Лекция №7. Почвенные растворы

Почвенные растворы
Почвенный раствор представляет собой жидкую фазу почв,
которая формируется путем взаимодействия атмосферных осадков, поверхностного стока и грунтовых вод (при неглубоком залегании последних) с твёрдой, газообразной и живой фазами.
Почвенный раствор содержит минеральные, органические и
органо-минеральные вещества в ионной, молекулярной, коллоидной форме и иногда в виде взвесей. Он также содержит растворенные газы: кислород, углекислый газ, аммиак.
Количество почвенного раствора зависит от влажности почвы и колеблется в широких пределах - от долей и единиц до десятков процентов в минеральных почвах, до сотен процентов в торфяных.

Выделение почвенных растворов
Используют различные методы:
- отпрессовывание, вытеснение жидкостями или газами,
центрифугирование;
- улавливание почвенных растворов специальными приёмниками разных конструкций (лизиметрический метод);
- метод водных вытяжек (наиболее часто применяемое соотношение почва - вода 1:5);
- стационарный метод изучения почвенных растворов в естественном состоянии с помощью специальных приборов
(наиболее часто применяются ионометрические методы с
использованием специальных электродов для измерения
рН, Еh, концентрации целого ряда катионов и анионов
(Са²⁺, Mg²⁺, К⁺, N03ˉ и др.).

Состав почвенного раствора
По данным К. К. Гедройца, коллоиды составляют от ¼до ¹⁄₁₀ общего количества веществ почвенного раствора. В почвенных растворах преобладают катионы Са²⁺, Mg²⁺, Na⁺, всегда присутствуют К⁺, NН4⁺, Н⁺, в почвах с кислой реакцией среды - АI³⁺, Fe³⁺, Fе²⁺. Из анионов преобладают СО3²ˉ, Clˉ, S04²ˉ; присутствуют N03ˉ, N02ˉ, Н2РО4ˉ, НРО4²ˉ. Железо, алюминий содержатся, в основном, в виде устойчивых комплексов с органическими веществами. Минерализация почвенных растворов невелика и в разных типах почв колеблется, возрастая с севера на юг, от десятков мr в подзолистых до нескольких граммов вещества на литр в черноземах и каштановых почвах, в засоленных почвах минерализация резко повышается до десятков и даже сотен граммов на литр

Реакция среды почвенных растворов
Изменяется от кислой и слабокислой в подзолистых почвах северной и средней тайги, нейтральной в зоне чернозёмных почв до слабощелочной и местами щелочной в почвах аридных областей. Это связано с закономерными изменениями водного режима в почвах зонального ряда. При избытке влаги в почвах таёжно-лесной зоны основания и, прежде всего, щелочные металлы, вымываются за пределы почвенного профиля. При непромывном водном режиме в чернозёмах в пределах почвенного профиля всегда присутствуют карбонаты кальция и магния. В почвах аридных областей водорастворимые соли и обменный натрий ППК обусловливают щелочную реакцию почвенного раствора. Наиболее высокая щелочная реакция обусловлена содовым засолением, в меньшей степени -хлоридным и сульфатным.

Осмотическое давление почвенного раствора
С концентрацией и степенью диссоциации водорастворимых солей тесно связано осмотическое давление почвенного раствора. Оно наиболее высокое у засоленных почв. Если осмотическое давление равно или выше осмотического давления клеточного сока растений, то прекращается поступление воды в растения, и они погибают. Это является основной причиной бecплoдия засоленных почв.
Существует выраженная динамика концентрации почвенных растворов (годовая, сезонная, суточная), связанная с изменением влажности и температуры.

