Informație

31.2B: Formarea solului - Biologie


Formarea solului este rezultatul unei combinații de cinci factori: materialul părinte, clima, topografia, factorii biologici și timpul.

obiective de invatare

  • Descrieți cei cinci factori care explică formarea solului

Puncte cheie

  • Materialul părinte este materialul organic și anorganic din care se formează solul.
  • Factorii climatici, precum temperatura și vântul, afectează formarea solului și caracteristicile acestuia; prezența umidității și a nutrienților este necesară și pentru a forma un sol de calitate.
  • Topografia sau caracteristicile regionale ale suprafeței afectează scurgerea apei, care îndepărtează materialul părinte și afectează creșterea plantelor (cu cât solul este mai abrupt, cu atât are loc mai multă eroziune).
  • Prezența microorganismelor în sol creează pori și crăpături; plantele promovează prezența microorganismelor și contribuie la formarea solului.
  • Formarea solului are loc pe perioade lungi de timp.

Termeni cheie

  • rizosfera: regiunea solului supusă influenței rădăcinilor plantelor și a microorganismelor asociate acestora
  • roca de baza: roca solidă care există la o anumită adâncime sub suprafața solului
  • orizont: un strat de sol cu ​​proprietăți fizice și chimice distincte care diferă de cele ale altor straturi

Formarea solului

Formarea solului este consecința unei combinații de procese biologice, fizice și chimice. Solul ar trebui să conțină în mod ideal 50% material solid și 50% spațiu poros. Aproximativ o jumătate din spațiul porilor ar trebui să conțină apă, în timp ce cealaltă jumătate ar trebui să conțină aer. Componenta organică a solului servește ca agent de cimentare, returnează substanțele nutritive plantei, permite solului să depoziteze umezeala, face solul cultivabil pentru agricultură și furnizează energie microorganismelor solului. Majoritatea microorganismelor din sol, bacterii, alge sau ciuperci sunt latente în sol uscat, dar devin active odată ce umezeala este disponibilă.

Distribuția solului nu este omogenă, deoarece formarea sa are ca rezultat producerea de straturi; secțiunea verticală a straturilor de sol se numește profilul solului. În cadrul profilului solului, oamenii de știință sol definesc zone numite orizonturi: un strat de sol cu ​​proprietăți fizice și chimice distincte care diferă de cele ale altor straturi. Cinci factori explică formarea solului: materialul părinte, clima, topografia, factorii biologici și timpul.

Material părinte

Materialul organic și anorganic în care se formează solurile este materialul părinte. Solurile minerale se formează direct din degradarea rocii de bază, roca solidă care se află sub sol; prin urmare, au o compoziție similară cu roca originală. Alte soluri se formează în materiale provenite din alte părți, cum ar fi nisipul și derivația glaciară. Materialele situate la adâncimea solului sunt relativ neschimbate în comparație cu materialul depus. Sedimentele din râuri pot avea caracteristici diferite, în funcție de fluxul care se mișcă rapid sau încet. Un râu cu mișcare rapidă ar putea avea sedimente de roci și nisip, în timp ce un râu cu mișcare lentă ar putea avea materiale cu texturi fine, cum ar fi argila.

Climat

Temperatura, umezeala și vântul provoacă diferite modele de intemperii, care afectează caracteristicile solului. Prezența umezelii și a substanțelor nutritive provenite din intemperii va promova, de asemenea, activitatea biologică: o componentă cheie a unui sol de calitate.

Topografie

Caracteristicile regionale ale suprafeței (denumite în mod familiar „întinderea terenului”) pot avea o influență majoră asupra caracteristicilor și fertilității unui sol. Topografia afectează scurgerea apei, care îndepărtează materialul părinte și afectează creșterea plantelor. Solurile abrupte sunt mai predispuse la eroziune și pot fi mai subțiri decât solurile relativ plane sau plane.

Factori biologici

Prezența organismelor vii afectează foarte mult formarea și structura solului. Animalele și microorganismele pot produce pori și crăpături. Rădăcinile plantelor pot pătrunde în crăpături pentru a produce mai multe fragmentări. Secrețiile vegetale promovează dezvoltarea microorganismelor în jurul rădăcinii într-o zonă cunoscută sub numele de rizosferă. În plus, frunzele și alte materiale care cad din plante se descompun și contribuie la compoziția solului.

Timp

Timpul este un factor important în formarea solului, deoarece solurile se dezvoltă pe perioade lungi. Formarea solului este un proces dinamic. Materialele sunt depozitate în timp, se descompun și se transformă în alte materiale care pot fi utilizate de organismele vii sau depuse pe suprafața solului.


BIOLOGIA SOLULUI ȘI PEISAJUL

O diversitate incredibilă de organisme alcătuiește rețeaua trofică a solului. Mărimea lor variază de la cele mai mici bacterii unicelulare, alge, ciuperci și protozoare, până la nematodele și micro-artropodele mai complexe, până la viermii vizibili, insectele, vertebratele mici și plantele.

Pe măsură ce aceste organisme mănâncă, cresc și se mișcă prin sol, ele fac posibilă apa curată, aer curat, plante sănătoase și flux moderat de apă.

Există multe modalități prin care rețeaua alimentară a solului face parte integrantă din procesele peisagistice. Organismele solului descompun compuși organici, inclusiv gunoi de grajd, reziduuri de plante și pesticide, împiedicându-i să pătrundă în apă și să devină poluanți. Sechestrează azotul și alți nutrienți care ar putea pătrunde altfel în apele subterane și fixează azotul din atmosferă, punându-l la dispoziția plantelor. Multe organisme sporesc agregarea și porozitatea solului, crescând astfel infiltrarea și reducând scurgerea. Organismele solului prădează dăunătorii recoltei și sunt hrană pentru animalele supraterane.

Mediul solului. Organismele trăiesc în medii la scară mică în interiorul și între particulele de sol. Diferențele pe distanțe scurte de pH, umiditate, mărimea porilor și tipurile de alimente disponibile creează o gamă largă de habitate.

Credit: S. Rose și E.T. Elliott. Vă rugăm să contactați Soil and Water Conservation Society la [email protected] pentru asistență cu imagini protejate prin drepturi de autor (creditate).

Rețeaua alimentară: organisme și interacțiunea lor

Rețeaua alimentară a solului este comunitatea de organisme care își trăiesc toată sau o parte din viață în sol. O diagramă a rețelei alimentare arată o serie de conversii (reprezentate prin săgeți) de energie și substanțe nutritive pe măsură ce un organism mănâncă altul.

Toate rețelele alimentare sunt alimentate de producătorii primari: plante, licheni, mușchi, bacterii fotosintetice și alge care folosesc energia soarelui pentru a fixa dioxidul de carbon din atmosferă. Majoritatea celorlalte organisme din sol obțin energie și carbon consumând compușii organici găsiți în plante, alte organisme și deșeuri secundare. Câteva bacterii, numite chemoautotrofe, obțin energie din azot, sulf sau compuși de fier, mai degrabă decât compuși de carbon sau soare.

Pe măsură ce organismele descompun materiale complexe sau consumă alte organisme, substanțele nutritive sunt transformate de la o formă la alta și sunt puse la dispoziția plantelor și a altor organisme din sol. Toate plantele - iarbă, copaci, arbuști, culturi agricole - depind de rețeaua alimentară pentru hrana lor.

Ce fac organismele solului?

Creșterea și reproducerea sunt activitățile principale ale tuturor organismelor vii. Pe măsură ce plantele și organismele solului lucrează pentru a supraviețui, ele depind de interacțiunile între ele. Subprodusele din rădăcinile în creștere și reziduurile plantelor alimentează organismele solului. La rândul lor, organismele solului sprijină sănătatea plantelor, deoarece descompun materia organică, alimentează ciclul nutrienților, îmbunătățesc structura solului și controlează populațiile organismelor solului, inclusiv dăunătorii culturilor.

