7.4. Методи дослідження газового складу ґрунтового повітря
Основним завданням при дослідженні складу ґрунтового повітря є точний і своєчасний відбір проб та їх зберігання аж до аналітичного визначення. Саме визначення легко здійснюється або на газових хроматографах різних марок, або на спеціальних газоаналізаторах. Тому відбір проб з відповідних глибин ґрунту та їх зберігання – основне ґрунтово-фізичне завдання.
Для відбору проб у природних ґрунтах використовують спеціалізовані бури або стаціонарні установки газопробовідбірників. Бури, як правило, представляють собою тонкі трубки (чим тонший внутрішній діаметр такої трубки, тим менший буферний обмін повітря, тим швидше встановиться рівновага), запаяні з нижнього кінця. Біля нижнього кінця трубки є голка-наконечник, над якою розміщені декілька отворів збоку, через які і встановлюється рівновага між повітрям всередині трубки і ґрунтовим повітрям (рис. 7.5). На другому кінці такої трубки-бура є клапан або герметично закрита резинова трубка, надіта на трубку-бур. Проби повітря забирають звичайним шприцом, що втикають у резинову трубку.
Рис. 7.5. Схема ґрунтового бура (а) і стаціонарного пристрою (б) для відбору ґрунтового повітря
У випадку стаціонарних досліджень на необхідну глибину поміщають невелику скляну лійку, з’єднану через трубку з резиновою, герметично закритою трубкою, яка виведена на поверхню. Якщо є необхідність відбирати проби повітря з гігроморфних ґрунтів, з шарів, насичених водою, то дно лійки закривають поліетиленовою плівкою.
Для визначення емісії газів з поверхні ґрунту використовують так звані емісійні камери-пробовідбірники, які представляють собою циліндричні (кубічні) ємкості. Вони з одного сторони відкриті і мають кілька отворів для відбору проб, а з протилежної сторони закриті резиновими пробками. У ґрунт врізається основа, по периметру якої є спеціальний жолоб, у який і поміщується пробовідбірна ємкість (рис. 7.6).
Рис. 7.6. Схема камери для вивчення дихання ґрунту, емісії СО2 і інших газів
Для визначення важливого фізичного параметру дифузії газів у ґрунті – коефіцієнта ефективної дифузії – використовують різні методи. Один з них, найбільш простих і зручних – дифузиметр на основі колби Бунзена (рис. 7.7).
Рис. 7.7. Дифузиметр на основі колби Бунзена (за Смагіним, 1999)
7.5. Повітряний режим ґрунту
Сукупність усіх явищ надходження повітря у ґрунт, його переміщення по профілю, зміна складу і фізичного стану, а також газообмін ґрунтового повітря з атмосферним формують повітряний режим ґрунту.
Повітряний режим ґрунту підпорядковується добовій, сезонній, річній і багаторічній динаміці та перебуває в тісному зв’язку з властивостями ґрунтів, погодними умовами, рослинним покривом, агротехнікою вирощування сільськогосподарських культур.
Найсприятливішим повітряний режим складається у структурних ґрунтах, які мають пухке складення, здатні пропускати і перерозподіляти воду та повітря. Покращення повітряного режиму потребує чимало ґрунтів. Насамперед, це ґрунти з постійним чи тимчасовим перезволоженням. Усі способи обробітку ґрунту, що покращують його складення, збільшують загальний об’єм шпар і шпар аерації, посилюють інтенсивність газообміну, зменшують концентрацію СО2, збільшують вміст О2 у ґрунті, мають велике значення для регулювання повітряного режиму ґрунту.
Характерним показником повітряного режиму є інтенсивність дихання ґрунту. Величина дихання ґрунту коливається у широких межах (0,5-10 кг/га на 1 м2) залежно від властивостей ґрунтів, гідротермічних умов, характеру рослинності. Для рослин важливе значення має тривалість періоду з несприятливою аерацією, тому необхідно знати динаміку складу ґрунтового повітря. Добова динаміка СО2 та О2 поширюється до глибини 30-50 см відповідно до змін температури. Поновлення складу ґрунтового повітря можливе на 10-15 %.
Протягом вегетаційного періоду склад ґрунтового повітря дуже змінюється залежно від погодних умов. У річному циклі динаміки О2 і СО2 у ґрунтовому повітрі максимальний вміст О2 і мінімальний СО2 припадає на літній період, а восени і взимку ґрунтово-підґрунтова товща звільняється від раніше накопиченого СО2.
Повітряний режим ґрунту оптимізується у процесі їхнього окультурення. Створення глибокого орного шару, розпушення підорного, помірне зрошення, ліквідація ґрунтової кірки – важливі заходи регулювання повітряного режиму на ґрунтах важкого гранулометричного складу.
Вивчення повітряного режиму ґрунтів має важливе екологічне значення у зв’язку з рівновагою газів в атмосфері та парниковим ефектом. Дослідження засвідчили, що виділяти вуглекислий газ, метан та інші так звані парникові гази будуть переважно не заводи і фабрики, а насамперед гідроморфні ґрунти й болота. Серед джерел надходження карбону в атмосферу ґрунтове дихання в 7-10 разів перевищує індустріальні виділення. Щодо метану, то за річними балансовими розрахунками із 500-600 млн. т щорічної емісії метану в атмосферу до половини може припадати на частку гідроморфних наземних утворень – боліт, рисових полів, заплавних ґрунтів. Цікаво, що в болотах цей газ або одразу ж виділяється в атмосферу, або певний час перебуває у вигляді бульбашок всередині торфової товщі. Варто різко прогріти цю товщу чи нерозумно осушити – і значні кількості накопичень цих бульбашкових газів виділяються в атмосферу. Для якісної оцінки внеску тих чи інших природних утворень у дихання ґрунту і роботу “легень планети” не обов’язково здійснювати довготривалі експерименти, а необхідно знати на вміти використовувати ґрунтові, екологічні та біологічні закони.