Повітряні властивості грунту

Завдяки пористості грунт характеризується повітропроникністю. Повітропроникність - це властивість грунту пропускати повітря через пори, не зайняті водою. Загальний обсяг грунтових пір вище найменшої вологоємності (капілярно-підвішеної вологи) називають повітроємністю, а загальний обсяг пір, вільних від вологи, - повітромісткістю, або пористістю аерації. Дані показники виражаються у відсотках від об'єму грунту. Повітряні властивості грунту залежать від вологості, об'ємної щільності, механічного складу, структурності грунту. Завдяки повітропроникності і пористості аерації в грунтах в тій або іншій кількості присутнє грунтове повітря.

Грунтове повітря - гази, що знаходяться в порах грунту, вільних від вологи; кількість його виражається у відсотках об'єму грунту, а вміст змінюється в залежності від динаміки вологості грунтів в даній місцевості. Грунтове повітря може перебувати завдяки колоїдам в поглиненому стані, може бути розчинене в грунтовій волозі (вода може поглинати до 1-2%), в затисненому стані (коли повітря знаходиться в порах, з усіх боків оточених водною плівкою), і в вільному стані. Грунтове повітря добре дренованих грунтів містить 78% азоту, 21% кисню 21, 0,9% аргону, 0,03% вуглекислого газу, і за складом мало відрізняється від атмосферного. У ньому, проте, більше вуглекислоти і менше кисню. В залежності від пористості, вологості, типу та видового складу рослинного покриву, кількості органічних речовин, мікроорганізмів, вміст 0₂ і С0₂ в грунтовому повітрі може змінюватися від 0 до 20%. Відмінності в концентрації 0₂ і С0₂ визначаються інтенсивністю використання 0₂, виробленням С0₂ і швидкістю обміну газового вмісту між атмосферним і грунтовим повітрям - аерацією.

Аерація, або газообмін грунтового повітря з атмосферним, здійснюється завдяки повітропроникності грунту. Переміщення молекул відбувається внаслідок відмінності парціального тиску газів (дифузії). Так як в грунтовому повітрі більше вуглекислоти, ніж в атмосферному, в першу чергу в грунт надходить кисень, а виходить вуглекислота. Процес дифузії газів в самому грунті відбувається в 5-20 разів повільніше, ніж в атмосфері. На аерацію впливає надходження вологи в грунт, яка витісняє повітря в атмосферу. Значний вплив на газообмін чинять верховодки і близкозалягаючі (1,5-2,0 м) грунтові води зі змінним рівнем. При підйомі рівня води повітря, збагачене вуглекислотою, виштовхується в атмосферу, а при опусканні рівня води відбувається втягування атмосферного повітря, збагаченого киснем. У цьому позитивна роль грунтових вод. Аерація посилюється завдяки зміні температури і барометричного тиску атмосфери. Нагрівання грунту супроводжується розширенням газів та їх виходом в приземний шар повітря; те ж саме відбувається при зменшенні атмосферного тиску. Нарешті, газообмін грунтів посилюється при дії вітру в приземному шарі, що зазвичай зайнятий тією чи іншою рослинністю.

Значення грунтового повітря та аерації для грунтових процесів, життя рослин і мікроорганізмів визначається складом грунтового повітря і, зокрема, співвідношенням кисню і вуглекислоти. Значна частина грунтоутворювального процесів, пов'язаних з розкладанням органічних речовин, супроводжується окисними процесами, активною мікробіологічною діяльністю. Тому найвищі органогенні горизонти поглинають значну кількість кисню. Так, лісова підстилка здатна поглинути до 400 мл/кг кисню, гумусові горизонти поглинають від 0,5 до 3 мл на 1 кг абсолютно сухої речовини, а нижні горизонти підзолистих грунтів - десяті й соті частки мілілітра. Поглинається кисень і зростаючим корінням рослин, мікроорганізмами. Причому у всіх випадках в грунтове повітря виділяється вуглекислий газ, кількість якого забезпечує фотосинтез рослин на 40-70%. При нестачі кисню створюються анаеробні умови, сповільнюються процеси розкладання органічних речовин, змінюються групи мікроорганізмів, змінюється валентність Fe і Мn, починаються процеси утворення торфу та оглеєння, руйнування грунтової структури з утворенням щільних горизонтів.

Анаеробні умови складаються в грунтах при вмісті кисню 2,5-5% або, якщо його менше 5,5 см³ в 1 кг грунту. В результаті нестачі кисню в грунті змінюються інтенсивність і напрямок грунтоутворення, а грунтове повітря насичується недоокисленими сполуками (метан, сірководень, ароматичні речовини) і головним чином вуглекислотою, вміст якої може досягати 15-20% об'єму.

Вуглекислий газ, що знаходиться в грунтах, сприяє утворенню (при реакції вище рН 5) бікарбонатів. При реакції середовища нижче рН 5 вуглекислий газ сприяє розчиненню карбонатів і, утворюючи вугільну кислоту, може брати участь в процесах хімічного і біохімічного вивітрювання, сприяючи переміщенню різних речовин по профілю грунтів. За умов нестачі кисню припиняється ріст коренів, проростків, елементи живлення стають недоступними, а зміна фізичних умови в грунті призводить до припинення росту рослин і втрати грунтової родючості. Для забезпечення найкращих умов газового складу грунтового повітря, аерації, росту рослин і розвитку мікроорганізмів необхідно, щоб пористість аерації верхніх горизонтів грунту перебувала в межах 15-20% обсягу грунту.

Співвідношення в грунтах 0₂ і С0₂ постійно змінюється у зв'язку з сезонними і річними циклами розвитку рослин і кліматичними факторами.

Поліпшення повітряного режиму грунту прямо пов'язане зі звичайними агротехнічними прийомами з регулювання фізичних властивостей грунтів і водного режиму. Підвищення аерації грунтів досягається зменшенням зволоження верхніх горизонтів. Однак для росту рослин потрібно оптимальне співвідношення між грунтовим повітрям і вологою, що досягається лише в добре оструктуренних грунтах додаванням органічних добрив при оранці. Хороший ефект дає осушення боліт, створення мікропідвищень, лісомеліоративних насаджень.