какое содержание о2 и со2 для аэробных свойств почв
Сельское хозяйство | UniversityAgro.ru
Агрономия, земледелие, сельское хозяйство
Популярные статьи
Приложения для Android
Воздушный режим почв
Воздушный режим почв — совокупность процессов взаимодействия растений с газами, содержащимися в почве.
Воздух, содержащийся в почве, его состав и газообмен с приземным слоем атмосферы относятся к земным факторам жизни растений.
Навигация
Значение воздуха в жизни растений
В процессе жизнедеятельности, растения, в противоположность процессу фотосинтеза, дышат, потребляя кислород и выделяя углекислый газ. Благодаря дыханию в растениях происходят окислительные реакции, в которых высвобождается энергия для роста и развития.
В.И. Вернадский отмечал, почва, взятая без газов, не есть почва. Говоря о значении биохимических процессов, о значении почвы в области биосферы, указываем тем самым на главенствующую роль газов в почвенных процессах.
Кислород воздуха необходим для прорастания семян. Семена, помещенные на дно сосуда и покрытые слоем воды, набухают, но не дают проростков. При контакте семян с воздухом, они дружно прорастают.
Надземная часть растений обеспечивается кислородом лучше, чем подземная. Однако иногда в практике земледелия бывает, что растения погибают от его недостатка в приземном слое воздуха. Например, в посевах озимых культур, при выпадении большого количества снега на не замерзшую почву, растения продолжают вегетировать, быстро расходую запасы кислорода под снегом. Так как новые порции кислорода не поступают, это приводит к задыханию озимых, в результате чего происходит выпревание озимых хлебов. Аналогичная ситуация складывается при образовании ледяной корки в посевах озимых.
Корневая система также нуждается в кислороде. Отношение культурных растений к недостатку почвенного воздуха различно. Наиболее требовательны в этом отношении — бобовые, масличные, корне- и клубнеплоды; менее чувствительны — зерновые, за счет частичного снабжения корней кислородом по воздухоносным полостям стеблей. Особенно сильно полости развиты у кукурузы и риса.
Кислород воздуха играет важную роль для почвенных микроорганизмов, разлагающих растительные остатки в почве. Азотфиксирующим бактериям, для нормально жизнедеятельности также нужен азот.
Научная электронная библиотека
3. Динамика О2 и СО2 почвенного воздуха. Роль О2 и СО2 в почвенных процессах и продуктивности растений
Содержание О2 и СО2 в почвенном воздухе непостоянно и зависит от типа почвы, ее свойств (физических, химических, биологических), от времени года и погодных условий и от вида угодий (пашня, лес, луг). На пашне состав воздуха зависит от возделываемой культуры и применяемой агротехники.
В почвах нормального увлажнения содержание кислорода, как правило, уменьшается от верхних горизонтов к нижним, количество же углекислого газа, наоборот, в этом направлении увеличивается. Содержание О2 и СО2 в почвенном воздухе тесно связано с наличием растительности, ее составом. Так, при наличии растительности на пахотных угодьях в составе почвенного воздуха меньше содержится О2 и больше СО2, чем на паровом поле.
Особенно большое влияние на состав почвенного воздуха оказывает влага и температура почвы. С увеличением влажности уменьшается воздухоемкость, нарушается система воздухоносных пор, а следовательно, ухудшаются условия газообмена. Кроме того, от содержания влаги в почве и температуры зависит напряженность биологических и биохимических процессов и в связи с этим интенсивность потребления кислорода и продуцирования углекислого газа. При оптимальной влажности с повышением температуры содержание углекислого газа в почвенном воздухе увеличивается, а кислорода – уменьшается. В летний период при высокой температуре и влажности, близкой к влажности завядания, наблюдаются самые низкие концентрации углекислого газа и самые высокие – кислорода.
В годовой цикле динамики кислорода и углекислого газа в почвенном воздухе минимальное содержание О2 и максимальное может приходиться или на теплый, или на холодный период года, в зависимости от состояния газообмена. Так, в почвах степной и полупустынной зон самая высокая концентрация СО2, по наблюдениям В.Б. Мацкевича, была летом, а осенью и зимой почвенно-грунтовая толща освобождалась от ранее накопленных запасов углекислого газа. На дерново-подзолистых почвах таежно-лесной зоны как под полевыми культурами, так и под лесом в отдельные годы почвенный воздух за зимний период не только не освобождался от накопленного летом углекислого газа, но и еще более обогащался им. Удаление СО2 происходило или весной, или летом при подсыхании почвогрунтов и создании благоприятного газообмена в верхних и нижних горизонтах. Если почва в зиму уходила слабо увлажненной, с достаточной пористостью аэрации и, следовательно, с хорошим газообменом во всех горизонтах, то почвенный воздух освобождался от ранее накопленного углекислого газа и в весенне-зимний период.
Таким образом, наблюдения за динамикой О2 и СО2 в газовой фазе почв показывают, что она многофакторна и сложна.
Научная электронная библиотека
1. Состав почвенного воздуха. Потребление О2 и продуцирование СО2 в почве
Почвенный воздух – важнейшая составная часть почвы, один из факторов жизни растений. Он является источником кислорода для дыхания корней растений, аэробных микроорганизмов и почвенной фауны.
В табл. 3 приводится состав атмосферного и почвенного воздуха. Как видно из этих данных, основными компонентами атмосферного воздуха являются азот, кислород, аргон и углекислый газ (двуокись углерода). На долю остальных газов приходится всего лишь 0,01 объема.
