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;