Биомантия почвы - Soil biomantle

В почвенная биомантия можно описать и определить несколькими способами. Проще говоря, почва биомантия - это богатая органическими веществами биотурбированная верхняя часть почвы, включая верхний слой почвы где большая часть биоты живет, размножается, умирает и ассимилируется. Таким образом, биомантия представляет собой верхнюю зону почвы, которая является преимущественно продуктом органической деятельности, и область, где биотурбация это доминирующий процесс. Биотурбация почвы состоит преимущественно из трех подгрупп: фауна (норы животных), цветочные (рост корней, выкорчевывание деревьев) и грибковое заболевание (мицелия рост). Все три процесса способствуют дератификации исходного материала почвы, перемешиванию и часто сортировке по размеру частиц, что вместе с другими процессами приводит к формированию почвы и ее горизонтов. Хотя общий термин «биотурбация» относится в основном к этим трем процессам смешения, если не указано иное, он обычно используется как синоним фаунистического возмущения (норы животных).^[1][2][3][4]

Одно- и двухслойные биомантия, почвенные каменотесы (каменные полосы)

Биомантия включает верхний слой почвы или Горизонт почв, а также любой нижележащий более светлый (E) горизонт, который может присутствовать. За средняя широта и субтропический почвы, которые имеют типичные горизонты и профили A-E-B-C, биомантия обычно находится выше B горизонт. В гравийных исходных материалах, где биосортинг частиц почвы животными привел к образованию каменщик горизонт (SL), основание камнеотложителя (SL) определяет основание биомантии.^[5] Биомантии с базальными каменными слоями представляют собой двухслойные биомантии, которые образуются в исходных материалах с неоднородный крупность (смеси мелочи и гравия); те, у которых отсутствуют камнеотложители, представляют собой однослойные биомантия, которые образуются в однородный материалы (песок, лёсс или гравий примерно одинакового размера). В случае двухслойной структуры горизонты почвенного профиля в средних широтах и ​​некоторых субтропических почвах следующие: A-E-SL-B-C, где горизонты A-E-SL составляют биомантию.^[6][7]

Поскольку среднеширотные горизонты типа Bt (аргиллиты) часто отсутствуют в тропический почвы из-за обилия активных и глубоких биотурбаторов, которые перемещают большие объемы почвы на поверхность (муравьи, термиты, черви и т. д.), обозначения горизонтов следующие: M-SL-W, где M - минеральная почва (расширенный верхний слой почвы), SL - камнеотложитель, а W - нижележащий выветренный или сапролит зона.^[6][8][9] В этой схеме тропических почв горизонт М является основной биомантой, а горизонт SL - ее основанием. Камнеотстойники занимают основу биомантий многих, если не большинства, тропических почв и многих почв средних широт. Там, где они есть, они часто функционируют как подземные »Французские водостоки »Для движения и хранения грунтовых вод.^[7]

Биоманты и гидропедология^[10] процессы

Поскольку почвенная биомантия является основной зоной биотурбации, она неизменно проницаема и имеет низкую плотность. Таким образом, он играет несколько важных гидропедологических ролей в окружающей среде. Например, он способствует просачиванию вниз дождевой воды и таяния снега через часто многочисленные биоканалы и взаимосвязанные биопоры. Биомантия также способствует нисходящим движениям почвы и воды (переток, слияние), если она образуется над обогащенным глиной Bt (аргиллитовым) горизонтом или над каким-либо другим плотным подпочвенным горизонтом (например, дурипан, фрагипан и т. Д.) Или коренной породой - все из которых обычно функционируют как водоемы или водоемы для вертикального потока грунтовых вод. В таких случаях каменоломня, если он присутствует, может фактически функционировать как водоносный горизонт для свободного потока воды. Следовательно, нередко можно увидеть просачивание почвенной влаги над горизонтами Bt на склонах, где обнажаются каменные слои почвы. Пополнение запасов грунтовых вод может происходить посредством любого из этих процессов, связанных с биомантой. Подпитка, конечно, также может происходить, когда почва заметно высыхает и сжимается, как во время засухи, что позволяет временно возникать вертикальной утечке сразу после проливных дождей.

