почвенную воду, содержащую растворенные соли органоминеральные и органи- ческие соединения, газы и тончайшие коллоидные золи. В. И. Вернадский считал почвенные растворы одной из важнейших категорий природных вод, «основным субстратом жизни», «основным элементом механизма биосферы». К. К. Гедройц, А. Г. Дояренко, С. А. Захаров, А. А. Роде, П. А. Крю- ков, Н. А. Комарова, Е. И. Шилова внесли существенный вклад в разработку ме- тодов выделения и особенно в изучение состава и динамики почвенных раство- ров.
Наиболее существенным источником почвенных растворов являются атмо- сферные осадки. Грунтовые воды также могут участвовать в их формировании. В
зависимости от типа водного режима почвы участие грунтовых вод может быть систематическим (выпотной или застойный водный режим) и периодическим (пе- риодически выпотной водный режим). При орошении дополнительным резервом влаги для почвенных растворов становятся поливные воды.
Атмосферные осадки, поверхностные воды, росы, грунтовые воды, попадая в почву и переходя в категорию жидкой ее фазы, изменяют свой состав при взаимо- действии с твердой и газообразной фазами почвы, с корневыми системами расте- ний и живыми организмами, населяющими почву. Образующийся почвенный рас- твор в свою очередь играет огромную роль в динамике почв, питании растений и микроорганизмов, принимает активное участие в процессах преобразования ми- неральных и органических соединений в почвах, в их передвижении по профилю.
Содержание влаги в почвах, а следовательно, и количество почвенного рас- твора могут колебаться в очень широких пределах, от десятков процентов (вода занимает практически всю порозность почвы) до единиц или долей процентов, когда в почве находится лишь адсорбированная вода. Физически прочносвязан- ная вода (гигроскопическая и отчасти максимальная гигроскопическая) пред- ставляет собой так называемый нерастворяющий объем почвенной воды, поэто- му она не входит в состав почвенного раствора как такового. Не успевают стать специфически почвенным раствором и гравитационные воды, быстро просачи- вающиеся через почвенные горизонты по крупным трещинам и ходам корней. Таким образом, почвенный раствор включает все формы капиллярной, рыхло- и относительно прочносвязанной воды почвы.
10.1. Методы выделения почвенных растворов
Для выделения и изучения почвенных растворов в зависимости от условий и задач исследования применяются различные методы.
I группа методов: выделение и изучение почвенного раствора при помощи водных вытяжек, т. е. извлечение раствора добавлением к почве воды в количест- ве, значительно превышающем навеску почвы (наиболее часто применяемое со- отношение почва: вода ==1:5). Составы почвенных растворов и водных вытяжек весьма сильно различаются между собой, как это показал В. А. Ковда (1946, 1947). Поэтому в настоящее время водные вытяжки используются в основном для характеристики содержания в почвах легкорастворимых солей и иногда для опре- деления ряда легко доступных растениям питательных элементов.
II группа методов: выделение раствора из почвы в сравнительно неизменном виде. Для выделения почвенного раствора из образца почвы, предварительно ото- бранного из почвенного профиля, необходимо преодолеть силу взаимодействия твердой и жидкой фаз почвы. Поэтому все методы основываются на применении внешней силы: 1) давление, создаваемое прессом; 2) давление сжатого газа; 3) центробежная сила; 4) вытесняющая способность различных жидкостей. Практи-
чески в современных почвенных исследованиях наиболее часто применяются первый и последний методы, т. е. отпрессовывание раствора или вытеснение за- мещающей жидкостью.
III группа методов: так называемые лизиметрические методы, действующие
по принципу замещения и вытеснения почвенных растворов талыми и дождевыми водами. Для количественного учета и изучения состава просачивающихся сквозь почву растворов применяют лизиметры различного устройства: лизиметры- контейнеры с бетонированными стенками и дном, лизиметры-монолиты, лизи- метры-воронки, плоские лизиметры закрытого типа, в наименьшей степени нару- шающие естественное залегание почвы, лизиметрические хроматографические колонки.
