Воздушный режим и свойства почвы, условия газообмена и пути воздействия

Условия газообмена между почвой и атмосферой

Для того чтобы почва и атмосфера осуществляли полноценный газообмен, грунт должен отвечать следующим показателям:

1. Воздухопроницаемость, то есть способность пропускать воздух.
2. Воздухоемкость – объем, занимаемый воздухом в почве при конкретных показателях ее влажности.

Рыхлые грунты являются наиболее воздухопроницаемыми и воздухоемкими, потому что в них большие полости между отдельными частицами. При внесении в такие почвы органических веществ, например, навоза или компоста, рыхлость и питательность увеличиваются, что приводит к повышению важнейших показателей. Также добавление органики приводит к увеличению выделения углекислоты, что стимулирует газообмен с атмосферой, а это способствует активации роста надземной части сельскохозяйственных и декоративных культур.

Как выглядит почва, в которой много воздуха, и каков ее состав

Почва, которая содержит большое количество воздуха, отличается рыхлостью, сыпучестью, достаточно крупными частицами, хорошо пропускает воду, но удерживает определенное ее количество. Такой грунт насыщен питательными веществами и хорошо аэрирован.

1. Простота обработки.
2. Высокий процент питательных компонентов.
3. Значительный уровень воздухо- и водопроводимости.
4. Равномерное распределение влаги по горизонту залегания.
5. Удерживание тепловой энергии.

Для горшечных растений субстрат изготавливается специально, с учетом конкретных требований разных видов. Большинство из них предпочитает легкую, проницаемую почву с хорошим удержанием воды, в которой воздух образует часть, достигающую 25 % всего объема, вода – 25 %, минеральные компоненты – 25 %, а органика – всего 5 %.

Лучшими характеристиками в плане содержания почвенных газов отличается грунт, состоящий из чернозема, песка, выветренного (некислого) торфа. Для придания большей воздухо- и водопроницаемости в такую землю добавляют инертные природные компоненты, например, перлит, или имеющие искусственное происхождение (шарики из пенопласта). Подобный грунт имеет наиболее высокие характеристики по всем важнейшим параметрам: питательности, воздухопроницаемости, удержания и пропускания влаги. Корни растений в нем отлично развиваются, а зеленая масса исправно нарастает

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.

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 см3), проходящего в секунду через 1 см2 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.

Экологическая роль почвенного воздуха для растений

Для растений значение имеет не только атмосферный воздух, но и его наличие, качество и состав в грунте. Почвенные газы заполняют все пустоты в земле, в которых нет воды. Лучше всего растения развиваются в том случае, если воздух содержится в крупных пустотах, а вода – в мелких и средних.

Между почвенным и атмосферным воздухом газообмен происходит непрерывно. Рыхлые почвы обмениваются газообразными компонентами лучше и быстрее, чем плотные или заболоченные, потому что в первых практически нет пор, а во вторых воздух из полостей вытесняется избытком воды.

В почве кислорода меньше, чем в атмосфере, но больше углекислоты. Это приводит к процессу диффузии, то есть перемешиванию и перераспределению газов. Такие свойства грунта положительно влияют на развитие растений, нуждающихся в обилии углекислого газа для усвоения питательных веществ. При этом корни растений меньше нуждаются в углекислом газе, чем надземная часть, поэтому непрерывный воздухообмен – важнейшее условие получения здоровых посадок и полноценных урожаев.