Полная версия

Главная arrow География arrow ГЕОГРАФИЯ ПОЧВ С ОСНОВАМИ ПОЧВОВЕДЕНИЯ

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

Газовая фаза почвы

Газовая фаза представляет собой почвенный воздух — смесь газов и летучих органических соединений, заполняющих поры почвы, свободные от воды (рис. 6.10).

Состав почвенного воздуха

Рис. 6.10. Состав почвенного воздуха

Количество и состав почвенного воздуха не постоянны и определяются множеством химических и биохимических процессов, протекающих в почве. Газовая фаза поставляет необходимый почвенной биоте кислород. Без воздуха в порах почвы корневая система нс развивается, и растения отмирают. Чем ближе химический состав воздуха почвы к атмосферному, тем лучше условия для развития растений.

Основные источники газовой (разы — атмосферный воздух и газы, образующиеся в самой почве.

С атмосферным воздухом в почву поступает кислород, необходимый для дыхания корней, аэробных микроорганизмов, почвенной фауны. В процессе дыхания потребляется кислород и выделяется углекислый газ. При затрудненном воздухообмене с приземной атмосферой в почвенном воздухе накапливаются продукты разложения органических остатков: аммиак, сероводород, метан, фосфористый водород, атомарный водород, азот и др.

В табл. 6.16 представлены химический состав почвенного и атмосферного воздуха.

Таблица в. 16

Состав атмосферного и свободного почвенного воздуха, %

Химические соединения

Атмосферный воздух

Почвенный воздух

Азот

78,08

78,08

Кислород

20,95

19—20 (min до 0,1)

Аргон

0,93

Углекислый газ

0,03

0,05—2,0 (max до 10)

Почвенный воздух отличается динамичностью, наиболее динамичны 02 и С02, их содержание сильно колеблется (табл. 6.17). С02 и 02 в почвенном воздухе являются антагонистами.

Таблица 6.17

Содержание основных газов в почвенном воздухе для разных типов почв, %

Почва

Содержание 02

Содержание СС)2

Дерново-подзолистая

-

0,2-1,5

Серая лесная

19,2-21,0

0,2-0,6

Чернозем обыкновенный

19,5-20,8

0,3-0,8

Каштановая

19,8-20,9

0,05-0,5

Серозем

20,1-21,0

0,05-0,3

Состав почвенного воздуха имеет вертикальную стратификацию, которая определяется продуцированием и кинетикой газов в пределах почвенного профиля. В поверхностных горизонтах в результате активного газообмена с атмосферой отличия компонентного состава почвенного воздуха от атмосферного выражены менее заметно, чем в нижележащих слоях.

Для большинства почв характерно увеличение содержания С02 с глубиной. Графики распределения 02 имеют обратный ход, максимальные значения зафиксированы в верхних почвенных горизонтах. При затрудненном газообмене в верхних биогенных горизонтах могут наблюдаться повышенные значения содержания С02 (рис. 6.11).

Типы вертикального распределения концентраций С0 (а) и 0 (б) (но В. А. Ковде, Б. Г. Розанову, 1988)

Рис. 6.11. Типы вертикального распределения концентраций С02 (а) и 02 (б) (но В. А. Ковде, Б. Г. Розанову, 1988)

Почвенный воздух находится в почве в трех состояниях: свободном, адсорбированном и растворенном (табл. 6.18).

Таблица 6.18

Характеристика основных видов почвенного воздуха

Виды почвенного воздуха

Местонахождение почвенного воздуха

Движение

почвенного

воздуха

Участие в аэрации

Собственно почвенный воздух: а) свободный

В порах (некапиллярных, капиллярных)

Свободно

перемещается

Свободно

участвует

б) защемленный

В порах, со всех сторон изолирован водными пробками

Неподвижен

Не участвует

Адсорбированный

Сорбирован твердой фазой

Неподвижен

Ограниченно

участвует

Растворенный

Растворен в почвенной воде

Ограничен в передвижении

Ограниченно

участвует

Процесс обмена почвенного воздуха и его составляющих с приземным атмосферным воздухом называется газообменом, или аэрацией.

Воздухообмен происходит за счет двух процессов — конвекции и диффузии. Конвекция — передвижение почвенного воздуха из почвы в приземную атмосферу и наоборот. Диффузия — э го перемещение газов в соответствии с их парциальным давлением. Под влиянием диффузии создаются условия для непрерывного поступления кислорода в почву и выделения углекислого газа в атмосферу. Коэффициент диффузии равен объему газа (в см3), проходящего в 1 с через 1 см2 поверхности при мощности слоя 1 см и градиенте концентрации, равном 1.

Факторами, которые регулируют скорость направления и объем воздухообмена, являются: 1) диффузия; 2) изменение температуры почвы и атмосферы; 3) изменение влажности почвы; 4) изменение барометрического давления; 5) действие ветра.

Главной причиной газообмена является разность парциальных давлений кислорода и углекислоты в атмосферном и почвенном воздухе. Все остальные факторы связаны с основной причиной и имеют подчиненное значение. Из почвы в атмосферу диффундирует углекислота, а из атмосферы в почву — кислород.

Температурный фактор. Понижение температуры сопровождается сжатием газов, а повышение — их расширением. При понижении температуры почвы из атмосферы в нее поступает воздух, при нагревании и расширении газов идет обратный ток воздуха.

Изменение влажности почвы. Поступление в почву воды и заполнение пор сопровождается вытеснением воздуха из почвы. При просыхании почвы в освободившиеся поры поступает воздух из атмосферы.

Изменение барометрического давления. Понижение или повышение барометрического давления приводит к смене направления воздушного потока из почвы в атмосферу и, наоборот, из атмосферы в почву. Он имеет значение лишь при существенных перепадах давления.

Ветер. Он может изменять у земной поверхности градиент атмосферного давления, который обусловливает воздухообмен.

Состояние газообмена определяется воздушными свойствами почв: воздухопроницаемостью, воздухоемкостыо, воздухосодержанием.

Воздухопроницаемость — способность почвы пропускать через себя воздух. Воздухопроницаемость определяет скорость газообмена между почвой и атмосферой. Она зависит от механического состава почвы, ее плотности, влажности, структуры. Воздух в почве передвигается по порам, которые не заполнены водой и не изолированы друг от друга. Чем крупнее поры, тем лучше воздухопроницаемость почвы. В структурных почвах, где наряду с капиллярными порами имеются крупные некапиллярные, создаются наиболее благоприятные условия для воздухопроницаемости.

Воздухоемкость — количество воздуха, выраженное в процентах по объему, которое содержится в воздушно-сухой почве ненарушенного строения при нормальных условиях. Максимальная воздухоемкость характерна для сухих почв и равна общей пористости. Ее можно определить по формуле

где Ртах — общая воздухоемкость, %; Р0П П — общая порозность почвы, %, РГ — объем гигроскопической влаги, %.

Количество воздуха в почве зависит от ее влажности и пористости. Чем выше пористость и меньше влажность, тем больше воздуха содержится в почве. Если объем пор, занятых воздухом при наименьшей влагоемкости, менее 15%, то аэрация почв недостаточна. Оптимальные условия для газообмена создаются при содержании воздуха 20—25%, в торфяных почвах — 30-40%.

Воздухосодержание — количество воздуха, которое содержится в почве при определенном уровне естественного увлажнения. Воздухосодержание можно определить по формуле

где Рп воздухосодержание, Робщ — общая порозность почвы, Pw объемная влажность почвы, %.

Существует четкая отрицательная корреляция между влаго- и возду- хосодержанием. Воздухосодержание колеблется в почвах разных типов и в различные сезоны от 0 (на переувлажненных или затапливаемых территориях) до 80—90% (на переосушенных торфяниках).