Состав атмосферного и почвенного воздуха (в объемных единицах)
Углекислый газ (СО2)
Все остальные (пары Н2О, СН4 и др.)
Примечание. *Азот + аргон.
Из всех газов почвенного воздуха наиболее динамичны кислород и углекислый газ; им принадлежит очень важная роль в жизни почвы и населяющих ее организмов.
Различная концентрация кислорода и углекислого газа в почвенном воздухе определяется двумя группами противоположно направленных процессов: с одной стороны, интенсивностью потребления кислорода и продуцирования углекислого газа, и с другой – скоростью газообмена между почвенным и атмосферным воздухом.
Основными потребителями кислорода в почве являются корни растений, микророорганизмы и животные, и лишь незначительная часть его расходуется на чисто химические процессы окисления.
Количество кислорода, потребляемого растениями (высшими и низшими), зависит от биологических особенностей организма, возраста, условий среды (температура, влажность, наличие питательных веществ и т.д.) и других причин. При этом отдельные группы организмов по количеству потребляемого ими в процессе дыхания кислорода могут сильно отличаться друг от друга. Основная масса кислорода в почве расходуется в процессе аэробного дыхания. В оптимальных условиях аэрации дыхательный коэффициент (ДК) близок к единице или равен ей, т.е. количество выделившегося углекислого газа эквивалентно количеству поглощенного за это время кислорода. Следовательно, по количеству выделившегося СО2 мощно судить о количестве поглощенного О2. Однако ДК в зависимости от ряда причин (биологические особенности растений, состав органического вещества, температура и влажность почвы, содержание в почве кислорода) может сильно меняться.
Углекислый газ образуется в почве главным образом за счет биологических процессов. Частично углекислый газ может поступать в почвенный воздух из грунтовых вод, а также в результате его десорбции из твердой и жидкой фаз почвы. Некоторое количество СО2 может образоваться вследствие превращения бикарбонатов в карбонаты при испарении почвенных растворов [Са(НСО3)2 = СаСО3 + Н2О + СО2] и в результате воздействия кислот на карбонаты почвы, а также вследствие химического окисления органического вещества.
Почвенный воздух и воздушный режим почв
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.
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.
Научная электронная библиотека
2. Воздушные свойства почвы. Газообмен почвенного воздуха с атмосферным
К воздушным свойствам почвы относятся воздухоемкость и воздухопроницаемость.
Та часть объема почвы, которая занята воздухом при данной влажности, называется воздухоемкостью. Почвенный воздух заполняет все поры почвы, незанятые водой, и, следовательно, количество его зависит от пористости и влажности почвы. Чем выше пористость и меньше влажность почвы, тем больше в ней воздуха.
Очень важным воздушным свойством почвы является воздухопроницаемость, т.е. способность почвы пропускать через себя воздух. Воздухопроницаемость является непременным условием газообмена между почвой и атмосферным воздухом. Чем она полнее выражена, тем лучше происходит газообмен, тем больше в почвенном воздухе содержится кислорода и меньше углекислого газа. Воздух в почве передвигается по порам, не заполненным водой и не изолированным друг от друга. Чем крупнее поры аэрации, тем лучше выражена воздухопроницаемость. На структурных почвах, где наряду с капиллярными порами имеется достаточное количество крупных некапиллярных пор, создаются наиболее благоприятные условия для воздухопроницаемости.
Процессы обмена почвенного воздуха с атмосферным называют аэрацией или газообменом. Газообмен осуществляется через систему воздухоносных пор почвы, сообщающихся между собой и с атмосферой. К факторам, вызывающим газообмен, относятся:
2) изменение температуры почвы;
3) изменение барометрического давления;
4) изменение количества влаги в почве под влиянием осадков, орошения и испарения;
6) изменение уровня грунтовых вод или верховодки.
Диффузия – процесс перемещения газов в соответствии с их парциальным давлением. Поскольку в почвенном воздухе концентрация кислорода всегда меньше, а углекислого газа больше, чем в атмосфере, то под влиянием диффузии создаются условия для непрерывного поступления кислорода в почву и выделения СО2 в атмосферу.
Изменение температуры и барометрического давления также обусловливает газообмен, так как при этом происходит сжатие или расширение почвенного воздуха. По расчетам Н.П. Поясова, во время дневного нагревания темно-каштановой почвы, из слоя от поверхности до глубины проникновения суточной температурной волны выталкивается около 1,4 % почвенного воздуха, что говорит о малой эффективности этого фактора газообмена.
Поступление влаги в почву с осадками или при орошении вызывает сжатие почвенного воздуха, его выталкивание наружу и засасывание атмосферного воздуха. Выпадающие дожди, по подсчетам Роммеля, могут обеспечить лишь 6-8 % всего газообмена. Газообмен происходит и при испарении воды из почвы, когда на место испарившейся воды поступает равное по объему количество атмосферного воздуха. Поскольку этот процесс протекает медленно, то и его значение в газообмене незначительно.
Влияние ветра на газообмен обычно невелико и зависит от скорости ветра, от макро- и микрорельефа, от структуры почвы и характера ее обработки. Наибольший газообмен под влиянием ветра проявляется на пористых почвах без растительности.
Все рассмотренные факторы газообмена действуют в природных условиях совместно, и в процессе газообмена проявляется их суммарный эффект. Однако главным и непрерывно действующим фактором поступления кислорода в почву и удаления углекислого газа из нее следует признать диффузию.