Газовый состав почвы влияет на

Обновлено: 07.07.2024

Растения потребляют воздух не только из атмосферы, но и из грунта при помощи корней. Конечно, в земле содержится не так много газообразных компонентов, тем не менее, от правильного воздушного и водного режима почвы во многом зависит урожайность определенного участка или значительной по размеру площади сельскохозяйственных угодий. Значительную роль газов в почвенных процессах подчеркивал академик Вернадский.

Как выглядит почва, в которой много воздуха, и каков ее состав

Почва, которая содержит большое количество воздуха, отличается рыхлостью, сыпучестью, достаточно крупными частицами, хорошо пропускает воду, но удерживает определенное ее количество. Такой грунт насыщен питательными веществами и хорошо аэрирован.

Для развития сельскохозяйственных растений лучшим вариантом почвы считается суглинистая. Она годится для выращивания десятков культур и отличается следующими характеристиками:

Простота обработки.
Высокий процент питательных компонентов.
Значительный уровень воздухо- и водопроводимости.
Равномерное распределение влаги по горизонту залегания.
Удерживание тепловой энергии.

Этот тип почвы не нуждается в улучшении, ее качество можно просто поддерживать путем внесения органических и минеральных удобрений, перекопкой и мульчированием.

Для горшечных растений субстрат изготавливается специально, с учетом конкретных требований разных видов. Большинство из них предпочитает легкую, проницаемую почву с хорошим удержанием воды, в которой воздух образует часть, достигающую 25 % всего объема, вода – 25 %, минеральные компоненты – 25 %, а органика – всего 5 %.

Лучшими характеристиками в плане содержания почвенных газов отличается грунт, состоящий из чернозема, песка, выветренного (некислого) торфа. Для придания большей воздухо- и водопроницаемости в такую землю добавляют инертные природные компоненты, например, перлит, или имеющие искусственное происхождение (шарики из пенопласта). Подобный грунт имеет наиболее высокие характеристики по всем важнейшим параметрам: питательности, воздухопроницаемости, удержания и пропускания влаги. Корни растений в нем отлично развиваются, а зеленая масса исправно нарастает

Экологическая роль почвенного воздуха для растений

Для растений значение имеет не только атмосферный воздух, но и его наличие, качество и состав в грунте. Почвенные газы заполняют все пустоты в земле, в которых нет воды. Лучше всего растения развиваются в том случае, если воздух содержится в крупных пустотах, а вода – в мелких и средних.

По сравнению с атмосферным, почвенный воздух содержит меньше кислорода и больше углекислого газа. При этом верхние слои хорошо аэрированной почвы содержат больше кислорода, чем нижние. Это важно для растений, так как прорастание семян происходит только при наличии кислорода.

Между почвенным и атмосферным воздухом газообмен происходит непрерывно. Рыхлые почвы обмениваются газообразными компонентами лучше и быстрее, чем плотные или заболоченные, потому что в первых практически нет пор, а во вторых воздух из полостей вытесняется избытком воды.

В почве кислорода меньше, чем в атмосфере, но больше углекислоты. Это приводит к процессу диффузии, то есть перемешиванию и перераспределению газов. Такие свойства грунта положительно влияют на развитие растений, нуждающихся в обилии углекислого газа для усвоения питательных веществ. При этом корни растений меньше нуждаются в углекислом газе, чем надземная часть, поэтому непрерывный воздухообмен – важнейшее условие получения здоровых посадок и полноценных урожаев.

Условия газообмена между почвой и атмосферой

Для того чтобы почва и атмосфера осуществляли полноценный газообмен, грунт должен отвечать следующим показателям:

Воздухопроницаемость, то есть способность пропускать воздух.
Воздухоемкость – объем, занимаемый воздухом в почве при конкретных показателях ее влажности.

Рыхлые грунты являются наиболее воздухопроницаемыми и воздухоемкими, потому что в них большие полости между отдельными частицами. При внесении в такие почвы органических веществ, например, навоза или компоста, рыхлость и питательность увеличиваются, что приводит к повышению важнейших показателей. Также добавление органики приводит к увеличению выделения углекислоты, что стимулирует газообмен с атмосферой, а это способствует активации роста надземной части сельскохозяйственных и декоративных культур.

Пути воздействия на воздушный режим почв

Лучшими способами улучшения воздушного режима почвы являются рыхление и внесение органических удобрений. Это усиливает проницаемость воздуха, приводит к интенсивному газообмену между почвенным и атмосферным воздухом.

Для тяжелых, наполненных влагой грунтов применяется высаживание культурных растений на гребни или грядки.

Окончил Херсонский экономико-правовой институт. С 2008 года занимается выращиванием ягод и саженцев малины, клубники и ежевики. Сейчас владелец небольшого питомника "Заречье Плант".

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.

Почва состоит из четырех (фаз или частей): твердой, жидкой, газообразной и живой.

Твердая фаза почвы. В состав твердой фазы почвы входят минералы и химические соединения, унаследованные от исходной горной породы и неизмененные при последующем выветривании и почвообразовании – их называют первичными. Твердую фазу почвы формируют разнообразные компоненты вторичного происхождения. Они образуются при выветривании исходной горной породы и почвообразовании. Это: вторичные глинистые минералы, простые соли, оксиды и гидроксиды, растительные остатки и продукты их трансформации типа детрита, гумусовые вещества и их органо-минеральные производные. Эти продукты образуются на месте или же приносятся агентами геохимической миграции — поверхностными, внутрипочвенными и грунтовыми водами, а также аэральным путем.

Твердая фаза почвы характеризуется гранулометрическим, минералогическим и химическим составом, сложением, структурой и пористостью.

Жидкая фаза почвы. Это влага, циркулирующая в пределах почвенного профиля вместе с растворенными в ней разнообразными минеральными, органическими и органо-минеральными соединениями. Она называется почвенным раствором. Почвенный раствор представ ляет собой исключительно динамичную фазу почвы, он играет важную роль в жизни живых организмов, а также в процессах миграции веществ в почвенном профиле. Динамика почвенного раствора тесно связана с характером атмосферного и грунтового увлажнения почвы, температурным и окислительно-восстановительным режимами, деятельностью живых организмов.

Газовая фаза почвы. Представляет собой почвенный воздух, который заполняет разнообразные пустоты (поры, трещины и т. п.), имеющиеся в почве и не занятые водой. Почвенный воздух существенно отличается от атмосферного и динамичен во времени.

Живая фаза почвы. Эта фаза представлена живыми организмами, населяющими почву, которые помимо всего прочего служат важнейшим фактором почвообразования. В состав живой фазы почвы входят разнообразные микроорганизмы (бактерии, грибы, актиномицеты, водоросли), почвенная микро- и мезофауна (простейшие, насекомые, черви и т. д.), корневые системы зеленых растений.

Все фазы почвы взаимосвязаны, оказывают взаимное влияние друг на друга и существуют как единое целое, между почвой и окружающей средой происходит постоянный обмен веществом и энергией, т. е. почва — открытая система.

Взаимодействие почвы с другими природными телами осуществляется через следующие процессы:

• многосторонний обмен газами (О2, СО2, 2 и др.) и влагой (жидкой и парообразной)

в системе атмосфера—почва—растения—порода;

• обмен коротко- и длинноволновой радиацией в системе Солнце_почва_атмосфера;
• многосторонний обмен тепловой энергией в системе атмосфера—почва—порода;
• обмен биофильными элементами в системе почва—растения;
• одностороннее поступление в почву органического вещества, синтезированного зелеными растениями и несущего в себе химическую энергию (трансформированную лучистую энергию Солнца).

Почва — сложная структурная система .

По Б.Г.Розанову (1975), под структурным уровнем организации того или иного объекта понимается такая группа материальных объектов, все индивидуальные представители которой характеризуются принципиально однотипным характером превращений вещества и энергии и однотипными как по направлению, так и по интенсивности взаимодействиями. Каждый структурный уровень характеризуется своим особым комплексом природных законов поведения и взаимодействия (внутри себя и с окружающей средой) составляющих его объектов и явлений.

Каждый последующий более высокий структурный уровень организации включает в себя все объекты, явления и взаимодействия более низких уровней и, кроме того, имеет дополнительно некоторые иные явления и взаимодействия, что делает его принципиально иным природным образованием. Переход от одного структурного уровня к последующему определяется прежде всего изменением характера взаимодействия.

Выделяют следующие уровни структурной организации почвы.

Атомарный уровень. Взаимодействия, происходящие на этом уровне, преимущественно связаны с радиоактивностью почв, возникающей при распаде естественных радионуклидов семейства урана, радия, тория и некоторых искусственных нуклидов. Распад радиоактивных элементов сопровождается выделением энергии. Процесс распада и превращения радиоактивных элементов, вероятно, представлен во всех почвах. Хотя радиоактивные элементы обычно присутствуют в почвах в ультрамикроконцентрациях, процесс их распада, растянутый во времени, может вносить заметный вклад в энергетический баланс почв и оказывать определенное воздействие на биологические процессы и выветривание минералов. Реально в почве мигрируют и трансформируются не атомы, а ионы, молекулы и более сложные образования.

Ионно-молекулярный уровень. В качестве элементов на этом уровне структурной организации почвы выступают активные центры молекулярно-ионной природы, находящиеся на поверхности раздела твердой фазы почвы, а также молекулы и ионы жидкой и газообразной фаз, взаимодействующие с активными центрами и между собой.

Ионы — главный компонент почвенных растворов, они играют исключительно важную роль в таких процессах и явлениях, как кислотность и щелочность почв, питание растений, окислительно-восстановительное состояние, засоление и рассоление, обменные реакции, формирование разнообразных органо-минеральных производных и др.

Молекулярный (вещественный) состав почвы чрезвычайно разнообразен. Это тысячи различных соединений, многие из которых до настоящего времени не идентифицированы. Исключительная сложность вещественного состава — одна из характерных особенностей почвы, отличающих ее от других природных объектов. Например, относительно полно изучен состав кристаллических минеральных соединений (почвенных минералов) некоторых типов почв, идентифицированы многие органические соединения индивидуальной природы (сахара, аминокислоты, фенолы, кислоты жирного ряда, ферменты и др.), получены сведения о составе и свойствах комплексных органо-минеральных соединений. Почвенные соединения в молекулярной и ионной формах присутствуют преимущественно в почвенном растворе. Основная часть соединений твердой фазы почвы находится в агрегированном состоянии и формирует следующие уровни структурной организации почвы.

Уровень элементарных почвенных частиц. Элементарные почвенные частицы — это частицы различных размеров и различной природы (минеральные — кристаллические и аморфные, органические и органо-минеральные), унаследованные от материнской породы, измененные и новообразованные в процессе почвообразования. На этом уровне происходят основные превращения веществ в почве. Особую роль здесь играют почвенные коллоиды, которые определяют многие важнейшие свойства почвы — воднофизические, сорбционные, буферную способность и др.

Агрегатный уровень. Элементарные частицы в почвах обычно существуют не изолированно, а объединяются между собой под действием различных факторов в характерные для каждого типа почвообразования агрегаты и новообразования (за исключением песчаной). На агрегатном уровне происходит и локализация почвенных процессов, например передвижение влаги и растворенных в ней веществ по межагрегатным полостям и трещинам и т. д. Многие биохимические и химические явления, связанные с превращением веществ и составляющие важную часть почвообразования, протекают не на поверхности, а внутри агрегатов.

Горизонтньый уровень. Почвенный горизонт — относительно однородный слой почвы, обособившийся в процессе почвообразования. Формирование горизонта связано с преобразованием, аккумуляцией, привносом или выносом веществ, что отражается на взаимодействии и способе организации агрегатов и почвенных новообразований. В пределах почвенного горизонта протекают не только вертикальные, но и боковые процессы перемещения вещества и энергии, приводящие к формированию тех или иных особенностей горизонтов. Каждый тип почвы всегда характеризуется наличием горизонтов, наиболее ярко отражающих специфику почвообразования.

Профильный уровень. Закономерные сочетания отдельных почвенных горизонтов, взаимодействующих между собой, образуют почвенный профиль или собственно почву как особое природное тело. Это не просто арифметическая сумма горизонтов, а структурный уровень почвенной организации . Почвенные горизонты связаны между собой непрерывным обменом веществ и энергии, что составляет главную черту профильного уровня организации почвы. Именно на этом уровне наиболее полно проявляется специфика почвы как единого целого. Профильный метод изучения почв, введенный еще В.В.Докучаевым, лежит в основе всех почвенных исследований.

Уровень почвенного покрова. Этот уровень структурной организации представляет собой почвенный покров определенной территории, на которой в зависимости от особенностей рельефа, почвообразующих пород и других местных условий формируются почвенные комбинации, представленные разными почвами.

Для получения исчерпывающей информации о почве как природном объекте необходимо проведение исследований на всех уровнях ее организации.

Почва – это сложная динамическая система. Она состоит из минеральных и органических веществ. Минеральные компоненты поступают в почву, в первую очередь, из материнской породы , на которой она образовалась. Органические вещества появляются и развиваются благодаря живым организмам, населяющим почвенный покров. Взаимодействие минералов и органики создает сложный комплекс разных соединений.

В этом разделе мы расскажем, из чего состоит почва. Вы узнаете о ее фазах и их особенностях. Также вы прочитаете о минеральном и органическом составах покрова, их соотношении и характеристиках.

Фазы почвы

Прежде всего мы поговорим о фазах почвы.

Выделяют четыре основных части:

Все они взаимосвязаны и активно влияют друг на друга.

К твердой фазе относятся органические и минеральные вещества. Это частицы разного размера и формы, которые неплотно примыкают друг к другу (глыбы, обломочные породы, глина, песок, пыль и другие). Тем не менее, они создают твердый почвенный каркас, на котором размещаются другие части. Эта фаза определяет петрографический (гранулометрический) состав, структуру, сложение и пористость почвенного покрова.

Сама по себе тве р дая часть является малодинамичной системой. Она же самая объемная – занимает 45-60% покрова. С ней связаны многие физические, физико-химические и химические свойства материала.

Подробнее об этом читайте на нашей странице Твердая фаза почвы.

Жидкая часть – это вода и растворенные в ней соли. Данная фаза формируется из атмосферных осадков, грунтовых вод, конденсации водяных паров. Она составляет около 25% от всего объема почвенного покрова.

Эта фаза считается самой динамичной. Именно из нее растения усваивают питательные вещества. Ведь без достаточного количества влаги нормальное развитие флоры и почвенных микроорганизмов невозможно. Кроме того, жидкая фаза участвует в таких процессах как гумификация и минерализация органических остатков, выветривание, перемещение веществ внутри покрова и формирование почвенного профиля.

Вода является и терморегулирующим фактором. Она определяет расход тепла из почвы и растений вследствие испарения и транспирации. С влажностью покрова тесно связаны его физико-механические свойства (твердость , крошение, липкость и другие). Стоит отметить, что передвижение влаги в почве и по ее поверхности также влияет и на отрицательно сказывающиеся на плодородии процессы. Среди них эрозия и вынос из верхних слоев питательных элементов.

Подробнее об этом читайте на нашей странице Жидкая фаза почвы.

Газообразная часть – это почвенный воздух. Он занимает все поры в почве, не занятые водой.

Эта фаза, как и жидкая, является динамической. Она покрывает 20-25% от общего объема почвы. В отличие от атмосферного воздуха, почвенный беден на кислород. В нем много углекислот. Это объясняется деятельностью микроорганизмов и растений: чем их больше в почве, тем больше кислорода они потребляют и углекислого газа выделяют.

Также в составе почвенного воздуха постоянно присутствуют нелетучие органические соединения (углеводороды жирного и ароматического рядов, сложные альдегиды, спирты и другие). Они , пусть и в небольшом количестве, тоже образуются в процессе жизнедеятельности почвенных микроорганизмов. Эти вещества поглощаются корнями, способствуя росту растений и повышению их жизнедеятельности.

Подробнее об этом читайте на нашей странице Газообразная фаза почвы.

Все фазы взаимодействуют друг с другом, активно переходят из одной в другую. Это возможно благодаря деятельности живых организмов. Они являются четвертой, живой фазой почвенного покрова. К ней относятся растения, грибы, бактерии, простейшие, мелкие животные. Высокая активность этих организмов доказывает, что все естественные процессы, которые происходят в почве, прямо или косвенно являются биохимическими по своей природе.

Подробнее об этом читайте на нашей странице Живая фаза почвы.

Примерное соотношение всех фаз почвы показано на диаграмме ниже.

Следующее, о чем мы поговорим, – это химический состав почвенного покрова. Он представлен минеральными и органическими веществами. Они сконцентрированы в твердой и жидкой фазах. В синтезе химических соединений принимают активное участие живые организмы.

Минеральный состав почвы

Минеральные вещества составляют 80-90% от общего объема покрова. Они поступают в почву двумя путями – из материнской породы и при полном разложении живых организмов. Из горной по р оды в почву попадают первичные минералы. Они имеют кристаллическое строение и практически не усваиваются растениями. Вторичные минералы аморфные, способны набухать и задерживать воду. Именно они являются источником питательных элементов почвы.

В составе почвы содержатся практически все известные химические элементы. Процентное содержание основных вы найдете в таблице ниже (средние значения).

Основные химические элементы почвы	Процентное содержание (от общего числа всех химических элементов)
Кислород (O)	49%
Кремний (Si)	33%
Алюминий (Al)	7,13%
Железо (Fe)	3,8%
Углерод (C)	2%
Кальций (Ca)	1,37%
Калий (K)	1,36%
Натрий (Na)	0,63%
Магний (Mg)	0,6%

Кроме того, около 1-3% составляют фосфор, марганец, хлор, азот, сера и микроэлементы (кобальт, фтор, йод, медь, цинк, молибден). Все элементы входят в состав оксидов, гидроксидов, растворимых и нерастворимых солей. Для роста и развития флоры наибольшее значение имеют калий, фосфор, азот, в меньшей мере – кальций и магний. Но в небольших количествах растениям требуются и другие элементы.

Первоисточником всех минералов в почве являются магматические породы. Они составляют 95% от общей толщи литосферы. На долю осадочных пород приходятся оставшиеся 5%. Метаморфические же причисляются к тем материалам , из которых они образовались. Поэтому здесь они в расчет не принимаются.

Подробно о влиянии горных пород на почву и процессы формирования почвенного покрова вы сможете узнать в нашей статье Почвообразующая порода как фактор почвообразования.

Химический состав почв находится в состоянии постоянного изменения. Это связано с непрерывностью процессов выветривания и почвообразования.

Органический состав почвы

Органические вещества составляют от 1-2% до 10-15% почвы. Они образуются при частичном разложении растений, животных и микроорганизмов. В состав почвы входят белки, углеводы, смолы, воски, лигнин, липиды и продукты их распада (спирты, аминокислоты, пептиды, моносахариды). Эти вещества составляют около 10% от всей органики, являются источником минералов и питательной средой для почвенной фауны, бактерий, грибов.

Скорость разложения растительных остатков зависит от содержащихся в них веществ. Так, древесина и хвоя содержат много лигнина, смол и дубильных веществ, но мало белков. Их разложение идет медленно. Остатки же бобовых трав, богатые белками, разлагаются быстро.

Основную часть почвенной органики (80-90%) составляют гуминовые вещества. Они и определяют плодородие грунта.

В группу входят:

Гуминовые кислоты
Это вещества темного цвета. Они образуют нерастворимые соли с железом и алюминием. Гуминовые кислоты способны поглощать и задерживать в верхних слоях почвы воду и питательные элементы , затем постепенно их высвобождать. Они участвуют в превращении химических соединений в доступную для растений форму. Эти кислоты играют главную роль в формировании структуры почвы и ее плодородия.
Фульвокислоты
Это растворимые вещества желтого цвета. Они быстро вымываются в нижние горизонты, плохо задерживают влагу и минералы, подкисляют почву.
Гумины
Это инертные вещества, связывающие минералы. Они не участвуют в почвообразовании.

Помимо соединений, органические остатки всегда содержат некоторый объем зольных элементов. Их количество и состав варьируются в зависимости от вида организмов и условий среды их обитания. В состав золы входят калий, кальций, магний, кремний, фосфор, сера, железо и многие другие элементы, содержащиеся в незначительных количествах. Очень низкая зольность характерна для древесины. Большое количество зольных элементов содержат остатки травянистой растительности.

Знание минерального и органического состава почвы и ее фаз помогает лучше разобраться в свойствах материала, его применении. Отсюда также становится понятно, какими способами можно улучшить плодородие почвенного покрова. Об этом мы у же писали в нашей статье Плодородность почвы: как ее сохранить и повысить. Возможно вам также будет полезна наша статья о кислотности почв. В ней подробно рассказано, как можно регулировать такой показатель как кислотность почвенного покрова, делать почву более кислой или щелочной.

Читайте также: