3.2. Повітряний режим ґрунту

Склад і значення ґрунтового повітря. Однією з основних складових частин ґрунту є ґрунтове повітря. За своїм складом воно близьке до, бо за нормальних умов між ґрунтом і атмосферою відбувається постійний газообмін (табл. 1). У ґрунтовому повітрі порівняно з атмосферним вміст окремих газів значно коливається. Як правило, воно містить менше кисню і більше вуглекислого газу. Пояснюється це тим, що коріння рослин та ґрунтові мікроорганізми виділяють вуглекислий газ і вбирають кисень. Орний шар повітря містить від 0,15 до 2 % вуглекислого газу і 18 - 20 % кисню.

Таблиця 1 - Склад атмосферного і ґрунтового повітря, об'ємних процентів.

Газ	Атмосферне повітря	Ґрунтове повітря
Азот Кисень Аргон Вуглекислий газ Інші	78,08 20,95 0,93 0,03 0,01	78,08 – 80,24 20,0 – 18,0 0,1 – 10,0 0,01

Ґрунтове повітря має велике зна­чення для вирощування сільськогосподарських культур. Воно необхідне для дихання коріння, мікроорганізмів, грибів, водоростей, черв'яків та інших ґрунтових організмів.

З усіх газів ґрунтовому повітрі найбільш динамічні кисень та вуглекислий газ і вони відіграють важливу роль у житті ґрунту і організмів, що його заселяють.

В атмосферному повітрі кисню достатньо для надземних частин рослин. Але для насіння і коріння, а також для ґрунтових мікроорганізмів вміст кисню в ґрунті часто стає лімітуючим фактором. Його нестача негативно впливає на ріст рослин.

Найбільше на нестачу кисню в ґрунті реагує насіння. Якщо в ґрунті кисню недостатньо, знижується інтенсивність дихання насіння, воно довше перебуває в стані спокою, затягується його період проростання.

Дослідження показують, що вміст у ґрунтовому повітрі 7 - 12 % кисню забезпечує процеси дихання і росту коріння, а також активне вбирання ним мінеральних речовин. При зниженні вмісту кисню до 1 - 2% ріст коріння сповільнюється, вбирання води і поживних речовин обмежується, а ріст надземної частини рослин припиняється.

Деякі рослини перерозподіляють кисень за рахунок притоку його з листя. Це характерно для болотних рослин, рису, в яких кисень часто транспортується в коріння із стебла і листя по аеренхімі.

Кисневе голодування, що поширюється тільки на кореневу систему, утруднює вбирання і переміщення води від коріння до надземних органів рослин. При цьому різко знижується інтенсивність постачання кореням продуктів фотосинтезу.

Дослідженнями П. А. Власюка та В. С. Денисьєвського доведено, що від вмісту в ґрунті кисню залежить і надходження в рослину поживних речовин. Якщо в ґрунтовому повітрі немає кисню, цукрові буряки не вбирають елементів живлення, а при нестачі його помітно знижується засвоєння поживних речовин кукурудзою.

Споживання кореневою системою кисню досягає 4,5 мг на 1 г сухих речовин за добу. У вищих рослин максимум споживання кисню припадає на період цвітіння. Оптимальні умови для більшості рослин створюються тоді, коли ґрунтове повітря містить близько 20 % кисню. Негативно реагують на нестачу повітря в ґрунті картопля, ячмінь, люпин, бавовник, зернобобові. В дослідах після додаткової аерації врожай гороху і кормових бобів підвищувався на 20 – 50 %, а кількість бульбочок на коренях - на 12 - 40 %.

Як уже зазначалося, кисень необхідний і для життєдіяльності аеробних бактерій, які мінералізують рослинні рештки в ґрунті до мінерального азоту (нітрифікатори), а також для бактерій, які засвоюють вільний азот (азотобактер, бульбочкові бактерії).

Вуглекислий газ - єдине джерело вуглецю для органічних сполук, що синтезуються рослиною. За даними О. Г. Дояренка, для утворення одиниці маси сухих речовин урожаю потрібно 1,83 одиниці вугільної кислоти. Вуглекислий газ рослини використовують для синтезу вуглеводів та жирів.

У метровому шарі повітря на площі 1 га міститься 5,6 кг СО₂, при інтенсивному рості рослини за день засвоюють 250—300 кг СО₂ на 1 га. Якщо у повітрі концентрація СО₂ знижується до 0,01 %, фотосинтез припиняється.

Підвищення вмісту СО₂ до 1 % посилює асиміляцію вугільної кислоти рослиною. Якщо концентрація досягає 5 % і більше, процеси фотосинтезу сповільнюються. Ефективним заходом є штучне підвищення концентрації вуглекислого газу в повітрі при вирощуванні рослин у теплицях і оранжереях. Підвищення концентрації СО₂ в повітрі при вирощуванні сільськогосподарських культур у польових умовах поки що залишається проблемою.

Вуглекислий газ, розчиняючись у ґрунтовій воді, підвищує розчинність поживних речовин і доступність їх для рослин. Проте висока концентрація СО₂ в ґрунтовому повітрі токсична для коріння рослин і більшості аеробних мікроорганізмів. Так, якщо ґрунт містить більше 1 % вугільної кислоти, пригнічуються корені і особливо насіння під час його проростання, сповільнюються біологічні процеси.

Дослідженнями радянських учених (А. Л. Курсанов, А. М. Кузін) з міченими атомами доведено, що рослини можуть вбирати СО₂ не тільки листям, а й корінням. З коріння вуглекислий газ переміщується в листки, де за допомогою сонячної енергії перетворюється в складні органічні сполуки. Проте через коріння рослина засвоює тільки від 1 до 5 % потрібної кількості С0₂.

Регулювання повітряного режиму ґрунту. Повітряний режим - це сукупність усіх явищ надходження повітря в ґрунт, його переміщення і витрачання в ньому, обміну газами між ґрунтом, атмосферою, твердою та рідкою фазами, споживання і виділення газів живими істотами в ґрунті. Найбільш сприятливий для сільськогосподарських рослин повітряний режим складається в чорноземних ґрунтах. Добра структурність цих ґрунтів зумовлює їх високу пористість (50—60 %), що сприяє кращій повітропроникності порівняно з дерново-підзолистими та іншими ґрунтами, у яких через надмірне зволоження часто порушується повітряний режим, внаслідок чого знижується продуктивність сільськогосподарських культур.

Найсприятливіші умови для росту сільськогосподарських культур створюються тоді, коли близько 60 % ґрунтових пор заповнені водою, а 40 % - повітрям. О. М. Ликов, О. О. Коротков, Т. Г. Громакова вважають оптимальним вміст повітря в орних землях такий: для зернових – 15 - 20%, просапних – 20 - 30, для багаторічних трав – 17 - 21 % загальної пористості.

Повітряний режим ґрунту регулюють насамперед за допомогою агрозаходів, спрямованих на відтворення структури ґрунту, підвищення її стійкості. Основними з них є обробіток ґрунту, внесення органічних добрив, вирощування багаторічних трав, відведення надмірної кількості води з ґрунту, застосування штучних структурантів.

Найефективніше регулюється повітряний режим за допомогою обробітку ґрунту. Добре розпушені ґрунти (щільність яких не перевищує 1,2 - 1,3 г/см³) навіть при порівняно високій вологості вуглекислого газу містять не більше 0,2 - 0,6 %, а кисню - не менше 20 %, тобто повітряний режим задовільний. В ущільнених і дуже зволожених ґрунтах вміст СО₂ досягає шкідливого рівня - 2 і навіть 5 - 6 %.

Велике значення має глибоке розпушування ґрунту. Воно забезпечує проникання повітря в нижні шари, що сприяє проростанню коренів вглиб і посилює посухостійкість рослин. Розпушування верхнього шару ґрунту запобігає утворенню ґрунтової кірки. Однак у посушливих умовах часті розпушування збільшують втрати вологи через випаровування.

Несприятливий повітряний режим може створюватися на посівах озимих культур і багаторічних трав взимку, коли утворюється льодова кірка або сніг випадає на незамерзлий ґрунт.

Внесення в ґрунт органічних добрив забезпечує утворення в ньому і видалення в приґрунтовий шар повітря вуглекислого газу, що позитивно впливає на процес фотосинтезу. Ці добрива поліпшують також структуру та інші фізичні властивості ґрунту, що підвищує інтенсивність повітро - і газообміну.

Осушення надмірно зволожених ґрунтів поліпшує їх повітряний режим, за рахунок чого підвищується врожайність сільськогосподарських культур. У зонах недостатнього та нестійкого зволоження, де дефіцит повітря в ґрунті трапляється рідко, майже немає необхідності в застосуванні спеціальних заходів збільшення газообміну (не враховуючи зрошуваних земель).