Materia organică alimentează rețeaua alimentară

Materia organică este compusă din mai multe tipuri diferite de compuși - unii mai utili organismelor decât altele. În general, materia organică a solului este formată din humus cu părți aproximativ egale și materie organică activă. Materia organică activă este porțiunea disponibilă pentru organismele din sol. Bacteriile au tendința de a utiliza compuși organici mai simpli, cum ar fi exudații din rădăcini sau reziduuri de plante proaspete. Ciupercile tind să utilizeze compuși mai complecși, cum ar fi reziduurile de plante fibroase, lemnul și humusul solului.

Lucrarea intensivă declanșează scurgeri de activitate în rândul bacteriilor și altor organisme care consumă materie organică (transformă-o în CO2), epuizând mai întâi fracția activă. Practicile care construiesc materia organică a solului (prelucrarea redusă și adăugarea regulată de material organic) vor crește proporția materiei organice active cu mult înainte de a putea fi măsurate creșterile materiei organice totale. Pe măsură ce nivelurile de materie organică din sol cresc, organismele solului joacă un rol în conversia sa în humus - o formă relativ stabilă de carbon sechestrată în soluri de zeci de ani sau chiar secole.

Materia organică a solului este depozitul de energie și substanțe nutritive utilizate de plante și alte organisme. Bacteriile, ciupercile și alți locuitori ai solului transformă și eliberează substanțe nutritive din materia organică. Acești microshreders, acarieni oribatidi imaturi, scheletizează frunzele plantelor. Aceasta începe ciclul nutrienților de carbon, azot și alte elemente.

Credit: Roy A. Norton, College of Environmental Science & amp Forestry, Universitatea de Stat din New York. Vă rugăm să contactați Soil and Water Conservation Society la [email protected] pentru asistență cu imagini protejate prin drepturi de autor (creditate).

Surse alimentare pentru organismele solului

„Materia organică a solului” include toate substanțele organice din sau din sol. Iată termenii folosiți pentru a descrie diferite tipuri de materie organică.

  • Organisme vii: Bacterii, ciuperci, nematode, protozoare, râme, artropode și rădăcini vii.
  • Material vegetal mort material organic reziduu de suprafață detritus: Toți acești termeni se referă la plante, animale sau alte substanțe organice care au fost adăugate recent în sol și au început doar să dea semne de degradare. Detritivorii sunt organisme care se hrănesc cu astfel de materiale.
  • Fracție activă de materie organică: Compuși organici care pot fi folosiți ca alimente de către microorganisme. Fracția activă se schimbă mai repede decât materia organică totală ca răspuns la modificările de gestionare.
  • Materie organică stabilă: Materie organică care se descompune ușor.
  • Exudatele radiculare: Zaharuri solubile, aminoacizi și alți compuși secretați de rădăcini.
  • Materia organică sub formă de particule (POM) sau fracția ușoară (LF): POM și LF au definiții precise ale mărimii și greutății. Se crede că reprezintă fracția activă a materiei organice care este mai greu de definit. Deoarece POM sau LF sunt mai mari și mai ușoare decât alte tipuri de materie organică a solului, acestea pot fi separate de sol în funcție de dimensiune (folosind o sită) sau de greutate (folosind o centrifugă).
  • Lignină: Un compus greu de degradat care face parte din fibrele plantelor mai vechi. Ciupercile pot folosi structurile inelului de carbon din lignină ca hrană.
  • Materie organică recalcitrantă: Materie organică, cum ar fi humus sau material care conține lignină, pe care puține organisme din sol o pot descompune.
  • Humus sau materie organică umificată: Compuși organici complexi care rămân după ce multe organisme au folosit și transformat materialul original. Humusul nu este ușor descompus deoarece este fie protejat fizic în interiorul agregatelor, fie chimic prea complex pentru a fi utilizat de majoritatea organismelor. Humusul este important în legarea agregatelor mici de sol și îmbunătățește capacitatea de păstrare a apei și a nutrienților.

Unde locuiesc organismele solului?

Organismele rețelei alimentare nu sunt distribuite uniform prin sol. Fiecare specie și grup există acolo unde pot găsi spațiu adecvat, nutrienți și umiditate. Ele apar oriunde apare materia organică - mai ales în câțiva centimetri de sol (a se vedea graficul de mai jos), deși microbii au fost găsiți la adâncimi de până la 16 mile în puțurile de petrol. Organismele solului sunt concentrate:

În jurul rădăcinilor. Rizosfera este regiunea îngustă a solului direct în jurul rădăcinilor. Este plină de bacterii care se hrănesc cu celule vegetale distruse și cu proteinele și zaharurile eliberate de rădăcini. Protozoarele și nematodele care pășunează pe bacterii sunt, de asemenea, concentrate lângă rădăcini. Astfel, o mare parte din ciclul nutrienților și suprimarea bolilor necesare plantelor are loc imediat adiacent rădăcinilor.

În gunoi. Ciupercile sunt descompunători obișnuiți ai așternutului din plante, deoarece așternutul are cantități mari de carbon complex, greu de descompus. Hifele fungice (filamente fine) pot „țevi” azot din solul subiacent până la stratul de așternut. Bacteriile nu pot transporta azotul la distanță, oferind ciupercilor un avantaj în descompunerea așternutului, în special atunci când așternutul nu este amestecat în profilul solului. Cu toate acestea, bacteriile sunt abundente în așternutul verde al plantelor mai tinere, care este mai ridicat în azot și în compuși de carbon mai simpli decât așternutul plantelor mai vechi. Bacteriile și ciupercile pot accesa o suprafață mai mare de reziduuri de plante după ce organismele tocătoare, cum ar fi râme, insecte care mănâncă frunze, milipede și alți artropode, împart așternutul în bucăți mai mici.

Pe humus. Ciupercile sunt frecvente aici. O mulțime de materii organice din sol au fost deja descompuse de multe ori de bacterii și ciuperci și / sau trecute prin tripele râmelor sau artropodelor. Compușii humici rezultați sunt complexi și au puțin azot disponibil. Numai ciupercile produc unele dintre enzimele necesare degradării compușilor complecși din humus.

La suprafața agregatelor de sol. Activitatea biologică, în special cea a bacteriilor și ciupercilor aerobe, este mai mare în apropierea suprafețelor agregatelor solului decât în ​​cadrul agregatelor. În cadrul agregatelor mari, pot apărea procese care nu necesită oxigen, cum ar fi denitrificarea. Multe agregate sunt de fapt peletele fecale ale viermilor și ale altor nevertebrate.

În spațiile dintre agregatele solului. Acei artropode și nematode care nu pot să se îngroape prin sol se mișcă în porii dintre agregatele solului. Organismele care sunt sensibile la desicare, cum ar fi protozoarele și mulți nematode, trăiesc în porii plini de apă.

Bacteriile sunt abundente în jurul acestui vârf de rădăcină (rizosfera) unde descompun abundența substanțelor organice simple.

Credit: nr. 53 din setul de diapozitive pentru microbiologie și biochimie a solului. 1976 J.P.Martin și colab., Eds. SSSA, Madison WI. Vă rugăm să contactați Soil and Water Conservation Society la [email protected] pentru asistență cu imagini protejate prin drepturi de autor (creditate).

Când sunt activi?

Activitatea organismelor din sol urmează tiparele sezoniere, precum și modelele zilnice. În sistemele temperate, cea mai mare activitate are loc la sfârșitul primăverii, când condițiile de temperatură și umiditate sunt optime pentru creștere. Cu toate acestea, anumite specii sunt cele mai active iarna, altele în perioadele uscate și altele în condiții de inundații.

Nu toate organismele sunt active la un moment dat. Chiar și în perioadele cu activitate ridicată, doar o fracțiune din organisme mănâncă ocupat, respiră și își modifică mediul. Porțiunea rămasă este abia activă sau chiar latentă.

Multe organisme diferite sunt active în momente diferite și interacționează între ele, cu plantele și cu solul. Rezultatul combinat este o serie de funcții benefice, inclusiv ciclul nutrienților, fluxul moderat de apă și controlul dăunătorilor.

Importanța rețelei alimentare solului

Componenta vie a solului, rețeaua trofică, este complexă și are compoziții diferite în diferite ecosisteme. Gestionarea terenurilor de cultură, terenurilor de pădure, pădurilor și grădinilor beneficiază și afectează rețeaua trofică. Următoarea unitate din Soler Biology Primer, The Food Web & amp Soil Health, introduce relația biologiei solului cu productivitatea agricolă, biodiversitate, sechestrarea carbonului și calitatea aerului și a apei. Celelalte șase unități ale Primerului pentru biologia solului descriu principalele grupuri de organisme din sol: bacterii, ciuperci, protozoare, nematode, artropode și râme.


Profilul solului

Pe măsură ce solurile se dezvoltă în timp, straturile (sau orizonturile) formează un profil al solului.

Majoritatea profilelor de sol acoperă pământul ca 2 straturi principale & mdashtopsoil și subsol.

Orizonturile solului sunt straturile din sol pe măsură ce vă deplasați în jos pe profilul solului. Un profil de sol poate avea orizonturi de sol ușor sau dificil de distins.

Majoritatea solurilor prezintă 3 orizonturi principale:

  • Un orizont& sol vegetal bogat în mdashhumus unde nutrienții, materia organică și activitatea biologică sunt cele mai mari (adică sunt active cele mai multe rădăcini ale plantelor, râme, insecte și microorganisme). Orizontul A este de obicei mai întunecat decât alte orizonturi din cauza materialelor organice.
  • B orizontsubsol bogat în & mdashclay. Acest orizont este adesea mai puțin fertil decât solul vegetal, dar deține mai multă umiditate. În general, are o culoare mai deschisă și mai puțină activitate biologică decât orizontul A. Textura poate fi și mai grea decât orizontul A.
  • C orizont& mdash subteran stâncă degradată (din care se formează orizonturile A și B).

Unele soluri au, de asemenea, o O orizont constând în principal din așternut de plante care s-a acumulat pe suprafața solului.

Proprietățile orizonturilor sunt folosite pentru a distinge între soluri și pentru a determina potențialul de utilizare a terenului.


Material părinte

Materialul organic și anorganic în care se formează solurile este materialul părinte. Solurile minerale se formează direct din degradarea rocii de bază, roca solidă care se află sub sol și, prin urmare, au o compoziție similară cu roca originală. Alte soluri se formează în materiale provenite din alte părți, cum ar fi nisipul și derivația glaciară. Materialele situate la adâncimea solului sunt relativ neschimbate în comparație cu materialul depus. Sedimentele din râuri pot avea caracteristici diferite, în funcție de fluxul care se mișcă rapid sau încet. Un râu cu mișcare rapidă ar putea avea sedimente de roci și nisip, în timp ce un râu cu mișcare lentă ar putea avea materiale cu texturi fine, cum ar fi argila.


Managementul solului și sănătatea

Cinci factori de formare a solului
Materialul părinte, clima, biota (organisme), topografia și timpul au interacționat pentru a forma peste 1.100 de soluri în Minnesota. Diferitele proprietăți ale acestor soluri au un impact mare asupra modului în care acestea sunt gestionate cel mai bine.

Comenzi și subordine de sol în Minnesota
Când producătorii înțeleg solul cu care lucrează, pot lua decizii mai bune cu privire la sistemele de cultură și la gestionarea îngrășămintelor și a apei.

  • Înțelegeți beneficiile materiei organice din sol (SOM) și cum să le măriți.
  • Aflați cum SOM afectează productivitatea culturilor.
  • Aflați cum contribuie microorganismele solului la sănătatea solului și la productivitatea culturilor.
  • Aflați despre practicile de management care măresc activitatea microbiană.

Testele de sănătate ale solului pot determina nevoile de îngrășăminte?
Testele de sănătate ale solului pot fi utile pentru a compara practicile de gestionare, dar nu au fost calibrate pentru necesitățile de nutrienți ai culturilor.

Sisteme de prelucrare

Ghid de cultivare a Midwestului Superior

Ghidul de cultivare a mid-vestului superior este o colaborare între University of Minnesota Extension și North Dakota State University.


    Partea 1 explorează beneficiile prelucrării solului dintr-o perspectivă istorică.
    Partea a II-a descrie componentele echipamentului, adâncimea de prelucrare a solului și capacele tipice de reziduuri pentru diverse instrumente de prelucrare a solului.
    Creșterea structurii solului, a materiei organice și a eroziunii reduse a solului sunt unele dintre numeroasele beneficii ale prelucrării la sol reduse discutate în partea III.
    Partea a IV-a analizează randamentul culturilor și costurile de prelucrare a diferitelor sisteme de prelucrare.

Comparație la fermă: sisteme de conservare a solului
Aflați cum diferitele sisteme de cultivare afectează reziduurile, populațiile de plante și randamentele.

Prelucrarea căderii în condiții de sol umed
Strategii pentru a reduce compactarea solului și murdărirea atunci când precipitațiile din toamnă sunt grele.

Menținerea productivității solului

Eroziunea solului vă reduce profiturile și reduce productivitatea prin eliminarea unei resurse neregenerabile. Aflați cum să reduceți eroziunea eoliană pentru o rentabilitate pe termen lung:

  • De ce este importantă eroziunea eoliană în Minnesota
  • Factorii cheie și impactul eroziunii eoliene
  • Cum se reduce eroziunea eoliană

Compactarea solului
Aflați ce cauzează compactarea solului și cum afectează creșterea și randamentul culturilor. Adoptați practici de gestionare care minimizează compactarea.

Seriile video de compactare a solului

1. Compactarea solului - Aflați despre efectele compactării solului și strategiile de gestionare pentru a-l minimiza.

3. Șenile și anvelopele - Aflați cum să gestionați traficul pe roți și să umflați corect anvelopele pentru a reduce compactarea solului.

2. Structura solului: o apărare naturală împotriva compactării solului - Aflați cum agregatele de sol creează un sol puternic și rezistent.

4. Umflarea corectă a anvelopelor - Aflați cum să obțineți cea mai bună performanță din anvelopele tractorului.


Cinci factori de formare a solului

Oamenii de știință atribuie formarea solului următorii factori: material părinte, climă, biota (organisme), topografie și timp.

Acești factori interacționează pentru a forma mai mult de 1.108 serii diferite de sol în Minnesota. Proprietățile fizice, chimice și biologice ale diferitelor soluri pot avea un efect mare asupra modului de gestionare a acestora.

Cei cinci factori

Minnesota este o țară a solurilor tinere din punct de vedere geologic, cu multe materiale părinte diferite (Figura 1). Factorul comun printre solurile din Minnesota este că acestea au fost formate de ultimul ghețar din nordul Statelor Unite, acum 11.000 până la 14.000 de ani.

Acest lucru poate părea mult timp, dar este considerat recent în contextul formării solului și al geologiei. Figura 1 enumeră cinci materiale părinte majore: Până la, loess, lacustrin, spălat și până la roca de bază.

Până când este predominant în părțile sud-centrale, vest-centrale și sud-vestice ale statului. Pe măsură ce ultimul ghețar se topea, aceste materiale au fost depuse.

Solurile formate în acest material au în general texturi argiloase argiloase până la argiloase argiloase, multe dimensiuni de rocă diferite și drenaj intern slab. Drenajul slab are o influență mare asupra managementului azotului și asupra practicilor culturale.

Loess

Loess este un material suflat, de dimensiuni nămol, depus după topirea ghețarului. Aceste depozite de nămol pot varia în adâncime de la câțiva centimetri până la mulți picioare. Solurile formate în loess au, în general, texturi de lut și nu au pietre.

