Научная электронная библиотека

Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ ПОЧВОВЕДЕНИЕ И ЗАКОНЫ ЭКОЛОГИИ

Околелова А. А.,

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

 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, %

 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 

 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.