Важное значение аэрации

Влагоемкость и водопроницаемость

В главе 7 было показано, что вода как экологический фактор в растениях производит глубокую и разностороннюю действие на многие физиологические процессы. Основное количество необходимой воды получается из почвы. Поэтому среди различных свойств почв, важных для обеспечения жизнедеятельности растений, на первый план выдвигается их влагоемкость и водопроницаемость.

Водопроницаемость — это свойство почвы как пористого тела пропускать через себя воду. Она измеряется количеством воды, которая проходит через почву на единицу его поверхности за единицу времени. Водопроницаемость почв зависит от Их механического состава.

В процессе поступления воды в ирунт и дальнейшего передвижения можно выделить два этапа:

1) поглощение воды почвой и прохождения ее от верхнего слоя к слою, насыщенного водой;

2) фильтрацию воды через толщу почвы, насыщенного водой.

Низкая водопроницаемость присуща почвы, содержащие мало песка и много физической глины. К таким почв относятся глинистые и важкосуглинисти разновидности. С увеличением количества песка в почве водопроницаемость его повышается. Зависит водопроницаемость и от величины почвенных частиц. Чем они больше, тем больше промежуточных

ки между ними, что способствует лучшему стеканию воды вниз по грунтовым профилем. Поэтому при наличии в почве больших песчаных частиц он лучше пропускает влагу. В глинистой почве пустоты заполнены весьма мелкими частицами, поэтому вода здесь чаще всего проникает по ходам корней, трещины и т. Д.

Противоположным водопроницаемости процессом является поднятие воды вверх по грунтовым профилем под действием сил капиллярности.

Влагоемкостью почвы называют его способность поглощать и удерживать влагу. Она также меняется в зависимости от механического состава. В тяжелых глинистых и суглинистых почвах содержится большое количество воды, на супесчаных — незначительное. Самая влагоемкость регистрируется в почв с большим количеством мелких частиц. Водоудерживающая сила почвы является тем сильнее, чем больше суммарная поверхность частиц. На песчаных почвах поверхность невысокая и вода задерживается мало, на глинистых же — наоборот.

В целом, водопроницаемость и влагоемкость почв важны экологическими факторами, определяющими водный режим растений и тем же косвенно влияют на основные физиологические процессы.

Аэрация почвы

Значимым показателем является содержания почвенном воздухе кислорода и углекислого газа. Весьма важный кислород, поскольку он обеспечивает дыхание корней. Его недостаток, что вызывает нарушение деятельности корневых систем, называют гипоксией , а при полном угнетение растений — аноксией . Кроме того, аэрация почвы оказывает мощное воздействие на различные почвенные микроорганизмы и на процесс преобразования питательных веществ в фунте. Следует отметить, что надземные органы растений непосредственно не страдают от недостатка кислорода в воздухе, тогда как его дефицит в почве сказывается на росте и продуктивности растений вследствие нарушения метаболических связей между корнями с одной стороны и листьями и стеблями — с другой.

Содержание воздуха в почве колеблется в значительной степени и лежит в амплитуде ВИЧ 0 до 30% (от объема фунта). В норме в фунтовому воздухе должно содержаться 18-20% кислорода. В случае снижения его количества в 10- 12% нарушается нормальный рост корня, поглощение воды и минеральных веществ. Есть данные о негативном воздействии углекислого газа на поглощение корневой системой растений нитратов, фосфатов и ионов аммония.

Аэрация почвы — один из показателей плодородия, поскольку она способствует росту растений. В значительной степени аэрация почвы зависит от степени его разрыхления. Уплотнения или переувлажнение почвы затрудняет аэрацию и тем самым негативно действует на физиологические процессы. На землях сельскохозяйственного пользования снижению аэрации почв возникает при использовании для обработки почвы, посевов и уборки урожая тяжелой техники.

По данным специалистов, на земном шаре от нарушения нормальной аэрации почв страдает около 70% всей пашни. Наиболее чувствительными культурами к гипоксии и аноксии являются озимые зерновые, соя, и некоторые виды древесных растений — фруктовые, береза, ель.

В условиях ограниченной аэрации имеют место определенные морфологические изменения корня. Они укорачиваются, утолщаются, не образуют достаточного количества корневых волосков. Корневая система становится поверхностной. У некоторых видов растений в основе побегов появляются специальные дыхательные корни.

Эффективным приспособлением растений к низкой аэрации основывает физиолого-биохимические изменения процесса дыхания. В этом случае акцептором электронов в электронно-транспортных цепях является не кислород, а нитрат-ион ΝO3-. Такой тип дыхания называется нитратным дыханием . Аэробный этап дыхания (цикл Кребса) практически перестает функционировать, так поставщиком энергии в виде АТФ является нитрат дыхания и гликолиз. В условиях аноксии у растений начинается синтез белков анаэробного стресса, которые еще называют белками аноксии. Как правило, это комплекс белков-ферментов, обеспечивающих гликолиз.

Важное значение при росте растений на почвах с пониженной аэрацией имеет также повышение концентрации фермента аминоцик- лопропанкарбосинтазы (АЦК-синтетаза), который обеспечивает синтез этилена. Этилен активирует синтез анаэробных белков-ферментов, под действием которых могут разрушаться клетки коры корня, облегчает диффузию кислорода. Одновременно этилен оказывает влияние на рост стеблей, стимулирует образование дополнительных корней, что, в свою очередь, повышает устойчивость растений к недостатку кислорода в почве.

В условиях низкой аэрации почвы для сохранения жизнеспособности корневых систем важную роль играют надземные части растений, в первую очередь листья, от которых формируется нисходящее движение кислорода к корням. В листопадных деревьев в зимний период аналогичную роль играют чечевички на побегах, которые способствуют поступлению кислорода к корням.

Итак, у растений, растущих в условиях переувлажнения, устойчивость к гипо- и аноксии достигается комплексом приспособлений, обеспечивающих транспорт кислорода в корне, а также необходимые метаболические перестройки.

Абсолютная большинства культурных растения для формирования высокого урожая требует хорошо аэрированного почвы. Иногда подтопления посева всего на 2-3 дня приводит к резкому угнетению растений. Поэтому в практике сельского хозяйства осуществляются мелиоративные мероприятия по осушению фунтов с низкой аэрацией путем снижения уровня грунтовых вод. Повышает устойчивость культурных растений к снижению аэрации их обработка синтетическими Цитокинины, Абсцизины, хлорхолинхлорид, внесение повышенных доз нитратных удобрений, сульфата марганца. Начата работа по созданию трансгенных культурных растений, устойчивых к низкой аэрации фунта, путем встраивания в них частей генома дикорастущих болотных растений.

Среди растений есть виды, хорошо адаптированные к фунтов с пониженной аэрацией. В основном это растения болот и влажных лугов. Из культурных растений к этой группе относится рис. Адаптация к пониженной аэрации в этой группе растений достигается путем поддержания высокого содержания кислорода в клетках корня, иногда за счет развития так называемого воздушных корней, а также благодаря способности поддерживать метаболизм при пониженном содержании кислорода в клетках. Характерной чертой таких растений является развитие особой ткани — аеренхимы, доля которой может составлять до 50% объема корня. Аэренхима содержит запас воздуха, поддерживая конценфацию кислорода на оптимальном уровне.

Зона аэрации

Зона аэрации — зона неполного насыщения — самая верхняя часть литосферы, ограниченная сверху поверхностью Земли, а снизу — свободной поверхностью грунтовых вод первого водонос­ного горизонта. В зоне аэрации, соприкасающейся с атмосферой, часть пор заполнена воздухом, часть — водой и частично водой в виде пара. Мощность зоны колеблется от нуля (там, где грунтовые воды достигают дневной поверхности) до нескольких сот метров (в горах, сложенных массивными проницаемыми породами и пу­стынях). Через эту зону происходит просачивание атмосферных и поверхностных вод. В зоне аэрации выделяют три пояса, рассмот­ренных далее.

1. Пояс почвенной влаги содержит почвенные воды — все воды почвенного слоя (в подпочвенный слой вода не доходит) в виде пара, влаги, льда и газообразной форме, образующиеся за счет увлажнения почв атмосферными осадками и конденсации влаги из воздуха (по А.М. Овчинникову). Это висячие воды, не подстилаемые водо­упорными горизонтами и определяющие структуру, свойства и режим почв. Они имеют большое значение для питания растений и в процессах выветривания содержащихся в почве минералов, но хозяйственного значения не имеют (рисунок ниже).

Распространение вод в зоне аэрации

Характерными особенностями почвенных вод являются:

• это безнапорные воды;
• связаны с атмосферой, грунтовыми водами и верховодкой;
• имеют агрономическое значение, служат для снабжения растений водой, влияют на плодородие почв;
• содержат много органических веществ и микроорганизмов;
• запасы вод невелики.

2. Промежуточный слой зоны аэрации располагается ниже зоны почвенных вод и представляет собой толщу практически сухих пород, содержащих в небольших количествах пленочную воду. Если в этой толще имеются прослои (линзы) водоупоров, то в периоды обильной инфильтрации (просачивания) атмосферных и поверх­ностных вод (периоды дождей, таяния снега, половодий и проч.) над ними образуются временные скопления гравитационных вод. Мощ­ность пород, насыщенных такими водами, обычно не превышает 1—3 м. Эти временные водоносные горизонты называются «верхо­водки».

Верховодка — небольшие скопления подземных вод сезонного характера, залегающих на небольшой глубине в виде линз, где чередуются водоупоры глин, суглинки и водопроницаемых пород песков. Проникающие сверху инфильтрационные воды задерживаются в этих линзах. Накопление верховодки происходит также при таянии снега, льда, обилии дождей. Воды верховодки называются еще под­вешенными водами (рисунок ниже).

Схема залегания грунтовых вод и верховодки

1 — зона аэрации; 2 — зона насыщения; 3 — водоупорные глины; 4 — капиллярная кайма; 5 — верховодка

Характерными особенностями верховодки являются:

• небольшие глубина залегания и мощность (1—3 м);
• локальное развитие и небольшая площадь распространения;
• сезонность (временность) существования;
• ограниченность запасов и их зависимость от климатических условий и хозяйственной деятельности человека;
• резкие колебания режима вод — температуры, уровня и химиче­ского состава;
• низкая минерализация вод — от пресных 0,1—1,0 г/дм 3 до слабо­ минерализованных 3 г/дм ;
• разнообразие химического состава, повышенное содержание ОВ и микроэлементов Fe, Si0₂;
• легкая загрязняемость и непригодность для постоянного водо­снабжения.

3. Пояс капиллярной каймы расположен в самом нижнем слое зоны аэрации на границе с зоной насыщения. Здесь тонкие волосные капиллярные поры заполнены собственно капиллярной водой (или капиллярно-поднятой водой), а крупные поры свободны. Воды капиллярной каймы образуются в результате подъема воды по капил­лярным пустотам над свободным уровнем подземных вод. Высота капиллярного поднятия (мощность капиллярной каймы) зависит от размера пустот, структуры порового пространства, гранулометрического состава и дисперсности горных пород и изменяется от 2-3,5 см (крупнозернистые пески) до 65-120 см (глина) (рисунок ниже).

Капиллярная кайма Н_кап в грунте

1 — водоупор (глина); 2 — грунтовая вода; 3 — зона аэрации; 4 — здание; 5 — суглинок; УГВ — уровень грунтовых вод

Воды капиллярной каймы:

• имеют тесную гидравлическую связь с грунтовыми водами;
• не перемещаются под действием силы тяжести;
• могут передавать гидростатическое давление;
• не замерзают при температуре ниже 0 °С, а замерзают при темпе­ратуре ниже — 12°С;
• перемещение верхней границы капиллярной каймы зависит от колебания уровня грунтовых вод;
• характеризуются непостоянством режима;
• имеют важное значение для формирования водного режима пород зоны аэрации, почвенного слоя и водоснабжения растений.

Значение слова &laquoаэрация»

АЭРА́ЦИЯ, -и, ж. Проветривание, насыщение воздухом. Аэрация зданий.

[От греч. ’αήρ — воздух]

Источник (печатная версия): Словарь русского языка: В 4-х т. / РАН, Ин-т лингвистич. исследований; Под ред. А. П. Евгеньевой. — 4-е изд., стер. — М.: Рус. яз.; Полиграфресурсы, 1999; (электронная версия): Фундаментальная электронная библиотека

• Аэра́ция (от греч. ἀήρ — «воздух») — естественное проветривание, насыщение воздухом, кислородом (организованный естественный воздухообмен).

При организации компостирования аэробным способом, аэрацией называют процесс обогащения компонентов (составляющих) компоста кислородом. Аэрация компоста осуществляется с помощью специального оборудования — аэратора.

Аэрацией называется процесс, при котором воздух тесно контактирует с водой (жидкостью). Аэрация осуществляется распылением воды (жидкости) в воздухе. Не стоит путать с процессом барботирования, когда происходит пропускание пузырьков воздуха через воду. Аэрация является основой процесса очистки стоков в биологических очистных сооружениях (аэротенках, аэрофильтрах, биофильтрах).

В сельском хозяйстве аэрацией называется разрыхление земли специальными средствами — аэраторами — для того, чтобы обеспечить доступ кислорода к корням растений. Организмы, живущие в слое аэрации почвы и участвующие в почвообразовании, называются аэробионтами.

В сфере водоподготовки аэрация используется для удаления железа, марганца, сероводорода, летучих веществ. Применяется несколько видов аэрации:

Безнапорная — в открытой ёмкости. У метода множество преимуществ, таких, как простота и дешевизна, основной недостаток метода — большие габариты.

Напорная — применяется в комбинации с компрессорами. Аэрация проводится в закрытой ёмкости под давлением, созданным первоначальным нагнетанием воды и компрессором.

Инжекционная — нагнетание и смешивание воды с воздухом производится в узле Вентури.

Аэрирование — это процесс принудительного насыщения воздухом, азотом или другими газами жидких или рыхлых твердых продуктов с целью придания им новых потребительских свойств.

Значение аэрации для аквариумной фауны и флоры

Рыбы, как и мы с вами, дышат кислородом, а выдыхают углекислый газ. В процессе фотосинтеза водные растения потребляют углекислоту, в свою очередь, выделяя в воду кислород. Несомненно, аквариумная растительность играет значительную роль в поддержании нужного количества этого газа для обитателей аквариума. В воде кислород содержится в виде молекул. При правильном соотношении количества рыб и растений в аквариуме для нормальной жизнедеятельности тех и других кислорода и углекислого газа бывает вполне достаточно.

В тех случаях, когда эта пропорция выбрана неверно и растений явно недостаточно, рыбки в аквариуме неизбежно испытывают дефицит кислорода. Восполнить недостаток О2 и наладить нормальный дыхательный процесс у рыбок помогает система аэрации. Применение аэрации особенно важное значение имеет для аквариумов, которым уже много лет и рыбки расплодились в нем до такой степени, что растения просто не способны обеспечит им весь объем кислорода, достаточный для дыхания. То есть, в перенаселенных аквариумах проблема аэрации воды приобретает жизненноважный смысл, потому что растения из-за своей малочисленности просто не в состоянии решить ее своими силами.

Какие задачи решает аэрация воды в аквариуме кроме насыщения О2:

1. создает циркуляцию воды,
2. разрушает пленку из бактерий и пыли, которая образуется на поверхности воды,
3. способствует выравниванию температуры воды в разных уголках аквариума,
4. имитирует привычные для рыбок условия природной среды обитания, в частности, течение,
5. удаляет излишки углекислого газа там, где они имеются.

Возможности аэрации в тандеме с другими средствами

Опытные аквариумисты наверняка владеют всеми секретами аэрации и успешно применяют их на практике. Сейчас и Вы узнаете некоторые из них:

• аэрация, использованная вместе с H₂O₂(перекись водорода), обладает поистине волшебными свойствами: вернуть к жизни рыбку, задохнувшуюся от недостатка кислорода; бороться с плодящимися в аквариуме нежелательными гидрами, планариями и проч. и водорослями на растениях; способствовать скорейшему излечению рыб от заболеваний, вызванных бактериальными инфекциями, паразитами и т.д.,
• аэрация вместе с постепенным снижением температуры воды спасет рыбок от гипоксии.

Избыток кислорода в аквариуме вредит не меньше, чем недостаток

Слишком высокая концентрация кислорода в воде может способствовать тому, что в крови у рыбок появятся пузырьки и она погибнет от газовой эмболии. К счастью, случается такое крайне редко. Однако, не стоит относиться к аэрации с фанатизмом, как это делают особо ретивые аквариумисты, оборудующие свой домашний аквариум одновременно несколькими компрессорами.

Нормальной для аквариумной воды считается концентрация О2 5 мг/л. Для соблюдения этой нормы купите в зоомагазине специальные тесты для измерения этого параметра.

Если Вы будете постоянно ухаживать за аквариумом, регулярно подменять воду, контролировать численность рыбок и пропалывать разросшуюся растительность, то идеальный кислородный баланса можно поддерживать без труда.