Воздушный режим почвы пути его регулирования

Почвенный воздух и воздушный режим почв

Почвенный воздух, или газовая фаза, — важнейшая составная часть почвы, находящаяся в тесном взаимодействии с твёрдой, жидкой и живой фазами почвы. Почвенным воздухом называется смесь газов и летучих органических соединений, заполняющих поры почвы, свободные от воды. Наличие достаточного количества воздуха, его благоприятный состав не менее важен в жизни почвы и формировании урожая, чем обеспеченность почв водой и питательными веществами. Большинство растений не может существовать без непрерывного притока О₂ к корням и вывода СО₂ из почвы. Процесс обмена почвенного воздуха с атмосферным называется газообменом или аэрацией.

Почвенный воздух находится в почве в трёх состояниях: свободном, адсорбированном и растворённом. Если состав атмосферного воздуха довольно постоянный, то почвенный воздух отличается динамичностью. Наиболее динамичны в почвенном воздухе О₂ и СО₂. Содержание СО₂ в почвенном воздухе может быть в десятки и сотни раз больше, чем в атмосферном. Высокая концентрация СО₂ в почвенном воздухе (более 2-3%) угнетает развитие растений. Почвенный воздух неоднороден по составу. Кроме О₂, СО₂ в нем содержится N, закись азота (N₂O), в небольшом количестве постоянно присутствуют летучие органические соединения (этилен, метан и др.). В заболоченных почвах могут находиться NH₃, H и CH₄.

Основными потребителями О₂ в почве являются корни растений, аэробные микроорганизмы и почвенная фауна и лишь незначительная часть его расходуется на чисто химические процессы. Углекислый газ в почве обнаруживается главным образом благодаря биологическим процессам, а также может поступать в почвенный воздух из грунтовых вод, при превращении бикарбонатов в карбонаты, воздействия кислот на карбонаты и при химическом окислении органического вещества.

Выделение СО₂ из почвы в приземный слой атмосферы называют дыханием почвы. Интенсивность дыхания – важная характеристика газообмена и активности биологических процессов в почве. Она зависит от состава почвы, характера растительности, гидротермических условий и агротехнических приёмов.

Торфяно-глеевые почвы тундры выделяют СО₂ в количестве 0.3 т/га в год, подзолистые почвы хвойных лесов – 3.5-30, бурые и серые лесные почвы – 20-60, степные чернозёмы – 40-70 т/га в год.

Состояние газообмена определяется воздушными свойствами – воздухопроницаемость и воздухоёмкость. Они зависят от гранулометрического состава почвы, её пористости, плотности, влажности и структурного состояния. Оптимальные условия для газообмена создаются при содержании воздуха в минеральных почвах 20-25%, а в торфяных – 30-40%.

Совокупность всех явлений поступления воздуха в почву, передвижения его в профиле почвы, изменения состава и физического состояния при взаимодействии с твёрдой, жидкой и живой фазами почвы, а также газообмен почвенного воздуха с атмосферным называют воздушным режимом почв.

Воздушный режим почв подвержен суточной, сезонной, годовой и многолетней изменчивости и находится в прямой зависимости от физических, химических, физико-химических и биологических свойств почв, погодных условий, характера растительности, возделываемой культуры и агротехники. Наиболее благоприятный воздушный режим складывается в структурных почвах.

Пути регулирования водно-воздушного режима почв Для регулирования водного режима почв осуществляют комплекс процессов, направленных на устранение неблагоприятных условий водоснабжения растений. Искусственно изменяя приходные и особенно расходные статьи водного баланса, можно существенно влиять на общие и полезные запасы воды в почвах и этим способствовать повышению продуктивности растений.В конкретных почвенно – климатических условиях способы регулирования водного режима почв имеют свои особенности.

а) Улучшению водного режима слабодренированных территорий зоны достаточного и избыточного увлажнения способствуют планировка почвы и нивелировка микро- и макро-понижений, в которых весной и после летних осадков наблюдается длительный застой воды.

б) На почвах с временным избыточным увлажнением для удаления избытка влаги целесообразно с осени делать гребни, способствующие увеличению физического испарения, а по бороздам между ними происходит поверхностный сток воды за пределы поля.

в) Почвы болотного типа, а также минеральные заболоченные нуждаются в осушительных мелиорациях – для отвода избыточной влаги.

Регулирование водного режима почв во влажной зоне с большим количеством годовых осадков не ограничивается осушительной направленностью. Эффективное средство улучшения влагообеспеченности растений в Нечерноземье – двустороннее регулирование влаги (отвод – орошение).

Все приемы окультуривания почвы – создание глубокого пахотного слоя, улучшение структурного состояния, увеличение общей пористости, рыхление пахотного горизонта и др. повышают влагоёмкость и способствуют накоплению и сохранению продуктивных запасов влаги в почве.

г) В зоне неустойчивого увлажнения и засушливых районах регулирование водного режима направлено на максимальное накопление влаги в почве и на рациональное её использование.

1. Снегозадержание и задержка талых вод – для этого используют стерню, кулисные пары, валы из снега и др., зяблевая вспашка, вспашка поперёк склона, обвалование, щелевание, полосное размещение культур и др. приёмы.

2. Посадка лесных полос – наиболее эффективны ажурные и продувные лесные полосы.

3. Введение чистых и особенно чёрных паров.

4. Агротехнические приёмы – ранневесеннее боронование зяби, послепосевное прикатывание, культивация междурядий.

5. Внесение минеральных и органических удобрений способствует более экономному расходованию влаги на создание единицы урожая.

6. Мульчирование почвы — для сохранения влаги.

7. Орошение – в пустынно-степной зоне, улучшение водно-физических свойств почв и структурного состояния.

Воздушный режим почвы регулируют с помощью агротехнических и мелиоративных мероприятий. Приёмы по регулированию водного режима одновременно служат приёмами по поддержанию воздушного оптимального режима почв.

Контрольные вопросы:

1. Перечислите роль и формы воды в почве.

2. Какие выделяют категории воды в почве? Назовите почвенно-гидрологические константы.

3. Что такое НВ, охарактеризуйте ее и расскажите почему она имеет большое значение в почвоведении и для растений?

4. Охарактеризуйте водные свойства почвы.

5. Отчего зависит водоподъемная способность почв?

6 Что называется влажностью завядания?

7. Какая влага называется продуктивной?

8. В каком интервале влажности находится (заключена) продуктивная влага?

9. Назовите основные приходные и расходные статьи водного баланса почвы. Перечислите типы водного режима почв.

10. Какие применяют мероприятия по регулированию водно-возушного режима в различных природных зонах.

Источник

Воздушный режим почвы и его регулирование в земледелии.

Почвенный воздух — один из факторов жизни растений. Кислород воздуха необходим для прорастания семян, дыхания корней растений, почвенных микроорганизмов. Он участвует в реакциях окисления минеральных и органических веществ. При окислении органического вещества почвы происходит круговорот углерода, азота, фосфора и других элементов питания. При недостатке кислорода ослабляются дыхание, обмен веществ, а при отсутствии в почве свободного кислорода прекращается развитие растений. Косвенное влияние недостатка кислорода в почве связано с понижением окислительно-восстановительного потенциала, развитием анаэробных процессов, образованием токсичных для растений соединений, снижением доступных питательных веществ, ухудшением физических свойств почвы. Все это в конечном итоге способствует снижению плодородия почвы и урожая растений.

Состав почвенного воздуха отличается от атмосферного. В атмосферном воздухе содержание азота составляет 78 % (к объему), кислорода — 21, диоксида углерода — 0,03, в почвенном — соответственно 78. 80, 5. 20, 0,1.„15,0 % (по Н. П. Ремезову). Как видно из приведенных данных, в почвенном воздухе по сравнению с атмосферным меньше кислорода и больше диоксида углерода. Если состав атмосферного воздуха довольно постоянный, то содержание кислорода и диоксида углерода в почвенном воздухе может сильно колебаться.

Оптимальное содержание кислорода в почвенном воздухе около 20 %. При такой обеспеченности кислородом в почве развиваются аэробные процессы и создаются благоприятные условия для произрастания растений.

Второй важный компонент почвенного воздуха — диоксид углерода. Высокое содержание его в почве отрицательно действует на семена, корни и урожай растений. Однако С0₂ необходим для фотосинтеза. Установлено, что от 38 до 72 % диоксида углерода поступает в растения из почвенного воздуха при «дыхании» почвы.

Количество воздуха в почве и его состав зависят от ее воздухоемкости и воздухопроницаемости, а также от пористости и влажности, так как почвенный воздух занимает все поры, в которых нет воды.

Воздухоемкость — это способность почвы содержать в себе определенное количество воздуха. Она зависит от пористости и влажности почвы. Чем выше пористость и меньше влажность почвы, тем больше воздухоемкость. На воздухоемкость влияют гранулометрический состав и структура почвы. Чем структурнее почва, тем больше в ней крупных некапиллярных пор, свободных от воды, а следовательно, выше ее влагоемкость. В распыленных бесструктурных почвах мало воздуха. Нормальная аэрация почв обеспечивается в том случае, если воздухоемкость превышает 15 % объема почвы.

Воздухопроницаемость — способность почвы пропускать через себя воздух. Чем полнее она выражена, тем лучше происходит газообмен, тем больше в почвенном воздухе содержится кислорода и меньше диоксида углерода. Воздухопроницаемость зависит от гранулометрического состава почвы, ее оструктуренности, объема пор между агрегатами.

