Почвоведение Том 1 - Белицина Г.Д.
ISBN 5-06-001159-3
Скачать (прямая ссылка):
Чернозем обыкновенный 61,6 0,161 0,0473
То же 37,3 0,160 0,0239
» 21,7 0,160 0,0160
Дерново-подзолистая 26,9 0,157 0,0123
То же 21,7 0,159 0,0160
» 6,7 0,158 0,0009
суточная и сезонная амплитуды колебаний температур воздуха, суточная и сезонная амплитуды колебаний атмосферного давления, температурные градиенты на поверхности раздела почва — атмосфера, турбулентность атмосферного воздуха, количество осадков и характер их распределения, интенсивность и объем испарения и транспирации воды;
2) физические свойства почвы - гранулометрический состав, структура, состояние поверхности, плотность, количество и качество пор аэрации, температурный режим почв и режим их влажности;
3) физические свойства газов — скорость диффузии, градиенты концентраций газов в почвенном профиле и на границе раздела почва — атмосфера, гравитационный перенос газов под действием силы тяжести, способность к сорбции — десорбции на твердой фазе, растворение в почвенных растворах и дегазация;
4) физико-химические реакции в почвах — обменные реакции между почвенным поглощающим комплексом — почвенным раствором — газовой фазой, реакции окисления — восстановления.
Основным механизмом массопереноса газов в почве, а также газообмена между почвой и атмосферой является диффузия — перемещение газов под действием градиента концентраций. Остальные факторы тем или иным путем связаны с ней, либо изменяя градиенты концентраций газов, либо изменяя свойства среды, через которую идет диффузия. Конвективный (под действием температурных градиентов), гравитационный (под действием силы тяжести) газопереносы, а также перенос газов при изменениях атмосферного давления имеют подчиненное значение.
Поток газообразного вещества (Qs), протекающего через единицу площади почвенной пористой среды за единицу времени, можно рассчитать, используя уравнение молекулярной диффузии (первый закон Фика):
(29)
где Д — коэффициент диффузии газа в почве, см2 •с; с — концентрация газа в почвенном воздухе, мг/см3; г — глубина слоя, см.
168
Коэффициент диффузии газа в атмосфере (Da) существенно выше, чем в почвах (табл. 29). Разработано уравнение, связывающее коэффициенты почвенной и атмосферной диффузии с порозностью аэрации:
DD = а? , (30)
где а и b - эмпирические константы, характеризующие сложение среды, через которую идет диффузия. При расчетах скорости диффузии необходимо вносить поправки на температуру, которые в каждом конкретном случае имеют индивидуальные значения.
8.4. Состав почвенного воздуха
Современный состав земной атмосферы, по мнению В. И. Вернадского, имеет биогенную природу, причем огромную роль в формировании атмосферы играет газообмен между ее приземным слоем и почвой. Атмосферный воздух представляет собой смесь газов, основную массу которой создают три — азот, кислород, аргон; остальные газы присутствуют в незначительных количествах. Ниже приведен состав атмосферного воздуха (по М. А. Другову, А. В. Березкиной, 1981).
Попадая в почву, атмосферный воздух претерпевает значительные изменения. Например, парциальное давление диоксида углерода (СО2) увеличивается в десятки, сотни и более раз и становится более динамичным, чем в атмосферном воздухе (табл. 30).
Таблица 30. Пределы изменений основных газов в почвенном воздухе пахотных горизонтов в периоды активной вегетации
Почва О2, % % О2 С
Иловато-болотная 11,9—19,4 1,1 — 8,1
Торфяно-глеевая 13,5—19,5 0,8—4,5
Дерново-подзолистая 18,9—20,4 0,2—1,0
Серая лесная 19,2—21,0 0,2—0,6
Чернозем обыкновенный 19,5—20,8 0,3—0,8
Чернозем южный 19,5—20,9 0,05—0,6
Каштановая 19,8 20,9 0,05—0,5
Серозем 20,1—21,0 0,05—0,3
Изменение состава почвенного воздуха происходит главным образом вследствие процессов жизнедеятельности микроорганизмов, дыхания корней растений и почвенной фауны, а также в результате окисления органического вещества почв. Трансформация атмосферного воздуха в почве тем интенсивнее, чем выше ее
169
энергетический потенциал, биологическая активность, а также чем более затруднительно удаление газов за пределы почвенного профиля. Имеющиеся данные о динамике состава почвенного воздуха дали возможность представить зависимость интенсивности поглощения кислорода почвой из атмосферы (SO2) как функцию многих факторов (В. Д. Федоров, Т. Г. Гильманов, 1980):
So2 = F (C0,T, W, Rs Fs, M, H...), (31)
где С02 — концентрация кислорода в почвенном воздухе; Ts — температура почвы; W—влажность почвы; Rs — содержание в почве корней; Fs — дыхание почвенных животных; Ms — активность почвенных микроорганизмов; Hs— содержание органического вещества в почве.
В настоящее время задача идентификации этой функции в целом не решена, хотя частные решения отклика S02 на отдельные факторы найдены. Составление теоретической модели трансформации и передвижения газов в пределах почвенного профиля требует многофакторного анализа, многие параметры которого в настоящее время не разработаны.
Макрогазы почвенного воздуха. К ним относятся азот, кислород, диоксид углерода.
Азот. Прямых определений содержания молекулярного азота в почвенном воздухе недостаточно для того, чтобы судить о характере его поведения в почвенном профиле. Это связано с тем, что методы его определения сложны и точность их низка. Судя по определяемым концентрациям O2 и CO2, содержание азота в почвенном воздухе не на много отличается от атмосферного: и в почве азот является значительно преобладающим газом. Исследования динамики содержания молекулярного азота важны при изучении процессов азотфиксации, нитрификации и денитрификации. Поэтому особый интерес представляет динамика сопутствующих ему микрогазов — N2O, NO2. Диоксид азота (IV), являясь промежуточным продуктом денитрификации, эфемерен. Наиболее важным представляется изучение содержания в почвенном воздухе и эманаций с поверхности почв оксида азота (I), образование которого связывают с процессами денитрификации. Этот интерес связан с тем, что в научной литературе существует мнение о фотохимическом влиянии оксида азота (I) на озонный пояс Земли.
