РЕЖИМЫ ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ

Сколько углекислого газа в почвенном воздухе. Воздушный режим почвы

Воздушный режим почвы — это совокупность всех явлений поступления воздуха в почву, его передвижения в почве и расхода, а также явлений обмена газами между почвенным воздухе, твердой и жидкой фазами, потребления и выделения отдельных газов живым населением почвы. Все эти явления находят отражение в изменении содержания и состава почвенного воздуха во времени.

При изучении воздушного режима почвы обращают внимание на содержание двух газов: диоксида углерода и кислорода. При нормальном газообмене сумма этих газов близка к сумме их в атмосфере (21 %), но соотношение между ними существенно меняется во времени, причем различно в разных почвах.

Во всех почвах состав почвенного воздуха подвержен постепенным изменениям в течение года, причем на глубине 4—5 м еще отмечаются колебания в составе воздуха, хотя и более слабые, чем в пределах верхней толщи. В торфяных, дерново-подзолистых почвах, в черноземах и почвах полупустынного комплекса наибольшее содержание углекислоты наблюдается в теплый период года, когда С02 образуется в результате интенсивной деятельности микроорганизмов, дыхания корней и других биологических процессов. Кроме того, высокие концентрации углекислоты в почвенном воздухе наблюдаются при ее замедленном образовании, но в условиях затрудненного газообмена. Это происходит, например, в период обильного выпадения осадков и насыщения верхних слоев почвы до полной влагоемкости, а также при образовании ледяной корки зимой или ранней весной.

В дерново-подзолистых суглинистых почвах, не подверженных избыточному увлажнению, концентрация С02 (в %) в слое 0—50 см обычно колеблется от 0,2 до 3,0, в слое 100—200 см — от 1,2 до 3,4, в более глубоких слоях — от 1,5 до 4—5. Большое влияние на абсолютное содержание диоксида углерода оказывает характер растительности ( 76). По данным Б. Н. Макарова (1966), максимально оно было под пологом смешанного леса, более низким в почве под люцерной, еще ниже в почве, засеянной зерновыми, и наиболее низким в почве чистого пара. Так, в почве под люцерной на глубине 15 см в среднем содержалось 1% С02, на глубине 30 см— 1,5% С02, под паром — соответственно 0,2 и 0,3%.

Согласно Е. А. Афанасьевой, самые низкие концентрации С02 в почвенном воздухе целинного чернозема наблюдаются весной после снеготаяния: 0,4—0,5% от объема во всем почвенном профиле (0—300 см). По мере развития биоты содержание С02 к лету возрастает. Наибольшее количество углекислоты продуцируется в поверхностном слое, но значительная ее часть уходит в атмосферу в процессе «дыхания» почвы. Поэтому до глубины 50 см содержание С02 в почвенном воздухе не превышает 0,5% даже летом, несколько повышаясь только после дождей. Отток почвенного воздуха с глубины 80—150 см замедлен, поэтому в этих слоях летом концентрация углекислоты возрастает до 1,3% от объема. Осенью и зимой она вновь снижается ( 77). По другим данным (С. А. Николаева, 1970), содержание С02 в воздухе типичного чернозема более высокое: в период вегетации в слое 0—50 см — 0,3—1,3%, в слое 100—200 см —0,7 — 2,0%. Содержание кислорода в черноземах слабо изменяется в течение года, колеблясь в пределах 18—20,5%.

Основные закономерности изменения состава почвенного воздуха в целинном черноземе повторяются в распаханных черноземах различных подтипов. По данным Н. Г. Зборигцук (1980), в осенне-зимне-ранневесеннее время концентрация углекислоты в почвенном воздухе южного чернозема невысока: 0,1—0,2% в верхнем горизонте, 0,3—0,6% на глубине 100 см. Концентрация кислорода ближе к 21%. В июне концентрация С02 резко возрастает во всем профиле, от 0,8—1% в верхнем горизонте до 1,2—1,8% на глубине 40—100 см. К концу лета содержание углекислоты в почвенном воздухе снова снижается.

Орошение южных черноземов заметно влияет на их воздушный режим. Поливы нормой 250—350 м3/га кратковременно увеличивают содержание С02 до 1—1,2%, что не вызывает нарушения дыхания растений. В межполивной период орошение заметно изменяет состав почвенного воздуха только в том случае, когда оно приводит к подъему уровня почвенно-грунтовых вод до глубины 1,5—3 м. При этом даже в межполивной период содержание кислорода понижено, а содержание диоксида углерода повышено по сравнению с содержанием этих же компонентов в неорошаемых почвах. На глубине 30—50 см в начале лета содержание углекислоты достигает 2% и более.

При увеличении поливной нормы до 500 м3/га через 3—4 ч после полива в пахотном горизонте содержание С02 возрастает с 0,4—0,6 до 1,6—1,8%, и эта концентрация держится в течение 3—4 дн. При поливе напуском содержание С02 через 3 дн после полива достигает 3%, а кислорода снижается до 10%, в почвенном воздухе появляется сероводород. Воздушный режим такого рода резко снижает продуктивность растений.

Болотные торфяные почвы выделяются среди остальных наиболее высокой насыщенностью почвенного воздуха углекислотой. Здесь, на глубине до 0,5 м, концентрация углекислоты во влажные годы достигает 10—12% при таком же или даже более низком содержании кислорода (С. А. Николаева, 1970). Максимум накопления С02 наблюдается летом, минимум — зимой.

Иная динамика содержания С02 и 02 характерна для почв влажных субтропиков — красноземов. По материалам А. Д. Ов- чаренко (1972), под лесом и на чайной плантации накопление С02 в почвенном профиле происходит от зимы к весне—лету—осени, а затем снова уменьшается. Таким образом, максимальное содержание диоксида углерода и минимальное кислорода приурочено не к лету, а к осени. Наибольшее количество углекислоты накапливается на глубине 50—75 см (около 2%). В период особенно обильного увлажнения красноземов газообмен нарушается, при этом на указанной глубине содержание С02 повышается до 4,6%; кислорода колеблется в пределах 18—20, иногда опускаясь до 16—17%.

Воздушный режим почвы тесно связан с ее водным режимом и потому регулируется одними и теми же мелиоративными или агротехническими приемами. В то же время в практике земледелия приходится обращать внимание и на самостоятельные приемы регулирования воздушного режима почв, как, например, при периодическом проветривании сезонно затапливаемых рисовых полей. Во всех случаях регулирования почвенных режимов необходимо помнить об антагонизме воды и воздуха в почве. Избыточное увлажнение почв всегда ведет к снижению их аэрации, в то время как засушливые, недостаточно увлажняемые почвы избыточно аэрированы.