Воздушные свойства почвы кратко

Обновлено: 01.07.2024

В статье "Углерод и карбонаты в воде искусственного водоёма" мы показали, что диоксид углерода (CO₂), как источник углерода, имеет исключительно важное значение для растительных организмов населяющих искусственный водоём, а в статье "Кислород. Его влияние на состояние искусственного водоёма" - влияние кислорода в воде на жизнедеятельность живых организмов, населющих искусственный водоём и на общее состояние водоёма. Правильно организовать газонасыщение водоы искусственного водоёма - залог его гармоничного существования.

В этой статье мы расскажем о необычном источнике углекислого газа и кислорода.

Состав почвенного воздуха, воздушные свойства почв.

Почвенный воздух – это смесь газов и летучих органических соединений, заполняющий поры почвы, свободные от воды. Главным источником почвенного воздуха является атмосферный воздух и газы, образующиеся в самой почве. Попадая в почву, атмосферный воздух претерпевает значительные изменения. Поэтому состав почвенного воздуха отличается от атмосферного воздуха:

Воздух	O₂ (%)	N (%)	CO₂ (%)	Прочие газы (%)
Атмосферный	20,95	78,08	0,03	1
Почвенный (верхние 15-30 см)	11 - 21	78 - 86	0,3 - 8,0	-

Состав атмосферного воздуха достаточно постоянен, и содержание его основных компонентов практически не меняется. Почвенный воздух отличается значительной динамичностью. Изменение состава почвенного воздуха происходит вследствие процессов жизнедеятельности организмов, дыхания корней растений и почвенной фауны, в результате окисления органического вещества. Трансформация атмосферного воздуха в почве тем интенсивнее, чем выше ее энергетический потенциал и биологическая активность, а также зависит от сложности удаления газов из почвенного профиля. Зависимость интенсивности поглощения кислорода почвой из атмосферы выражается следующей формулой:

где СO₂ – концентрация кислорода в почвенном воздухе; T_S – температура почвы, W - влажность почвы; R_S - количество корней в почве; F_S - дыхание почвенных животных; M_S - активность почвенных микроорганизмов; N_S - содержание органического вещества.

В зависимости от количественного содержания, в почвах различают макрогазы и микрогазы.

К макрогазам относятся: азот, кислород, диоксид углерода;

К микрогазам – СО, N₂О, NО₂, предельные и непредельные углеводороды, водород, сероводород, аммиакэфиры, пары органических и неорганических кислот и другие.

Из всех газов почвенного воздуха наиболее динамичны кислород (O₂) и углекислый газ (CO₂). Это объясняется непрерывным поступление кислорода, необходимого для дыхания почвенной фауны и флоры и образованием углекислоты как следствие процессов окисления органического вещества почвы и активной жизнедеятельности почвенных организмов. В почвенном воздухе содержание СО₂ может доходить до 4-6%, содержание О₂ не превышать 15%, содержание азота мало отличается от атмосферного, при этом в почве обнаруживается характерный продукт денитрификации – закись азота (NО₃).

Состав почвенного воздуха различен для различных почвенных горизонтов, различных типов почв и изменяется по сезонам года в связи с колебаниями влажности почвы, разложением животных и растительных остатков, внесением органических удобрений.

Процесс поглощения воздуха почвой зависит от ее морфологических особенностей, содержания органических веществ, минералов монтмориллонитовой группы, а также соединений, обладающих большой поглотительной способностью в отношении газов, от давления и температуры воздуха.

Воздушно-физические свойства почв характеризуются рядом показателей, главными из которых являются воздухопроницаемость и воздухоемкость.

Воздухоемкость – это максимально возможное количество воздуха, которое может содержаться в воздушно-сухой почве. Выражается в объемных процентах. Величина воздухоемкости приближается к пористости сухих почв, исключая объема, занятого гигроскопической водой и поглощенным воздухом. Она имеет наибольшие показатели в сухих структурных рыхлых почвах, а также в почвах легкого гранулометрического состава.

