- •1) Это обеспечение существования жизни на Земле.
- •3)Регулирование химического состава атмосферы и гидросферы.
- •6)Сохранение биологического разнообразия.
- •Органическое в-во почв
- •1.Группы организмов:
- •3.Влажность, аэрация, р-ция среды, оВусл-я
- •1)Конденсационные (полимеризационные) гипотезы (Трусов, Кононова, Фляйг)
- •2)Гипотезы окислительного кислотообразования (Александрова)
- •5 Признаков гумусовых в-в:
- •III.Составляют адсорбционные органоминеральные соед-я: алюмо- и железогумусовые комплексы, глинисто-гумусовые комплексы.
- •Формы воды в почве.
- •5.1.1Капиллярно-подвешенную,
- •5.1.2 Капиллярно-подпертую,
- •5.1.3.Капиллярно-посаженную.
- •Химический состав почвенных растворов различных типов суглинистых почв, мг/л (средние данные за вегетационный период
- •Почвенный воздух
- •Роль поглотительной способности почв в процессах почвообразования и формировании почвенного плодородия.
- •Кислотность, щелочность, буферность
- •Состояния почв
- •3 Условия для глееобразования:
- •1)Переувлажнение:
- •2) С преобладанием восстановительных условий.
- •Тепловые свойства почв
- •3 Вида теплоемкости почв:
- •Уровни структурной организации почв
- •Структура почв
- •3 Группы структурных отдельностей в почвах (мм):
- •5. Сложение почв.
- •Почвенные гор-ты
- •III.Иллювиальные гор-ты
- •IV.Метаморфические гор-ты:
- •V.Аккумулятивные (гидрогенно-аккумулятивные) гор-ты:
- •VI.Глеевые гор-ты:
- •2. А) метод молекулярных отношений.
- •3) Метод стабильног компонента
- •6)Методы микроморфологической оценки в шлифах
- •Эпп, комплект и комплекс
- •6.Криогенные пр; 7.Антропогенные пр.; 8.Педотурбационные пр.; 9.Деструкционные пр.
- •Почвообразовательный процесс
- •Эволюционные ряды почвообраз-я (Ковда, Розанов)
- •3 Группы мп:
- •Первичное почвообраз-е
- •Биогенно-аккумулятивные процессы
- •Гипотезы образования органического в-ва почвы
- •Биомасса, производимая травянистой растительностью
- •I.Элювиальные гор-ты:
- •Вгляды ученых на формир кислых элюв-иллюв дифференцированных почв:
- •Лессиваж
- •Альфегумусовый процесс
- •Элювиально-глеевый процесс (глеевый)
- •Подзолообразование
- •Иллювиально-аккумулятивные процессы
- •Роль восстановит пр в формировании элювиальных гор-тов
- •Схемы строения профилей разных типов эл-ил диф почв
- •1 Подзол: a-е- b f,al, h-с
- •4.Подзолисто-глеевая: а- Eg- b t,h,f,al,g-Cg
- •Совместное проявление различных процессов. Псевдооподзаливание. Псевдооглеение.
- •Ов обстановка, ее влияние на почвообразование
- •Типы ов осбановки (перельман), типы ов режима почв
- •Глеевый пр: условия проявления, географич распространение
- •3 Условия для глееобразования:
- •1)Переувлажнение:
- •Сущность глеевого процесса
- •3 Условия для глееобразования:
- •1)Переувлажнение:
- •Поведение железа в различных ов условиях
- •Поведение азота в различных ов условиях
- •Поведение серы в различных ов условиях
- •Сульфатное оглеение
- •Сульфидное оглеение
- •Солонцы
- •Необходимые условия образования солонцов
- •Физико-химические условия образования солонцов
- •Сущность солонцового процесса:
- •Пути образования солонцов
- •Пр осолодения: условия протекания, сущность
- •Сода:пути образования
- •Гидрогенно-аккумулятивные процессы
- •Миграция и аккумуляция соединений Si
- •1)Гидрогенная (окремнение)
- •2)Биогенная
- •Засоление
- •Гипс: гидрогенное накопление
- •Гидрогенное формир карбонатного гор-та, окарбоначивание
- •Миграция и аккумуляция железа
- •Железо: гидрогенное накопление
- •Олуговение
- •Роль карбонатов в формир хим и физ св-в почв (содержание и состав гумуса, щелочность, состояние ппк)
- •Карбонатно-кальциевое равновесие, факторы миграции карбонатов
- •Эпп миграции и аккумуляции карбонатов
- •Новообразования карбонатов
- •Иллювиально-аккумулятивные процессы
- •Режимы почвообразования
- •Группировка почв по оВрежиму
- •10. Плодородие почв
- •1) Гранулометрический состав почвы
- •1)Механическая обработка почвы,
- •2) Удобрения и
- •3)Сами культурные растения.
- •Планетарные термические пояса
- •2.Гидротермический коэффициент г.Т.Селянинова
- •3.Коэффициент увлажнения н.Н.Иванова
- •1)Магматические (или массивно-кристаллические),
- •2) Метаморфические и
- •3) Осадочные
- •3) Осадочные почвообразующие породы
- •11. Роль хозяйственной деятельности человека в почвообразовании
- •11.2 Экологические функции почв
- •1)Обеспечение постоянного взаимодействия большого геологического и малого биологического круговоротов (циклов) веществ на земной поверхности.
Кислотность, щелочность, буферность
Кислотно-основная хар-ка почвы
Р-ция почвы обусловлена наличием и соотношением в почвенном р-ре водородных (Н+) и гидроксильных (ОН--) ионов и характер-ся рН - отрицательный логарифмо активности водородных ионов в р-ре: нейтральная (рН 7), кислая (рН<7), щелочная (рН>7) р-ция.
Р-ция почвы зависит от совокупного действия фак-ров: хим-го и минералог-го состава минер-ой части почвы, наличия свободных солей, сод-я и кач-ва орг в-ва, состава почв.воздуха, W, жд орг-мов. Важнейший регулятор р-ции почвы - находящиеся в ней соли: нейтральные, кислые, щелочные, переходя из тв. фазы в р-р при увлажнении и обратно при иссушении, оказывают соответствующее влияние на хар-р р-ции почвенного р-ра, что отзывается и на плодородии почв.
Угольная к-та – одна из наиболее распространенных в почве минер-х к-т. В зависимости от термодинамич-х усл-й и биологич-й активности может поддерживать рН в пределах 3,9-4,5-5,7. Режим углек-ты связан с суточно-сезонными ритмами погоды, с активностью микроорг-ов.
Серная к-та – образ-ся при окислении сернистых металлов (сульфидов) в почвах и пп, вызывает сильное подкисление почв (при осушении мангровых или маршевых почв их рН упадет с 7-8 до 2-3).
Ненасыщенные катионами ГК, ФК – подкисляют почвенный р-р (рН 3-3,5).
Малоразложившиеся остатки орг в-ва лесной подстилки- рН 3,5-5, мхов - 2,5-3.
Жд грибов и бактерий, разложения растит-го опада, выделения корнями или насекомыми в почве могут присутствовать свободные орг к-ты - уксусная, щавелевая, лимонная.
Кислотно-основные св-ва любого соед-я (к-та, основание, соль) оценив-ся исходя из теории к-т и оснований Бренстеда-Лоури: к-та - любое в-во, способное отдавать протон (Н+), переходя при этом в сопряженное с ней основание (в-во, которое может присоединять протон, превращаясь в сопряженную с ним к-ту). В водных р-рах к-ты отдают протоны Н2О, основания принимают протон от Н2О:
СН3СООН+Н2О<—>СН3СОО-- +Н3О+. Отдавая протон Н2О, уксусная к-та превращается в основание СН3СОО-; вода, играя роль основания и принимая протон от СН3СООН, переходит в к-ту Н3О+.
Кислотные и основные св-ва могут проявить молекулярные соед-я (НСl – к-та, NН3 - основание), катионы (Рb(Н2O)4+2 - к-та, Рb(Н2O)3ОН+ - основание); анионы (НСО3 – к-та, СО3+2 - основание).
Сила к-т и оснований колич-но оценивается const равновесия р-ции переноса протона между компонентами кислотно-основных пар. В состав одного из них входит изучаемое соед-е, в состав второго – м-ла растворителя (HО). Ka - const, характеризующая перенос протона от к-ты к м-е воды.
Кислотность почв – способность почв подкислять почв.р-р или р-ры солей вследствие наличия в составе почвы к-т и обменных ионов Н и катионов, образ-их при их вытеснении гидролитически кислые соли (Al3+).
Почвен. к-ть оценивают по: интенсивным (рН почв.р-ра, известковый потенциал), экстенсивным (потенц-я к-ть, в России характериз-ют по величинам обменной и гидролитич.к-ти) показателям.
В зависимости от того, при каком взаимод-и к-ть проявл-ся и измер-ся (способу определения):
1.Актуальная – оценивается по величине рН – отриц. логарифма активности иона Н+ в почвен.р-ре (активность Н ионов (протонов) зависит от свв (ионной силы) р-ра, влияющих на коэфф-т активности иона). Источник протонов в почвен.р-ре: разной степени диссоциированные угольная и специф. и неспециф. орг. к-ты; в техногенных услов-х – сильные минер. к-ты (серная, азотная); соед-я Al, Fe, Mn, проявляющие кислотные св-ва. Измеряется в водной вытяжке или суспензии; при взаимодействии почвы с дистил. водой (водный рН, рНн2о, рН (Н2O)) при разбавлении почва:р-р 1:2,5 (в минер-х гор-тах), 1:25 (органогенные) либо в пасте. Иногда приводят рез-ты потенциометрического измерения - непосредственно в почве при естественной влажности, но она дб достаточно увлажненной и гомогенной для обеспечения надежного контакта с измерительным электродом. Можно измерять колориметрически или путем титрования.
Суспензионный эффект – значения рН в водной вытяжке и в надосадочной ж-ти суспензии всегда выше, чем в самой суспензии, где имеет место непосредственный контакт электрода с тв.частицами почвы. Объясняется тем, что в электроде сравнения контакт с окружающим р-ром или суспензией осуществляется через насыщенный р-р КCl. Минер.почвен.частицы могут избирательно связывать ионы К, что приводит к возникновению доп потенциала – потенциал жидкостного соединения.
Известковый потенциал: рассчитывают, исходя из протекающих в почвах р-ций обмена катионов с участием Н+ и Са2+: Пса0,5+Н+ <-> ПН+0,5Са2+; logK=pH-0,5p(Ca) при наличии Mg +Mg). «+»: слабая зависимость от соотношения почва:р-р, ионной силы р-ры.
2.Потенциальная - способность почвы при взаимодействии с р-рами солей проявлять себя как слабая к-та. Определяется св-вами тв.фазы почвы, обусловливающей появление доп. кол-ва протонов в р-ре при взаимодействиях с удобр-ми или химикатами; ионами Al3+, H+. Для ее уменьшения добавляют известь СаСО3.
В зависимости от хар-ра взаимодейств-го с почвой р-ра различают 2 формы потенц.к-ти:
•Обменная: общее кол-во кислотных компонентов, удерживающихся на пов-ти коллоидных частиц преимущественно электростатическими силами и вытесняется катионами в незабуференный р-р нейтральной соли; неполное вытеснение Н+. Природа ее зависит от состава и св-в почвенных коллоидов. Для определения исп-т 1 н. р-р КСl (рН~6,0). Источники: 2 гипотезы: 1.Гедройц: формируется обменным Н, в рез-те взаимод-я с р-ром соли в р-ре образ-ся НCl: ПН+KCl<->ПК+НCl. Основывалась на общем положении, что в почвах с промывным режимом в усл-х выноса оснований и непрерывного образ-я орг к-т (источников протона), именно Н+ должен входить в ППК. 2.Вейчем, Дайкухара: носитель обменной к-ти – обменный Al3+, вытесняется К в р-р КCl с образ-ем AlCl3 (соль слабого основания и сильной к-ты): ПAl+3КCl<->ПК3+AlCl3; гидролитически расщепляющаяся: AlCl3+3Н2O–>Al(ОН)3+3НСl. Чернов экспериментально подтвердил гипотезу обменного Al (прочнее закрепляется в почве => в природных усл-х в кислых почвах можно его ожидать); открыл, что обменный Al в ППК мб представлен гидроксокомплексами Al разной основности (Al(ОН) +2; Al(ОН)2+). Образующаяся в р-ре НСl оттитровывается щелочью или определяется по рН р-ра, который характеризуется как солевой рН, рНкcll, рН(КСl). рН<4,0 – к-ть обусловлена обменным Н+, рН 4,- 5,5 - обменным Al3+.
•Гидролитическая: обнаруживается при воздействии на почву р-ра гидролитически щелочной соли сильного основания и слабой к-ты, при котором происходит более полное вытеснение поглощенных Н и др. кислотных ионов. Для определения исп-т 1 и рр CН3COONa рН=8,2. При взаимод-и уксуснокислого Na с почвой могут происходить р-ции в зависимости от сод-я в ней Al или Н: [ППК-]H+ + CH3COONa –>[ППK-]Na+ + СH3СООН. Гидролитич. к-ть характеризует кол-во образующейся уксусной к-ты, определяемое титрованием. При наличии в почве обменного Al образующийся в результате обменной р-ции уксуснокислый Al распадается на гидроксид Al и уксусную к-ту
Гидролитическая к-ть обычно больше обменной. Иногда гидролитическая ь оказывается меньше обменной за счет поглощения почвой анионов уксусной к-ты и вытеснения ионов ОН-, в результате чего уменьшается к-ть вытяжек.
Доля участия в ППК обменных катионов Н+ и Al3+, определяемых как обменная или гидролитическая к-ть, характеризует ненасыщенность почв основаниями.
Степень насыщенности почв основаниями – кол-во обменных оснований (обычно Са2+ + Mg2+), выраженные в %от емкости поглощения: V=S/E•100=S/(S+H)•100, V - степень насыщенности основаниями, %, S - сумма обменных оснований, мг-экв/100 г, Е - емкость поглощения, мг-экв/100 г, Н - гидролитическая к-ть, мг-экв/100 г.
Ненасыщенность почв основаниями: V=100 – [S/(S+H]•100: характеризуется разностью между емкостью поглощения при избранном значении рН и сод-ем в почве обменных оснований.
Основным методом повышения продуктивности кислых почв, снижения их к-ти служит известкование. При внесении извести СаСО3 при наличии избытка углекислоты переходит в растворимый Са(НСО3)2, который взаимодействует с почвой: [ППК2-]2Н+ + Са(НСО3)2 –> [ППК2-]Са2+ + 2Н2O+2СО2. Почвы с высокой степенью насыщенности не нуждаются в известковании.
Щелочность почв
Щелочная реакция почв. р-ров и водных вытяжек мб обусловлена различными по составу соед-ми: карбонатами и гидрокарбонатами щел и щел-зем эл-тов, силикатами, алюминатами, гуматами Na. Согласно теории к-т и оснований Бренстеда-Лоури, щел р-ция обусловлена анионами слабых к-т, которые переходят из тв. фазы почв в почв. р-ры и водные вытяжки и могут проявлять основные св-ва. Роль оснований-анионов будет тем выше, чем большей const Кb они будут характеризоваться.
Определяющим моментом в создании щел. р-ции - присутствие в почве гидролитически щелочных солей слабых к-т и оснований: карбонатов Na и К, гидрокарбонатов Na и К, карбонатов Са и Mg, гидрокарбоната Ca. Так же себя ведут гуматы и фульваты щелочей.
Т.к. с к-той может взаимодействовать любое в-во, способное присоединять протон, то общую щелочность можно рассматривать как меру дефицита протонов по отношению к условно принятому его нулевому уровню. Определяемая в почвах общая щелочность всегда является комплексной, отличается большим разнообразием существующих в почвах хим соедй и протекающих в ней хим р-ций.
Виды:
•Актуальная: обусловлена наличием в почв. р-ре гидролитически щел. солей, при диссоциации которых образ-ся в значительных кол-вах [ОН-]. При характеристике актуальной щел-ти природных вод и почв. р-ров различают общую щелочность, щелочность от нормальных карбонатов и щелочность от гидрокарбонатов. Эти виды щелочности различаются по граничным значениям рН. Щелочность почвы определяется титрованием водной вытяжки или почвенного р-ра к-той в присутствии различных индикаторов и выражается в мг-экв/100 г почвы. Общая щелочность - титрованием по индикатору метиловому оранжевому. Кроме общего сод-я гидролитически щелочных солей на общую щелочность будут влиять и анионы - основания. Щелочность от нормальных карбонатов - результат обменных р-ций почв, содержащих поглощенный Na. Появляется также в рез-те жд сульфатредуцирующих бактерий, восстанавливающих в анаэробных усл-х и в присутствии орг в-ва сернокислые соли Na с образ-ем соды. Определяется титрованием в присутствии фенолфталеина. При этом на результаты анализа будет влиять и наличие анионов-оснований с ярко выраженными основными св-вами: сульфид- и фосфат-ионов, анионов кремниевой и борной к-т; гидроксокомплексов некоторых металлов, например Аl(Н2О)2(ОН)4-: Аl(Н2О)2(ОН)4- + Н2O<–> Аl(Н2О)3(ОН)3- + ОН-
•Потенциальная: определяется сод-ем обменного Na (может переходить в почвенный р-р, подщелачивая его). При взаимодействии почвы с углекислотой поглощенный Na в ППК замещается Н и появляется сода, подщелачивающая р-р: [ППК2+]2Na+ + H2CО3 <–> [ППК2-]2Н+ + Nа2CО3.
Сильнощелочная р-ция неблагоприятна для большинства растений. Высокая щелочность обусловливает низкое плодородие многих почв, неблагоприятные физ и хим их св-ва. При рН 9-10 почвы отличаются большой вязкостью, липкостью, водонепроницаемостью во влажном состоянии, значительной твердостью, цементированностью и бесструктурностью в сухом состоянии.
Для хим мелиорации щелочных содово-засоленных почв необходимы замещение обменного на Na на Са и нейтрализация свободной соды – для этого вносят гипс CaSO4, нитратов Са или материалов, сод-щих гипс, Н2SO4, сульфат Fe, пиритовые огарки или S, окисляясь до Н2SO4, взаимодействует с СаСО3 почв, образуя сернокислый Са, который действует на соду и поглощенный Na. Мелиорация злостных содовых солончаков производится методом кислования Н2SO4 с последующими промывками при искусственном дренаже.
Буферность почвы - способность почвы противостоять изменению ее актуальной р-ции под воздействием различных фак-ров. Оценивают по: экстенсивным показателям (общая буферность) - общее кол-во к-ты или основания, которое нужно добавить к суспензии почвы или к вытяжке из почвы при заданном разбавлении, чтобы сместить знач-е рН от начальной точки титрования (рН НТТ) до некоторого конечного знач-я, определяющегося целями и задачами исслед-я; интенсивным показателям (интенсивность буферности): β=dC/dpH, dC – кол-во добавляемой к-ты Са или основания Св, dpH – изменение рН, которое при этом произошло. В экспериментальных усл-х: β=ΔС/ΔpH, ΔС – кол-во добавленного в усл-х опыта реагента, ΔpH – реальное измеренное изменение в системе, которое произошло после добавления к-ты или лснования.
Виды:•Против кислотных агентов; •Против щелочных агентов
Буферные св-ва почв связаны с поглощением и вытеснением ионов, с пр. перехода соед-й в молекулярные или ионные формы, с нейтрализацией и выпадением в осадок образующихся в почве соед-й. Определяется св-вами ее тве. Фазы - почвенных коллоидов. К-та или щелочь, появляющиеся в почвенном р-ре, вступают во взаимодействие с почвенными коллоидами, что ослабляет сдвиг р-ции.
При взаимодействии почвы с к-той происходит р-ция обмена между обменными катионами и водородным ионом к-ты, в результате чего Н+ ион оказывается связанным с тв. фазой почвы, а в р-ре появляются катионы: [ППК2+–]Са2+ + НСl = [ППК2+]2Н+ + СаСl2
Если в почве появляется щелочь, Н или Al ППК обмениваются с катионами щелочи, которая нейтрализуется: [ППК2+]2Н+ + Са(ОН)2 = [ППК2+]Са2+ + 2Н2O
Кроме почвенных коллоидов тв. фаза почв может сод-ть др. фак-ры буферности - малорастворимые простые соли основного или кислотного хар-ра, которые могут взаимодействовать с р-рами и ослаблять сдвиг р-ции.
Буферность почвы зависит от:
1)кол-ва почвенных коллоидов (чем > коллоидов в почве, тем выше ее буферность; песчаные почвы почти не обладают буферностью);
2)сос-ва почвенных коллоидов (чем выше в почвах сод-е гумуса, монтмориллонита и почвенных коллоидов с широким отношением кремнезема к глинозему, тем выше их буферность по отношению к изменениям р-ции как в кислом, так и в щелочном интервале; буферность возрастает параллельно увеличению емкости поглощения почв);
3)состава обменных катионов (наличие большого кол-ва катионов Са2+, Mg2+, Nа2+ и др. оснований создает значительную буферность в кислую сторону; почвы, имеющие в составе обменных катионов Н+ или Al3++ и способные поглощать щелочь, обнаруживают буферность в щелочную сторону).
Буферность почв и почвенных р-ров определяется путем их титрования:
•по отношению к к-там – р-рами к-т; •к щелочам – р-рами едких щелочей; •к соде – р-рами соды.
При добавлении небольших порций реактива (к-ты или щелочи) производится измерение рН почвенного р-ра и строится кривая титрования, описывающая буферную способность почв. Для почв высокой буферности кривая изменения рН при титровании отличается постепенностью изменений, в то время как для почв малой буферности она характеризуется резкостью переходов.
Высокой буферностью в отношении к-т и низкой - против щелочей - отличаются гумусированные маловыщелоченные, богатые углекислыми солями почвы степных, полупустынных и пустынных областей. Высокой буферностью против щелочных агентов обладают глинистые почвы, содержащие значительные кол-ва обменных Н+ и Al3+ и кислых гумусовых соед-й.
Буферная способность - один из эл-тов почвенного плодородия. Позволяет сохранять благоприятные для растений св-ва почв. Необходимо учитывать при проведении хим мелиорации (при известковании и гипсовании), т.к. при повышенной кислот-ти или щелочности почва, обладающая буферностью, сопротивляется изменению р-ции, что требует внесения повышенных доз хим мелиорантов.
«Буферные зоны» - каждая зона хар-ся определенными интервалами значений рН, определенной доминирующей буферной р-цией, определенной емкостью и v протекания буферной р-ции. В качестве отдельного параметра учитывается конц-я в р-ре токсичных соед-й Al.
•Карбонатная: только в почвах, сод-х карбонаты, рН водной суспензии > 6,2. Основная буферная р-ция – растворение карбонатов (быстро протекающая). Емкость: в верхнем слое 0-10 см = 150 кмоль/га на 1% карбоната Са. Конц-я Al в р-ре не может достигать токсичного уровня.
•Силикатная: рН от 6,2 до 5. Доминирующая буферная р-ция – растворение силикатов. Емкость зависит от минералогич-го состава почвы, в среднем в верхнем слое 0-10 см =75 кмоль/га на 1% силикатов. Т.к. в большинстве почв силикаты - основная часть тв. фазы почвы, емкость силикатной буферной зоны можно считать практически неограниченной. v растворения силикатов очень мала, 0,2-2 кмоль/га/год. Конц-я токсичных для биоты соед-й Al не достигает критических знач-й.
•Катионно-обменная: рН от 4,2 до 5. Доминирующая р-ция – вытеснение протоном обменных оснований из ППК. Буферная емкость в верхнем слое 10 см = 7 кмоль/га на 1% илистой фракции, если представлена только минеральными компонентами. Если носителями обменных позиций является также орг в-во, эта величина мб в несколько раз выше. v буферных р-ций достаточно велика, и многие из них осуществляются практически мгновенно. В почвенном р-ре соединения Al могут находиться в токсичных для биоты конц-ях.
•Алюминиевая: рН<4,2. Основной буферный механизм – вытеснение протоном в р-р Al, который в исходных образцах мб представлен тонкодисперсными аморфными гидроксидами, комплексами Al с орг лигандами, прослойками гидроксида Al в почвенных хлоритах, Al в кристаллических решетках др. глинистых минералов. Емкость в верхнем 10 см слое = 100-150 кмоль/га на 1% глинистых минералов. v р-ций раствор-я широко варьирует в зависимости от степени дисперсности минералов – носителей Al. Конц-я Al в почв. р-ре достигает токсичного уровня для больш-ва представителей биоты.
•Железистая: рН<3,2. Основная буферная р-ция – растворение различных соед-й Fе. Емкость и v буферных р-ций могут изменяться в широких пределах в зависимости от сод-я и степени дисперсности соед-й Fе. Конц-я Al и Fе в р-ре - высокотоксичны для большинства растит-х видов.
ОВП В ПОЧВАХ
Почва — это сложная окислительно-восстановительная система. В ней присутствует большое количество разнообразных веществ минеральной и органической природы, способных вступать в реакции окисления и восстановления, благодаря чему в ней активно протекают окислительно-восстановительные процессы, оказывающие существенное влияние на ход почвообразования.
Реакции окисления и восстановления всегда протекают одновременно. В них участвуют два или несколько веществ, одни из которых теряют электроны и окисляются (реакция окисления), другие приобретают электроны и восстанавливаются (реакция восстановления). Донор электронов называется восстановителем (он окисляется), а акцептор — окислителем (он восстанавливается).
Часть протекающих в почве окислительно-восстановительных реакций имеет обратимый характер, но большинство из них идет необратимо. Примером обратимых реакций могут служить реакции окисления и восстановления железа и марганца; необратимые реакции — это в основном реакции окисления органических веществ, некоторые реакции, связанные с превращением соединений азота и серы.
Основным окислителем в почве выступает молекулярный кислород почвенного воздуха, почвенного раствора. Поэтому развитие окислительно-восстановительных процессов в почвах тесно связано с условиями их аэрации и, следовательно, зависит от всех свойств почвы, определяющих состояние газообмена (структура, плотность, механический состав и др„) и прежде всего от влажности.
К числу наиболее сильных окислителей относится фтор (нормальный потенциал системы F2+2e*±2F- составляет +2,77 В), озон (для системы Оз + 2Н++2еч^02+Н20 величина Е°= + 2,07 В). Наиболее сильные восстановители — щелочные и щелочноземельные металлы в твердом состоянии или в виде амальгамы.
С окислительными реакциями связаны процессы гумификации растительных остатков; с реакциями как окисления, так и восстановления — изменение степени окисленности железа, марганца, азота, серы и других элементов ибо для большого набора входящих в состав почвы химических элементов характерны различные степени окисления.
Главными условиями, определяющими интенсивность и направленность окислительно-восстановительных процессов, являются состояние их увлажнения и аэрации, а также содержание в почвах органического вещества и температурные условия развития биохимических процессов.
Окислительно-восстановительный потенциал почвы
Исполь-т для количественной характеристики окислительно-восстановительных реакций, протекающих в почве, установления их направленности и интенсивности.
(ОВП)- разность потенциалов, возникающую между почвенным раствором и электродом из инертного металла (платины), помещенным в почву.
Измеряется ОВП при помощи потенциометра. Потенциометрич. измерение-это измерение ЭДС цепи из погруженного в почву индикаторного электрода (pt) и электрода сравнения (Cl-Ag, каломельный). Потенциал индикат-го электрода в ОВ сис-ме= окислит. потенциалу Еср сис-мы, потенwиал элек-да сравнения =сonst.
Нормальный окислительный потенциал равен окислительно-восстановительному
потенциалу такой системы, в кот.aOx aRed =1
Нормальные окислительно-восстановительные потенциалы Е° по отношению к потенциалу нормального водородного электрода при 25° С
Выражается ОВП в милливольтах. ОВП обозначают Eh (ОВП по отношению к водороду) и выражают отношением активностей окисленной (Ох) и восстановленной (Red) форм соединений:
Eh=E0+(RT/nF)•ln(aOx/aRed)
R — универсальная газовая постоянная, Дж; Т — абсолютная температура, К; F — постоянная Фарадея, Кл; n — число электронов, принимающих участие в окислительно-восстановительной реакции, аOx и aRed — активности окисленной (Ох) и вос-становленкой (Red) форм соединений; E0 — стандартный потенциал данной окислительно-восстановительной системы, определяемый условием аOx: aRed = 1.
В основе уравнения лежит уравнение Нернста, связывающее потенциал электрода (Е) с составом равновесного раствора:
Е = Е0+RT/nF lnaM,
где ам — активность катиона металла М в равновесном растворе; E0 — потенциал стандартного электрода, т. е. электрода, находящегося в равновесии с раствором, для которого ам= 1.
В уравнение Нернста входит коэффициент, учитывающий зависимость потенциала от температуры: V = RT/F. При замене натуральных логарифмов на десятичные и подстановке числовых значений RT и F он при 20°С равен 0,0581, при 25°С — 0,0591 (т. е. при изменении температуры на 1°С V меняется на 0,2 мВ). Подставив в уравнение значение коэффициента V для температуры 20°С, получим уравнение
Eh=E0+0.0581/n lg(aOx/aRed).
В уравнении Eh выражается в вольтах. Так как ОВП дается обычно в милливольтах, в окончательном виде уравнение для расчета ОВП имеет следующий вид:
Eh=E0+58/nlg(aOx/aRed).
Уравнение показывает, что ОВП почвы зависит от отношения активностей окислителя и восстановителя, а не от их абсолютных значений. Если активности окислителя и восстановителя равны, то отношение aOx/aRed=1 и тогда Eh = ЕО
В почве сильными окислителями являются О2, Cl2, MnO–4 (в кислой среде); Fe3+, NO–3 — окислители более слабые. К сильным восстановителям- Na+, Ca2+, SO2–4, Fe2+. Различные соединения железа, азота, серы в зависимости от условий, в которых идут реакции, могут выступать либо как окислители, либо как восстановители.
ОВП почв (Eh) указывает на окислительно-восстановительное состояние почвы и во многих случаях позволяет судить о том, какие окислители и восстановители имеются в почве и каково примерно их соотношение.
ОВП зав-т от: