16

Лекція 7 Газова фаза ґрунту

7.1. Основні поняття аерофізики ґрунту.

7.2. Газовий склад ґрунтового повітря.

7.3. Переніс газів у ґрунті.

7.3.1. Конвекція.

7.3.2. Дифузія.

7.4. Методи дослідження газового складу ґрунтового повітря.

7.5. Повітряний режим ґрунту.

7.1. Основні поняття аерофізики ґрунту

Аерація ґрунту – це процес надходження атмосферного повітря у ґрунт, заміщення ним ґрунтового повітря. Під час цього процесу підвищується вміст оксигену в ґрунті, так як вміст оксигену у ґрунтовому повітрі значно менший у порівнянні з атмосферним за рахунок мікробіологічної діяльності, кореневого дихання. Відповідно цей процес буде відбуватись у вільному від води шпаровому просторі ґрунту.

Кількісно шпаруватість аерації становить:

, де

– шпаруватість аерації, % або см³/см³; і θ– шпаруватість і об’ємна вологість ґрунту (в тих же одиницях, що і шпаруватість аерації).

З цієї формули випливає, що чим вища шпаруватість аерації, тим швидше і повніше буде відбуватись аерація ґрунтів. І навпаки – якщо шпаруватість аерації невисока, починаються несприятливі ґрунтові процеси, рослини страждають від нестачі ґрунтового повітря. Тому у фізиці ґрунту прийняті деякі критичні значення шпаруватості аерації: при = 10 % сповільнюється ріст коріння, помітно змінюються умови функціонування ґрунтової біоти, а при 5 % спостерігається загибель рослин, це нижня межа шпаруватості аерації. Рекомендується використовувати у якості критичної величини 10 %.

Цілком зрозуміло, що шпаруватість аерації – величина динамічна, пов’язана своєю динамікою зі зміною вологості. Часто тому говорять, що “вода і повітря у ґрунті – антагоністи”. Точніше, це величини, які постійно доповнюють одна одну: більше води – менше повітря, менше води – більше повітря у ґрунті.

Але для того, щоб порівняти ґрунти за їхніми повітряними властивостями, частково за здатністю до аерації, необхідно використовувати характер значення вологості. Це порівняння проводять при ґрунтовій гідрологічній константі, як правило, при найменшій вологоємності. Часто цю характеристику називають “повітроємністю”. Нижче наведені оптимальні діапазони повітроємності для різних за гранулометричним складом ґрунтів:

піщані – 20-25 %;

супіщані – > 15-20 %;

глинисті – > 10 %.

Підтримання оптимальної шпаруватості аерації – це одне із завдань з управління ґрунтом. Завдання формулюється так: створити оптимальний водно-повітряний режим, основу стійкого функціонування ґрунту. Оптимальні режими можливі лише у добре структурованих ґрунтах. Саме структура, агрегатний склад і будуть гарантувати оптимальний водно-повітряний режим (про що вже говорилось у лекціях про структуру ґрунту, про диференціальну шпаруватість). Якщо ж агрегатний склад ґрунту відхиляється від оптимального, наприклад, за рахунок ущільнення, то це змінює водно-повітряний режим, аерацію ґрунтів – функціонування ґрунту і рослинного покриву змінюються досить помітно. І перш за все, за рахунок водно-повітряного режиму, аерації.

Поняття аерації близьке до поняття повітрообміну. Відмінність полягає лише у тому, що процес повітрообміну включає опис і тих сил, процесів, які його зумовлюють, наприклад, зміни атмосферного тиску, температури ґрунту та ін. Всі ці динамічні процеси (аерація, повітрообмін) визначаються таким ґрунтовим параметром, як повітропроникність – К_а. Цей параметр пов’язаний з шпаруватістю аерації ступеневим законом:

К_а = m ⁿ, де

n i m – емпіричні параметри, причому n змінюється від 0,5 до 2 для макрошпаруватих середовищ (торф, лісова підстилка, піски тощо) і від 2 до 10 для середньо- і важкосуглинкових ґрунтів.

Аерація ґрунту – це процес надходження атмосферного повітря у ґрунт і заміщення ним ґрунтового повітря.

Шпаруватість аерації – різниця між загальною шпаруватістю і об’ємною вологістю ґрунту: . Критичне значення шпаруватості аерації настає при величинах < 10 %, у цих умовах починають домінувати анаеробні процеси, знижується ріст коріння рослин.

Повітрообмін – це обмін ґрунтового і атмосферного повітря, це аерація ґрунтів з уточненням причин, які зумовлюють цей обмін.

Повітроємність – об’ємний відсоток, який займає повітря у ґрунті при вологості, що відповідає найменшій вологоємності.

Повітропроникність – здатність ґрунту проводити потік повітря. Характеризується коефіцієнтом повітропроникності К_а, який пов’язаний степеневим рівнянням з шпаруватістю аерації К_а = m ⁿ.