我们脚下土地的黑暗神秘
土壤是一种复杂的基质，其化学成分往往取决于在景观中的位置、下面的母质以及上面管理的影响。本文由Teagasc Johnstown城堡的高级研究官Karen Daly博士撰写，上周首次出现在RTÉ Brainstorm上
列奥纳多·达·芬奇说过:“我们对天体运动的了解比我们对脚下土壤的了解还要多。”经过几个世纪和大量的研究，我们继续研究种植食物的土壤中的化学相互作用。vwin彩票app
土壤是一种复杂的基质，其化学成分往往取决于在景观中的位置、下面的母质以及上面管理的影响。确定土壤中的化学反应类似于炼金术。事实上，“炼金术”一词起源于阿拉伯语“kimia”或“khem”，指尼罗河三角洲肥沃的黑土。
在1800年至1812年的一系列讲座中，一场名为“农业化学元素”的讲座将土壤化学描述为“与植物生长和营养有关的物质排列的变化”，并从元素周期表中确定了47种元素对这些过程有影响。
从那时起，随着仪器和数据科学的进步，我们已经非常擅长描述和测量这些过程。
土壤基质内部
我们的土壤由沙子、淤泥、粘土、有机物、水和空气组成，这些基质提供了基础设施，使化学反应产生植物生长所需的有效营养。
构成主要营养素和微量营养素的元素是动态变化的，可以不同形式的有效性和稳定性存在。
这些转化可以发生在粘土表面和有机物中，它们通常被称为土壤基质内部的“机舱”，也是许多土壤化学和生物反应发生的地方。
一定量的土壤有机质(SOM)对于控制土壤中养分供应和储存的许多过程都是必不可少的，如果SOM枯竭或减少，就会抑制土壤提供可溶性营养物质的能力，更重要的是，会抑制土壤储存和封存碳的能力。
随着我们向低排放农业发展，保护和增加我们的土壤碳储量非常重要。
对于像氮和磷这样的基本营养物质，它们可以储存在土壤基质中，并在作物需要时提供。健康的土壤将具有固定(储存)和矿化(供应)营养物质的能力，而这一功能依赖于土壤的一些特性，使其处于良好的工作状态。
为了使养分供应充分发挥作用，土壤的其他化学条件必须得到满足，例如，土壤的pH值为养分的可溶性和在粘土表面发生反应提供了合适的环境。
由于许多化学反应发生在溶液中，土壤含水量成为营养物质向植物根系扩散的一个重要特征，这与土壤结构直接相关，土壤排水类别、粘土和有机质的数量和类型都起着重要作用。
化学分析:发生了什么变化?
在土壤科学的早期，土壤化学的主要主题是离子交换、粘土矿物学、土壤酸性、吸附过程和动力学，所有这些都是为了了解如何优化土壤肥力和植物营养。
这些主题今天仍然与生产性农业系统相关，但我们的重点已转向土壤在保护水质、生物多样性和减缓气候变化方面的作用。
重点已经转移到结合土壤物理和化学学科，以了解土壤中的营养物质、农药和污染物在更广阔的景观尺度上流向地表和地下水的命运和运输。
结合土壤生物学和化学有助于我们了解SOM在土壤微生物群和固碳方面的作用，如果我们要保护土壤健康和提高土壤碳储量，固碳是必不可少的。尽管我们仍然使用一些经受住了时间考验的方法，但这些参数的测量和监控也在多年来不断发展。
例如，传统的土壤养分有效性测试可以追溯到20世纪50年代开发的方法，至今仍是使用的标准化方法。诸如质地、颗粒大小、离子交换、pH值和酸度等特性，都有助于使用新的预测方法，如土壤光谱学和化学计量学。
照在土壤样品上的近红外(NIR)和中红外(MIR)光可以产生每个土壤样品特有的图像或光谱，正如指纹是每个个体特有的一样。这种指纹包含峰值或信息，我们可以将其转换为数据点，我们可以使用这些数据来量化碳、SOM、pH、粒度分数、粘土矿物和阳离子交换容量等。
激光和光学技术的进步，加上统计建模中的机器学习，为土壤科学家提供了同时捕获多种物理和化学性质的工具，减少了对危险试剂的依赖，并朝着减少常规土壤实验室中的塑料和危险废物的“绿色化学”方法前进。
其他非化学方法包括被动采样器，它可以模拟养分从土壤基质扩散到溶液中，是测量从土壤扩散到水中的污染物浓度的化学提取的一个有前途的替代方法。
使用扩散梯度薄膜和涂覆FeO带材的被动取样是基于19世纪50年代发现的基本土壤原理(即营养物质可以从土壤基质扩散到土壤溶液中，并被植物根系吸收)。
因此，由于土壤分析的化学方法包含了先进的技术，它们所依据的原理可以追溯到19世纪的早期发现。