Педосфера, критическая зона, взаимосвязи биомантии

В педосфера, или почва, является планетарным интерфейсом, на котором взаимодействуют пять великих глобальных «сфер» Земли. Это атмосфера, биосфера, гидросфера, литосфера и педосфера. "критическая зона ", недавняя концептуальная структура, охватывает внешний слой Земли, в котором протекает большинство поверхностных и приповерхностных процессов поддержания жизни.^[11] На практике и в теории критическая зона по существу приравнивается к педосфере, тогда как «биомантия» имеет дело с самой верхней критической зоной или педосферой, охватывающей ее эпидермальный слой (где обитает большая часть биоты).^[12][13][14]

Широтные различия толщины биомантии

В почвах средних широт, где большая часть биотурбации является относительно мелкой, сезонной и без многих биотурбаторов, биомантия относительно тонкая, часто менее 1-2 м толщиной. Однако во влажных тропических и субтропических эрозионно-устойчивых регионах, где происходит биотрансфер больших объемов почвы и происходят более глубокие биотурбации, а биотурбация происходит круглый год и осуществляется большим количеством беспозвоночных животных (термитов, муравьев, червей и т. Д.), Биомантия часто бывает толще, иногда 5–6 м и более.^[15] Если такие почвы образуются в связи с производством сапролита, биомантия представляет собой биотурбированную зону над структурированным (небиотурбированным) сапролитом, основание которой обычно определяется каменным слоем. В большинстве субтропических и тропических областей, где обитают глубокие и большие биотурбаторы, а также в некоторых средних широтах, таких как Южная Африка,^[16][17][18] такие толстые двухслойные биомантия (с каменными слоями) поверх структурированного сапролита очень распространены.

Цельнопочвенные биоманты

В некоторых пустынных почвах, во многих горных почвах с умеренными и крутыми склонами, во многих недавно эродированных почвах с коренными породами и в различных других почвах биомантия составляет всю почву. То есть ни почвенные горизонты, ни зоны выветривания не лежат в основе биомантии. Такие биомантия цельнопочвенные биоманты.^{[нужна цитата ]}

Биоткань биомантелей

Согласно первоначальному определению,^[19] биомантия должна содержать не менее 50% биоткань. Этот критерий обозначает небольшие, часто гранулированные микробиоткань и мезобиоткань, производимые беспозвоночными (муравьи, черви, термиты), которые обычно наблюдаются под ручным объективом или при большем увеличении (тонкие срезы почвы). Этот критерий, однако, становится спорным и неуместным в случае мегабиоткани, производимой в некоторых биомантиях, а именно в комковатых и крупных поверхностных кучах, образовавшихся от мелких и крупных роющих позвоночных животных (грызунов, барсуков, трубкозубов, слонов) и выкорчевывания деревьев. .

Биомантия почвы и археология

За исключением нескольких стратифицированных пещерных участков - и тех редких участков под открытым небом, где археологические материалы откладывались так быстро, что биотурбации и возникающие в результате дестратификации не успевали за отложениями, большинство доисторических культурных материалов мира находится в почвенной биомантии.^[20][21] Таким образом, такие материалы смешиваются и технически и теоретически выходят за рамки своего первоначального контекста.^[22] Поскольку многие культурные материалы (тесаки, камни для измельчения, метатес, манос, пестики и т. Д.) Неизменно превышают диаметр нор большинства основных биотурбаторов на таких участках (мелкие грызуны, муравьи, термиты, черви), они оседают вниз и образуют камнеотложитель и таким образом становятся частью двухслойной биомантии.^[23][24] Более мелкие артефакты (хлопья, дебитаж) часто гомогенизируются по всей верхней биомантии и обычно наблюдаются в недавно возникших биотурбационных отвалах, например, произведенных сусликами, кротами и слепышами.^[25][26] Начиная с Дарвин, дождевой червь был признан ключевым биотурбатором почвенных биомантелей и человеческих артефактов на многих континентах и ​​островах.^{[27][28][29][30][31][32]}

Древние почвенные биоманты (палеобиоманты)

