Углекислота в почвенном воздухе и приземном слое

Углекислый газ, являясь продуктом метаболизма почвенных микроорганизмов и дыхания корней растений, занимает видное место в целом ряде биологических и физиологических процессов. Исследованиями А.М. Кузина и др. (1952), А.А. Кирсанова и др. (1952) установлено, что растения способны усвоить С02 из почвы корнями и транспортировать его к листьям, где он с помощью лучистой энергии превращается в различные органические вещества, но это не основной путь.

В ряде исследований (Станков Н.З., 1964; Рассел Э., 1955 и др.) выявлено, что высокие концентрации углекислого газа в почвенном воздухе отрицательно влияют на поступление в растения N63, ИН4 и Р205, вызывают заметное уменьшение роста корней, что приводит к снижению продуктивности сельскохозяйственных культур. По мнению авторов, для оптимального роста корней необходимы концентрации С02 в почвенном воздухе менее 1 %.

Непрерывное поступление углекислого газа из почвы в приземный слой воздуха имеет большое значение в углеродном питании растений. Поэтому приемы обработки почвы, увеличивающие дыхание почвы, являются важным условием повышения фотосинтеза и тем самым биопродуктивности почвы.

Данные отечественной и зарубежной науки убеждают в сложном, многостороннем - как косвенном, так и прямом влиянии компонентов почвенного воздуха и термических условий на плодородие почвы и продуктивность сельскохозяйственных культур.

Проблема регулирования плодородия черноземов в процессе их интенсивного сельскохозяйственного использования (оптимизация воздушного и теплового режимов почвы) является одной из актуальнейших в земледелии.

Воздушный режим почвы определяется совокупностью взаимосвязанных явлений: поступлением газов в почву, передвижением их по профилю почвы, изменением содержания во времени в результате почвенных процессов и газообмена между почвой и атмосферой (Мина В.Е. и др., 1963).

Изменения в составе почвенного воздуха связаны с биологическими и физико-химическими процессами, протекающими в почве. При биологических процессах из почвенного воздуха поглощается кислород и выделяется углекислый газ. По мнению многих исследователей, в результате этих процессов осуществляется биологический круговорот углерода в природе (Вернадский В.И., 1954, Мишустин Е.Н., 1972). При физико-химических процессах происходит адсорбция компонентов газовой фазы на поверхности почвенных частиц и водных пленок, растворение газов в почвенном растворе, взаимодействие СО2 с различными минералами.

Изменение концентрации СО2 и СЬ по профилю почвы взаимосвязаны. Максимальное количество СО2 соответствует минимальной концентрации кислорода. Сумма этих газов в почвенном воздухе равна 21 %.

Почвенный воздух оказывает многостороннее воздействие на жизнь микроорганизмов и деятельность корневой системы растений и сильно влияет на условия питания растений.

В почвенном воздухе в результате жизнедеятельности микроорганизмов и растений содержится значительно больше СО2, чем в атмосферном. Содержание С02 в почвенном воздухе может быть значительно выше, оно может достичь 0,03-9,75 % при соответствующем снижении кислорода (20,94-10,35 %).

Непрерывное пополнение углекислого газа в результате жизнедеятельности растений и микроорганизмов создает повышенные концентрации его в почве, при которых затухает аэробная микробиологическая деятельность и, как следствие этого, почва становится бедной доступными для растений формами азота и нередко фосфора. Угнетается деятельность корневой системы растений, которая с повышением концентрации углекислоты, приостанавливает свой рост и снижает поступление воды и пищи.

Обработка почвы является важным средством регулирования состава почвенного воздуха. В зависимости от приемов основной обработки находятся физические свойства почвы, активность микробного ценоза, скорость и направленность процессов микробиологической трансформации органического вещества и, как следствие, состав почвенного воздуха.

Увеличение глубины вспашки с 20-22 см до 35-37 см снижало концентрацию С02 в фазу 2-4 пар настоящих листьев подсолнечника в слое почвы 0-40 см на 12,8 %. На глубине 20см концентрация углекислоты в почвенном воздухе снизилась с 0,36 объемных % по вспашке на 20-22 см до 0,27 % по вспашке на глубину 35-37 см (табл. 10).

Снижение концентрации СО? в почвенном воздухе при увеличении глубины вспашки в период нарастания вегетативной массы обусловлено рядом причин. При обычной вспашке на 20-22 см наблюдается равномерное перемешивание почвенных частиц и растительных остатков, достигается достаточная однородность пахотного слоя.

  • 10. Динамика концентрации СО? в почвенном воздухе при различных обработках почвы под подсолнечник, %
  • (1982-1984 гг.)

