Текст книги "Инженерная геоэкология"

2.5. Свойства и режим почв

Для получения высоких урожаев необходимо знать физические и физико-механические свойства почв, а также их водный, воздушный и тепловой режимы.

Физические свойства почв

Основными физическими свойствами почв являются плотность твердой фазы, плотность сложения и пористость.

Плотность твердой фазы. Почва состоит из твердой, жидкой, газообразной и живой фаз. Если условно исключить жидкую и газообразную составные части почвы, придать твердой фазе монолитное состояние и определить массу единицы ее объема, то это и будет плотность твердой фазы (удельная масса). В лабораторных условиях плотность твердой фазы определяется методом, при котором объем твердой фазы находят по массе воды, вытесненной навеской сухой почвы. При этом исходят из того, что при температуре +4 °C 1 г воды занимает объем, равный 1 см³. Именно поэтому в практике почвоведения плотностью твердой фазы называют отношение массы сухой почвы к массе равного объема воды при температуре +4 °C.

Этот показатель измеряется в граммах на сантиметр кубический (г/см³) и зависит от минералогического состава почвы и содержания в ней органического вещества. Минералы, входящие в состав почвы, отличаются различной удельной массой (от 2,1 до 5 г/см³ и более); поэтому чем больше в почве тяжелых минералов, тем выше плотность ее твердой фазы. Органическое вещество имеет удельную массу 1,2–1,8 г/см³, т. е. в 1,5–2 раза меньше, чем у минеральной части почвы. Поэтому почвы с большим содержанием органического вещества всегда отличаются меньшей плотностью твердой фазы.

Плотность сложения почв. Это свойство почв определяется взаимным расположением почвенных частиц и комков. Плотность сложения – это масса единицы объема абсолютно сухой почвы в естественном состоянии. При определении плотности сложения учитывается не только объем твердой фазы почвы, но и объем пор. Плотность сложения выражается в граммах на сантиметр кубический (г/см³). Большое влияние на нее оказывает обработка почвы. Как правило, наименьшую плотность почва имеет сразу же после культивации, которая способствует ее разрыхлению и увеличению объема пор. Со временем плотность увеличивается до состояния, которое называется равновесной плотностью. При таком состоянии плотность сложения почв длительное время почти не изменяется, что в первую очередь объясняется равновесием сил, вызывающих уплотнение почвы и увеличение объема пор. Уменьшение плотности почвы может происходить в результате ее набухания при увлажнении и последующей усадки в засушливый период, замерзания и оттаивания воды в почве, развития корневой системы растений, деятельности обитающих в почве животных, внесения органических удобрений.

Каждая сельскохозяйственная культура предъявляет свои требования к плотности почвы. Наиболее благоприятная для того или иного растения плотность сложения почв называется оптимальной.

Плотность сложения почвы – важный показатель, характеризующий ее плодородие. От нее зависят водные, воздушные и тепловые свойства, развитие корневых систем растений, интенсивность микробиологических процессов, а в конечном итоге – урожайность сельскохозяйственных культур. К основным агротехническим мероприятиям, направленным на достижение оптимальных параметров плотности сложения почвы, относятся ее глубокое рыхление и внесение органических удобрений.

Пористость почв. Этот показатель складывается из двух частей: объема твердой фазы и объема пор, которые, в свою очередь, могут быть заполнены водой или воздухом. Суммарный объем всех почвенных пор называется пористостью.

Физико-механические свойства почв

Характер и интенсивность процессов, протекающих в почве, во многом зависят от ее физико-механических свойств, которые представлены пластичностью, липкостью, набуханием, усадкой, связностью, твердостью, сопротивлением при обработке. Они во многом определяют условия обработки почвы, энергетические затраты на проведение полевых работ и оптимальные сроки их выполнения.

Пластичностью называется способность влажной почвы под действием внешней силы изменять свою форму без образования трещин и сохранять ее после устранения механического воздействия. Пластичность характеризует степень подвижности механических элементов относительно друг друга. Она обусловлена присутствием в почве илистых и коллоидных частиц и наличием вокруг них водных оболочек. Именно поэтому сухая почва пластичностью не обладает.

