Почвенный воздух и его состав

Различие состава почвенного и атмосферного воздуха обусловлено протекающими в почве биологическими процессами. Понижение содержания в почвенном воздухе кислорода связано с потреблением его аэробными микроорганизмами на различные реакции окисления, включая разложение мертвого органического вещества, и поглощением корневыми системами высшей растительности. Обогащение почвенного воздуха углекислотой происходит в результате разложения мертвого органического вещества микроорганизмами и выделения ее корневыми системами. В заболоченных почвах, где протекают анаэробные процессы разложения, в заметных количествах накапливаются водород, метан, сероводород.

Состав почвенного воздуха на определенном уровне поддерживается воздухообменом с атмосферой. Скорость воздухообмена должна соответствовать потреблению в почве кислорода и образованию углекислоты. Обновляется состав почвенного воздуха несколькими путями.

На границе соприкосновения почвенного воздуха с атмосферным вследствие неравенства их состава возникает диффузия газов. Из более богатого углекислотой почвенного воздуха молекулы углекислого газа диффундируют в атмосферный воздух, а из атмосферного воздуха молекулы кислорода переходят в почвенный воздух, где их концентрация ниже.

На воздухообмен оказывают влияние колебания температуры. Повышение температуры увеличивает скорость движения молекул газа, а следовательно диффузию. Теплый воздух, как более легкий, стремится кверху. На воздухообмен оказывают влияние также атмосферные осадки и ветер.

Воздухообмен почвы с атмосферой осуществляется преимущественно через некапиллярную скважность, поэтому полнота воздухообмена зависит от величины некапиллярной скважности. Если некапиллярная скважность невелика или почва насыщена водой до состояния полной влагоемкости, то воздухообмен затруднен и устанавливаются анаэробные условия. Это имеет место преимущественно в почвах повышенного увлажнения или весной в период насыщения талыми водами.

Образование углекислоты и потребление кислорода происходит главным образом в верхней части почвенного профиля, где сосредоточена основная масса корневых систем и наиболее интенсивно идут процессы разложения мертвого органического вещества. Образуемая углекислота в процессе газообмена частично выделяется в атмосферу, частично как тяжелый газ опускается в нижние горизонты. В верхних горизонтах, где газообмен осуществляется полнее, почвенный воздух богаче кислородом и относительно беднее углекислотой, в нижних горизонтах, в которых газообмен затруднен, содержание кислорода ниже, а углекислоты выше.

Различная интенсивность биологических процессов в совокупности с колебаниями температуры и другими причинами обусловливает колебания состава почвенного воздуха в течение вегетационного периода.

Составные части твердой фазы почвы поглощают молекулы воды более интенсивно, чем молекулы газа, поэтому твердая фаза почвы во влажном состоянии не поглощает газов. Способностью поглощать газы обладает почва при влажности ниже максимальной гигроскопической.

Почва – пористая система, в которой практически всегда в том или ином количестве присутствует воздух, состоящий из смеси газов, заполняющих свободное от воды поровое пространство почвы. Воздух – очень важная составная часть почвы. Без достаточного количества воздуха, и в первую очередь кислорода, снижается жизнедеятельность растений, замедляется рост корней, ухудшается потребление растениями воды и растворенных в ней питательных веществ. Количество воздуха в почве зависит как от размера пор, так и от влажности почвы. С увеличением влажности почвы вода начинает вытеснять почвенный воздух и его содержание в почве уменьшается. В почву воздух поступает из атмосферы. В отличие от атмосферы газовый состав свободного почвенного воздуха не постоянен. Почвенный воздух всегда несколько отличается по своему составу от атмосферного. Что касается азота, то его содержание в почвенном воздухе мало чем отличается от содержания в атмосфере. Кроме азота, в почвенном воздухе встречаются закись (N₂O) и оксид (NO₂) азота, образующиеся в процессе денитрификации. Азот, кислород и диоксид углерода, содержащиеся в свободном почвенном воздухе, называются макрогазами. К микрогазам относятся закись и оксид азота, оксид углерода, предельные и непредельные углеводороды, водород, сероводород, аммиак, терпены, спирты, эфиры, пары различных органических и неорганических кислот. Микрогазы образуются при метаболизме микроорганизмов, а также в результате разложения органического вещества. Как видно из приведенных данных, содержание СО₂ в почвенном воздухе в десятки и даже сотни раз может быть выше, чем в атмосфере. Кроме того, в почвенном воздухе содержатся поры воды, а в заболоченных почвах и такие газы, как аммиак, сероводород, метан и другие, образующиеся в результате развития анаэробного процесса разложения мертвого органического вещества. Наиболее существенным компонентом почвенного воздуха является СО₂. Чем богаче почвы органическим веществом, тем интенсивнее идет выделение углекислого газа. Состав почвенного воздуха сильно изменяется в зависимости от характера и состава растительности, погодных условий и сезона.

Формы почвенного воздуха. Свободный почвенный воздух - это воздух, который свободно перемещается по почвенным порам и обменивается с атмосферой. Свободно защемленный почвенный воздух. При увлажнении почвы часть свободного воздуха может быть изолирована с помощью водяных пробок. Такой воздух называется защемленным. Адсорбированный почвенный воздух. Эта форма воздуха представлена газами, адсорбированными на поверхности почвенных частиц. Его количество зависит от гранулометрического состава почвы и содержания в ней органического вещества. Чем меньше размер почвенных частиц и в почве больше гумуса, тем больше адсорбированного воздуха может находиться в ней. Растворенный почвенный воздух. Это газы, которые растворены в почвенной влаге. Они почти не участвуют в газообмене с атмосферой, так как их диффузия в водной среде происходит очень медленно. Тем не менее, растворенный почвенный воздух играет важную роль как в обеспечении многих физико-химических процессов, происходящих в самой почве, так и в обеспечении физиологических потребностей растений, микроорганизмов и почвенных животных.