Свободный почвенный воздух, несмотря на его постоянную связь с атмосферным, характеризуется рядом особенностей. Состав атмосферного воздуха довольно постоянный, и содержание его основных компонентов изменяется незначительно. В атмосферном воздухе содержится в объемных процентах: 78,08 азота (N₂), 20,95 кислорода (02), 0,93 аргона (Аг), 0,03 углекислого газа (С0₂).

 Почвенный воздух отличается динамичностью. Наиболее динамичны в почвенном воздухе 0₂ и С0₂. Их содержание в почвах сильно колеблется в соответствии с интенсивностью потребления кислорода и продуцирования углекислого газа, а также скоростью газообмена между почвой и атмосферой. В почвенном воздухе может содержаться СО2 в десятки и сотни  раз больше, чем в атмосферном воздухе, а концентрация кислорода может снизиться с 20,9 до 15—10 % и ниже. В пахотных хорошо аэрируемых почвах с благоприятными физическими свойствами содержание С0₂ в почвенном воздухе в течение вегетации растений не превышает 1—2 %, а содержание 0₂ не бывает ниже 18 %. При переувлажнении в пахотных почвах тяжелого механического состава содержание С0₂ может достигать 4—6 % и более,

а 0₂ падать до 17—15 % и ниже. В заболоченных почвах наблюдаются еще более высокие концентрации С0₂ и низкие 0₂ (табл. 37).

Азот почвенного воздуха мало отличается от атмосферного. Некоторые изменения в содержании азота происходят в результате связывания его клубеньковыми бактериями, проявления денитрификации. В почвенном воздухе обнаруживается и другой  характерный продукт денитрификации — закись азота (N₂0).

По литературным данным, в почвенном воздухе в небольшом количестве (1-10-9—1 10-12 %) постоянно присутствуют летучие органические соединения различной природы (этилен, метан и др.) С ухудшением аэрации почв в почвенном воздухе этилен накапливается в концентрациях, превышающих уровень токсичности для корней растений (0,001 %). В почвенном воздухе заболоченных и болотных почв могут находиться в заметных количествах аммиак, водород, метан.

 Почвенный воздух неоднороден по составу и подвижности, что обусловливается разнообразием пор по размеру в почвах. В более крупных порах воздух более подвижен, менее обогащен С0₂, больше содержит 0₂.

 Потребление 0₂ и продуцирование С0₂ в почве. Роль СО₂, и О₂ в почвенных процессах и продуктивности растений.

Основными потребителями кислорода в почве являются корни растений, аэробные микроорганизмы и почвенная фауна и лишь незначительная часть его расходуется на чисто химические процессы. Пахотные почвы основных типов почв поглощают при 20 °С от 0,5 до 5 мл и более О₂ на 1 кг сухой почвы за 1 ч.  В условиях хорошей аэрации почв при поглощении кислорода выделяется эквивалентное или несколько меньшее количество С0₂ и коэффициент дыхания, т. е. отношение выделившегося С0₂ к поглощенному 0₂, близок к единице. Для почв с затрудненным газообменом коэффициент  дыхания больше единицы, так как в таких почвах возникает большое количество анаэробных микрозон, где С0₂ продуцируется без поглощения кислорода.

Количество кислорода, потребляемого растениями, зависит от их биологических особенностей, фазы развития, условий среды (температура, влажность, питательные вещества и т. д.). При увеличении температуры почвы с 5 до 30 ⁰C интенсивность поглощения 0₂ и выделения С0₂ возрастает в 10 раз. Летом почвы поглощают и выделяют С0₂ в несколько раз больше, чем ранней весной и поздней осенью.

 Кислород поступает в почву из атмосферы диффузионно, с осадками и оросительной водой, по воздухоносным тканям растений. Прямое  воздействие кислорода на растения проявляется в актах дыхания. При отсутствии свободного кислорода в почве развитие растений прекращается. Оптимальные условия для них создаются при содержании 0₂ в почвенном воздухе около 20 % (рис. 26).

Косвенное влияние кислорода на продуктивность растений выражается в его воздействии на почву. При недостатке 0₂ в почве развиваются анаэробные процессы с образованием токсичных для растений соединений, снижается содержание доступных питательных веществ, ухудшаются физические свойства, что в совокупности снижает плодородие почвы и урожай растений. В условиях хорошей обеспеченности кислородом в почве развиваются аэробные процессы и в сочетании с другими факторами возникают лучшие условия для роста растений и их продуктивности. По И. П. Гречину, аэробные процессы в гумусовых горизонтах почв при оптимальной температуре и влажности в зависимости от содержания и состава органического вещества начинают развиваться при наличии в газовой фазе 0₂ более 2,5—5 %, При более низком его содержании преобладают анаэробные процессы в почве. При низкой температуре (0—4 °С) или низкой влажности (близкой к влажности завядания растений), когда биологические процессы сильно угнетены, развитие аэробных процессов возможно даже при содержании 0₂ 0,5 %.

 Углекислый газ обнаруживается в  почве главным образом благодаря биологическим процессам. Частично он может поступать в почвенный воздух из грунтовых вод, а также в результате его десорбции из твердой и жидкой фаз почвы. Некоторое количество С0₂  может возникать при превращении бикарбонатов в карбонаты во время испарения почвенных  растворов и в процессе воздействия кислот карбонаты почвы, а также химического окисления органического вещества.

 Высокая концентрация С0₂  в почвенном воздухе (более 2—3 %) угнетает развитие растений.  Выделение С0₂ из почвы в приземный слой атмосферы принято называть дыханием почвы. Поступающий из почвы С0₂ потребляется растениями в процессе фотосинтеза. Интенсивность дыхания почвы зависит от ее свойств, гидротермических условий,  характера растительности, агротехнических мероприятий. Выделение С0₂ почвой усиливается при ее окультуривании в связи с активизацией биологических процессов и улучшением условий аэрации. Таким образом, интенсивность дыхания — важная характеристика  газообмена и активности биологических процессов в почве. По литературным данным, торфяно-глеевые почвы тундры выделяют С0₂ в количестве 0,3 т/га в год, подзолистые почвы хвойных лесов — от 3,5 до 30, бурые и серые лесные почвы — от 20 до 60, степные черноземы — 40—70 т/га в год.