Торф представляет собой систему, состоящую из органической, минеральной части и воды. В естественном состоянии содержание воды в торфе достигает 95 % от объема, и поэтому он приближается по свойствам к свободнодисперсным системам.
В такой системе практически все поры заняты водой. Пористость аэрации наблюдается только в самом верхнем слое почвы во время летней подсушки торфяника. Процессы тепло- и влагообмена также идут в самом верхнем 5—10-сантиметровом слое. В связи с тем, что в этих условиях газообмен между почвенным и атмосферным воздухом затруднен, в почвенном воздухе содержится много углекислоты — 3—6% и мало кислорода — 13—17 %. При полном насыщении почвы водой, лишенной кислорода, создается абсолютный анаэробиозис.
При осушении почв пористость аэрации в пахотном слое увеличивается до 20—50 %. Содержание СО2 в почвенном воздухе снижается до 1—0,5 %, а кислорода возрастает до 18 %. Выше УГВ формируется зона, состоящая из 3 фаз: воды, твердого вещества и воздуха. В этом слое начинают развиваться процессы биохимического окисления органического вещества, превращение

Н. С. Докучаев впервые охарактеризовал зону биологического окисления количественными параметрами.
Фазовое состояние торфа в зависимости от УГВ представлено в табл. 67. Оно изменяется по сезонам года и наиболее стабильно в июне — августе.
Нижняя часть профиля (ниже УГВ), куда нет свободного доступа атмосферного воздуха, представлена двухфазной системой из твердого вещества и воды.

В начальный период освоения зона окисления охватывает толщу торфа около 50 см. Редокспотенциал в зоне окисления (Еh) колеблется от 380 до 480 mV. В первые годы освоения зона окисления неустойчива, окислительные процессы в верхней части профиля могут сменяться восстановительными. В последующем зона окисления увеличивается до 80—95 см, а величина Еh возрастает до 500—600 mV. В первые годы после мелиорации отношение Fе2+/F3+ составляет 4—16, в последующие годы эта величина становится <1.
Мощность зоны окисления и интенсивность окислительных процессов зависит от географического местоположения торфяника и УГВ. В зоне восстановления (ниже УГВ) величина Еh опускается ниже 50—100 mV, а отношение F2+/F3+ составляет 3—4 и больше.
Целинная почва относится к типу почв с господством восстановительных процессов по всему профилю, а осушенная имеет контрастный окислительно-восстановительный режим с развитием устойчивых восстановительных процессов в нижней части профиля.
Даже в старопахотных почвах по мере заглубления в почвенный профиль концентрация кислорода снижается, а СО2 увеличивается. По данным Б. Н. Макарова в пахотном слое содержание кислорода составляет 16,5—19,4 %, СО2 — от 0,3 до 2,5 %, в слое 20—30 см количество СО2 увеличивается до 2,5—5,5 %, на глубине 60 см достигает 5—7 %, содержание кислорода снижается до 12—14 %. М. А. Новиков показал, что наибольшее увеличение концентрации СО2 с глубиной наблюдалось при низком уровне грунтовых вод и меньше при глубоком их залегании. Наибольшее содержание СО2 приходится на летние месяцы — на период роста растений и активного развития биологических процессов в почве (Макаров Б. Н., 1960). По данным О. С. Шекеля, содержание кислорода в почвенном воздухе под картофелем на глубине 50 см на 0,8—3,7 % меньше, чем на глубине 15 см. В этих же опытах показано, что концентрация кислорода и СО2 зависит от влажности почвы. При влажности пахотного слоя 78 %, подпахотного — 87—90 % от ПВ максимальное содержание СО2 наблюдалось в подпахотном слое и достигало 4,0—4,5 %, а содержание кислорода было минимальным и составляло 13,1—13,8 %.
Наиболее благоприятные условия для произрастания сельскохозяйственных культур достигаются на мелиорированных почвах при содержании воздуха от 20 до 40 % от общей пористости. Ими установлено, что при достаточном воздухообмене между почвой и атмосферой при содержании О2 14—18 % достаточно большое количество СО2 в почвенном воздухе (3—4 %) не сказывает существенного влияния на снижение урожайности культур.
Оптимальная мощность зоны окисления с Еh более 400 mV составляет для многолетних трав 20—40 см; зерновых, силосных, мешанок, кормовой свеклы — 40—60 см; сахарной свеклы, кормовой моркови — 50—80 см.