Газообмін ґрунтового повітря з атмосферним. Повітряні властивості ґрунтів

Газообмін, або аерація, здійснюється через повітроносними порами ґрунту, які сполучені між собою і з атмосферою. До чинників газообміну відносяться: дифузія, надходження вологи в ґрунт з осадками або при зрошенні, зміна температури ґрунту й атмосферного тиску, вплив вітру, зміна рівня ґрунтових вод або верховодки.

Дифузія - переміщення газів відповідно до їхнього парціального тиску. Оскільки в ґрунтовому повітрі О₂ менше, а СО₂ більше, ніж в атмосфері, то під впливом дифузії створюються умови для безупинного надходження О₂ у ґрунт і виділення СО₂ в атмосферу.

Надходження вологи в ґрунт з осадами викликає стиск ґрунтового повітря, його виштовхування наверх і засмоктування атмосферного повітря. Зміна температури ґрунту й атмосферного тиску, вітру і рівня ґрунтових вод також викликає об'ємні зміни повітря в ґрунті і, як слідство, загальний потік його з ґрунту або в ґрунт.

Всі розглянуті чинники газообміну діють у природних умовах спільно, проте основним варто визнати дифузію.

Дифузія газів через ґрунт йде повільніше, ніж у вільному повітрі. Коефіцієнт дифузії дорівнює кількості речовини, що дифундує через 1см³ із градіентом концентрації рівному одиниці. Коефіцієнт дифузії СО₂ менше 0,009 см²/с - межа нормальної аерації (Люндегорф). При меншому його значенні газообмін утруднений.

Стан газообміну визначається повітряними властивостями ґрунтів. До повітряних властивостей ґрунтів відносяться повітропроникність і повітроємність.

Повітропроникність - здатність ґрунту пропускати через себе повітря. Вона вимірюється кількістю повітря в мл, що проходе під визначеним тиском в одиницю часу через переріз ґрунту 1 см² при товщині прошарку 1см чим повніше виражена повітропроникність, тим краще газообмін, тим більше в ґрунтовому повітрі О₂ і менше СО₂.

Повітропроникність залежить від механічного складу ґрунту, його щільності, вологості, структури. Повітря в ґрунті пересувається по порах, не заповнених водою і не ізольованих одна від одного. Чим крупніші пори аерації, тим краще повітропроникність. У структурних ґрунтах, де поряд із капілярними порами є достатня кількість значних некапілярних пір, створюються найбільше сприятливі умови для повітропроникності.

Повітроємність характеризує вміст повітря в ґрунті в об'ємних відсотках. Кількість повітря в ґрунті залежить від вологості і пористості ґрунту. Чим вище пористість і менше вологість, тим більше повітря утримується в ґрунті.

Максимальна повітроємність характерна для сухих ґрунтів і дорівнює загальної пористості. Проте в природних умовах ґрунти завжди містить ту або іншу кількість води, тому розмір повітроємністі дуже динамічний.

У повітряно-сухому стані повітроємність ґрунту дорівнює різниці між загальною пористості й обсягом гігроскопічної води. Особливе значення має повітроємність ґрунту, що відповідає найменшої вологоємності і є аналогом некапілярної пористості.

Оптимальні умови для газообміну створюється при вмісті повітря в мінеральних ґрунтах 20-25%, а в торф'яних - 30-40%.