Responses of soil respiration and barley growth to modified supply of oxygen in the soil

Abstract

Happi diffundoituu kuivan maan kasvilajien juuriin pääasiassa maan ilmasta. Juuret voivat kärsiä hapenpuutteesta, jos maan ilmanvaihto heikkenee liiallisen tiivistämisen tai märkyyden vuoksi. Vaikka juurten hapenpuutteen syntyyn ja seurauksiin liittyvät mekanismit tunnetaan melko hyvin, lisätutkimusta tarvitaan maan happitilan kytkemiseksi paremmin kasvin kasvuun. Juurten heikentyneen hapensaannin vaikutuksia maan hengitykseen ja ohran versojen kasvuun tutkittiin astiakokeissa koemaana karkea hieta. Maan ilman koostumusta säädeltiin huuhtomalla tiiviydeltään (kuiva irtotiheys 1,4 tai 1,6 kg dm-3) ja märkyydeltään (ilmatilaa 0-5 % tai >5 %) erilaista maata kaasuvirtauksilla, joiden happipitoisuus tunnettiin (0 %, 2 %, 6 %, 10 % tai 20 % O2 N2-kaasussa). Löyhässä, kosteassa maassa ohran kasvu heikkeni vasta 0-2 %:n, mutta märässä maassa jo 20 %:n happipitoisuudessa. Tiiviissä maassa kasvin kasvu oli heikkoa riippumatta maan märkyydestä ja ilmastamisesta. Löyhässä kosteassa maassa, jossa kasvoi ohraa, hengitys ei vielä hidastunut 6 %:n happipitoisuudessa mutta hidastui selvästi 0-2 %:n pitoisuuksissa. Tulokset sopivat verraten hyvin yhteen diffuusiomallilla laskettujen kriittisten happipitoisuuksien kanssa, kun hapen oletettiin diffundoituvan säteensuuntaisesti maan ilmasta juureen vesikalvon lävitse. Vesikalvon paksuus estimoitiin maan vedenpidätysominaisuuksista. Lähestymistapa vaikuttaa soveltuvan maan ilman happipitoisuuksien vähimmäisvaatimusten arvioimiseen ainakin karkealajitteisissa maissa, mutta saattaa soveltua myös esimerkiksi märkään savimaahan.

Roots of dry-land plants are supplied with oxygen mainly by molecular diffusion from soil air. Roots may suffer from hypoxia if soil aeration is reduced by compaction and wetting. Although the mechanisms involved are well known, more research is needed to relate soil aeration status to plant growth. The effects of reduced oxygen supply on soil respiration and the growth of barley seedlings were studied in pot experiments with fine sand soil, where the soil air composition was varied by flushing the soil with gas streams containing 0%, 2%, 6%, 10% or 20% O2 independently of compactness (bulk density 1.4, 1.6 Mg m-3) and wetness (air space 0-5%, >5%). Plant growth decreased only at 0-2% O2 in the loose moist soil but as early as 20% O2 in the wet soil. Soil compaction impaired plant growth regardless of wetting and aeration. In the loose moist soil cropped with barley, the respiration rate (emission of CO2) did not decrease at 6% O2 but decreased clearly at 0-2% O2. The results compared fairly well with the critical oxygen concentrations calculated by a simple multicylindrical model, in which the water-film thickness around the roots was estimated using soil water retention data.