Динамика почвенного воздуха. Газовая фаза почвы весьма лабильна, динамика почвенного воздуха имеет суточный и годовой ход (сезонный). Суточная динамика (рис. 6.12) определяется суточным ходом атмосферного давления, температур, освещенности, изменениями скорости фотосинтеза. Эти параметры определяют интенсивность диффузии, дыхания корней, микробиологической активности, интенсивность сорбции и десорбции, растворения и дегазации. Суточные колебания состава почвенного воздуха распространяются, как правило, на верхнюю полуметровую толщу почвенного покрова. Амплитуда этих изменений для 02 и С02 не превышает 0,1 — 0,3%. Наиболее существенно в течение суток изменяется интенсивность почвенного дыхания.

Суточная динамика выделения С0 с поверхности различных почв (по В. А. Ковде, Б. Г. Розанову 1988)

Рис. 6.12. Суточная динамика выделения С02 с поверхности различных почв (по В. А. Ковде, Б. Г. Розанову 1988):

  • --бурая нсевдонодзолистая;.....— чернозем южный;
  • ---бурая пустынно-степная

Годовая динамика почвенного воздуха определяется годовым ходом атмосферного давления, температур и осадков и тесно связанными с ними ритмами развития растительности и микробиологической деятельности.

При увеличении температуры почвы с 5 до 30°С интенсивность поглощения 02 и выделения С02 возрастает в 10 раз. Летом почвы поглощают 02 и выделяют С()2 в несколько раз больше, чем ранней весной и поздней осенью.

Во всех типах почв воздухосодержание имеет четко выраженную сезонную динамику (рис. 6.13).

Сезонная динамика воздухосодержания в метровом слое почв (по В. А. Ковде, Б. Г. Розанову 1988)

Рис. 6.13. Сезонная динамика воздухосодержания в метровом слое почв (по В. А. Ковде, Б. Г. Розанову 1988):

  • ---дерново-подзолистые;--лугово-болотные;.....— южные черноземы;
  • -------каштаповые

Газы, входящие в состав почвенного воздуха, играют исключительно важную роль.

Кислород. В различных типах почв в разные сезоны содержание кислорода колеблется в широких пределах: от десятых долей процента до 19—20%. При содержании 10—12% кислорода в почвенном воздухе и температуре 18°С растения развиваются нормально, при более высокой температуре наблюдается их угнетение. Достаточное содержание кислорода обеспечивает необходимый уровень микробиологической деятельности, дыхания корней растений и почвенных животных, при этом в почве преобладают аэробные процессы окисления. При снижении содержания кислорода до 2,5% начинается анаэробный процесс, т.е. содержание кислорода в почвенном воздухе контролирует окислительно-восстановительный режим почв.

Диоксид углерода. Оптимальные уровни содержания С02 в составе почвенного воздуха колеблются в пределах 0,3—3,0% или от 0,05 до 10—12% (15—20%). С02 постоянно образуется в почве в результате биохимических реакций. Из почвы он поступает в атмосферу и используется растениями для фотосинтеза. 90% С02 потребляемого растениями, — почвенного происхождения.

Выделение С02 из почвы в приземный слой атмосферы принято называть дыханием почвы.

Интенсивность дыхания почвы зависит от ее свойств, гидротермических условий, вида растительности, мелиоративных мероприятий. Велика почвенно-химическая и геохимическая роль диоксида углерода. Вода, насыщенная С02, растворяет многие труднорастворимые соединения: кальцит, доломит, сидерит и др. Это вызывает миграцию карбонатов в почвенном профиле и в горизонтальном направлении. Вынос (выщелачивание) карбонатов под действием С02 называется процессом декарбонизации.

Азот. Содержание азота в почвенном воздухе ненамного отличается от атмосферного. И в почве азот является преобладающим газом. Газовая фаза почвы находится в тесном взаимодействии с другими фазами (твердой, жидкой) и внешней по отношению к почве средой. Наблюдаются многократные переходы вещества из одной фазы в другую, связанные с изменениями температуры, влажности, ритма биологических и биохимических процессов, что обусловливает динамику почвы.

Живая фаза состоит из почвенных микроорганизмов (бактерии, водоросли, грибы и др.), беспозвоночных (простейшие, черви, моллюски), роющих позвоночных, корневых систем растений. Активная роль живых организмов определяет ее принадлежность к биокостным природным телам.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>