 |
|
|
Костычев. ПОЧВОВЕДЕНИЕ |
СОСТАВ ПОЧВЕННОГО ВОЗДУХА. СГУЩЕНИЕ ГАЗОВ НА ПОВЕРХНОСТИ ТВЕРДЫХ ЧАСТИЦ ПОЧВ
|
Смотрите также:
Мейен - Из истории растительных династий
Биографии биологов, почвоведов
|
Первые исследования над составом почвенного воздуха произведены Буссенго; он показал, что почвенный воздух отличается от атмосферного большим содержанием угольной кислоты и меньшим содержанием кислорода. В разных случаях при этих исследованиях найдены значительные различия в составе почвенного воздуха, но причины подобных различий точно не исследованы; после этого вопрос о составе почвенного воздуха долгое время оставался без движения.
Новые исследования по тому же предмету произведены прежде всего Пет- тенкофвром для изучения почв в гигиеническом отношении. При этом найдено было, что, чем глубже слой почвы, тем больше содержится угольной кислоты в воздухе этого слоя, т. е. тем более он отличается по составу от атмосферного воздуха. Следующие цифры взяты из исследований Флека, произведенных по предложению Петтенкофера и одновременно с ним.
В почве ботанического сада в Дрездене воздух содержал угольной кислоты в I ООО объемов На глу На глу Па глут Па глу На глу На глу бине 6 м бине 4 м бине 2 м бине 0 м бине 4 м бине 2 м В январе. . . 28,1 19,4 7,94 В июле . . . 50,0 45,0 32,5 » феврале . . 23,4 15,7 5,2 » августе . . 65,6 56,5 47,4 » марте . . . 29,4 22,1 10,3 » сентябре 64,0 55,2 39,7 » апреле . . . 33,1 28,5 20,2 » октябре . . 67,3 48,8 26,5 » мае 35,5 34,1 27,6 » ноябре . . 72,9 54,6 25,8 » июне .... 45,1 39,2 30,8
При определениях, кроме угольной кислоты и кислорода, Флек нашел, подобно тому, что замечено было раньше Буссенго, что, чем больше угольной кислоты в почвенном воздухе, тем меньше в ней кислорода; это уже одно ясно указывает, что угольная кислота почвенного воздуха образуется от окисления органических веществ почвы.
Большее содержание угольной кислоты в воздухе глубоких слоев почвы понятно: в верхних слоях воздух находится в прямом сообщении с атмосферным воздухом; между ними постоянно происходит обмен, так как при всяком уменьшении давления и повышении температуры из верхних слоев почвы воздух выходит в атмосферу и заменяется атмосферным воздухом при обратных условиях. Воздух глубоких слоев, напротив, обменивается на атмосферный только изредка (в больших размерах только после дождей), да и то обмен этот во многих случаях бывает не полон. Следовательно, воздух в глубоких слоях долгое время остается в соприкосновении с почвою, т. е. при условиях, изменяющих его состав, а потому и понятна большая разница в составе между ним и атмосферным воздухом. Из этого мы вообще можем заключить, что при прочих равных условиях состав почвенного воздуха тем более отличается от состава атмосферного воздуха, чем затруднительнее обмен между ними, т. е. чем менее изменяются температура и давление атмосферы и чем менее проницаема почва.
Исследования о составе почвенного воздуха, или, точнее сказать, о содержании в нем угольной кислоты, при которых приняты во внимание, главным образом, обстоятельства, имеющие сельскохозяйственное значение, произведены Эбермайером, Меллером и Вольни. Исследования эти начаты Эбермайером; он показал, что в одной почве в двух местах, очень близких между собою, воздух может иметь различный состав, в зависимости от того, покрыта ли почва деревьями или нет: в первом случае почвенный воздух всегда содержит меньше угольной кислоты. Затем Меллер и Вольни разработали вопрос с большей подробностью.
Меллер, между прочим, показал, что в почвах чисто минеральных (совсем не содержащих органических веществ) воздух по составу одинаков с атмосферным. Таков же воздух и в совершенно сухой почве. Это указывает, что источник угольной кислоты в почвенном воздухе есть не что иное, как разложение органических веществ; на это указывали еще исследования Буссенго, и, кроме того, это понятно само собою. Помимо эт<эго источника, присутствие угольной кислоты в почвенном воздухе может быть объяснено выделением угольной кислоты из глубоких слоев земли в почвенный слой; но тогда мы не могли бы объяснить себе весьма резкие колебания в содержании угольной кислоты, замечаемые при исследовании воздуха из одной и той же почвы на местах, лежащих почти рядом.
Зависимость содержания угольной кислоты в почвенном воздухе от количества находящихся в почве органических веществ подтверждена многими исследованиями; так, например, Вольни, взявши следующие вещества: 1. Кварцевый песок, 2. Смесь из 3/4 по объему кварцевого песку и 1/1 торфа 3. » » х/а » » » » 72 » 4. » о 1/i » » » » 3/4 » 5. Чистый торф нашел в воздухе из них следующие количества угольной кислоты, средние за продолжительный период времени: В 1. . 0,70 куб. см в 1 ООО куб. см » 2 . .2,19 » » » » » » 3 . . 3,34 » » » » » » 4 . .3,93 » » » » » » 5 . . 3,56 » » » » »
Кроме содержания органических веществ в почве, на состав почвенного воздуха оказывают наиболее сильное влияние условия, способствующие разложению этих веществ, именно температура и влажность почвы. Чем эти условия благоприятнее для разложения органических веществ, тем более угольной кислоты находится в почвенном воздухе.
Меллер, помещая сосуд с почвою в охладительную смесь из льда и поваренной соли, нашел, что в замороженной почве прекращается, повидпмому, образование угольной кислоты. Пробы воздуха, взятые из такой почвы одна за другою через несколько часов, показывали все меньшее и меньшее содержание угольной кислоты, так что в 3 и 4 пробах содержалось всего 0,4 угольной кислоты в 1 ООО частей, т. е. почти столько же, как в атмосферном воздухе.
При температурах выше 0° тем больше содержится в почвенном воздухе угольной кислоты, чем теплее почва. В следующем примере, взятом из исследований Вольни, показаны средние количества угольной кислоты в 1 ООО частей почвенного воздуха при разных температурах; почва была очень богата органическими веществами. ™ 10° 20° 30° 40° 50" Влажность почвы 6,8% 2,03 3,22 6,86 14,65 25,17 26,8% 18,38 52,24 63,50 80,06 81,52 46,8% 35,07 61,49 82,12 91,86 97,48
Из цифр этой таблицы можно видеть, что до 50° образование угольной кислоты все возрастает. Так как, по опытам Меллера, накопление угольной кислоты в почвенном воздухе возрастает даже до 60°, то можно сказать, что при естественных условиях, чем теплее почва, тем более в ней угольной кислоты, потому что у нас выше этого предела почва едва ли когда нагревается.
Цифры вертикальных столбцов предыдущей таблицы показывают влияние влажности на содержание угольной кислоты в почвенном воздухе; почва, содержавшая 6,8% воды, была воздушносухая, и мы видим, что образование угольной кислоты не прекращается и при такой влажности, соответственно с тем, что, разложение органических веществ, как мы видели, происходит и в таких органических веществах," которые высушены на воздухе. С увеличением влажности содержание угольной кислоты в почвенном воздухе возрастает, но только до известного предела влажности. Полное пропитывание почвы водою, как доказывается исследованиями Меллера и Вольни, преграждая доступ кислорода в почву, препятствует образованию в ней угольной кислоты. Меллер, насытивши почву водою, нашел, что в ней при этих условиях образуется угольная кислота в таком же малом количестве, как в воздушносухой почве.
Большая влажность почвы, не доходящая, однако, до полного насыщения ее, увеличивает содержание угольной кислоты в почвенном воздухе не только потому, что способствует сильнейшему разложению органических веществ, но также и потому, что она делает почву менее проницаемой для воздуха и затрудняет в силу этого обмен его на атмосферный. Повышение количества угольной кислоты в почвенном воздухе замечается вообще при уменьшении проницаемости почвы. Полная непроницаемость почвы, происходит ли она от насыщения почвы водою или от чего другого, понижает образование в ней угольной кислоты вследствие устранения кислорода. Вольни, наполнивши две трубки землею, нашел, что, при доступе атмосферного кислорода, в воздухе, взятом из них, содержалось одинаковое количество угольной кислоты. Затем через одну трубку пропускался воздух, через другую—водород. При этом в почвенном воздухе обеих трубок найдены следующие количества угольной кислоты в 1 000 куб. см:
В трубке с воздухом в трубрк0ед£мвод°- 8,77 куб. см 5,19 куб. см 22,29 » » 4,54 » » 21,19 » » 5,95 » »
Но если доступ атмосферного воздуха в почву не прекращен совершенно, то чем он труднее; тем угольной кислоты в почвенном воздухе бывает больше. Это доказывается многими исследованиям; так, например, Вольни, взявши песок различной крупности и смешавши его с 10% торфа, нашел потом в воздухе смесей следующие количества угольной кислоты (средние за продолжительное время):
Величина зерен песка 0,0—0,25 мм 0,25—0,50 мм 0,50—1,0 мм 1,0—2,0 мм Содержалось угольной кислоты в 1000 куб. см 2,49 куб. см 1,89 куб. см 1,39 куб. см 1,08 куб. см
Следовательно, в почвенном воздухе содержалось больше угольной кис- ноты, при меньшей крупности частиц, т. е. при меньшей проницаемости почвы. Под влиянием той же причины в почвах комковатых воздух содержит менее угольной кислоты, чем в почвах порошковатых. Так, Вольни нашел угольной кислоты в 1 ООО куб. см воздуха: В суглинке в известковом песке, со держащем перегной комковатом порошковатой комковатом порошковатой 0,88 куб. см 1,80 куб. см 1,78 куб. см 8,41 куб. см
В почвах рыхлых, вследствие большей проницаемости их, воздух содержит мало угольной кислоты; но чем плотнее почва, тем в ее воздухе больше угольной кислоты; например, в известковом песке, содержащем перегной, Вольни нашел следующее содержание угольной кислоты в 1 ООО куб. см воздуха: В рыхлом В уплотненном В очень плотном 3,04 куб. см 3,52 куб. см 4,46 куб. см
Кроме всех указанных причин, обусловливающих содержание угольной кислоты в почвенном воздухе, чрезвычайно интересно влияние растительного и мертвого покрова на состав почвенного воздуха. Покров мертвый, увеличивая влажность почвы, уменьшает ее температуру и колебания последней. Вследствие этого, с одной стороны, от понижения температуры угольной кислоты в почве образуется меньше, но с другой стороны, вследствие большей влажности почвы ее должно образоваться и накопляться больше.
Растительный покров, уменьшая колебания почвенной температуры и проницаемость почвы для воздуха, замедляет его обмен и, следовательно, способствует накоплению угольной кислоты; с другой стороны, растения понижают температуру почвы и уменьшают содержание в ней влажности, вследствие чего в почве должно образоваться менее угольной кислоты. Какое из этих влияний растительного и мертвого покрова имеет перевес, без прямых исследований определить невозможно. Таких исследований было довольно много; мы уже раньше упоминали мимоходом об исследованиях Эбермайера, по которым угольной кислоты в почвенном воздухе под деревьями было меньше, чем в воздухе свободной почвы. (Этими исследованиями косвенно доказывается, что и деревья, подобно травянистым растениям, уменьшают влажность почвы.)
При всех других исследованиях, согласно с этим, найдено было, что растения уменьшают содержание угольной кислоты в почвенном воздухе, очевидно, вследствие понижения ее температуры и уменьшения влажности. Вольни нашел, например, в среднем выводе из многих согласных между собою определений, производившихся с половины мая до конца октября, угольной кислоты в 1 ООО куб. см почвенного воздуха: Почвы под Почвы свобод- травою кровом ной 1,99 куб. см 6,75 куб. см 8,83 куб. см Из этих цигЬр видно, между прочим, что мертвый покров, только понижающий температуру почвы, но не уменьшающий ее влажности, слабо понижает содержание угольной кислоты в почвенном воздухе; растения, напротив, производят значительное понижение, и чем они гуще, тем содержание угольной кислоты в почвенном воздухе меньше. Выращивая на одинаковых по размеру участках разное количество растений, Вольни нашел угольной кислоты в 1 ООО куб, см воздуха: На 0,1 кв. [м] б ы л о растений 3 6 12 24 Угольной кислоты куб. см 4,97 3,44 2,31 1,87
Когда жизнедеятельность растений прекращена, т. е. устраняется высушивание ими почвы, то под растениями, вследствие меньшей проницаемости почвы, накопляются большие количества угольной кислоты в почвенном воздухе. Так, Вольни нашел куб. сантиметров угольной кислиты в 1 ООО куб. см почвенного воздуха: Почвы под Почвы сво- травою бодной 4 ноября 0,'i'.4 0,408 22 марта 1,938 1,213
Большое содержание угольной кислоты в почвенном воздухе имеет весьма важное значение: в присутствии угольной кислоты химические изменения минеральных составных частей почвы происходят с большей быстротою, а вследствие этого происходит быстрейшее накопление питательных веществ для растений на счет мертвого запаса почвы. Но уголь чая кислота почвенного воздуха имеет другое, может быть, не менее полезное значение, на которое обыкновенно не обращают внимания.
