Củng cố chất hữu cơ trong đất ôn đới: cơ chế và sự liên quan của chúng trong các điều kiện đất khác nhau - một bài tổng quan
Tóm tắt
Các cơ chế ổn định carbon trong đất gần đây đã thu hút nhiều sự quan tâm do sự liên quan của chúng trong chu trình carbon toàn cầu. Ở đây, chúng tôi xem xét các cơ chế hiện đang được coi là, mặc dù thường mâu thuẫn hoặc không nhất quán, có thể góp phần vào việc bảo vệ chất hữu cơ (OM) chống lại sự phân hủy trong các loại đất ôn đới: (i) bảo tồn chọn lọc do tính kháng phân hủy của OM, bao gồm phụ phẩm thực vật, sản phẩm từ rễ, sản phẩm vi sinh vật, polymer humic và OM đã cháy; (ii) tính không truy cập về không gian của OM đối với các sinh vật phân hủy do sự chèn ép, sự xen kẽ, tính ưa nước và bao bọc; và (iii) ổn định nhờ tương tác với bề mặt khoáng (oxit Fe, Al, Mn, silicate phyllo) và các ion kim loại. Mục tiêu của chúng tôi là đánh giá mức độ liên quan của các cơ chế này đối với sự hình thành OM trong đất trong các giai đoạn phân hủy khác nhau và dưới các điều kiện đất khác nhau. Quan điểm cho rằng sự ổn định của OM chủ yếu được chi phối bởi sự bảo tồn chọn lọc các thành phần hữu cơ kháng phân hủy tích lũy theo tỷ lệ với các thuộc tính hóa học của chúng không còn có thể được chấp nhận. Ngược lại, phân tích của chúng tôi về các cơ chế cho thấy: (i) cộng đồng sinh vật đất có khả năng phá vỡ bất kỳ OM có nguồn gốc tự nhiên nào; (ii) tính kháng phân hủy của OM là tương đối, chứ không phải là tuyệt đối; (iii) tính kháng phân hủy chỉ quan trọng trong giai đoạn phân hủy sớm và trong các loại đất bề mặt hoạt động; trong khi (iv) trong giai đoạn phân hủy muộn và trong tầng dưới, mức độ liên quan của tính không truy cập về không gian và tương tác hữu cơ-khoáng đối với sự ổn định của SOM tăng lên. Chúng tôi kết luận rằng những khó khăn chính trong việc hiểu và dự đoán động lực của SOM phát sinh từ sự hoạt động đồng thời của một số cơ chế. Chúng tôi thảo luận về những khoảng trống trong kiến thức và các hướng nghiên cứu hứa hẹn trong tương lai.
Từ khóa
Tài liệu tham khảo
Augustin J., 2002, Bedeutung von Pflanzenwurzeln für physikochemische und biologische Prozesse im Boden, 116
Baldock J.A., 2000, Handbook of Soil Science, 25
Baldock J.A., 1997, Assessing the extent of decomposition of natural organic materials using solid state 13C NMR, Australian Journal of Agricultural Research, 35, 1061
Burns R.G., 1986, Interactions of Soil Minerals with Natural Organics and Microbes, 429
Chenu C., 1995, Environmental Impact of Soil Component Interactions. Natural and Anthropogenic Organics, 217
Chenu C., 2002, Interactions Between Soil Particles and Microorganisms, 3
Demaneche S., 2001, Evaluation of biological and physical protection against nuclease degradation of clay‐bound plasmid DNA, Applied and Environmental Microbiology, 67, 293, 10.1128/AEM.67.1.293-299.2001
Doran J.W., 1987, Soil Fertility and Organic Matter as Critical Components of Production Systems, 53
Elliott E.T., 1988, Ecological Implications of Contemporary Agriculture, 23
Guggenberger G., 1994, Land‐use effects on the composition of organic matter in particle‐size separates of soil. I. Lignin and carbohydrate signature, European Journal of Soil Science, 45, 449, 10.1111/j.1365-2389.1994.tb00530.x
Hansson A.C., 1984, Methods of calculating root production and nitrogen uptake in an annual crop, Swedish Journal of Agricultural Research, 14, 191
Harris R.F., 1981, Water Potential Relations in Soil Microbiology, 23
Hedges J.I., 1988, Humic Substances and their Role in the Environment, 45
Jenkinson D.S., 1981, Soil Biochemistry, 415
Kiss S., 1986, Activity and stability of enzyme molecules following their contact with clay mineral surfaces, Studia Universita Babes-Bolyai Biology, 2, 3
Kögel‐Knabner I., 1993, Soil Biochemistry, 101
Kononova M.M., 1961, Soil Organic Matter
McKeague J.A., 1986, Interactions of Soil Minerals with Natural Organics and Microbes, 549
Nielsen K., 2005, Nucleic Acids and Proteins in Soil, 141
Oades J.M., 1989, Minerals in Soil Environments, 89
Ottow J.C.G., 1997, Umweltbiotechnologie, 103
Quiquampoix H., 1995, Mechanisms and consequences of protein adsorption on soil mineral surfaces, American Chemical Society, 602, 321
Robert M., 1992, Soil Biochemistry, 307
Schlesinger W.H., 1995, Soils and Global Change, 9
Schnitzer M., 1972, Humic Substances in the Environment
Scholes R.J., 1995, Role of Nonliving Organic Matter in the Earth's Carbon Cycle, 209
Skjemstad J.O., 1997, Driven by Nature: Plant Litter Quality and Decomposition, 253
Sokoloff V.P., 1938, Effect of neutral salts of sodium and calcium on carbon and nitrogen in soils, Journal of Agricultural Research, 57, 201
Stevenson F.J., 1994, Humus Chemistry. Genesis, Composition, Reactions
Tate K.R., 1987, Soil Organic Matter
Theng B.K.G., 1979, Formation and Properties of Clay‐Polymer Complexes
Theng B.K.G., 1989, Dynamics of Soil Organic Matter in Tropical Ecosystems, 5
Umbreit W.W., 1962, Modern Microbiology
Violante A., 2000, Soil Biochemistry, 207
Waksman S.A., 1936, Humus
Waksman S.A., 1938, Humus – Origin, Chemical Composition and Importance in Nature