Агроэкологические функции почвенных растворов
1. Почвенные растворы играют ключевую роль в процессах
почвообразования. Именно они являются центром взаимодействия твёрдой, жидкой и газообразной фаз. Г.И.Высоцкий сравнивал роль почвенных растворов с ролью крови в живых организмах.
2. Осуществляют вертикальные и латеральные транспортные
потоки веществ и играют главную роль в элювиально-иллювиальных процессах.
3. Являются источником всех элементов питания. Недостаток или избыток тех или иных элементов приводит к снижению урожая и заболеваниям культурных растений. Существует ряд методов диагностики питания на основе анализа почвенного раствора, особенно для тепличных культур.
4. Создают условия для роста и развития растений: реакцию среды, осмотическое давление, окислительно-восстановительные условия и др.

Окислительно-восстановительные процессы в почвах
Окислительно-восстановительные реакции протекают во всех почвах и являются одними из ведущих в процессах почвообразования. Большой вклад в изучение окислительно-восстановительных процессов почв внесли С.П. Ярков, И.П. Сердобольский, И.С. Кауричев, Д.С. Орлов, В.И. Савич и др.
Реакции окисления всегда сопровождаются реакциями восстановления и протекают сопряженно. Окисление рассматривается как присоединение кислорода к веществу, или потеря веществом водорода, или отдача электрона. Реакции восстановления – как присоединение водорода или электрона. Способность почвы вступать в окислительно-восстановительные реакции измеряется окислительно-восстановительным потенциалом.
Окислительно-восстановительный потенциал (ОВП) - разность потенциалов, возникающая между почвенным раствором и электродом из инертного металла (платины).
Измеряется ОВП при помощи потенциометра. ОВП по отношению к водороду обозначается символом Eh, измеряется в милливольтах.

Окислительные и восстановительные системы
Окисленные и восстановленные формы соединений образуют окислительно-восстановительные системы, представленные набором пар элементов с переменной валентностью: Fе ³⁺ - Fe²⁺;
Mn⁴⁺ - Мn³⁺ - Mn²⁺; NO3ˉ - NO4³ˉ; SO4²ˉ - Н2S; Н2 - 2Н⁺ и др., а также органическими системами.
Преобладающие в количественном отношении окисленные и восстановленные формы носят название потенциалопределяющей системы. От неё в основном зависит величина Eh.

Окислители и восстановители
Основным окислителем в почве является молекулярный кислород почвенного воздуха и почвенного раствора. Основными восстановителями - продукты анаэробного распада органического вещества и жизнедеятельности микроорганизмов.
Микроорганизмы в процессе жизнедеятельности поглощают кислород почвенного воздуха и содержащийся в составе органических веществ и переводят минеральные соединения железа, марганца и др. в восстановленные формы. Поэтому большая часть окислительно-восстановительных реакций в почвах имеет биохимическую природу.
Главными условиями, определяющими интенсивность и направленность окислительно-восстановительных процессов в почвах, является состояние увлажнения и аэрации почв, содержание кислорода в почвенном растворе, содержание легкоразлагаемого вещества и температура почвы.

Величина Eh в подзолистых и дерново-подзолистых почвах нормального увлажнения составляет 450-600 мВ, в серых лесных, чернозёмах и каштановых почвах - 500-650. Наиболее низкие значения Eh (ниже 200 мВ) характерны для болотных почв. Снижение Eh ниже 350-450 мВ свидетельствует о начале смены окислительных условий на восстановительные, а до значения 200 мВ и ниже - об интенсивном развитии восстановительных процессов с типичными признаками глеевого процесса.
Величина Eh зависит от рН раствора. Как правило, в кислой среде окисление идет при более высоких значениях Eh по сравнению со щелочными условиями. Для получения сравнимых данных в средах с различной величиной рН У. М. Кларк предложил использовать показатель водородного потенциала rH2:
rH2 = (Eh/29) +2рН
При rH2 выше 27 преобладают окислительные процессы, nри 22-25 - восстановительные и при rH2 ниже 20 происходят интенсивные восстановительные процессы.

Для характеристики окислительно-восстановительных условий введены понятия окислительно-восстановительной ёмкости (максимальное количество окислителя (восстановителя), которое
может быть связано почвой) и окислительно-восстановительной буферности (способность почв противостоять изменению ОВП).
Более высокой окислительно-восстановительной ёмкостью и буферностью обладают чернозёмные почвы (по сравнению с дерново-подзолистыми).
Окислительно-восстановительный режим почв- это соотношение окислительно-восстановительных процессов в почвенном профиле в годичном цикле.

Типы окислительно-восстановительного режима
И.С. Кауричев и Д.С. Орлов предложили выделять следующие типы окислительно-восстановительного режима:
почвы с абсолютным господством окислительных процессов- автоморфные почвы семигумидных- экстрааридных областей (чернозёмы, каштановые и др.);
почвы с преобладанием окислительных процессов - автоморфные почвы гумидных и экстрагумидных областей
(подзолистые, краснозёмы и др.);
почвы с контрастным окислительно-восстановительным
режимом - полугидроморфные (глееватые и глеевые)
почвы различных областей;
почвы с устойчивым восстановительным режимом - бо­
лотные (гидроморфные).

Агроэкологическое значение окислительно-восстановительных условий
Определяется большой ролью их в процессах почвообразования и в плодородии почв. В условиях восстановительной обстановки в почвах протекает глеевый процесс, при этом увеличивается подвижность многих соединений, в том числе железа, марганца, фосфора; почвы приобретают сизую (восстановленное железо) окраску с ржавыми (охристыми) пятнами (окисленное железо) по трещинам и ходам корней. Почва теряет структуру, подвижные соединения железа и марганца достигают токсичных концентраций. В почвах, обогащенных органическим веществом, усиливаются процессы денитрификации и происходит образование сероводорода. В условиях промывного водного режима с восстановительной обстановкой проявляется элювиально-глеевый процесс.
Господство резкоокислительной обстановки с Eh порядка 700 мВ приводит к снижению подвижности и недоступности растениям железа, марганца и, частично, азота. Оптимальные значения Eh для большинства культур находятся в области 400-600 мВ.
Регулирование окислительно-восстановительных условий производится путём оптимизации водного и воздушного режимов мелиоративными и агротехническими мероприятиями.

Водные свойства и водный
режим почв
Большой вклад в разработку учения о почвенной влаге внесли А.А. Измаильский, Г.Н. Высоцкий, П.С. Коссович, А.Ф. Лебедев, А.Г. Дояренко, С.И. Долгов, Н.А. Качинский, А.А.Роде, И.И. Судницын, А.Д. Воронин,
а также зарубежные ученые В. Гарднер, Т. Маршалл, С. Тейлор и др.

Вода в почве
Один из важнейших факторов плодородия и урожайности растений. В почвенных процессах, в создании агрономически важных свойств почвы она играет значительную и разностороннюю роль. Эта роль определяется особым положением воды в природе.
Вода - это особая физико-химическая весьма активная система, обеспечивающая перемещение веществ в пространстве. С содержанием воды в почве связаны скорость выветривания и почвообразования, гумусообразование, биологические, химические и физико-химические процессы. В воде растворяются питательные вещества, которые из почвенного раствора поступают в растения. Поскольку при испарении воды затрачивается огромное количество тепла, вода является и терморегулятором почвы и растений, предохраняя их от перегрева солнечной радиацией.
Вода поступает в почву в виде атмосферных осадков, грунтовых вод, при конденсации водяных паров из атмосферы, при орошении. Главным источником воды в почве в условиях неорошаемого земледелия являются атмосферные осадки.

Влажность почвы
Содержание влаги в процентах к массе абсолютно сухой почвы (высушенной при 105°С) характеризует влажность почвы. Ее можно также выразить в процентах объема почвы (в м³/га, мм или т/га).
Познание закономерностей поведения почвенной влаги, процессов водопотребления растениями, водных свойств и водного режима имеет большое значение для управления и оптимизации водного режима с целью получения высоких и устойчивых урожаев сельскохозяйственных культур.

Формы (категории) воды в почвах
Формы, или категории воды в почве - это части воды, которые обладают одинаковыми свойствами. А.А. Роде выделил пять форм воды: химически связанная, твердая, парообразная, сорбированная (физически связанная), свободная.
Химически связанная вода включает конституционную, которая представлена гидроксильной группой ОНˉ химических соединений (гидроксиды железа, алюминия, глинистые минералы и др.) и кристаллизационную, представленную целыми водными молекулами кристаллогидратов (например, CaS04 ∙ 2Н20 - гипс). Химически связанная вода входит в состав твёрдой фазы почв и не обладает свойствами воды. Она может выделяться из почв только при повышенных температурах – от 100ᴼС до 500 ᴼС и выше. Растениям не доступна.

Формы (категории) воды в почвах
Твердая вода - представлена в виде льда, который является потенциальным источником жидкой влаги, в том числе доступной для растений.
Парообразная вода содержится в порах в почвенном воздухе.
Относительная влажность почвенного воздуха близка к 100%. Она перемещается в порах при изменении температуры и вместе с током почвенного воздуха может конденсироваться и сорбироваться твердой фазой почвы. Конденсат может усваиваться растениями.

Формы (категории) воды в почвах
Сорбированная (физически связанная) вода за счёт сорбционных сил подразделяется на прочносвязанную и рыхлосвязанную.
Прочносвязанная сорбированная вода сорбируется почвой из воздуха.
При низкой относительной влажности воздуха (20-50%) сорбированная влага образует тонкую плёнку толщиной в 1-2 молекулы. Такая влага получила название гигроскопическая.
При влажности воздуха, близкой к 100%, сорбируется 3-4 слоя молекул воды. Эта влага называется максимальная гигроскопическая (МГ).

Формы (категории) воды в почвах
Рыхлосвязанная сорбированная (пленочная) вода представлена полимолекулярной плёнкой толщиной в несколько десятков или сотен диаметров молекул воды. Она удерживается молекулярными силами, менее прочно связана с твердой фазой почв и может частично передвигаться.
Верхний предел рыхлосвязанной воды характеризует максимальная молекулярная влагоёмкость (MMВ). В глинистых почвах она может достигать 25-30%, в песчаных - 5-7%. Она частично доступна для растений.

Формы (категории) воды в почвах
Свободная вода — это вода, содержащаяся в почве сверх рыхлосвязанной. Она не связана силами притяжения с почвенными частицами.
Различают две формы свободной воды в почве: капиллярную и гравитационную.

Формы (категории) воды в почвах
Капиллярная вода удерживается и передвигается в почве капиллярными (менисковыми) силами.
Менисковые силы начинают проявляться в порах с диаметром менее 8 мм, а наиболее сильно - с диаметром от 100 до 3 мкм.
Поры диаметром менее 3 мкм заполнены связанной водой. Капиллярная вода растворяет вещества, вместе с ней передвигаются соли и коллоиды.
Капиллярная вода является доступной и наиболее ценной для растений. Она подразделяется на капиллярно-подвешенную, капиллярно-подпертую и капиллярно-посаженную.

Формы (категории) воды в почвах
Гравитационная вода размещается в крупных некапиллярных порах, свободно просачивается вниз по профилю под действием силы тяжести.
Различают гравитационную воду просачивающуюся и влагу водоносных горизонтов. Последняя над водоупорным слоем образует почвенные и грунтовые воды, а также временный горизонт верховых вод.

Влагоемкость и ее виды
Наибольшее количество воды, которое способна удерживать почва теми или иными силами, называется влагоемкостью. В зависимости от того, в какой форме находится удерживаемая почвой влага, различают полную, наименьшую, капиллярную и максимально-молекулярную влагоемкость.
Полная (максимальная) влагоемкость (ПВ), или водовместимость, — это количество влаги, удерживаемое почвой в состоянии полного насыщения, когда все поры (капиллярные и некапиллярные) заполнены водой.