Из почвы ежедневно выделятся воздух, богатый угольной кислотою, и при выделении он прежде всего приходит в соприкосновение с листьями растений, которые вследствие этого находятся в таком воздухе, который богаче атмосферного угольной кислотою; разумеется, это справедливо только для теплого времени года. Большее содержание угольной кислоты в воздухе близ земной поверхности, сравнительно с воздухом более высоких слоев атмосферы, доказывается следующими исследованиями Фодора: Уровень На Уровень Па почвы высоте пичвы высоте Апрель . . . 0,385 0,334 Август .... 0,669 0,387 Май 0,552 0,388 Сентябрь. . . 0,545 0,405 Июнь .... 0,377 0,340 Ок1ябрь . . . 0,443 0,415 Июль .... 0,423 0,352 Из исследований Годлевского мы знаем, что растениям наиболее благоприятен воздух с содержанием угольной кислоты большим, чем в атмосферном воздухе, и почва, как мы видим, доставляет им воздух, до некоторой степени обогащенный этим веществом. Так как выделение воздуха из почвы начинается около 10 ч. утра (в среднем выводе) и кончается спустя несколько часов после полудня, то растения получают воздух, богатый угольной кислотою, во время наиболее энергичной ассимиляции углерода.
До сих пор мы рассматривали только газы, содержащиеся в скважинах почвы и легко вытесняемые из почвы водою или каким-нибудь газом. Но, кроме этих газов, в почвах могут содержаться газы, сгущенные на поверхности их частиц. Эти газы отделяются очень трудно, и нужны особые средства для их выделения. Если даже помещать порошковатые тела в пространство с разреженным воздухом, то и при этом условии отделение сгущенных на поверхности частиц газов происходит весьма медленно, как показали Жпмен и Бертран, помещая такие тела в пространство с воздухом, разреженным до 1 мм ртутного столба; для скорого и совершенного выделения таких газов необходимо действие уменьшенного давления и высокой температуры одновременно, как это было при исследованиях Рейхарта и позднее Дебриха и Шеермессера.
Исследования эти показали, что составные части почв, гад их способности поглощать газы, можно разделить на две категории: одни вещества, находясь в обыкновенном воздухе, поглощают составные части его приблизительно в количествах, соответствующих пх парциальному давлению. Так, например, по исследованиям Дебриха, 100 объемов следующих веществ: Сомав поглощенною taia СОа I О IN Углекислая известь 47,8 0,0 19,4 80,6 Глина 48,5 0,0 16,9 83,1 Песок 23,4 0,0 20,3 79,7
Другие составные части почв, будучи оставлены на воздухе, поглощают из него преимущественно угольную кислоту, и притом объем поглощенного газа оказывается очень большим. Так, 100 объемов следующих вешеств поглотили: Объемов Ооо1ав поглощенного газа
газа СОг о N Окись железа . . . 1 220,1 95,6 0,8 3,6 Глинозем 471,4 88,5 2,2 9,3 Углекислая магне зия 116,8 45,3 10,4 44,2 Перегной (торф) . . 94,6 47,9 3,3 48,8
Вероятно, в первых трех веществах поглощенная угольная кислота связывается химически вследствие образования углекислых и двууглекислых солей. Из ОКИСИ железа И глинозема значительная часть ее выделяется только нри нагревании до 140°. Часть угольной кислоты в торфе образуется, очевидно, от окисления органических веществ поглощенным кислородом; это видно из того, что во всех веществах, кроме торфа, на 1 часть кислорода приходится приблизительно 4 части азота, как в атмосферном воздухе; соответственно с этим, в торфе должно быть около 12 частей кислорода вместо 3,3; значительная часть поглощенного кислорода, следовательно, исчезла, несомненно, вслед- втвие образования на счет ее угольной кислоты из органических веществ.
Сгущение газов твердыми частицами почв происходит, главным обраЗом, только в сухих почвах. При недавних исследованиях Шлезинга над влажными почвами в них оказалось ничтожное количество сгущенных газов.
В настоящее время весьма трудно сказать, какое значение может иметь сгущение газов твердыми частицами почвы. Объяснения насчет этого, данные разными лицами, нельзя считать справедливыми, потому что они основаны на исследованиях, которые произведены не при тех условиях, какие мы находим в почвах.
|
|
|
|
К содержанию книги: П. А. Костычев - Курс лекций по почвоведению
|
Последние добавления:
Тюрюканов. Биогеоценология. Биосфера. Почвы
Происхождение и эволюция растений
Биографии ботаников, биологов, медиков