Пластичность почвы зависит от ее гумусового состояния. Чем больше в почве содержится гумуса, тем при более высокой влажности наступает нижний предел пластичности. Соответственно почва с более высоким содержанием гумуса в весенний период пригодна для обработки.

Важной характеристикой почвы является липкость. Она характеризуется силой, которую необходимо приложить для того, чтобы оторвать металлическую пластину от почвы. Количественно липкость почвы выражается в граммах на сантиметр квадратный (г/см²).

Как и пластичность, липкость почвы зависит от ее влажности. Липкость обусловлена силами молекулярного сцепления, которые возникают между почвенными частицами, тонким слоем воды и поверхностью соприкасающегося предмета. Липкость возрастает также с увеличением содержания в почве органического вещества. С агрономической точки зрения липкость является неблагоприятным свойством, так как она значительно затрудняет обработку почвы. С этим показателем тесно связано такое состояние почвы, как ее физическая спелость, которая наступает, когда у почвы при обработке исчезает способность прилипать к почвообрабатывающим орудиям и она начинает крошиться на комки. Влажность, при которой наступает состояние физической спелости почвы, зависит от ее гранулометрического состава.

Набухание – это свойство почв при увлажнении увеличивать свой объем. Оно выражается в процентах от исходного объема почвы.

Усадка – это свойство влажных почв уменьшать свой объем при высыхании. Она измеряется в процентах от исходного объема и зависит от тех же факторов, что и набухание. Большая усадка почв – отрицательное явление, так как приводит к образованию трещин и разрыву корневой системы растений. При небольшой амплитуде набухания и усадки формируются мелкокомковатые структурные отдельности, способствующие улучшению водных и воздушных свойств почв.

Под связностью почв понимают их способность оказывать сопротивление силам, стремящимся разъединить частицы почвы. Связность обусловлена взаимным сцеплением механических элементов и выражается в килограммах на сантиметр квадратный (кг/см²). Обычно высокосвязные почвы могут хорошо противостоять проявлению водной и ветровой эрозии. Однако по мере увеличения связности почв возрастают их твердость и удельное сопротивление, а в конечном итоге – затраты на обработку.

Под твердостью понимают свойство почвы сопротивляться проникновению в нее твердого тела. Твердость обусловлена способностью почвы оказывать сопротивление силам, направленным на ее сжатие и разрыв во время расклинивания. Твердость почвы измеряется с помощью специальных приборов – твердомеров, она зависит от тех же факторов, что и связность.

Почвенная влага, водные свойства и водный режим почв

Одно из условий формирования почвы – наличие в ней воды. Вода играет основную роль как в выветривании горных пород, так и в развитии почв. Новообразование минералов, образование гумусовых веществ, формирование почвенных горизонтов – все это происходит при участии воды. Благодаря воде в почве протекают многие биологические, физические и химические процессы, совершается транспортировка веществ, происходит развитие растений и микроорганизмов. Почвенная влага является терморегулирующим фактором, в значительной степени определяющим баланс тепла в почве и ее температурный режим; от количества почвенной влаги зависят физико-механические свойства почв, а в конечном итоге – и их плодородие. При этом как недостаток, так и избыток влаги отрицательно сказываются на плодородии почв, снижают окупаемость минеральных и органических удобрений, уменьшают эффективность практически всех агротехнических мероприятий.

В природных условиях в почве всегда содержится то или иное количество влаги. Если массу этой влаги выразить в процентах от массы сухой почвы, то можно рассчитать ее абсолютную влажность.

Для характеристики степени насыщения почв водой введено понятие относительной влажности, которая рассчитывается как процент абсолютной влажности от полной влагоемкости.

Для большинства культурных растений оптимальная относительная влажность почвы находится в пределах 70—100 % от полной влагоемкости.

Основным источником воды в почве являются атмосферные осадки. Однако обеспеченность растений водой зависит не только от количества осадков, но и от водных свойств самой почвы, от способности почвы испарять, впитывать, поднимать по имеющимся в почве капиллярам влагу, удерживать и отдавать ее растениям.

При одинаковых осадках разные почвы могут содержать различное количество доступной для растений влаги, что во многом зависит от их гранулометрического и минералогического составов, структурного состояния и гумусированности почв. В связи с этим важно знать не только общие запасы воды в почве, но и состояния, в которых она может находиться, ее доступность растениям, законы передвижения воды в почвенном профиле, водные свойства почв и их водный режим.

В зависимости от температуры вода в почве может находиться в трех состояниях: твердом, парообразном и жидком.

Твердая влага – это лед. В таком состоянии вода находится при отрицательной температуре. Замерзшая вода неподвижна и недоступна растениям. При температуре выше 0 °C она становится жидкой или парообразной.

Парообразная влага находится в почве в форме водяного пара. Она занимает поры почвы и перемещается по ним или с током почвенного воздуха, или же диффузионно – от пор с более высокой абсолютной упругостью пара к порам с меньшей упругостью. Это во многом зависит от температуры почвы. При ее увеличении возрастает давление водяного пара, и он начинает передвигаться к менее прогретым горизонтам. Именно поэтому при большой амплитуде колебаний температуры воздуха в дневное и ночное время могут возникать восходящие и нисходящие потоки движения парообразной воды. По мере снижения температуры водяные пары способны конденсироваться на поверхности почвенных частиц и таким образом переходить в жидкое состояние.

Вода, которая находится в почве в парообразном или жидком состоянии, подвергается действию сорбционных, капиллярных, осмотических (силы давления) и гравитационных сил. Эти силы могут существенно изменять свойства воды, уменьшать или увеличивать ее подвижность, а соответственно и доступность растениям.

Сорбционные силы обусловлены свободной поверхностной энергией, присущей почвенным частицам и воде. Благодаря этой энергии почвенные частицы способны притягивать к себе молекулы воды. Такой процесс называется сорбционным (сорбцией), а само явление – гидратацией. Благодаря этому явлению вокруг ионов и коллоидных частиц может образоваться водная оболочка.

Капиллярные силы обусловлены поверхностным натяжением воды и явлениями смачивания. Поверхностное натяжение объясняется тем, что молекулы воды, которые находятся в поверхностном слое, постоянно испытывают действие сил, стремящихся втянуть их внутрь жидкости. Благодаря воде, передвигающейся под действием капилярных сил, в засушливые периоды года может происходить пополнение запасов влаги в пахотном горизонте почвы, а также перемещение водорастворимых солей, коллоидов и тонких суспензий из нижних горизонтов в верхние.

Влага, которая находится в почве, при взаимодействии с твердой и газообразной фазами, корнями растений и живыми организмами обогащается различными водорастворимыми соединениями и превращается в почвенный раствор. Этот раствор вследствие взаимного притяжения растворенного вещества и молекул воды обладает определенным осмотическим давлением.

В почве осмотическое давление возникает при взаимодействии воды и обменных ионов, а также в тех случаях, когда почвенный раствор имеет неодинаковую концентрацию в его различных частях.

Что касается гравитационных сил, то под их действием свободная влага, находящаяся в крупных порах, может передвигаться из верхних горизонтов в нижние и уходить за пределы почвенного профиля.

Для оценки общего действия сил, под влиянием которых вода находится в почве, введено понятие «потенциал почвенной влаги». Оно характеризует энергию, с которой почва удерживает воду.

Почвенная влага делится на следующие категории.

Кристаллизационная вода. Эта вода входит в состав кристаллических решеток минералов и характеризуется полной неподвижностью.

Связанная вода. Она удерживается в почве за счет сорбции парообразной и жидкой влаги на поверхности ее твердой фазы. Подразделяется на две формы: прочносвязанную и рыхлосвязанную:

– прочносвязанная вода удерживается на поверхности почвенных частиц за счет адсорбции паров воды. Она непосредственно соприкасается с механическими элементами почвы и образует вокруг них тонкую пленку, состоящую из двух-трех слоев молекул воды. Эта влага называется гигроскопической. Будучи чрезвычайно прочно связанной с твердой фазой почвы, она неподвижна, совершенно недоступна растениям, не растворяет растворимые в свободной воде вещества, обладает более высокой плотностью и более низкой, чем свободная влага, температурой замерзания;

– рыхлосвязанная вода образуется при соприкосновении почвенных частиц с водой, находящейся в жидком состоянии. Она представляет собой дополнительную водную пленку, расположенную вокруг прочносвязанной влаги. Молекулы этой пленки удерживаются как за счет сил диполей воды, так и за счет гидратирующей способности обменных катионов.

Свободная влага. Свободной влагой называется влага, которая находится в жидком состоянии и передвигается в почве под действием капиллярных и гравитационных сил. В зависимости от интенсивности проявления этих сил свободная влага, в свою очередь, делится на две формы: капиллярную и гравитационную:

– капиллярная влага находится в капиллярных порах и передвигается в них за счет капиллярных сил. Она доступна для растений и сохраняется в почве длительное время. Ее количество во многом зависит от гранулометрического состава почвы. Чем тяжелее почва, тем больше капиллярной влаги может накапливаться в ней;

– гравитационная влага находится в крупных порах. По этим порам она может передвигаться вниз под действием силы тяжести. Гравитационная влага доступна для растений и подразделяется на просачивающуюся воду и воду водоносных горизонтов. Просачивающаяся влага – это влага, которая передвигается сверху вниз под действием силы тяжести. Влага водоносных горизонтов располагается над водоупорным слоем и удерживается в пределах почвенного профиля за счет его непроницаемости. Наличие в почвенной толще избыточного количества свободной гравитационной влаги – нежелательное явление, так как способствует развитию заболачивания.

Водные свойства почв

К основным водным свойствам почвы относят ее водопроницаемость, водоудерживающую и водоподъемную способности.

Водопроницаемость – способность почвы впитывать и пропускать через себя воду. Первая стадия водопроницаемости – впитывание. Она проявляется в более сухих почвах, когда свободные от влаги поры начинают заполняться водой. Вторая стадия представлена фильтрацией. Она, как правило, проявляется во время обильных осадков. В это время в почве, которая уже полностью насыщена водой, влага начинает передвигаться под влиянием силы тяжести и градиента напора.

Интенсивность водопроницаемости почвы зависит от размера и количества пор. Легкие песчаные и супесчаные почвы, имеющие большое количество крупных пор, всегда отличаются высокой водопроницаемостью. Даже после большого количества атмосферных осадков вода на поверхности таких почв практически не задерживается и очень быстро уходит в нижние горизонты.

В более тяжелых по гранулометрическому составу почвах уровень водопроницаемости зависит от их плотности и структурного состояния. При этом рыхлые, хорошо оструктуренные почвы всегда характеризуются более высоким значением данного показателя.

На водопроницаемость влияет и состав поглощенных катионов. Например, почвы, насыщенные катионами N+, при увлажнении сильно набухают и становятся почти непроницаемыми для воды.

Как высокая, так и низкая водопроницаемость неблагоприятна для развития растений. При небольшом значении данного показателя во время дождей может происходить гибель сельскохозяйственных культур от вымокания. При высокой водопроницаемости в корнеобитаемом слое очень трудно создать необходимый запас доступной для растений влаги, и во время засухи растения на таких почвах гибнут в первую очередь.

Водоудерживающая способность – это свойство почвы удерживать в своих порах воду. Характеристикой водоудерживающей способности почвы является ее влагоемкость. Влагоемкостью называют наибольшее количество воды, которое^: может удерживать почва. Обычно влагоемкость выражается в процентах от массы сухой почвы. Одним из факторов водоудерживающей способности почв является свойство почвенных частиц сорбировать на своей поверхности парообразную влагу. Такая способность почвы получила название гигроскопичности, а сама парообразная влага, удерживаемая на поверхности твердой фазы, – гигроскопической.

