Ґрунтознавство

У ґрунтах, які мають гарну аерацію і сприятливі фізичні властивості, вміст СО2 у ґрунтовому повітрі не перевищує 1-2%, а вміст О2 не буває нижче 18%. За умов перезволоження в ґрунтах важкого механічного складу вміст СО2 може досягти 4-6% і більш, а О2 падає до 17-15% і нижче. У заболочених ґрунтах спостерігаються ще більш високі концентрації СО2 і низькі О2.

Азот ґрунтового повітря мало відрізняється від атмосферного. Деякі зміни в утриманні азоту відбуваються в результаті зв'язування його бульбочковими бактеріями, прояву денітрифікації. У ґрунтовому повітрі виявляється й інший характерний продукт денітрифікації – закис азоту (N2О).

У ґрунтовому повітрі в невеликій кількості (10-9 – 10-12%) постійно присутні леткі органічні сполуки різноманітної природи (етилен, метан і ін.). З погіршенням аерації ґрунтів у ґрунтовому повітрі етилен накопичується в концентраціях, що перевищують рівень токсичності для коренів рослин (0, 001%). У ґрунтовому повітрі заболочених і болотних ґрунтів можуть знаходиться в помітних кількостях аміак, водень, метан.

Ґрунтове повітря неоднорідне за складом і рухливістю, що обумовлюється різноманітністю розмірів пір в ґрунтах. У більш великих порах повітря більш рухливе, менше збагачене СО2, більше містить О2.

Основними споживачами кисню в ґрунті є корені рослин, аеробні мікроорганізми і ґрунтова фауна і лише незначна частина його витрачається на чисто хімічні процеси.

В умовах гарної аерації ґрунтів при поглинанні кисню виділяється еквівалентна або декілька менша кількість СО2 і коефіцієнт дихання (відношення СО2, що виділився, до поглиненого О2) близький до одиниці. Для ґрунтів з утрудненим газообміном коефіцієнт дихання більше одиниці, тому що в таких ґрунтах виникає велика кількість анаеробних мікрозон, де продукується СО2 без поглинання кисню.

Кількість кисню, споживаного рослинами, залежить від їхніх біологічних особливостей, фази розвитку, умов середовища (t, вологість, живильні речовини і т. ін.). При збільшенні температури ґрунту з 5 до 30°С інтенсивність поглинання О2 і виділення СО2 зростає в 10 разів. Влітку ґрунти поглинають і виділяють СО2 у декілька разів більше, ніж провесною і пізньої восени.

Кисень надходить у ґрунт з атмосфери дифузіонно, з осадками і зрошувальною водою, по повітряноносних тканинах рослин. Прямий вплив кисню на рослини виявляється в актах дихання. При відсутності вільного кисню в ґрунті розвиток рослин припиняється.

Непрямий вплив кисню на продуктивність рослин виражається в його впливі на ґрунт. При нестачі О2 у ґрунті розвиваються анаеробні процеси з утворенням токсичних для рослин сполук, знижується вміст доступних живильних речовин, погіршуються фізичні властивості, все це в сукупності впливає на ріст рослин. Анаеробні процеси починають розвиватися при вмісті кисню менше 2, 5-5%. При низькій температурі (0-4°С) або низькій вологості (близької до вологості зав’ядання), коли біологічні процеси сильно пригнічені, розвиток аеробних процесів можливий навіть при вмісті О2 0, 5%.

Вуглекислий газ з’являється в ґрунті головним чином завдяки біологічним процесам. Частково він може надходити в ґрунтове повітря з ґрунтових вод, а також у результаті його десорбції з твердої і рідкої фаз Ґрунту. Деяка кількість СО2 може виникати при перетворенні бікарбонатів у карбонати під час випаровуванні ґрунтових розчинів і в процесі впливу кислот на карбонати ґрунту, а також хімічного окислювання органічної речовини.

Висока концентрація СО2 у ґрунтовому повітрі (більш 2-3%) пригнічує розвиток рослин.

Виділення СО2 із ґрунту в приземний прошарок атмосфери прийнято називати диханням ґрунту. СО2, який надходить із ґрунту, споживається рослинами в процесі фотосинтезу. Інтенсивність дихання ґрунту залежить від його властивостей, гідротермічних умов, характеру рослинності й ін. Виділення СО2 ґрунтом посилюється при його окультуренні в зв'язку з активізацією біологічних процесів і поліпшенням умов аерації. Таким чином, інтенсивність дихання – важлива характеристика газообміну й активності біологічних процесів у ґрунті.

Газообмін, або аерація, здійснюється через повітроносними порами ґрунту, які сполучені між собою і з атмосферою. До чинників газообміну відносяться: дифузія, надходження вологи в ґрунт з осадками або при зрошенні, зміна температури ґрунту й атмосферного тиску, вплив вітру, зміна рівня ґрунтових вод або верховодки.

Дифузія – переміщення газів відповідно до їхнього парціального тиску. Оскільки в ґрунтовому повітрі О2 менше, а СО2 більше, ніж в атмосфері, то під впливом дифузії створюються умови для безупинного надходження О2 у ґрунт і виділення СО2 в атмосферу.

Надходження вологи в ґрунт з осадами викликає стиск ґрунтового повітря, його виштовхування наверх і засмоктування атмосферного повітря. Зміна температури ґрунту й атмосферного тиску, вітру і рівня ґрунтових вод також викликає об'ємні зміни повітря в ґрунті і, як слідство, загальний потік його з ґрунту або в ґрунт.

Всі розглянуті чинники газообміну діють у природних умовах спільно, проте основним варто визнати дифузію.

Дифузія газів через ґрунт йде повільніше, ніж у вільному повітрі. Коефіцієнт дифузії дорівнює кількості речовини, що