Введение

Поры в почве размером более 75 мкм

В почве макропоры определяются как полости, размер которых превышает 75 мкм. Функционально, поры такого размера обеспечивают преимущественный поток почвенного раствора и быструю транспортировку растворенных веществ и коллоидов. Макропоры повышают гидравлическую проводимость почвы, позволяя воде быстро просачиваться и дренироваться, а также обеспечивая относительно быстрое перемещение грунтовых вод за счет бокового потока. В почве макропоры образуются корнями растений, трещинами в почве, почвенной фауной и в результате агрегации частиц почвы в структурные элементы (педы). Макропоры также могут встречаться в почве между крупными отдельными минеральными частицами, такими как песок или гравий. Определение макропор может различаться в других контекстах. В контексте пористых твердых тел (то есть не пористых агрегатов, таких как почва), специалисты по коллоидной химии и химии поверхности определяют макропоры как полости размером более 50 нм.

Формирование почвенных макропоров

Первичные частицы (песок, пыль и глина) в почве связываются между собой различными агентами и в результате различных процессов, образуя почвенные агрегаты (структурные элементы). Внутри и между этими агрегатами существуют пространства различной формы и размера. Более крупные пространства между агрегатами называются макропорами. Макропоры могут формироваться под воздействием физических процессов, таких как циклы увлажнения-высыхания и замораживания-оттаивания, что приводит к образованию трещин и разрывов в почве. Они также могут формироваться в результате биологических процессов, в которых корни растений и почвенные организмы играют важную роль. Макропоры, созданные биологической деятельностью, также называются биопорами. Например, корни растений, растут и разлагаясь, создают большие пространства между почвенными агрегатами. Почвенная фауна, особенно роющие виды, такие как дождевые черви, способствует образованию макропор своей деятельностью и передвижением в почве. В целом, образование макропор обратно пропорционально глубине почвы, поскольку интенсивность этих физических и биологических процессов уменьшается с глубиной.

Значение почвенных макропоров

Как важная часть структуры почвы, макропоры жизненно важны для обеспечения множества почвенных экосистемных услуг. Они обеспечивают свободное движение воды и воздуха, влияют на перенос химических веществ и служат средой обитания для почвенных организмов. Следовательно, понимание значимости почвенных макропор также критически важно для достижения устойчивого управления почвенными ресурсами.

Движение воды и воздуха

Вода может свободно перемещаться под воздействием силы тяжести в макропорах почвы, в отличие от микропор (значительно меньших пор в почве), где вода удерживается силами капиллярности. Вода также стремится двигаться по путям наименьшего сопротивления. Соединенные макропоры создают такие пути и приводят к так называемым преференциальным потокам в почве. Эти характеристики макропор обеспечивают быстрое движение воды в почву и сквозь нее, что может значительно улучшить скорость инфильтрации и проницаемость почвы. Это, в свою очередь, может помочь уменьшить поверхностный сток, эрозию почвы и предотвратить затопления. Также это способствует пополнению запасов подземных вод, возобновляющих водные ресурсы. С другой стороны, когда макропоры не заполнены водой, они заполняются воздухом. Развитая сеть макропор способствует улучшению газообмена между почвой и атмосферой, особенно когда эти макропоры связаны с поверхностью почвы. Почвенные газы, такие как углекислый газ и кислород, являются важными компонентами почвенного дыхания. Кислород необходим для роста корней растений и почвенных организмов, а выделение углекислого газа в процессе дыхания является неотъемлемой частью глобального круговорота углерода. Оптимальное движение воды и воздуха в почве не только обеспечивает необходимые элементы для поддержания жизни, но и имеет основополагающее значение для различных почвенных процессов, таких как круговорот питательных веществ.

Транспорт растворенных веществ и загрязняющих веществ

Поскольку макропоры облегчают движение воды в почве, они также неизбежно влияют на перенос химических веществ, растворенных в воде. В результате макропоры могут играть важную роль в круговороте питательных веществ в почве и распределении загрязняющих веществ. Например, хотя преференциальные пути потока, состоящие из макропор, улучшают дренаж почвенной воды, растворенные питательные вещества могут быстро вымываться, что приводит к неравномерному распределению воды и химических веществ в почве. Попадая в подземные воды, избыток химических веществ или загрязняющих веществ может вызвать загрязнение воды в водоемах-приемниках. Это особенно актуально для определенных видов землепользования, таких как сельское хозяйство, поскольку это влияет на эффективность орошения и внесения удобрений, а также на воздействие загрязнения окружающей среды. Например, избыток нитратов, образовавшихся из азотных удобрений, может вымываться в подземные воды во время сильных дождей или при орошении. Впоследствии высокое содержание нитратов в питьевой воде может представлять угрозу для здоровья.

Среда обитания почвенных организмов

Являясь крупными порами в почве, макропоры обеспечивают легкое движение воды и воздуха, создавая благоприятные условия для роста корней растений и являясь средой обитания для почвенных организмов. В результате, эти поры, населенные разнообразными почвенными организмами, такими как земляные черви и личинки, также становятся важными местами протекания биохимических процессов в почве, влияющих на ее общее качество.

Характеристики макропорной сети

Макропоры почвы неоднородны и обладают неправильной геометрией. Они различаются по форме, размерам и даже шероховатости поверхности. Соединяясь, они формируют специфические сети в почве. Таким образом, характеристики этих сетей макропор оказывают существенное влияние на их функции в почве, особенно в отношении движения воды, аэрации и роста корней растений.

Подключение

Взаимосвязь почвенных макропор влияет на способность почвы проводить воду и, следовательно, контролирует инфильтрацию воды и гидравлическую проводимость. Более высокая связанность почвенных макропор обычно ассоциируется с большей проницаемостью почвы. Соединение макропор с поверхностью почвы и грунтовыми водами также способствует инфильтрации воды в почву и пополнению запасов грунтовых вод. Связанность почвенных макропор оказывает влияние на вертикальное и латеральное перемещение как воды, так и растворенных веществ в почве.

Непрерывность

Взаимосвязанные почвенные макропоры могут не образовывать непрерывные каналы, особенно при переходе через границы почвенных слоев. Наличие тупиковых пор способно блокировать или замедлять движение воды и воздуха. Таким образом, непрерывность почвенных макропор является важным фактором, влияющим на почвенные процессы. Например, более высокая степень непрерывности макропор может способствовать интенсивному газообмену между почвой и атмосферой и улучшить аэрацию почвы. Непрерывная связь макропор также предоставляет расширенные пространства, в которые растения могут легко проращивать корни, не снижая надземную биомассу за счет перераспределения ресурсов на поиск новых пространств в разрозненных участках.

Скрученность

В то время как почвенные макропоры могут быть непрерывно соединены, образуя длинные каналы между двумя точками в почве, эти каналы в большинстве случаев извилистые, а не прямые. Извилистость – это отношение фактической длины пути к кратчайшему расстоянию между двумя точками. По сути, извилистость путей макропор указывает на их сопротивление потоку воды. Чем более извилисты пути, тем выше сопротивление. Это, в свою очередь, влияет на скорость движения и распределение воды в почве.