Землеробство - Гудзь В. П. - 1.2.4. Повітряний режим грунту

Серед умов родючості грунту повітря має велике значення. Грунт містить повітря, яке проникає з атмосфери, а також гази, що утворюються в грунті внаслідок біохімічних процесів, які відбуваються в ньому. Повітря займає в грунті всі проміжки, що не зайняті водою. Крім того, деяка кількість його розчинена в грунтовій волозі й поглинута колоїдами грунту.

Грунтове повітря помітно відрізняється від атмосферного. В останньому міститься (у відсотках до об'єму): азоту - 78,08, кисню - 20,95, вуглекислого газу - 0,03. У ньому також, але менше, містяться й інші гази: аргон, гелій, водень, озон, радон.

До складу повітря входить водяна пара, кількість якої мало змінюється (від 0 до 4%). Поблизу деяких промислових підприємств у повітрі можуть бути шкідливі домішки: сірчаний газ, хор, сірководень та ін.

Найважливішою складовою частиною повітря для життя рослин і мікроорганізмів є кисень та вуглекислий газ. Біологічні процеси в грунті пов'язані з поглинанням кисню і виділення вуглекислоти. Тому грунтове повітря від атмосферного відрізняється меншим вмістом кисню і більшою концентрацією вуглекислого газу. Вміст кисню в грунтовому повітрі може становити 11-20%.

Вуглекислоти в повітрі орного шару міститься від 0,1 до 1%, але частіше 0,8%. З внесенням свіжих органічних добрив вміст вуглекислоти може підвищуватися до 2, а іноді навіть до 7-8%. В окремих випадках при анаеробному розкладі органіки і недостатньому газообміні в грунтовому повітрі виявляють сірководень і метан.

Потреба в молекулярному кисні сільськогосподарських культур починається відразу ж після сівби і проростання насіння. Тривале перебування насіння в перезволожених умовах грунту призводить до затримки його проростання.

За відсутності газообміну між грунтовим і атмосферним повітрям весь кисень у грунті витрачається протягом двох діб. Максимум використання його коренями рослин припадає на період цвітіння рослин. На цей період припадає максимум нагромадження вуглекислоти в грунті під такими культурами, як жито, пшениця, горох, буряки, картопля, конюшина та ін. При недостатній кількості кисню в грунті корені рослин відмирають внаслідок розчинених у воді окислених сполук грунту. Тому нітрати можуть відновлюватися в нітрити не лише під впливом діяльності мікроорганізмів, а й коренів рослин. При цьому в грунті починають нагромаджуватися відновлені сполуки, чим різко порушується живлення рослин.

На нестачу кисню в грунті рослини реагують неоднаково: злакові менше, ніж бобові. Дуже на нестачу кисню реагують картопля, ячмінь, люпин і менше - гречка та рис. Незважаючи на відносно більшу стійкість проти нестачі кисню злакових рослин, все ж таки їх урожай значною мірою знижується. Причиною цього є вплив шкідливих закисних сполук, що утворюються в грунті при його недостатній аерації. Кисень необхідний рослинам для дихання. Він є джерелом енергії, що витрачається при надходженні води і поживних речовин у клітини, для росту, синтетичних процесів тощо.

Багато кисню потребують корисні грунтові мікроорганізми. Нітрифікація активно відбувається тільки при вільному доступі кисню. У зв'язку з цим вона завжди активізується при розпушуванні грунту. В перші дні після розпушування нітрати з'являються іноді в 5-10-кратних кількостях порівняно з їх наявністю до обробітку.

Бульбочкові бактерії, що живуть на коренях бобових рослин, активно діють і засвоюють молекулярний азот тільки при вільному надходженні кисню. Фіксація азоту відбувається паралельно з використанням бактеріями вільного кисню при окисненні різних джерел вуглецю.

Фіксація атмосферного азоту азотобактером, що живе на коренях рослин, перебуває в прямому зв'язку із диханням. Існує певна залежність між запасом хімічної енергії у використаній азотобактером органічній речовині і кількістю фіксованого ним азоту (на 1 ккал фіксується 2 мг атмосферного азоту).

Кисень необхідний для мікроорганізмів, що беруть участь у живленні культурних рослин. Мікориза, а також багато мікробів прикореневої зони тісно пов'язані з вищими рослинами. Вони є аеробними організмами і потребують наявності кисню в грунті.

Вищі рослини по-різному реагують на вміст вуглекислоти в атмосферному й грунтовому повітрі. За умов концентрації вуглекислоти в грунтовому повітрі понад 1% деякі культурні рослини виявляють ознаки отруєння, тоді як підвищення концентрації її у атмосферному повітрі до 1% і більше супроводжується збільшенням врожаю. Встановлена пряма залежність асиміляції багатьох рослин від підвищення вмісту вуглекислоти в повітрі.

Запас СО2 в повітрі становить близько 600 більйонів тонн вуглецю. З цього запасу рослини земної кулі щорічно використовують близько 19 більйонів тонн. Тому тільки при постійному поновленні вуглекислоти в атмосфері створюється кругообіг її в природі і забезпечується безперебійне живлення рослин. Нестача СО2 в повітрі компенсується вуглекислотою, що виділяється з грунту та при диханні організмів.

Трав'янисті рослини використовують вуглекислоту насамперед з приземного шару повітря, де її концентрація вища. За рахунок грунтової вуглекислоти найшвидше поповнюється нестача СО2 в нижніх шарах атмосфери. Нестача вуглекислоти тут у денні години легко поповнюється вночі, коли припиняється фотосинтез. При зниженні температури вночі зменшується і продуціювання вуглекислоти в грунті, але вночі рослини не використовують СО2, а навпаки, виділяють його під час дихання. Усе це відновлює денні витрати СО2. Це ще більше підсилює газообмін між грунтовим і атмосферним повітрям.

У грунті СО2 нагромаджується в основному під впливом життєдіяльності мікроорганізмів і кореневої системи рослин. Коренева система культурних рослин дуже чутлива до високої концентрації СО2 в грунті, але мікроорганізми здатні порівняно легко її переносити. Амоніфікуючі й нітрифікуючі бактерії припиняють свою життєдіяльність при вмісті СО2 понад 30%. Життєдіяльність грунтових бактерій посилюється і виділення СО2 збільшується при внесенні переважно органічних добрив, що містять калій, фосфор, сірку. Утворенню СО2 сприяє тепло, рівномірна вологість, що становить 40% ПВ грунту, розпушування грунту, одночасне внесення органічних і мінеральних добрив. Найбільше СО2 у верхніх шарах грунту, де значно більше мікроорганізмів і де активність їх вища. На глибині 20-30 см кількість бактерій в 1 г грунту зменшується в 3-10 разів. На глибині 1 м і більше кількість бактерій зменшується ще більше. Незважаючи на те, що найбільша кількість СО2 зосереджена у верхніх шарах грунту, концентрація його в глибших шарах менша, а газообмін значно уповільнений.

Крім вільного стану, грунтове повітря може бути в стані поглинутого колоїдними частками грунту при його вологості нижче від максимальної гігроскопічності. Поглинуте повітря характеризується меншою рухливістю, ніж вільне повітря. Кількість повітря, поглинутого сухим грунтом, неоднакова в різних грунтах. Поглинання грунтом молекул газів залежить від ступеня зволоження грунту, температури (з підвищенням температури поглинання зменшується), тиску (з підвищенням тиску поглинання стає більшим), хімічного складу грунтових колоїдів, хімічної природи газів. Найін-тенсивніше поглинається водяна пара, потім у зменшуючому порядку - вуглекислий газ, кисень, азот.

Крім вмісту в грунті вільних і поглинутих газів, грунтова волога має розчинені в ній гази. Вони переходять з грунтового розчину в повітря або знову розчиняються. Найактивнішими є кисень та вуглекислий газ. Із зниженням температури грунтової води розчинність кисню і особливо вуглекислого газу збільшується. Вільний кисень у грунтовому розчині є окиснювачем, тому відіграє значну роль в окисно-відновних реакціях і формуванні врожаю. Розчинна в грунтовій воді вуглекислота сприяє переходу важкорозчинних солей у більш доступні для рослин сполуки.

Під повітряним режимом розуміють сукупність усіх явищ: надходження повітря в грунт, його переміщення і витрачання в ньому, обмін газами між грунтом, атмосферою, твердою і рідкою фазами, споживання і виділення газів живими істотами грунту. Кількість повітря в грунті залежить від щільності та ступеня заповненості щілин водою. Повітроємність визначається об'ємом грунтових пор, заповнених повітрям при вологості грунту, яка дорівнює НВ. Капілярні пори (діаметром менше ніж 0,1 мм) частково або повністю заповнені водою, а некапілярні (діаметром понад 0,1 мм) - повітрям. Об'єм некапілярних пор у відсотках від загального об'єму грунту визначає некапілярну пористість і становить важливу частину повітроємності грунту, яка істотно підвищується після його розпушування у зв'язку із збільшенням проміжків між грунтовими грудочками. Таким чином, повітряний режим пов'язаний з водним режимом грунту і добре піддається регулюванню на грунтах, що мають водотривку дрібногрудочкувату структуру (0,25-10 мм). Повітря, що переміщується в проміжках грунту, аерує його. Проте надлишок вологи (близької до повної вологоємності або вище від неї) за певних умов призводить до з'явлення щілин з повітрям, які закриті водяними пробками. У зв'язку з відсутністю газообміну в таких щілинах збільшується вміст СО2, а кисень використовується мікроорганізмами та коренями рослин. Це спостерігається, головним чином, в ущільнених прошарках грунту. З висиханням грунту водні пробки зникають, відкриваються з'єднання грунтових щілин з атмосферним повітрям.

Грунтове повітря взаємодіє з твердою і рідкою фазами грунту. Воно може заповнювати вільні від води щілини, може бути поглинутим колоїдними частками і утримуватися в грунтовому розчині.

Склад грунтового повітря змінюється під впливом біологічних процесів, що відбуваються в грунті, та активності газообміну з атмосферним повітрям.

Грунти, що мають значні щілини, достатню повітроємкість і повітропроникність (здатність грунту пропускати повітря), характеризуються доброю аерацією.

Оновленню грунтового повітря сприяють такі фактори: дифузія газів - тепловий рух молекул у напрямі зменшення їхньої концентрації; коливання атмосферного тиску, яке призводить до надходження атмосферного повітря в грунт при його підвищенні, а також до виділення грунтового повітря при зменшенні тиску; коливання температури, коли при денному нагріванні грунтове повітря розширюється і частково виходить з грунту, а вночі, охолоджуючись, стискується, відкриває можливість надходженню атмосферного повітря в грунті; зміна вологості грунту при випаданні опадів та при зрошенні, коли повітря витісняється водою і коли воно надходить у грунт при використанні вологи коренями і внаслідок випаровування з грунту; вітер сприяє газообміну на полях, не зайнятих рослинами. В реальних умовах поля завжди виявляється комплексна дія цих факторів.

При розробленні заходів щодо поліпшення повітряного режиму грунту враховують: забезпеченість грунту достатньою кількістю повітря; зміну водного і повітряного режиму; забезпеченість доброго газообміну між грунтом і атмосферою; поліпшення складу приземного шару повітря; регулювання правильного співвідношення в грунті між аеробним і анаеробним процесами.

При вирощуванні рослин на полях відбувається часткове розпилення та ущільнення грунту, що призводить до зменшення повітроємності й потребує поліпшення аерації. У добре обробленому дрібногрудочкуватому грунті повітрям заповнені не-капілярні щілини.

У різних грунтово-кліматичних зонах коренева система рослин неоднаково забезпечена водою і повітрям. На Поліссі рослини краще забезпечені водою й повітрям, ніж у Степу. Тому в умовах Полісся доцільно мати в грунті більше некапілярних щілин - понад 50% загальної щільності. У посушливих умовах краще, коли некапілярні проміжки займають менше половини об'єму загальної щілинності.

На повітрообмін також впливає рослинність. На відкритих грунтах і при відносно невеликій густоті рослин на площі він посилюється завдяки впливу вітру на верхній шар грунту і легше відбувається в приземному шарі, особливо на грунтах, що мають велику некапілярну щільність. Рослинність також впливає на коливання температури грунту і цим самим - на інтенсивність повітрообміну.

Для поліпшення повітряного режиму грунту вживають таких заходів: збагачення грунту на органічну речовину; вапнування кислих грунтів; гіпсування лужних грунтів; глибока оранка плугами з передплужниками; своєчасність і висока якість обробітку грунту різними знаряддями; поглиблення орного шару; правильні сівозміни з відповідною системою обробітку грунту та удобрення.

Схожі статті




Землеробство - Гудзь В. П. - 1.2.4. Повітряний режим грунту

Предыдущая | Следующая