Почвенный воздух представляет собой смесь газообразных компонентов, заполняющих свободное поровое пространство в почве и находящихся в постоянном взаимодействии друг с другом, а также с жидкой и твердой фазами почвы.
Среди газообразных соединений выделяются собственно газы (CO2, O2), пары жидкостей (Н2O) и твердых веществ (Hg, I, др.). Состав почвенного воздуха и его содержание связаны с жизнедеятельностью растений, почвенных животных и микроорганизмов, взаимодействием с жидкой и твердой фазами почвы и газообменом с атмосферой. По отношению к атмосфере Земли почвенный воздух выполняет важную экологическую функцию как источник, генератор и поглотитель газообразных веществ.
Основные компоненты почвенного воздуха — азот, кислород, аргон, углекислый газ и пары воды. В переувлажненных почвах в составе почвенного воздуха в значительных количествах содержатся газы H2S, Н2, СН4.
При нормальной аэрации средний состав газовой фазы почвы основном определяется соотношением интенсивностей газообмена с атмосферой, внутрипочвенного поглощения кислорода и выделения углекислого газа, а также равновесием в почве между газообразной фазой и жидкой и твердой фазами.
Сухой атмосферный воздух содержит при обычных условия 78,08% азота, 20,95 % кислорода, 0,93 % аргона, 0,035 % углекислого газа. Макросостав почвенного воздуха по сравнению с атмосферой характеризуется высокой динамичностью кислорода и углекислого газа. Концентрации O2 и СO2 в почвах могут изменяться в очень широком диапазоне: O2 — от 0,05 до 20,9 %, СO2 — от 0,03 до 20,0 %. Содержание O2 в почве закономерно уменьшается вниз) по профилю. Минимальное количество O2 (3—6%) наблюдается в газовой фазе болотных торфяных почв.
Состав атмосферного (А) и почвенного (Б) воздуха
Средняя концентрация СO2 в почвенном воздухе составляет около 0,25%, что в 7—8 раз больше, чем в атмосфере. Количество CO2 возрастает вниз по профилю. Максимальное количество CO2 наблюдается в переувлажненных почвах. Кислород в почвах расходуется в результате поглощения корнями растений для обеспечения их жизнедеятельности и на аэробную деструкцию (минерализацию) органического вещества. В процессе жизнедеятельности почвенных обитателей и минерализации органического вещества поглощается кислород и выделяется СO2. Микроорганизмы в два раза больше, чем растения, поглощают кислорода и выделяют углекислого газа. Им принадлежит главная роль в регулировании процессов выделения (эмиссии) и поглощения (стока) газов.
Среди микрокомпонентов почвенного воздуха, доля которых составляет до 10-2% от общего объема, наибольшее внимание притекают метан, оксид азота, а также токсичные для живых организмов газообразные примеси (СО, SO2). Заболоченные почвы производят в целом около четверти глобального количества метана, поступающего ежегодно в атмосферу. Производство метана в почвах характеризуется большой пространственно-временной изменчивостью в диапазоне от 0,02 до 200 мг/(м2·сут).
Газообразные соединения азота образуются и трансформируются в почве в результате процессов азотфиксации, аммонификации, нитрификации и денитрификации. Из общего количества азота, вносимого на поля с удобрениями, лишь 25 % выносится с поля с урожаем, 75 % азота удобрений теряется из почвы в процессе минерализации и выщелачивания.
Состав и состояние почвенного воздуха во многом определяют плодородие почв и продуктивность растений. Для большинства растительных культур признаки кислородного голодания и газовой интоксикации корневых систем возникают при концентрации O2 меньше 17—15%.