Фазы

развития

растений

Способы об

работки почвы

Ежегодная вспашка на

20-22 см

Ежегодная вспашка на

35-37 см

Ежегодная

обработка

плоскорезом

Ежегодное рыхление плугом Т.С. Мальцева на 25-27 см

Глубина взятия проб, см

20

40

20

40

20

40

20

40

2-4 пары листьев

0,36

0,43

0,27

0,41

0,40

0,40

0,33

0,39

8 пар листьев

0,48

0,74

0,36

0,52

0,66

0,61

0,57

0,65

12 пар листьев

0,37

0,54

0,21

0,46

0,41

0,50

0,33

0,45

Начало образования корзинки

0,43

0,63

0,32

0,51

0,32

0,40

0,31

0,40

Полное образование корзинки

0,36

0,42

0,33

0,47

0,35

0,45

0,25

0,32

Цветение

0,35

0,41

0,27

0,43

0,35

0,42

0,31

0,38

Налив зерна

0,52

0,80

0,42

0,76

0,52

0,77

0,45

0,73

Созрева

ние

0,37

0,43

0,31

0,38

0,35

0,8

0,33

0,38

Увеличение глубины вспашки приводит к перемещению верхнего, обогащенного свежим растительным материалом слоя, в нижнюю часть пахотного горизонта и выносу на поверхность биологически инертного слоя почвы. Извлеченный на поверхность при проведении глубоких вспашек нижний слой почвы медленно восстанавливает биогенность, что отражается на интенсивности образования С02. Весной в слое 0-10 и 10-20 см продуцирование углекислоты замедляется по вспашке на 35-37 см и увеличивается по плоскорезной обработке в сравнении со вспашкой на 20-22 см. В нижележащих горизонтах почвы (20-40 см) наиболее интенсивно продуцирование СОг происходило по вспашке на 20-22 см. Повышенное выделение углекислоты весной в верхних прослойках почвы обусловлено локализацией энергетического материала и благоприятными гидротермическими условиями.

В целом же, в слое почвы 0-40 см, в период вегетации подсолнечника наибольшая биогенность и максимум выделения углекислого газа отмечалось по вспашке на 20-22 см.

В динамике кислорода в газовой фазе почвы наблюдалась обратная зависимость по сравнению с углекислым газом.

Количественные различия в составе почвенного и атмосферного воздуха определяют градиент концентрации отдельных его компонентов. При наличии этого градиента между почвенным и атмосферным воздухом происходит диффузное передвижение газов в направлении их меньшей концентрации: атмосферный кислород поступает в почву, а из почвы в атмосферу диффундирует углекислый газ. Интенсивность выделения С02 из почвы служит наиболее общим, универсальным показателем биологической активности.

Увеличение глубины вспашки от 20-22см до 35-37 см снижает интенсивность потока С02 из почвы весной на 19 %, что объясняется падением микробиологической активности, температуры почвы и концентрации углекислоты в газовой фазе. Градиент концентрации углекислоты между почвенным и атмосферным воздухом снижался, что замедляло диффузию С02 в атмосферу.

По вспашке на 35-37 см около 50 % углекислого газа продуцируется в слое почвы 20-30 и 30-40 см, там, где находится значительная часть растительных остатков, служащих пищей для микроорганизмов. Диффузия С02 из нижних прослоек затруднена в связи с увеличенной толщиной обрабатываемого слоя почвы, через который должен продиф-фундировать газ. Снижение потока С02 из почвы при глубоких вспашках приводит к увеличению времени возможно полного газообмена с атмосферой в слое почвы 0-40 см.

Таким образом, увеличение глубины вспашки с 20-22 см до 35-37 см и безотвальные обработки не способствуют повышению интенсивности потока С02 из почвы в основные периоды вегетации растений. При вспашке на глубину 20-22 см в почве создается наиболее благоприятный комплекс физических и биологических условий, обеспечивающих интенсивный отвод С02 в атмосферу.

Углекислый газ, который выделяется из почвы, наряду с атмосферным является исходным продуктом фотосинтеза. По данным наших исследований, поток углекислоты из почвы повышает ее концентрацию в приземном слое воздуха (табл. 11).

11. Влияние различных обработок почвы на концентрацию С02 в приземном слое воздуха среди растений подсолнечника,

% объемных (1982-1983 гг.)

Фаза

развития

растений

Вспашка на глубину, см

Вспаш

ка

2-ярус-

ным

плугом

Обра

ботка

пло

скоре

зом

Рыхление

плугом

т.с.

Мальцева

20-22

25-27

30-32

35-37

2-4 пары листьев

0,041

0,041

0,038

0,038

0,039

0,040

0,040

Цветение

0,043

0,041

0,040

0,038

0,041

0,041

0,041

Налив

семян

0,037

0,037

0,036

0,036

0,036

0,036

0,036

Увеличение глубины вспашки с 20-22 см до 35-37 см снижает концентрацию СО? в начале вегетации на 7,3 %, в середине лета на 11,6 %. Безотвальное рыхление (плоскорезом или плугом без отвалов) не увеличивает количество углекислоты в приземном слое воздуха.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >