Состав почвенного воздуха, газообмен с атмосферой


Почвенный воздух по составу существенно отличается от атмосферного (табл.).

Состав атмосферного и почвенного воздуха (в объемных %)

Химический компонент Атмосферный воздух Почвенный воздух
Азот (N2) 78,08 78,08-80,24*
Кислород (O2) 20,95 20,09-0,01
Аргон (Ar) 0,93 --
Диоксид углерода (СО2) 0,03 0,03-20,0
Все остальные (пары Н2О, СН4) 0,01 --

*Азот и аргон

В нем меньше содержится кислорода, больше СО2. Изменяется и содержание азота в зависимости от протекания микробиологических процессов. В болотных и заболоченных почвах почвенный воздух может содержать заметные количества NH4, CH4, H2, H2S.

Из всех газов почвенного воздуха наиболее динамичны кислород и диоксид углерода. Различную концентрацию кислорода и диоксида углерода в почвенном воздухе определяют, с одной стороны, интенсивностью потребления кислорода и продуцированием СО2, а с другой — скоростью газообмена между почвенным и атмосферным воздухом. Выделение СО2 из почвы в приземный слой атмосферы принято называть дыханием почвы. В условиях хорошей аэрации кислорода поглощается почвой больше, чем выделяется углекислоты.

С глубиной концентрация СО2 в почвенном воздухе возрастает и может достигать 3-4% (табл.)

Таблица

Содержание СО2 (% от объема) в почвенном воздухе черноземов Молдавии, почвах Московской обл., Карелии (Синкевич, 1989, Николаева, 1970, Ларионова и др., 1987, Заварзин, Погодина, 1979)

Глубина, см Карбонатный чернозем Обыкновенный чернозем Ксеро-фитный чернозем, пашня Тоже, поляна Тоже, лес Серая лесная суглинистая Дерно-вопод-золистая, лес Тоже, озимая рожь Тоже, травы 1-го года Тоже, вико-овся-ный пар Подзолистая, суглинистая
0,54 0,54 0,53 0,31 1,14 2,0 0,31 0,26 0,62 0,41 1,21
0,57 0,78 0,70 0,85 1,38 2/40 0,82 0,68 1,27 0,67 1,84
0,57 0,82 0,80 0,99 1,48 2/22 1,56 0,90 1,3 7 0,88 1,31
0,73 0,93 1,16 1,32 2,06 2,40 1,8 1,06 1,08   1,19
0,74   1,54 1,55 2,10   1,61 1,05 1,18   1,92
>150             3,78 2,30 1,64   1,50

 

Отмечается высокое содержание СО2 в болотных почвах (1-8% в пахотном слое), меньше в дерново-подзолистых (0,2-1,0%), относительно низкое в почвах степей и полупустынь (0,3-0,8%).

Изменение содержания СО2 в атмосфере связано с поступлением углекислоты из почвы и потреблением ее растением. Интенсивность поступления СО2 из почвы определяется типом почвы, ее температурой, временем суток, сезоном, дыханием корней и микрофлоры.

Многочисленные данные, полученные самыми разными методами свидетельствуют, что поступление СО2 из почвы в атмосферу изменяется в пределах 1-30 кг/га час. При этом, приблизительно 30% этой величины связано с дыханием корней, 30% - с деятельностью микроорганизмов.

 

Таблица 6.4.

Выделение СО2 (кг/га час) в атмосферу в течение вегетационного периода (Л.О. Карпачевский, 1977)

Экосистема, почва СО2 (среднее значение)
Травянистая тундра, торфяная 2,7
Сосновый лес, песчаная подзолистая 1,3
Ельник сложный, бурая поверхностно-глеевая 2,0-8,1
Дубово-сосновый лес, дерновая суглинистая- 1,0-6,3
Низкотравная прерия, глинистый бурый чернозем 1,0-26,0
Типчаково-птилагростиевая полупустыня, высокогорная бурая пустынная 0,1-2,2
Холодная пустырниковая пустыня, каменистая серо-бурая 0,03-1,0
Тропический вечнозеленый лес, герониевый, желтозем 1,3-6,7
Дождевой тропический лес, краснозем 5,0-15,0
Залежь, чернозем карбонатный 0,6-4,3
Залежь, чернозем обыкновенный 0,6-4,9
Пашня, чернозем ксерофитно - лесной 1,2-4,6
Поляна в дубовом лесу, чернозем ксерофитно-лесной 1,9-5,8
Пашня, чернозем предкавказский 2,4-14,1
Тайга, торфяная 4,0-12,0

 

Анализ данных распределения СО2 в почвенном профиле показывает, что только часть СО2 выделяется из почвы, другая часть "стекает" в более глубокие слои почвы (идет дифференциация почвенных газов по их плотности, а плотность СО2 выше, чем у кислорода и азота: 1,98, 1,43 и 1,26 г/л, соответственно). При движении воздуха сквозь пористую среду (почву) вниз по профилю происходит накопление в нем СО2 .По подсчетам В.Н.Мина в почвенном метровом слое может содержаться 20-100 кг/га СО2, что соизмеримо с выделением СО2 из почвы, как это было установлено разными авторами в многочисленных исследованиях (табл. 6.4).

На содержание СО в почве и его выделение из почвы влияют те же динамичные факторы: влажность почв и ее температура. Эти параметры, в свою очередь, кроме прямого изменения объема воздуха в почве, скорости диффузии отдельных газов влияют также на активность биоты. Именно с этими параметрами (влажность, температура, активность биоты) связаны суточные и сезонные колебания в содержании и выделении СО2. Приведенные выше данные свидетельствуют, что амплитуда как в содержании СО2 в почве, так и в выделении СО2из почвы достигает заметной величины.

В годовом цикле динамики О2и СО2 в почвенном воздухе максимальное содержание О2 и минимальное СО2 приходится на летний период, а осенью и зимой почвенно-грунтовая толща освобождается от ранее накопленного углекислого газа. В течение вегетационного периода состав почвенного воздуха значительно изменяется в зависимости от погодных условий. При оптимальной влажности с повышением температуры почвы содержание СО2 в почвенном воздухе увеличивается, а О2 уменьшается.

В суточном цикле эмиссия, как правило, для почв бореального пояса характеризуется дневными и вечерними максимумами, что объясняется суточным ходом температуры почвы, отличающимся от атмосферы, а минимум приходится на утренние часы - время начала прогрева почвы.

Эмиссии СО2 почвой в большей мере уделяется внимание в связи с так называемым «парниковым эффектом». Этот эффект состоит в том, что такие газы, как СО2, СО, СН4, N2O создают в атмосфере некий газообразный экран, подобный стеклу или пленке в парнике, который пропускает коротковолновую радиацию, не пропускает длинноволновую, тепловую.

Поэтому приземный слой атмосферы прогревается при повышении содержания этих газов в атмосфере. Существует точка зрения, что наблюдаемое потепление климата связано с производственной деятельностью человека, увеличивающей долю этих газов, особенно выбросами промышленности и энергетики. Следует однако подчеркнуть, что доля этого фактора достаточно скромна в ряду источников СО2 в атмосфере: вулканическая деятельность, дыхание животных организмов, дыхание почвы, разложение карбонатов, окисление органических остатков, хозяйственная деятельность человека. Как отмечает Е.В. Шеин, «большинство ученых сходится на том, что среди источников поступления углерода в атмосферу почвенное дыхание в 7-10 раз превосходит индустриальные выделения».

По-видимому, причина повышения концентрации СО2 в атмосфере связана с природными циклами. В данном отношении представляет интерес гипотетическая схема предложенная Л.О. Карпачевским. Концентрация СО2 в атмосфере увеличивается - парниковый эффект -потепление - таяние ледников - обводнение низменностей суши -интенсификация болотообразовательного и гумусообразовательного процессов - формирование кораллов и т.д. - расширение площади многогумусных почв - концентрация СО2 в атмосфере уменьшается, достигая прежнего уровня, усиливается видообразование, аридизация, минерализация торфа и гумуса и снова СО2 поступает в атмосферу, повышая концентрацию.

Этот механизм цикла углекислоты в биосфере постоянно воспроизводится. Наверное, при детальном анализе можно выявить короткие и длительные циклы. Есть и очень короткие циклы, циклы локальные, связанные с местными условиями.

 



Дата добавления: 2020-10-01; просмотров: 502;


Поиск по сайту:

Воспользовавшись поиском можно найти нужную информацию на сайте.

Поделитесь с друзьями:

Считаете данную информацию полезной, тогда расскажите друзьям в соц. сетях.
Poznayka.org - Познайка.Орг - 2016-2024 год. Материал предоставляется для ознакомительных и учебных целей.
Генерация страницы за: 0.009 сек.