Материал: Pochvovedenie_Kovda_chast1

ном взаимодействии. Процессы сорбции — десорбции, растворе­ ния — дегазации в условиях изменяющихся концентраций газов, температур, давлений, влажности протекают постоянно. Система находится в состоянии подвижного равновесия, определяемого изменчивостью термодинамических условий и биологической ак­ тивности. Благодаря этим явлениям почвенный воздух, раствор и поглощающий комплекс почвы образуют взаимосвязанную си­ стему, создают свойственную почвам буферность.

8.2. Воздушно-физические свойства почв

Совокупность ряда физических свойств почв, определяющих состояние и поведение почвенного воздуха в профиле, называется

воздушно-физическими свойствами почв. Наиболее важными из них являются воздухоемкость, воздухосодержание, воздухо­ проницаемость, аэрация.

Общей воздухоемкостью почв называют максимально воз­ можное количество воздуха, выраженное в процентах по объему, которое содержится в воздушно-сухой почве ненарушенного строения при нормальных условиях. Общую воздухоемкость (Ров) можно определить по формуле

где РОБЩ—общая порозность почвы, %; Рг—объем гигроско­ пической влаги, %.

Воздухоемкость почв зависит от их гранулометрического состава, сложения, степени оструктуренности. По характеру вли­ яния на состояние почвенного воздуха следует различать капил­ лярную и некапиллярную воздухоемкость. Почвенный воздух, размещенный в капиллярных порах малого диаметра, характе­ ризует капиллярную воздухоемкость почв. Высокий процент ка­ пиллярной воздухоемкости указывает на малую подвижность почвенного воздуха, затрудненную транспортировку газов в пре­ делах почвенного профиля, высокое содержание защемленного и сорбированного воздуха. Преобладание капиллярной воздухо­ емкости характерно для тяжелоглинистых, бесструктурных, плот­ ных, набухающих почв. При высоких уровнях увлажнения капил­ лярная воздухоемкость не обеспечивает аэрацию почв, создает анаэробные зоны и благоприятствует развитию внутрипочвенного оглеения.

Существенное значение для обеспечения нормальной аэрации почв имеет некапиллярная воздухоемкость, или порозность аэрации, т. е. воздухоемкость межагрегатных пор, трещин и камер. Она включает крупные поры, межструктурные полости, ходы корней и червей в почвенной толще и связана в основном со свободным почвенным воздухом. Некапиллярная воздухоемкость (Ра — порозность аэрации) определяет количество воздуха, суще-

166

ствующего в почвах при их капиллярном насыщении влагой. Она вычисляется по уравнению

где Рк — объем капиллярной порозности, %.

Наибольших значений (25—30%) нскапиллярная воздухоемкость достигает в хорошо оструктуренных, слабоуплотненных почвах.

Количество воздуха, содержащегося в почве при определенном

кая отрицательная корреляция между влаго- и воздухосодержа­ нием. Воздухосодержание колеблется в различных почвах и в раз­ личные сезоны от 0 (на переувлажненных или затапливаемых тер­ риториях) до 80—90% (на переосушенных торфяниках). Во всех типах почв воздухосодержание имеет четко выраженную сезонную

способность почвы пропускать через себя воздух. Воздухопрони­ цаемость определяет скорость газообмена между почвой и ат­

главным образом некапиллярной порозностью. Особое внимание при исследовании воздухопроницаемости следует обращать на состояние поверхности почвы, ее разрыхленность, наличие корок, трещин. Воздухопроницаемость в естественных условиях изменя­ ется в широких пределах от 0 до 1 л/с и выше.

167

суточная и сезонная амплитуды колебаний температур воздуха, суточная и сезонная амплитуды колебаний атмосферного давле­ ния, температурные градиенты на поверхности раздела почва — атмосфера, турбулентность атмосферного воздуха, количество осадков и характер их распределения, интенсивность и объем испарения и транспирации воды;

2) физические свойства почвы - гранулометрический состав, структура, состояние поверхности, плотность, количество и ка­ чество пор аэрации, температурный режим почв и режим их влажности;

3)физические свойства газов — скорость диффузии, градиен­ ты концентраций газов в почвенном профиле и на границе разде­ ла почва — атмосфера, гравитационный перенос газов под дейст­ вием силы тяжести, способность к сорбции — десорбции на твердой фазе, растворение в почвенных растворах и дегазация;

4)физико-химические реакции в почвах — обменные реакции между почвенным поглощающим комплексом — почвенным раст­ вором — газовой фазой, реакции окисления — восстановления.

Основным механизмом массопереноса газов в почве, а также газообмена между почвой и атмосферой является диффузия — перемещение газов под действием градиента концентраций. Остальные факторы тем или иным путем связаны с ней, либо изменяя градиенты концентраций газов, либо изменяя свойства среды, через которую идет диффузия. Конвективный (под дейст­ вием температурных градиентов), гравитационный (под действи­ ем силы тяжести) газопереносы, а также перенос газов при из­ менениях атмосферного давления имеют подчиненное значение.

Поток газообразного вещества (Qs), протекающего через единицу площади почвенной пористой среды за единицу време­ ни, можно рассчитать, используя уравнение молекулярной диф­ фузии (первый закон Фика):

(29)

где Д — коэффициент диффузии газа в почве, см2 •с; с — кон­ центрация газа в почвенном воздухе, мг/см3; z — глубина слоя, см.

168

Коэффициент диффузии газа в атмосфере (Da) существенно выше, чем в почвах (табл. 29). Разработано уравнение, связы­ вающее коэффициенты почвенной и атмосферной диффузии с порозностью аэрации:

где а и b - эмпирические константы, характеризующие сложе­ ние среды, через которую идет диффузия. При расчетах скорости диффузии необходимо вносить поправки на температуру, которые в каждом конкретном случае имеют индивидуальные значения.

8.4. Состав почвенного воздуха

Современный состав земной атмосферы, по мнению В. И. Вер­ надского, имеет биогенную природу, причем огромную роль в формировании атмосферы играет газообмен между ее приземным слоем и почвой. Атмосферный воздух представляет собой смесь газов, основную массу которой создают три — азот, кислород, аргон; остальные газы присутствуют в незначительных количествах. Ниже приведен состав атмосферного воздуха (по М. А. Другову, А. В. Березкиной, 1981).

Попадая в почву, атмосферный воздух претерпевает значи­ тельные изменения. Например, парциальное давление диоксида углерода (СО2) увеличивается в десятки, сотни и более раз и становится более динамичным, чем в атмосферном воздухе (табл. 30).

Т а б л и ц а 30. Пределы изменений основных газов в почвенном воздухе пахотных горизонтов в периоды активной вегетации

Изменение состава почвенного воздуха происходит главным образом вследствие процессов жизнедеятельности микроорганиз­ мов, дыхания корней растений и почвенной фауны, а также в результате окисления органического вещества почв. Трансформа­ ция атмосферного воздуха в почве тем интенсивнее, чем выше ее

169