Вопрос 56. Окислительно – восстановительные процессы почвы.
Окислительно-восстановительные свойства почвы — это ее способность проявлять себя как окислительно-восстановительная система (ОВС). В почве широко распространены окислительно-восстановительные процессы, имеющие большое значение в почвообразовании и плодородии почв. Процессами окисления называют: присоединение кислорода; отдачу водорода; и электронов без участия водорода, и кислорода.
В почве присутствуют разнообразные органические и минеральные вещества, способные вступать в реакции окисления и восстановления. В почвах имеется несколько систем. Среди минеральных веществ часто встречаются ОВС типа Fe 3+ — Fe 2+ , Mn 4+ — Mn 3+ — Mn 2+ , (SO4) 2- — H2S, NO3 — — NO2 — , Cu 2+ — Cu + .
Реакции окисления-восстановления всегда протекает одновременно. В них участвуют два или несколько веществ, одни из которых теряют электроны и окисляются (реакция окисления), другие приобретают электроны и восстанавливаются (реакция восстановления). Основным окислителем в почве является молекулярный кислород почвенных воздуха и раствора, присутствие окислителей Fe 3+ , Mn 4+ , S 6+ — невелико.
Образование восстановительных условий в почве связано с накоплением продуктов анаэробного распада органического вещества почвы и жизнедеятельности микроорганизмов. Большая часть окислительно-восстановительных реакций в почве имеет биохимическую природу и связана с микробиологическими процессами. Микроорганизмы поглощают кислород, содержащийся в почве переводят минеральные соединения в восстановленные формы, выделяя в почву диоксид углерода.
Большинство окислительно-восстановительных реакций в почве идет необратимо. Это реакции окисления органических веществ, также некоторые реакции, связанные с превращениями азота серы. К обратимым относятся реакции окисления-восстановления железа и марганца. Для количественной характеристики реакции используется окислительно-восстановительный потенциал (ОВП).
ОВП — это разность потенциалов, возникающая между почвенным раствором и электродом из инертного материала, помещении в почву). Кислород почвенного раствора и продукты жизнедеятельности микрофлоры определяют ОВП в почвах. От содержания кислорода зависит верхний предел ОВП — до +700 (+750) мВ, характеризуемый показателем Eh, который измеряется в милливольтах (мВ). Накопление восстановленных соединений доводит ОВП до нижнего предела (— 100 мВ). Низкие потенциалы при интенсивно идущих восстановительных реакциях, как и слишком высокие, характеризуют неблагоприятные условия для растений.
Окислительно-восстановительные процессы и реакции имеют большое значение в формировании генетических профилей почв и их плодородия. Устойчивая восстановительная обстановка при избыточном увлажнении (анаэробиоз) замедляет разложение растительных остатков, обусловливая развитие болотного процесса и накопление торфа. При уровне ОВП от +250 мВ и ниже накапливаются восстановленные соединения железа, марганца, ртути в количествах, токсичных для растений. Анаэробиоз способствует появлению в почвах сероводорода, соды, этилена, фосфина, угнетающих рост и развитие растений. При затрудненной аэрации (воздухообмене) и возникновении восстановительных условий в почвах развивается процесс денитрификации. С ним связаны основные потери азота из почвы в виде оксидов азота, молекулярного азота и аммиака.
При смене восстановительных условий окислительными происходит сегрегация соединений оксидов железа и марганца и образование железисто-марганцевых конкреций, ортштейнов, бобовин и пр. При резко окислительной обстановке ухудшается питательный режим почвы. При ОВП от +700 до +750 мВ падает подвижность железа и марганца, они становятся труднодоступными для растений, что может привести к их гибели. При ОВП от +550 до +600 мВ в почвах активно развивается процесс нитрификации, в ходе которой аммиак окисляется до нитритов и нитратов.
Регулирование окислительно-восстановительных состояний почвы включает агротехнические и агромелиоративные приемы, направленные на создание оптимальных условий аэрации, водного и микробиологического режимов. К ним относятся:
1. Агротехнические приемы по борьбе с поверхностным избыточным увлажнением – создание мощного пахотного слоя, улучшение его структуры, поддержание благоприятной плотности и пористости, планировка поверхности почвы, рыхление подпахотного горизонта, отвод поверхностных вод путем устройства водоотводных борозд, кротование и другое.
2. Осушительные мелиорации, направленные на радикальное улучшение водно-воздушного режима. При этом особое значение приобретает установление оптимальной нормы осушения, т. е. понижение уровня грунтовых вод до глубины, обеспечивающей достаточную аэрацию корнеобитаемого слоя и в то же время сохраняющей возможность поддерживать его влажность на уровне, близком к НВ, не только за счет атмосферного увлажнения, но и за счет капиллярной каймы грунтовых вод. Норма осушения колеблется в зависимости от свойств почв и возделываемых культур.
На переувлажненных тяжелых минеральных почвах эффективное регулирование водно-воздушного и окислительно-восстановительного режимов достигают путем сочетания закрытого дренажа с возделыванием культур на гребнях или в сочетании с узко загонной вспашкой.
3. Оросительные мелиорации помимо создания оптимального водного режима способствуют ослаблению в почве избыточно интенсивных окислительных процессов, а это сопровождается некоторым (в допустимых пределах) понижением величин Eh.
4. Все приемы регулирования органического вещества касаются и ОВ-состояния почвы, поскольку органическое вещество оказывает значительное влияние на развитие ОВ-процессов. При возделывании культуры затопляемого риса для нормализации восстановительных процессов широко используют мобильные формы органического вещества (навоз, рыбные удобрения, запашка сидеритов).
Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:
Источник
6.3. Окислительно-восстановительные процессы в почвах
В почве широко развиты окислительно-восстановительные процессы, и в этом отношении ее можно рассматривать как сложную окислительно-восстановительную систему. Окислительные процессы протекают при превращениях органического вещества в почве, а гумификация представляет собой в основном процесс окислительный.
Большинство реакций окисления органических веществ почвы относится к группе необратимых. Обратимыми являются реакции окисления и восстановления железа, марганца, азота, кислорода и водорода, серы. Основным окислителем в почве является молекулярный кислород почвенного воздуха и раствора. Поэтому развитие окислительно-восстановительных процессов в почвах тесно связано с условиями их аэрации и зависит от свойств почвы, определяющих газообмен, прежде всего влажности. Интенсивность микробиологических процессов в почве непосредственно влияет на развитие окислительно-восстановительных процессов.
окислительно-восстановительный потенциал (ОВП) позволяет количественно оценить окислительно-восстановительное состояние почвы. Он отражает суммарное воздействие различных окислительно-восстановительных процессов в почве в данный момент. Чем выше концентрация окислителя, тем больше потенциал. Окислительно-восстановительный потенциал по отношению к водороду Eh измеряется в милливольтах.
Проявление окислительно-восстановительных процессов в почве зависит от ее генетических свойств и от состояния водно-воздушного и температурного режимов. Ухудшение аэрации в результате повышения влажности почвы, ее уплотнения, образования корки и других причин снижает окислительно-восстановительный потенциал. Наиболее резко он падает при влажности, близкой к полной влагоемкости. Существенно влияют на окислительно-восстановительные процессы в почве содержание и формы органических веществ. Свежее неразложившееся органическое вещество, богатое белками и растворимыми углеводами, необходимыми для жизнедеятельности микрофлоры, способствует интенсивному развитию восстановительных процессов в избыточно увлажненной почве.
Величина ОВП в периоды хорошей аэрации в различных почвах колеблется от 350 до 750 мВ. При интенсивном развитии восстановительных процессов, при ОВП ниже 200 мВ, в почве развивается оглеение и накапливаются вредные для жизни растений соединения. При ОВП выше 750 мВ в почве развивается полный аэробиоз и нарушаются процессы питания растений. Для большинства почвенных типов характерна неоднородность окислительно-восстановительного состояния их профиля как по глубине, так и в пределах одного генетического горизонта в отдельных его участках и во времени.
окислительно-восстановительный режим почв – соотношение окислительно-восстановительных процессов в почвенном профиле в годичном цикле почвообразования, поскольку динамику этих процессов определяет сезонная изменчивость водно-воздушного, температурного и микробиологического режимов. Различают следующие типы окислительно-восстановительного режима почв:
абсолютное господство окислительной обстановки, характерное для автоморфных почв степей, полупустынь и пустынь (черноземы, каштановые, серо-коричневые, сероземы и др.);
преобладание окислительных условий при возможном проявлении восстановительных процессов в отдельные влажные годы или сезоны (автоморфные почвы таежно-лесной зоны, влажных субтропиков, лиственно-лесной зоны и др.);
контрастный режим, свойственный полугидроморфным почвам различных зон и почвам с явлениями временного избыточного увлажнения (подзолистые, дерново-подзолистые, бурые лесные, солоди, солонцы и др.);
4) устойчивый восстановительный режим (болотные и гидроморфные солончаки).
Наиболее изменчивы показатели ОВП в верхних, обогащенных органическим веществом, горизонтах, где увлажнение почвы меняется в широких пределах и интенсивно протекают микробиологические процессы. Нижние, бедные органическим веществом горизонты обычно имеют более высокие показатели ОВП.
Источник