Купить ЭМ-препараты в каталоге АРГО >>
A.M. Елисеев, кандидат сельскохозяйственных наук
ЗНАЧЕНИЕ ВОЗДУХА в почве огромно. Воздух является не только важным фактором выветривания минеральной части почвы, но и необходимым условием развития в ней биологических процессов.
Кислород воздуха необходим, прежде всего, для дыхания корней растений, поэтому нормальное развитие растений возможно только в условиях достаточного доступа воздуха в почву. При недостаточном же его проникновении растения угнетаются, замедляют рост, а иногда и погибают.
Существенное значение имеет почвенный воздух также для аэробных микроорганизмов, интенсивная жизнедеятельность которых протекает только при наличии в почве кислорода. При отсутствии доступа воздуха деятельность аэробных бактерий прекращается, а следовательно, прекращается и образование в почве необходимых для растений питательных веществ. Кроме того, в анаэробных условиях неизбежно возникают восстановительные процессы, в результате которых в почве могут накапливаться различного рода вредные для растений закисные соединения.
Состав атмосферного воздуха без водяных паров и пыли почти одинаков во всех точках земного шара и характеризуется следующими показателями (в процентах к объему): азот -78,08, кислород-20,95, углекислый газ - 0,03. В воздухе содержится небольшое количество аргона, неона, гелия, криптона, водорода, ксенона, озона, радона, а также водяного пара.
Почвенный воздух отличается от атмосферного прежде всего меньшим содержанием кислорода и большей концентрацией углекислого газа. Так, по данным сельскохозяйственной академии им. К. А. Тимирязева, содержание кислорода в почвенном воздухе колеблется от 17 до 20,7 %.
Содержание кислорода в почве зависит от возделываемой культуры. Так, под ячменем его содержание равно примерно 20,6%. А под многолетними травами - 10,65 %. В почвенном воздухе содержится от 0,1 до 1 % , чаще 0,8 % углекислого газа, количество которого при внесении свежих органических удобрений повышается до 2 %, а на огородной почве иногда достигает 9-10%.
Почвенный воздух практически всегда насыщен водяными парами. В отдельных случаях в нем обнаруживают метан и сероводород. Эти газы появляются в почве при неполном анаэробном разложении органических веществ и недостаточном газообмене между почвенным и атмосферным воздухом.
Наличие воздуха является необходимым условием жизни всех живых организмов. Все организмы, заселяющие почву, дышат. Для растений кислород необходим начиная с прорастания семян и до конца периода вегетации. При недостатке кислорода в почве, например при заболачивании, растения резко снижают урожай, а иногда и гибнут.
Сельскохозяйственные культуры по-разному используют кислород. Так, для создания 1 г сухого вещества гороху необходимо 1,2-1,56 мг кислорода, а кукурузе - 0,34-0,35 мг.
При отсутствии газообмена между почвенным и атмосферным воздухом весь кислород в почве расходуется очень быстро - в течение нескольких суток. Луговая растительность в среднем за 1 час потребляет через корни 2-3% кислорода от исходного его количества. Наибольшее потребление кислорода корнями приходится на период цветения растений. В это время наблюдается максимум накопления углекислоты в почве под многими культурами.
При недостатке кислорода в почве растения и микроорганизмы берут его от растворенных в воде окисленных соединений.
Злаковые культуры легче переносят недостаток кислорода. Так, для кукурузы, выросшей на бедной кислородом почве, установлено более сильное развитие в стеблях воздухоносных полостей и, следовательно, возможность передвижения кислорода из листьев в корни.
Для риса также доказано поступление кислорода в корни через листья и стебли.
Горчица, лен и некоторые другие культуры не растут на почве с низким поступлением атмосферного воздуха.
Причиной снижения урожая часто бывает не только недостаток кислорода в прикорневой зоне растений, но и развитие в почве восстановительных процессов, идущих с образованием вредных закисных соединений металлов, угнетающих развитие корней и микроорганизмов.
На последний факт необходимо обратить особое внимание, так как грунтовые воды Харьковской области содержат количества металлов, значительно превышающие ПДК.
Кислород почвенного воздуха имеет большое значение для жизни полезных микроорганизмов в почве. Процесс нитрификации активно протекает только при свободном доступе кислорода, поэтому после рыхления почвы он всегда усиливается. В первые дни после рыхления почвы количество нитратов в ней иногда увеличивается в 5-10 раз по сравнению с их количеством до обработки.
Клубеньковые бактерии, живущие на корнях бобовых растений, активно используют молекулярный азот только при свободном доступе кислорода. Фиксация азота идет параллельно с использованием бактериями свободного кислорода воздуха при окислении различных источников углерода (глюкозы, мальтозы, декстрина и др.).
Фиксация атмосферного азота азотобактером, живущим в ризосфере, но вне корней растений, находится в прямой связи с его дыханием. Имеется определенная зависимость между запасом химической энергии в используемом азотобактером органическом веществе и количеством фиксируемого им азота: на 1 калорию фиксируется 2 мг атмосферного азота.
Исследования И.П. Гречишина показывают, что для дерново-подзолистой почвы примерной границей перехода от аэробных условий к анаэробным можно считать содержание 5 % кислорода (от объема газовой смеси), а для черноземов - 2,5 % кислорода. В свою очередь, содержание нитратов как в дерново-подзолистой почве, так и в черноземах увеличивается с нарастанием концентрации кислорода вплоть до максимального его накопления в почве (до 20 %).
Для поддержания содержания гумуса и подвижных питательных веществ в почве большое значение имеет сосуществование аэробных и анаэробных форм бактерий. При благоприятных для аэробных микробов условиях, когда в почве имеется достаточное количество воды и воздуха, часть перегноя быстро разлагается вплоть до образования углекислоты, воды, аммиака, азотной кислоты. Почва постепенно обедняется перегноем, и ее плодородие снижается.
При недостаточном содержании кислорода в почвенном воздухе органические вещества разлагаются анаэробными микроорганизмами. При этом накапливаются органические низкомолекулярные кислоты и выделяются в значительном количестве такие газы, как метан и сероводород, подавляющие дальнейшее развитие анаэробных бактерий. При этих условиях образуется, например, торф, содержащий не полностью разложившиеся растительные остатки. При недостатке кислорода и периодическом переувлажнении почвы образуются закисные формы металлов (продукты неполного окисления), которые токсичны для микроорганизмов и корней растений. Таким образом, одностороннее развитие анаэробиоза имеет свои отрицательные стороны. Прежде всего угнетается жизнь культурных растений, так как для них не подготовлено питание аэробными бактериями.
Сочетание противоположных процессов обеспечивает почвенное питание растений за счет минерализации некоторой части перегноя аэробными микробами и одновременного пополнения запасов свежего перегноя (гумуса), образуемого анаэробами.
Улучшать микробиологическую деятельность с целью правильного сочетания аэробного и анаэробного процессов можно также путем улучшения состояния пахотного слоя, повышения его воздухопроницаемости и газообмена.
Хорошая воздухопроницаемость в большинстве случаев является следствием хорошо развитой корневой системы растений, которая пронизывает весь корнеобитаемый слой почвы и после отмирания образует большое количество пор (проходов, пустот), которые в сочетании с органикой способствуют размножению почвенных червей и образованию червоточин.
Основная масса корней (до 70-90 % и более по весу) сосредоточена в пахотном (до 25 см) слое почвы. В пропашных культурах, например в кукурузе, на черноземных почвах до 33-45 % (по весу) корней находятся за пределами пахотного слоя.
Большое количество живых корней и разлагающихся органических остатков в пахотном слое почвы способствует успешному развитию здесь микроорганизмов. Например, в отдельных слоях окультуренного чернозема отмечено следующее изменение количества бактерий (в процентах от общего их содержания): в слое глубиной 30 см - 89,8; от 30 до 40 см - 5,1. Глубже 90 см находятся 0,3 % общего числа бактерий. Число актиномицетов в слое глубиной 30 см той же почвы достигало 89,2 %, а грибов - 74,3 % от общего их количества в почве.
Обилие микроорганизмов в пахотном слое интенсивно воздействует на органическую и минеральную части почвы, увеличивая количество доступных растениям питательных веществ. Сквозь толщу мощного пахотного слоя атмосферная влага хорошо проникает в нижнюю часть корнеобитаемого слоя, где она сохраняется лучше, чем в поверхностных горизонтах почвы.
Сложение (плотность) почвы существенно влияет на водно-воздушный и питательный режимы почвы, рост и развитие корневой системы, а следовательно, и всего растения.
При уплотнении почвы, т.е. уменьшении воздушных пор, уменьшается урожай сельскохозяйственных культур. По мере уплотнения пахотного слоя увеличивается доля недоступной воды в общем запасе ее в почве. Однако на рыхлых почвах небольшое уплотнение верхней части пахотного слоя (прикатывание после посева) увеличивает его теплопроводность, температура данного слоя повышается на 3-5°С. Кроме того, прикатывание увеличивает контакт семени с почвой, что ускоряет прорастание семян.
Кроме воздуха в свободном состоянии, в почве имеется воздух, поглощенный поверхностью коллоидных частиц при влажности почвы ниже максимальной гигроскопичности. Этот воздух обладает меньшей подвижностью по сравнению со свободным. По имеющимся данным, поглощенный воздух в сухом кварцевом песке составляет 0,75 %, в дерново-подзолистых почвах 2,26-8,88 %, в черноземах 8,28-14,6 %.
Адсорбция молекул газов почвой зависит от степени увлажнения почвы, температуры (с повышением температуры поглощение убывает), давления (с увеличением атмосферного давления повышается поглощение), химического состава почвенных коллоидов, химической природы газов. Наиболее интенсивно поглощаются пары воды, затем в убывающем порядке - углекислый газ, кислород, азот.
Часть газов растворена в почвенной влаге. В зависимости от непрерывно меняющегося давления они из почвенного раствора переходят в воздух или снова растворяются. Наиболее активны в этом отношении кислород и углекислый газ. Кислород поступает в почву вместе с атмосферным воздухом и в небольшом количестве с атмосферными осадками. Свободный кислород в почвенном растворе служит окислителем и поэтому играет большую роль в окислительно-восстановительных реакциях и создании урожая. Растворенная в почвенной воде углекислота способствует переходу труднорастворимых солей в более доступные растениям соединения.
Высшие растения по-разному относятся к углекислоте, содержащейся в атмосферном и почвенном воздухе. При концентрации углекислоты в почвенном воздухе более 1 % некоторые культурные растения проявляют признаки отравления. Повышение концентрации углекислоты в атмосферном воздухе до 1 % и более ведет к увеличению урожая.
Недостаток углекислоты в воздухе возмещается углекислотой, выделяемой из почвы и при дыхании микроорганизмов. Средняя по плодородию почва выделяет в один час с гектара около 5 кг углекислоты, а гектар посевов овса потребляет в час 10-15 кг углекислого газа.
Растение, особенно травянистое, потребляет двуокись углерода прежде всего из надпочвенного слоя воздуха, понижая ее концентрацию в дневные часы. Недостаток углекислого газа в воздухе восполняется в результате выделения его из почвы в ночное время, когда потребление углекислоты прекращается.
В почве углекислота накапливается главным образом в результате деятельности микроорганизмов и корней растений. Наибольшее количество углекислоты приходится на верхние слои почвы, где много корней и микроорганизмов. На глубине 20-30 см количество бактерий в 1 г почвы в 3-10 раз меньше, чем в верхнем ее слое.
Под воздушным режимом почвы понимается ход изменений количества и состава воздуха в ней за определенный промежуток времени.
Количество воздуха в почве зависит от общей ее скважности и степени заполнения скважин водой. В почве наиболее тонкие капиллярные поры бывают частично или полностью заполнены водой, а некапиллярные промежутки не могут удерживать воду, и она под действием силы тяжести стекает вниз. Воздухоемкость почвы характеризуется главным образом объемом некапиллярных пор, выраженным в процентах от всего объема почвы.
Воздухопроницаемость, т.е. способность почвы пропускать через себя воздух, зависит от строения почвы, ее скважности и пр. Как правило, более оструктуренные почвы имеют большую воздухопроницаемость.
Состав почвенного воздуха меняется под влиянием двух основных причин:
- протекающих в почве биологических процессов;
- активности газообмена с атмосферным воздухом.
В почвах со значительной пористостью, обладающих хорошей воздухопроницаемостью, наблюдается интенсивный обмен газов, зависящий от многих факторов.
Колебания атмосферного давления вызывают перемещение газов, входящих в почву при повышении давления, и обратный их ток при уменьшении давления. Вместе с тем почва обогащается кислородом за счет атмосферного воздуха и освобождается от избытка углекислоты. При нагревании почвы днем газы в ней расширяются и часть их выделяется в приземный слой атмосферы.
Охлаждаемый ночью почвенный воздух сжимается, открывая доступ атмосферному кислороду. При увлажнении почвы часть воздуха вытесняется из почвы в атмосферу, а при высыхании освобождающиеся от воды поры вновь заполняются воздухом. Движение воздуха в приземном слое происходит турбулентно (т.е. с завихрениями), создавая локально как зоны разрежения воздуха, так и зоны повышенного давления. Таким образом, происходит «откачка-закачка» воздуха в почву.
Мероприятия по улучшению воздушного режима почвы имеют следующие задачи:
- снабжение почвы достаточным количеством воздуха;
- согласованное изменение влажности почвы и аэрации;
- создание благоприятного газообмена между почвой и атмосферой;
- улучшение состава приземного слоя воздуха.
Увеличение количества воздуха в почве достигается повышением ее пористости. В хорошо обработанной мелкокомковатой почве воздухом заполнены все некапиллярные скважины. Уплотнение почвы и образование на ее поверхности корки резко снижает аэрацию и газообмен.
Воздушный режим почвы улучшается также в результате возделывания высокоурожайных культур, образующих мощную корневую систему, после отмирания которой скважность почвы значительно увеличивается, обогащения почвы органическим веществом, известкования кислых и гипсования солонцеватых почв, применения периодических глубоких полосных рыхлений (щелеваний), обработки почвы в состоянии ее физической спелости, дренирование переувлажненных почв.