Czynniki powodujące niedostateczną zawartość powietrza w glebie - Notatki - Geologia, Notatki z Geologia

Pobierz Czynniki powodujące niedostateczną zawartość powietrza w glebie - Notatki - Geologia i więcej Notatki w PDF z Geologia tylko na Docsity!

Czynniki powodujące niedostateczną zawartość powietrza w glebie.

Skład powietrza glebowego, szczególnie pod względem zawartości dwutlenku węgla, jest zmienny. Ilość CO 2 zawarta w danym momencie stanowi różnicę między ilością wytwarzaną w glebie w jednostce czasu, a ilością uchodzącą do atmosfery w tymże czasie w wyniku wymiany gazowej z atmosferą. Stężenie zaś tlenu należy rozpatrywać jako różnicę między jego ilością wnikającą do gleby z atmosfery, a zużytą przez mikroorganizmy i korzenie roślin w jednostce czasu. Gdy wytwarzanie CO 2 w glebie przewyższa jego odpływ, wówczas zwiększa się jego zawartość w powietrzu glebowym. Podobnie w wypadkach, kiedy zużycie tlenu przewyższa jego dopływ z atmosfery, powietrze glebowe ubożeje w tlen. Należy zatem uwzględniać wszystkie złożone powiązania wymienionych procesów i wzajemną ich zależność. Wszystkie procesy przyczyniające się do polepszenia przewietrzania gleby jednocześnie prowadzą do zmniejszania zawartości dwutlenku węgla i zwiększenia zawartości tlenu w powietrzu glebowym. Kiedy stosunki powietrzne w glebie są normalne, suma procentowej zawartości dwóch gazów (CO 2 i O 2 ) zbliża się do wielkości stałej, odpowiadającej zawartości tlenu w powietrzu (~ 21%). Znaczące odchylenie od wielkości tej sumy z reguły świadczy o niedostatecznym przewietrzaniu. W glebach ornych zawartość dwutlenku węgla w powietrzu glebowym nie przekracza zwykle kilku dziesiątych procentu, więc oczywiście nie może być przyczyną hamowania zachodzących w glebie procesów biologicznych. Inny obraz obserwuje się w glebach ornych po obfitych deszczach lub deszczowaniu w okresie wegetacji roślin. W takim wypadku zawartość dwutlenku węgla w powietrzu glebowym może szybko wzrosnąć i taki nienormalny stan może się utrzymać dopóty, dopóki przeważająca część porów glebowych będzie zajęta przez wodę. Nierzadko trwa to przez 2 – 3 dni. Należy tu także podkreślić , że wprowadzenie do gleby nawozów organicznych w zwykle stosowanych dawkach nie wpływa zbyt długo na zmianę składu powietrza glebowego. Niektórzy badacze skłonni są rozpatrywać to zjawisko jako następstwo dwóch przeciwstawnych procesów: przyspieszania wytwarzania dwutlenku węgla w wyniku rozkładu wprowadzonego materiału organicznego z jednej strony i wzrostu przewiewności wskutek poprawy warunków fizycznych w glebie z drugiej strony. Kiedy w glebie zaznacza się wzrost zawartości wody, a sposób użytkowania danego pola powoduje zwiększanie jej gęstości, nagromadzają się znaczne ilości dwutlenku węgla w powietrzu glebowym ( do 3 – 7% i więcej). M.T. Jastriebow badał skład powietrza glebowego w wielu glebach pod roślinnością naturalną.

Gleba darniowo-bielicowa na dziale wodnym (pod lasem)

Gleba darniowa łąkowa

Głębokość, z której pobrano próbkę (cm)

27 – 31. VIII 2. IX Głębokość, z której pobrano próbkę (cm)

27 – 31. VIII 2. IX

CO 2 O 2 CO 2 O 2 CO 2 O 2 CO 2 O (^2)

15 25

0, 0,

20, 19,

0, 0,

20, 19,

15 25

0, 1,

19, 18,

0, 1,

19, 19,

Zawartość CO 2 i O 2 w powietrzu glebowym niektórych gleb zalewiska rzeki Jachromy w obwodzie moskiewskim (w % objętości powietrza)

Z danych tej tabeli wynika, że w glebie darniowo-bielicowej o przeciętnej wilgotności skład powietrza glebowego w warstwie do 25 cm głębokości jest zupełnie prawidłowy; zawartość dwutlenku węgla nie przekracza 0,5% a tlenu wynosi około 20%. W glebach nadmiernie wilgotnych zawartość dwutlenku węgla wynosi 1 – 2%, a tlenu spada do 19,5%. W silnie uwilgotnionych glebach torfowo-glejowych zawartość CO 2 dochodzi do 7%, a tlenu – zmniejsza się do 13,6%. W normalnych warunkach uwilgotnienia skład powietrza glebowego wynosi przeciętnie 0,2 – 0,5% CO 2 i 20,5% O 2. Jeśli gleba jest pokryta roślinnością, to w powietrzu glebowym znajduje się więcej dwutlenku węgla, a mniej tlenu. Po usunięciu zaś pokrywy roślinnej skład powietrza glebowego wraca do stanu normalnego. Długotrwałe i szczegółowe badania zawartości dwutlenku węgla w czarnoziemach przeprowadziła W.B. Mackiewicz, stosując przy pobieraniu próbek powietrza glebowego i analizie niezawodną metodykę. Próbki powietrza glebowego pobierano w warunkach polowych do hermetycznie zamykanych biuret typu Lafreta o pojemności 25 – 50 cm^3. Badania były prowadzone w Strzeleckim Stepie w ciągu dwóch lat. Z otrzymanych przez autorkę danych wynika, że w warstwie 0 – 20 cm zawartość dwutlenku węgla nie przekracza 0,2%, a na głębokości 1 metra w rzadkich wypadkach dochodzi do 0,6%. Tylko w warstwach leżących blisko wód gruntowych zawartość CO 2 szybko wzrasta i dochodzi do 2,4%. Autorka podkreśla, że zawartość CO 2 w powietrzu glebowym zwiększa się począwszy od wierzchnich warstw gleby do coraz głębszych jej warstw. Maksimum zawartości CO 2 w powietrzu glebowym występuje w latach wilgotnych, gdy stosunkowo duże są zasoby wilgoci zimowej. Większe stężenie dwutlenku węgla stwierdza się także w glebie pod drzewami w porównaniu z jego zawartością w glebie porośniętej roślinnością zielną. Należy jednak podkreślić, że również pod lasem w wierzchniej półmetrowej warstwie gleby zawartość CO 2 w powietrzu jest niewielka i dochodzi tylko do 0,6%. Liczne dane dotyczące zawartości dwutlenku węgla w powietrzu glebowym nawadnianych i nie nawadnianych szaroziemów uzyskała F.J. Melcer. Stwierdziła ona, że przed nawadnianiem utrzymuje się w glebie mała zawartość CO 2 , uwarunkowana prawdopodobnie dużym jego odpływem. Po każdym nawodnieniu następuje skokowy wzrost zawartości CO 2 w glebie. Mimo znacznych różnic występujących w składzie powietrza rozmaitych gleb wykazano istnienie bardzo ważnej ogólnej prawidłowości, polegającej na tym, że w glebach ornych, nawet w warunkach sprzyjających wytwarzaniu CO 2 gromadzi się go w glebie stosunkowo mało i tylko w nader rzadkich wypadkach jego zawartość wynosi 1 – 5% objętości powietrza glebowego. Zasadniczą przyczyną takiego stanu rzeczy jest niewątpliwie dość duży odpływ CO 2 z gleby i dopływ do niej odpowiedniej ilości tlenu.

Szczególna właściwością gleby jest je stan rozpuszczenia. Absolutnie sucha gleba składa się ze stałych cząstek mineralnych i organiczno-mineralnych, między którymi wolne przestrzenie, czyli pory są wypełnione powietrzem. Jednak taki przypadek można uważać za hipotetyczny, ponieważ prawie zawsze w glebie znajduje się pewna ilość wody. Objętość porów zajętych (w tych warunkach) przez powietrze w stosunku do całkowitej objętości gleby nazywamy ogólną porowatością gleby. Można ją wyrazić w postaci ułamka, jednak z reguły podaje się ją w procentach objętości gleby. Jak już wiemy, w bardzo luźnych glebach i skałach glebotwórczych może ona wynosić mniej niż 25%.

stężenia CO 2 w powietrzu glebowym – procesy uwalniania CO 2 ulegają zahamowaniu i szybkość ich silnie spada. Zawartość tlenu i dwutlenku węgla w powietrzu glebowym jest ważnym czynnikiem decydującym o aktywności mikroorganizmów glebowych. Zarówno bowiem aktywność drobnoustrojów, jak i procesy wzrostu i plonowania roślin wyższych są ściśle związane ze składem powietrza glebowego. Jednak przy całej ważności omawianych zagadnień w piśmiennictwie brak jest dotychczas ilościowych wskaźników tej zależności. Niewiele bowiem jest danych dotyczących rozpatrywanych zależności, a zwłaszcza danych uzyskanych w kontrolowanych warunkach, np. w komorach klimatyzowanych, fitotronach i innych urządzeniach, gdzie dokładnie można regulować warunki życia mikroorganizmów i roślin wyższych. Takie dane zaczęto gromadzić dopiero w ostatnich czasach. Według danych W.A. Nowikowi powietrze glebowe zawiera 7-12% tlenu; jednak zawartość taka występuje tylko w dobrze uprawianych, strukturalnych glebach. Taka zawartość tlenu w glebie umożliwia korzeniom intensywne oddychanie, dobry wzrost i aktywne pobieranie składników mineralnych. W ciężkich, słabo przewietrzanych glebach gliniastych, w których zawartość tlenu wynosi zaledwie 1-2%, korzenie rosną bardzo wolno, pobierają mało wody i substancji pokarmowych, wskutek czego i wzrost nadziemnych części roślin jest powolny, albo w ogóle zostaje zahamowany. Stąd wniosek, że niedobór tlenu w glebie silnie ogranicza wzrost roślin. Bardzo ciekawe doświadczenia przeprowadzili w Instytucie Agrofizyki P.W. Wierszynin i N.W. Kirilenko w celu poznania wpływu powietrza glebowego na wzrost bawełny. Doświadczenie przeprowadzono w kulturach wazonowych w szklarni. Do gleby wprowadzono mieszaninę gazów o znanym składzie, mianowicie o zwiększonej zawartości dwutlenku węgla kosztem zmniejszenia zawartości azotu. Doświadczenie wykazało, że w takich warunkach wyraźnego osłabienia wzrostu bawełny nie obserwuje się nawet przy 30%- owej zawartości CO 2 w mieszaninie gazów. Reakcja roślin na zawartość tlenu w powietrzu glebowym przejawia się wyraźnie w doświadczeniach ze zmiennymi temperaturami gleby. Należy pamiętać, że zawartość w powietrzu glebowym znacznej ilości dwutlenku węgla może odbijać się nie tylko bezpośrednio na procesach biologicznych, ale i wpływać na warunki życia drobnoustrojów pośrednio, powodując zmiany w odpowiednich procesach glebotwórczych. Badanie składu powietrza glebowego sprawia duże trudności, ponieważ konieczne jest przedtem wykonanie co najmniej dwóch czynności: pobranie próbki powietrza z gleby, przeprowadzenie analizy tej próbki na zawartość tlenu i dwutlenku węgla. Podczas dokonywania tych czynności skład badanego powietrza glebowego nie powinien ulec zmianie. W każdym razie przy pobieraniu próbki powietrza glebowego należy zapobiegać przedostawaniu się do niej powietrza z innych warstw gleby, a szczególnie z atmosfery. Na tym właśnie polega zasadnicza trudność przy wykonywaniu tej czynności. Skład powietrza w danej warstwie gleby w danym momencie ustala się w wyniku dwóch procesów, wprawdzie odrębnych, ale powiązanych ze sobą ilościowo. Przebiegające w glebie procesy, w wyniku których jest zużywany tlen i wytwarzany dwutlenek węgla – w zasadzie niczym istotnym nie różnią się od powszechnych w przyrodzie procesów oddychania. W skutek oddychania otaczające środowisko traci tlen i wzbogaca się w dwutlenek węgla. Jest zrozumiałe, iż w układzie zamkniętym proces taki nie może zbyt długo zachodzić, nie tylko dlatego, że całkowite zużycie tlenu wstrzymuje go, ale i dlatego, że nagromadzenie produktów oddychania, a przede wszystkim dwutlenku węgla hamuje ten proces, a przy pewnym poziomie tych produktów nawet zupełnie zatrzymuje.