Влагоемкость и ее виды
Наименьшая влагоемкость (НВ) —это максимальное количество капиллярно-подвешенной влаги, которое способна длительное время удерживать почва после обильного ее увлажнения и свободного стекания воды при условии исключения испарения и капиллярного увлажнения за счет грунтовой воды.
Максимальное количество капиллярно-подпертой влаги, которое может содержаться в почве над уровнем грунтовых вод, называется капиллярной влагоемкостью (KВ).

Влагоемкость и ее виды
Максимальная молекулярная влагоемкость (ММВ) соответствует наибольшему содержанию рыхлосвязанной воды, удерживаемой сорбционными силами или силами молекулярного притяжения. При влажности, близкой к ММВ, растения обычно начинают устойчиво завядать, поэтому такую влажность называют влажностью завядания (ВЗ) или «мертвым», недоступным для растений запасом влаги в почве. Для разных растений, а также разных периодов их роста (проростки или зрелые растения) влажность завядания будет неодинакова. Особенно чувствительны к критическому состоянию влажности почвы проростки.

Влагоемкость и ее виды
Влажность разрыва капилляров (ВРК) - характеризует запасы воды в почве, соответствующие разрыву сплошности капилляров, связанному с испарением и потреблением растениями. Эта влага теряет подвижность (не передвигается под действием капиллярных сил). Она является нижним пределом оптимальной влажности для растений. Для суглинистых и глинистых почв ВРК составляет 60-70% от НВ.

Влагоемкость и ее виды
Предельное количество воды, которое может быть поглощено почвой из парообразного состояния при относительной влажности воздуха, близкой к 100%, называют максимальной гигроскопической (МГ) водой. При влажности почвы, равной МГ, толщина пленки из молекул воды достигает 3-4 слоев.
Максимальная адсорбционная влагоемкость (МАВ) – наибольшее количество воды, которое может быть удержано сорбционными силами на поверхности почвенных частиц. Соответствует прочносвязанной
(адсорбированной) воде, содержащейся в почве.

Категории почвенной воды и почвенно­
гидрологические константы
(по А.А. Роде, 1965)
Почвенно-гидрологические константы - граничные значения влажности, при которых количественные изменения в подвижности воды переходят в качественные различия.
В агрономической практике наиболее широко используются следующие почвенно-гидрологические константы: МАВ, МГ, ВЗ, ВРК, НВ, ПВ, которые характеризуют доступность воды для растений в почвах с разными водными свойствами.
Почвенно-гидрологические константы используют для оптимизации влажности почв, в частности, при орошении.

Водные свойства почв
Основными водными свойствами почв являются водоудерживающая способность, водопроницаемость и водоподъемная способность.
Водоудерживающая способность — свойство почвы удерживать воду, обусловленное действием сорбционных и капиллярных сил.
Водопроницаемость - способность почв и грунтов впитывать и пропускать через себя воду, поступающую с поверхности. При
поступлении воды в почву выделяют два этапа: впитывание (заполнение пор) и фильтрация, которые различаются по скорости и характеризуются соответствующими коэффициентами
впитывания и фильтрации. Водопроницаемость зависит от гранулометрического состава, трещиноватости, структурного состояния, влажности и длительности увлажнения. Водопроницаемость измеряется объёмом воды, протекающим через единицу площади поверхности почвы в единицу времени.

Водные свойства почв
Н.А. Качинский предложил следующую градацию водопроницаемости почв (мм/час при напоре 5 см и температуре 10°С):
1000-500 - провальная, излишне высокая;
500-100 - наилучшая;
100-70 - хорошая;
70 – 30 - удовлетворительная;
менее 30 - неудовлетворительная.
Водоподъёмная способность - свойство почвы вызывать восходящее передвижение влаги в ней за счёт капиллярных сил. Она растёт от песчаных почв к суглинистым и иногда может снижаться к глинистым, тонкопористым, поскольку в последних очень много мелких пор (менее 1 мкм) , которые заполнены неподвижной связанной водой. Высота капиллярного поднятия в песках составляет 0,5-1 м; в супесях- 1-2; в суглинках- 2-4; в тяжелых суглинках и в глинах - до 6 м.

Водный режим почв
Водный режим - это совокупность явлений поступления,
передвижения, изменения физического состояния и расхода воды в почвах. Поступление воды в почву и ее расход характеризуется водным балансом.
Статьи прихода воды в почву: атмосферные осадки, грунтовые воды, конденсация из паров воды, поверхностный боковой приток, внутрипочвенный боковой приток.
Статьи расхода воды из почвы: испарение, транспирация
(десукция), фильтрация (грунтовый сток), поверхностный сток, внутрипочвенный боковой сток. Все величины прихода и расхода воды выражаются в мм или в м³/га. Обычно рассчитывается годовой баланс влаги.

Типы водного режима
Формируются под воздействием основных статей водного баланса, ведущими из которых являются осадки и испаряемость. Отношение осадков к испаряемости характеризуется коэффициентом увлажнения (КУ), предложенным Г.Н. Высоцким и Н.Н. Ивановым.
Для различных природных условий Г. Н. Высоцкий установил 4 типа водного режима: промывной, периодически промывной, непромывной и выпотной. Развивая учение Г. Н. Высоцкого, профессор А. А. Роде выделил 6 типов водного режима, разделив их на несколько подтипов.

Типы водного режима
1.Мерзлотный тип. Распространен в условиях многолетней мерзлоты. Мерзлый слой грунта водонепроницаем, является водоупором, над которым проходит надмерзлотная верховодка, которая обусловливает насыщенность водой верхней части оттаявшей почвы в течение вегетационного периода.
2.Промывной тип (КУ > 1). Характерен для местностей, где сумма годовых осадков больше испаряемости. Весь профиль почвы ежегодно подвергается сквозному промачиванию до грунтовых вод и интенсивному выщелачиванию продуктов почвообразования. Под влиянием промывного типа водного режима формируются почвы подзолистого типа, красноземы и желтоземы. При близком к поверхности залегании грунтовых вод, слабой водопроницаемости почв и почвообразующих пород формируется болотный подтип водного режима. Под его влиянием формируются болотные и подзолисто-болотные почвы.

Типы водного режима
3.Периодически промывной тип (КУ = 1, при колебаниях от 1,2 до 0,8). Этот тип водного режима отличается средней многолетней сбалансированностью осадков и испаряемости. Характерны чередование ограниченного промачивания почв и пород в сухие годы (непромывные условия) и сквозное промачивание (промывной режим) во влажные. Промывание почв избытком осадков происходит 1—2 раза в несколько лет. Присущ серым лесным почвам, черноземам оподзоленным и выщелоченным.
4.Непромывной тип (КУ < 1). Характеризуется распределением влаги осадков преимущественно в верхних горизонтах и не достигает грунтовых вод. Связь между атмосферной и грунтовой водой осуществляется через слой с очень низкой влажностью, близкой к ВЗ. Обмен влагой происходит путем передвижения воды в форме пара. Характерен для степных почв — черноземов, каштановых, бурых полупустынных и серо-бурых пустынных почв.

Типы водного режима
5.Выпотной тип (КУ < 1). Проявляется в степной, полупустынной и пустынной зонах при близком залегании грунтовых вод. Преобладают восходящие потоки влаги по капиллярам от грунтовых вод. При высокой минерализации грунтовых вод в почву поступают легкорастворимые соли, происходит ее засоление.
6. Ирригационный тип. Он создается при дополнительном увлажнении почвы оросительными водами. При правильном нормировании поливной воды и соблюдении оросительного режима водный режим почвы должен формироваться по непромывному типу с КУ, близким к единице.

