климатическими особенностями местности.
• Небольшие по объему газообразные вхождения.

 

В зависимости от региона и характеристик местности состав грунта может существенно отличаться.

Наиболее ценным и плодородным видом является чернозем.

Наличие в определенных пропорциях песка, скальной породы, других элементов видоизменяет состав и параметры грунта.

Основные характеристики грунта

Физические свойства грунта определяют его плодородность и варианты использования.

Материал, взятый в одном месте, может использоваться для садовых работ, выращивания растений без каких-либо добавок. Грунт с другой местности требует добавления минералов и удобрений.

Основными характеристиками каждого слоя почвы являются:

• Однородность, процентное содержание примесей и их влияние на характеристики материала.
• Способность к поглощению воды и свойства грунта при насыщении влагой.
• Зернистость, пластичность и разрыхляемость.
• Сцепление отдельных частиц земли между собой.
• Растворимость в жидкой среде и размываемость.

 

В зависимости от внешних условий, характеристики грунта меняются в широком диапазоне. На состав и параметры влияют температура воздуха, влажность, интенсивность выпадения осадков и другие факторы.

Виды грунта и грунтовых смесей

 

1. Чернозем – наиболее плодородный тип грунта.
   Цвета темного, практически черного, его структура – комковато-зернистая. Применяется для максимальной оптимизации полезных качеств почвы, благодаря изменению элементов, находящихся в составе почвы.
2. Растительный грунт (так же известный как полевой). Его добыча происходит путем среза верхней части почвенного слоя полевых земель. Его покупают в основном для планирования участков, а также как слой плодородной почвы. Однако содержание полезных веществ в нем не так велико, как в некоторых других видах, поэтому для получения высокого урожая следует воспользоваться дополнительными удобрениями и питательными микроэлементами.
3. Торфо-песчаная смесь – для ее получения за основу берется низинный, либо переходный (между верховым и низинным) торф. Она на три четверти состоит из торфа, на четверть – из песка. Цвет такого вида грунта черный. Торфо-песчаная смесь прекрасно подходит для того, чтобы сформировать новый газон или же освоить земли, содержащие большое количество глины.
4. Пойменная земля – располагается в поймах, по уровню плодородия занимает почетное второе место после черноземного грунта. Весьма успешно справляется с ролью питательного слоя для растений.
5. Торфо-земельная смесь – темного цвета, получается путем смешения пойменной земли и низинного торфа в равных пропорциях. Она востребована среди тех земледельцев, которым требуется предотвратить эрозивные процессы в почве. Пример мест, где торфо-земельная смесь может пригодиться: на откосе насыпи или на холме, покрытым дерном.
6. Торф– это вид грунта, насыщенный углеродом. Его образование происходит при медленных процессах разложения перегнивших остатков болотных растений без участия кислорода. Этими растениями могут быть как хвойные, так и лиственные леса, а также мох, тростник, осока. Торф незаменимый помощник, он восстанавливает даже самые испорченные и деформированные почвы, которые срочно нуждаются в оптимизации своей структуры.

Виды растительного грунта

Для растениеводства оптимальным является использование растительного грунта, богатого минералами и удобрениями. При отсутствии на участке качественной почвы, лучшим вариантом считается снятие верхнего слоя и его замена на плодородный грунт. Выделяют три вида почвы, наиболее походящей для выращивания садовых и декоративных культур:

• Дерновая земля является наиболее плодородным природным видом грунта. В результате многолетнего накопления удобрений и минералов, такая земля содержит все необходимые для эффективного роста растений элементы.
• Перегнойный грунт содержит значительную часть удобрений, полученных после перегнивания отходов животноводства. Использование такого грунта позволяет не заботиться об его плодородности на протяжении нескольких лет.
• Листовой грунт образуется в местах обильного выпадения листвы деревьев. В течение нескольких лет происходит перегнивание листвы и насыщение почвы всеми необходимыми микроэлементами.

 

Использование любого вида грунта положительно сказывается на росте садовых культур. Почва насыщается удобрениями и даже на вид становится более подходящей для растениеводства.

Достоинства грунта

Использование природного грунта необходимо для получения высокого урожая и обеспечения оптимальных условий роста декоративных культур:

• Кроме большого содержания полезных веществ, почва имеет нейтральную кислотность.
• Земля на участке обогащается, становится более подходящей для использования и содержит минимальное количество сорняков.
• В качественном грунте присутствует много кислорода.
• Комковатая структура положительно сказывается на пропускаемости влаги. В результате корни растений получают больше воды и способны хорошо растить при редком и минимальном поливе.
• Рыхлость грунта облегчает его обработку.

Особенности выбора грунта

Выбор грунта для дома или садового участка является ответственным занятием, так как от физических характеристик и плодородности почвы зависит скорость роста различных культур и урожайность.

В первую очередь необходимо определиться с назначением грунта, какие культуры будут высаживаться и выращиваться. Для деревьев, цветов, различных грядок требуются соответствующие виды почвы.

Потребуется также оценить интенсивность и объем осадков в данной области, рыхлость и сыпучесть грунта, уровень впитываемости влаги.

Состояние верхнего слоя почвы на участке также сказывается на выборе. В некоторых случаях потребуется полностью заменить слой почвы, в других ситуациях достаточно добавит грунт в определенной пропорции.

Ландшафтный дизайн, оформление дачного участка, посадка садовых культур требуют использование качественного, богатого минералами и полезными веществами грунта.

Поэтому замена почвы на участке является оптимальным вариантом реализации планов владельца, хорошим способом добиться поставленных целей в сжатые сроки.

Статьи о грунте

1. Выбор подходящего для участка грунта
2. Грунт для газона: выбираем лучший
3. Виды и приготовление грунта для теплиц
4. Как бороться с проседанием грунта на участке?

состав и основные характеристики почвы

Наблюдается прямая зависимость состава грунта от участка, с которого он был снят. Среди специалистов он считается естественным, для добычи выбираются чистые территории с точки зрения экологов. Используется исключительно верхний слой. Существуют технологии, позволяющие не только аккуратно его снимать, но и доставлять с полным сохранением характеристик.

Обновлено 30 июля, 2020

Состав и свойства

Параметры могут иметь принципиальные отличия по компонентам в процентном соотношении. Если говорить более конкретно, то в состав растительного грунта входит торф, его объем может достигать 50%. Доля грунта в максимальных значениях достигает 15%. В состав входит около 10% песка и значительная часть удобрений, достигающая четверти от общего количества компонентов. По структуре материал отличается рыхлостью, имеет достаточно темный оттенок, весьма близкий к черному.

Характеристика по ГОСТ

Существуют стандарты, по которым можно определить качество сырья. Разработана лабораторная методика, позволяющая определить физические характеристики. Для этого применяется ГОСТ 5180-84. Кроме того, существует возможность выявить микроагрегатный состав. Для достижения цели задействуется ГОСТ 12536-79. Объем массы колеблется в значениях 1,1–1,5 г/см3. Минимальные значения пористости составляют 42%. Существуют определенные границы кислотности 4,0–6,0 рН.

Виды грунта

Надо отметить, что отвечающий стандартам природный грунт отличается сбалансированными параметрами, он в достаточной степени насыщен воздухом, хорошо пропускает влагу. Эти свойства обусловили его популярность при высадке растений.

Дерновая земля

Неплохим выбором может стать дерн. В его составе немало питательных веществ, он достаточно легкий. Идеальным местом для разработки считаются луга. Заготовки ведутся в летний период, пласты могут достигать 10 см. Кислотность чаще всего нейтральна.

Лиственный перегной

Достойным вариантом для замены дернового состава можно считать столь же легкую смесь. Лиственный перегной доказал эффективность при выращивании овощей, ягод. Целесообразно в листовую землю добавлять немного песка, торфа.

Компостная земля

При помощи ямы и отходов разного рода заготавливается компост. По мере наполнения его обрабатывают известью. Добавляется торф, навоз. Три года вполне достаточно для того, чтобы получить качественную смесь.

Чернозем

У этого вида почвы нет конкурентов по сбалансированности состава. Формирование происходит на протяжении многих десятков лет при разложении значительных объемов трав. Применять можно для большинства видов растений, отпадает необходимость вносить удобрения.

Пойменная земля

Такой состав вполне способен стать разумной альтернативой чернозему. Добыча ведется в поймах рек. Хорошее качество позволяет применять землю в теплицах, на приусадебных участках. Нередко применяется предприятиями при выпуске грунтов искусственным путем в качестве основного компонента.

Плодородный грунт

Довольно популярен как бюджетная и достаточно эффективная альтернатива чернозему. Применяют как крупные фермерские хозяйства, так и садоводы-любители. Получается искусственным путем при смешивании торфяной смеси с песком и черноземом.

Торфо-земельная смесь

Идеально подходит для песчаных участков. В составе содержится пойменная почва, в которую добавляют низинный торф. В некоторых случаях для достижения сбалансированных параметров добавляют немного компоста, песка. Находит широкое применение как при выращивании ягод, плодов, так и при обустройстве парковых зон.

Торфо-песчаная смесь

Рассматривая характеристики растительного грунта, надо упомянуть о составе, эффективном при посадке семян. Его также применяют для создания живых ковров. Сбалансированная смесь на базе низинного торфа и песка позволяет значительно улучшить плодородие почвы.

Биогрунт

Вкратце смесь можно обозначить, как созданный искусственным путем чернозем. Рецептура получения разнообразна, но она неизменно включает в себя многочисленные добавки, улучшающие характеристики.

Области применения

Применение перечисленные смеси находят при облагораживании истощенной почвы. Возможна как полная, так и частичная замена основного слоя. Закупки осуществляются фермерскими и тепличными хозяйствами, садоводами и компаниями, работающими в сфере ландшафтного дизайна.

Закупка грунта

Прежде, чем заключать сделку, надо проверить характеристики партии. Для этого следует ознакомиться с составом, кислотностью. Чем светлее материал, тем меньше в нем полезных веществ. Нужно знать соответствие ГОСТ.

Выбор грунта

Надо полностью осознавать задачи, для решения которых приобретается конкретная партия. Многое зависит и от участка, условий, в которых будет использоваться смесь. Для парковых участков, выращивания овощей или комнатных растений нужны разные смеси точно так же, как и для достижения других целей.

Одной из сфер специализации ГК «Транском» является поставка грунта. Наличие крупного собственного автопарка позволяет оперативно выполнять заказы клиентов. Особое внимание уделяется качественным характеристикам грунта, мы всегда используем лабораторную методику для определения состава. Обращайтесь, мы профессионалы в своем деле!

Какие бывают грунтовки, для чего нужны и как их выбрать

Грунтовки: виды, способы применения, выбор лучших марок

19.08.2019

Грунтование является одним из обязательных подготовительных процессов перед проведением декоративно-отделочных работ. На рынке представлено много разновидностей грунтовок. Неправильный выбор состава может негативно сказаться на эксплуатационных качествах отделки. Поэтому важно понимать, какая грунтовка для чего может быть использована.

Все представленные грунты на рынке можно объединить в три основные категории, а именно:

Выбор производителя и марки грунта должен отталкиваться именно исходя из того, к какой категории относится состав. В данной публикации предлагаем ознакомиться с характеристиками, назначением, свойствами и способами применения разных видов грунтовок. Ведь, казалось бы, такой не очень существенный процесс, как грунтование, может повлиять на эксплуатационные свойства конкретного материала и качество ремонта в целом.

Грунтовка глубокого проникновения

Грунтовка глубокого проникновения представляет собой полимерно-водный раствор. Его основное назначение заключается в укреплении рыхлых (слабых), пористых, сильно впитывающих оснований для последующего проведения отделочных работ.

Принцип действия грунтовки глубокого проникновения достаточно простой. В состав этого готового для нанесения грунта входит акрил и стирол в разбавленном виде. При нанесении, вместе с водой в поверхностную структуру основания попадают и сами полимеры. После полного испарения воды из основания, внутри остается только сухое вещество. Во время высыхания акрил на молекулярном уровне связывается с материалом стен, полов или потолков. Таким образом обеспечивается обеспыливание, укрепление поверхностного слоя и выравнивание влаговпитывающей способности основания.

Для последующего проведения работ важно дождаться полного высыхания грунта. В ином случае полимер не сможет связаться с материалом и эффекта не будет. В зависимости от условия окружающей среды (температура и влажность), один слой высыхает на протяжение от 1-2 до 6 часов. Многие специалисты проводят отделку только лишь на следующий день после нанесения грунта.

Наносится грунтовка глубокого проникновения от 1 до 2 слоев. Не рекомендуется делать больше слоев, так как появляется риск «перегрунтовать» основание. Большое количество полимера в структуре может негативно сказаться на влагопоглощении, что приведет к снижению адгезии с штукатурными растворами и клеевыми материалами.

Какие бывают грунтовки глубокого проникновения?

Не все грунтовки глубокого проникновения обладают одинаковыми свойствами. Их особенности напрямую связаны с количеством сухого вещества в растворе. Это определяет назначение и способ использования подобного грунта.

• Грунтовка Юнис для внутренних работ. Продукт на основе акрилатных смол, который применяется для обработки оштукатуренных, шпаклеванных поверхностей, ячеистого бетона, бетона, гипсовых плит, как ГКЛ, ГВЛ, ПГП и прочих материалов со схожими свойствами. Грунт рекомендуется применять только внутри помещений с нормальным уровнем влажности. Используется для подготовки поверхностей перед оштукатуриванием или покраской.
• Грунтовка Ceresit CT 17 глубокого проникновения. Достоинством данного продукта является то, что помимо упрочения основания, он дополнительно выравнивает влаговпитываемость. Таким образом, данный грунт может быть использован для более широкого спектра последующих работ – покраска, поклейка обоев, плиточная кладка.
• Грунтовка Файдал Тифенгрунд морозостойкая. Применяется для обработки минеральных сильновпитывающих оснований, а также рыхлых (но прочно удерживающихся), мелящихся, пачкающихся поверхностей. Ее особенности заключаются в высоком процентном содержании сухого вещества (12%) и способности проникать на глубину до 10 см в структуру стены. За счет этого продукт обеспечивает дополнительную клеящую способность. Допускается применение данного состава для подготовки фасадов и внутренних помещений под цементные и штукатурные растворы.
• Грунтовка ЕК G100 концентрированная – это концентрат, который позволяет мастеру самостоятельно приготовить раствор исходя из состояния поверхности. Эта марка грунта отлично подойдет для тех, кто планирует масштабный ремонт в местах, где будут проводиться штукатурные, малярные, оклеечные работы, заливка полов и прочее.

Грунтовки универсальные

Универсальная грунтовка применяется с целью снижения и выравнивания влагопоглощения стен при проведении отделочных мероприятий. Зачастую, такие составы не обладают другими уникальными свойствами, хотя возможны и исключения. Примеры таких исключений приведем далее.

Универсальными этот вид грунтовок называется потому, что обрабатывать ими допускается поверхности для последующего проведения большинства видов работ. К таким относятся:

• монтаж плитки на клей;
• нанесение гипсовых или цементных штукатурок;
• подготовка поверхностей для стяжек и наливного пола;
• покраска любыми видами ЛКМ;
• поклейка обоев.

Универсальная грунтовка, обладая свойством выравнивания влаговпитываемости поверхности, обеспечивает полезные свойства, как:

• повышенное время работы с растворами при монтаже керамической плитки, штукатурок и шпаклевок на сильно впитывающие основания;
• снижение расхода краски при окрашивании поверхностей;
• не дает обойному клею быстро сохнуть на стене и повышает время для нанесения полотна.
• дополнительно такой грунт может укреплять поверхностный слой, обеспыливать основание, улучшая тем самым адгезию с растворами.

Универсальные грунтовки отлично подходят для работы с сильно впитывающими материалами. Они идеальны для обработки пенобетона, газосиликата и других ячеистых бетонов. На обработанную поверхность намного легче ложится штукатурка (особенно гипсовая). В ней происходит полная гидратация, что обеспечивает отсутствие образования трещин во время последующей эксплуатации.

Примером качественных универсальных грунтовок являются:

• Грунтовка ЕК G200 универсальная. Акриловая грунтовка, которая отлично выравнивает влаговпитываемость пористых материалов. Рекомендована для подготовки стен под тонкослойное оштукатуривание, поклейку обоев, а также подготовку стяжек под заливку самонивелирующимися смесями.
• Грунтовка Юнис универсальная. Состав для подготовки стен из ячеистого бетона и материалов на основе гипса под последующую кладку плитки или штукатурки на основе гипса, цемента. Особенность этой продукции в наличии в составе полимеров, которые повышают адгезию. Допускается использовать даже для грунтования деревянных поверхностей под покраску, в частности, плит ДСП, МДВ, ДВП и прочих.
• Грунтовка Кнауф Миттельгрунд F. Концентрированная универсальная грунтовка со специальным свойством – морозостойкость. Этот грунт допускается применять внутри помещений на промерзающих стенах. Идеально подходит для пено и газоблока, силикатного кирпича. Также может применяться для обработки листов на основе гипса, кирпича, по цементной стяжке перед нанесением наливного пола. Этот грунт допускается разбавлять в пропорции до 1 к 5, что обеспечивает оптимальный выход продукта. 

Бетоноконтакт: свойство грунта и его применение

Бетоноконтакт – это особый вид грунтовочных составов, который в последнее время приобрел широчайшее применение. Данный материал производится на основе дисперсии акрилатных смол с добавлением минеральной крошки. После нанесения на поверхность и высыхания, он образует своеобразную пленку. Поверхность этой пленки укрыта мелкими твердыми частичками, которые создают эффект шероховатости.

Обычно бетоноконтакт окрашивают в розовый цвет. Сделано это для того, чтобы легче визуально определять, загрунтован ли участок полностью или есть на нем пробелы. Наличие любых пробелов на обработанной поверхности может негативно сказаться на эффективности грунтовки.

Многие считают, что грунтовка бетоноконтакт универсальная и может использоваться на любых типах поверхностей и для любых последующих работ. Это утверждение является ошибочным. Главное назначение материала заключается в следующем:

Бетоноконтакт – грунтовка, которая предназначена исключительно для подготовки слабовпитывающих оснований для последующего нанесения штукатурки.

К числу слабовпитывающих оснований относится монолитный бетон, встречающийся в панельных домах. Также допускается наносить бетоноконтакт на старую краску, если удалить ее с поверхности любым способом невозможно. Эффективен будет этот грунт для обработки плит перекрытия с целью подготовки потолков под тонкослойное оштукатуривание.

На загрунтованную бетоноконтактом поверхность допускается наносить любые виды цементных или гипсовых штукатурок. Причем, наилучшим образом бетоноконтакт ведет себя именно с растворами на гипсовой основе. Причин этому, как минимум, есть две:

• снижение водопоглощения стен практически до нулевой отметки;
• придание обработанной поверхности шероховатости.

Гипсовые штукатурки быстро отдают влагу. При нанесении толстым слоем это свойство может привести к неравномерному водопоглощению по структуре штукатурки. Она начнет, банально, «сползать» со стен еще до полного сцепления с поверхностью. Водонепроницаемая пленка бетоноконтакт позволяет избежать образования такого эффекта. А дополнительные крупицы минеральной крошки на поверхности обеспечат дополнительное сцепление с гипсом.

Бетоноконтакт – это паропроницаемая грунтовка. Это также важный фактор при выборе материалов для отделки жилых помещений. За счет данного свойства грунт не будет препятствовать стенам «дышать». Он не будет первопричиной появлению под штукатуркой грибков и плесени.

Какую грунтовку бетоноконтакт покупать?

Хорошая грунтовка бетоноконтакт должна иметь надлежащее качество: иметь достаточное содержание полимеров в составе и четкую пропорцию минеральных наполнителей. Мы же рекомендуем использовать следующие виды бетоноконтакта:

• Грунтовка бетонконтакт Ceresit CT 19. Это высококачественный грунт с добавками кварцевого песка. Обеспечивает силу сцепления со слабовпитывающими основаниями до 1,5 МПа. Один из немногих грунтов, который рекомендован производителем под последующую укладку керамической плитки. Продукт является морозостойким, поэтому допускается его использование снаружи зданий на вертикальных поверхностях. Идеально подходит для последующего оштукатуривания цементными и гипсовыми штукатурками.
• Грунтовка ЕК Бетонконтакт – состав на основе акрилатной смолы. Легко наносится и быстро сохнет. Существенно повышает адгезию за счет свойств полимерной пленки и кварцевого песка в составе. Рекомендован для монтажа штукатурок и для плиточных работ.
• Грунтовка Кнауф Бетонконтакт. Акриловая дисперсия с керамическим песком, которая применяется для подготовки гипсовых материалов и ячеистых бетонов под последующее оштукатуривание гипсовыми штукатурками.

Когда лучше не использовать бетоноконтакт?

На практике грунт бетоноконтакт не зарекомендовал себя как идеальный материал для подготовки стен перед кладкой керамической плитки и, тем более, керамогранита. Причина заключается в том, что плиточный клей имеет более высокую адгезивную способность, чем грунт. Сила сцепления плиточных клеев составляет от 0,5 МПа, в то время как у бетоноконтакта она лишь 0,4 МПа (со слабовпитывающими, осыпающимися материалами). Это приводит к снижению прямого сцепления клея с основанием. Ввиду большого веса керамической плитки и керамогранита, они будут создавать увеличенные нагрузки на грунт. В итоге бетоноконтакт может либо расслоиться, либо «сойти» со стены вместе с плиткой.

Во избежание негативного результата для подготовки поверхностей под укладку плитки лучше использовать такие грунтовки как бетонконтакт Ceresit CT 19 или ЕК Бетонконтакт. Производители этих марок рекомендуют именно данные продукты для подготовки стен под плиточные работы.

Не рекомендуется использовать бетоноконтакт любого производителя на рыхлых поверхностях. С подобными основаниями грунт не способен обеспечить заявленную производителем адгезию. Сила сцепления слоя с такими минеральными материалами будет снижена. Учитывая, что адгезия штукатурных растворов составляет от 0,3МПа, эффекта от обработки поверхностей бетоноконтактом не будет.

Нельзя наносить бетоноконтакт на невпитывающие основания – металлические, деревянные или пластиковые поверхности. Слой не сможет нормально сцепиться с подобными основаниями. Даже если это произойдет, то учитывать нужно особое свойство бетоноконтакта – паропроницаемость. Скопление влаги между поверхностью и грунтовкой приведет к очень быстрому сползанию последней.

Резюме: какая грунтовка нужна

Выбор того или иного типа грунта должен основываться на двух факторах – тип основания и вид проводимой декоративной отделки. Наши рекомендации следующие:

1. Грунты глубокого проникновения будут эффективные только на стенах с «сыпящимся» и «мелящимся» эффектом. Их задача заключается в укреплении поверхностного слоя материала, связывания его структуры. Это позволяет увеличить надежность самого основания и повысить адгезию с растворами.
2. Грунты универсальные подойдут для проведения отделочных работ, где важно уменьшить влаговпитываемость поверхностей. К примеру, для обработки пено-, газобетона, силикатных блоков, при монтаже керамической плитки или поклейки обоев. Загрунтованная поверхность способствует гидратации штукатурки, дает больше времени на выравнивание плитки по уровню или состыковки полотен.
3. Грунты Бетоноконтакт лучше использовать при монтаже цементных и гипсовых штукатурок и только на слабовпитывающих основаниях. В другом случае существенного эффекта вы не добьетесь, а иногда даже можно усугубить ситуацию.

Грунты не являются панацеей, которая обязательно должна гарантировать великолепный результат. Грунты – это, прежде всего, вспомогательное средства, которые упрощают процесс монтажа и делают его более качественным и надежным. Главное, при этом, выбирать правильный и подходящий состав и в точности соблюдать технологию монтажа того или иного раствора, клея, краски.

Проклейка и грунт

8 (800) 555 96 91   
Звонок по России бесплатный Звонок бесплатный

• Аэрография
• Книги по искусству
• Грунт, связующие, разбавители
• Бумага и картон
• Гипсовые фигуры и манекены
• Графика, рисунок, скетчинг
• Краски художественные
• Инструменты и аксессуары
• Канцелярские товары
• Кисти художественные

• Холсты и другие основы
• Рамы и подрамники
• Скульптура и лепка
• Папки, портфолио, тубусы
• Черчение
• Золочение и реставрация
• Каллиграфия
• Оборудование и мебель
• Предметы для декора
• Краски и эффекты для декора

• Пластика и пластилин
• Для детского творчества
• Декупаж, декопатч, мозаика
• Декорирование
• Батик и декорирование ткани
• Мольберты и этюдники
• Макетирование
• SALE

Состав и виды плодородного грунта – классификация

Главная > Часто задаваемые вопросы > Виды грунтов > Состав и виды плодородного грунта – классификация

Плодородный грунт – это смесь торфа и песка в разных соотношениях, которая содержит много органики и питательных элементов. Материал имеет черный или коричневый цвет, пористую структуру, стимулирует урожайность растений.

Встречаются и другие названия плодородного грунта:

• Торфо-песчаная смесь
• Плодородная земля
• Плодородная почва
• Заторфованный грунт
• Плодородная почва для растений

Получают плодородный грунт разными путями. Например, в естественных условиях такая почва образуется в поймах рек и озер, где к песку примешиваются органические вещества. Песчаные грунты с примесями торфа встречаются и в районах, далеких от водоемов. Если такой тип почвы обнаружен на строительном участке, его необходимо полностью извлечь, так как у него низкая прочность и сильная усадка.

Чаще плодородный грунт создают искусственным путем. Для этого песок и торф смешивают в разных пропорциях. Чтобы сохранить полезные качества такой почвы, рекомендуют вносить в нее не меньше 20% и не больше 40% песка. Идеальное соотношение – 7 частей торфа и 3 части песка, но его можно изменить в зависимости от потребностей. Подробнее об этом вы можете прочитать на странице Как сделать плодородный грунт своими руками.

Добавляя песок в грунт, вы увеличиваете плотность почвы. Также песчаный материал предотвращает вымывание удобрений, повышает скорость распада органики и высвобождение питательных элементов, улучшает дренажные свойства материала. При слишком высоком содержании минерального компонента снижаются пористость и показатели плодородия.

Плодородный грунт бывает нескольких видов. Среди естественных заторфованных почв различают:

• Слабозаторфованные (10-25% органики)
• Среднезаторфованные (25-40% органики)
• Сильнозаторфованные (40-60% органики)

В качестве плодородной почвы можно рассматривать сильнозаторфованные песчаные грунты. У других разновидностей количество питательных элементов низкое, они не будут полезны для растений (в первую очередь, сельскохозяйственных и садовых культур).

Плодородный грунт различают по виду его минеральной и органической составляющих.

Песок, который входит в состав такой почвы, бывает:

• Гравелистый
• Крупный
• Средний
• Мелкий
• Пылеватый

От размера минеральных частиц зависят водопроницаемость, плотность, пористость и некоторые другие свойства грунта. Лучше всего для создания смесей использовать крупный и средний пески.

Органическая часть также влияет на качество и вид плодородной почвы.

Торф, входящий в ее состав, бывает:

• Верховым
• Низинным
• Переходным

Верховой торф – это сравнительно молодое образование, в котором много неразложившихся остатков растений, мало питательных элементов и гумуса. У него высокая кислотность и низкое потенциальное плодородие. Низинный торф состоит из разложившихся растений и большого количества гуминовых веществ. Его потенциальное плодородие высокое, реакция приближается к нейтральной. Переходный торф – это промежуточный вариант между двумя другими разновидностями.

Самое высокое качество у плодородной почвы, имеющей в своем составе низинный торф, средний или мелкий песок. Для некоторых потребностей используют также верховой и переходный торфы в смеси с разными фракциями песка.

Если вы хотите узнать, какими свойствами должен обладать плодородный грунт, рекомендуем прочитать нашу статью Характеристики и свойства плодородного грунта.

С возможными способами использования материала вы можете познакомиться на нашей странице Применение плодородного грунта.

Подробно о том, как правильно замешать плодородный грунт самостоятельно, читайте в нашей статье Как сделать плодородный грунт своими руками.

 

СОСТАВ КВАРЦ-ГРУНТ ВД-АК-005

Водно-дисперсионный акриловый грунт с зернистым наполнителем.

Изолирующая, подцветочная огрунтовка, придающая поверхности шероховатость. Повышает адгезию декоративных покрытий к основанию.

Назначение: Для обработки основания перед нанесением  минеральных и полимерных декоративных штукатурок на фасадах, а также внутри  помещений по  минеральным, цементо- и гипсосодержащим основаниям, ДВП, ДСП, ранее окрашенным поверхностям. 

Расход: Средний расход грунта  380 г/м².

Технические характеристики:

Наименование показателя	Нормативное значение показателя по ТУ	Контрольное значение показателя
1. Внешний вид покрытия	однородная, без кратеров, пор и морщин поверхность	однородная, без кратеров, пор и морщин поверхность, зернистая
2. Массовая доля нелетучих веществ, %	не менее 70	72 ± 2
3. рН	6,5 – 9,5	8,5 ± 1,0
4. Время высыхания до степени 3 при температуре (20 ± 2) ºС, ч	не более 24	1,5 ± 0,5
5. Подвижность по погружению стандартного конуса, см	9 – 15	14 – 15
6. Стойкость к статическому воздействию воды при температуре (20 ± 2) ºС, ч, не менее	24	48
7. Прочность сцепления с бетонной поверхностью, МПа, не менее	0,2	0,3 ± 0,1

 

Подготовка основания: Очистить поверхность от пыли, грязи, старых непрочных покрытий, при необходимости обезжирить. Глянцевые поверхности зашкурить до матового состояния. 

Способ применения: Работы проводить при температуре не ниже +5ºC и относительной влажности воздуха не более 60%. Перед использованием грунт тщательно перемешать, не допуская вспенивания. Не разбавлять. Наносить кистью за один проход равномерным слоем. Время  сушки до нанесения декоративного состава 12-24 часа. 

Инструменты и оборудование отмывать водой сразу после применения. 

Меры предосторожности: Материал пожаровзрывобезопасен и не токсичен. Не рекомендуется смешивать с другими типами лакокрасочных материалов и растворителями. При работе применять средства индивидуальной защиты.

При попадании на кожу, а также в глаза промыть большим количеством воды!

Покрытие не оказывает вредного воздействия на организм человека.

Состав: Вода, акриловая дисперсия, кварцевый наполнитель, функциональные добавки, составляющие ноу-хау рецептуры производителя.

Условия хранения: Хранить в герметично закрытой таре изготовителя, в защищенном от прямых солнечных лучей месте, при температуре от +5ºC до +30ºC.

ТУ 2310-001-51491608-2015

СГР № RU. 74.50.11.008.E.000085.11.15 от 19.11.2015 г. (шпат, составы, декоративки)

Покрытие на основе Состава ВД-АК-005 КВАРЦ-ГРУНТ пожаробезопасно (НГ).

Сертификат соответствия в области пожарной безопасности № НСОПБ ЮАБ0.RU.ЭО.ПР196.Н.00003 (срок действия с 03.10.18 г. по 02.10.21 г.)

 

 

Грунты | ООО «Хелиос РУС»

Для улучшения защитных свойств порошковой краски был разработан специальный состав – грунт для порошковых красок, который наносится на поверхность окрашиваемого изделия перед последующим нанесением красок, лаков и других покрытий.

В грунте нуждается любая поверхность, которую необходимо покрасить, чтобы краска продержалась как можно дольше, смотрелась и выполняла все свои функции.
Порошковый грунт Helios можно использовать и как самостоятельное покрытие на различных металлических поверхностях, ограниченно эксплуатируемых в атмосферных условиях. Данное покрытие обладает высокими физико-механическими свойствами.

Применение

По типу защищаемой поверхности.
Черные металлы, а также изделия, окрашенные порошковыми красками. Нанесение на поверхности из черных металлов, а также уже окрашенных порошковой краской металлических изделий.
Может применяться как грунтовочное покрытие для любых видов красок и эмалей, изделий на клеевой основе, а также любых второстепенных покрытий. Грунты содержат эпоксидную смолу, которая после затвердевания образует защитный слой. Полимеризованная эпоксидная смола создает очень плотный слой, который надежно защищает металл от механических повреждений и воздействия химических элементов. Эпоксидно-полиэфирный антикоррозийный грунт хорошо сглаживает неровности поверхности и скрывает мелкие дефекты. Делает получаемую поверхность ровной, позволяя выходить пузырькам газа из изделия.
Его часто применяют для выравнивания поверхности металла после пескоструйной обработки.

По области применения.
Нефтегазовая отрасль, строительная отрасль (металлоконструкции и стальные сооружения), автомобилестроение, кораблестроение, авиастроение, сельское хозяйство, роботостроение, космическое производство и т.д.

По специальным свойствам.
Порошковые грунты выполняют сразу две функции: они защищают металл от коррозии и создают основу для качественного наложения краски.
Антикоррозионная защита металла. Износостойкое покрытие. Для наружных и внутренних работ. Морозостойкие материалы. Быстросохнущее покрытие.

По стойкости к воздействию.
Влагостойкость. Износостойкость. Защита от коррозии. Бензостойкость. Стойкость к минеральным удобрениям. Стойкость к морской воде. Стойкость к нефти и нефтепродуктам. Стойкость к ультрафиолетовому излучению, Устойчивость к моющим средствам, солестойкость. Стойкость к агрессивным газам и парам. Маслостойкость.

Наносится электростатическим и трибостатическим методами. Гарантийный срок хранения, устанавливаемый производителем — 12 месяцев с даты изготовления.

Технические характеристики

Хранение	В течении 24 месяцев в сухом отапливаемом помещении при температуре 0-25º С и относительной влажности не более 70%
Толщина покрытия	60-80 мкм
Расход	80-120 г/м 2
Отверждение	Стандартное: 180 º С — 10 минут; 200 º С — 5 минут (для глянцевой)
Подготовка поверхности	Подготовку металлических поверхностей перед нанесением композиции осуществляют по ГОСТ 9.402. Степень очистки поверхности от окислов металлов – 2, степень обезжиривания – первая по ГОСТ 9.402. Поверхности, подлежащие напылению порошковой композицией, не должны иметь заусенцев, острых кромок (радиусом закругления менее 0,3 мм ), прожогов, нарушений сплошности металла в виде трещин и т. п.

Ассортимент порошковых грунтов Helios

1. 43376402 СРС 60-1 ZN PRIMER N – цинксодержащий грунт на основе эпоксидной смолы. Рекомендуется для нанесения на поверхность металла, прошедшую пескоструйную или дробеструйную обработку, без предварительной химической подготовки. Содержание цинка 55 – 60%.
2. 43485702 CPC 60-3 Primer Grey B68 – эпоксидный матовый грунт для увеличения антикоррозионных свойств. Рекомендуется для нанесения на поверхность металла, прошедшую предварительную химическую подготовку.
3. 43491502 CPC 41-1 Primer GREY – эпокси-полиэфирный серый грунт, экономичный вариант.
4. 45653202 CPC 60-3 PRIMER BELI – эпоксидный белый матовый грунт. Цвет близкий к RAL 7047. Рекомендуется для использования при окрашивании колесных дисков в качестве основы под цветные лаки и металлики.
5. 45670602 СРС 41-1 RAL9005 HG – черный эпокси-полиэфирный грунт с высокой степенью растекаемости. Рекомендуется для использования при окрашивании колесных дисков в качестве основы под цветные лаки и металлики. Идеально заполняет все неровности после предварительной обработки диска.

Почва | Безграничная биология

Состав почвы

Почва представляет собой смесь различных количеств неорганических веществ, органических веществ, воды и воздуха.

Цели обучения

Объясните состав почвы

Основные выводы

Ключевые моменты

• Химический состав почвы, рельеф и наличие живых организмов определяют качество почвы.
• Обычно почва содержит 40-45% неорганических веществ, 5% органических веществ, 25% воды и 25% воздуха.
• Для поддержания жизни растений требуется правильное сочетание воздуха, воды, минералов и органических материалов.
• Гумус, органический материал почвы, состоит из микроорганизмов (мертвых и живых) и разлагающихся растений.
• Неорганический материал почвы состоит из горных пород, которые разбиты на мелкие частицы песка (от 0,1 до 2 мм), ила (от 0,002 до 0,1 мм) и глины (менее 0,002 мм).
• Суглинок — это почва, состоящая из песка, ила и гумуса.

Ключевые термины

• суглинок : почва без доминирующего размера частиц, содержащая смесь песка, ила и гумуса
• гумус : большая группа природных органических соединений, обнаруженных в почве, состоящая из разлагающихся растений, мертвых и живых микроорганизмов

Состав почвы

Растения получают неорганические элементы из почвы, которая служит естественной средой для наземных растений.Почва — это внешний рыхлый слой, покрывающий поверхность Земли. Качество почвы, наряду с климатом, является основным определяющим фактором распространения и роста растений, зависит не только от химического состава почвы, но также от топографии (региональных особенностей поверхности) и присутствия живых организмов.

Почва состоит из следующих основных компонентов:

Компоненты почвы : Показаны четыре основных компонента почвы: неорганические минералы, органические вещества, вода и воздух.

• Неорганические минеральные вещества, примерно от 40 до 45 процентов объема почвы
• органических веществ, около 5 процентов объема почвы
• вода, около 25% объема почвы
• воздух, около 25 процентов объема почвы

Количество каждого из четырех основных компонентов почвы зависит от количества растительности, уплотнения почвы и воды, присутствующей в почве. В хорошей, здоровой почве достаточно воздуха, воды, минералов и органических материалов для развития и поддержания жизни растений.

Органический материал почвы, называемый гумусом, состоит из микроорганизмов (мертвых и живых), а также мертвых животных и растений, находящихся на различных стадиях разложения. Гумус улучшает структуру почвы, обеспечивая растения водой и минералами. Неорганический материал почвы состоит из горных пород, медленно распадающихся на более мелкие частицы, которые различаются по размеру. Частицы почвы диаметром от 0,1 до 2 мм представляют собой песок. Частицы почвы размером от 0,002 до 0,1 мм называются илом, и даже более мелкие частицы размером менее 0.002 мм в диаметре, называются глиняными. Некоторые почвы не имеют преобладающего размера частиц и содержат смесь песка, ила и гумуса; эти почвы называются суглинками.

Почвенная формация

Почвообразование является результатом комбинации пяти факторов: материнского материала, климата, топографии, биологических факторов и времени.

Цели обучения

Опишите пять факторов, влияющих на почвообразование

Основные выводы

Ключевые моменты

• Исходный материал — это органический и неорганический материал, из которого образуется почва.
• Климатические факторы, такие как температура и ветер, влияют на формирование почвы и ее характеристики; наличие влаги и питательных веществ также необходимо для формирования качественной почвы.
• Топография или региональные особенности поверхности влияют на сток воды, который удаляет материнский материал и влияет на рост растений (чем круче почва, тем сильнее эрозия).
• Присутствие в почве микроорганизмов создает поры и щели; растения способствуют присутствию микроорганизмов и способствуют почвообразованию.
• Почвообразование происходит в течение длительного времени.

Ключевые термины

• ризосфера : область почвы, подверженная влиянию корней растений и связанных с ними микроорганизмов
• коренная порода : твердая порода, которая существует на некоторой глубине ниже поверхности земли
• горизонт : слой почвы с отчетливыми физико-химическими свойствами, которые отличаются от свойств других слоев

Почвенная формация

Почвообразование является следствием сочетания биологических, физических и химических процессов. В идеале почва должна содержать 50 процентов твердого материала и 50 процентов порового пространства. Примерно половина порового пространства должна содержать воду, а другая половина — воздух. Органический компонент почвы служит вяжущим веществом, возвращает растениям питательные вещества, позволяет почве накапливать влагу, делает почву пригодной для обработки почвы и обеспечивает энергией почвенные микроорганизмы. Большинство почвенных микроорганизмов, бактерий, водорослей или грибов бездействуют в сухой почве, но становятся активными, когда становится доступной влага.

Распределение почвы неоднородно, поскольку в результате ее образования образуются слои; вертикальный разрез слоев почвы называется почвенным профилем. В почвенном профиле почвоведы определяют зоны, называемые горизонтами: слой почвы с отчетливыми физическими и химическими свойствами, которые отличаются от свойств других слоев. На формирование почвы влияют пять факторов: материнский материал, климат, топография, биологические факторы и время.

Основной материал

Органический и неорганический материал, в котором образуются почвы, является исходным материалом.Минеральные почвы образуются непосредственно в результате выветривания коренных пород, твердых пород, лежащих под почвой; следовательно, они имеют состав, похожий на исходный рок. Другие почвы образуются из материалов, пришедших из других источников, таких как песок и ледник. Материалы, находящиеся в глубине почвы, относительно не изменились по сравнению с отложенным материалом. Осадки в реках могут иметь разные характеристики в зависимости от того, быстро или медленно движется поток. В быстрой реке могут быть отложения из камней и песка, в то время как в медленной реке может быть мелкозернистый материал, например глина.

Мягкая деформация наносов : Распределение грунта неодинаково на всех глубинах. Вертикальный разрез слоев почвы называется профилем почвы. Профиль почвы содержит определенные зоны, называемые горизонтами, которые имеют отличные физические и химические свойства от свойств других слоев. Здесь показан пример мягкой деформации отложений в песчанике навахо.

Климат

Температура, влажность и ветер вызывают различные модели выветривания, которые влияют на характеристики почвы.Присутствие влаги и питательных веществ от выветривания также будет способствовать биологической активности: ключевому компоненту качественной почвы.

Топография

Региональные особенности поверхности (обычно называемые «рельефом земли») могут иметь большое влияние на характеристики и плодородие почвы. Топография влияет на сток воды, который удаляет основной материал и влияет на рост растений. Крутые почвы более подвержены эрозии и могут быть тоньше, чем относительно плоские или ровные почвы.

Биологические факторы

Присутствие живых организмов сильно влияет на формирование и структуру почвы. Животные и микроорганизмы могут образовывать поры и щели. Корни растений могут проникать в щели, вызывая большее дробление. Секреции растений способствуют развитию микроорганизмов вокруг корня в области, известной как ризосфера. Кроме того, листья и другой материал, падающий с растений, разлагаются и вносят свой вклад в состав почвы.

Время

Время — важный фактор в почвообразовании, потому что почвы развиваются в течение длительного времени.Почвообразование — процесс динамичный. Материалы откладываются со временем, разлагаются и превращаются в другие материалы, которые могут использоваться живыми организмами или откладываться на поверхности почвы.

Физические свойства почвы

Почвы состоят из комбинаций четырех различных типов слоев или горизонтов: горизонта O, горизонта A, горизонта B и горизонта C.

Цели обучения

Опишите физические свойства или профиль почвы

Основные выводы

Ключевые моменты

• Горизонт O, или верхний слой почвы, состоит из разлагающихся организмов и растений; он отвечает за растениеводство.
• Горизонт А представляет собой смесь органического материала и неорганических продуктов выветривания; это начало настоящей минеральной почвы.
• Горизонт B, или недра, представляет собой плотный слой, состоящий в основном из мелкодисперсного материала, который вытесняется с верхнего слоя почвы.
• Горизонт С, или почвенная основа, расположен чуть выше коренной породы и состоит из материнского, органического и неорганического материала.

Ключевые термины

• верхний слой почвы : верхний слой почвы, содержащий гумус на поверхности и разлагающуюся растительность у основания; самая плодородная почва
• недра : плотный слой почвы, содержащий мелкий материал, который сместился вниз; слой земли ниже верхнего слоя почвы

Физические свойства почвы

Названия и классификация почв основаны на их горизонтах.Почвенный профиль имеет четыре отчетливых слоя:

Профиль почвы : Этот профиль почвы показывает различные слои почвы (горизонт O, горизонт A, горизонт B и горизонт C), встречающиеся в типичных почвах.

1. Горизонт O содержит свежеразложившееся органическое вещество, гумус, на поверхности, с разложившейся растительностью в основании. Гумус обогащает почву питательными веществами, улучшая удержание влаги в почве. Верхний слой почвы, как правило, имеет глубину от двух до трех дюймов, но эта глубина может значительно варьироваться.Например, дельты рек, такие как дельта реки Миссисипи, имеют глубокие слои верхнего слоя почвы. Верхний слой почвы богат органическим материалом. Здесь происходят микробные процессы; он отвечает за растениеводство.
2. Горизонт А состоит из смеси органического материала с неорганическими продуктами выветривания; это начало настоящей минеральной почвы. Этот горизонт обычно имеет темную окраску из-за присутствия органического вещества. В этой области дождевая вода просачивается через почву и уносит материалы с поверхности.
3. Горизонт B, или подпочва, представляет собой скопление в основном мелкого материала, который перемещается вниз, что приводит к образованию плотного слоя почвы. В некоторых почвах горизонт B содержит конкреции или слой карбоната кальция.
4. Горизонт С, или почвенная основа, включает в себя исходный материал, а также органический и неорганический материал, который распадается с образованием почвы. Исходный материал может быть либо создан на его естественном месте, либо транспортирован из другого места на его нынешнее место. Под горизонтом C лежит коренная порода.

Некоторые почвы могут иметь дополнительные слои или не иметь одного из этих слоев. Толщина слоев также варьируется в зависимости от факторов, влияющих на почвообразование. В целом незрелые почвы могут иметь горизонты O, A и C, тогда как зрелые почвы могут отображать все это плюс дополнительные слои.

Зрелая почва : Почва Сан-Хоакин — это зрелая почва, которая имеет горизонт O, горизонт A, горизонт B и горизонт C.

Физический состав почвы | Садоводство на высоких равнинах

Физический состав почвы

Почва состоит из твердых тел и пространств.Твердые вещества включают минералы почвы и органические вещества; пространства содержат воздух и воду. В идеале помещения должны состоять на 50% из воздуха и на 50% из воды. Пахота имеет хорошую структуру и дренаж. При хорошей обработке почва удерживает воду, не становясь сырой, и позволяет воздуху циркулировать к корням растений и почвенным организмам. Хорошая обработка почвы позволяет корням легко проникать в почву и расти, и садоводам легко работать.

Текстура, структура и агрегация, плотность, дренаж и водоудерживающая способность являются важными составляющими физических характеристик почвы.Садоводы могут улучшить некоторые из этих характеристик, но не все.

Текстура

Текстура относится к пропорциям песка (крупные частицы), ила (средние частицы) и глины (очень мелкие частицы) в почве. Частицы представляют собой рыхлый осадочный минеральный материал от мелких частиц глины до песчинок и заполнителей. Многие из традиционных садовых растений, которые нам наиболее известны, предпочитают глинистую почву, богатую перегноем. Суглинок содержит от 7% до 27% глины, от 28% до 50% ила и менее 52% песка.Это было бы идеально.

Существует двенадцать основных текстурных классов или групп: глина, песок, ил, суглинок, супесчаный суглинок, супесчаный суглинок, супесчаный песок, суглинок, илистая глина, илистый суглинок и илистый суглинок. Любой экстремальный фактурный класс нежелателен.

В текстуре почвы не учитываются органические вещества, учитывается только состав глины, ила и песка в почве. Добавление органических веществ не меняет текстуры почвы. Только добавив огромное количество песка, ила или глины, садовники смогут изменить текстуру почвы — а это часто непрактично.

Калише определяется как корка или последовательность корок карбоната кальция, которые образуются внутри или на поверхности каменистой почвы в засушливых и полузасушливых регионах и часто сочетаются с глиной. В калише не хватает органических веществ. Его склонность к образованию корки часто препятствует дренажу.

Структура, агрегирование и плотность

Один из ключей к хорошей обработке почвы — это структура почвы — то, как частицы почвы группируются вместе. Сгруппированные вместе частицы образуют агрегаты (крошки или гранулы), блочные единицы, уплощенные единицы, часто называемые пластинами, или образующие вертикальную структуру, называемую столбцами или призмами, или неструктурированные.

Растения лучше всего растут в почве с хорошим размером агрегатов или структурой крошки. Эта структура будет рыхлой с достаточным пористым пространством для циркуляции воздуха и воды (капиллярное действие). Наряду с этим корни легче проникают в почву, и почва лучше удерживает воду и питательные вещества для роста растений. Думайте о хорошей структуре крошки как о червячной отливке. Если вы никогда не видели червячные отливки, отливки маленькие, несколько округлые и влажные, где вы можете легко увидеть отдельные отливки или крошки, но когда их сжимают в шарик, они сохраняют свою форму.Отливки червей с высоким содержанием органических веществ удерживают воду и питательные вещества до тех пор, пока растения не будут к этому готовы.

Тяжелая глинистая почва и песчаная почва могут иметь хорошую структуру почвы, которая легко крошится. Тяжелые глинистые почвы, которые не крошатся, а образуют большие комья, которые трудно разрушить, имеют плохую структуру почвы. В то же время песчаная почва, которая не скрепляется, имеет плохую структуру.

Структура и агрегирование — это физическое качество, которое может быть улучшено или уничтожено в зависимости от методов управления.Хорошая структура и образование агрегатов — результат биологической активности. Гумус играет важную роль в образовании агрегатов, а дождевые черви выделяют липкие смолы, которые удерживают частицы вместе.

Добавление органических веществ в почву разрыхляет глинистую почву и помогает связывать песчаную почву вместе под действием почвенных организмов. Ходьба или обработка влажной почвы уплотняет и разрушает агрегаты и структуру почвы.

Вместимость дренажа и воды

Не менее важно дренажное качество почвы.Дренаж почвы — это скорость и степень движения воды и воздуха в почве по поверхности или вниз. Влажная или заболоченная почва означает, что в порах или пространствах почвы недостаточно воздуха. Многие растения не могут жить в этой среде. Точно так же почвы, которые быстро осушаются, вымывают из почвы воду и питательные вещества.

Проблемы с дренажем вызваны высокими уровнями грунтовых вод, местами сбора, такими как канавы, или площадями, затопленными стоком с крыш, уплотненной почвой или твердым покрытием. Иногда решение заключается в установке грядки на возвышении, посадке в контейнерах или отводе воды от участка.Чтобы корни могли проникнуть внутрь, необходимо прорыть утрамбованную почву или твердый поддон, или даже дважды перекопать участок в вашем домашнем саду. Добавление органических веществ, прививка и стимуляция полезных микробов и дождевых червей, а также посадка глубоко укоренившихся растений, способных пробить твердый слой, обеспечивают более надежные решения проблемы дренажа.

Большинство растений с высоким и средним водопотреблением требуют среднего дренажа, растения с низким водопотреблением требуют дренажа от хорошего до очень хорошего. Плотно уплотненные глинистые и калишевые почвы имеют плохой дренаж.Если у вас глинистая почва, которая образует трещины шириной 1/8 дюйма или больше, скорее всего, у вас плохой дренаж. Когда вы заметите эти трещины, вылейте немного червей или компост в трещины — это менее трудоемкий способ улучшить почву.

Поправки против Удобрение

В почву вносятся удобрения для улучшения обработки почвы и обеспечения питательными веществами почвенных организмов. Поправка к почве — это материал, который добавляют для улучшения содержания органических веществ в почве, подпитки биологической жизни почвы и улучшения структуры почвы.Поправки в почву не сразу становятся доступными для растений, но их добавление в почву через работу почвенных организмов делает питательные вещества доступными для растений.

Для первоначального исправления рекомендуется компост хорошего качества, обычно компост из шелухи семян хлопчатника, сертифицированный органический компостированный навоз, компостированная подстилка из листьев и компостированные садовые скошенные травы. Некоторые другие доступные на местном уровне органические добавки к почве — это хлопковая мука, садовая патока, кукурузная мука и кукурузная глютеновая мука, мука из люцерны, гранулы люцерны и отливки червей.Добавьте эти другие поправки в соответствии с рекомендациями на пакете, а не «толщиной в дюймы» этих поправок, как при компосте.

Неорганические добавки улучшают структуру почвы. Новые неорганические добавки, представленные на рынке, также обладают способностью удерживать воду и питательные вещества. Когда используется термин неорганические добавки, это не относится к синтетическим химическим веществам. Органические добавки содержат атомы углерода, неорганические добавки нет.