IV группа методов: непосредственные исследования водной фазы почв в поч- ве естественного залегания (измерения in situ) в полевых условиях. Первые опыты с применением электродов, погружаемых в почву, для определения влажности и электропроводимости почв (учет запаса солей) были проведены еще в конце XIX в. Долгое время в почвах определяли лишь активность ионов водорода и окисли- тельно-восстановительный потенциал. В последние годы развитие потенциомет- рических и, в частности, ионометрических методов позволяет более широко про- водить эти исследования, определять широкий набор ионов (Са+2, Mg+2, K+, Na+ NОз-, С1- и др.), измеряя их активность в почве.
10. 2. Химический состав почвенных растворов
Формирование состава почвенных растворов — сложный процесс, который обусловливается и регулируется как абиотическими, так и биотическими факто- рами и компонентами почвы и экосистемы в целом. Состав почвенных растворов зависит от количества и качества атмосферных осадков, от состава твердой фазы почвы, от количества и качественного состава живого и мертвого растительного материала в надземных и подземных ярусах биогеоценоза, от жизнедеятельности мезофауны и микроорганизмов. Состав почвенных растворов постоянно находит- ся под влиянием жизнедеятельности высших растений — изъятие из него корнями определенных ионов и соединений и, наоборот, поступление веществ с корневы- ми выделениями.
Минеральные, органические и органоминеральные вещества, входящие в со- став жидкой фазы почв, могут иметь форму истинно
растворенных или коллоидно-растворимых соединений. Коллоидно-
растворимые вещества представлены золями кремнекислоты и полутораоксидов железа и алюминия, органическими и органо-минеральными соединениями. По данным К. К. Гедройца, коллоиды составляют от 1/10 до 1/4 от общего количества
веществ, находящихся в почвенном растворе.
К важнейшим катионам почвенного раствора относятся Са+2, Mg+2, Na+, К+, H+, Al+3, Fe+3, Fe+2. Среди анионов преобладают НСОз-; CO-2, NO3-, NO2-, Cl-, SO3-, H2P04-, HPO4-2.
Железо, алюминий и многие микроэлементы (Си, Ni, V, Сг и др.) в почвен- ных растворах содержатся главным образом в виде комплексных органомине- ральных соединений, где органическая часть комплексов представлена гумусо- выми и низкомолекулярными органическими кислотами, полифенолами и други- ми органическими веществами.
Концентрация почвенных растворов невелика и в разных типах почв колеб- лется от десятков миллиграммов до нескольких граммов вещества на литр рас- твора. Только в засоленных почвах содержание растворенных веществ может достигать десятков и даже сотен граммов на литр.
Наличие в почвенном растворе свободных кислот и оснований, кислых и ос-
новных солей определяют одно из важнейших для жизнедеятельности растений и процессов почвообразования его свойство — актуальную реакцию почвенного раствора. Реакция почвенного раствора определяется активностью свободных во- дородных (Н+) и гидроксильных ионов (ОН-) и измеряется рН— отрицательным логарифмом активности водородных ионов. рН почвенного раствора разных ти- пов почв колеблется от 2,5 (кислые сульфатные почвы) до 8—9 и выше (карбо- натные и засоленные почвы), достигая максимума в щелочных солонцах и содо- вых солончаках (10—11).
Наиболее низкими концентрациями и кислой реакцией характеризуются поч- венные растворы подзолистых и болотных почв таежной зоны. Концентрация их составляет несколько десятков миллиграммов на 1 л раствора при рН от 5 до 6.
Содержание основных катионов и анионов измеряется единицами или десятками мг/л. Примерно такие же количества главных компонентов почвенного раствора характерны и для сильно выщелоченных почв влажных тропиков и субтропиков. Содержание органического углерода в почвенных растворах таежной зоны дости- гает нескольких десятков миллиграммов на 1 л; под хвойными лесами это раство- ренное органическое вещество в основном представлено фульвокислотами. С
глубиной количество органического вещества в жидкой фазе почвы постепенно уменьшается, что говорит о закреплении мигрирующих воднорастворимых ве- ществ в почвенном профиле. Вместе с органическим веществом мигрирует и же- лезо (в двух- и трехвалентной форме). Железоорганические комплексы присутст- вуют в почвенных растворах в широком диапазоне рН. В почвенных растворах примерно 80–95% железа прочно связано в органоминеральные комплексы. И весной, и осенью в почвенных растворах подзолистой почвы явно доминирует железо, связанное с органическим веществом.
В степных почвах (черноземах, солонцах и др.) концентрация почвенных рас- творов существенно выше, чем в подзолистых и болотных почвах (не десятки, а сотни миллиграммов 1–3 г/л). В связи с более высокой биологической активно-
стью этих почв в них существенно повышается содержание гидрокарбонатного иона, реакция становится нейтральной или слабощелочной. Более высокое посту-
пление химических элементов с высокозольным опадом травянистых степных растений обеспечивает повышение концентрации и других катионов и анионов (кальция, магния, хлора, сульфат-иона). В солодях и особенно в солонцах резко возрастает количество иона натрия, появляется ион CO2-, что обеспечивает в со- лонцах, в частности, щелочную реакцию почвенных растворов. Максимальное со- держание солей (до десятков и сотен граммов на 1л) наблюдается в почвенных растворах солончаков. Концентрация солей в почвенных растворах солончаков в несколько раз превышает их содержание в морской воде.
Если для большинства почв характерен гидрокарбонатно-кальциевый состав почвенных растворов (преобладание этих двух ионов), то в почвенных растворах засоленных почв преобладающая доля принадлежит хлоридам и сульфатам маг- ния и натрия.
Для характеристики степени и характера засоления почв широко применяется анализ водной вытяжки. Этот вид анализа дает возможность проводить массовые определения и в то же время позволяет выделять из почвы максимальные количе- ства солей, находящихся в том числе и в виде осадка в твердой фазе почвы. Вод- ная вытяжка (отношение воды к почве 5:1) растворяет все легкорастворимые со- ли, часть труднорастворимых солей и часть солей, образовавшихся в результате обмена катионов труднорастворимых солей с Na и Mg поглощающего комплекса.
Из исследований вытекает, что общая сумма воднорастворимых веществ в водных вытяжках выше, чем в почвенных растворах; эти различия тем выше, чем меньше растворимость солей. Так, например, содержание сульфата кальция в почвенных растворах не превышает 8–12% от его количества в водной вытяжке, а содержание сульфата магния составляет уже 85–90% от его количества в водной вытяжке. Различия в составе солей почвенных растворов и водных вытяжек больше всего относятся к кальциевым солям и в малой мере к хлорид-иону.
Метод водных вытяжек, оставаясь основным для контроля солевого состоя- ния почв, одновременно позволяет также путем расчетов получить и данные по концентрации почвенных растворов, характеризующие истинные условия суще- ствования растений в данной почве (Н. Г. Минашина, 1970). Расчет концентрации
солей по данным анализа водной вытяжки удобно производить относительно влажности почвы, соответствующей наименьшей влагоемкости (НВ). Н. Г. Ми- нашиной предложена следующая формула расчета концентрации почвенного рас- твора по данным анализа водной вытяжки:
где С — концентрация суммы токсичных солей в почвенном растворе; г/л; S
— % токсичных солей на сухую почву по данным анализа водной вытяжки; V — НВ в процентах по массе за вычетом гигроскопической воды (растворяющий соли объем).
Расчетные и истинные концентрации почвенного раствора для почв Мургаб- ского оазиса Средней Азии, оказались довольно близкими. Исключение составили почвы с высоким содержанием гипса, где расчетные концентрации по водной вы- тяжке выше, чем истинная концентрация растворов.
3. Динамика концентрации почвенного раствора
Тесная связь состава почвенных растворов с изменениями температуры и влажности почвы, интенсивностью деятельности микрофлоры и микрофауны почв, метаболизмом высших растений, процессами разложения органических ос- татков в почве определяют четко выраженную его суточную и сезонную динами- ку.
Для большинства типов почв характерно постепенное, иногда весьма значи- тельное возрастание концентрации почвенных растворов, особенно в верхних го- ризонтах, от весны к лету. Это связано с концентрированием почвенной влаги за счет испарения и транспирации, увеличением интенсивности разложения органи- ческих остатков в теплое время года. Эта общая закономерность нарушается в ря- де случаев из-за своеобразия режимов отдельных типов почв. Так, например, в
тундровых мерзлотных почвах наиболее существенное возрастание концентрации почвенных растворов наблюдается в верхних горизонтах почв в конце зимы за счет криогенного подтягивания растворов из нижних горизонтов почвы к более холодному фронту. Таяние снега и летние дожди вызывают некоторое промыва- ние почвы и разбавление растворов.
Степень динамичности состава почвенных растворов различных генетиче- ских горизонтов почв неодинакова. Содержание микроорганизмов, а следователь- но, и интенсивность биохимических процессов наиболее высоки в подстилке и гумусо-аккумулятивном горизонте. В этих же горизонтах и наиболее контрастны температурные условия и режим увлажнения. В соответствии с этим химический состав почвенных растворов верхних горизонтов наиболее динамичен.
Исследования, выполненные Т.Л.Быстрицкой и сотр. (1981) на обыкновенных черноземах, показали, что сезонная динамика общей концентрации почвенных растворов черноземов не имеет четко выраженных закономерностей; максимумы концентрации могут наблюдаться в разные моменты вегетационного периода. Было отмечено, что причины повышения концентрации почвенного раствора мо- гут быть принципиально разными. Наиболее очевидной причиной является испа- рительное концентрирование, наблюдаемое в наиболее жаркие и сухие периоды года. Однако концентрация почвенных растворов может повышаться и в весенне- раннелетний период, когда происходит бурный прирост фитомассы степной рас- тительности, в раствор поступают обильные корневые выделения и разнообраз- ные продукты разложения органического опада. Общая концентрация почвенного раствора в этот период может возрастать до 2 г/л.
Сопряженное изучение состава и динамики почвенных растворов с динами- кой процессов прироста фитомассы и разложения опада в степях и широколист- венных лесах показало, что решающее влияние на состав почвенных растворов теплого периода года оказывает биологический фактор. Физико-химические про-
цессы испарительного концентрирования или разбавления играют в это время второстепенную роль.
Своеобразна динамика солей в почвенных растворах засоленных почв (В. А.
Ковда, 1946). В весенний период по мере повышения температуры воздуха и поч- вы начинается постепенное испарение почвенной влаги. Соответственно повыша- ется концентрация всех растворенных в почве солей. Этот процесс достигает сво- его максимального выражения с наступлением летней жары и сильного иссуше- ния почвы. В этот период концентрация легко-растворимых солей MgCО3, Na2S04, MgS04 гидрокарбонатов и сульфатов кальция близка к точке насыщения ими рас- твора. Концентрация почвенных растворов солончаков может достигать в этот период 350—400 г/л. Эта фаза сезонного цикла солевого режима может быть на- звана фазой соленакопления.
В период осенне-зимних дождей атмосферные осадки разбавляют почвенный раствор и растворяют часть солей, выпавших летом из раствора в твердую фазу почвы, — наступает фаза разбавления почвенных растворов. Когда под влиянием атмосферных осадков влажность почвы начинает превышать наименьшую влаго- емкость, почвенный раствор перемещается вниз. При этом он сильно разбавляется
вверхних горизонтах почвы, а нижние горизонты почвы и верхние слои грунто- вых вод приобретают повышенную минерализацию. Эту третью фазу солевого режима можно назвать фазой выщелачивания и опреснения почвенного профиля.
Изменения концентрации почвенного раствора засоленных почв в годовом цикле могут быть иллюстрированы следующими показателями (данные П. И. Шаврыгина, 1948): в гор. 0–5 см среднезасоленного светлого серозема концентра- ция от зимы к лету возрастает от 7 до 150 г/л, в пухлом солончаке – от 16 до 410 г/л соответственно. В условиях орошения солевой режим почвенных растворов осложняется, хотя общий ход годового режима сохраняется. Каждый полив в сла- бой степени создает условия для наступления фазы выщелачивания и опреснения. По окончании полива вследствие интенсивного испарения почвенно-грунтовых вод начинается процесс повышения концентрации солей в почвенном растворе.