Биомантия почвы и почвы формировались с того времени, когда жизнь начала заселять землю.^[33] Хотя формальной работы по этой интересной теме было проделано мало, первые важные шаги уже сделаны.^[34][35][36]

Динамическая денудация, биотурбация и формирование почвенной биомантии

Биомантия представляет собой богатый органическими веществами приповерхностный слой, в котором биотурбация является доминирующим процессом, а все другие биологические и более традиционные почвенные процессы обычно являются вспомогательными (например, производство органического вещества, элювиация-иллювиация, выветривание-биохимические преобразования, ветер и вода. эрозии-отложения, замораживание-оттаивание, расширение-сжатие, усадка-набухание, гравитационные движения, геохимические капиллярные поверхностные фитили и осадки и т. д.). Выражение динамическая денудация представляет собой сумму всех этих процессов, в которых обычно преобладают биотурбация и органические воздействия.^[2]

Роль растений в формировании почвы неоспоримо велика, как агрономически и silviculturally, и хорошо оценили и достаточно хорошо поняты геоморфологов, почвоведов, почвоведов, фермеров, садоводов и др.,^{[37][38][39][40][41]} Однако роль животных в почвообразовании, создании почвенных горизонтов и почвенных горизонтов, а также в создании различных почвенно-ландшафтных объектов (биомантелей, Мима курганы, каменные линии и т. д.), до недавнего времени плохо понималась.^{[14][42][43][44]}

Уилкинсон и Хамфрис предлагают доказательства того, что «биотурбация, по-видимому, является наиболее активным почвенным процессом, действующим во многих почвах».^[3] Хотя исследования, проводившиеся в течение нескольких десятилетий, вероятно, близки к истине, они убедительно показывают, что биотурбация является доминирующим процессом в верхней части большинства почв, за исключением, возможно, значительных исключений. вертисоли и криозоли, где доминируют процессы усадки-набухания и замораживания-оттаивания соответственно.

Три заметных подпроцесса биотурбации и связанные с ними измельчения частиц

Биотурбации почвы состоят из трех дезорганизующих и организующих подпроцессов верхнего слоя почвы, которые могут накладываться друг на друга и в совокупности способствуют истиранию частиц и уменьшению их размеров, что называется "измельчение частиц ". Три подпроцесса биотурбации: биосмешивание, биотрансферы, и биосортинг.

Биомиксинг относится к типу биотурбации почвы, обычно вызываемой поверхностными, неглубокими и промежуточными позвоночными животными, такими как грызуны (карманные суслики, тукотуко, землекопы), насекомоядные (кроты), куньи (барсуки), псовые ( волки, койоты, лисы), сумчатые животные (сумчатые кроты, вомбаты), трубкозубы, броненосцы, свиньи и другие подобные организмы. Хотя биотурбации животных доминируют, выкорчевывание деревьев по-прежнему является важным процессом.

Биотрансферы относится к переносу почвы животными, позвоночные или же беспозвоночные либо на поверхность, внутри биомантии, либо с более низких уровней. Биотрансфер может быть осуществлен любым роющим животным, но этот термин наиболее применим к глубоко роющим животным, так называемым ленточным животным, таким как муравьи, термиты и черви. Термиты, например, могут зарываться на многие метры вниз в выветрившийся и непогревший материнский материал, чтобы собрать влажную почву для создания своих поверхностных насыпей (термитариев). Муравьи, особенно муравьи-листорезы, также могут биотранспортировать огромные количества почвы на поверхность в процессе раскопок своих бесчисленных многоцелевых подземных камер. Огромные количества почвы и наносов ежегодно биотранспортируются в тропико-субтропические ландшафты в этом процессе и даже на некоторые ландшафты средних широт (например, Техас, Луизиана), в результате чего образуются довольно толстые биомантия на устойчивых (пологих) поверхностях.

Биосортинг относится к сортировке частиц, как правило, в гравийных (смешанных) почвах, что приводит к образованию каменно-слоистого горизонта (SL) в основании биомантии, что приводит к двухслойной биомантии. Процесс начинается, когда животные зарываются, и перемещаются только частицы почвы, меньшие диаметра их норы; более крупные частицы оседают вниз, а более мелкие частицы движутся снизу вверх. Stonelayer (SL) формируется со скоростью, примерно пропорциональной количеству биотурбаторов, а также интенсивности и стилю роения. Конвейерные почвенные беспозвоночные (муравьи, термиты, черви и т. Д.) Являются основными биосортерами в большинстве тропических, субтропических и некоторых среднеширотных почв и, таким образом, часто образуют глубокие двухслойные биомантии, если почвы содержат гравий, как это делают многие. Мелкие ископаемые позвоночные (карманные суслики, родинки, Tuco Tucos и др.), с другой стороны, как правило, являются доминирующими биосортерами во многих почвах средних широт, особенно пустыни, прерии, и степи. В более влажных регионах, таких как северо-восток США и Западная Европа, ленточные муравьи и черви, вероятно, доминируют или совместно доминируют.

Рекомендации

1. Schaetzl, R.J. И С. Андерсон (2005). Почвы - генезис и геоморфология. Великобритания: Издательство Кембриджского университета. ISBN  978-0-511-11137-2.
2. Джонсон, Д.Л., Дж. Э. Дж. Домье и Д.Н.Джонсон (2005). «Анимация биодинамики толщины почвы с использованием векторного анализа процесса: динамический денудационный подход к почвообразованию». Геоморфология. 67 (1–4): 23–46. Bibcode:2005 Geomo..67 ... 23J. Дои:10.1016 / j.geomorph.2004.08.014.
3. Уилкинсон, М. И Г.С. Хамфрис (2005). «Изучение почвообразования с помощью показателей почвенного производства на основе нуклидов и показателей биотурбации на основе OSL». Австралийский журнал почвенных исследований. 43 (6): 767–779. Дои:10.1071 / SR04158.
4. Патон, Т.Р., Хамфрис, Г.С., и Митчелл, П. (1995). Почвы, новый взгляд на мир. Нью-Хейвен и Лондон: Йельский университет. Нажмите. ISBN  978-0-300-06609-8.
5. биомантия В архиве 2007-06-30 на Wayback Machine. Netfiles.uiuc.edu. Проверено 22 марта 2011.
6. Джонсон, Д. 1995. Переоценка ранних и современных структур обозначения почвенных горизонтов и связанных с ними педогенетических процессов: эквивалентны ли среднеширотные горизонты A E B-C тропическим горизонтам M S W? Почвоведение (тенденции в сельскохозяйственной науке), т. 2, стр. 77–91. (Тривандрам, Индия).
7. Джонсон, Д. 2002. Дарвин мог бы гордиться: биотурбация, динамическая денудация и сила теории в науке. Специальный выпуск по геоархеологии, Процессы образования участков в региональной перспективе, т. 17 (1-2), стр. 7-40 и 631-632.
8. Уотсон, Дж. П. 1961. Некоторые наблюдения за горизонтами почвы и деятельностью насекомых в гранит почвы. Первый Федеральный научный конгресс, Протоколы, 1960, Солсбери, Южная Родезия, т. 1, стр. 271–276.
9. Уильямс, M.A.J. (1968). «Термиты и развитие почвы возле Brocks Creek, Северная Австралия». Австралийский научный журнал. 31: 153–154.
10. Лин Х. (2010). «Критическая зона Земли и гидропедология: концепции, характеристики и достижения». Hydrol. Earth Syst. Наука. 14: 25–45. Дои:10.5194 / hess-14-25-2010.
11. Johnson, D. L .; Лин, Х. (2006). "Модель критической зоны биомантия". Американский геофизический союз, осеннее собрание 2006 г., тезис № H11G-06. 2006: H11G – 06. Bibcode:2006AGUFM.H11G..06J.
12. NRC (Национальный исследовательский совет). 2001. Возможности фундаментальных исследований в области наук о Земле, National Academy Press, Вашингтон, округ Колумбия.
13. Лин, Х. (2005). «От критической зоны Земли до исследования Марса: может ли почвоведение вступить в свой золотой век?». Журнал Общества почвоведов Америки. 69 (4): 1351–1353. Bibcode:2005SSASJ..69.1351L. Дои:10.2136 / sssaj2005.0063.
14. Джонсон, Д.Л., Дж. Э. Дж. Домье и Д.Н.Джонсон (2005). «Размышления о природе почвы и ее биомантии» (PDF). Летопись Ассоциации американских географов. 95 (1): 11–31. Дои:10.1111 / j.1467-8306.2005.00448.x. JSTOR  3694030.
15. Бриман (ван), Н. и П. Буурман (2002). Формирование почвы (2-е изд.). Дордрехт-Бостон-Лондон: Springer-Kluwer Academic Publishers. ISBN  978-0-7923-5263-1.
16. Фей, М. 2009. Почвы ЮАР. Стелленбошский университет, Стелленбош, So. Африка. (Craft Printing International, Ltd, Сингапур).
17. Бринк, A.B.A., T.C. Партридж, А.А. Уильямс (1982). Исследование почвы для инженерии. Оксфорд: Clarendon Press. ISBN  978-0-19-854537-8.
18. Бринк, A.B.A. 1985. Инженерная геология юга Африки 4: Постгондванские отложения. Building Publications, Претория, Южная Африка.
19. Джонсон, Д. (1990). «Эволюция биомантии и перераспределение земных материалов и артефактов». Почвоведение. 149 (2): 84–102. Дои:10.1097/00010694-199002000-00004.
20. Балек, К. (2002). «Захороненные артефакты в устойчивых горных участках и роль биотурбации: обзор» (PDF). Геоархеология. 17: 41–51. Дои:10.1002 / gea.10002.
21. Cremeens, D.L. И Дж. К. Лотроп (2009). «Геоархеология страной террасы в верхней долине реки Огайо, Западная Вирджиния». Журнал Общества почвоведов Америки. 73 (2): 390. Bibcode:2009SSASJ..73..390C. Дои:10.2136 / sssaj2007.0151.
22. Морин, Э. (2006). «За пределами стратиграфического шума: раскрытие эволюции стратифицированных сообществ на участках с фаунистическими изменениями» (PDF). Геоархеология. 21 (6): 541–565. Дои:10.1002 / gea.20123.
23. Пикок, Э. и Д. У. Фант (2002). «Формирование биомантии и перемещение артефактов в горных песчаных почвах: пример из национального леса Холли-Спрингс, Северо-Центральная часть Миссисипи, США». (PDF). Геоархеология. 17: 91–114. Дои:10.1002 / gea.10004.
24. Джонсон, Д. (1989). «Подповерхностные каменные линии, каменные зоны, слои хранения артефактов и биомантия, полученные биотурбацией с помощью карманных сусликов (Thomomys botae)" (PDF). Американская древность. 54 (2): 292–326. Дои:10.2307/281712. JSTOR  281712.
25. Бочек, Б. (1986). «Экология грызунов и роющее поведение: прогнозируемое влияние на формирование археологических раскопок». Американская древность. 51 (3): 589–603. Дои:10.2307/281754. JSTOR  281754.
26. Бочек, Б. (1992). "Эксперимент по повторным раскопкам Джаспер Ридж: Скорость перемешивания артефактов грызунами". Американская древность. 57 (2): 261–269. Дои:10.2307/280731. JSTOR  280731.
27. Дарвин, С. 1881. Образование плесени на овощах под действием червей. Джон Мюррей, Лондон, и Эпплтон, штат Нью-Йорк, факсимиле, опубликованные в 1982 и 1985 годах издательством U. of Chicago Press, Чикаго.
28. Штейн, Дж. (1983). «Активность дождевых червей: источник потенциального нарушения археологических отложений». Американская древность. 48 (2): 277–289. Дои:10.2307/280451. JSTOR  280451.
29. Ван Нест, Дж. (2002). «Хороший дождевой червь: как естественные процессы сохраняют архаические археологические памятники на возвышенностях западного Иллинойса, США». Геоархеология. 17 (1): 53–90. Дои:10.1002 / gea.10003.
30. Йейтс, Г. и Х. ван дер Меулен (1995). «Захоронение почвенно-поверхностных артефактов при наличии люмбрицидных дождевых червей». Биология и плодородие почв. 19: 73–74. Дои:10.1007 / BF00336350.
31. Дарвин, С. 1838. Об образовании плесени. Труды Лондонского геологического общества, т. 2, стр. 574–576.
32. Государственный музей Нью-Йорка - археология В архиве 2010-03-01 на Wayback Machine. Nysm.nysed.gov (1998-12-01). Проверено 22 марта 2011.
33. Meysman, F.J.R., J.J. Миддлбург и Ч. Хейп (2006). «Биотурбация: свежий взгляд на последнюю идею Дарвина» (PDF). Тенденции в экологии и эволюции. 21 (12): 688–95. Дои:10.1016 / j.tree.2006.08.002. PMID  16901581.
34. Хасиотис, С. (2004). «Разведка ихнофоссилий верхнеюрской формации Моррисона, регион Скалистых гор, США: палеоэкологическое, стратиграфическое и палеоклиматическое значение наземных и пресноводных ихноценозов». Осадочная геология. 167 (3–4): 177–268. Bibcode:2004SedG..167..177H. Дои:10.1016 / j.sedgeo.2004.01.006.
35. Генрих, П.В. 1986. Плейстоценовые и голоценовые речные системы нижнего течения Жемчужной реки, Миссисипи и Луизиана, США. Сделки Ассоциации геологических наук побережья Мексиканского залива, т. 56, стр. 267–278.
36. Hughes, M.W., P.C. Миндаль и Дж. Дж. Реринг (2009). «Повышенный перенос наносов посредством биотурбации на последнем ледниково-межледниковом переходе» (PDF). Геология. 37 (10): 919–922. Bibcode:2009Geo .... 37..919H. Дои:10.1130 / G30159A.1.
37. Гулд, С.Ф. (1998). «Протеидные корневые маты стабилизируют биомантия песчаника Хоксбери после пожара». Австралийский журнал почвенных исследований. 36 (6): 1033–1044. Дои:10.1071 / S98005.
38. Schaetzl, R.J., D.L. Джонсон, С.Ф. Бернс и Т. Маленький (1989). «Выкорчевывание деревьев: обзор терминологии, процессов и последствий для окружающей среды». Канадский журнал исследований леса. 19: 1–11. Дои:10.1139 / x89-001.
39. Schaetzl, R.J., S.F. Бернс, Д. Джонсон и Т. Маленький (1989). «Выкорчевывание деревьев: обзор воздействия на экологию леса». Vegetatio. 79 (3): 165–176. Дои:10.1007 / bf00044908.
40. Schaetzl, R.J., S.F. Бернс, Т. Смолл и Д. Джонсон (1990). «Выкорчевывание деревьев: обзор типов и моделей нарушения почвы». Физическая география. 11 (3): 277–291. Дои:10.1080/02723646.1990.10642407.
41. Филлипс, Д.Д. и Д.А. Марион. 2006 (2006). «Биомеханическое воздействие деревьев на почву и реголит: за пределами деревьев». Летопись Ассоциации американских географов. 96 (2): 233–247. CiteSeerX  10.1.1.519.8046. Дои:10.1111 / j.1467-8306.2006.00476.x.
42. Филлипс, J.D., D.A. Марион, К. Луцков и К. Адамс (2005). «Неравновесная мощность реголита в горах Уашита». Журнал геологии. 113 (3): 325–340. Bibcode:2005JG .... 113..325P. Дои:10.1086/428808.
43. Уилкинсон, М.Т., П.Дж. Ричардс и Г.С. Хамфрис. 2009 (2009). «Перелом: почвенные, геологические и экологические последствия биотурбации почв». Обзоры наук о Земле. 97 (1–4): 257–272. Bibcode:2009ESRv ... 97..257Вт. Дои:10.1016 / j.earscirev.2009.09.005.
44. Моррас, Х., Л. Моретти, Дж. Пикколо и У. Зеч (2009). «Генезис субтропических почв с каменистыми горизонтами Северо-Востока Аргентины: автохтония и полигенез». Четвертичный международный. 196 (1–2): 137–159. Bibcode:2009QuInt.196..137M. Дои:10.1016 / j.quaint.2008.07.001.

внешняя ссылка

• https://web.archive.org/web/20070630151216/https://netfiles.uiuc.edu/jdomier/www/temp/biomantle.html