Почвенный воздух, воздушный режим почвы и его влияние на живых организмов.

Почвенный воздух находится в трех состояниях: свободном (в порах), адсорбированном (в твёрдой фазе), растворённом (в почвенном растворе). Состав свободного почвенного воздуха, его динамика, оптимальные параметры. Свободный почвенный воздух состоит из тех же газов, что и атмосферный, но отличается от него ярко выраженной динамикой содержания кислорода и углекислого газа. Атмосферный воздух содержит (% от объема): 78,1 - азота, 20,9 - кислорода, 0,03 - углекислого газа и около 1% благородных газов (аргон, гелий, ксенон и криптон). В почвенном воздухе содержится меньше кислорода- 10-20% но больше углекислого газа- 0,03-9%, по сравнению с атмосферным. Кроме того в почвенном воздухе постоянно присутствуют 13 небольших количествах аммиак, иногда закись азота, сероводород, метан. Хотя содержание азота считается довольно стабильным, имеются данные (В.А.Ковда, 1973) о возможности существенного увеличения азота в почвенном воздухе (до 82-86%). В пахотных, хорошо аэрируемых почвах содержание С02 в почвенном воздухе не превышает 1-2%, а 0 2 - не опускается ниже 18%. В условиях избыт­ ка влаги и затрудненного газообмена содержание С02 повышается, а 02 - снижается до десятых долей процента. Почва постоянно в течение теплого сезона поглощает кислород и выделяет углекислый газ. Основными потребителями кисло­ рода в почве являются корни растений, аэробные микроорганизмы, почвенная фауна, и незначительная часть его расходуется щ чисто химические процессы. Источником кислорода является атмосферный воздух, который поступает в почвенный воздух диффузно с осадками и оросительной водой. Кислород участвует в актах дыхания растений, и при его отсутствии растения погибают. Кроме того, при недостатке кислорода в почве развиваются анаэробные процессы, в том числе глеевый, которые резко ухудшают агрономические свойства почв, рост и развитие растений. Оптимальное содержание кислорода в почвенном воздухе 19-20%. Основным источником углекислоты в почвах является органическое вещество (растительные и животные остатки, органические удобрения, частично гумус), которое разлагается и окисляется микроорганизмами. Значительное количество углекислоты, около одной трети, по оценке В.А.Ковды, в почве выделяется корнями растений. Небольшие количества СО2 могут поступать в почву из грунтовых вод, в результате десорбции из твердой и жидкой фазы и при разложении карбонатов. Средняя концентрация углекислого газа в воздухе, равная 0,03%, недостаточна для потенциально возможного урожая сельскохозяйственных культур. Искусственное повышение концентрации углекислоты в приземном воздухе повышает урожай растительной массы на 30-IOO%. Оптимальное содержание углекислоты в почвенном воздухе составляет от десятых долей процента до 1-2%, повышенные концентрации (более 2-3%) угнетают развитие растений. Выделение углекислоты из почвы в приземный слой атмосферы называется дыханием почвы. Количество выделяющейся углекислоты зависит от содержания и ежегодного поступления в почву свежих органических веществ, в том числе органических удобрений и составляет в почвах зонального ряда 1-10 т/га в год в пересчёте на углерод (И.Н.Шарков, 1998; С.М.Надежкин, 1999). Между почвенным и атмосферным воздухом происходит постоянный газообмен. Имеются сведения, что более 90% углекислоты воздуха имеет почвенное происхождение. Глобальная роль почвенного покрова заключается в регулировании состава атмосферного воздуха. Газообмен, или аэрация осуществляется через воздухоносные поры почвы (порозность аэрации). К факторам газообмена относятся: диффузия, изменение влажности, изменение температуры и атмосферного давления. Диффузия - перемещение газов в соответствии с парциальным давлением, которое определяется их концентрацией. Поскольку в почвенном воздухе более высокая концентрация СО2 и ниже пo сравнению с атмосферным воздухом - 0 2, диффузия определяет основные потоки этих газов - 02 в почву, а СО2 в атмосферу. Диффузия является основным фактором газообмена. Изменение влажности почвы приводит к поглощению влаги воздуха при высыхании и его вытеснению в атмосферу при ув­лажнении. Изменение температуры и атмосферного давления также вызывают обмен между почвенным и атмосферным воздухом из-за градиентов давлений и процессов расширения-сжатия при нагревании и охлаждении. Диффузия газов в почве характеризуется коэффициентом диффузии, который равен количеству газа (в см3), поступающего в секунду через 1 см2 поверхности при мощности слоя 1 см и градиенте концентрации, равном единице. По Люндегорду, коэффициент диффузии С02 менее 0,009 г/см2 в сек - предел нормальной аэрации. При меньшем его значении газообмен затруднен. Состояние газообмена определяется воздушными свойствами почвы. Воздухопроницаемость - способность почвы пропускать через себя воздух. Она измеряется количеством воздуха в мл, прошедшим под определенным давлением через 1 см2 при толщине слоя в 1 см. Зависит от гранулометрического состава, структуры и влажности почвы. Воздухоемкость - содержание воздуха в почве в объемных процентах. Зависит от влажности и порозности почв. Различают капиллярную и некапиллярную воздухоемкость, которые соответствуют понятиям капиллярной и некапиллярной порозности. Хорошую аэрацию почв обусловливают некапиллярные поры, которые, как правило, не заняты водой. Оптимальные условия для газообмена между почвенным и атмосферным воздухом создаются при порозности аэрации в минеральных почвах 20-25%, а в торфяных- 30-40%. Воздушный режим почв и eгo регулирование. Воздушный режим - это совокупность всех явлений поступления, передвижения, изменения состава и физического состояния воздуха при взаимодействии с твердой, жидкой и живой фазами почвы, а также газообмен почвенного воздуха с атмосферным. Воздушный режим подвержен суточной, сезонной (годовой) и многолетней динамике. Наиболее благоприятный воздушный ре­ жим складывается в структурных почвах, обладающих рыхлым сложением и хорошим газообменом. Суточная динамика С02 и О, распространяется до глубины 30-50 см в соответствии с колебаниями температуры. Обновление состава почвенного воздуха в пахотном слое может происходить в течение суток полностью несколько раз. Максимальное содержание С02 и минимальное 02 приходится, как правило, на летний период, а осенью и зимой почва освобождается от накопленного углекислого газа. В почвах нормального увлажнения в нижней части почвенного профиля больше содержится СО2 и меньше 0 2, а в почвах в затрудненным газообменом СО2 скапливается в верхней и средней части профиля. Регулирование воздушного режима проводят с помощью мелиоративных мероприятий (осушение, орошение), агротехнических (глубокие обработки, рыхление и др.), а также комплекса мероприятий, направленных на окультуривание почв.

Поиск по сайту: