Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

7. Воздушный режим

Воздушный режим – совокупность всех явлений поступления воздуха в почву, его передвижения в профиле, изменения состава и физического состояния при взаимодействии с твердой, жидкой и живой фазами, а также газообмен почвенного воздуха с атмосферным (рис. 31).

 

 Рис. 31. Состав атмосферного воздуха

 Газовая фаза почв или почвенный воздух – смесь газообразных веществ, занимающих поровые пространства и находящихся в  свободном, водорастворенном или адсорбированном состоянии.

Воздушная фаза – наиболее мобильная составная часть почв, изменчивость которой отражает биологические и биохимические ритмы почвенных процессов (табл. 5).

Пути формирования почвенного воздуха:

– заполнение поровых пространств воздухом из приземного слоя;

– диффузия как следствие различных парциальных давлений отдельных газов почвенной газовой фазы и атмосферы;

– повышение воздухопроницаемости рыхлением;

– поступление влаги в почву;

– изменение температурного режима и барометрического давления;

– скорость ветра (его порывы выдувают почвенный воздух);

– образование и потребление газов в почве, их конвекции;

– продукт почвенных биохимических и химических процессов, включая дыхание почвенных организмов.

 Таблица 5

Состав атмосферного и почвенного воздуха, массовые доли процента

Газы

Атмосферный воздух

Почвенный воздух

Азот

Кислород

Углекислый газ

Органические

летучие соединения

Инертные газы

Радионуклиды

78

21

0,03

 

 

78–86

10–20

0,1–15

 

10-9–10-12

следы

следы

 Атмосфера на 90 % обогащается СО2 за счет его диффузии из почвенного воздуха. В почвенном воздухе концентрация СО2 в сотни раз больше, чем в атмосферном. При увеличении температуры с 5 до 30 °С интенсивность поглощения О2 и выделения СО2 возрастает в 10 раз. Оптимальные условия для произрастания растений – при 20 % содержании кислорода в составе почвенного воздуха (табл. 6).

Таблица 6

Содержание кислорода и углекислого газа

в почвенном воздухе разных типов почв, %

Тип почвы

О2

СО2

Серая лесная

Чернозем обыкновенный

Чернозем южный

Каштановая почва

Серозем

19,2–21

19,5–20,8

19,5–20,9

19,8–20,9

20,1–21

0,2–0,6

0,3–0,8

0,05–0,6

0,05–0,6

0,05–0,3

 Обновление состава почвенного воздуха за сутки происходит на 10–15 %. Скорость обновления 20 см слоя почвенного воздуха составляет от одного до нескольких часов.

Азот почвенного воздуха мало отличается от атмосферного.      В нем содержится характерный продукт денитрификации – закись азота N2О (клубеньковые бактерии). В незначительном количестве в почвенном воздухе присутствуют NО2, СО.

Органические соединения в почвенном воздухе в основном представлены метаном и этаном. С ухудшением аэрации накапливается этилен в токсичных для растений дозах – 0,001 %. В заболоченных и болотных почвах в почвенном воздухе присутствуют  аммиак,  водород. В анаэробных условиях в состав почвенного воздуха входят  органические кислоты  (муравьиная, уксусная, пропионовая, капроновая, акриловая), метанол, этанол, ацетон.

В почвенном воздухе также присутствуют инертные   и радиоактивные газы. Источником последних является распад радионуклидов минеральной части почвы. Естественная радиоактивность почвенного воздуха намного выше атмосферного.

Аэрация (газообмен) – обмен почвенного воздуха с атмосферным при котором почвенный воздух обогащается кислородом, а приземный – углекислотой. При постоянной влажности аэрация зависит от интенсивности диффузии, температуры, давления так как это обуславливает сжатие и расширение почвенного воздуха.

Газообмен почвенный – перемещение газов в почвенном профиле. Сопровождается обменом газов между твердой, жидкой и газообразной фазами, почвой и атмосферой, почвой и биотой.

Дыхание – выделение СО2 из почвы в приземный слой атмосферы, информативный показатель биологической активности, характеризуется скоростью его выделения за единицу времени с единицы поверхности (табл. 7).

Пути поступления в почвенный воздух СО2

1. В ходе дыхания макро- и микроорганизмов;

2. Разложение органических остатков микроорганизмами (около 65 %);

3. Дыхание корней высших растений (30 %);

4. Из гумуса;

5. При десорбции СО2  из твердой и жидкой фаз почвы;

6. В ходе превращения карбонатов в бикарбонаты;

7. В результате испарения почвенных растворов;

8. При химическом окислении органических веществ;

9. В процессе минерализация органических соединений и растительных остатков.

 Таблица 7

Интенсивность дыхания, т/га за год 

Тип почвы

Интенсивность выделения СО2

Торфо-глеевые почвы

Подзолистые почвы хвойных лесов

Бурые и лесные почвы

широколиственных лесов

Степные черноземы

Почвы субтропиков и тропиков

0,3

3,5–30

 

20–60

40–70

50–90

 Формы почвенного воздуха

 1. Свободный почвенный воздух – смесь газов и  летучих органических соединений, свободно перемещающихся по системам почвенных пор, сообщается с воздухом атмосферы.

2. Защемленный почвенный воздух находится в порах, со всех сторон изолированных пробками воды. В суглинистых почвах его доля составляет около 12 % от общего объема почвы и более 25 % от всего порового пространства. Защемленный почвенный воздух  неподвижен, практически не участвует в газообмене почва-атмосфера, препятствует фильтрации, может вызвать разрушение почвенной структуры при колебаниях температур, изменение давления, влажности.

3. Адсорбированный почвенный воздух – газы и летучие органические соединения, адсорбированные поверхностью твердой фазы почвы. Адсорбция сильнее в почвах тяжелого гранулометрического состава, богатых гумусом.

4. Растворенный почвенный воздух – газы, растворенные в почвенной воде. С насыщением почвенного раствора СО2 повышается растворимость карбонатов, гипса, минералов. Растворенные газы играют большую роль в обеспечении физиологических потребностей растений, микроорганизмов, почвенной фауны, физических и физико-химических процессов.

Вода, насыщенная СО2, растворяет многие труднорастворимые карбонаты и бикарбонаты Са, Мg, Fе. Вынос (выщелачивание) карбонатов под действием увеличивающейся доли СО2 в почвенном воздухе и растворе называется декарбонизация, она обусловливает сдвиг равновесия влево:

 Са(НСО3) 2 → СаСО3 + Н2О + СО2

 Обратный процесс – выпадение СаСО3 в осадок способствует формированию в почвах горизонтов скопления карбонатных почвообразований.


Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252