Proč je v půdě hodně oxidu uhličitého?

Vzduchová fáze půdy je důležitou a nejdynamičtější složkou půdy, která je v úzkém vztahu s ostatními fázemi. Půdní vzduch je směs plynů a těkavých organických sloučenin, které vyplňují půdní póry, takže půdní vzduch je konkurencí půdního roztoku. Množství a složení půdního vzduchu má velký vliv na vývoj a životní aktivitu rostlin a mikroorganismů, rozpustnost chemických sloučenin a jejich migraci v profilu a intenzitu půdních procesů.

§1. Složení půdního vzduchu

Množství vzduchu v půdě a její složení závisí na její vzdušné kapacitě a propustnosti vzduchu, stejně jako na pórovitosti a vlhkosti, protože půdní vzduch zabírá všechny póry, ve kterých není voda. Při stejném obsahu vlhkosti je ve strukturních zeminách s nekapilární pórovitostí více vzduchu než v půdách bezstrukturních. Dodatečné nasycení půdy vodou znamená vytlačení vzduchu z ní. Vzdušný režim je nejpříznivější ve strukturních a sypkých půdách.

Hlavními zdroji plynné fáze jsou atmosférický vzduch a plyny vznikající v půdě samotné. Chemické složení půdního vzduchu je úzce spjato s atmosférickým vzduchem, protože dochází ke stálé výměně plynů, ale kvantitativní ukazatel plynů, z nichž se skládá, je odlišný, což je dáno i fyzikálními vlastnostmi půdy samotné. Čím je půda pórovitější, tím je složení půdy a atmosférického vzduchu bližší. V důsledku dýchání mikroorganismů a kořenů rostlin je půdní vzduch obvykle mnohem bohatší na oxid uhličitý a chudší na kyslík (tab. 12).

Pokud je složení atmosférického vzduchu obecně konstantní, může obsah kyslíku a oxidu uhličitého v půdním vzduchu značně kolísat.

Složení atmosférického a půdního vzduchu

V orných, dobře provzdušněných půdách s příznivými fyzikálními vlastnostmi je obsah a CO₂ během vegetačního období rostlin nepřesahuje 1 – 2% a obsah O₂ nikdy neklesne pod 18 %. Při převlhčení v těžkých orných půdách obsah CO₂ může dosáhnout 4 – 6 % nebo více a O₂ pokles na 17 – 15 % a níže. Mokřadní půdy mají ještě vyšší koncentrace CO₂ a nízké O₂. Optimální obsah O₂ a CO₂ v půdním vzduchu 20 %, resp. 1 %. S takovou zásobou kyslíku v půdě se rozvíjejí aerobní procesy a vytvářejí se příznivé podmínky pro růst rostlin. Pro řádkové plodiny (zelenina atd.) je žádoucí minimální obsah O₂ ne méně než 17 %, zrna – ne méně než 14 % (oves dobře roste i při 10 % O₂). Hlavními spotřebiteli kyslíku v půdě jsou kořeny rostlin, aerobní mikroorganismy a půdní fauna a jen malá část se vynakládá na chemické procesy. Nedostatek kyslíku oslabuje dýchání a metabolismus a při nedostatku volného kyslíku v půdě se vývoj rostlin zastavuje. Vliv nedostatku kyslíku v půdě je spojen se zvýšením koncentrace CO₂, pokles redox potenciálu, rozvoj anaerobních (redukčních) procesů, tvorba sloučenin toxických pro rostliny (CH₄, H₂S, C₂Н₄), pokles dostupných živin a zhoršení fyzikálních vlastností půdy. To vše v konečném důsledku snižuje úrodnost půdy a výnos rostlin. Společnost CO₂ a O₂ jsou antagonisté v půdě.

Druhou významnou složkou půdního vzduchu je oxid uhličitý, který se v půdě nachází především prostřednictvím biologických procesů. Částečně může pocházet z podzemní vody a také v důsledku její desorpce z pevné a kapalné fáze půdy. Nějaké množství CO₂ může nastat při přeměně hydrogenuhličitanů na uhličitany při odpařování půdních roztoků a při působení kyselin na půdní uhličitany a také při chemické oxidaci organické hmoty. Jeho vysoký obsah v půdě (> 3 %) má negativní vliv na semena, brzdí vývoj rostlin a snižuje výnos. Nicméně, CO₂ nezbytné pro fotosyntézu (bylo zjištěno, že 38 – 72 % CO₂ dodané rostlině z půdního vzduchu). Existuje názor, že 90% CO₂ atmosférický vzduch je půdního původu.

V půdním vzduchu, kromě makroplynů (N₂, CO₂Oh₂), často se vyskytuje N₂, H₂S, CH₄NH₃, nasycené a nenasycené uhlovodíky, ethery, fosforovodík, vznikající v důsledku anaerobního rozkladu organické hmoty a jejich novotvorby, přeměny hnojiv, herbicidů a technogenních produktů znečištění v půdě. Jejich koncentrace jsou velmi malé, ale to může stačit ke snížení biologické aktivity půd.

§2. Výměna plynů půdního vzduchu, vlastnosti vzduchu a režim půdního vzduchu. Regulace režimu půdního vzduchu

Mezi půdou a atmosférickým vzduchem probíhá neustálá výměna plynů.provzdušňování). Pokud by tam nebyl, mohlo by se složení půdního vzduchu natolik zhoršit, že by se stal zcela nevhodným pro vývoj rostlin. Čím rychleji a úplněji se tedy půdní vzduch vyměňuje se vzduchem atmosférickým, tím jsou v půdě vytvořeny příznivější podmínky pro život kulturních rostlin i pro biochemické půdní procesy. Výměna plynů má také velký význam pro vývoj nadzemních částí rostlin, protože vytvářejí organickou hmotu díky asimilaci oxidu uhličitého ze vzduchu. Jeho obsah ve vzduchu je někdy nedostatečný pro intenzivní vývoj rostlin, proto čím lepší je výměna plynů v půdě, tím více je přízemní vrstva vzduchu nasycena CO₂, tím příznivější podmínky pro růst rostlin.

Výměna plynů mezi půdním vzduchem a atmosférickým vzduchem probíhá systémem vzduchonosných (nekapilárních) pórů vlivem difúze, změn teploty půdy, atmosférického tlaku, hladiny podzemní vody, změn množství vlhkosti v půdě (v závislosti o srážkách, zavlažování a vypařování) a větru. Hloubka výměny plynů je cca 50 cm.

Hlavní role při výměně plynů patří mechanismu difúze – pohyb plynů v souladu s jejich parciálním tlakem. Protože v půdním vzduchu O₂ méně a CO₂ více než v atmosféře se pak vlivem difúzních podmínek vytvářejí pro nepřetržitý přísun O₂ do půdy a emisí CO₂ v atmosféře.

Změny teploty, barometrického tlaku a větru způsobují objemové změny vzduchu (stlačování nebo expanze), a tedy i celkové proudění vzduchu z nebo do půdy. Změna množství vlhkosti v půdě a hladině podzemní vody podporuje výměnu plynů, protože srážková vlhkost vytlačuje půdní vzduch a odpařování vody z půdy způsobuje, že na její místo vstupuje atmosférický vzduch.

Stav výměny plynů je dán vzdušnými vlastnostmi půd. Mezi vzdušné vlastnosti půd patří propustnost vzduchu a vzduchová kapacita.

Prodyšnost – schopnost půdy propouštět vzduch přes sebe. Měří se množstvím vzduchu v ml, které projde pod určitým tlakem za jednotku času průřezovou plochou půdy 1 cm 2 s tloušťkou vrstvy 1 cm, tím plněji je vyjádřena propustnost vzduchu lepší výměna plynů, tím více O v půdním vzduchu₂a méně CO₂.

Propustnost vzduchu závisí na mechanickém složení půdy, její hustotě, struktuře a nekapilární pórovitosti. Vzduch v půdě se pohybuje póry, které nejsou naplněny vodou a nejsou navzájem izolované, čím jsou větší, tím lepší je propustnost vzduchu. Ve strukturních půdách, kde je vedle kapilárních pórů dostatečný počet velkých nekapilárních pórů, jsou vytvořeny nejpříznivější podmínky pro vzduchovou propustnost pouze s kapilární pórovitostí, charakteristickou pro bezstrukturní zeminy, je difúze vzduchu inhibována. Kůra vytvořená na povrchu půdy také snižuje výměnu plynů.

Kapacita vzduchu – Jedná se o schopnost půdy pojmout určité množství vzduchu, vyjádřené v objemových procentech. Závisí na vlhkosti a pórovitosti půdy: čím vyšší je pórovitost a čím nižší je vlhkost, tím více vzduchu je v půdě.

Maximální vzduchová kapacita je typická pro suché půdy a rovná se celkové pórovitosti. V přírodních podmínkách však půdy vždy obsahují to či ono množství vody, takže kapacita vzduchu je velmi dynamická.

V suchém stavu vzduchová kapacita (P_В) půdy je rozdíl mezi celkovou pórovitostí a objemem hygroskopické vody:

kde P_celkový – celková pórovitost půdy (%), P_Г – objem hygroskopické vlhkosti (%).

V přirozených podmínkách je počet pórů obsazených vzduchem (provzdušňovací pórovitost, P_AER), určený podle vzorce:

kde P_W – objem pórů obsazených vodou (%) je určen vzorcem:

kde d_V – objemová hmotnost v g/cm 3, W – vlhkost půdy (%).

Normální provzdušnění půdy je zajištěno, pokud kapacita vzduchu přesáhne 15 % objemu půdy. Optimální podmínky pro výměnu plynů jsou vytvořeny, když je obsah vzduchu v minerálních půdách 20–25 % a v rašelinných 30–40 %.

Vzdušný režim půd nazvat souhrn všech jevů vzduchu vstupujícího do půdy, jeho pohyb v půdním profilu, změny složení a fyzikálního stavu při interakci s pevnou, kapalnou a živou fází půdy, jakož i výměnu plynů půdního vzduchu s atmosférickým vzduchem .

Vzdušný režim půd podléhá denní, sezónní, roční proměnlivosti a je přímo závislý na vlastnostech půdy (fyzikální, chemické, fyzikálně-chemické, biologické), povětrnostních podmínkách, povaze vegetace, pěstovaných plodinách a agrotechnice.

Důležitým ukazatelem vzdušného režimu půd je dynamika CO₂ a O₂ v půdním vzduchu. Orné půdy hlavních půdních typů absorbují při 20 °C od 0,5 do 5 ml nebo více O₂ na 1 kg suché půdy za 1 hodinu Hlavními spotřebiteli kyslíku a producenty oxidu uhličitého v půdě jsou kořeny rostlin, mikroorganismy a půdní živočichové. Spotřeba kyslíku vyššími a nižšími rostlinami závisí na jejich biologických vlastnostech a stáří, dále na teplotě a vlhkosti prostředí atd. Při zvýšení teploty od 5 do 30 °C intenzita absorpce O₂ a uvolňování CO₂ 10 zvyšuje znovu.

uvolnění CO₂ z půdy do přízemní vrstvy atmosféry se obvykle nazývá „dech” půda. Intenzita dýchání půdy závisí na jejích vlastnostech, hydrotermálních podmínkách, charakteru vegetace, agrotechnických opatřeních a je důležitou charakteristikou výměny plynů a aktivity biologických procesů v půdě. uvolnění CO₂ půda se při její kultivaci zintenzivňuje aktivací biologických procesů a zlepšením podmínek provzdušňování. Rašelinné glejové půdy tundry emitují CO₂ v množství 0,3 t/ha ročně, podzolové půdy jehličnatých lesů – od 3,5 do 30, hnědé a šedé lesní půdy – od 20 do 60, stepní černozemě – 40 – 70 t/ha ročně.

Dynamika těchto plynů v půdě je vysoce citlivá na sezónní výkyvy, protože změna ročních období je doprovázena prudkými změnami teploty a vlhkosti. V létě je spotřeba kyslíku a emise oxidu uhličitého několikanásobně vyšší než na začátku jara a pozdního podzimu.

Nejpříznivější vzdušný režim se vyvíjí ve strukturních půdách s sypkým složením, které jsou schopné rychle vést a redistribuovat vodu a vzduch, který do nich vstupuje. Mnoho půd potřebuje zlepšené vzdušné podmínky, zejména ty s trvalou nebo dočasnou nadměrnou vlhkostí.

Regulace vzdušného režimu půd je dosahována agrotechnickými a rekultivačními metodami. Používají se opatření k zajištění normální výměny plynů, jako je zničení půdní kůry a udržování povrchu půdy ve volném stavu pomocí hluboké orby, brán, kultivace a kypření řádků během vegetačního období. Vzdušný režim v bažinatých a periodicky podmáčených půdách je regulován drenáží.