Существует капиллярная и некапиллярная воздухоемкость:

Капиллярная воздухоемкость – это способность почвы в сухом состоянии поглощать и удерживать воздух в капиллярных порах малого диаметра. Чем выше капиллярная воздухоемкость, тем меньше подвижность воздуха и сложнее газообмен между почвой и атмосферой.
Некапиллярная воздухоемкость - это способность почвы при капиллярном насыщении водой содержать определенный объем свободного воздуха. Некапиллярная водухоемкость прямо пропорциональна некапиллярной скважности почвы.

Соотношение капиллярной и некапиллярной воздухоемкости является важным показателем воздушно-физических свойств почвы. Структурные почвы всегда имеют определенную величину некапиллярной скважности, которая свободна от воды и заполнена воздухом даже при большой влажности почвы. Это обеспечивает определенную степень проветриванности почвы.

Воздухопроницаемость – это способность почвы пропускать в единицу времени через единицу объема определенное количество воздуха. Воздухопроницаемость является необходимым условием для осуществления газообмена между почвой и атмосферой. Передвижение воздуха в почве происходит по порам, соединенным друг с другом и не заполненным водой. Чем крупнее поры аэрации, тем лучше выражена воздухопроницаемость почв как в сухом, так и во влажном состоянии. Воздухопроницаемость структурных рыхлых почв значительно выше, чем плотных бесструктурных глинистых почв, она максимальна в сухих почвах и быстро снижается при увлажнении.

Свойства почв определяющие процессы обмена почвенного воздуха с атмосферным, называется газообменом или аэрацией. Газообмен осуществляется через систему почвенных пор, сообщающихся между собой и атмосферой.

Аэрация почв – это величина фактического содержания воздуха в почве, выраженная в объемных процентах. Величина аэрации характеризует разность между общей скважностью и влажностью почвы. Чем выше влажность, тем меньше аэрация, так как большая часть объема почвы занята влагой. Максимальная степень аэрации характерна при воздушно-сухом состоянии почв, минимальная – при избыточном увлажнении почв вследствие близкого залегания грунтовых вод, поверхностном заболачивании или затоплении, а также в условиях водоносных горизонтов.

Основными факторами газообмена в почве являются:

атмосферные условия, к которым относятся амплитуды колебания температур воздуха (суточные и годовые), амплитуды колебаний атмосферного давления (суточные и годовые), температурные градиенты на поверхности раздела почва - атмосфера, движение атмосферного воздуха, осадки и характер их распределения, характер испарения и транспирации.
физические свойства почвы, к которым относится гранулометрический состав, структура, состояние поверхности, плотность, пористость, температурный режим, влажность почвы,
физические свойства газов, к которым относятся скорость диффузии, градиенты концентраций газов в почвенном профиле и на границе раздела сред, их гравитационный перенос под действием силы тяжести, способность к сорбции – десорбции на твердой фазе почвы, растворение в почвенных растворах и дегазация.
физико-химические реакции в почвах, к которым относятся обменные реакции между ППК – почвенным раствором – газовой фазой, а также окислительно-восстановительные реакции.

Основным механизмом переноса газов является диффузия. Диффузия – это процесс перемещения газов, связанный с их различной концентрацией в почве и атмосфере (градиентом концентрации). В почвенном воздухе концентрация кислорода всегда меньше, а углекислого газа больше, чем в атмосфере. Поэтому под влиянием диффузии создаются условия для поступления в почву кислорода и выделения в атмосферу углекислого газа.

Поток газообразного вещества (Q_S), протекающего через единицу площади почвенной среды за единицу времени, рассчитывается уравнением молекулярной диффузии (первый закон Фике):

где D_S – коэффициент диффузии газа в почве, см 2 · с;

с - концентрация газа в почвенном воздухе, мг/см 3 ;

z – глубина слоя, см.

Остальные факторы в большей или меньшей степени связаны с диффузией: они изменяют градиенты концентрации газов или изменяют свойства среды, через которую идет диффузия.

Формы почвенного воздуха

Почвенный воздух находится в почве в трех состояниях: собственно почвенный воздух (свободный и защемленный), адсорбированный и растворенный.

Свободный почвенный воздух – это смесь газов и летучих органических соединений, размещается в капиллярных и некапиллярных почвенных порах. Он обладает большой подвижностью и способен свободно перемещаться в почве и активно обмениваться с атмосферой.

Защемленный почвенный воздух – воздух, который находится в порах, со всех сторон изолированных водными пробками. Максимальное количество защемленного воздуха имеют тонкодисперсные уплотненные почвы. Этот воздух неподвижен и практически не участвует в газообмене между почвой и атмосферой. Он препятствует фильтрации воды, может вызывать разрушение почвенной структуры.

Растворенный почвенный воздух – это газы, растворенные в почвенной воде. Взаимоотношение жидкой и газообразной фаз почвы определяется режимом температуры и давления, а также концентрацией газов в свободном почвенном воздухе.

Количество растворенных газов подчиняется закону фазового равновесия Генри:

где С – массовая концентрация газа, растворенного в воде, мг/л,

λ – коэффициент растворимости газа в воде, мг/л,

р – парциальное давление газа в почвенном воздухе, МПа,

10,2 – нормальное атмосферное давление, МПа.

Повышение давления повышает растворимость газов, понижение давления способствует переходу газов из почвенного раствора в почвенный воздух. Увеличение концентрации того или иного газа в составе почвенного воздуха вызывает увеличение этого газа в почвенном растворе. Понижение температуры почвы приводит к повышению растворимости всех почвенных газов. Хорошо растворяются в воде аммиак, сероводород, углекислый газ, растворимость кислорода небольшая. Растворенные газы проявляют высокую активность. С насыщением почвенного раствора СО₂ повышается растворимость карбонатов, гипса, других соединений. Растворенный кислород поддерживает окислительные свойства почвенного раствора. С повышением температуры окислительные процессы ослабевают и происходит выпадение из растворов карбонатов. Растворенные газы играют большую роль в обеспечении физиологических потребностей почвенной флоры и фауны.

Адсорбированный почвенный воздух – это газы и летучие органические соединения, сорбированные поверхностью твердой фазы почвы. Чем выше степень дисперсности почвы, тем больше сорбированных газов при данной температуре она содержит. Количество сорбированного воздуха зависит от минералогического состава почв, их влажности и количества органических веществ. Адсорбция газов сильнее проявляется в почвах тяжелого гранулометрического состава, богатых органическим веществом. Наибольшее количество адсорбированного воздуха характерно для сухих почв, активнее поглощающих воду, чем газы.

Количество адсорбированных газовых компонентов (Г) можно рассчитать при промощи уравнения изотермы адсорбции Ленгмюра:

Г∞ - предельное значение адсорбции насыщения на единицу поверхности адсорбента, мг,

С – равновесная концентрация газа в системе, мг/л,

K – эмпирический коэффициент.

Газы сорбируются в зависимости от строения их молекул и дипольного момента. Хуже всех сорбируется N₂, лучшими сорбционными способностями обладает кислород и углекислый газ, самая высокая сорбция – у NH₃.

Использование почвенного воздуха.

Обладая подробными данными о концентрации кислорода и углекислого газа в почве, можно наладить оптимальное обогащение водоёма этими газами. Для этого используется система из двух аэраторов, настроенных с помощью таймера. В ночное время водоём обогащается кислородом, получаемым из атмосферы. В дневное время вода искусственного водоёма обогащается углекислым газом, получаемым из почвы. Налаживание этих процессов позволит получить экологически сбалансированный искусственный водоём, биологические процессы в котором протекают оптимальным образом.

В почвах – пористых системах – в том или ином количестве присутствует почвенный воздух (газовая среда). Это важнейшая, наиболее динамичная составная часть почвы находится в тесном взаимодействии с твердой, жидкой и живой фазами почвы.

Почвенный воздух является источником кислорода для дыхания корней растений, аэробных микроорганизмов и почвенной фауны.

Почвенный воздух

Это смесь газов и летучих органических соединений, заполняющих поры почвы, свободные от воды. Кислород почвенного воздуха активно участвует в химических реакциях минеральных и органических веществ.

Одни химические элементы, окисляясь, переходят в труднорастворимые формы (железо, марганец), другие приобретают большую растворимость (сера, хром, ванадий), замедляя или ускоряя миграцию химических элементов.

Окисление органического вещества почвы обусловливает круговорот углерода, азота, фосфора, серы и других биологически важных химических элементов.

Почвенный воздух является источником диоксида углерода для растений, используемым в фотосинтезе. От всего количества СО₂, идущего на создание урожая, от 38 до 72 % поступает растению из почвы.

Почвенный воздух находится в почве в трех состояниях: свободном, адсорбированном и растворимом.

Свободный почвенный воздух, находясь в крупных некапиллярных и капиллярных порах почвы, свободно перемещается в ней, обеспечивает аэрацию почв и газообмен между почвой и атмосферой.

Защемленный почвенный воздух – воздух, находящийся в порах, со всех сторон изолированный водными пробками. В глинистых почвах содержание защемленного воздуха может достигать 12 % и более, в среднем же 6-8 % общего объема почвы.

Защемленный воздух неподвижен, практически не участвует в газообмене, препятствует фильтрации воды в почве. Вырываясь из пор при защемлении водой, защемленный воздух может вызвать разрушение почвенной структуры.

Адсорбированный почвенный воздух – газы и летучие органические соединения, адсорбированные на поверхности почвенных частиц. Чем более дисперсна почва, тем больше содержит она адсорбированных газов при данной температуре.

Адсорбция газов сильнее проявляется в почвах тяжелого гранулометрического состава, богатых органическим веществом. Газы в зависимости от их свойств адсорбируются в такой последовательности: N₂

Состав свободного почвенного воздуха

Первые сведения о составе почвенного воздуха были получены Ж. Буссенго в 1824 г. В первой половине XX в. знания о почвенном воздухе пополнились работами А. Г. Дояренко, Б. Кина, Э. Рассе-ляидр.

Состав свободного почвенного воздуха отличается от атмосферного (табл. 35).

35. Октав атмосферного и почвенного воздуха (в объемных %)

Атмосферный воздух имеет относительно постоянный состав, чего нельзя сказать о почвенном воздухе. В почвенном воздухе меньше содержится кислорода, больше СO₂. Изменяется и содержание азота в зависимости от протекания микробиологических процессов.

В болотных и заболоченных почвах почвенный воздух может содержать заметные количества NH₃, CH₄, H₂, H₂S. В составе почвенного воздуха постоянно присутствуют летучие органические соединения (Холодный, 1953), образующиеся в процессе жизнедеятельности микроорганизмов.

Среди этих соединений могут быть углеводороды, спирты, сложные альдегиды. Эти вещества могут поглощаться корнями, способствуя росту растений и повышению их жизнедеятельности.

В почвенном воздухе присутствуют также газообразные продукты распада радиоактивных элементов — эманации.

Из всех газов почвенного воздуха наиболее динамичны кислород и диоксид углерода. Различную концентрацию кислорода и диоксида углерода в почвенном воздухе определяют, с одной стороны, интенсивностью потребления кислорода и продуцированием СO₂, а с другой — скоростью газообмена между почвенным и атмосферным воздухом.

Выделение СO₂ из почвы в приземный слой атмосферы принято называть дыханием почвы. В условиях хорошей аэрации кислорода поглощается почвой больше, чем выделяется углекислоты.

Отношение содержания диоксида углерода в почвенном воздухе к содержанию кислорода называется коэффициентом дыхания.

Для почв с плохим газообменом это отношение больше единицы. В таких почвах идут анаэробные процессы. Часть СO₂ может связываться химически с образованием гидрокарбонатов. Этот процесс получил название ретенции С0₂.

Ретенция зависит от рН: при рН

Воздушные свойства почв

Наиболее важными воздушными свойствами почв являются воздухоемкость, воздухопроницаемость, аэрация.

Воздухоемкость

Максимальное количество воздуха, которое может быть в почве, выраженное в объемных процентах, называют общей воздухоемкостью почв (Р_О.В.). Ее можно определить по формуле.

Воздухоемкость почв зависит от их гранулометрического состава, сложения, степени оструктуренности.

Различают также капиллярную и некапиллярную воздухоемкость.

Каппилярная воздухоемкость

Капиллярная воздухоемкость характеризует количество почвенного воздуха, размещенного в капиллярных порах. Наибольшей капиллярной воздухоемкостью отличаются тяжелые по гранулометрическому составу бесструктурные плотные почвы.

Для обеспечения нормальной аэрации почв наибольшее значение имеет некапиллярная воздухоемкость, или порозность аэрации, — воздухоемкость межагрегатных пор, трещин, ходов червей, корней. Она связана со свободным почвенным воздухом.

Некапиллярная воздухоемкость

Некапиллярная воздухоемкость при наименьшей влагоемкости имеет особое значение для аэрации. Если воздухоемкость при наименьшей влагоемкости составляет менее 15%, то аэрация почв недостаточная, чтобы обеспечить благоприятный состав почвенного воздуха.

Оптимальные условия для газообмена создаются при содержании воздуха в минеральных почвах 20-25 %, в торфяных – 30-40 %.

Воздухопроницаемость

Способность почвы пропускать через себя воздух называют воздухопроницаемостью. Это свойство определяет скорость газообмена между почвой и атмосферой.

Она зависит от гранулометрического состава почвы, ее структурного состояния, строения порового пространства. В естественных условиях воздухопроницаемость изменяется в широких пределах – от 0 до 1 л/с и выше.

Аэрация или газообмен

Процессы обмена почвенного воздуха с атмосферным называют аэрацией или газообменом. Газообмен осуществляется через систему воздухоносных пор почвы, сообщающихся между собой и с атмосферой.

Газообмен обусловлен несколькими факторами: диффузией, изменением температуры почвы и барометрического давления, изменением количества влаги в почве под давлением осадков, орошением, испарением, влиянием ветра, изменением уровня грунтовых вод или верховодки.

Поступление в почву влаги с осадками или при орошении вызывает сжатие почвенного воздуха, его выталкивание наружу и засасывание атмосферного воздуха.

Изменение температуры почвы и атмосферного давления, ветра и уровня грунтовых вод также вызывает объемные изменения воздуха в почве и, как следствие, влияет на газообмен.

Однако ведущим фактором газообмена в почве является диффузия. Это основной механизм массопереноса газов в почве и газообмена между почвой и атмосферой.

Под диффузией понимают перемещение газов в соответствии с их парциальным давлением. Под влиянием диффузии создаются условия для непрерывного поступления О₂ в почву и выделения СО₂ в атмосферу.

Коэффициент диффузии равен объёму газа (в см 3 ), проходящего в секунду через 1 см 2 поверхности при мощности слоя 1 см и градиенте концентрации, равном единице.

Коэффициенты диффузии газов в почве (D) и в атмосфере (D_o) различны. Через почву диффузия газов протекает в 2-20 раз медленнее, чем в атмосфере. Отношение коэффициента диффузии в почве к коэффициенту диффузии в атмосфере ( ) меньше единицы.

Воздушный режим почвы и его регулирование

Воздушный редким почвы — это совокупность всех явлений поступления воздуха в почву, его передвижения в ней и расхода, а также явлений обмена газами между почвенным воздухом, твердой и жидкой фазами, потребления и выделения отдельных газов живым населением почвы.

Воздушный режим почв подвержен суточной, сезонной, годовой и многолетней изменчивости и находится в прямой зависимости от различных свойств почв, погодных условий, характера растительности, агротехники.

Для нормального произрастания растений необходимо оптимизировать воздушный режим почвы. Улучшение воздушного режима почв особенно важно там, где распространены почвы с временным избыточным увлажнением и при сельскохозяйственном использовании болотных почв.

В почвах легкого гранулометрического состава, а также в суглинистых и глинистых, но обладающих агрономически ценной структурой в верхних горизонтах содержание воздуха поддерживается на высоком уровне (20-25 % объема почвы).

В бесструктурных почвах тяжелого гранулометрического состава содержание почвенного воздуха зависит от состояния и увлажнения почвы. При относительной влажности, равной НВ, содержание воздуха в таких почвах может достигать критической величины (менее 15 % объема почвы).

На бесструктурных почвах суглинистого и глинистого гранулометрического состава нередко образуется почвенная корка. Обладая высокой плотностью и низкой пористостью, почвенная корка уже при влажности 17% (22% объема почвы) препятствует нормальной аэрации.

Поскольку оптимальный воздушный режим в основном зависит от состояния увлажнения почвы, то приемы регулирования водного и других режимов являются и приемами регулирования воздушного режима.

Такие приемы, как окультуривание почв, регулирование их реакции, применение органических и минеральных удобрений, орошение или осушение почв, активизируют биологические процессы в почвах, повышают интенсивность дыхания в них при наличии доступной влаги.

Важными приемами регулирования воздушного режима, особенно на малогумусных почвах тяжелого гранулометрического состава, также являются создание глубокого пахотного слоя, рыхление подпахотного, ликвидация почвенной корки.

Для минеральных почв большое значение в создании оптимального воздушного режима имеет улучшение их гумусного состояния и структуры.

К воздушным свойствам почвы относятся воздухоемкость и воздухопроницаемость.

Та часть объема почвы, которая занята воздухом при данной влажности, называется воздухоемкостью. Почвенный воздух заполняет все поры почвы, незанятые водой, и, следовательно, количество его зависит от пористости и влажности почвы. Чем выше пористость и меньше влажность почвы, тем больше в ней воздуха.

Очень важным воздушным свойством почвы является воздухопроницаемость, т.е. способность почвы пропускать через себя воздух. Воздухопроницаемость является непременным условием газообмена между почвой и атмосферным воздухом. Чем она полнее выражена, тем лучше происходит газообмен, тем больше в почвенном воздухе содержится кислорода и меньше углекислого газа. Воздух в почве передвигается по порам, не заполненным водой и не изолированным друг от друга. Чем крупнее поры аэрации, тем лучше выражена воздухопроницаемость. На структурных почвах, где наряду с капиллярными порами имеется достаточное количество крупных некапиллярных пор, создаются наиболее благоприятные условия для воздухопроницаемости.

2) изменение температуры почвы;

3) изменение барометрического давления;

4) изменение количества влаги в почве под влиянием осадков, орошения и испарения;

5) влияние ветра;

6) изменение уровня грунтовых вод или верховодки.

Диффузия – процесс перемещения газов в соответствии с их парциальным давлением. Поскольку в почвенном воздухе концентрация кислорода всегда меньше, а углекислого газа больше, чем в атмосфере, то под влиянием диффузии создаются условия для непрерывного поступления кислорода в почву и выделения СО2 в атмосферу.

Изменение температуры и барометрического давления также обусловливает газообмен, так как при этом происходит сжатие или расширение почвенного воздуха. По расчетам Н.П. Поясова, во время дневного нагревания темно-каштановой почвы, из слоя от поверхности до глубины проникновения суточной температурной волны выталкивается около 1,4 % почвенного воздуха, что говорит о малой эффективности этого фактора газообмена.

Поступление влаги в почву с осадками или при орошении вызывает сжатие почвенного воздуха, его выталкивание наружу и засасывание атмосферного воздуха. Выпадающие дожди, по подсчетам Роммеля, могут обеспечить лишь 6-8 % всего газообмена. Газообмен происходит и при испарении воды из почвы, когда на место испарившейся воды поступает равное по объему количество атмосферного воздуха. Поскольку этот процесс протекает медленно, то и его значение в газообмене незначительно.

Влияние ветра на газообмен обычно невелико и зависит от скорости ветра, от макро- и микрорельефа, от структуры почвы и характера ее обработки. Наибольший газообмен под влиянием ветра проявляется на пористых почвах без растительности.

Все рассмотренные факторы газообмена действуют в природных условиях совместно, и в процессе газообмена проявляется их суммарный эффект. Однако главным и непрерывно действующим фактором поступления кислорода в почву и удаления углекислого газа из нее следует признать диффузию.

Воздухоемкость – это максимально возможное количество воздуха, которое может содержаться в воздушно-сухой почве. Общий объем пор, свободных от влаги,— воздухосодержанием, или порочностью аэрации. Воздухоемкость и воздухосодержание выражаются в процентах от объема почвы. Воздухоемкость имеет наибольшие показатели в сухих структурных рыхлых почвах, а также в почвах легкого гранулометрического состава. Существует капиллярная и некапиллярная воздухоемкость. Капиллярная воздухоемкость – это способность почвы в сухом состоянии поглощать и удерживать воздух в капиллярных порах малого диаметра. Чем выше капиллярная воздухоемкость, тем меньше подвижность воздуха и сложнее газообмен между почвой и атмосферой. Некапиллярная воздухоемкость - это способность почвы при капиллярном насыщении водой содержать определенный объем свободного воздуха. Соотношение капиллярной и некапиллярной воздухоемкости является важным показателем воздушно-физических свойств почвы. Структурные почвы всегда имеют определенную величину некапиллярной скважности, которая свободна от воды и заполнена воздухом даже при большой влажности почвы. Это обеспечивает определенную степень проветриванности почвы.

Благодаря пористости почва обладает воздухопроницаемостью. Воздухопроницаемость — свойство почвы пропускать воздух через поры, не занятые водой. Воздухопроницаемость является необходимым условием для осуществления газообмена между почвой и атмосферой. Передвижение воздуха в почве происходит по порам, соединенным друг с другом и не заполненных водой. Воздухопроницаемость структурных рыхлых почв значительно выше, чем плотных бесструктурных глинистых почв, она максимальна в сухих почвах и быстро снижается при увлажнении.

Свойства почв, определяющие процессы обмена почвенного воздуха с атмосферным, называется газообменом или аэрацией. Газообмен осуществляется через систему почвенных пор, сообщающихся между собой и атмосферой. Значительное влияние на газообмен оказывают верховодка и близколежащие (1,5—2,0 м) грунтовые воды с переменным уровнем. При подъеме уровня воды воздух, обогащенный углекислотой, выталкивается в атмосферу, а при опускании уровня воды происходит втягивание атмосферного воздуха, обогащенного кислородом. Аэрация усиливается благодаря изменению температуры и барометрического давления атмосферы. Нагревание почвы сопровождается расширением газов и их выходом в приземной слой воздуха, то же самое происходит при уменьшении атмосферного давления. И, наконец, газообмен почв усиливается при действии ветра в приземном слое, обычно занятом той или иной растительностью. Аэрация почв – это величина фактического содержания воздуха в почве, выраженная в объемных процентах. Величина аэрации характеризует разность между общей скважностью и влажностью почвы. Чем выше влажность, тем меньше аэрация, так как большая часть объема почвы занята влагой. Максимальная степень аэрации характерна при воздушно-сухом состоянии почв, минимальная – при избыточном увлажнении почв, вследствие близкого залегания грунтовых вод, поверхностном заболачивании или затоплении, а также в условиях водоносных горизонтов.

Основными факторами газообмена в почве являются:

атмосферные условия, к которым относятся амплитуды колебания температур воздуха (суточные и годовые), амплитуды колебаний атмосферного давления (суточные и годовые), температурные градиенты на поверхности раздела почва - атмосфера, движение атмосферного воздуха, осадки и характер их распределения, характер испарения и транспирации.

физические свойства почвы, к которым относится гранулометрический состав, структура, состояние поверхности, плотность, пористость, температурный режим, влажность почвы,

физические свойства газов, к которым относятся скорость диффузии, градиенты концентраций газов в почвенном профиле и на границе раздела сред, их гравитационный перенос под действием силы тяжести, способность к сорбции – десорбции на твердой фазе почвы, растворение в почвенных растворах и дегазация.

физико-химические реакции в почвах, к которым относятся обменные реакции между ППК – почвенным раствором – газовой фазой, а также окислительно-восстановительные реакции.

Почва характеризуется тепловыми свойствами и тепловым режимом. Последний зависит в основном от нагревания ее солнцем или, точнее, способности поглощать лучистую энергию, которая превращается в тепловую. Отношение количества отраженной поверхностью Земли лучистой энергии (А) к количеству падающей (Е), выраженное в процентах, называется о т р а ж а т е л ь н о й с п о с о б н о с т ь ю, или альбедо поверхности. Кроме основного источника лучистой энергии, в почву поступает тепло, выделяемое при экзотермических, физико-химических и биохимических реакциях. Однако тепло, получаемое в результате биологических и фотохимических процессов, почти не изменяет температуру почвы. В летнее время сухая нагретая почва может повышать температуру вследствие смачивания. Эта теплота известна под названием т е п л о т ы с м а ч и в а н и я. Она проявляется при слабом смачивании почв, богатых органическими и минеральными (глинистыми) коллоидами.

В зависимости от механического состава, содержания перегноя, окраски и увлажнения различают теплые и холодные почвы.

Теплоемкость определяется количеством тепла в калориях, которое необходимо затратить, чтобы поднять температуру единицы массы (1г) или объема (1 см3) почвы на 1оС.

Т е п л о п р о в о д н о с т ь – способность почвы проводить тепло. Воздушно-сухая почва обладает более низкой теплопроводностью, чем влажная. Это объясняется большим тепловым контактом между отдельными частицами почвы, объединенными водными оболочками.

Наряду с теплопроводностью различают т е м п е р а т у р о п р о в о д н о с т ь – ход изменения температуры в почве. Температуропроводность характеризует изменение температуры на единице площади в единицу времени.

При кристаллизации льда в порах почвы проявляется кристаллизационная сила, вследствие чего закупориваются и расклиниваются почвенные поры и возникает так называемое м о р о з н о е п у ч е н и е.

Тепловой баланс почвы поддается регулированию в суточном, сезонном, годичном и многолетнем интервале, что позволяет создать более благоприятный термический режим почв.

Регулирование теплового режима и теплового баланса почвы вместе с водно-воздушным имеет весьма большое практическое и научное значение. Задача заключается в том, чтобы управлять тепловым режимом почвы, особенно уменьшением промерзания и ускорением оттаивания ее.

Воздушные свойства почвы зависят от влажности, объемной плотности, механического состава, структурности почвы.

Значение почвенного воздуха и аэрация для почвенных процессов, жизнедеятельности растений и микроорганизмов определяется составом почвенного воздуха и, в частности, соотношением кислорода и углекислоты. Значительная часть почвообразовательных процессов, связанных с разложением органических веществ, сопровождается окислительными процессами, активной микробиологической деятельностью. Поэтому самые верхние органогенные горизонты поглощают значительное количество кислорода.

Поглощается кислород и растущими корнями растений, микроорганизмами. При этом во всех случаях в почвенный воздух выделяется углекислый газ. При недостатке кислорода создаются анаэробные условия, замедляются процессы разложения органических веществ, изменяются группы микроорганизмов, изменяется валентность Fe и Mg, начинаются процессы оторфовывания, оглеения, разрушения почвенной структуры с образованием плотных горизонтов.

Улучшение воздушного режима почвы прямо связано с агротехническими приемами по регулированию физических свойств почв и водного режима. Повышение аэрации почв достигается уменьшением увлажнения верхних горизонтов. Однако для роста растений требуется оптимальное соотношение между почвенным воздухом и влагой, что достигается лишь в хорошо оструктуренных почвах добавлением органических удобрений при вспашке. Хороший эффект дают осушение болот, создание микроповышений и лесомелиоративных насаждений.

Основными факторами газообмена в почве являются:

Читайте также: