Глава 12. ПОЧВЕННЫЙ РАСТВОР И ПОЧВЕННЫЙ ВОЗДУХ

М.А. Глазовская

Смотрите также:

Почва и почвообразование

Почвоведение. Типы почв

Фитоценология - геоботаника

Химия почвы

Книги Докучаева

Происхождение жизни

Геология

Основы геологии

Геолог Ферсман

Черви и почвообразование

Дождевые черви

Вернадский. Биосфера

Геохимия - химия земли

Минералогия

Земледелие. Агрохимия почвы

Справочник агронома

Происхождение растений

Ботаника

Биология

Эволюция биосферы

Земледелие

Геоботаника

Биографии биологов, почвоведов

Эволюция

Почвенный воздух, формирование газового состава

Поры и пустоты почвенной массы, не заполненные водой, заняты почвенным воздухом — газовой фазой почв. Несмотря на постоянную связь и газообмен с атмосферой, почвенный воздух несколько отличается от атмосферного по относительному содержанию входящих в его состав компонентов. Благодаря биологическим и биохимическим процессам в почве почвенный воздух по сравнению с атмосферным несколько обеднен кислородом и значительно обогащен углекислотой. Микроорганизмы потребляют значительное количество кислорода и продуцируют углекислоту. Некоторые микроорганизмы, разлагая углеводы, образуют углекислоту и метан по реакции: С6Н1206^С02 + ЗСН4. Чем обильнее и активнее микробное население почвы, тем больше потребляется кислорода и выделяется углекислоты.

Опыты Н. П. Поясова на дерново-подзолистых почвах осенью показали, что за 48 ч при отсутствии газообмена с атмосферой в почвенном воздухе накапливается 4,2% углекислоты, а кислорода остается 13,5% (вместо 29,9%, содержащихся в атмосфере). Интенсивность потребления кислорода и образования углекислоты зависят от температуры и влажности. Они не остаются постоянными ни в течение суток, ни в течение лета. Большое значение в потреблении кислорода и накоплении углекислоты в почвенном воздухе имеет и высшая растительность. В процессе дыхания корней расходуется кислород и выделяется углекислота, поэтому содержание ее в почвенном воздухе вблизи корней выше, чем в остальном объеме.

В почве, таким образом, идет непрерывный процесс образования углекислоты и потребления кислорода. Последний расходуется также и на процессы окисления некоторых первичных минералов, содержащих двухвалентные железо и серу. Поэтому содержание углекислоты в почвенном воздухе всегда выше, чем в атмосферном: в атмосфере концентрации СОг составляет 0,03%, в почвенном воздухе — 0,2—0,5% и часто увеличивается до 1%, а в тяжелых по механическому составу почвах при переувлажнении их и заболачивании возрастает до 10%. Содержание кислорода в почвенном воздухе составляет 19—20%- При содержании 10—12% кислорода в почвенном воздухе растения при 18° С развиваются еще нормально, при более высокой температуре — плохо: чем выше температура, тем больше требуется кислорода для нормального роста растений. При падении содержания кислорода в заболоченных почвах до 1 % рост корней замедляется, поглощение воды и питательных веществ ослабевает, прекращается рост надземных частей.

Углекислота и кислород в почвенном воздухе являются, таким образом, антагонистами, и главный лимитирующий фактор жизни растений не избыток углекислоты, а сопутствующий ему недостаток в почвенном воздухе кислорода.

Имеются доказательства непосредственного поглощения корнями растений углекислоты почвенного воздуха. Установлено, что часть углекислоты, поглощаемая корнями, составляет заметную долю в общем количестве поглощаемого зелеными растениями углекислого газа.

В некоторых почвах, развивающихся при затрудненном доступе кислорода воздуха, в почвенном воздухе накапливаются газообразные продукты разложения органических остатков: аммиак, сероводород, фосфористый водород, светильный газ.

В почвенном воздухе обычно присутствуют летучие органические соединения — продукты жизнедеятельности некоторых анаэробных микроорганизмов. Значение их в почвах очень велико. Они непосредственно усваиваются аэробными микроорганизмами и корнями растений. В почвенном воздухе также содержатся водяные пары в количестве, близком к полному при данной температуре насыщению воздуха влагой.

Процессы обмена почвенного воздуха и его составляющих с приземной атмосферой объединяются понятием аэрация почвы. К факторам, регулирующим скорость направления и объем воздухообмена, относятся: 1) изменение температуры почвы и атмосферы; 2) изменение влажности почвы; 3) изменение барометрического давления; 4) действие ветра.

Снижение температуры сопровождается сжатием газов, а повышение— их расширением. Поэтому при понижении температуры почвы в нее из атмосферы поступают новые порции воздуха; при нагревании почвы и расширении газов идет обратный ток воздуха из почвы в атмосферу. Эти процессы имеют суточный ритм. Они следуют суточному ходу изменения температуры почвы и охватывают лишь верхние горизонты, где колебания температуры наиболее значительны.

Поступление в почву воды и заполнение пор сопровождается вытеснением из почвы воздуха. При просыхании почвы в освободившиеся поры устремляется воздух атмосферы. Изменение влажности имеет большое значение в процессах воздухообмена орошаемых и периодически затопляемых почв.

Понижение или повышение барометрического давления также приводит к смене направления воздушного потока из почвы в атмосферу и из атмосферы в почву. Однако он имеет значение лишь при существенных перепадах давления.

Некоторую роль в воздухообмене играет ветер, так как он может изменять у земной поверхности градиент атмосферного давления. Обновление почвенного воздуха зависит от густоты растительного покрова (в той или иной степени предохраняющего поверхность почв от непосредственного воздействия ветра).

Рассмотренные факторы воздухообмена, хотя и играют определенную роль в замене всей массы почвенного воздуха, все же их значение менее значительно, чем процессов газообмена между почвенным воздухом и атмосферой, возникающих вследствие диффузии газов. Диффузия газов, как известно, — это процесс перемещения молекул газа или пара в направлении убывания концентрации или парциального давления. Количество газа, которое продиффундиру- ет со стороны более высокого парциального давления в направлении более низкого

Разность парциальных давлений кислорода и углекислоты в атмосферном и почвенном воздухе — главная причина газообмена. Из почвы в атмосферу диффундирует углекислота, а из атмосферы в почву—кислород. Скорость диффузии углекислоты в атмосферу изучалась Б. Кином, Н. П, Поясовым, И. Б. Ревутом и др. Установлено, что на скорость процесса влияют градиент концентрации, пористость почвы и ее влажность ().

Выделение углекислоты в атмосферу, из почв, имеющих одну и ту же пористость, увеличивается йрямо пропорционально градиенту концентрации, от единиц до первых десятков литров на квадратный метр С02 в день. При одном и том же градиенте концентрации, но увеличении пористости почв выделение углекислоты также увеличивается и в значительно большей степени, чем это следует из коэффициента пропорциональности: при увеличении пористости в три раза (от 20 до 60%) количество выделяющейся углекислоты увеличивается более чем в 9 раз.

Коэффициент диффузии углекислоты зависит также от содержания в почвах влаги и свободной пористости ().

Для извлечения из почвы проб почвенного воздуха и последующего анализа их на содержание углекислоты и кислорода сконструированы специальные иглы-буры. Агрофизическим институтом сконструирован специальный газоанализатор.

В полевой обстановке для изучения газообмена между почвой и припочвенными слоями воздуха над почвой устанавливаются небольшие стеклянные коробки или баллоны, края которых врезают в почвенную толщу. Через определенные промежутки времени из баллонов берут пробы воздуха для анализов.

К содержанию книги: МАРИЯ АЛЬФРЕДОВНА ГЛАЗОВСКАЯ - Общее почвоведение и география почв