Газообмен почвенного воздуха с атмосферным (аэрация) происходит через систему воздухоносных пор под действием диффузии барометрического давления, изменения температуры почвы, уровня грунтовых вод, количества влаги в почве (зависит от атмосферных осадков, орошения и испарения), а также под действием ветра.

Диффузия обусловлена тем, что в почвенном воздухе концентрация кислорода всегда меньше, а диоксида углерода больше, чем в атмосфере. При этом кислород непрерывно поступает в почву, а СО₂выделяется в атмосферу.

Изменение температуры и барометрического давления вызывает сжатие или расширение почвенного воздуха, а следовательно, и газообмен.

Изменение количества влаги в почве и уровня фунтовых вод способствует газообмену, так как влага атмосферных осадков вытесняет почвенный воздух, а испарение воды из почвы и повышение уровня грунтовых вод вызывают всасывание атмосферного воздуха.

Влияние ветра на газообмен сильнее проявляется на пористых почвах, на которых отсутствует растительность.

Перечисленные факторы действуют на газообмен совместно, однако главным фактором поступления кислорода в почву и удаления диоксида углерода из нее считается диффузия.

Динамика кислорода и СО₂ почвенного воздуха зависит от типа почвы, ее физических и биологических свойств, химического состава, времени года, погодных условий, а также от использования земель. В обрабатываемой почве состав воздуха обусловлен агротехникой и фазой развития возделываемой культуры. От содержания влаги в почве и температуры зависят биологические и биохимические процессы, а следовательно, интенсивность потребления кислорода и продуцирование диоксида углерода. Огромное количество почвенных организмов в процессе дыхания потребляют кислород и выделяют СО₂. Основные потребители кислорода в почве — корневые системы растения, микроорганизмы и почвенные животные. Потребление кислорода высшими и низшими растениями зависит от их биологических особенностей и возраста, а также от температуры и влажности среды и других причин. При увеличении температуры с 5 до 30 °С интенсивность поглощения кислорода и выделения диоксида углерода возрастает в 10 раз. Динамика этих газов в почве сильно подвержена сезонным колебаниям, так как смена времен года сопровождается резким изменением температуры и влажности. Летом потребление кислорода и выделение СО₂ в несколько раз больше, чем ранней весной и поздней осенью.

Регулировать воздушный режим почв можно с помощью агротехнических и мелиоративных приемов. Большое значение имеют такие мероприятия по обеспечению нормального газообмена, как разрушение почвенной корки и поддержание поверхности почвы в рыхлом состоянии, а также приемы обработки почвы, направленные на увеличение некапиллярной скважности, повышающей воздухопроницаемость почвы, и др.

В производственных условиях после полива или дождей почва расплывается, а после высыхания на ее поверхности образуется плотная корка. Если эту корку не разрушить, то проростки семян не выйдут на поверхность и погибнут от недостатка воздуха. Рыхление междурядий способствует повышению аэрации и обеспечивает значительную прибавку урожая.

Улучшение воздушного режима особенно необходимо там, где распространены почвы с избыточным увлажнением. Продуктивность угодий на болотных и заболоченных почвах ограничена плохой аэрацией и недостатком кислорода. Поэтому воздушный режим этих почв регулируют с помощью осушения.

Дата добавления: 2015-04-18 ; просмотров: 8 ; Нарушение авторских прав

Источник

Воздушные свойства и воздушный режим почв

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 %)

Читайте также:

A) переключает режим управления курсором/печати цифр
Communio. Право на долю вещи и доля права на вещь (реальная и идеальная доли). Правовой режим res communes.
D-триггеры. Реализация. Режим работы.
III. Формирование тоталитарного режима
Ағыс режимдері. Ламинарлы және турбулентті ағыс.
А) при нарушении режима обеззараживания мед. инструментария
Авторитаризм и тоталитаризм как государственно-политические режимы.
Авторитарные политические режимы: исторические формы.
Авторитарный политический режим
Авторитарный режим

Химический компонент	Атмосферный вощух	Почвенный воздух
Aзоt (N₂)	78,08	78,08-80,24*
Кислород (O₂)	20,95	20,9-0,01
Аргон (Ar)	0,93	—
Диоксид углерода (CO₂)	0,03	0,03—20,0
Все остальные (пары Н₂O,СН₄ и др.)	0,01	—
* Азот и аргон.

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.

Контрольные вопросы и задания

Дайте понятие почвенного воздуха, назовите его главный состав, отличие от атмосферного воздуха.
В чем значение почвенного воздуха в жизни почвы и продуктивности растений?
Что такое газообмен и какие факторы его определяют?
Перечислите и охарактеризуйте воздушные свойства почвы.
Дайте понятие воздушного режима и охарактеризуйте приемы его оптимизации.

Источник