почвоведение ганжара. Учебники и учебные пособия для студентов высших учебных заведений
 Скачать 7.4 Mb.
|
|
177 кислорода, 0,03 — углекислого газа и около 1% благородных газо^ (аргон, гелий, ксенон и криптон). В почвенном воздухе содержится меньше кислорода - 10-20^ но больше углекислого газа — 0,03-9%, по сравнению с атмосфер ным. Кроме того в почвенном воздухе постоянно присутствуют в небольших количествах аммиак, иногда закись азота, сероводород метан. Хотя содержание азота считается довольно стабильным, имеются данные (В.А.Ковда, 1973) о возможности существенного увс_ личения азота в почвенном воздухе (до 82-86%). В пахотных, хорошо аэрируемых почвах содержание С02 в почвенном воздухе цс превышает 1-2%, а 02 - не опускается ниже 18%. В условиях избытка влаги и затрудненного газообмена содержание С02 повышается а 02 — снижается до десятых долей процента. Почва постоянно в течение теплого сезона поглощает кислород и выделяет углекислый газ. Основными потребителями кислорода в почве являются корни растений, аэробные микроорганизмы, почвенная фауна, и незначительная часть его расходуется на чисто химические процессы. Источником кислорода является атмосферный воздух, который поступает в почвенный воздух диффузно с осадками и оросительной водой. Кислород участвует в актах дыхания растений, и при его отсутствии растения погибают. Кроме того, при недостатке кислорода в почве развиваются анаэробные процессы, в том числе глеевый, которые резко ухудшают агрономические свойства почв, рост и развитие растений. Оптимальное содержание кислорода в почвенном воздухе 19-20%. Основным источником углекислоты в почвах является органическое вещество (растительные и животные остатки, органические удобрения, частично гумус), которое разлагается и окисляется микроорганизмами. Значительное количество углекислоты, около одной трети, по оценке В.А.Ковды, в почве выделяется корнями растений. Небольшие количества С02 могут поступать в почву из грунтовых вод, в результате десорбции из твердой и жидкой фазы и при разложении карбонатов. Средняя концентрация углекислого газа в воздухе, равная 0,03%, недостаточна для потенциально возможного урожая сельскохозяйственных культур Искусственное повышение концентрации углекислоты в приземном воздухе повышает урожай растительной массы на 30-100% Оптимальное содержание углекислоты в почвенном воздухе составляет от десятых долей процента до 1-2%, повышенные кон центрации (более 2-3%) угнетают развитие растений. Выделение углекислоты из почвы в приземный слой атмосфе ры называется дыханием почвы. Количество выделяющейся угле- 178 тЫ зависит от содержания и ежегодного поступления в почву кйСЛ°х органических веществ, в том числе органических удобре- cBef с0СТавляет в почвах зонального ряда 1-10 т/га в год в пере- на углерод (И.Н.Шарков, 1998; С.М.Надежкин, 1999). сЧеТС Между почвенным и атмосферным воздухом происходит по- ный газообмен. Имеются сведения, что более 90% углекис- С воздуха имеет почвенное происхождение. Глобальная роль чвенного покрова заключается в регулировании состава атмосферного воздуха. Газообмен, или аэрация осуществляется через воздухоносные почвы (порозность аэрации). К факторам газообмена относятся: шЬФузня, изменение влажности, изменение температуры и атмосферного давления. Диффузия — перемещение газов в соответствии с парциальным давлением, которое определяется их концентрацией. Поскольку в почвенном воздухе более высокая концентрация С02 и ниже по сравнению с атмосферным воздухом — 02, диффузия определяет основные потоки этих газов - 02 в почву, а С02 в атмосферу. Диффузия является основным фактором газообмена. Изменение влажности почвы приводит к поглощению влаги воздуха при высыхании и его вытеснению в атмосферу при увлажнении. Изменение температуры и атмосферного давления также вызывают обмен между почвенным и атмосферным воздухом из-за градиентов давлений и процессов расширения-сжатия при нагревании и охлаждении. Диффузия газов в почве характеризуется коэффициентом диффузии, который равен количеству газа (в см3), поступающего в секунду через 1 см2 поверхности при мощности слоя 1 см и градиенте концентрации, равном единице. По Люндегорду, коэффициент диффузии С02 менее 0,009 г/см2 в сек - предел нормальной аэрации. При меньшем его значении газообмен затруднен. Состояние газообмена определяется воздушными свойствами почвы. Воздухопроницаемость — способность почвы пропускать через себя воздух. Она измеряется количеством воздуха в мл, прошедшим под определенным давлением через 1 см2 при толщине слоя в 1 см. Зависит от гранулометрического состава, структуры и важности почвы. Воздухоемкость - содержание воздуха в почве в объемных про- тах. Зависит от влажности и порозности почв. Различают капил- пон Ю И некапилляРнУю воздухоемкость, которые соответствуют цИ1о ТИям капиллярной и некапиллярной порозности. Хорошую аэра- почв обусловливают некапиллярные поры, которые, как прави- 179 ло, не заняты водой. Оптимальные условия для газообмена мСж почвенным и атмосферным воздухом создаются при порозНоС]. аэрации в минеральных почвах 20-25%, а в торфяных - 30-40%. И Воздушный режим почв и его регулирование. Воздушный Рс жим — это совокупность всех явлений поступления, персдви>кс ния, изменения состава и физического состояния воздуха при взаимодействии с твердой, жидкой и живой фазами почвы а также газообмен почвенного воздуха с атмосферным. 1 Воздушный режим подвержен суточной, сезонной (годовой) и многолетней динамике. Наиболее благоприятный воздушный режим складывается в структурных почвах, обладающих рыхлым сложением и хорошим газообменом. Суточная динамика С02 и О, распространяется до глубины 30-50 см в соответствии с колебаниями температуры. Обновление состава почвенного воздуха в пахотном слое может происходить в течение суток полностью несколько раз. Максимальное содержание С02 и минимальное 02 приходится, как правило, на летний период, а осенью и зимой почва освобождается от накопленного углекислого газа. В почвах нормального увлажнения в нижней части почвенного профиля больше содержится С02 и меньше 02, а в почвах в затрудненным газообменом С02 скапливается в верхней и средней части профиля. Регулирование воздушного режима проводят с помощью мелиоративных мероприятий (осушение, орошение), агротехнических (глубокие обработки, рыхление и др.), а также комплекса мероприятий, направленных на окультуривание почв. Глава 20. Тепловые свойства и тепловой режим почв
К тепловым свойствам относятся: теплопоглотительная (тсп- лоотражательная) способность, теплоемкость и теплопроводность почв. _ Теплопоглотительная (отражательная) способность почв это способность почв поглощать (отражать) долю падающей на ^ поверхность солнечной радиации. Характеризуется значением a.it» бедо — долей коротковолновой солнечной радиации, отражаем0 180хностью почв, выраженной в % к общей солнечной радиа- п°верцем меньше альбедо, тем больше почва поглощает солнеч- энергии. Альбедо зависит от цвета почвы, влажности, выравнен 3 поверхности, характера растительного покрова. Черно- ненн имеет показатель альбедо 14%, влажный - 8, песок бе- ЗСМ- сухой - 25-30, серый сухой - 15-18, влажный - 10-12%. ЛЬ1И Теплоемкость — свойство почвы поглощать тепло. Характерней количеством тепла в Джоулях (калориях), необходимого ЗУя нагревания на ГС единицы массы (удельная) или единицы ема (объемная). Теплоемкость зависит в основном от влажное- 0 содержания органического вещества, пористости аэрации (табл- 20.1). Наиболее высокая теплоемкость у воды.
Для повышения температуры влажной почвы требуется больше тепла, чем для сухой. Влажные почвы медленнее нагреваются и медленнее охлаждаются. А поскольку глинистые, тяжелосуглинистые и торфяные почвы весной содержат много влаги, они медленнее прогреваются по сравнению с более сухими песчаными и супесчаными, их называют холодными. Осенью наблюдается обратная картина - легкие почвы быстрее охлаждаются, а тяжелые и торфяные - медленнее. Теплопроводность — способность почвы проводить тепло. Она измеряется количеством тепла в Джоулях (калориях), которое проходит за 1 с. через 1 см2 слоя почвы толщиной в 1 см. Минимальной теплопроводностью обладает воздух (табл. 20.2), более
высокой - органическое вещество (гумус, торф), вода. Самая вы сокая теплопроводность у минеральной части почв. Она в Юо ^ выше, чем у воздуха и примерно в 20 раз выше, чем у воды. 13 Теплопроводность плотных и влажных почв выше, чем рЫх лых, хорошо оструктуренных и сухих. ”
Тепловой режим почвы — это совокупность и последовательность явлений поступления, переноса, аккумуляции и отдачи тепла. Он характеризуется температурой на разных глубинах почвенного профиля, которая имеет суточный и годовой ход. Суточный ход температуры почвы определяется зональным положением почвы, климатическими и погодными условиями сезонностью, особенностями рельефа и растительного покрова составом и свойствами почв. Наиболее резко суточный ход выражен в пределах 50-см слоя. Максимальные температуры наблюдаются на поверхности днем, минимальные - ночью. С глубиной в профиле почв характерно запаздывание изменения температуры. Годовой ход температуры определяется, в первую очередь, климатическими условиями, имеет большую амплитуду и выражен на бшьшую глубину, чем суточный. Наиболее резко годовой ход температур проявляется в пределах 3-4-х метровой толщи почвы и почвообразующих пород. На глубине 6 м колебания температур не превышают ГС. Максимальные температуры почв с глубиной отстают от максимальных температур воздуха. Различия во времени могут достигать 2-3 месяцев. На годовой ход температур большое влияние оказывают растительный покров, высота снежного покрова, рельеф, хозяйственная деятельность. Замерзание почвы происходит после установления отрицательных температур воздуха и продолжается до января-февраля. Затем она постепенно оттаивает снизу за счет передачи тепла из нижних непромерзших слоев. Иногда оттаивание снизу продолжается до схода снега, при этом талая вода проникает в почву. В другие годы, при раннем сходе снега, почва может оттаивать сверху и снизу, при этом в оттаявшем сверху слое образуется слой, насыщенный водой, и создаются условия для поверхностного стока и развития эрозионных процессов за счет талы* вод. Для оценки теплообеспеченности почв и характеристики теплового режима используются следующие показатели: сумма активных температур (более 10°С) в почве на глубине 20 см; сум>,а 182 ательных температур на глубине 20 см; средний из абсолют- °ТР минимумов температур на поверхности почвы; глубина про- **ь1Х ниЯ почвы; глубина проникновения температур более 10°С шя лета) и др. показатели. Сумма активных температур почвы (больше 10°С) на глуби- 20 см в тундре примерно на 100°С ниже или соответствует сум- Не активных температур воздуха; в таежно-лесной зоне активные ме пературы почвы превышают температуры воздуха на 100- 200°С; в степной зоне - на 300-500°С и в субтропиках - примерно на Ю00 С. Для характеристики процессов трансформации солнечной энергии рассчитываются радиационный, тепловой балансы почвы и энергетический баланс почвообразования, которые, соответственно, учитывают приход-расход солнечной радиации, тепла и количество энергии, расходуемой на работу почвообразовательного процесса. Типы теплового (температурного) режима почв. В зависимости от динамики температуры почвы, длительности и глубины промерзания В.Н.Димо (1968) выделила 4 типа температурного режима почв. Мерзлотный — характерен для территорий с многолетней мерзлотой. Среднегодовая температура почв отрицательная. Сезонное замерзание и оттаивание прослеживается до верхней границы многолетнемерзлого слоя. Длительно-сезоннопромерзающий тип характерен для территорий с положительной среднегодовой температурой профиля почвы. Длительность промерзания - не менее 5 мес. Глубина промерзания — более 1 м. Сезонное промерзание не смыкается с многолетнемерзлыми породами, если они присутствуют. Сезоннопромерзающий тип характерен для территорий с положительной среднегодовой температурой профиля почвы. Глубина промерзания не более 2 м, длительность - от нескольких дней До 5 мес. Непромерзающий тип характерен для территорий, где температура на глубине 20 см в самом холодном месяце положительная. Промерзание почвы отсутствует, а отрицательные температуры п°чвы отсутствуют или держатся не более нескольких дней. Длительно-сезоннопромерзающий и сезоннопромерзающий ™пы температурного режима характерны для преобладающей части ^РРитории России, непромерзающий занимает небольшую плоЩаДь на Северном Кавказе и Черноморском побережье Кавказа. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||