Удобрение — это химическое вещество или материал, применяемый в основном в качестве питательного вещества для вашего растения.Сюда входят удобрения с высоким уровнем анализа (анализ N-P-K, то есть азот, фосфор и калий) и синтетические химикаты. Удобрения не укрепляют почву или жизнь в ней, но из-за своего содержания соли помогают разрушать структуру почвы.

Преимущества органических веществ, компоста и гумуса

Сколько органических веществ в вашей почве? В Техасе органическое содержание колеблется от 0,5% до 3%, причем 3% в наиболее плодородных регионах штата, не обязательно в Техасском районе Панхандл.Если вы ранее не вносили в почву органические вещества, значение будет ближе к 1/2%. (Проведите проверку почвы на содержание органических веществ, Техасская лаборатория растений и почвы, www.txplant-soillab.com, 956-383-0739). С 1999 по 2007 я украсил свой газон, часто дважды в год, слоем компоста толщиной ¾ дюйма, и тестировал его в январе 2005 года (теперь я использую Turfmate от SoilMender). Я выкопал кусочек примерно семи дюймов, шириной около ½ и длиной 5 дюймов и мог ясно видеть, как компост за 5 ½ лет сократился до 5 ½ дюймов под действием силы тяжести, машины и аэрации дождевых червей.В моем газоне было обнаружено 3,68% органических веществ. Мне посоветовали продолжать одевать овсяницу. К сожалению, я не тестировал почву перед подкормкой, что дало бы мне отправную точку для улучшения. Всегда лучше проводить анализ почвы на предмет содержания органических веществ, прежде чем начинать программу улучшения. Не забудьте указать, что вы хотите проанализировать органическое содержание, это может потребовать дополнительной оплаты.

Добавление органических веществ также может исправить некоторые проблемы с дренажем. Основное преимущество добавления органических веществ — повышение плодородия, например, компоста или перегноя.Плодородие тесно связано с биологической жизнью почвы. Гумус — это форма органического вещества, которое подверглось некоторой степени разложения. Гумус со временем истощается растениями, и его необходимо восполнять. Гумус улучшает почву во многих отношениях:

• Улучшает удержание воды (тем самым делая его более засухоустойчивым).
• Когда доступно много минералов и питательных веществ, растениям требуется меньше воды для их усвоения.
• Помогает улучшить структуру почвы (позволяя воздуху и воде циркулировать легче и лучше удерживает частицы почвы вместе в более желательную структуру из липких камедей, выделяемых микробами в процессе образования гумуса).
• Способствует росту микоризных грибов, полезных грибов, которые растут в разлагающемся веществе.
• Увеличивает рост грибов, способствующих росту, которые помогают бороться с болезнями, корневой гнилью и уничтожать грибки.
• Раннее утепление почвы.
• Лучшее удержание питательных веществ и долгосрочное высвобождение питательных веществ.
• Уравновешивает pH почвы (снижает щелочность).
• Перерабатывает отходы растений, действует как буфер для химических веществ и снижает токсичность почвы.

Неорганические поправки

Если у вас плотно уплотненная глиняная и калишевая почва, вам следует добавить смесь органических веществ с одной из новых неорганических добавок.Я рекомендую добавлять неорганические добавки для тяжелых глинистых почв, такие как Turface® (кальцинированная глина), Tru-Grow® (вспученный голубой сланец), Ecolite ™ (цеолит) или Axis® (диатомитовая земля) и Profile ™ для песчаных почв. Расширенный голубой сланец также доступен от Soil Mender и называется естественным расширенным сланцем. Это некоторые из лучших неорганических добавок, которые удерживают воду и питательные вещества, а также создают больше пространства для воздуха и воды.

Другие неорганические добавки с гораздо более ограниченной способностью удерживать воду и питательные вещества — это измельченный гранит, гранитный и лавовый песок, зеленый песок, стеклянный песок и, наконец, обычный песок.Если на вашей глинистой почве во время летней засухи появляются трещины, подумайте о добавлении неорганических, а также органических добавок.

Садовая почва: правила подготовки почвы

Садоводы часто не обращают внимания на влияние почвы на здоровье и жизнеспособность их растений. Подготовка почвы — не самый захватывающий аспект посадки сада, но, безусловно, один из самых важных. Если ваша почва неподходящая, вашему саду будет сложно полностью раскрыть свой потенциал.

Для начала выкопайте лопатку земли и исследуйте ее текстуру в своих руках.Автор фотографии: Шэрон Кингстон / Shutterstock

«Сад — это отражение качества почвы. Сады, наполненные красивой почвой, обладают жизненной силой, которую мы почти чувствуем », — говорит ландшафтный дизайнер и писатель Ян Йонсен.

Для достижения этой жизнеспособности необходимо понимать химический состав и состав вашей почвы и создавать идеальные условия для роста плодородных растений. Хорошее управление почвой — это непрерывный процесс, но как только вы уделите внимание основам, ваша почва сделает большую часть работы сама.

Знай свой тип почвы

Перед тем, как приступить к посадке, выкопайте лопатку земли и посмотрите на ее текстуру. Он плотный, тяжелый и слипшийся во влажном состоянии? Или он рыхлый и сыпучий, как песочек? Может быть, он где-то посередине, кажется немного липким, но легко крошится, как свежеиспеченное печенье.

Все почвы представляют собой смесь минеральных частиц, в первую очередь глины, песка и ила. Часто они содержат большее количество частиц одного типа по сравнению с другими.Это не делает их плохими питательными веществами, но влияет на их плотность, скорость дренажа и способность удерживать питательные вещества.

Для каждого типа почвы есть свои компромиссы. Вот краткий обзор:

• Глиняная почва состоит из крошечных плотных частиц, содержащих большие запасы влаги и питательных веществ. Однако глинистая почва также медленно дренируется и может стать твердой и уплотненной при высыхании.
• Песчаные почвы — это полная противоположность, с крупными частицами, через которые легко проходит вода — вместе с важными питательными веществами.
• Ил имеет мелкие частицы, которые плотно упаковываются, препятствуя дренажу и циркуляции воздуха.
• Суглинок — идеальная почва для большинства растений; он содержит баланс всех трех минеральных частиц и богат гумусом (тем, что остается после разложения органических веществ).

Если у вас плохая почва, подумайте о том, чтобы построить приподнятую грядку и засыпать ее хорошо сбалансированной почвенной смесью. Автор фото: Ян Йонсен.

Добавление органических веществ — лучший способ сделать вашу почву более похожей на суглинок и улучшить ее структуру.Другой вариант — построить приподнятую грядку и засыпать ее хорошо сбалансированной почвенной смесью. Или воспользуйтесь простым подходом, выращивая растения, которые хорошо подходят для вашего типа почвы, например, выбирайте засухоустойчивые растения для песчаных почв. Вы можете успешно вырастить сад на любой почве, если корни растения приучены к условиям.

Проверьте pH вашей почвы

pH вашей почвы — один из самых важных факторов, определяющих ее плодородие. Если ваша почва слишком щелочная (с pH выше 7.5) или кислой (с pH ниже 5,5), что может иметь большое значение в том, какие питательные вещества доступны вашим растениям.

Хотя большинство растений переносят широкий диапазон уровней pH, они предпочитают слабокислые почвы (с pH от 6 до 7), потому что важные питательные вещества, такие как азот, фосфор, калий, кальций и магний, легко растворяются в этой среде. В слишком кислых или щелочных почвах ваши растения могут получать слишком много одних питательных веществ и недостаточно других.

При проверке pH почвы возьмите пробы с разных участков вашего сада, потому что pH может варьироваться даже в пределах небольшого двора.Автор фото: Ян Йонсен.

Как проверить pH почвы? Вот два варианта:

• Набор для самостоятельного анализа почвы: Для получения максимально быстрых результатов вы можете купить набор для мгновенного анализа почвы или электронный тестер (например, от Amazon).
• Профессиональный анализ почвы: Но если вы начинаете новый сад, было бы неплохо пройти профессиональное тестирование почвы. Образцы почвы будут отправлены в лабораторию, которая проанализирует pH вашей почвы и содержание питательных веществ, а также ее способность удерживать питательные вещества.Попробуйте испытательный комплект Soil Savvy Test Kit, также доступный на Amazon.

Обязательно возьмите пробы почвы с разных участков в вашем саду, потому что pH может сильно различаться даже на небольшом заднем дворе. Если показатель pH низкий (кислый), вы можете исправить его, добавив в почву известь. Если он слишком высокий, добавьте порошкообразную серу или сульфат алюминия. Другой вариант — выбрать растения, которые будут расти при естественном уровне pH вашей почвы, например, кислолюбивые рододендроны или азалии.

Исправить органическими веществами

Любой тип почвы можно улучшить добавлением органических веществ.

Вот три общих поправки:

• Композиционные дворовые отходы
• Навоз
• Опавшие листья

В песчаных почвах органические вещества улучшают водоудерживающую способность и удержание питательных веществ. В глинистых почвах он разрыхляет минералы, которые становятся липкими, когда почва влажная, и твердая, когда почва сухая. И во всех почвах он обеспечивает богатый источник медленно высвобождаемых питательных веществ для ваших растений, а также пищу для полезных почвенных организмов.Со временем хорошо измененная почва обеспечит ваши растения большинством питательных веществ, что снизит потребность в удобрениях.

Большинство почвенных добавок работают лучше всего, если вы вносите их в почву осенью, чтобы они хорошо разложились перед посадкой следующей весной. Автор фото: Ян Йонсен.

Большинство почвенных добавок работают лучше всего, если вы вносите их в почву осенью, чтобы они хорошо разложились перед посадкой следующей весной, объясняет садовник-органик Элизабет Стелл, автор книги Secrets to Great Soil .Чтобы довести органическое вещество до уровня корней, используйте садовую вилку, чтобы смешать материал с верхним слоем почвы от 4 до 6 дюймов. В огородах, которые обычно содержат однолетние или двухлетние растения, вы можете поправлять почву каждый сезон. Перед посадкой в ​​многолетние сады необходимо внести изменения, чтобы не повредить корни растений. Многие многолетние растения необходимо выкапывать каждые несколько лет для деления, что дает хорошую возможность работать с дополнительным органическим веществом.

Заручитесь помощью микроорганизмов

Не думайте о почве просто как о грязи.Думайте об этом как о микроскопическом мире, изобилующем огромным количеством организмов, которые вдыхают жизнь в ваш сад. Эти организмы в вашей почвенной экосистеме — включая дождевых червей, насекомых, грибки и множество полезных бактерий — действуют как бригада переработчиков матери-природы, превращая мертвые листья и растительные остатки в легкодоступные питательные вещества. Они также помогают аэрировать почву и превращать органические вещества в гумус.

Знайте историю своей почвы

История вашего сада и то, как почва обрабатывалась — или неправильно обрабатывалась — также может иметь большое значение в том, что потребуется для ее улучшения, — говорит почвовед Кейт Рид в своей книге Improving Your Soil .«Вы приобрели загородную недвижимость и хотите разбить сад на старом пастбище? Вы хотите улучшить сад, который вы выращивали в течение многих лет, с помощью большого количества TLC? Или вы пытаетесь разбить сад на том месте, которое считается почвой в новом участке? Изучите историю своего сада, отметьте, какие растения были выращены, какие удобрения или навоз были внесены, и что хорошо или плохо. Эти детали помогут выявить потенциальные ограничения вашей почвы ».

«Заручиться помощью микроорганизмов, создать благоприятные условия.Поскольку это те же условия, которые способствуют оптимальному росту растений, вы окажете своему саду двойную услугу », — говорит Стелл. Чтобы стимулировать жизнедеятельность почвы, она рекомендует поддерживать ее равномерно влажной и хорошо аэрированной и сводить к минимуму использование пестицидов. «Многие из них токсичны для жизни в почве, а также для любых насекомых, с которыми вы пытаетесь бороться», — говорит она. Также избегайте использования концентрированных удобрений быстрого действия, которые могут нанести вред дождевым червям и другим почвенным организмам. Вместо этого используйте менее концентрированные органические удобрения и формулы с медленным высвобождением.

Мульча с уходом

Мульчирование позволяет добавлять в почву органические вещества, не затрагивая корни растений, потому что вы просто распределяете их по поверхности и позволяете им разлагаться естественным образом.

Мульча также помогает:

• Удерживать влажность
• Подавить рост сорняков
• Обеспечьте прохладу почвы летом
• Улучшить аэрацию почвы

Но у мульчи есть свои подводные камни, особенно если вы используете неправильный тип мульчирующего материала и наносите его слишком густо.Он может изменять химический состав почвы и вымывать вредные для растений микроэлементы. Он также может создавать постоянно влажные условия, которые приводят к грибковым заболеваниям корней растений, особенно во влажных почвах и влажном климате.

Эффективную мульчу можно из различных органических материалов. Однако мульчи не равны, когда дело доходит до того, как они влияют на биологическую активность почвы и насколько быстро они разрушаются. Чтобы узнать больше о плюсах и минусах мульчирования, а также о лучших типах мульчи для использования в жилых садах, см. Как мульчировать и избегать ошибок.

За использование метода нулевой обработки

У садовников самые разные мнения о преимуществах обработки почвы. Многие убеждены, что каждый год переворачивание и рыхление почвы создает благоприятную среду для их растений, поскольку это помогает смешивать органические вещества и улучшать дренаж. Другие говорят, что обработка почвы — пустая трата времени и может принести больше вреда, чем пользы, и часто они правы.

Обработка почвы имеет ряд недостатков. Он может стимулировать рост сорняков, выводя спящие семена на поверхность и подвергая их воздействию солнечного света.Это может нарушить полезную норную деятельность дождевых червей — лучший бесплатный труд, который вы можете получить для рыхления и аэрации почвы. Он также может мешать деятельности важных почвенных микроорганизмов. Несмотря на эти недостатки, обработка почвы по-прежнему является жизнеспособным вариантом, если вам нужно внести органические вещества и питательные вещества в липкую глинистую почву или новую грядку, которая сильно уплотнена. После первоначальной глубокой обработки почвы вы часто можете позволить природе улучшить структуру почвы.

НОВОЕ В САДЕ?

Если вы не уверены, с чего начать, редакторы по дизайну сада рекомендуют «Справочник нового садовника: все, что нужно знать для выращивания красивого и изобильного сада» Дэрила Бейерса, эксперта из ботанического сада Нью-Йорка.Вы найдете понятную информацию по адресу:

• Подготовка почвы
• Посадка
• Полив
• Обрезка
• Удобрение
• и более!

Купить сейчас на Amazon.

5.4 Выветривание и формирование почвы — физическая геология

Выветривание — ключевая часть процесса почвообразования, и почва имеет решающее значение для нашего существования на Земле. Другими словами, мы обязаны своим существованием погодным условиям, и нам нужно заботиться о нашей почве!

Многие люди называют любой рыхлый материал на поверхности Земли почвой, но для геологов (и студентов-геологов) почва — это материал, который включает органические вещества, находится в пределах нескольких десятков сантиметров поверхности и важен для поддержания роста растений. .

Почва представляет собой сложную смесь минералов (примерно 45%), органических веществ (примерно 5%) и пустого пространства (примерно 50%, заполненного в той или иной степени воздухом и водой). Минеральный состав почв варьируется, но преобладают глинистые минералы и кварц, а также небольшое количество полевого шпата и небольших обломков горных пород. Типы выветривания, происходящие в регионе, имеют большое влияние на состав и структуру почвы. Например, в теплом климате, где преобладает химическое выветривание, почвы обычно богаче глиной.Ученые-почвоведы описывают структуру почвы в терминах относительных пропорций песка, ила и глины, как показано на рис. 5.14. В компонентах песка и ила на этой диаграмме преобладает кварц с меньшим количеством полевого шпата и обломков горных пород, в то время как в глинистом компоненте преобладают глинистые минералы.

Рисунок 5.14 Диаграмма текстуры почвы Министерства сельского хозяйства США. Эта диаграмма применима только к минеральной составляющей почв, а названия являются текстурными описаниями, а не классами почв.[http://en.wikipedia.org/wiki/ Soil # media viewer / Файл: SoilTexture_USDA.png]

Почва образуется в результате накопления и разложения органических веществ, а также в результате механических и химических процессов выветривания, описанных выше. Факторы, которые влияют на природу почвы и скорость ее образования, включают климат (особенно среднюю температуру и количество осадков, а также соответствующие типы растительности), тип исходного материала, наклон поверхности и количество доступного времени. .

Почвы образуются в результате выветривания материалов на поверхности Земли, включая механическое разрушение горных пород и химическое выветривание минералов. Развитию почвы способствует просачивание воды вниз. Почва легче всего образуется в условиях умеренного или тропического климата (не холода) и при умеренном количестве осадков (не сухих, но и не слишком влажных). Химические реакции выветривания (особенно образование глинистых минералов) и биохимические реакции протекают быстрее всего в теплых условиях, а рост растений ускоряется в теплом климате.Слишком много воды (например, в тропических лесах) может привести к вымыванию важных химических питательных веществ и, следовательно, к кислым почвам. Во влажных и слабо дренированных регионах могут преобладать болотистые условия, при которых в почве преобладает органическое вещество. Слишком мало воды (например, в пустынях и полупустынях) приводит к очень ограниченному нисходящему переносу химических веществ и накоплению солей и карбонатных минералов (например, кальцита) из восходящей воды. Почвы в засушливых регионах также страдают от недостатка органического материала (Рисунок 5.15).

Рис. 5.15 Слабо развитая почва на переносимом ветром иле (лёссе) в засушливой части северо-востока штата Вашингтон [ЮВ]

Материнский материал почвы может включать в себя все различные типы коренных пород и любой тип рыхлых отложений, таких как ледниковые отложения и отложения ручьев. Почвы описываются как остаточные почвы , если они развиваются на коренных породах, и переносимые почвы, если они развиваются на переносимых материалах, таких как ледниковые отложения. Но термин «перемещенная почва» вводит в заблуждение, поскольку подразумевает, что сама почва была перемещена, а это не так.Говоря о такой почве, лучше быть конкретным и сказать «почва, образовавшаяся на рыхлых материалах», потому что это отличает ее от почвы, образовавшейся на коренных породах.

Материнский материал, богатый кварцем, такой как гранит, песчаник или рыхлый песок, приводит к развитию песчаных почв. Материал с низким содержанием кварца, такой как сланец или базальт, создает почвы с небольшим количеством песка.

Исходные материалы являются важными питательными веществами для остаточных почв. Например, второстепенным компонентом гранитных пород является кальций-фосфатный минерал апатит, который является источником важного для почвы питательного фосфора.Исходный базальтовый материал имеет тенденцию создавать очень плодородные почвы, потому что он также содержит фосфор, а также значительное количество железа, магния и кальция.

Некоторые рыхлые материалы, такие как отложения, вызванные разливом рек, являются особенно хорошими почвами, поскольку они, как правило, богаты глинистыми минералами. Глиняные минералы имеют большие площади поверхности с отрицательными зарядами, которые привлекательны для положительно заряженных элементов, таких как кальций, магний, железо и калий — важных питательных веществ для роста растений.

Почва может образовываться только там, где поверхностные материалы остаются на месте и не часто перемещаются в результате массовых потерь. Почвы не могут развиваться там, где скорость почвообразования меньше скорости эрозии, поэтому на крутых склонах обычно мало почвы или нет почвы.

Даже в идеальных условиях почва развивается за тысячи лет. Практически вся южная Канада все еще была покрыта льдом до 14 тыс. Лет назад, а большая часть центральной и северной частей до нашей эры, прерий, Онтарио и Квебека все еще была покрыта ледником на 12 тыс. Лет назад.Ледники все еще преобладали в центральной и северной частях Канады примерно до 10 тыс. Лет назад, и поэтому в то время условия еще не были идеальными для освоения почвы даже в южных регионах. Таким образом, почвы в Канаде, особенно в центральной и северной частях Канады, относительно молодые и недостаточно развитые.

То же самое относится к почвам, которые образуются на вновь созданных поверхностях, таких как недавние дельты или песчаные косы, или в районах массового истощения.

Процесс почвообразования обычно включает в себя нисходящее движение глины, воды и растворенных ионов, и общим результатом этого является развитие химически и текстурно различных слоев, известных как горизонты почвы .Типично развитые горизонты почвы, как показано на Рисунке 5.16, составляют:

О — слой органического вещества

А — слой частично разложившегося органического вещества в смеси с минеральным материалом

E — элювированный (выщелоченный) слой, из которого была удалена часть глины и железа, чтобы создать светлый слой, который может быть более песчаным, чем другие слои.

Б — слой скопления глины, железа и других элементов из вышележащего грунта

С — слой неполного выветривания

Хотя в Канаде встречается редко, другой тип слоя, который развивается в жарких засушливых регионах, известен как caliche (произносится как ca-lee-chee ).Он образуется в результате движения ионов кальция вниз (или в некоторых случаях вверх) и осаждения кальцита в почве. Когда он хорошо развит, калише цементирует окружающий материал вместе, образуя слой, имеющий консистенцию бетона.

Рис. 5.16. Почвенные горизонты в подзоле с участка на северо-востоке Шотландии. O: органическое вещество A: органическое вещество и минеральный материал E: выщелоченный слой B: скопление глины, железа и т. Д. C: неполное выветривание исходного материала [SE после http: // commons.wikimedia.org/wiki/File:Podzol_-_geograph.org.uk_-_218892.jpg]

Как и все геологические материалы, почва подвержена эрозии, хотя в естественных условиях на пологих склонах скорость почвообразования либо уравновешивается, либо превышает скорость эрозии. Человеческая практика, связанная с лесным и сельским хозяйством, значительно нарушила это равновесие.

Почвы удерживаются растительностью. Когда растительность удаляется путем вырубки деревьев или регулярной уборки урожая и обработки почвы, эта защита теряется временно или навсегда.Основными возбудителями эрозии незащищенной почвы являются вода и ветер.

Водная эрозия усиливается на наклонных поверхностях, потому что быстро текущая вода, очевидно, обладает большей эродирующей способностью, чем стоячая вода (рис. 5.17). Капли дождя могут дезагрегировать открытые частицы почвы, превращая более мелкий материал (например, глину) во взвесь в воде. Sheetwash , неканалированный поток по поверхности уносит взвешенный материал, а каналы размываются прямо через слой почвы, удаляя как мелкий, так и крупный материал.

Рис. 5.17. Эрозия почвы дождем и канализационный сток на поле в Альберте. [из Альберты по сельскому хозяйству и развитию сельских районов, http://www1.agric.gov.ab.ca/$department/deptdocs.nsf/all/agdex9313, используется с разрешения]

Ветровая эрозия усугубляется вырубкой деревьев, которые действуют как ветрозащитные полосы, и сельскохозяйственными методами, при которых обнажается обнаженная почва (рис. 5.18).

Обработка почвы также является фактором эрозии почвы, особенно на склонах, потому что каждый раз, когда почва поднимается культиватором, она перемещается на несколько сантиметров вниз по склону.

Рисунок 5.18 Ветровая эрозия почвы в Альберте. [из Альберты по сельскому хозяйству и развитию сельских районов, http://www1.agric.gov.ab.ca/$department/deptdocs.nsf/all/agdex9313, используется с разрешения]

Исследования состава и текстуры почвы с помощью инфракрасной спектроскопии (2–14 м)

Способность термической и коротковолновой инфракрасной спектроскопии характеризовать состав и текстуру оценивалась как с использованием образцов почвы с разделением по размерам, так и естественных почв. Для изучения возможных взаимосвязей между спектральными характеристиками кварца и глинистых минералов и текстурой почвы был проведен анализ размера частиц и разделение на глинистые, иловые и песчаные фракции почвы.Было обнаружено, что спектральные индексы, основанные на характеристиках теплового инфракрасного зеркального отражения и объемного рассеяния, позволяют отличить глинистую почву, богатую минералами, от большей части более крупнозернистой, богатой кварцем песчаной почвы и в меньшей степени от илистой, богатой кварцем почвы. Дальнейшие исследования были предприняты с использованием спектров и информации о 51 USDA и других почвах в спектральной библиотеке ASTER, чтобы проверить применение коротковолновых, средних и тепловых инфракрасных спектральных индексов для определения содержания глинистого минерала, кварца и органического углерода.Наблюдалась нелинейная корреляция между содержанием кварца и спектральным индексом TIR на основе 8,62 мкм м. Предварительные усилия по получению спектрального индекса содержания органического углерода в почве на основе 3,4–3,5 мкм м фундаментальных полос валентных колебаний H – C также были предприняты с ограниченными результатами.

1. Введение

Картографирование и анализ почв на предмет их состава и текстурных характеристик обычно требует обширных полевых работ и лабораторных методов, которые традиционно отнимают много времени.Однако измерение и определение текстуры и состава почвы важны для картирования территорий, уязвимых к эрозии почвы, вызванной водой и ветром. Грунты с более крупной структурой более устойчивы к отслоению и переносу через капли дождя, поэтому менее подвержены водной эрозии [1]. Почвы с содержанием ила более 40% считаются сильно эродируемыми, в то время как частицы глины могут потенциально объединяться с органическими веществами с образованием агрегатов или комков, которые способствуют их сопротивлению эрозии [1].Кроме того, исследования критических скоростей поперечного ветра, необходимых для переноса частиц почвы различного размера, показывают, что частицы диаметром от 0,10 до 0,15 мм наиболее уязвимы для ветровой эрозии [1].

Еще одна мотивация для определения текстуры и состава почвы, включая минералогию, заключается в том, чтобы измерить способность почвы удерживать воду или обеспечивать дренаж. Глинистые минералы, такие как монтмориллонит, могут проявлять набухание, поглощая и накапливая воду в рамках своей слоистой решетчатой ​​структуры [2].Такие глинистые почвы с более мелкой текстурой могут предложить больше воды для роста растений, чем песчаные почвы. Песчаные почвы более уязвимы к засухе, чем глинистые почвы, хранят меньше воды и, вероятно, быстрее теряют воду из-за растущих растений [3]. Однако в условиях наводнения глинистые почвы плохо отводят лишнюю воду и могут заболачиваться.

Включение спектрально полученной текстурной и композиционной информации в схемы классификации почв будет осуществляться, в частности, для специальной классификации с конкретными целями, такими как отображение эродируемости [3].Уайт [2] описывает полезность текстурной классификации почв с точки зрения уязвимости к засухе и плохой аэрации. Кроме того, оценка текстуры поверхности почвы и выявленное присутствие или отсутствие определенных минералов по-прежнему является потенциально важным вкладом в общую классификацию почв, основанную на количественных характеристиках, которые определяют ее морфологию, в отличие от ее происхождения. Классификация почв в США и Австралии в основном использует такую ​​морфологию почв в качестве основы для классификации, хотя это также требует наблюдения свойств, меняющихся в зависимости от глубины и горизонта [2].Таким образом, включение спектроскопической информации в подробное трехмерное описание морфологии требует использования проксимальных спектральных измерений извлеченных образцов почвы.

Общий интерес к определению текстуры и состава почвы можно резюмировать также как потребность в мониторинге и картировании районов, уязвимых к опустыниванию, что обычно проявляется в усилении эрозии почвы. В подробном исследовании [3] были изучены ключевые индикаторы опустынивания, в том числе свойства почвы, с целью картирования территорий, уязвимых для опустынивания в будущем.В исследовании описан параметр почвы, эродируемость, как прежде всего свойство текстуры почвы, с самыми высокими значениями для мелкозернистых и илистых почв с низким содержанием глины, но которые могут быть значительно уменьшены при наличии органического углерода [3]. Поскольку ожидается, что к 2050 году население мира достигнет 9 миллиардов, продовольственная безопасность является проблемой, которая в наименьшей степени может позволить себе последствия эрозии и опустынивания, сокращая существующие пахотные сельскохозяйственные угодья, чтобы прокормить растущий мир [4].

Спектроскопия проксимального и дистанционного зондирования позволяет увеличить скорость и снизить стоимость интерпретации образцов почвы на предмет текстуры и состава.В последнее время гиперспектральная аэроспектроскопия успешно применялась для изучения некоторых свойств почвы с использованием электромагнитного излучения (ЭМИ) в диапазоне длин волн видимого и ближнего инфракрасного (VNIR) (0,4–1,0 м) и коротковолнового инфракрасного (SWIR) диапазонов длин волн (1,0–2,5 м). ) [5]. Кроме того, разработки в области аэросъемки гиперспектрального среднего и теплового инфракрасного дистанционного зондирования [6, 7] указывают на потенциал для картирования и определения характеристик in situ почв. В лабораторных условиях тепловая инфракрасная (TIR) ​​спектроскопия в диапазоне длин волн 7–14 м также показала свой потенциал для получения минералогической и текстурной информации о почве [8, 9].Кроме того, несколько ключевых компонентов, богатых органическим углеродом (включая лигнин и целлюлозу), демонстрируют диагностические особенности, связанные с основными полосами валентных колебаний углеводородов H – C между 3,4 и 3,5 м в диапазоне средних инфракрасных (MIR) длин волн (3-5 м) [ 10, 11]. Спектральные библиотеки, состоящие из двунаправленных измерений коэффициента отражения TIR, выявляют диагностические особенности поглощения многих силикатных минералов [9], хотя направленные эффекты не позволяют использовать их для количественного сравнения с сигнатурами дистанционного зондирования TIR.Проксимальные лабораторные спектральные измерения в диапазоне длин волн видимого и ближнего инфракрасного диапазона (VNIR) (0,4–1,0 м) и коротковолнового инфракрасного диапазона (SWIR) (1,0–2,5 м) могут идентифицировать оксиды трехвалентного железа, глину (AlOH), сульфаты и карбонатные минералы [ 12] обычен в почвах. Однако для определения содержания кварца или силиката в почвах требуется спектроскопия в пределах области MIR [11] и, чаще, области TIR [9]. Таблица 1 суммирует эти диапазоны длин волн, содержащие диагностические спектральные признаки.Количественная оценка состава и характеристик почвы также может быть достигнута с помощью методов спектроскопии диффузного отражения в средней инфракрасной области (DRIFTS) с помощью частичной калибровки методом наименьших квадратов с использованием набора контрольных образцов почвы [13]. Однако физика измерений DRIFTS и операции выборки не позволяет преобразовать записанные сигнатуры отражательной способности в абсолютные коэффициенты излучения. Методика DRIFTS требует, чтобы образцы были измельчены до мелкодисперсной фракции (например, <80 мкм), помещенной в небольшой контейнер, похожий на крышку, из которого определяется коэффициент отражения и передаваемые сигнатуры [14].

SWIR 1,0–2,5 м MIR 3–5 м TIR 7–14 м минерал иллит, монтмориллонит), сульфаты (например, гипс) и карбонатные (например, кальцит) минералы Органический углерод (например, лигнин, целлюлоза), кварц, каолинит Кварц (включая ил по сравнению с крупным песком), каолинит, иллит / монтмориллонит , целлюлоза.

Двунаправленные проксимальные и дистанционные измерения отражательной способности VNIR-SWIR могут быть приблизительно репрезентативными, если почвы ламберционны (например, изотропны для ЭМИ). Это предположение не подходит для анизотропных поверхностей, таких как ошпаривания с преобладанием глины. В идеале для сравнения дистанционного зондирования MIR и TIR со спектроскопией почвы требуется направленное полусферическое отражение (DHR) или проксимальные измерения почвы в режиме излучения.Солсбери [15] продемонстрировал, что для типичных земных материалов с ламбертовскими поверхностями можно принять закон Кирхгофа (, где и), позволяющий взаимозаменяемым спектральным сигнатурам DHR и излучательной способности. Более поздние исследования в диапазоне длин волн 3–14 м показали, что изменение коэффициента излучения с углом наблюдения мало для всех почв, за исключением песка, где изменение до 4% происходит в диапазоне длин волн 8–10 м [16].

Исследования по интерпретации многоспектральных изображений ASTER (Advanced Spaceborne Thermal Emission Reflectance Radiometer) TIR и бортовых TIMS (Thermal Infrared Multispectral Scanner) изображений минералогии и текстуры почвы, однако, показали, что их ограниченное пространственное и спектральное разрешение ограничивает это применение [17].В других исследованиях, в частности, описывались трудности сравнения неоднородностей в пределах 90-метровой пиксельной зоны ASTER с изменчивостью температуры и излучательной способности на земле [18]. Изображения ASTER доступны с 2000 года, и только пять полос от 8,3 до 11,3 м были получены на каждый 90-метровый пиксель. Будущий космический датчик НАСА HyspIRI будет получать с чуть более высоким разрешением шесть полос TIR от 8,3 до 12,0 м, получаемых на каждый 60-метровый пиксель [19].

Для проведения спектроскопии почвы для моделирования пассивных гиперспектральных методов дистанционного зондирования MIR / TIR требуются проксимальные измерения излучения / яркости с высоким спектральным разрешением.Хотя извлечение информации об излучательной способности из изображений яркости дистанционного зондирования MIR / TIR, особенно дневных (например, при солнечном свете) MIR, нетривиально, было разработано и применено несколько алгоритмов [20, 21]. В этом исследовании получение выбранной информации о составе и текстуре почвы нацелено на использование ключевых характеристик спектрального поглощения в диапазоне длин волн от 2 до 14 м в качестве пилотного исследования для будущих применений гиперспектрального инфракрасного дистанционного зондирования.

Обычное получение гиперспектральных изображений МДП с помощью бортовых датчиков, таких как система пространственно-расширенного широкополосного массива (SEBASS) со 128 полосами между семью полосами, все еще находится на начальной стадии.На длинах волн 6 и 13,5 м [22]. Фактически, в настоящее время спектральные и пространственные тепловые инфракрасные изображения с высоким разрешением ограничиваются целенаправленной съемкой с воздуха или точечными измерениями на месте или измерениями проб почвы. До тех пор, пока не будет доступно больше обычных и оперативных бортовых датчиков (или спутниковых датчиков с более высоким разрешением), есть надежда, что использование полевой спектрометрии или лабораторных измерений образцов почвы будет полезно для более быстрого текстурного и композиционного анализа, чем традиционные лабораторные методы.

Возможность проведения трехмерной спектроскопии почвы возможна с использованием лотков, которые в настоящее время уже используются для хранения нескольких небольших образцов с регулярных интервалов глубины. Спектральное зондирование лотков для щебня уже используется для получения проксимальных измерений VNIR-SWIR образцов, собранных в рамках обычных программ горного и разведочного бурения (http://www.csiro.au/en/Organisation-Structure/Divisions/Earth-Science –Resource-Engineering / HyChips.aspx). Лабораторные измерения VNIR-SWIR и, возможно, TIR для таких лотков могут быть выполнены при условии, что образцы почвы достаточно и постоянно высушены и полностью заполняют каждое отделение для лотков.Небольшое поле обзора потребуется для обеспечения отсутствия спектральной интерференции с материалом контейнера лотка или отсутствия потенциального эффекта полости черного тела при использовании спектрометра с эмиссионным режимом TIR.

Первоначально это исследование было частью гораздо более крупного проекта CSIRO-ESRE (Организация научных промышленных исследований Содружества, Отдел наук о Земле и разработке ресурсов) по картированию поверхностных минералов / химического состава с использованием аэроснимков гиперспектральных и спутниковых изображений ASTER с применением видимого ближнего инфракрасного и методы коротковолнового инфракрасного зондирования (проксимального и воздушного) [23, 24].Почвы Tick Hill, описанные и использованные в этой статье, были частью этого исследования CSIRO-ESRE и собраны на севере Квинсленда (21 ° 35 ‘ю.ш., 139 ° 55’ в.д.) (рисунки 1 и 2). Хорошая подверженность почвы и изменчивость в пределах этой региональной проектной территории сделали ее полезной для изучения для картирования почв с помощью дистанционного зондирования и спектроскопии. Предварительные результаты исследований TIR-спектроскопии, проведенных для этих почв Tick Hill, были представлены на 19-м Всемирном конгрессе почвоведов [25]. Эта публикация описывает эти результаты более подробно, а также в сочетании с другими результатами измерений DHR образцов почвы USDA (Министерство сельского хозяйства США), доступными через Спектральную библиотеку ASTER (ASL) [26] (http: // speclib.jpl.nasa.gov/search-1/soil). Предыдущие исследования этих спектров ASL Министерства сельского хозяйства США показали, что они полезны для прямого сравнения с полевыми измерениями при свертке до 5-полосного спектрального разрешения коэффициента излучения TIR ASTER [27]. Спектры ASL в рамках этого исследования также включали десять дополнительных образцов почвы из полузасушливой среды, Fowlers Gap, в западном Новом Южном Уэльсе, Австралия, собранных и проанализированных в рамках докторской степени. [28]. Кроме того, это исследование также включает дальнейшую интерпретацию коротковолновой инфракрасной (SWIR) спектроскопии для содержания глинистых минералов во всех исследованных образцах Tick Hill.

2. Данные и лабораторные методы

2.1. Традиционные аналитические методы

В прошлом текстура оценивалась качественно при полевых исследованиях почвы путем увлажнения образца водой и разминания между пальцами и большим пальцем до тех пор, пока агрегаты не разрушатся, а зерна почвы не станут полностью увлажненными [2]. Более точный количественный, но трудоемкий лабораторный анализ текстуры также доступен с помощью анализа размера частиц с использованием методов седиментации, основанных на скорости осаждения в водной суспензии почва [29].Точно так же традиционные методы анализа состава, включающие дифракцию рентгеновских лучей, отнимают много времени и дороги. Следует отметить, что в этом спектроскопическом исследовании «содержание глины» относится к содержанию глинистых минералов (например, каолинита, монтмориллонита и иллита), то есть менее 2 м, если их дезагрегировать. Поэтому требуется осторожность при сравнении полученного спектральным методом содержания глинистого минерала с содержанием глины с размером частиц, поскольку определенная фракция размером 2 м и более мелкая может включать мелкодисперсные оксиды железа или органический материал, если не будет должным образом обработан [29].

2.2. Tick ​​Hill Samples

Восемь образцов почвы Tick Hill были отобраны и проанализированы на предмет фракций частиц по Международной системе [2], глины (<2 м), ила (2–20 м) и песка (20 м – 2 мм), CSIRO land и воду (http://www.clw.csiro.au/services/analytical/), используя традиционный метод пипетки [29] (Таблица 2). Согласно картированию Австралийской системы информации о почвенных ресурсах (ASRIS) [2, 31], все, кроме одного образца, использованного в этой области исследования, были феррозолями (таблица 2) с высоким содержанием свободного оксида железа и низким контрастом текстуры между A и B. горизонты [30].MI132 был нанесен на карту как Tenosols со слабой педологической структурой, за исключением горизонта A [30]. Однако в подробном масштабе, отобранном в этом районе Тик-Хилл, наблюдалось гораздо большее разнообразие свойств почвы (рис. 1). Эти образцы впервые были приготовлены путем химического удаления солей, органических веществ и трехвалентного железа [29]. Эти фракции были разделены и высушены для последующих спектральных измерений. Полученная фракция песка также была дополнительно разделена между 20–60 мкм м и 60 мкм м – 2 мм и высушена для последующих спектральных измерений.

905 Образец Глина <2 мкм% Ил 2–20 мкм% <2 мкм% <20 мкм% влага, оксиды Fe / Al и органические вещества, удаленные при предварительной обработке% Классификация ASRIS * MI115 33,1 13,2 33,1 46,3 100 MI120 18.3 8,6 18,3 26,9 100 11 Феррозоли MI121 16,6 10,1 16,6 905 905 905 905 905 905 46,1 18,8 46,1 64,9 100 8 Феррозоли MI124 57,6 17,3 57.6 74,8 100 7 Феррозоли MI128 22,8 6,7 22,8 29,5 100 13905 905 905 905 13,1 26,9 100 6 Феррозоли MI132 27,8 11,5 27,8 39,3 10017 905 9017 905 9017 905 9017 9017 9017 905 9017 ASRIS * (Австралийская информационная система о почвенных ресурсах) [2, 30]. Исходный сырой грунт, а также четыре фракции размера частиц (<2 мкм м, 2–20 мкм м, 20-60 мкм м, 60 мкм м – 2 мм) каждой Для восьми образцов Tick Hill были измерены характеристики их спектральной излучательной способности TIR с помощью Designs and Prototypes microFTIR 102 [32] (http://www.dpinstruments.com/). Образцы почвы нагревали в печи в течение ночи при 60 ° C для получения постоянной сухости. Измерения излучения MicroFTIR были получены из нагретых образцов почвы в керамических тиглях, также при 60 ° C, с полем зрения примерно 20 мм и с использованием 16 интеграций сканирования.Измерения были откалиброваны в единицах яркости (W // sr / μ м) с использованием измерений горячего и холодного черного тела, установленных на 65 ° C и 30 ° C, соответственно. Фоновое сияние (например, «нисходящий поток») было удалено путем измерения излучения латунной пластины при комнатной температуре (определяемой с помощью Pt термопары). Разделение температурно-излучательной способности полученных измерений энергетической яркости было рассчитано с использованием собственного программного обеспечения, разработанного CSIRO (Green, , личн. Комм. ), для получения абсолютных спектральных характеристик излучательной способности.Каждый образец почвы был также проанализирован на минералогию с помощью дифракции рентгеновских лучей (XRD). Измерения эмиссии с помощью microFTIR каждой фракции размера частиц были повторены для проверки незначительных изменений сигнатуры, когда поверхность образца была нарушена шпателем. Наблюдались лишь незначительные изменения в абсолютных значениях излучательной способности без эффективного изменения формы сигнатуры. Полученные в результате сигнатуры излучательной способности МДП были импортированы в программное обеспечение CSIRO для обработки ближайших спектральных данных, «Спектральный геолог» (TSG, http: // www.thespectralgeologist.com/). Интерпретации характеристик излучения для минералогии помогло сравнение с ASL [26]. Дополнительные спектральные измерения образцов Tick Hill были также проведены с использованием спектрометров PIMA II (портативный инфракрасный анализатор минералов; http://www.hyvista.com/) и Fieldspec FR (http://www.asdi.com/). получить сигнатуры отражательной способности SWIR сырой почвы и фракций частиц Tick Hill. 2.3. Спектральная библиотека АСТЕР Пятьдесят один образец почвы, доступный в Спектральной библиотеке АСТЕР [26] (http: // speclib.jpl.nasa.gov/search-1/soil) использовались в этом исследовании и представляли все основные типы почв. Подробные описания и классификации даны для большинства почв, включая процентное содержание песка, ила и глины, предоставленное Национальной лабораторией исследования почв Министерства сельского хозяйства США, где размер глины составляет менее 2 мкм м; крупность ила от 2 мкм м до 50 мкм м; крупность песка колеблется от 50 мкм м до 2 мм. Определения ила и песка в системе Министерства сельского хозяйства США по размеру частиц отличаются от Международной системы, где ил и песок определяются размером частиц от 2 мкм от м до 20 мкм м и 20 мкм от мкм до 2 мм соответственно [2] .Это предотвратило использование ила и разложения песка для восьми образцов Tick Hills от объединения с этими образцами Министерства сельского хозяйства США. Если возможно, Министерство сельского хозяйства США определило минералогию глины полуколичественно на основе анализа XRD, в то время как минералогия ила и песка была определена с помощью петрографического микроскопа. Предоставленная Министерством сельского хозяйства США оценка процентного содержания кварца была пересчитана в оценку общего содержания кварца в почве для этого исследования с использованием оценки процентного содержания глинистых частиц для получения поправки (например,грамм., ). В этом исследовании также использовалось процентное содержание органического углерода Министерства сельского хозяйства США, которое было получено путем анализа влажного сжигания [33]. Оценки содержания кварца в пробах Фаулерса были получены на основе нормативного анализа результатов элементного рентгенофлуоресцентного анализа почвы [34]. Гранулометрический анализ почв Фаулерского зазора проводился с использованием просеивания и лабораторных методов с учетом классов текстуры системы USDA [34]. Образцы USDA, включенные в ASL, были измерены для спектров DHR с использованием спектрофотометра Nicolet 5DXB FTIR при постоянном спектральном разрешении 4 см −1 от 2 мкм м до 14 мкм мкм (e.g., длины волн SWIR-TIR) [35]. Для измерения диаметра образца 2,5 см использовалась направленная (10 градусов) приставка с полусферическим отражением. В этом исследовании сигнатуры ASL TIR были преобразованы из DHR в излучательную способность, полученную с помощью microFTIR, в соответствии с законом Кирхгофа [15]. Эти спектры также были объединены с дополнительными спектральными измерениями от 0,4 мкм до 2,0 мкм мкм для каждого образца, хотя диапазон длин волн VNIR здесь не исследовался. 3. Спектральный анализ и результаты 3.1. Tick Hill XRD-анализ почв Tick Hill выявил такие минералы, как кварц, смектит, каолинит и небольшие количества иллита. Характеристики излучательной способности MicroFTIR образцов необработанной почвы подтвердили преобладание кварца и глинистых минералов. В частности, образцы MI122 и MI128 показали присутствие кварца и минералов каолинита / смектита (Рисунок 3). Хотя кварцевый «рестстрален» между 8 и 9,5 м меньше в образцах необработанной почвы по сравнению со спектрами библиотеки JHU, спектры 8.62 метра остается отличительной чертой. Аналогично, 9,0-метровый каолинит менее выражен в сырой почвенной смеси, хотя 9,5-метровый элемент остается. Соответствующие сигнатуры излучательной способности для различных фракций размера частиц образцов MI122 и MI128 выделяют примеры тенденции увеличения спектральной характеристики кварцевого остатка 8,62 м и уменьшения характеристики глины 9,5 м при увеличении размера частиц (Рисунок 4) . Также в диапазоне длин волн 10,5–12 м «объемные» рассеивающие кварцевые элементы (QVS) связаны с фракциями частиц почвы 2–20 м и 20–60 м [36] (рис. 4). Для сравнения, остаточная кварцевая особенность связана с зеркальным рассеянием на более крупных зернах кварца [36]. Некоторые образцы, в том числе представленный MI128, также указывают на небольшие количества каолинита в пределах фракций размером 2–20 мкм и 20–60 мкм, как показано их спектральными характеристиками 9,0 и 9,8 мкм (рис. 4). Программное обеспечение TSG было настроено для нацеливания на те особенности излучательной способности, которые связаны с каолинит-смектитом, кварцем и его мелкозернистыми вариациями объемного рассеяния.В частности, были разработаны спектральные индексы для оценки содержания более крупного кварца, содержания глинистых минералов и эффектов объемного рассеяния мелкого кварца; , и, соответственно. Обычно здесь использовались отдельные полосы детектора или их ближайшая длина волны. Эти спектральные индексы были разработаны для нацеливания на особенности спектрального поглощения аналогичным методом, как в [37]. где — среднее значение в пределах 30 нм (например, между 8602 и 8664 нм), а и — значения на длинах волн 8383 и 8897 нм соответственно. На рисунке 5 эти длины волн показаны в зависимости от спектральной особенности кварцевого рестстралена. Оценка содержания кварца с использованием (1) в качестве спектрального индекса, основанного на диагностической характеристике поглощения рестстралена, следует примерам предыдущего применения спектральных индексов с проксимальными и воздушными гиперспектральными данными [23, 24]. Аналогичным образом были разработаны индексы для глины (каолинита) и оценки эффекта объемного рассеяния кварца. Результаты этих спектральных индексов для каждой фракции почвы Tick Hill, обработанные с использованием TSG, показаны на рисунках 6, 7 и 8.Рисунок 6 показывает примерную тенденцию к увеличению спектрального параметра кварца с увеличением размера зерна. Более высокое объемное рассеяние кварца для фракций среднего размера (например, 2–60 м) показано дополнительным цветовым кодированием (от зеленого к красному, рис. 6) для точек отбора проб. На рис. 7 виден четкий обратный тренд между спектральными индексами глины и кварца. Однако высокое содержание глины все же может проявляться в илистых фракциях (например, голубое кодирование, Log ~ 1,0 или ~ 10 м) и некоторых более крупных фракциях (например,г, красный) имеют высокий спектральный индекс глин. Зависимость от отношения, показанная на рисунке 7, показывает высокую корреляцию значения определения () 0,85. Хотя следует отметить, что этот набор данных включал повторные измерения microFTIR для каждой фракции образца. Разработка алгоритмов прогнозирования содержания глины в процентах осложняется таким остаточным содержанием глинистых минералов в разделенных фракциях почвы. Однако на Рисунке 8 предлагается прогнозировать содержание глинистых минералов во фракциях мельче 10 м с низким содержанием кварца (например.г., синий) возможно. Спектральный индекс был определен для спектральных измерений SWIR, собранных с помощью PIMA II. Алгоритм на основе TSG, рассчитывающий глубину полинома 4-го порядка на участке поглощения глины 2,2 м, был применен к спектрам без континуума («глинаолинит (SWIR)») для всех фракций частиц почвы Tick Hill (рисунки 9 (a) и 9 (б)). Значение клинакаолинита (SWIR) было установлено на 0, когда не было обнаружено никаких признаков поглощения 2.2 м SWIR.Сравнение показателей минеральной глины SWIR и TIR для всех фракций Tick Hill показало широкий диапазон значений (рис. 9 (а)). Однако лучшая корреляция между размером частиц и минеральным индексом, полученным из TIR, была очевидна, когда были исследованы только три фракции 2 м, 2–20 м и 20–60 м (рис. 9 (b)). Представляется вероятным, что в более крупных фракциях присутствует некоторое загрязнение глинистыми минералами, возможно, как покрытие зерен. Об этом свидетельствуют примеры спектральных характеристик глины (например,g., фракции MI128, рисунок 4). Применение этих спектральных индексов к восьми естественным образцам почвы Tick Hill не выявило четких взаимосвязей с текстурой, хотя количество образцов было небольшим. Минеральный индекс в сравнении с содержанием глины, полученным в лаборатории для этих природных образцов (рис. 10), ясно указывает на гораздо большую популяцию, и для проверки применения этих спектральных методов требуется ряд образцов почвы, что более подробно рассматривается в следующем разделе. 3.2. Спектральная библиотека ASTER Soils Спектральные характеристики SWIR и TIR 51 почвы из ASL [26] были включены в это исследование для оценки разработанных спектральных индексов для состава и текстуры естественных образцов почвы. Примеры этих спектральных сигнатур ASL USDA и Fowlers Gap показаны на рисунках 11 (a) и 11 (b), соответственно. Эти спектры выделяют разнообразный диапазон представленных почвенных сред, включая богатый органикой суглинок Spodosol (874264), супесчаный суглинок Alfisol на основе эоловых отложений (87P2376), слюдистый суглинок Inceptisol (88P2535) и богатый кварцем аллювиальный песок Entisol (FGG027) (Рисунки 11 ( а) и 11 (б)). Те же спектральные индексы, которые описаны в (1) — (3), были применены к спектрам ASL почвы с использованием Excel, а не TSG в этом приложении. Различия между измерениями ASL Nicolet 5DXB FTIR и CSIRO-ESRE MicroFTIR потребовали небольшой корректировки спектральных индексов, хотя различия в длинах волн TIR были незначительными. Отчетливая особенность поглощения SWIR на 2,2 м (например, 2200 нм) может наблюдаться для некоторых глинистых и филлосиликатных минералов AlOH, которые могут составлять фракцию мелких частиц глины в почвах (например,ж., монтмориллонит, каолинит и мусковит, рис. 12). Индекс относительной глубины полосы был разработан для этой особенности 2200 нм, чтобы различать такие глинистые минералы (Рисунок 12) по (4) где — значение коэффициента отражения при 2100 нм и т. д. В частности, (4) использует среднюю оценку спектральной характеристики поглощения на 2195 и 2215 нм в качестве знаменателя и плеч поглощения на 2100 и 2300 нм для числителя в качестве вариации метода относительной глубины полосы. . И индексы и для объединенных наборов данных Tick Hill и ASL не показывают последовательной корреляции между минералогией глины и размером частиц глины, несмотря на использование увеличенной выборки почв с более широким диапазоном содержания глины (Рисунок 13). Плохой результат для спектрально полученного содержания глины% (Рисунок 13) может быть связан с рядом факторов, включая влияние кварцевого рестстралена размером 8-9,2 м на спектральный индекс на основе поглощения глины 9,5 м, ограничения спектральный алгоритм относительной глубины полосы, применяемый для минерального содержания глиныAlOH, нелинейных эффектов от многократного рассеяния между частицами глинистого минерала, покрывающими более крупные частицы, или наличием мелких неглинистых минеральных частиц размером менее 2 мкм, искажающих измеренную фракцию глины (например,г., оксиды железа, органика). Вариация спектрального индекса глины (), рассчитанная с использованием (2), впоследствии была получена с использованием спектральной характеристики каолинита 9,0 мкм м, которая сохраняется даже при преобладающем присутствии кварца (Рисунок 3) и описана здесь в (5). : Однако полученный индекс также дал плохой результат, показывая отсутствие эффективной корреляции с процентным содержанием глины USDA. Результаты сравнения с петрографическим определением содержания кварца, связанного со спектрами почв Министерства сельского хозяйства США, показали взаимосвязь, включающую степенную функцию () с умеренным коэффициентом детерминации (Рисунок 14).Включение почв Фаулерского разрыва в эту выборку существенно не повлияло на этот результат. Однако содержание кварца в промежутке Фаулера было получено с помощью другого метода, включающего нормативный расчет, основанный на элементном анализе XRF, и, следовательно, не обязательно согласуется с результатами Министерства сельского хозяйства США. Индекс объемного рассеяния кварца (QVS) показал небольшую тенденцию к увеличению с процентным содержанием ила для образцов USDA и Fowlers Gap, однако он был низким 0,27. Этот индекс, по-видимому, представляет больший потенциальный интерес для изучения разделенных фракций почвы, чем для естественных образцов почвы. Были также предприняты попытки получить неминеральный органический углеродный состав почвы из спектров почвы ASL с использованием спектральных индексов, рассчитанных на основе характеристик поглощения MIR и результатов определения органического углерода, определенных Министерством сельского хозяйства США. Исследование нескольких спектров DHR почвы Министерства сельского хозяйства США выявило особенности органического углерода на глубинах 3,41 м («A») и 3,5 м («B») (рис. 15). Обратите внимание, что показанная почва USDA, 874264, представляет собой богатый органическими веществами суглинок Spodosol, содержащий самый высокий органический углерод 28% в коллекции образцов ASL.Эти спектры MIR DHR (также показанные на рисунке 11 (a)) выделяют обработку между 3,3 м и 3,6 м, где удаление континуума корпуса действует как процесс нормализации [38] и упрощает расчет спектральных индексов как глубин поглощения (рисунок 15). Было разработано несколько индексов глубины с центрами на 3,41 и 3,5 мкм м, как указано в (6) — (8): где — среднее значение ρ в пределах нм (например, между 3405 и 3425 нм) где — среднее значение ρ в пределах нм (например,g., между 3475 и 3505 нм) Кроме того, спектральный индекс был получен из площади, ограниченной корпусом (= 1 на рисунке 15), и спектральной характеристики между 3,3 и 3,6 м. Это потребовало перевернуть сигнатуры корпуса и рассчитать площадь под полученной кривой. Наибольшая «корреляция» четырех индексов с оценками органического углерода Министерства сельского хозяйства США была достигнута при использовании индекса глубины органического углерода A MIR, равного 0,53 (Рисунок 16 (a)). Однако это включало чрезвычайно удаленный образец, содержащий 28% органического углерода, и корреляция уменьшилась до 0.39, когда это было опущено (Рисунок 16 (b)). Аналогичным образом, индексы средней глубины органического корпуса MIR и основанные на площади площади дали 0,37 и, соответственно, снизились до значений 0,19 и 0,18 соответственно, когда исключили этот единственный образец с высоким содержанием органического углерода. Хотя эти предварительные результаты не показали последовательной корреляции, этот результат будет подтвержден, если будет включено больше почв, содержащих более широкий диапазон органического углерода от 10 до 30%. Однако, поскольку большинство земных почв содержат менее 10% органического углерода, его определение с использованием таких спектральных индексов представляется маловероятным.На рисунке 17 также показано это ограничение с результатом индекса средней глубины корпуса MIR для органических соединений от 0 до 10% органического углерода. 4. Выводы Изучение фракций размера частиц, полученных из образцов почвы Tick Hill, показывает тесную связь между минералогией и текстурой при изучении спектров TIR. В частности, крупнозернистые и мелкозернистые кварцевые компоненты имеют отчетливые спектральные особенности ПВО. Спектральные результаты также показывают, что остаточные глинистые минералы все еще могут присутствовать во фракции песка, даже при тщательном разделении частиц по размеру, и потенциально могут смещать определение содержания «глины», если оно основано только на седиментационном анализе (например.г., <2 м). Ближайшие спектральные измерения образцов Tick Hill показали его потенциал для анализа содержания глинистых минералов. В частности, результаты Tick Hill показали, что спектральный индекс TIR, основанный на характеристике поглощения 9,5 мкм м, полезен для определения содержания глины в фракциях размера частиц почвы. Дальнейшие исследования с использованием большего количества образцов естественной почвы, доступных из ASL, не показали сильной корреляции между лабораторно определенным размером частиц глины и глиной, полученной на основе спектральных индексов на основе SWIR или TIR.Возможными причинами этого могут быть помехи от 8 до 9,2 мкм м кварцевого рестстралена на спектральных индексах на основе поглощения глины 9,5 мкм м и 9,0 мкм м, ограничения алгоритма спектральной относительной глубины полосы, нелинейные эффекты от покрытия из частиц глинистого минерала над крупнозернистыми частицами или наличие неглинистых минеральных частиц размером менее 2 мкм мкм, но включенных во фракцию «глинистых» частиц. Умеренная нелинейная корреляция была указана между индексом, полученным из кварца TIR, основанным на 8.62 мкм м рестстрален и содержание кварца петрографического происхождения. Предварительные усилия были также предприняты для получения спектрального индекса органического углерода с использованием характеристик поглощения от 3,4 до 3,5 мкм мкм, связанных с основными полосами валентных колебаний H – C. Никаких сильных корреляций с оценками органического углерода Министерства сельского хозяйства США не было обнаружено при использовании спектров удаленного континуума корпуса для получения индексов, основанных на глубине и площади абсорбционных особенностей. Выражение признательности Адриан Бич, бывший менеджер аналитических служб CSIRO Land and Water, искренне благодарит за проведение обширного анализа размера частиц и разделения проб почвы Tick Hill.Помощь Питера Мэйсона из CSIRO также помогла в применении программного обеспечения TSG. Также благодарны за поддержку и поддержку Виттала Шеттигара из DSTO, Саймон Хук из JPL, Саймон Джонс из RMIT, Алан Маркс и Ян Гойкоэча. Матильда Томас издает с разрешения главного исполнительного директора Geoscience Australia. Биоразнообразие почв и состав почвенного сообщества определяют многофункциональность экосистемы Значимость Биологическое разнообразие является основой поддержания экосистем.Следовательно, считается, что антропогенная деятельность, уменьшающая разнообразие экосистем, угрожает их функционированию. Большая часть биоразнообразия в наземных экосистемах скрыта под землей в почвах, и влияние изменения его разнообразия и состава на функционирование экосистем до сих пор плохо изучено. Используя новую экспериментальную систему для изменения уровней биоразнообразия почвы и состава сообществ, мы обнаружили, что сокращение численности и присутствия почвенных организмов приводит к снижению многих функций экосистемы, включая разнообразие растений, круговорот и удержание питательных веществ.Это говорит о том, что подземное биоразнообразие является ключевым ресурсом для поддержания функционирования экосистем. Abstract Утрата биоразнообразия стала глобальной проблемой, поскольку накапливаются свидетельства того, что это отрицательно скажется на экосистемных услугах, от которых зависит общество. До сих пор большинство исследований было сосредоточено на экологических последствиях утраты наземного биоразнообразия; тем не менее, большая часть биоразнообразия Земли буквально скрыта под землей. Влияет ли сокращение биоразнообразия в почвенных сообществах под землей на общую производительность экосистемы, остается нерешенным.Это важно исследовать с учетом недавних наблюдений за сокращением биоразнообразия почв и изменением почвенных сообществ при интенсификации землепользования. Мы установили почвенные сообщества, различающиеся по составу и разнообразию, и протестировали их влияние на восемь функций экосистемы в модельных сообществах пастбищ. Мы показываем, что утрата биоразнообразия почв и упрощение состава почвенных сообществ наносят ущерб множеству функций экосистемы, включая разнообразие растений, разложение, удержание питательных веществ и круговорот питательных веществ.Средняя реакция всех измеренных функций экосистемы (многофункциональность экосистемы) продемонстрировала сильную положительную линейную связь с индикаторами биоразнообразия почвы, что свидетельствует о том, что состав почвенного сообщества является ключевым фактором в регулировании функционирования экосистемы. Наши результаты показывают, что изменения в почвенных сообществах и потеря биоразнообразия почв угрожают многофункциональности и устойчивости экосистемы. Давно признано, что биоразнообразие может быть механизмом функционирования экосистемы, особенно в сообществах наземных организмов (1⇓⇓⇓ – 5).Однако в почвах под землей функционирование биоразнообразия изучено недостаточно (6). Почвы очень разнообразны. Подсчитано, что в 1 г почвы содержится до 1 миллиарда клеток бактерий, состоящих из десятков тысяч таксонов, грибных гиф размером до 200 мкм и широкого спектра клещей, нематод, дождевых червей и членистоногих (7, 8). Это огромное и скрытое разнообразие вносит вклад в общую наземную биомассу и тесно связано с наземным биоразнообразием (9, 10). В последние годы несколько исследований показали, что антропогенная деятельность, такая как интенсификация сельского хозяйства и изменение землепользования, снижает численность микробов и фауны, а также общее разнообразие почвенных организмов (11⇓ – 13).Это вызвало растущую обеспокоенность тем, что сокращение биоразнообразия в почвах может нанести ущерб многочисленным функциям экосистемы, таким как усвоение питательных веществ растениями и круговорот ресурсов между наземными и подземными сообществами (6, 11, 13, 14). Однако на сегодняшний день исследования в основном сосредоточены на воздействии определенных групп организмов, таких как почвенные микробы (15, 16), микоризные грибы (17, 18) и почвенная фауна (19, 20), или на крупномасштабных коррелятивных исследованиях. анализ в полевых условиях (13). Однако почвенные организмы взаимодействуют в рамках сложных пищевых сетей, и поэтому изменения в разнообразии внутри одной трофической группы или функциональной гильдии могут изменить численность, разнообразие и функционирование другой (21, 22).Следовательно, важно знать, как изменения в биоразнообразии почв и упрощение состава почвенного сообщества влияют на функционирование экосистемы. Однако остается нерешенным вопрос о том, имеет ли сокращение биоразнообразия в почвенных сообществах последствия для общей производительности экосистемы. Более того, недавние исследования показывают, что разнообразие надземных растений влияет на множество функций экосистемы, определяемых как многофункциональность экосистемы (23). Однако до сих пор неясно, зависит ли многофункциональность экосистемы от биоразнообразия почв. Здесь мы управляли биоразнообразием почвы и составом почвенного сообщества в модельных микрокосмах пастбищ, имитирующих европейские пастбища. Мы проверили, влияют ли изменения в биоразнообразии почвы и составе почвенного сообщества на несколько функций экосистемы. Чтобы управлять биоразнообразием почвы и составом почвенного сообщества, мы инокулировали микрокосмы пастбищ с различными почвенными сообществами. Посевной материал почвы был приготовлен путем фракционирования почвенных сообществ по размеру с использованием фильтров с уменьшающимся размером ячеек (19).Этот метод снижает численность различных групп почвенных организмов при разном размере ячеек, тем самым одновременно изменяя состав сообщества и общее разнообразие почвенных организмов (19). Чтобы поддерживать различные методы обработки почвенных сообществ и предотвратить микробное загрязнение, мы поддерживали сообщества в автономных микрокосмах, в которых мы могли ограничить внешнее загрязнение (24). Кроме того, эксперимент был повторен и проводился в течение более длительного периода для подтверждения первоначальных результатов и включения дополнительных мер по характеристикам экосистемы.Мы предположили, что утрата биоразнообразия почвы снижает функционирование и многофункциональность экосистемы. В частности, мы выдвинули гипотезу о том, что разнообразие растений, разложение и рециркуляция питательных веществ ухудшаются при уменьшении разнообразия и численности различных групп почвенной биоты (например, грибов, микоризных грибов, бактерий и нематод). Результаты и обсуждение Мы успешно получили широкий градиент биоразнообразия почв в микрокосмах наших пастбищ (рис. 1 и приложение SI, приложение , рис.S1 и S2 и таблица S1). Некоторые группы почвенных организмов (например, нематоды и микоризные грибы) были полностью уничтожены в пределах градиента, тогда как сообщества грибов и бактерий показали снижение численности и богатства (рис. 1). Это привело к общему сдвигу в составе почвенного сообщества и снижению разнообразия почвенной биоты при каждой обработке почвенного сообщества по нашему градиенту. Рис. 1. Изменение характеристик почвенных сообществ в сообществах пастбищ с увеличением упрощения почвенных сообществ в зависимости от их размера.Сообщества почвы были созданы путем фильтрации через различные ячейки: 1 ≤5000 мкм, 2 ≤250 мкм, 3 ≤50 мкм, 4 ≤25 мкм, 5 ≤10 мкм и 6 стерилизованная почва. Эти показатели отражают как численность (нематоды, микоризная колонизация корней растений и микробная биомасса), так и богатство (бактериальное и грибковое богатство) различных гильдий почвенных организмов. Средние значения ± SEM выражаются как отношение наиболее полной обработки почвы (почвенное сообщество 1, пунктирная линия), так что 0 означает отсутствие обнаружения (исходные данные в приложении SI , рис.S1 и S2). Если для микоризы и нематод столбцы ошибок не показаны, они не были обнаружены ни в одной повторности. Линии выделяют общую тенденцию изменения характеристик почвенного сообщества по градиенту. Характеристики почвенного сообщества, измеренные в обоих экспериментах, объединены. Изменения в почвенных сообществах по градиенту повлияли на различные функции экосистемы (рис. 2). Среди оцениваемых функций экосистемы разнообразие видов растений сильно сократилось с сокращением биоразнообразия почвы и упрощением почвенных сообществ (рис.2), что подтверждает предыдущие сообщения о том, что состав растительного сообщества определяется разнообразием и видовым составом различных групп почвенных организмов (17, 19, 25). Продуктивность бобовых и разнотравья снизилась по мере истощения биоразнообразия почв, тогда как продуктивность трав увеличилась в наиболее упрощенных почвенных сообществах, обеспечивая до 92% чистой первичной продуктивности ( SI Приложение , рис. S3 и S4). Секвестрация углерода также снижалась по градиенту (рис. 2). Однако этот эффект был относительно небольшим, поскольку эта функция, вероятно, в большей степени опосредована комбинацией характеристик растений и почвенного сообщества, чем прямой функцией только биоразнообразия почвы (26, 27). Рис. 2. Изменение функций экосистем в сообществах пастбищ вдоль континуума все более упрощенных почвенных биотических сообществ. Средние значения ± SEM продуктивности растений (г), разнообразия растений (индекс Шеннона), кругооборота азота (∂ 15 N), разложения (%), связывания углерода (∂ 13 C в почве), выщелачивания азота (мг), Выщелачивание P (мг) и выбросы N 2 O (мг · м -2 ) выражаются как отношение наиболее полной обработки почвы (почвенное сообщество 1, пунктирная линия), так что значения ниже 1 представляют сокращение, и значения выше 1 указывают на усиление функции экосистемы (исходные данные в приложении SI , рис.S5). Линии выделяют тенденции изменения функций экосистемы по всему градиенту. Экосистемные функции, измеренные в обоих экспериментах, объединены (результаты отдельных экспериментов приведены в Приложении SI, приложение , рисунки S6 – S8 и таблица S1). Почвенные сообщества основаны на размере организмов, как показано на рис. 1. Изменения в биоразнообразии почв и составе почвенных сообществ также повлияли на процессы, связанные с круговоротом питательных веществ. Изменения в экосистемных процессах, которые удерживают питательные вещества в системе, связаны со способностью почвенных организмов расщеплять органическое вещество и возвращать высвободившиеся ресурсы в наземное сообщество (10).В частности, разложение растительной подстилки и повторное включение азота, высвобожденного из подстилки, обратно в надземные ткани растений снизилось по мере сокращения общего биоразнообразия почвы и упрощения почвенных сообществ (рис. 2). Более того, потеря фосфора в результате выщелачивания после имитации дождя экспоненциально увеличивалась с последовательным упрощением почвенных сообществ, достигая трехкратной потери в наиболее упрощенном почвенном сообществе (рис. 2). Эти результаты подтверждают прошлые наблюдения и гипотезы, предполагающие, что большее разнообразие почвенных организмов может способствовать разложению подстилки, сокращению потерь от выщелачивания питательных веществ и поддержанию оборота ресурсов между наземными и подземными сообществами (10, 11, 14).Потери азота с выбросами N 2 O также увеличились в шесть раз во втором наиболее упрощенном почвенном сообществе (рис. 2). Это демонстрирует, что упрощение почвенных биотических сообществ изменяет процессы трансформации азота в почве, что приводит к увеличению выбросов N 2 O, который является важным парниковым газом (28). Чтобы оценить общую производительность микрокосмов пастбищ, мы усреднили стандартизированные баллы ( z баллов) всех функций экосистемы (рис.2) для получения единого индекса многофункциональности экосистемы (23). Мы объединили характеристики почвенного сообщества (рис. 1) таким же образом, чтобы получить единый индекс, отражающий биоразнообразие почвы в микрокосмах, созданных фильтрацией. Таким образом, этот индекс биоразнообразия отражает общие изменения в составе сообщества вместе с изменениями в биоразнообразии почвы. В целом, изменения многофункциональности экосистемы показали положительную связь со средними показателями биоразнообразия почв (рис.3), указывая на то, что изменения в биоразнообразии почв влияют на многофункциональность экосистемы. Большая доля вариации многофункциональности экосистем, объясняемая индексом биоразнообразия почв, указывает на то, что измеренные характеристики почвенного сообщества были подходящими индикаторами биоразнообразия почв в нашей системе. Многофункциональность экосистемы не сильно различалась между двумя начальными уровнями упрощения почвенного сообщества (например, почвенные сообщества, состоящие из организмов размером до 5000 или 250 мкм), и сильное снижение многофункциональности экосистемы наблюдалось только в сильно упрощенных почвенных сообществах ( SI Приложение , рис.S7). Это подтверждает теорию о том, что на более высоких уровнях почвенного биоразнообразия функции экосистемы устойчивы к изменениям в почвенном биоразнообразии и составе почвенной биоты (21). Более того, как и в случае с изменениями в многофункциональности, наш индекс биоразнообразия почв также не сильно отличался между двумя начальными уровнями упрощения почвенного сообщества. Кроме того, по мере того, как почвенные сообщества становились все более упрощенными, потеря или сильное подавление ключевых групп почвенных организмов (например, микоризных грибов и нематод) соответствовало резкому сдвигу во многих функциях экосистемы (рис.2 и SI Приложение , рис. S8). Это подчеркивает, что широкомасштабные изменения в почвенном сообществе могут быть тесно связаны с общим функционированием экосистемы и что функционирование экосистемы, вероятно, более чувствительно к изменениям присутствия и численности различных почвенных организмов при низком общем биоразнообразии (21). Рис. 3. Индекс многофункциональности экосистемы в зависимости от индекса биоразнообразия почв. Светло-заштрихованные точки представляют сообщества пастбищ в эксперименте 1, а темные точки указывают сообщества пастбищ в эксперименте 2.Общая регрессия показана объединенной для обоих испытаний, поскольку не было различий между испытаниями в общей взаимосвязи между биоразнообразием почвы (комбинированные меры, показанные на рис. 1) и многофункциональностью экосистем (комбинированные функции экосистемы, показанные на рис. 2). Связь отдельных функций экосистемы с оценкой биоразнообразия почвы показана в приложении SI , рис. S6, а изменения двух индексов по градиенту почвенных сообществ показаны в приложении SI , рис.S7. Наши результаты были получены в двух независимых экспериментах, и результаты обоих экспериментов были аналогичными, что указывает на надежность наших результатов. Влияние изменений биоразнообразия почвы и состава сообществ на разложение растительного опада и круговорот питательных веществ было сильнее во втором эксперименте ( SI Приложение , рис. S8), который был более продолжительным. Это говорит о том, что последствия упрощения состава почвенного сообщества и уменьшения разнообразия почв могут со временем становиться все более подавляющими.Кроме того, поскольку разнообразие растений также является движущей силой многофункциональности экосистем (3⇓ – 5, 23), сильное влияние почвенных организмов на разнообразие растений, наблюдаемое здесь и в других местах (15–20), может косвенно влиять на ряд других функций экосистемы, таких как доступность питательных веществ (23) и связывание углерода (26). Анализ пути действительно показал, что влияние биоразнообразия и состава почвы на показатели потерь питательных веществ было отчасти косвенным и опосредованным изменениями в разнообразии и продуктивности растений, вызванными биоразнообразием почвы ( SI Приложение , рис.S9 и S10 и таблицы S2 и S3). Дальнейший анализ путей, оценивающий прямые и косвенные связи между отдельными характеристиками почвенного сообщества и функциями экосистемы, показывает, что различные компоненты почвенного сообщества по-разному влияют на различные функции экосистемы ( SI Приложение , рисунки S4 и S5 и таблицы S4 и S5). Два десятилетия исследований биоразнообразия показали, что разнообразие наземных растений является ключевым фактором функционирования экосистемы в широком диапазоне экосистем (2–5).Наши исследования распространяют это наблюдение на подземную среду, предполагая, что сокращение биоразнообразия почвы и изменения в составе почвенного сообщества влияют не только на соответствующее растительное сообщество, но и на ряд ключевых экосистемных процессов, которые необходимы для поддержания общей производительности экосистемы. . Эти результаты согласуются с недавним крупномасштабным коррелятивным полевым исследованием, которое показывает, что свойства почвенной пищевой сети связаны с экосистемными услугами в различных европейских системах землепользования (13).Прогнозируемое подавление биоразнообразия почв из-за хронических нарушений почвенных сообществ в результате интенсификации антропогенной деятельности (11⇓ – 13) в сочетании с изменением климата, вероятно, отрицательно повлияет на эффективность множественных экосистемных процессов (6). Таким образом, защита биоразнообразия почв является ключевым вопросом, который необходимо более подробно рассмотреть для обеспечения устойчивости наземных экосистем. Материалы и методы Микрокосмы, субстрат, почва и растительные сообщества. Экспериментальные микрокосмы пастбищ были созданы в стерильных условиях в закрытых камерах для выращивания. Поступающий воздух и вода попадали в микрокосмос через очистительные фильтры для предотвращения внешнего загрязнения (24) ( SI Приложение , SI Материалы и методы ). Микрокосмы имели диаметр 23,5 см и глубину укоренения 12 см. Каждый микрокосм был заполнен 6 кг стандартной стерильной почвы (96% объема почвы) и инокулированным почвенным сообществом (4% объема почвы).Различные способы обработки инокулята почвенного сообщества были созданы путем последовательного просеивания 250 г полевой почвы через серию уменьшающихся размеров ячеек: почвенные организмы ≤5000 мкм, ≤250 мкм, ≤50 мкм, ≤10 мкм и стерильная почва в эксперименте 1. В эксперименте 2 к проекту была добавлена ​​дополнительная обработка почвенного сообщества <25 мкм. Фракцию посевного материала, не прошедшую через сито, стерилизовали и смешивали со стерильной почвой в каждом микрокосме вместе с фракцией, прошедшей через сито, чтобы гарантировать, что при каждой обработке было получено одинаковое количество посевного материала.Каждая обработка почвенного сообщества была повторена восемь раз в обоих экспериментах, за исключением 10 повторов стерилизованного почвенного сообщества в эксперименте 2, в результате чего общее количество экспериментальных единиц в двух экспериментах составило 40 и 50 соответственно. Уменьшение почвенных сообществ за счет фильтрации удаляет гильдии почвенных организмов, а также снижает их численность с каждым дополнительным фильтром (19, 29). В каждом микрокосмосе было посажено растительное сообщество, состоящее из 40 отдельных растений, включающих 10 видов, типичных для европейских пастбищ (30): бобовые (пять экземпляров Trifolium pratense и пять из Lotus corniculatus ), травы (четыре Lolium multiflorum , пять Poa annua и пять Festuca pratensis ) и разнотравье (три Prunella vulgaris , два Senecio jacobea , четыре Plantago lanceolata , три Plantago lanceolata barseolata , три -пастовис ).В теплице сохранялись микрокосмы. Эксперимент проводили дважды: для периода роста 14 недель (эксперимент 1) и для периода роста 24 недели (эксперимент 2). Характеристика почвенного сообщества. В конце каждого эксперимента и через 12 недель второго испытания почву удаляли для молекулярного и микроскопического анализов (подробности в приложении SI , SI Материалы и методы ). Состав бактериального и грибкового сообществ определяли с помощью анализа внутреннего спейсера рибосом (31–33).Корни собирали и оценивали отсутствие / наличие колонизации арбускулярной микоризой с использованием метода пересечения-разреза для 100 пересечений (34). Количество нематод оценивали в 100-граммовой пробе почвы (35), и почвенную ДНК использовали в качестве индикатора микробной биомассы почвы, поскольку она хорошо соответствует другим методам, отражающим микробную биомассу (36, 37). Функции экосистемы. При окончательном сборе урожая побеги растений срезали на поверхности почвы, подсчитывали количество собранных особей каждого вида и определяли биомассу побегов.Через 12 недель во втором экспериментальном испытании растения собирали на высоте 5 см над поверхностью почвы, чтобы имитировать сенокошение, типичное для многих европейских пастбищ, и регистрировали количество растений на урожай каждого вида. Чистая продуктивность растений измерялась как общая надземная биомасса растений. Индекс разнообразия Шеннона-Винера был рассчитан с использованием надземной биомассы на каждое собранное растение каждого вида в качестве суррогата численности в уравнении. Разложение подстилки оценивали с помощью мешков для мусора, содержащих 15 стерилизованных N-меченных L.multiflorum побегов, которые были добавлены в микрокосмы в начале эксперимента. Способность растения усваивать азот в результате минерализации подстилки определяется здесь как «оборот азота». Оборот азота оценивали с использованием сигнала δ 15 N в побегах L. multiflorum в конце эксперимента. При последнем сборе урожая микрокосмы поливали, чтобы насытить почву примерно на 10% сверх водоудерживающей способности почвы, чтобы вызвать вымывание. Фильтрат, просачивающийся через почвенную колонку, собирали из небольшого выпускного отверстия на дне микрокосма и оценивали на предмет концентраций питательных веществ (PO 4 , общий P, NO 3 и NH 4 ), как описано в другом месте (38, 39).Удобрение и водонасыщение почвы после дождя не только способствуют вымыванию питательных веществ, но и инициируют денитрификацию и производство N 2 O, важного парникового газа (40). Следовательно, продукция N 2 O была измерена в конце второго эксперимента после внесения удобрений и насыщения почвы водой. За 48 и 24 часа до финального сбора микрокосмов во втором эксперименте в каждый микрокосм было закачано 40 мл 13 CO 2 (99% 13 C) газа, а под землей 13 C выделено измеряется.Более подробная информация обо всех процедурах измерения приведена в Приложении SI, Материалы и методы SI . Индексы биоразнообразия и многофункциональности почв. Все данные о почвенных сообществах и функциях экосистем за каждый период сбора урожая были стандартизированы с помощью преобразования z (общее среднее значение 0 и стандартное отклонение 1) и использованы во всех последующих расчетах и ​​анализах. Это устранило общие различия между испытаниями и временными точками сбора урожая и одновременно выровняло дисперсию между измерениями и временными точками отбора проб.Впоследствии среднее значение всех стандартизованных функций экосистемы ( SI Приложение , рис. S6) использовалось в качестве индекса многофункциональности экосистемы в соответствии с подходом, используемым Maestre et al. (23). Данные для функций экосистемы, в которых более высокие значения отражают более нежелательный аспект экосистемы (увеличение выщелачивания питательных веществ и производство N 2 O), были умножены на -1 (инвертировано вокруг среднего значения 0) для сохранения направленного изменения с другими функциями экосистемы, такими как что отклонение от желаемого состояния соответствует все более отрицательным значениям.Таким образом можно было бы легче оценить общую разницу между обработками почвенного сообщества в общем функционировании экосистемы. Индекс биоразнообразия почвы рассчитывался на основе среднего значения всех стандартизованных характеристик почвенного сообщества и использовался в качестве общего индикатора биоразнообразия почвы и изменений состава. Этот индекс биоразнообразия почвы включает показатели богатства (бактериальное богатство, грибковое богатство) и относительной численности гильдий почвенных организмов (количество нематод, колонизация корней арбускулярными микоризными грибами и оценка микробной биомассы почвы).Таким образом, рассчитываемый здесь индекс биоразнообразия соответствует типичным индикаторам биоразнообразия путем объединения показателей богатства и относительной численности (41). Однако обратите внимание, что во втором эксперименте было измерено большее количество функций экосистемы (связывание углерода и выбросы N 2 O) и характеристик почвенного сообщества (численность нематод), которые включены в индексы биоразнообразия и многофункциональности второго эксперимента, хотя и отсутствуют в первое. Анализ данных. Все данные о функциях экосистем и характеристиках почвенных сообществ были оценены на предмет различий между обработками почвенного сообщества в модели смешанных эффектов с использованием объединенных данных из обоих экспериментов, а также отдельно для каждого экспериментального испытания, чтобы определить общие эффекты, а также различия между испытания. Блок репликации, с помощью которого был собран каждый микрокосм, использовался в качестве случайного эффекта. Регрессии также были выполнены с использованием моделей со смешанными эффектами, чтобы проверить, можно ли объяснить многофункциональность экосистемы и отдельные функции экосистемы индексом биоразнообразия почвы, а также зависит ли эта взаимосвязь от экспериментального испытания ( SI Приложение , рис.S6). В дополнение к методу усреднения z оценок характеристик почвенного сообщества, мы использовали моделирование траекторий методом частичных наименьших квадратов, чтобы сделать вывод о потенциальных прямых и косвенных эффектах биоразнообразия почвы на различные функции экосистемы (42). В моделях траектории биоразнообразие почвы было построено как скрытая переменная с использованием измеренных характеристик почвенного сообщества в качестве отражающих индикаторов биоразнообразия почвы. Поскольку все показатели биоразнообразия почвы и функций экосистемы находились под сильным влиянием различных обработок почвенного сообщества, мы оценили вариацию показателей биоразнообразия почвы как прямое влияние вариации всех функций экосистемы в модели траектории.Однако утрата биоразнообразия почв могла косвенно привести к изменению некоторых функций экосистемы. В частности, влияние различных почвенных сообществ на продуктивность и разнообразие растений могло, следовательно, косвенно влиять на связывание углерода и потери питательных веществ в результате выщелачивания (43, 44). Кроме того, мы также оценили влияние разложения подстилки и оборота азота на потери питательных веществ из системы. Подробная информация обо всех моделях путей, представленных на рис. S9 – S12 приведены в Приложении SI , SI «Материалы и методы» и в таблицах S2 – S5. Благодарности Мы благодарим С. Шнайдера за помощь в молекулярной методологии, М. Йохера за помощь с импульсной маркировкой 13 C и измерениями N 2 O, H. Stünzi за анализ фильтрата, F. Conen за помощь с N и измерения изотопа C, а также Б. Шмиду, Дж. М. Левину, Д. Тилману и двум рецензентам за комментарии к более ранним версиям рукописи. Финансирование было предоставлено Институтом наук об устойчивом развитии Agroscope. M.G.A.v.d.H. был поддержан грантами 125428 и 137136 Швейцарского национального научного фонда. Сноски Вклад авторов: C.W. and M.G.A.v.d.H. спланированное исследование; C.W. и S.F.B. проведенное исследование; F.W. внес новые реактивы / аналитические инструменты; C.W. проанализировал данные; и C.W. и M.G.A.v.d.H. написал газету. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов. ↵ * У этой статьи для прямого представления был назначен редактор. Эта статья содержит вспомогательную информацию на сайте www.pnas.org/lookup/suppl/doi:10.1073/pnas.1320054111/-/DCSupplemental. Свободно доступен в Интернете через опцию открытого доступа PNAS. Состав почвы заболоченных земель Откройте для себя пролет из дома — ресурсы для учителей, родителей и студентов Заболоченная почва Знаете ли вы, чем почвы водно-болотных угодий отличаются от других типов почв? Вот изображение почвы в заповедной зоне объездной дороги Йоло. Что ты видишь? Заболоченная почва — это гидридная почва.В нем нет кислорода, потому что он долгое время насыщен водой. Вы можете многое сказать о почве по ее цвету, текстуре и составу (из чего она состоит). Почва состоит из разных типов и количества живых и неживых материалов. Для получения дополнительной информации о составе почвы вы можете войти в библиотеку ресурсов National Geographic по этой ссылке: https://www.nationalgeographic.org/encyclopedia/soil-composition/. Тогда посмотри, сможешь ли ты ответить на эти вопросы: Можете ли вы назвать одно из живых или некогда живых существ, обитающих в почвах заболоченных земель? Можете ли вы назвать одно из неживых существ в почвах заболоченных земель? Какие научные слова обозначают живых и неживых вещей? Дополнительный вопрос: Какого цвета почва водно-болотных угодий? Почему? Ответы: Некоторые из живых (или когда-то живых) существ в почвах заболоченных земель включают растения и насекомых. Неживые существа, обнаруженные в почвах заболоченных земель, включают минералы и воду. В научном языке живое существо называется «биотика». Научное слово для неживой вещи — абиотика. Дополнительный вопрос: Почва водно-болотных угодий часто бывает сероватой, с пятнами или пятнами оранжевого или коричневого цвета или без них. Это изменение цвета происходит из-за недостатка кислорода (анаэробный), который снижает количество окисленного железа в почве. sciencedirect.com/topics/earth-and-planetary-sciences/wetland-soil Слои почвы Почва состоит как из биотических — живых, так и некогда существовавших существ, таких как растения и насекомые, — так и из абиотических материалов — неживых факторов, таких как минералы, вода и воздух.https://www.nationalgeographic.