6.2. Газообмен между почвой и атмосферой

Между почвенным воздухом и внешней атмосферой существует постоянный газообмен (или аэрация) через воздухоносные поры почвы. К факторам, вызывающим аэрацию, относятся следующие:

 атмосферные условия (колебания температур воздуха и атмосферного давления, количество осадков, ветер и пр.);

 физические свойства почвы;

 физические свойства газов (скорость диффузии, градиенты концентрации газов в почвенном профиле и в атмосфере, способность к сорбции-десорбции и пр.);

 обменные физико-химические реакции между ППК, почвенным раствором и газовой фазой;

 поступление влаги в почву с осадками или при орошении.

Все указанные факторы газообмена действуют в природных условиях совместно. Однако основным следует признать диффузию, а остальные являются подчиненными.

В почве диффузия газов идет через поры аэрации, часть которых занята защемленным воздухом, и газообмен через них не осуществляется. Такие макропоры имеются во всех почвах, но их объем больше в тяжелых бесструктурных почвах. Поэтому состояние газообмена связано не только с суммарным количеством пор, но и с их размером, что зависит, главным образом, от структуры почвы и плотности сложения. В структурной почве даже при насыщении водой ее капиллярных пор сохраняется достаточное количество крупных межагрегатных пор аэрации, которые обеспечивают нормальный газообмен. При увлажнении бесструктурной почвы до полной влагоемкости все ее поры оказываются заполненными водой и аэрация прекращается. В этом случае в почвенном воздухе резко уменьшается содержание кислорода, и начинают развиваться анаэробные микробиологические процессы, приводящие к образованию метана, сероводорода, аммиака и других газов.

Скорость газообмена зависит от влажности почвы. При влажности, не превышающей наименьшей влагоемкости (НВ), обмен газами совершается свободно, концентрация кислорода в почвенном воздухе близка к концентрации его в атмосфере, а концентрация СО₂ не больше 4 % (обычно 1,5-2 %). При влажности, большей НВ, газообмен ухудшается, концентрация СО₂ может увеличиться до 10-15 % и более, а содержание О₂ снизиться до 5-10 %. Наблюдения и расчеты показывают, что хороший газообмен между почвенным и атмосферным воздухом на дерново-подзолистых почвах обеспечивается при пористости аэрации более 15-20 % к объему почвы, для торфяных почв – 30-40 %. При таких условиях аэрации в почвах наблюдается благоприятный состав почвенного воздуха: содержание CO₂ обычно не превышает 2-3 %, а концентрация кислорода не падает ниже 18 %.

Содержание кислорода и углекислого газа в почвенном воздухе зависит от типа почвы, ее свойств (физических, химических, биологических), времени года, погодных условий и характера угодья (пашня, лес, луг). В почвах нормального увлажнения концентрация двуокиси углерода обычно растет сверху вниз (табл.8). Наибольшей величины она достигает над уровнем грунтовых вод даже при хорошем газообмене.

Таблица 8

Содержание O₂ и CO₂ в почвенном воздухе, % по объему

(Московская область, июль)

Глубина взятия пробы, см	Дерново-подзолистая почва		Дерново-глеевая
	O2	CO2	O2	CO2
5	20,9	0,1	19,3	1,3
15	20,8	0,3	18,3	2,5
35	20,7	0,3	2,9	16,8
60	20,6	0,5	2,2	19,5
100	20,4	0,7

Сильное влияние на поглощение О₂ и выделение СО₂ почвой оказывает тепловой режим. При увеличении температуры с 5 до 30 С интенсивность поглощения О₂ и выделения СО₂ возрастает в 10 раз. Летом почва поглощает кислорода и выделяет углекислого газа в несколько раз больше, чем ранней весной и поздней осенью.