Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Ярославский государственный технический университет»
Кафедра «Гидротехническое и дорожное строительство»
Реферат принят с оценкой ______
Преподаватель:
______________ Т.А.Виноградова
Контрольная работа №1.
по дисциплине“ Почвоведение ”
Задание № 32
ЯГТУ 280302.65
Выполнил
студентка гр. ЗОВР – 25а
_____________ В.М.Сунгурцева
2013.
1.Воздушные свойства и состав почвенного воздуха.
1.1. Состав и количество почвенного воздуха.
Почвенный воздух — незаменимый фактор жизни растений, микроорганизмов, активный участник почвообразования. Воздухе в почве представлен свободным (заполняющим поры, не занятые влагой), адсорбированным твердой фазой и растворенным в почвенной влаге.
Состав почвенного воздуха отличен от атмосферного, непостоянен во времени и по глубине почвенного профиля. Отличия почвенного воздуха от атмосферного объясняются действием биохимических процессов, жизнедеятельностью растений и микроорганизмов.
Почвенный воздух, как и атмосферный, примерно на 80% состоит из азота, но содержание кислорода и углекислого газа в нем может меняться в широких пределах. В верхних рыхлых слоях почвы содержание кислорода приближается к его содержанию в атмосфере (до 20%); в слоях же с затрудненным газообменом оно значительно уменьшается в результате потребления растениями и микроорганизмами. Содержание углекислого газа в почвенном воздухе всегда больше, чем в атмосфере, вследствие выделения его корнями растений и микроорганизмами и может достигать в глубоких горизонтах 15—20%, тогда как в атмосфере его имеется лишь 0,03%. В воздухе заболоченных почв заметно содержание NH3 (аммиак) , CH4(метан), H 2, H2S (сероводород).
Почвенный воздух характеризуется повышенной влажностью - относительная влажность его близка к 100 %. В нем присутствуют летучие органические соединения: углеводороды, спирты, сложные альдегиды, являющиеся продуктами жизнедеятельности микроорганизмов. Содержание азота в почвенном воздухе также может несколько изменяться в результате связывания его азотфиксирующими микроорганизмами и клубеньковыми бактериями или денитрификации органических веществ. Таким образом, состав почвенного воздуха зависит от двух факторов — газообмена с атмосферой и жизнедеятельности растений и микроорганизмов.
Количество почвенного воздуха в основном зависит от влажности почвы. Адсорбированный воздух имеется в небольших количествах только в сухих почвах. Содержание воздуха в почвенной влаге переменно и уменьшается с повышением температуры. В свежей, хорошо аэрированной воде при температуре 20°С содержание кислорода в верхнем (0—30 см) слое почвы при нормальной влажности может быть достаточным для обеспечения им растений в течение 1 ч. Однако в переувлажненных почвах при паянном притоке богатой кислородом воды растения могут до некоторой степени удовлетворять свои потребности в кислороде.
Основные запасы почвенного воздуха представлены свободным, т.е. заполняющим поры почвы, не занятые влагой. Поэтому обеспеченность почвы воздухом можно регулировать, изменяя ее влажность
1.2. Передвижение воздуха в почве.
Движение почвенного воздуха обеспечивает газообмен почвы с атмосферой, выравнивает его состав по глубине, пополняет запасы кислорода в почве. Оно может быть активным, вызванным градиентами давления, температуры или концентрации, и пассивным—при изменении влажности, колебании поверхности грунтовых вод и т. д.
Температура и барометрическое давление почвенного воздуха по сравнению с атмосферным изменяется медленнее. В связи с этим образуются градиенты температуры и давления, под действием которых возможен выход почвенного воздуха в атмосферу и, наоборот, насыщение почвы атмосферным воздухом. Интенсивность этого газообмена зависит также от плотности и влажности почвы, а следовательно, и от ее воздухопроводности. При влажности верхних слоев, близкой к предельной полевой влагоемкости, газообмен резко замедляется.
Диффузия почвенного воздуха возникает из-за разного состава почвенного и атмосферного воздуха — разного парциального давления кислорода и углекислого газа. Под влиянием диффузии наблюдается обогащение почвенного воздуха кислородом и выделение углекислого газа в атмосферу.
Скорость диффузии газа в свободной атмосфере подчиняется следующему закону
U=-D0 dx/dc ;
Где U- поток газа( в см2/с через сечение, равное 1 см2); D0- коэффициент диффузии газа в воздухе (в см2/с); объемная концентрация данного газа (в см3/см3).
Скорость диффузии зависит от температуры (Т) и давления воздуха (Р), что находит отражение в величине коэффициента диффузии:
D T,P=Do(T/To)m*(P/Po);
где D— коэффициент диффузии при температуре воздуха (То) 273 °К и атмосферном давлении (Р0); m — показатель степени, зависящей от природы газа.
Так, для углекислого газа D0=0,138 см2/с, m=2; для кислорода D0=0,178 см2/с, m = 1,75. В почве коэффициент диффузии газов Dπ в несколько раз меньше. Его значения уменьшаются с увеличением плотности почвы, объемной массы и влажности.
В таблице 1 приведены результаты измерений коэффициента диффузии углекислого газа для различных почв, которые иллюстрируют эту зависимость.
1. Коэффициент диффузии С02 в различных почвах (по Н. П. Поясову)
Почва |
Плотность почвы (в г/см3) |
Объемная влажность |
Объем свободных пор |
t0C |
Dπ(в см2/с) |
Dπ/D0 |
Обыкновенный |
0,85 |
0,06 |
0,61 |
21 |
0,0473 |
0,294 |
глинистый |
0,85 |
0,15 |
0,52 |
21 |
0,0352 |
0,218 |
чернозем |
0,85 |
0,24 |
0,43 |
21 |
0,0261 |
0,162 |
|
0,85 |
0,31 |
0,37 |
21 |
0,0203 |
0,127 |
|
0,85 |
0,36 |
0,31 |
20 |
0,0172 |
0,107 |
|
0,85 |
0,40 |
0,27 |
20 |
0,0160 |
0,100 |
|
|
|
|
|
|
|
Дерново- |
1,46 |
0,19 |
0,27 |
17 |
0,0123 |
0,078 |
слабоподзолистая |
1,46 |
0,22 |
0,24 |
18 |
0,0117 |
0,074 |
тяжелосуглинистая |
1,46 |
0,25 |
0,21 |
19 |
0,0106 |
0,067 |
|
|
|
|
|
|
|
Дерново- |
1,30 |
0,05 |
0,44 |
22 |
0,0230 |
0,142 |
подзолистая |
1,30 |
0,09 |
0,40 |
21 |
0,0182 |
0,117 |
тяжелосуглинистая |
1,30 |
0,13 |
0,36 |
19 |
0,0148 |
0,093 |
|
1,30 |
0,22 |
0,27 |
19 |
0,0076 |
0,048 |
|
1,13 |
0,50 |
0,07 |
21 |
0,0012 |
0,008 |
Изменение состава почвенного воздуха может наблюдаться при увлажнении почвы атмосферными осадками или при поливах. Впитывающая влага приносит с собой растворенные газы. Она же вытесняет почвенный воздух в более глубокие слои, что способствует поступлению атмосферного воздуха в верхние слои по окончании впитывания.
«Проветривание» почвы наблюдается и при колебании уровня грунтовых вод. При их подъеме почвенный воздух вытесняется в атмосферу, а при опускании происходит засасывание атмосферного воздуха в почву. Ветер несколько увеличивает скорость газообмена между оголенной разрыхленной почвой и атмосферой.
Влияние состава почвенного воздуха на свойства почвы.
От состава почвенного воздуха зависит окислительно-восстановительный потенциал (ОВП) почвы, характеризующий интенсивность и направление окислительных и восстановительных сов. Измеряется ОВП в милливольтах как обратимый потенциал платинового или другого индифферентного электрода, помещенного во влажную почву. В хорошо аэрированных, богатых кислородом почвах ОВП лежит в пределах 300—600 мВ, в заболоченных или переувлажненных оглеенных почвах он снижается до 200 мВ. Окислительно-восстановительный потенциал прямо пропорционально зависит от рН почвенного раствора.
Окислительные процессы в почве идут при наличии кислорода в почвенном воздухе или растворенном в его влаге. Необратимые окислительные процессы связаны с разложением органических веществ (окисление аминокислот, белков, сахаров, смолистых и дубильных веществ). К обратимым относятся реакции окисления и восстановления железа, марганца, серы.
Преобладание окислительных процессов (ОВП > 500 мВ) приводит к глубокому разложению органических остатков, гумус в почве не накапливается, образуются светлые почвы, обогащенные минеральными солями. Это наблюдается в иссушенных почвах, например в сероземах. Преобладание восстановительных процессов (ОВП<200 мВ) тормозит разложение органики, идут процессы торфообразования, оглеения. Запасы питательных элементов в доступной для растений форме малы, образуются токсичные для растений закисные соединения.
Неблагоприятна также резкая смена окислительных и восстановительных процессов, наблюдаемая на почвах с длительным переувлажнением и иссушением (подзолистые почвы, солонцеватые, осолоделые, почвы под рисом).
Оптимальное сочетание окислительных и восстановительных процессов отмечается на почвах с благоприятным водным и воздушным режимами-значение ОВП лежит в пределах 350— 500 мВ, образуются богатые гумусом почвы (черноземы) с благоприятными физико-химическими свойствами.
Таким образом, динамика ОВП, функционально связанная с составом почвенного воздуха, отражает направленность почвообразовательных процессов. Она позволяет также правильно намечать мероприятия по улучшению почв.