Majoritatea solurilor formate în loess apar în sud-estul Minnesota, unde depozitele de loess se află deasupra calcarului sau a gresiei. Datorită stării poroase a materialelor de bază din sud-estul Minnesota, solurile sunt în general bine drenate.

Loess-ul din sud-vestul Minnesota se depune pe pânza glaciară. Solurile formate în acest material sunt în general slab drenate și se comportă similar cu solurile formate în pământul glaciar. Eroziunea este o preocupare majoră pentru aceste soluri, din cauza texturii argiloase a nămolului. Gestionarea reziduurilor devine un factor important în menținerea unei productivități ridicate.

Lacustru

Materialele părinte lacustre rezultă din sedimentele depuse în lacuri formate din apă topită glaciară. Lacurile au existat suficient de mult timp încât particulele mari, cum ar fi roci și nisip, au fost depozitate imediat după formarea lacului, în timp ce particulele mai mici de argilă au fost depuse mai târziu.

Un exemplu este solul format sub Lacul Glacial Agassiz din nord-vestul Minnesota și estul Dakotei de Nord (Valea Râului Roșu din nord). Solurile formate în depozite lacustre au texturi de argilă, argilă argiloasă și argiloasă argiloasă, argilă slabă, drenaj intern slab și fără roci. Multe soluri din nord-vestul Minnesota au fost formate din material lacustru.

Spălați

Spălarea exterioară este materialul depus pe marginile râurilor cu curgere rapidă din topirea gheții de pe ghețarii care se retrag. Aceasta include roci, pietriș, nisip și alte materiale suficient de mari pentru a scăpa din fluxul de apă, deoarece curentul râului a continuat să transporte particule mai mici.

Solurile formate în spălare sunt excesiv de bine drenate și au texturi de nisip și argilă nisipoasă. Exemple de zone din Minnesota cu soluri formate în spălare exterioară includ regiunile Anoka Sand Plain, North Central Sands și Bonanza Valley din est-central, nord-central și respectiv Minnesota central.

Până la roca de bază

Până la depozitele de roci de bază apar în nord-estul Minnesota. Materialele de pe ghețar au fost depuse peste roca de bază, similar cu sud-centralul Minnesota, dar cu material din diferite gheațe glaciare.

Există, de asemenea, zone semnificative de soluri formate direct din roca de bază. Aceste soluri tind să fie superficiale și nu sunt utilizate pe scară largă pentru producția de culturi.

Temperatura și precipitațiile

Temperatura și precipitațiile influențează cât de repede se schimbă materialele părinte și, astfel, proprietățile solului, cum ar fi compoziția minerală și conținutul de materie organică.

Temperatura influențează direct viteza reacțiilor chimice. Cu cât temperatura este mai caldă, cu atât apar reacții mai rapide. Fluctuațiile de temperatură cresc atmosfera fizică a rocilor.

Precipitațiile guvernează mișcarea apei în sol. Cantitatea de apă pe care o primește solul și cantitatea de evapotranspirație care are loc influențează mișcarea apei. Precipitațiile anuale normale în Minnesota sunt cele mai mici în colțul de nord-vest, la 16 inci, și crește pe măsură ce mergeți spre colțul sud-estic, unde 34 inci reprezintă precipitațiile anuale normale (Figura 2).

Evapotranspirație

Evapotranspirația este combinația de apă evaporată de la suprafața solului și apă transpirată de plantele în creștere. Pe măsură ce temperatura aerului crește, evapotranspirația crește. Evapotranspirația ridicată față de precipitații înseamnă că este disponibilă mai puțină apă pentru a se deplasa prin sol.

În Minnesota, cea mai mare evapotranspirație are loc în partea de sud-vest a statului și scade pe măsură ce mergeți spre colțul de nord-est.

Indicele de umiditate

Un indice de levigare sau un indice de umiditate (Figura 3) este calculat prin scăderea evapotranspirației din precipitații. Acest indice este un indicator al condițiilor medii de umiditate a solului.

Cu cât indicele este mai mare, cu atât este mai mare umiditatea solului. Umiditatea mai mare a solului crește condițiile chimice și mută mineralele, cum ar fi bazele, mai adânc în profilul solului. Acest lucru afectează practicile de gestionare, cum ar fi drenajul și aportul de nutrienți mobili.

Agenții biotici au afectat foarte mult procesul de formare a solului. Acestea includ organisme care trăiesc în sol, cum ar fi bacteriile și goferii și vegetația care crește la suprafață.

Organisme din sol

Organismele din sol pot accelera sau încetini formarea solului. De exemplu, microorganismele pot facilita reacțiile chimice sau pot excreta substanțe organice pentru a îmbunătăți infiltrarea apei în sol. Alte organisme, cum ar fi goferii, încetinesc formarea solului prin săparea și amestecarea materialelor din sol și distrugerea orizonturilor solului care s-au format.

Vegetație

Solurile din Minnesota s-au format sub două tipuri majore de vegetație: pădure și prerie.

Solurile formate sub păduri tind să fie mai degradate (mai vechi în ceea ce privește solul), deoarece pădurile cresc în zone cu precipitații mai ridicate. Există mai multe mișcări de apă în zona rădăcinii și se formează o cantitate mai mică de materie organică.

Solurile formate în prerie tind să fie în zone cu precipitații mai puține. Iarbele tind să folosească umiditatea furnizată, reducând mișcarea apei prin profilul solului. Materia organică se formează în cantități mari și la o adâncime mai adâncă în suprafața solului decât solurile forestiere.

Diferențe regionale în vegetație

Figura 4 prezintă diferite soluri de vegetație în care s-au format. Solurile din părțile sud-vestice, sud-centrale și vestice ale statului s-au format în prerie. Solurile din partea de nord-est a statului s-au format sub vegetație forestieră.

Savana dintre pădure și prerie este o zonă de tranziție cunoscută sub numele de ecoton. Vegetația de pădure și pădure a existat în această zonă, schimbându-se între pădure și prerie pe măsură ce clima s-a schimbat în timp. Vegetația forestieră s-ar strecura în prerie în climă mai umedă, în timp ce evenimente precum incendii au schimbat zonele împădurite în prerie.

Panta și aspectul sunt două caracteristici ale topografiei care afectează formarea solului.

Pantă

Panta se referă la abruptul (în grade sau procente) din orizontală, care afectează cantitatea de material din sol care este depusă sau erodată. Solul de nivel este cel mai dezvoltat, deoarece nu pierde sau câștigă material. Schimbarea materialului încetinește procesul de formare a solului.

Aspect

Aspectul este direcția spre care se îndreaptă panta față de soare (direcția busolei), care afectează cantitatea de apă care se mișcă prin sol.

Partea de nord tinde să aibă mai multă apă, deoarece există mai puțină evaporare și, ca urmare, potențial mai multă vegetație. În plus, temperaturile mai scăzute ale solului din partea de nord încetinesc procesele chimice ale solului. Un sol cu ​​aspect sudic tinde să aibă vegetație pe iarbă, temperaturi mai calde ale solului și mai multă evaporare.

Efectul net este îmbătrânirea mai mare a solului cu aspect nordic comparativ cu solul cu aspect sudic, chiar și cu temperaturile mai reci ale solului.

Soluri peste un peisaj

Într-un peisaj, o secvență de soluri cu orizonturi diferite cauzate de diferențele de adâncime a acestora până la pânza freatică se numește catena.

O catena constă în mod normal din patru serii de soluri, cu soluri situate pe vârf, pe umăr, în spate și în picioare, așa cum se arată în Figura 5.

Drenaj și adâncimea stratului freatic

Pentru fiecare serie de soluri, iată cum este caracterizat drenajul și cât de adânc este pânza freatică:

Summit: bine drenat, cu pânza freatică la mai mult de 4 picioare sub suprafață.

Umăr: moderat bine drenat, cu pânza freatică între 3 și 4 picioare sub suprafață.

Panta din spate: Oarecum slab drenată, cu pânza freatică între 2 și 3 picioare sub suprafață.

Panta: slab drenată, cu pânza freatică la mai puțin de 2 metri sub suprafață.

Vârsta de dezvoltare

În acest grup de soluri, vârful și versantul din spate sunt cele mai dezvoltate. Dacă versantul din spate are o pantă mai mare de 20%, acesta se va eroda și va fi mai puțin dezvoltat decât vârful. Summitul este nivelat, astfel încât nu există eroziune care să încetinească dezvoltarea solului.

Umărul este erodat, încetinind dezvoltarea. Dezvoltarea încetinește și cu panta, deoarece este supusă unei cantități considerabile de depunere a solului. Drenajul slab încetinește dezvoltarea, deoarece apa nu se mișcă prin sol, iar temperaturile solului tind să fie mai reci.

Solul cu pantă într-o catena este, în general, cel mai puțin dezvoltat sau cel mai tânăr din grup. Un exemplu de catena din Minnesota constă în seriile de sol Clarion, Nicollet, Webster și Glencoe.

Timpul este al cincilea factor în formarea solului. De-a lungul timpului, vegetația și clima acționează asupra materialului părintești și topografiei. Dezvoltarea, nu vârsta cronologică, determină vârsta solului.

Gradul de îmbătrânire depinde de intensitatea celorlalți patru factori de formare a solului. Factorii care încetinesc formarea solului includ:

Conținut ridicat de var în materialul părinte.

Conținut ridicat de cuarț în materialul părinte.

Conținut ridicat de argilă în materialul părinte.

Material de bază pentru roci dure (rezistent la intemperii).

Depunere constantă, acumulări și amestec de animale sau de om.

Orizonturi și serii ale solului

Acești cinci factori de formare a solului au influențe diferite, determinând formarea orizonturilor solului diferite.

Oamenii de știință folosesc diferențele sau asemănările orizonturilor solului pentru a clasifica solurile similare în serii de sol. Proprietățile fiecărei serii de sol influențează deciziile de gestionare a solului.

Orizonturile solului sunt benzi orizontale sau straturi în profilul solului. Orizonturile principale, numite orizonturi master, sunt O, A, E, B, C și R.

Orizonturi și caracteristici

Orizontul O este un orizont organic cu puțin material mineral. Poate fi găsit în solurile forestiere, când frunzele sau acele care cad pe pământ formează un strat organic subțire. În zonele vechi de rogoz și turbării, orizontul organic poate avea o grosime de 30 până la 60 inci. Restul orizonturilor sunt compuse predominant din materiale minerale.

Orizontul A se găsește în mod normal la suprafață. Este o zonă de acumulare a materiei organice, cu până la 10% materie organică. Din cauza materiei organice, are o culoare mai închisă. Într-un sol bun, structura solului este granulară.

Orizontul E se găsește în mod normal în peisajele forestiere. Se găsește la orizont chiar sub orizontul A, unde materia organică, particulele de argilă și alte substanțe chimice au fost mutate. Orizonturile E tind să fie de culoare deschisă (gri până la alb) și au o structură plat.

Orizontul B este un orizont de subsol care este o zonă de acumulare. It accumulates material including clay, organic matter and other chemicals. The B horizon usually has a blocky structure.

The C horizon is a zone in the subsoil that has little structure or little development. In many Minnesota soils, the C horizon is similar to the parent material.

The final master horizon is the R horizon, which is made of rock.

Developmental age

The number of horizons in a soil is indicative of its developmental age. Minnesota soils are young compared to the rest of the world—only 10,000 to 14,000 years old. Soils formed under forest vegetation in Minnesota tend to be more developed than soils developed under prairie.

Forest soils typically have A, E, B and C horizons, and you’ll usually see them in the northeastern and southeastern parts of the state. If the soils have been farmed, the E horizon may be destroyed, but the organic matter content will be lower.

Prairie soils generally have a thick, dark A horizon (greater than 10 inches), as well as B and C horizons. These soils are found in the southern and western parts of Minnesota. Soils formed on the state’s sand plains have an A and C horizon, and sometimes a weakly formed B horizon.

A soil profile is a vertical exposure of the soil that reveals the combination and types of horizons. The combination of master horizons, thickness of the horizons, and sequence in which they occur in the profile can cause different chemical, biological and physical properties in each soil.

Soils with similar profile characteristics are grouped together into named soil series. Knowing the different soil series allows you to group or separate them for management purposes.

Example: Management differences

The master horizons for the two soils in Figure 6 differ in thickness. The soil on the left was formed in a footslope position of the landscape. It has a very thick A horizon, a thin B horizon and a water-saturated C horizon.

The soil on the right was formed on the slope’s shoulder. Even though it’s only 400 feet from the soil on the left, it has much different soil horizons. The soil on the right has a thinner A horizon and a thicker B horizon than the soil on the left. The water table is much deeper in the profile, indicating a better-drained soil on the right than on the left.

Because these soils formed differently, you should manage them differently. An example of management differences could be that the soil on the left should be tile-drained for optimum crop production, while the soil on the right may not need tile drainage.


Soil Classification

Soil Taxonomy

Soil Taxonomy - principal reference to soil classification.

Keys to Soil Taxonomy - taxonomic keys for field classification.

Soil Series

Links to Official Soil Series Descriptions (OSD), Soil Series Classification Database (SC), SC/OSD Maintenance Tool, and Soil Classification Report Tool have been moved to Tools & Data.

Model

Java Newhall Simulation Model (jNSM) &ndash A traditional soil climate simulation model (software, user&rsquos guide, and sample datasets)

Historical Documents

Media Files

Other Classification Systems

Universal Soil Classification System - a Working Group under Commission 1.4 (Soil Classification) which is part of Division 1 (Soil in Space and Time) of the International Union of Soil Sciences (IUSS )

World Reference Base (WRB) - The WRB, along with Soil Taxonomy, serve as international standards for soil classification. The WRB system is endorsed by the International Union of Soil Sciences and developed by an international collaboration coordinated by the IUSS Working Group. The WRB borrows heavily from modern soil classification concepts, including Soil Taxonomy, the legend for the FAO Soil Map of the World 1988, the Référentiel Pédologique, and Russian concepts.


166 The Soil

Până la sfârșitul acestei secțiuni, veți putea face următoarele:

  • Describe how soils are formed
  • Explain soil composition
  • Describe a soil profile

Plants obtain inorganic elements from the soil, which serves as a natural medium for land plants. Soil is the outer loose layer that covers the surface of Earth. Soil quality is a major determinant, along with climate, of plant distribution and growth. Soil quality depends not only on the chemical composition of the soil, but also the topography (regional surface features) and the presence of living organisms. In agriculture, the history of the soil, such as the cultivating practices and previous crops, modify the characteristics and fertility of that soil.

Soil develops very slowly over long periods of time, and its formation results from natural and environmental forces acting on mineral, rock, and organic compounds. Soils can be divided into two groups: organic soils are those that are formed from sedimentation and primarily composed of organic matter, while those that are formed from the weathering of rocks and are primarily composed of inorganic material are called mineral soils . Mineral soils are predominant in terrestrial ecosystems, where soils may be covered by water for part of the year or exposed to the atmosphere.

Soil Composition

Soil consists of these major components ((Figure)):

  • inorganic mineral matter, about 40 to 45 percent of the soil volume
  • organic matter, about 5 percent of the soil volume
  • water and air, about 50 percent of the soil volume

The amount of each of the four major components of soil depends on the amount of vegetation, soil compaction, and water present in the soil. A good healthy soil has sufficient air, water, minerals, and organic material to promote and sustain plant life.


Soil compaction can result when soil is compressed by heavy machinery or even foot traffic. How might this compaction change the soil composition?