Водные режимы
Паводковый водный режим характерен для речных пойм и
дельт, где поверхность почвы ежегодно или раз в несколько лет
подвергается затоплению паводковыми водами. Он распространен во всех природных зонах и сопровождается накоплением аллювиальных отложений. В межпаводковые периоды паводковый водный режим сменяется другим типом водного режима (промывной, непромывной, выпотной и др.), в зависимости от природной зоны и положения в рельефе.
Амфибиальный режим формируется при постоянном или
длительном затоплении почв водой (морские и озерные мелководья, речные плавни и др.).
Водозастойный водный режим характерен для болотных почв атмосферного и грунтового увлажнения при плохом дренаже. В течение большей части года влажность почвы сохраняется в пределах полной влагоемкости и лишь в засушливые периоды несколько снижается.

Водные режимы
Периодически водозастойный режим характерен для болотных почв грунтового увлажнения с ярко выраженными сезонными колебаниями уровня грунтовых вод. При этом влажность почв варьирует от полной влагоёмкости до уровня ниже наименьшей влаrоёмкости.
Осушительный водный режим создаётся при искусственном осушении болотных и заболоченных почв. Он также может существенно различаться в зависимости от норм и типа осушения, глубины залегания грунтовых вод после осушения и водного режима природной зоны.
Регулирование водного режима осуществляется коренными мелиоративными мероприятиями (осушение, орошение, двустороннее регулирование влаги); лесомелиоративными и агротехническими (снегозадержание, глубокое рыхление, щелевание, введение черных паров и др.), направленными на сохранение и накопление влаги.

Почвенный воздух и воздушный
режим почв
Почвенный воздух находится в трех состояниях: свободном (в порах), адсорбированном (в твёрдой фазе), растворённом (в почвенном растворе).
Свободный почвенный воздух состоит из тех же газов, что и атмосферный, но отличается от него ярко выраженной динамикой содержания кислорода и углекислого газа. Атмосферный воздух содержит (% от объема): 78,1 - азота, 20,9 - кислорода, 0,03 - углекислого газа и около 1% благородных гaзов (аргон, гелий, ксенон и криптон).
В почвенном воздухе содержится меньше кислорода (10-20%), но больше углекислого газа (0,03-9%) по сравнению с атмосферным. Кроме того в почвенном воздухе постоянно присутствуют в небольших количествах аммиак, иногда закись азота, сероводород, метан. Хотя содержание азота считается довольно стабильным, имеются данные (В.А.Ковда, 1973) о возможности существенного увеличения азота в почвенном воздухе (до 82-86%). В пахотных, хорошо аэрируемых почвах содержание С02 в почвенном воздухе не превышает 1-2%, а 02 - не опускается ниже 18%. В условиях избытка влаги и затрудненного газообмена содержание С02 повышается, а 02 - снижается до десятых долей процента.

Почвенный воздух и воздушный
режим почв
Почва постоянно в течение теплого сезона поглощает кислород и выделяет углекислый газ. Основными потребителями кислорода в почве являются корни растений, аэробные микроорганизмы, почвенная фауна, и незначительная часть его расходуется на чисто химические процессы.
Источником кислорода является атмосферный воздух, который поступает в почвенный воздух диффузно с осадками и оросительной водой. Кислород участвует в актах дыхания растений, и при его отсутствии растения погибают. Кроме того, при недостатке кислорода в почве развиваются анаэробные процессы, в том числе глеевый, которые резко ухудшают агрономические свойства почв, рост и развитие растений. Оптимальное содержание кислорода в почвенном воздухе 19-20%.

Почвенный воздух и воздушный
режим почв
Основным источником углекислоты в почвах является органическое вещество (растительные и животные остатки, органические удобрения, частично гумус), которое разлагается и окисляется микроорганизмами. Значительное количество углекислоты, около одной трети, по оценке В.А.Ковды, в почве выделяется корнями растений. Небольшие количества СО2 могут поступать в почву из грунтовых вод, в результате десорбции из твердой и жидкой фазы и при разложении карбонатов. Средняя концентрация углекислого газа в воздухе, равная 0,03%, недостаточна для потенциально возможного урожая сельскохозяйственных культур.
Искусственное повышение концентрации углекислоты в приземном воздухе повышает урожай растительной массы на 30-100%. Оптимальное содержание углекислоты в почвенном воздухе составляет от десятых долей процента до 1-2%, повышенные концентрации (более 2-3%) угнетают развитие растений.

Почвенный воздух и воздушный
режим почв
Выделение углекислоты из почвы в приземный слой атмосферы называется дыханием почвы. Количество выделяющейся углекислоты зависит от содержания и ежегодного поступления в почву свежих органических веществ, в том числе органических удобрений, и составляет в почвах зонального ряда 1-10 т/га в год в пepeсчете нa углерод (И.Н. Шарков, 1998; С.М. Надежкин, 1999).
Между почвенным и атмосферным воздухом происходит постоянный газообмен. Имеются сведения, что более 90% углекислоты воздуха имеет почвенное происхождение. Глобальная роль почвенного покрова заключается в регулировании состава атмосферного воздуха.
Газообмен, или аэрация осуществляется через воздухоносные поры почвы (порозность аэрации). К факторам газообмена относятся: диффузия, изменение влажности, изменение температуры и атмосферного давления.
Диффузия - перемещение газов в соответствии с парциальным давлением, которое определяется их концентрацией. Поскольку в почвенном воздухе более высокая концентрация СО2 и ниже пo сравнению с атмосферным воздухом - 02, диффузия определяет основные потоки этих газов - 02 в почву, а СО2 в атмосферу. Диффузия является основным фактором газообмена.

Почвенный воздух и воздушный
режим почв
Изменение влажности почвы приводит к поглощению влаги воздуха при высыхании и его вытеснению в атмосферу при увлажнении. Изменение температуры и атмосферного давления также вызывают обмен между почвенным и атмосферным воздухом из-за градиентов давлений и процессов расширения-сжатия при нагревании и охлаждении.
Воздухопроницаемость - способность почвы пропускать через себя воздух. Она измеряется количеством воздуха в мл, прошедшим под определенным давлением через 1 см2 при толщине слоя в 1 см. Зависит от гранулометрического состава, структуры и влажности почвы.
Воздухоемкость - содержание воздуха в почве в объемных процентах. Зависит от влажности и порозности почв. Различают капиллярную и некапиллярную воздухоемкость, которые соответствуют понятиям капиллярной и некапиллярной порозности. Хорошую аэрацию почв обусловливают некапиллярные поры, которые, как правило, не заняты водой. Оптимальные условия для газообмена между почвенным и атмосферным воздухом создаются при порозности аэрации в минеральных почвах 20-25%, а в торфяных- 30-40%.

Воздушный режим почв и eгo регулирование
Воздушный режим - это совокупность всех явлений поступления, передвижения, изменения состава и физического состояния воздуха при взаимодействии с твердой, жидкой и живой фазами почвы, а также газообмен почвенного воздуха с атмосферным.
Воздушный режим подвержен суточной, сезонной (годовой) и многолетней динамике. Наиболее благоприятный воздушный режим складывается в структурных почвах, обладающих рыхлым сложением и хорошим газообменом. Суточная динамика С02 и О2 распространяется до глубины 30-50 см в соответствии с колебаниями температуры.
Обновление состава почвенного воздуха в пахотном слое может происходить в течение суток полностью несколько раз.

Воздушный режим почв и eгo регулирование
Максимальное содержание С0₂ и минимальное 0₂ приходится, как правило, на летний период, а осенью и зимой почва освобождается от накопленного углекислого газа. В почвах нормального увлажнения в нижней части почвенного профиля больше содержится СО₂ и меньше 0₂, а в почвах в затрудненным газообменом СО₂ скапливается в верхней и средней части профиля.
Регулирование воздушного режима проводят с помощью мелиоративных мероприятий (осушение, орошение), агротехнических (глубокие обработки, рыхление и др.), а также комплекса мероприятий, направленных на окультуривание почв