Величина гигроскопической влажности зависит от удельной поверхности почвы, содержания в ней гумуса, состава обменных оснований и состава минералов. Чем меньше размер почвенных частиц, тем выше их суммарная поверхность и тем большее количество парообразной влаги сорбируется ими. Гигроскопичность растет с увеличением гумусированности почвы и емкости поглощения катионов. Влияние состава минералов на поглощение водяных паров почвой наиболее сильно проявляется при относительной влажности воздуха более 95 %. Большое влияние на содержание гигроскопической влаги оказывает относительная влажность воздуха. Чем выше влажность воздуха, тем больше гигроскопичность почвы. При значении данного показателя, близком к 100 %, почва насыщается парообразной влагой до состояния, которое называется максимальной гигроскопической влажностью.

По мере накопления в почве влаги рыхлосвязанная вода постепенно переходит в воду, не связанную с почвенными частицами. В зависимости от степени увлажнения почвы она может занимать как капиллярные, так и некапиллярные поры. Если водой полностью заполнены все поры, то считается, что почва насыщена влагой до состояния полной влагоемкости. Полной влагоемкостъю называется наибольшее количество воды, которое может поглотить почва при полном заполнении водой всех ее пор. В таком состоянии почва может находиться длительное время лишь в том случае, если влага в крупных некапиллярных порах подпирается снизу грунтовыми водами. Если этого не происходит, то гравитационные воды стекают под действием силы тяжести вниз. В этом случае почва переходит в состояние увлажнения, называемое наименьшей или предельно-полевой влагоемкостью.

Водоподъемная способность – это свойство почвы поднимать влагу по капиллярным порам из нижних слоев в верхние. Наиболее интенсивно вода передвигается за счет капиллярных сил в порах, диаметр которых находится в пределах 0,1–0,003 мм. С увеличением диаметра пор скорость поднятия воды увеличивается, однако высота ее подъема падает. Поры, размер которых менее 0,003 мм, как правило, заполнены связанной пленочной влагой, и в них высота и скорость подъема воды заметно снижаются. Вода в таких порах передвигается только как пленочная.

С агрономической точки зрения водоподъемная способность почвы имеет очень большое значение. Благодаря этой способности влага грунтовых вод может подниматься по капиллярам к пахотному горизонту почвы и участвовать в водном питании растений. Это особенно важно в засушливые годы, когда сельскохозяйственные культуры могут страдать из-за недостатка влаги. При глубоком залегании грунтовых вод капиллярно-подвешенная влага может также передвигаться к поверхности почвы и испаряться в атмосферу. Особенно интенсивно это происходит в бесструктурных почвах. Для снижения потерь воды при испарении проводят так называемое закрытие влаги, сущность которого заключается в рыхлении верхнего слоя почвы и создании в нем большого количества крупных некапиллярных пор, водоподъемная способность которых незначительна.

Почвенный воздух

Воздух занимает поры, свободные от почвенного раствора. Поэтому его количество в почве зависит как от размера пор, так и от влажности почвы. С увеличением влажности вода начинает вытеснять почвенный воздух и содержание воздуха в почве уменьшается. В сухих почвах содержание воздуха максимально и в зависимости от пористости может колебаться в пределах 25–90 % от объема почвы. В почву поступает воздух из атмосферы, однако по своему газовому составу он значительно отличается от атмосферного. Это отличие в первую очередь объясняется тем, что корни растений, обитающие в почве животные и аэробные микроорганизмы дышат. Они используют кислород почвенного воздуха и выделяют углекислый газ. Для того чтобы это дыхание было непрерывным, количество кислорода в почвенном воздухе должно постоянно пополняться из приземных слоев атмосферы. Это происходит в результате обмена почвенного воздуха на атмосферный. Такой процесс называется газообменом или аэрацией почвы.

Воздух – очень важная составная часть почвы. Без него, и в первую очередь без кислорода, угнетаются растения, замедляется рост корней, ухудшается потребление растениями воды и растворенных в ней питательных веществ. В почве начинают протекать восстановительные процессы, резко снижается ее плодородие, поэтому вопросам аэрации почвы должно уделяться большое внимание. При этом необходимо четко представлять формы, в которых воздух может находиться в почве, знать особенности его газового состава, свойства и пути регулирования воздушного режима.

Воздух может находиться в почве в четырех состояниях – свободном, свободном защемленном, адсорбированном и растворенном.