Использование новых методов исследования почвенных растворов с помо-
щью ионоселективных электродов позволило в последние годы получить данные о суточной динамике ряда ионов в почвенных растворах. Исследования 'на черно- земах показали, что особенно резкому колебанию подвержена активность ионов кальция. Максимум концентрации ионов кальция приходится на дневные часы, минимум – на ночные. Это связано с более активным выделением днем угле- кислоты почвенной биотой, смещением гидрокарбонатно-кальциевого равновесия
всторону растворения кальция и вытеснения его из почвенного поглощающего комплекса. Суточная динамика нитрат-иона в поверхностном горизонте целинно- го чернозема противоположна динамике кальция. Наибольшая концентрация нит- ратов наблюдается в ночные часы, ранним утром и вечером; днем, в период ин- тенсивной фотосинтетической деятельности высших растений, она минимальна. Эти два примера показывают, насколько вариабелен состав почвенного раствора в
суточном цикле и как тесно связан он с функционированием всей экосистемы в целом.
10.4. Роль почвенных растворов в продукционном процессе
Почвенные растворы служат непосредственным источником питания расте-
ний. К. К. Гедройц еще в 1906 г. писал, что дальнейшие успехи агрономии зависят от развития исследований почвенных растворов ввиду той важной роли, которую они играют и в почвообразовании, и в жизни растений. Изменение концентрации
и состава растворов ведет к изменению режима водного и минерального питания растений, что, естественно, непосредственно отражается на их развитии и продук- тивности. Поэтому человек своими разнообразными воздействиями на почву в
процессе сельскохозяйственного производства по существу всегда стремился и стремится регулировать тем или иным способом состав почвенного раствора, сде- лать его состав оптимальным для получения наиболее высокой 'продуктивности агроценозов.
Орошение и осушение почв наряду с созданием благоприятного водного ре- жима и режима аэрации позволяют в одном случае разбавить слишком концен- трированные растворы, в другом — понизить концентрацию оксидных соедине- ний железа (II) и других элементов, токсичных для растений. Внесение удобрений способствует оптимальному содержанию в почвенных растворах элементов — биофилов. Успех этих мероприятий в значительной мере определяется правиль-
ностью и точностью инженерных и агрономических приемов и соответственно функционированием агроценоза в целом.
Для питания растений большую роль играет осмотическое давление почвен- ного раствора. Если осмотическое давление почвенного раствора равно осмотиче- скому давлению клеточного сока растений или выше его, то поступление воды в. растения прекращается. Сосущая сила корней большинства сельскохозяйствен- ных растений не превышает 100–120 МПа.
Осмотическое давление зависит от концентрации почвенного раствора и сте- пени диссоциации растворенных веществ. В незасоленных почвах осмотическое давление составляет не более 10 МПа; большие дозы удобрений могут повысить его до 15–20 МПа. Осмотическое давление сильно изменяется при изменении влажности почвы, так как концентрация почвенного раствора при этом сильно варьирует. При уменьшении влажности от НВ до ВЗ (влага завядания) концентра- ция раствора изменяется в 5–6 раз и соответственно возрастает осмотическое дав- ление. При повышении осмотического давления почвенного раствора нарушается нормальное развитие сельскохозйственных культур. У пшеницы, например, на- блюдается задержка кущения, но ускоряются колошение, цветение и созревание, уменьшается урожайность, но увеличивается содержание белка в зерне.
Наиболее высоким осмотическим давлением характеризуются засоленные почвы. В почвенных растворах среднезасоленных почв оно составляет 30–40 МПа, в сильнозасоленных — 50–60 МПа. При концентрации почвенного раствора 20—50 г/л осмотическое давление может возрастать до 150–260 МПа. На пре- дельные значения осмотического давления, при которых влага перестает посту- пать в растения, существенное влияние оказывает состав растворов. Так, в песча- ных почвах при сульфатном засолении предельное осмотическое давление, при котором растения начинают ощущать острый дефицит влаги, составляет 150 МПа, а при хлоридном засолении – 260 МПа.
