Почвенный воздух и процессы газообмена почвы с атмосферой

18.05.2015

Вопрос о необходимости изучения газообразной фазы почв выдвинут с особенной определенностью работами акад. В. Вернадского. По справедливому замечанию упомянутого ученого, «почва, взятая без газов, не есть почва». Характер этих газов, свойства их и количественное соотношение резко меняются в почве под влиянием метеорологических и биохимических факторов. Качественный и количественный их учет является безусловно необходимым. В частности В. Вернадский подчеркивает всю важность изучения режима в почве кислорода и рисует нам в новом освещении значение в процессах обогащения почв кислородом, например, снежного покрова — этой «живительной покрышки, которая весною дает растениям газы, более обогащенные кислородом, чем обычный окружающий их воздух», а также значение явлений разлива воды на заливных лугах, значение выпадения дождя, когда с ним приносится в водном растворе больше (по сравнению с азотом) кислорода, чем содержится в воздухе, и т. п. Указав далее на необходимость учета в почвенном воздухе азота, водорода, метана и др., цитируемый автор заключает свои изыскания следующими словами: «И с точки зрения геологической — химии земной коры, и с точки зрения практической — плодородия, и с точки зрения почвенной — учета химической статики и динамики различных естественных почв — химический газовый анализ почв стоит на очереди, требуя работы».
Систематических исследований, посвященных изучению состава почвенного воздуха и динамики явлений газообмена почвы с атмосферой, мы до последнего времени, можно сказать, не имели. Старые работы Boussingault, Fodor, Wollny, Pettenkoffer и др. мало уясняют нам сущность интересующих нас явлений. И лишь в работах Ротгамстедской опытной станции и Тимирязевской с.-х. академии вопрос этот получил более полное и разностороннее освещение.
В состав почвенного воздуха входят, с одной стороны, все те газообразные тела, которые мы видим и в окружающей почву атмосфере: кислород, углекислый газ, азот, аммиак, парообразная влага и др. (иногда аргон и др.), с другой стороны, мы встречаем в почве — часто в значительных количествах — и такие соединения, которые образуются там в результате разнообразных биохимических процессов и которые для окружающей почву атмосферы представляются необычными: водород, сероводород, метан, фосфористый водород (в почвах плохо аэрируемых) и др. Чем более глубоко залегающий горизонт почвы мы исследуем, тем качественный состав заключающегося в нем воздуха более резко отличается от состава воздуха окружающей эту почву атмосферы; наоборот, в поверхностных горизонтах почвы благодаря сравнительно легкой в них циркуляции атмосферного воздуха разница эта сглаживается. Само собою разумеется, что в отдельных случаях (в почвах заболоченных, сильно уплотненных и пр.) газообмен поверхностных горизонтов почвы с атмосферой может быть весьма затруднен, и тогда в высказанное нами сейчас положение может быть внесен ряд коррективов.
Если сравнить теперь состав почвенного воздуха с составом воздуха окружающей почву атмосферы — с точки зрения количественного содержания в том и другом случае газообразных тел, то характерной особенностью для почвенного воздуха должно быть отмечено сравнительно большее содержание в нем углекислого газа и меньшее — кислорода.
Большая обогащенность почвенного воздуха углекислотой объясняется, с одной стороны, происходящими в почве процессами разложения органических веществ, с другой — дыханием корневой системы растений и населяющих почву микроорганизмов. Некоторая обедненность почвенного воздуха молекулярным кислородом объясняется большим потреблением его со стороны растений и со стороны тех — окислительного характера — реакций, которые имеют место в почвенной толще. Для непересыхающих горизонтов почвы отмечена большая их обогащенность парами воды.
Высказанные выше соображения дают повод думать, что состав почвенного воздуха в различных почвенных представителях должен быть различным (в связи с неодинаковым ходом в них процессов распада органических веществ, с неодинаковым составом растительных сообществ и т. д.). На состав почвенного воздуха несомненное влияние должны также оказывать рельеф местности, экспозиция склона и пр. По всем этим вопросам мы еще не имеем, однако, систематических исследований.
Явления газообмена почвы с атмосферой происходят под влиянием различных причин. Изменения барометрического давления, колебания температуры почвы и отдельных составляющих ее горизонтов, движение ветра, явления пропитывания почвы водою и последующее ее подсыхание и пр. — все это не остается без влияния на энергию и характер процессов обмена почвенного воздуха на атмосферный. Нет, наконец, необходимости подчеркивать то значение, которое играют в рассматриваемых явлениях такие свойства почвы, как ее порозность, воздухопроницаемость и т. д.
Принимая во внимание все те большие изменения, которые претерпевают в природной обстановке упомянутые нами сейчас внешние факторы, как суточные, так и в течение более длительных сезонов, естественно предположить, что в почвах незаболоченных и не чрезмерно уплотненных явления динамики газообмена должны находить себе весьма яркое выражение, и, поскольку в ходе барометрического давления, в ходе температуры воздуха и почвы и пр. наблюдается известная периодичность, как суточная, так и сезонная, постольку и динамика интересующих нас явлений должна рисоваться нам в виде периодически протекающих процессов. И только для почв заболоченных и вообще обладающих комплексом неблагоприятным для явлений газообмена физических свойств мы должны констатировать картину угнетенности динамики описываемых явлений.