<!–<para air content of the soil decreases.–>

The organic material of soil, called humus , is made up of microorganisms (dead and alive), and dead animals and plants in varying stages of decay. Humus improves soil structure and provides plants with water and minerals. The inorganic material of soil consists of rock, slowly broken down into smaller particles that vary in size. Soil particles that are 0.1 to 2 mm in diameter are sand . Soil particles between 0.002 and 0.1 mm are called silt , and even smaller particles, less than 0.002 mm in diameter, are called clay . Some soils have no dominant particle size and contain a mixture of sand, silt, and humus these soils are called loams .

Explore this interactive map from the USDA’s National Cooperative Soil Survey to access soil data for almost any region in the United States.

Soil Formation

Soil formation is the consequence of a combination of biological, physical, and chemical processes. Soil should ideally contain 50 percent solid material and 50 percent pore space. About one-half of the pore space should contain water, and the other half should contain air. The organic component of soil serves as a cementing agent, returns nutrients to the plant, allows soil to store moisture, makes soil tillable for farming, and provides energy for soil microorganisms. Most soil microorganisms—bacteria, algae, or fungi—are dormant in dry soil, but become active once moisture is available.

Soil distribution is not homogenous because its formation results in the production of layers together, the vertical section of a soil is called the soil profile . Within the soil profile, soil scientists define zones called horizons. A horizon is a soil layer with distinct physical and chemical properties that differ from those of other layers. Five factors account for soil formation: parent material, climate, topography, biological factors, and time.

Parent Material

The organic and inorganic material in which soils form is the parent material . Mineral soils form directly from the weathering of bedrock , the solid rock that lies beneath the soil, and therefore, they have a similar composition to the original rock. Other soils form in materials that came from elsewhere, such as sand and glacial drift. Materials located in the depth of the soil are relatively unchanged compared with the deposited material. Sediments in rivers may have different characteristics, depending on whether the stream moves quickly or slowly. A fast-moving river could have sediments of rocks and sand, whereas a slow-moving river could have fine-textured material, such as clay.

Climat

Temperature, moisture, and wind cause different patterns of weathering and therefore affect soil characteristics. The presence of moisture and nutrients from weathering will also promote biological activity: a key component of a quality soil.

Topography

Regional surface features (familiarly called “the lay of the land”) can have a major influence on the characteristics and fertility of a soil. Topography affects water runoff, which strips away parent material and affects plant growth. Steeps soils are more prone to erosion and may be thinner than soils that are relatively flat or level.

Factori biologici

The presence of living organisms greatly affects soil formation and structure. Animals and microorganisms can produce pores and crevices, and plant roots can penetrate into crevices to produce more fragmentation. Plant secretions promote the development of microorganisms around the root, in an area known as the rhizosphere . Additionally, leaves and other material that fall from plants decompose and contribute to soil composition.

Time is an important factor in soil formation because soils develop over long periods. Soil formation is a dynamic process. Materials are deposited over time, decompose, and transform into other materials that can be used by living organisms or deposited onto the surface of the soil.

Physical Properties of the Soil

Soils are named and classified based on their horizons. The soil profile has four distinct layers: 1) O horizon 2) A horizon 3) B horizon, or subsoil and 4) C horizon, or soil base ((Figure)). The O horizon has freshly decomposing organic matter—humus—at its surface, with decomposed vegetation at its base. Humus enriches the soil with nutrients and enhances soil moisture retention. Topsoil—the top layer of soil—is usually two to three inches deep, but this depth can vary considerably. For instance, river deltas like the Mississippi River delta have deep layers of topsoil. Topsoil is rich in organic material microbial processes occur there, and it is the “workhorse” of plant production. The A horizon consists of a mixture of organic material with inorganic products of weathering, and it is therefore the beginning of true mineral soil. This horizon is typically darkly colored because of the presence of organic matter. In this area, rainwater percolates through the soil and carries materials from the surface. The B horizon is an accumulation of mostly fine material that has moved downward, resulting in a dense layer in the soil. In some soils, the B horizon contains nodules or a layer of calcium carbonate. The C horizon , or soil base, includes the parent material, plus the organic and inorganic material that is broken down to form soil. The parent material may be either created in its natural place, or transported from elsewhere to its present location. Beneath the C horizon lies bedrock.


Which horizon is considered the topsoil, and which is considered the subsoil?

<!–<para A horizon is the topsoil, and the B horizon is subsoil.–>

Some soils may have additional layers, or lack one of these layers. The thickness of the layers is also variable, and depends on the factors that influence soil formation. In general, immature soils may have O, A, and C horizons, whereas mature soils may display all of these, plus additional layers ((Figure)).


Soil Scientist A soil scientist studies the biological components, physical and chemical properties, distribution, formation, and morphology of soils. Soil scientists need to have a strong background in physical and life sciences, plus a foundation in mathematics. They may work for federal or state agencies, academia, or the private sector. Their work may involve collecting data, carrying out research, interpreting results, inspecting soils, conducting soil surveys, and recommending soil management programs.


Many soil scientists work both in an office and in the field. According to the United States Department of Agriculture (USDA): “a soil scientist needs good observation skills to analyze and determine the characteristics of different types of soils. Soil types are complex and the geographical areas a soil scientist may survey are varied. Aerial photos or various satellite images are often used to research the areas. Computer skills and geographic information systems (GIS) help the scientist to analyze the multiple facets of geomorphology, topography, vegetation, and climate to discover the patterns left on the landscape.” 1 Soil scientists play a key role in understanding the soil’s past, analyzing present conditions, and making recommendations for future soil-related practices.

Rezumatul secțiunii

Plants obtain mineral nutrients from the soil. Soil is the outer loose layer that covers the surface of Earth. Soil quality depends on the chemical composition of the soil, the topography, the presence of living organisms, the climate, and time. Agricultural practice and history may also modify the characteristics and fertility of soil. Soil consists of four major components: 1) inorganic mineral matter, 2) organic matter, 3) water and air, and 4) living matter. The organic material of soil is made of humus, which improves soil structure and provides water and minerals. Soil inorganic material consists of rock slowly broken down into smaller particles that vary in size, such as sand, silt, and loam.

Soil formation results from a combination of biological, physical, and chemical processes. Soil is not homogenous because its formation results in the production of layers called a soil profile. Factors that affect soil formation include: parent material, climate, topography, biological factors, and time. Soils are classified based on their horizons, soil particle size, and proportions. Most soils have four distinct horizons: O, A, B, and C.

Visual Connection Questions

(Figure) Soil compaction can result when soil is compressed by heavy machinery or even foot traffic. How might this compaction change the soil composition?

(Figure) The air content of the soil decreases.

(Figure) Which horizon is considered the topsoil, and which is considered the subsoil?

(Figure) The A horizon is the topsoil, and the B horizon is subsoil.

Întrebări de revizuire

Which factors affect soil quality?

  1. chemical composition
  2. history of the soil
  3. presence of living organisms and topography
  4. toate cele de mai sus

Soil particles that are 0.1 to 2 mm in diameter are called ________.

A soil consists of layers called ________ that taken together are called a ________.

  1. soil profiles : horizon
  2. horizons : soil profile
  3. horizons : humus
  4. humus : soil profile

What is the term used to describe the solid rock that lies beneath the soil?

Describe the main differences between a mineral soil and an organic soil.

A mineral soil forms from the weathering of rocks it is inorganic material. An organic soil is formed from sedimentation it mostly consists of humus.

Name and briefly explain the factors that affect soil formation.

Parent material, climate, topography, biological factors, and time affect soil formation. Parent material is the material in which soils form. Climate describes how temperature, moisture, and wind cause different patterns of weathering, influencing the characteristics of the soil. Topography affects the characteristics and fertility of a soil. Biological factors include the presence of living organisms that greatly affect soil formation. Processes such as freezing and thawing may produce cracks in rocks plant roots can penetrate these crevices and produce more fragmentation. Time affects soil because soil develops over long periods.

Describe how topography influences the characteristics and fertility of a soil.

Topography affects water runoff, which strips away parent material and affects plant growth. Steeps soils are more prone to erosion and may be thinner than soils that are on level surfaces.

Note de subsol

    National Resources Conservation Service / United States Department of Agriculture. “Careers in Soil Science.” http://soils.usda.gov/education/facts/careers.html

Glosar


SOIL MICROBIOLOGY, ECOLOGY, AND BIOCHEMISTRY IN PERSPECTIVE

SOIL ECOLOGY

Soil ecology is the second leg of the scientific tripod supporting this textbook. Ecology has numerous definitions. The one that applies to this text is the interaction of organisms and their environment. Smith and Smith (2001) stated that Haeckel developed the term “ecology” in 1869 from the Greek term “oikos,” meaning home or place to live. The first ecological publications are credited to the Greek scholar Theophrastus (371–288 BCE), who wrote nine books on “The History of Plants” and six on “The Causes of Plants.” Continued work by naturalists during the 15th century, especially in the Middle East, was followed by the plant geographers, such as Wildenow (1765–1812) and Von Humboldt (1769–1859). These described vegetation by physical type and environmental conditions and coined the word “association” (see Smith and Smith, 2001 ). More plant geography, such as that of Schouw, who studied the effects of temperature on plant distribution, and Paczoski, who studied microenvironments created by plants, led to the study of plant communities. Scientists such as Coulter, Bessey, and Clements developed concepts of succession and gave ecology its hierarchical framework (see Major, 1969 ).

Aquatic research contributed much to ecological theory. In 1887, Forbes, who interestingly had no college degree (see Hagen, 1992 ), wrote the classic “The Lake as a Microcosm,” which was a predecessor to ecosystem ecology and introduced the concepts of interrelationships through food chains. In 1931, European biologists Thieneman and Forel used the concept of organic nutrient cycling and developed the terms “producers” and “consumers.” In 1926, agronomist Transeau was interested in improving agricultural production through a better understanding of photosynthetic efficiency and initiated our understanding of primary production. The early ecologists tended to concentrate on native plant and animal associations, whereas at that time soil microbiologists were associated with either agronomy or microbiology departments. Agronomists were primarily concerned with cultivated fields and the processes therein. To the soil zoologists, these fields seemed depauperate of interesting organisms, while the ecologist's obsession with native sites, and to some extent the environmental movement, was thought by the agronomists to greatly limit their interpretive capability.

Ecosystem science, a term coined by Tansley in 1935 (see Hagen, 1992 ), led to a more experimental approach and interdisciplinary work. The textbook organized around the ecosystem concept, “Fundamentals of Ecology” by E. P. Odum (1971) , went through three editions and was translated into more than 20 languages. The International Biological Programme of the 1960s and 1970s demonstrated the need to investigate all the interacting components of the ecosystem and to model them using mathematically defined transformation processes. This required the active interaction of soil microbiologists and biochemists with plant and animal ecologists and agronomists. During this program, G. M. Van Dyne, a strong advocate of the ecosystem concept, described the editor of this volume as standing on a four-stranded barbed wire fence between ecology and agronomy, with the warning that some day I would slip, with the obvious drastic consequences. The title and chapters in this book indicate to me that this fence has finally been ripped out. Future great advances lie in the study of our exciting field by scientists with a variety of backgrounds and employment in institutions often as heterogeneous as the soils and organisms they study. At the same time, the more classically trained ecologists recognize that the soil, with its multitude of interacting organisms and complexity of interactions, is the last great frontier of ecology.

Today's researchers are finding that replicated, managed fields are excellent for studying and developing ecological and biogeochemical concepts in that they often have greater, more easily measured, nutrient fluxes than those in perennial vegetation. Uncultivated systems, whether prairie or forest, are essential as reference points, often with greater diversity. Other work, such as that in the Amazon Basin, is recognizing that many of the forests that were once thought to be pristine have had major past human interventions.

Russell's 11th edition of “Soil Conditions and Plant Growth,” edited by Wild (1988) , noted that Gilbert White, in 1777, observed that earthworms were promoters of vegetation by perforating and loosening the soil and drawing leaves underground. Feller și colab. (2003a) note that Darwin first reported on the effect of earthworms in 1837, followed 34 years later by the publication “The Formation of Vegetable Mould through the Action of Earthworms.” At that time, the term “vegetable mould” was used to designate surface horizons in a manner not that different from the earlier use of the term humus. Darwin showed that earthworms were important in soil formation by affecting rock weathering, humus formation, and profile differentiation. This led Feller și colab. (2003a) to credit Darwin for the first scientific publication in Europe on the biological functioning of soils. In 1839, Ehrenberg had shown the presence of soil protozoa (see Feller și colab., 2003a ). Russell's work on partial sterilization and its benefits to fertility had involved the protozoa. Cutler and Crump, in 1920, observed the often reciprocal increase and decrease of amoebae and bacteria and attributed the concept of soil sickness resulting in lowered fertility to this phenomenon (see Waksman, 1932 ). This is in direct contrast to Russell's, and more recent, concepts in which faunal-derived microbial turnover is considered an advantage in nutrient release ( Coleman și colab., 2004). Stout și colab. (1982) gave a detailed resume of the soil protozoa that included the slime molds.

The “Manual of Agricultural Helminthology” (Filipjev and Shuurmans-Stekhoven, 1941, published in The Netherlands), summarized nematode anatomy, systematics, methodology, and plant–parasite interactions to that date. G. Steiner states in the edited volume on nematology ( Sasser and Jenkins, 1960 ) that the Incas of Peru had a regulation by which the replanting of potatoes on the same land needed to be deferred by a few years to control what must have been golden nematode infestation. He also stated that the “bush culture” that involved burning of tropical forests followed by planting of crops was not done on adjacent plots to stop invasion of nematodes from the old agricultural plots to the new ones. Kevan's 1965 description and count of soil fauna per square meter of a European grassland were quoted in the first edition of this textbook. A good introduction to the various members of the soil fauna is given by Burges and Raw (1967) and is updated by Lavelle and Spain (2001) and Coleman și colab. (2004) .

Wilde (1946) stated that the principals of soil science and ecology were introduced to silviculture by the German forester Grebe in his doctor's thesis in 1840. Grebe forecast Dokuchaiev's studies by stating,

“As silviculture horizons widen, the importance of environmental conditions becomes more sharply pronounced. It appears clearly to foresters that the form of forest management is determined by a number of physical influences related to topography, geology, type of soil, and climate.”

In not mentioning organisms, maybe the quote does not belong in this book, but 80% correct isn't all bad.

Russian scientists have long credited Dokuchaiev and his associate Kostytchev with being the founders of soil science and for having a great influence on ecology. Wilde (1946) quotes Dokuchaiev as saying,

“The eternal genetical relationships that exist between the forces of the environment and physical matter, living and nonliving domains, plants and animals and man, his habits, and even his psychology—these relationships comprise the very nucleus of natural science.”

Dokuchaiev recognized the effects of animals in soil formation in using the word “crotovina” for the filled-in remnants of mammal burrows. Russian soil science, ecology, geography, and plant ecology have always been closely associated ( Major, 1969 ). Their word “biogeocoenoses” emphasizes the biology–landscape interactions, as well as exchanges of matter and energy, discussed so often in this text. Hilgard translated Dokuchaiev's work to English and mapped American soils relative to landscape, climate, and vegetation. Wilde credits Hilgard's 1906 publication “The Relation of Soils to Climate” for perhaps unintentionally laying the foundation of soil ecology in America. The interactions of Dokuchaiev's five factors of soil formation, climate, parent material, organisms, topography, and time were reiterated and placed in an equation form by Jenny (1941) . Liebig has been credited as one of the first physiological ecologists for his work on mineral nutrition of plants.

The influence of Müller's 1878 monograph in characterizing forest soils in relation to the type of organic matter (Mull, Moder, and Mor) has been extensive. Wilde lists an extensive number of European authors who emphasized the role of soils in forest management. Other reviews on forest–microbiology–nutrient cycling include Jordan (1985) , Pregitzer (2003) , and Morris and Paul (2003) . Rangeland science is equally dependent on soil processes, some of which are detailed in “Grasslands, Systems Analysis and Man,” edited by Breymeyer and Van Dyne (1980) , and in “Grassland Ecophysiology and Grazing Ecology” ( Lemaire și colab., 2000 ).

I did not know whether to place microbial ecology under soil microbiology or soil ecology. In concepts, methods, and application, microbial ecology has been closer to soil microbiology than to classical ecology. Numerous authors have bemoaned the fact that there is not an extensive idea and concept exchange between microbial ecology and ecology in general. However, this is rapidly changing with the recognition that the diverse and extensive soil and aquatic and sediment biota can now be studied with molecular methods. The great diversity and close interactions of organisms with mineral particles makes soil an ideal place to develop and test ecological concepts. According to Marshal (1993) , microbial ecology has the goals of defining population dynamics in microbial communities and the physiochemical characteristics of microenvironments and understanding the metabolic processes carried out by microorganisms in nature. It recognizes as its founders the same scientists (Leeuwenhoek, Winogradsky, and Beijerinck) that developed soil microbiological thought. Microbial ecology has the ability to transcend different habitats, asking questions about soils, plants, animals, fresh waters, oceans, and sediments, as well as geological strata. It also has received great impetus from the recent advances in nucleic acid techniques and, thus, one of its more modern pioneering works has to be that of Watson and Crick, which eventually led to the nuclear-based techniques.

The first textbook published with the title “Microbial Ecology” was that of Brock (1966) . Brock (1975) , in “Milestones in Microbiology,” published the key papers of Pasteur, Koch, and others in a translated, annotated format. The publication of the triennial meetings of the International Society of Microbial Ecology provides a useful chronology of advances in this field. Some include Ellwood și colab. (1980) , “Contemporary Microbial Ecology” Klug and Reddy (1984) , “Current Perspectives in Microbial Ecology” and Guerrero and Pedros-Alio (1993) , “Trends in Microbial Ecology.” Other reviews include Lynch and Poole (1979) and the series “Advances in Microbial Ecology” published by Plenum Press. The training and background of microbial ecologists are often very different from those of classical ecologists, and until recently, there has not been enough cross-fertilization of ideas between the fields.


Metode

Extraction and characterization of POM

POM was extracted from a peat soil with 34.1% organic carbon from Changbai Mountain, China (42°9′51″N, 126°44′7″E). Briefly, the air-dried and sieved soil (0.2 mm) was progressively extracted with 0.1 M Na4P2O7 eight times, 0.1 M NaOH 20 times, and then 0.2 M NaOH ten times with an extractant/soil ratio of 10:1, followed by centrifugation at 4500 × g for 20 min. The samples were then washed with Milli-Q water, freeze-dried, ground until they were fine enough to pass through a 100-mesh (0.15 mm) sieve 45 and used in the analyses described below.

The carbon, hydrogen, nitrogen, and oxygen contents of the POM were determined using a Vario EL III element analyzer (Germany) (Supplementary Table 1). The ash content was determined by heating the POM sample at 800 °C for 4 h and calculated based on the mass difference (Supplementary Table 1) 46 . Subsamples were de-ashed in 1.6 M HCl and 3 M HF at extractant/soil ratio of 10:1 for 24 h seven times (designated as de-ashed POM). DOM released from the POM suspension was monitored over 96 h using a total organic carbon analyzer (Multi N/C 3100, Analytik, Jena, Germany).

Reduction in sand matrix

The experiment was performed to mimic the possible natural formation of AgNPs in the presence of POM on the soil surface. Commercial quartz sand with a grain size of 0.3−0.7 mm was thoroughly cleaned with 0.01 M HNO3 and NaOH 47 . A uniform layer of 1 mm sand was formed in glass Petri dishes (9 cm in diameter) using 14 g of quartz sand, with or without 0.3 g of POM, corresponding to POM content in natural soil 48 . Each experimental group was spiked with Ag + (as AgNO3, pH 8.6) at 100 mg kg −1 (dry weight), rewetted periodically to maintain a water-holding capacity of 20, 50, and 100%, covered with polyvinyl chloride film, and irradiated for 10 h outdoors under natural sunlight [6,820–178,900 lux, measured using a digital lux meter (BENETECH GM1010, China)]. After 10 h, the resulting AgNPs were analyzed. The experiments were also conducted in the dark.

Reduction in simplified suspension

Silver nitrate (AgNO3) at 9.3 × 10 −3 −0.93 mM was allowed to react with POM at 9.0−143.2 mg C L −1 at pH 5.6−8.6. Modeling calculations confirmed that under all pH conditions >99.9% of the Ag was present as Ag + (Visual MINTEQ 3.1). The suspensions were rotated at 500 rpm at 25 °C to ensure uniform light exposure and a well-mixed suspension 37 in a photo-chemical reactor equipped with a water-circulating jacket for temperature control (XPA-7, Nanjing Xujiang Electromechanical Plant, China). The simulated sunlight was provided by a xenon source lamp (250−1100 nm) without light filters at 500 W/m 2 . AgNPs production was also evaluated under natural sunlight as well as in the dark (covered with aluminum foil). A parallel experiment was performed to study the effect of O2 on Ag + reduction in which the suspension was purged with high-purity N2 for at least 30 min before exposure to simulated sunlight. SOD (150 U mL −1 ) was added to the suspension to determine the role of (>_2^>) . All experiments were conducted with at least duplicate samples.

Characterization of AgNPs

At each time point, the suspensions were immediately filtered through a 0.45-μm filter and the resulting AgNPs in liquid phase were tracked by UV–Vis spectrophotometry at 300−800 nm. After rinsing with Milli-Q water, the POM was freeze-dried for X-ray Powder Diffraction (XRD, Ultima IV, Rigaku, Japan) and X-ray Photoelectron Spectrometer (XPS, ESCALAB 2500Xi, Thermo, USA) analyses. Transmission electron microscopy (TEM) with energy dispersive X-ray spectrometry (EDS) (JEM200CX, Japan) was performed at an accelerating voltage of 200 kV. NPs size was obtained using Nano Measure System 1.2.0 to analysis TEM images of at least 300 particles. Liquid chromatography inductively coupled plasma mass spectrometry (LC-ICP-MS) was also applied in the work to characterize the AgNPs at low concentrations 49 . Ultrafiltration coupled with inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS, Thermo-iCAP Q, USA) was used to quantitate Ag + and AgNPs in liquid and particulate phase. The Ag + in the liquid phase was measured by a 3-kDa centrifugal ultrafilter (Amicon Ultra-15 3 kDa, Millipore) 50,51 the resulting AgNPs were then quantified by subtracting the Ag + concentration from the total Ag concentration. The AgNPs on POM were extracted with 3 mL of 2.5 mM tetrasodium pyrophosphate (TSPP) 52 . The AgNPs were then quantified as described for the liquid phase. The results are presented as mean ± s.d. based on the results of n = 3 samples.

FTIR, solid-state 13 C NMR, and EPR analyses

To identify the structural components in POM responsible for Ag + reduction, FTIR spectrometry (Nicolet iS10, Thermo, USA), solid-state 13 C NMR (Burker Avance IIIHD 400 WB), and electron paramagnetic resonance spectrometry (EPR, EMX 10/12, Bruker, Germany) with a resonance frequency of 9.77 GHz of POM were performed 53 . The dimethyl sulfoxide (DMSO) and 5,5-dimethyl-1-pyrroline-N-oxide (DMPO, J&K Scientific Ltd, Shanghai, China) at 100 mM was used to trap the (>_2^>) and generate the EPR signals (DMPO- (>_2^>) ) in the POM recorded in EPR spectra. A parallel experiment was also conducted using a DOM solution, released from POM, to rule out its potential effect on (>_2^>) generation.