La atmósfera del suelo
La composición del aire del suelo difiere del de la atmósfera. El nivel de CO2 de la atmósfera en volumen es cerca de 0.03% mientras que en el suelo es del orden de 0.2 - 1 % en las capas superficiales. El aire del suelo presenta también un menor contenido de O2, cerca de 20.3%, comparado con el 20.99% de la atmósfera. Niveles más altos de CO2 son el resultado de la respiración de los organismos vivos, que consumen oxígeno y libera CO2. Esto demuestra que el oxígeno es esencial en la atmósfera del suelo. La respiración de las raíces de las plantas depende en gran parte del oxígeno suministrado por el aire del suelo. La respiración proporciona energía para varios procesos metabólicos, incluyendo la absorción activa de iones por parte de las raíces. Sin embargo, la presión parcial de oxígeno requerida por el metabolismo de las raíces puede ser considerablemente menor que la de la atmósfera. Se ha demostrado que la absorción de nutrientes por plantas de tomate se vio dificultada solo cuando el nivel de oxígeno en el medio radicular fue inferior al 10%.
La falta de O2 puede afectar directamente el metabolismo de los carbohidratos en las raíces; la degradación oxidativa de los azúcares disminuye y se produce etanol por fermentación . El etanol tiene un efecto perjudicial sobre el crecimiento de las plantas y puede provocar una considerable disminución del rendimiento de los cultivos . La deficiencia de oxígeno en las raíces también dificulta la síntesis de fitohormonas como citoquininas y giberelinas. El suministro de O2 a las raíces y a otros organismos aeróbicos del suelo no sólo depende del contenido de oxígeno de la atmósfera del suelo, sino también del volumen de aire total presente en el suelo. La cantidad de aire total del suelo disminuye a medida que la cantidad de agua aumenta, ya que el aire que normalmente ocupa los poros más grandes es gradualmente reemplazado por agua. Así un incremento del contenido de agua de un suelo dificulta los procesos aeróbicos y favorece los anaeróbicos.
En condiciones anaeróbicas puede darse una acumulación de los productos finales del metabolismo de los microorganismos anaeróbicos, que incluyen sustancias tóxicas para las plantas superiores como etileno, metano, sulfato de hidrógeno, cianuro, ácido butírico y otros ácidos grasos. Las plantas afectadas por estas toxinas ven dificultado su crecimiento y a menudo muestran síntomas de marchitez. Por lo tanto, el efecto perjudicial de un drenaje pobre sobre el crecimiento de las plantas es más severo que el atribuible a una simple falta de oxígeno. Las especies vegetales difieren en su capacidad de soportar la mala aireación en el suelo. Algunas especies de ambientes pantanosos son capaces de tolerar condiciones de mala aireación al utilizar rutas fermentativas que minimizan la producción de etanol. Esta explicación, sin embargo, puede cuestionarse por los descubrimientos de algunos investigadores, que llevaron a cabo detalladas investigaciones sobre las rutas fermentativas de carbohidratos en las raíces de las plantas de ambientes pantanosos.
En arroz y otras especies vegetales se da una adaptación que han demostrado al comparar en plantas de arroz y cebada, la capacidad de transportar O2 atmosférico, a través de las hojas y los tallos hacia las raíces. Observaron que las plantas de arroz son mucho más eficientes en este proceso, y que había una proporción más alta de espacios llenos de aire en las raíces de esta especie. Las raíces del arroz son incluso capaces de excretar el oxígeno hacia el medio externo. Este es un fenómeno importante ya que induce una rizosfera aeróbica y protegiendo así a las raíces de las plantas de la acción de las toxinas anaeróbicas. La capacidad de las plantas terrestres de tolerar condiciones reductoras en los suelos está ligada a la capacidad de la raíz de oxidar su rhizosphere por medio del oxígeno translocado desde las partes superiores hacia las raíces.
Las condiciones reductoras en el suelo afectan a muchos procesos inorgánicos y biológicos y tiene por lo tanto, un impacto importante en el crecimiento de las plantas. Un ejemplo útil para demostrar los diversos procesos que se dan en los suelos inundados se observa en los suelos de los arrozales, razón por la que se describen en más detalle. Una medida de las condiciones reductoras de los suelos sumergidos puede expresarse por el potencial redox, que se regula por la concentración de sustancias reducidas y oxidades.