Свободный почвенный воздух – это воздух, который свободно перемещается по почвенным порам и обменивается с атмосферой. Именно за счет него происходит аэрация почвы. После стекания гравитационной воды он обычно занимает крупные некапиллярные поры, но может находиться и в капиллярных, если в них отсутствует влага.

Свободный защемленный почвенный воздух – это та часть свободного воздуха, которая при увлажнении почвы может быть изолирована из-за водяных пробок.

Объем защемленного воздуха зависит от гранулометрического состава почвы и колеблется от 5 до 8 %, достигая своего максимума (12 %) в глинистых почвах с плотной упаковкой. Вследствие изолированности эта форма воздуха почти не участвует в аэрации почвы. При колебании температуры почвы, ее влажности и атмосферного давления изменяется давление защемленного воздуха на стенки пор, что может способствовать разрушению почвенной структуры.

Адсорбированный почвенный воздух представлен газами, адсорбированными на поверхности почвенных частиц. Его количество зависит от гранулометрического состава почвы и содержания в ней органического вещества. Чем меньше размер почвенных частиц и чем больше в почве гумуса, тем больше адсорбированного воздуха может находиться в ней. Например, суглинистые почвы с высоким содержанием гумуса могут адсорбировать на поверхность своих частиц почти в 10 раз больше различных газов, чем малогумусовые песчаные почвы. Это объясняется тем, что почвенные частицы гораздо активнее удерживают пары воды, чем газы. По мере увеличения гигроскопической влажности почвы количество находящегося в ней адсорбированного воздуха снижается. При влажности почвы выше максимальной гигроскопичности вода почти полностью вытесняет адсорбированные газы, вовлекая тем самым их в газообмен с атмосферой.

Растворенный почвенный воздух – это газы, которые растворены в почвенной влаге. Они почти не участвуют в газообмене с атмосферой, так как их диффузия в водной среде происходит очень медленно. Растворенный почвенный воздух играет важную роль как в обеспечении многих физико-химических процессов, происходящих в самой почве, так и в обеспечении физиологических потребностей растений, микроорганизмов и почвенных животных.

Газы в воде растворяются неодинаково. Хорошо растворяются аммиак, сероводород и углекислый газ, гораздо хуже – кислород. Многие растворенные газы резко увеличивают химическую активность почвенного раствора. Например, в почвенной влаге, насыщенной углекислым газом, увеличивается растворимость гипса и минералов, относящихся к классу карбонатов. Растворенный кислород, несмотря на относительно невысокую растворимость в воде, способен поддерживать окислительные свойства почвенного раствора. Чем выше биологическая активность почвы, тем больше расход растворенного кислорода и меньше насыщенность почвенного раствора этим газом. Наибольшая насыщенность почвенного раствора кислородом наблюдается весной, когда из-за низкой температуры биологическая активность почвы невысока, а почва переувлажнена водой, обогащенной кислородом.

В отличие от атмосферы, газовый состав свободного почвенного воздуха непостоянен. Он непрерывно изменяется в связи непрекращающимся взаимодействием между твердой, жидкой, газообразной и живой фазами почвы. Сорбция и десорбция, растворение газов и дегазация почвенных растворов, дыхание растений и почвенной фауны, окисление органического вещества, изменение температуры почвы, ее влажности, атмосферного давления – это процессы, под влиянием которых газовый состав свободного почвенного воздуха непрерывно изменяется.

Если, например, в атмосфере с ее довольно постоянным газовым составом содержится 78,08 объемного процента азота; 20,95 – кислорода; 0,93 – аргона и 0,03 – объемного процента углекислого газа, то в свободном почвенном воздухе концентрация кислорода иногда снижается более чем в 2 раза, а количество углекислого газа может быть выше в десятки и даже сотни раз. Именно эти газы и являются наиболее динамичными в составе почвенного воздуха. Их содержание зависит от интенсивности жизнедеятельности растений и почвенных организмов, темпов окисления органического вещества, скорости газообмена между почвенным воздухом и атмосферой. Если почва имеет большое количество крупных пор и отличается хорошей аэрацией, то содержание в ней углекислого газа в течение всего периода вегетации растений находится, как правило, в пределах 1 %. При хорошем газообмене почвенного воздуха с атмосферой даже у почв с высокой биологической активностью не происходит чрезмерно высокого накопления диоксида углерода. Вместе с тем в переувлажненных почвах тяжелого гранулометрического состава, характеризующихся плохой аэрацией, содержание СO₂ может превышать 6 % и более, а количество O₂ может опускаться до 15 % и ниже. Еще большее содержание СO₂ и меньшее содержание O₂ наблюдается в свободном почвенном воздухе заболоченных почв.

Что касается азота, то его содержание в почвенном воздухе мало отличается от содержания в атмосфере. Кроме азота, в почвенном воздухе встречаются его закись и оксид. Азот, кислород и диоксид углерода, содержащиеся в свободном почвенном воздухе, называются макрогазами. К микрогазам относятся закись и оксид азота, оксид углерода, предельные и непредельные углеводороды, водород, сероводород, аммиак, меркаптаны, спирты, эфиры, пары различных органических и неорганических кислот. В свободном почвенном воздухе их очень мало, однако при ухудшении аэрации некоторые из них (например, этилен) могут накапливаться в почве в количестве, вредном для корней растений.

Микрогазы образуются при разложении микроорганизмов и органического вещества, реакции окисления в почве минеральных удобрений и средств защиты растений. Часть микрогазов поступает в почвенный воздух из атмосферы, загрязненной выбросами промышленности и транспорта.

Выделение из почвы в приземный слой атмосферы углекислого газа называется дыханием почвы. Оно характеризуется скоростью выделения углекислого газа за единицу времени с единицы поверхности. Дыхание почвы зависит как от ее аэрации, так и от интенсивности потребления O₂ и продуцирования СO₂.

Кислород в почве потребляют корни растений, аэробные микроорганизмы и обитающие в ней животные. Небольшая часть его расходуется на химические реакции. Если газообмен между почвенным воздухом и атмосферой хороший, то вместо поглощенного кислорода почва выделяет в эквивалентном количестве СO₂. Чем хуже газообмен, тем меньше выделяется углекислого газа. В связи с этим введено понятие коэффициента дыхания, под которым понимают отношение выделившегося O₂ к поглощенному СO₂. У хорошо аэрируемых почв он приближается к единице, а у почв с плохим газообменом – значительно выше. Увеличение коэффициента дыхания при затрудненной аэрации почвы объясняется образованием в ней большого количества пор, заполненных углекислым газом, накопление которого может превосходить поглощение кислорода. Количество кислорода, которое поглощается почвой, зависит не только от интенсивности газообмена между почвенным воздухом и атмосферой, но и от биологической активности почвы, особенностей произрастаемых растений, фазы их развития, погодных условий. Например, летом, во время наиболее интенсивного развития растений и более высокой температуры, почвы поглощают кислород и выделяют углекислый газ во много раз интенсивнее, чем весной или осенью.

Являясь в составе свободного почвенного воздуха преобладающим газом, азот считается одним из наиболее важных элементов, необходимых растениям. Он входит в состав белков, нуклеиновых кислот, ферментов, содержится в хлорофилле, алкалоидах и многих других органических веществах растений, микроорганизмов, почвенной фауны. Без него жизнь на планете невозможна. В основном азот накапливается и сохраняется в почве в составе органического вещества. Однако часть его в результате процессов минерализации и денитрификации переходит в газообразную форму и теряется из почвы в виде молекулярного азота и сопутствующих ему микрогазов и теряется из почвы.

Кислород поступает в состав почвенного воздуха из атмосферы в результате диффузии (проникновения). Часть кислорода может попасть в почву с водой или по тканям растений. Он участвует в дыхании растений, микроорганизмов и почвенной фауны, без него жизнедеятельность многих почвенных организмов прекращается. При содержании в почве менее 2,5–5 % кислорода начинают преобладать анаэробные процессы, которые сопровождаются образованием большого количества токсичных соединений, угнетающих развитие растений и почвенной биоты. В целом концентрация O₂ в воздушной фазе почв в зависимости от сезонов года может колебаться в пределах от нескольких десятых долей до 21 %.