Влияние засоления почв на культурные растения хорошо прослеживается на
примере хлопчатника. Исследования в Средней Азии показали, что всходы хлоп- чатника переносят концентрацию почвенного раствора, не превышающую 5–8 г/л. Нормальное развитие хлопчатника в последующие фазы развития требует, чтобы общая концентрация солей почвенного раствора в пахотном горизонте не превы- шала 10–12 г/л. В. А. Ковда отметил два переломных момента в реакции растений на повышение концентрации почвенного раствора. При хлоридно-сульфатном за- солении до концентрации 12 г/л почвенные растворы не токсичны для хлопчатни- ка, при концентрации раствора от 12 до 25 г/л растения испытывают заметное уг- нетение, а при концентрации более 25 г/л хлопчатник гибнет. Роль концентрации солей в почвенном растворе и значений осмотического давления в снижении уро- жайности хлопчатника. Крайний предел концентрации почвенного раствора, ко- гда растение хлопчатника уже гибнет, 30 г/л (в этих опытах почвенные растворы выделялись прессом при давлении 1530 МПа и влажности, равной НВ).
Для сельскохозяйственных растений весьма неблагоприятны также щелочная реакция почвенного раствора и высокое содержание в нем соды (Nа2СОз). Такие условия создаются, в частности, на засоленных луговых почвах. Почвенный рас- твор столбчатого горизонта солонца содержит до 2 г/л соды при рН 8,6, а раствор подсолонцового горизонта имеет 4 г/л соды при рН 9,1—10,0. Эти количества, безусловно, токсичны для сельскохозяйственных культур. Почвы этого типа нуж- даются в химических мелиорациях.
Жидкая часть почвы, или почвенный раствор, – наиболее подвижная, измен- чивая и активная часть почвы, из которой растения поглощают ионы. В почвен- ном растворе содержатся минеральные, органические и органоминеральные ве- щества, совершаются важные химические процессы. В зависимости от типа почвы
и других условий в почвенном растворе могут присутствовать анионы НСО3-, NО3-, Н2РО4-, Cl-, SO4-2 и катионы К+, Са+2, Mg+2, NH4+, а также соли железа,
алюминия и различные водорастворимые органические вещества (сахара, амино- кислоты).
Наиболее благоприятная концентрация их в почвенном растворе для расте- ний – 1 г в 1л (0,1 %), в почве концентрация солей ниже: 0,5 г/л (0,05 %). Избыток солей в почве (больше 0,2 %) вреден для растений. Осмотическое давление поч- венного раствора значительно ниже, чем в клеточном соке растений. На состав и концентрацию почвенного раствора воздействуют: удобренность почвы, влаж- ность, интенсивность деятельности микроорганизмов, минерализации органиче- ского вещества, вымывания в нижележащие слои, усвоение ионов растениями и т. д.
11.ГАЗОВАЯ ФАЗА ПОЧВЫ.
11.1.Состав почвенного воздуха и воздушные свойства почв.
Почвенный воздух – это смесь газов и летучих органических соединений, заполняющий поры почвы, свободные от воды. Главным источником почвенного воздуха является атмосферный воздух и газы, образующиеся в самой почве. По-
падая в почву, атмосферный воздух претерпевает значительные изменения. По- этому состав почвенного воздуха отличается от атмосферного воздуха (табл.11.1).
Таблица 11.1. Состав атмосферного и почвенного воздуха, %.
Воздух |
О2 |
N |
СО2 |
Прочие |
|
|
|
|
газы |
Атмосферный |
20,95 |
78,08 |
0,03 |
1 |
Почвенный (верхние 15-30 см) |
11-21 |
78-86 |
0,3-8,0 |
- |
Состав атмосферного воздуха достаточно постоянен, и содержание его ос- новных компонентов практически не меняется. Почвенный воздух отличается значительной динамичностью. Изменение состава почвенного воздуха происхо- дит вследствие процессов жизнедеятельности организмов, дыхания корней расте- ний и почвенной фауны, в результате окисления органического вещества. Транс- формация атмосферного воздуха в почве тем интенсивнее, чем выше ее энергети- ческий потенциал и биологическая активность, а также зависит от сложности уда- ления газов из почвенного профиля. Зависимость интенсивности поглощения ки- слорода почвой из атмосферы выражается следующей формулой (В.Д.Федоров, Т.Г.Гильманов, 1980):
SO2 = F (CO2, TS, W, RS, FS, MS, NS…),
где СO2 – концентрация кислорода в почвенном воздухе; TS – температура почвы, W - влажность почвы; RS - количество корней в почве; FS - дыхание почвенных животных; MS - активность почвенных микроорганизмов; NS - содержание орга- нического вещества.
В зависимости от количественного содержания, в почвах различают макро- газы и микрогазы. К макрогазам относятся азот, кислород, диоксид углерода, к микрогазам – СО, N2О, NО2, предельные и непредельные углеводороды, водород, сероводород, аммиакэфиры, пары органических и неорганических кислот и дру- гие.
Из всех газов почвенного воздуха наиболее динамичны кислород и угле- кислый газ. Это объясняется непрерывным поступление кислорода, необходимого для дыхания почвенной фауны и флоры и образованием углекислоты как следст- вие процессов окисления органического вещества почвы и активной жизнедея- тельности почвенных организмов. В почвенном воздухе содержание СО2 может доходить до 4-6%, содержание О2 не превышать 15%, содержание азота мало от- личается от атмосферного, при этом в почве обнаруживается характерный про- дукт денитрификации – закись азота (NО3).
Состав почвенного воздуха различен для различных почвенных горизонтов, различных типов почв и изменяется по сезонам года в связи с колебаниями влаж- ности почвы, разложением животных и растительных остатков, внесением орга- нических удобрений.
Процесс поглощения воздуха почвой зависит от ее морфологических осо- бенностей, содержания органических веществ, минералов монтмориллонитовой группы, а также соединений, обладающих большой поглотительной способно- стью в отношении газов, от давления и температуры воздуха.
Воздушно-физические свойства почв характеризуются рядом показателей, главными из которых являются воздухопроницаемость и воздухоемкость.
Воздухоемкость – это максимально возможное количество воздуха, кото- рое может содержаться в воздушно-сухой почве. Выражается в объемных процен- тах. Величина воздухоемкости приближается к пористости сухих почв, исключая объема, занятого гигроскопической водой и поглощенным воздухом. Она имеет наибольшие показатели в сухих структурных рыхлых почвах, а также в почвах легкого гранулометрического состава.
Существует капиллярная и некапиллярная воздухоемкость. Капиллярная воздухоемкость – это способность почвы в сухом состоянии поглощать и удержи- вать воздух в капиллярных порах малого диаметра. Чем выше капиллярная возду- хоемкость, тем меньше подвижность воздуха и сложнее газообмен между почвой и атмосферой. Некапиллярная воздухоемкость - это способность почвы при ка- пиллярном насыщении водой содержать определенный объем свободного возду- ха. Некапиллярная водухоемкость прямо пропорциональна некапиллярной скваж- ности почвы.
Соотношение капиллярной и некапиллярной воздухоемкости является важ- ным показателем воздушно-физических свойств почвы. Структурные почвы все- гда имеют определенную величину некапиллярной скважности, которая свободна от воды и заполнена воздухом даже при большой влажности почвы. Это обеспе- чивает определенную степень проветриванности почвы.
Воздухопроницаемость – это способность почвы пропускать в единицу времени через единицу объема определенное количество воздуха. Водопроницае-
мость является необходимым условием для осуществления газообмена между почвой и атмосферой. Передвижение воздуха в почве происходит по порам, со- единенным друг с другом и не заполненных водой. Чем крупнее поры аэрации, тем лучше выражена воздухопроницаемость почв как в сухом, так и во влажном состоянии. Водопроницаемость структурных рыхлых почв значительно выше, чем плотных бесструктурных глинистых почв, она максимальна в сухих почвах и бы- стро снижается при увлажнении.
11.2. Газообмен между почвой и атмосферой.
Свойства почв определяющие процессы обмена почвенного воздуха с атмо- сферным, называется газообменом или аэрацией. Газообмен осуществляется че- рез систему почвенных пор, сообщающихся между собой и атмосферой. Аэрация почв – это величина фактического содержания воздуха в почве, выраженная в объемных процентах. Величина аэрации характеризует разность между общей скважностью и влажностью почвы. Чем выше влажность, тем меньше аэрация, так как большая часть объема почвы занята влагой. Максимальная степень аэрации