- •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.
-
рН
-
Состояния почв
1)Многие ОВР в почвах идут с участием ионов водорода, поэтому Eh зависит от рН раствора. В кислой среде окисление идет при более высоких значениях Eh по сравнению с щелочными условиями, т. е. чем выше рН почвы, тем меньше при прочих равных условиях будет содержание в почве восстановленных форм соединений различных элементов. Подкисление почвы должно вызывать обратную реакцию — накопление соединений, характеризующихся наименьшей степенью окисления.
Для получения приближенно-оценочных данных по окислительно-восстановительным условиям в средах с различным значением рН нередко используют понятие водородного потенциала (rН2), учитывая его условность:
rН2 = Eh/29 + 2рН. и представляет собой отрицательный логарифм концентрации молекулярного водорода. rН2 выше 27 характеризует преобладание окислительных процессов. При создании в почвах восстановительной обстановки rН2 22—25; при интенсивном развитии восстановительных процессов падает ниже 20
2) ОВП почв оч динамичен. Главным условием, определяющим интенсивность и направленность окислительно-восстановительных процессов, являются
а) режимы влажности и аэрации и
б) интенсивность микробиологической деятельности.
а)Увлажнение почвы, особенно чрезмерное орошение, ухудшение аэрации, внесение свежего органического вещества приводят к снижению ОВП. При этом ОВП почв может снизиться с 500—600 до 200—300 мВ, а в отдельных случаях (при затоплении почв в условиях рисосеяния) до — 100÷ –200 мВ. Ухудшение аэрации в результате повышения влажности почвы или ее уплотнения, образования на поверхности корки и других причин, нарушающих нормальный газообмен почвенного воздуха с атмосферным, также ведет к снижению ОВП почв.
б)Температурный показатель наряду с непосредственным влиянием на ОВП почв в большей степени воздействует на него косвенным путем, усиливая или замедляя интенсивность биологических процессов. Снижение ОВП наблюдается обычно в гумусовых горизонтах почв при повышенных температурах (20— 30°С) и в интервале влажности почвы от наименьшей до полной влагоемкости. В этих условиях имеет место повышение микробиологической активности, что сопровождается нарастанием поглощения кислорода и накоплением продуктов жизнедеятельности микроорганизмов — восстановленных соединений.
Окислительно-восстановительные системы почв
В почвах обычно имеется не одна, а несколько окислительно-восстановительных систем (ОВ), неорганических и органических.
ОВП (Eh) — это некоторое среднее значение Eh отдельных систем, причем оно ближе к Eh той системы, окисленные или восстановленные формы которой содержатся в почве в наибольшем количестве. Эта система носит название потенциалопределяющей системы.
Наиболее часто в почвах встречаются следующие окислительно-восстановительные системы (пары): О2—О2–; Fe3+—Fe2+; Mn4+—Mn3+—Mn2+; NO–3—NO–2; H2—2H+; SO2–4—H2S; CO2—CH4. Присутствуют в почвах также и органические ОВ системы.
Основным окислителем в почве является молекулярный кислород почвенного воздуха и почвенного раствора. Проникая в почву из атмосферы, кислород вступает во взаимодействие с различными компонентами почвенной среды, окисляя их. Окислителями могут выступать также Fe3+, Mn4+, S6+,
Микроорганизмы в процессе своей жизнедеятельности поглощают кислород почвенного воздуха и связанный кислород, переводя минеральные соединения в восстановленные формы, выделяют в почву восстановленные продукты и диоксид углерода. Интенсивность микробиологических процессов оказывает непосредственное влияние на характер и степень развития окислительно-восстановительных процессов.
Почти все реакции происходят в воде, она может быть и окислитель и восстановитель. Это опредедяет граничные уровни ОВР в почве. Предел ОВР в воде- окисление ее до кислорода, предел восстановления-до молек. водорода.
В почвах потенциалопределяющей системой в большинстве случаев являются кислород, растворенный в почвенном растворе (он находится в равновесии с кислородом почвенного воздуха), и продукты жизнедеятельности почвенных микроорганизмов.
При этом содержание кислорода в почвенном растворе определяет верхний предел возможных значений Eh в почвах (до +600 ÷ +700 мВ), а накопление восстановленных соединений, в том числе водорода, в результате микробиологической деятельности — нижний предел (до +100 ÷ –100 мВ и в редких случаях ниже).(+0,8 до -0,3В).
Для характеристики окислительно-восстановительного состояния почв используется также понятие об окислительно-восстановительной емкости и буферности почв
Окислительно-восстановительная емкость – максимальн. кол-во восстановителя (окислителя), которое может быть связано с почвой. Ибо для почвы трудно обеспечить полное превращение окисленных (восстановленных) компонентов в восстановленную (окисленную) форму, было предложено вести фракционное определение ОВ емкости (мг экв на 100 г почвы ).
При этом почва приводится во взаимодействие с окислителями (восстановителями), различными по концентрации или нормальному окислительному потенциалу. В результате представляется возможным составить представление о количественном содержании и соотношении в почве компонентов, различающихся по устойчивости к действию окислителей и восстановителей:
Фракционный состав ОВ-систем в почвах по реакциям с КMnO4 и К2Сr2O:
Реагент при 20°С |
Окислительно восстанови тельная емкость, мг экв на 100 г почвы |
|
дерново под золистая почва |
чернозем |
|
КМnO4 1 н 0,5 н 0,1 н |
52 33 |
466 316 50 |
К2Сr2O7 1 н 0,5 н 0,1 н. |
445 138 23 |
574 307 66 |
Оз- буферность- способность почв противостоять изменению ОВП при действии различных факторов, нарушающих сложившееся ОВ-равновесие.
Почвы, различающиеся по генетическим свойствам, при одних и тех же условиях увлажнения, аэрации, температуры обладают различной «податливостью» к изменению ОВП, к развитию восстановительных процессов.
Так, в дерново-подзолистых почвах при избыточном увлажнении восстановительные процессы развиваются быстрее, чем в черноземных и каштановых почвах, которые более устойчивы к изменению их ОВ состояния при избыточном увлажнении, и, наоборот, они быстро восстанавливают потенциал до его первоначального значения при последующем постепенном высушивании. Различная ОВ-буферность почв обусловлена главным образом различиями в содержании гумуса и его качественном составе, а также различиями в содержании несиликатных форм железа и степени их гидратации.
Невысокая гумусность дерново-подзолистых почв, фульватный характер гумуса, накопление несиликатных соединений железа выхвает низк. буферность к изменению ОВП при избыточном увлажнении. Для черноземов и каштановых почв характерен гуматный тип малоподвижного гумуса, консервативность минеральных форм железа. Поэтому при их переувлажнении ОВП изменяется медленно, т. е. они обладают повышенной буферностью к развитию восстановительных процессов.
ТИПЫ ОВ ОСБАНОВКИ (ПЕРЕЛЬМАН), ТИПЫ ОВ РЕЖИМА ПОЧВ
3типа ОВ обстановки по Перельману: геохимические особенности при развитии восстановит пр связаны не только с величиной Еh, сколько с наличием или отсутствием H2S или его производных.
1)окислительная (Eh, мВ: >+150-+200 в щелочных; > +400-+500 в кислых)
присутствие свободного О2 или др сильных окислителей (Fe, Mn, Cu, S находятся в высшей с.о.)
2) восстановительная глеевая (Eh, мВ: <+150-+200 в щелочных; < +400-+500 в кислых)
в воде нет кислорода и H2S
3) восстановительная сероводородная (Eh, мВ: <0 до <-500- -600), отсутствие в воде свободного О2, присутствие значительных кол-в H2S, СН4, др углеводородов, щелочная среда
В кислых почвах оглеение наступает раньше, чем в щелочных.
ОВО - показатель динамичный во времени и неоднородный в пространстве.
Соответственно этой классификации А. И. Перельман выделяет следующие три ряда почв по особенностям протекающих в них ОВП:
I ряд – автоморфные почвы (черноземы, каштановые, красноземы, буроземы, почвы пустынь и т.д.) с преобладанием окислительной среды;
II ряд – почвы с восстан-глеевой обстановкой, объединяющие заболоченные почвы с развитием устойчивых восстановительно-глеевых процессов в постоянно переувлажненных гор-тах их профиля;
III ряд – почвы с восстан сероводородной обстановкой, объединяющие солончаки и солончаковые болотные почвы степей и пустынь переувлажненные сильноминерализованными сульфатными водами.
ОВ режимы почв по Кауричеву (соотношение почв ОВпр в годичном цикле):
1)почвы с абсолютным господством окислительных процессов (сероземы, каштановые, южные подтипы черноземов, бурые полупустынные, сероземы)
2)почвы с господством окислительных процессов (подзолы, дерново-подзолистые, буроземы, серые лесные, красноземы, солонцы)
3)почвы с контрастным ОВ-режимом
а) почвы с развитием сезонных восстановительных процессов вверхних горизонтах:
болотно-подзолистые, подзолистые, дерново-подзолистые, серые лесные глеевые, бурые лесные глеевые, солоди, луговые солонцы, желтоземы.
б) почвы с развитием оглеения в нижних горизонтах (грунтово-оглеенные),
луговые почвы, орошаемые почвы с близким уровнем грунтовых вод
в) почвы с развитием устойчивых восстановительных процессов в нижней части профиля
болотные торфяные мелиорируемые почвы
г) почвы с контрастной сменой окислительной обстановки по всемупрофилю.
почвы под культурой затопляемого риса
4)почвы с преобладанием восстановительных условий по всему профилю
а) почвы с господством восстановительной глеевой обстановки:
болотные торфяно-глеевые, иловато-болотные, дерново-глеевые, тундровые глеевые
б) почвы с господством сероводородной восста новительной обстановки
солончаки, солончаковатые почвы, переувлажненные сильно минерализованными сульфатными грунтовыми водами
Классификация ОВ режимов основана на учете уровней окислительных потенциалов, при которых происходят качественные изменения ОВ-процессов в почвах, сопровождающиеся изменением условий питания растений и направленностью почвообразовательного процесса.
Трансформация и миграция химических компонентов в почвах связаны не только с общим типом ОВ-режима, но и с его стабильностью, с хар-ром переходов в ландшафте от одной ОВ-обстановки к другой. Важное значение приобретает растянутость или сжатость переходных зон, перепад величин ОВП, что отражается на распространении корневых систем растений, потоки элементов и формировании контактных горизонтов. С этой целью группировки почв по ОВ-режиму может быть дополнена выделением характерных зон в пределах почвенного профиля или ландшафта, различающихся по устойчивости ОВ-режимов. Эти зоны выделяются с учетом среднего уровня ОВП.
Зоны ОВпр по Орлову:
1)Зона стабильного преобладания окислительных процессов (более 0,45В)
2)Зона устойчивого развития восстановительных процессов (меньше 0,2В)
3)Зона неустойчивых величин ОВП (зависит от погодных условий)
4)Переходные зоны между устойчивыми окислительными и устойчивыми восстановительными полями.
см Орлова
Почвенные процессы, определяемые окислительно-восстановительной обстановкой
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.
Все пр минерализации, гумификации и др. зависят от ОВпр. ОВП оказывают большое влияние на почвообразование и плодородие почв. От изменения ОВО зависит хар-р гумуса, кол-во орг в-ва, состав образующихся орг в-в и гумуса. Масштабы накопления орг в-ва зависят от ОВР, сильных окислит условий->минерализация, восстан обстановка, торфообразование.
Избыточное увлажнение и устойчивая восстановительная обстановка замедляют разложение растит остатков, обуславливают возрастание в составе гумуса доли ФК и негидролизуемого остатка. Периодическая смена режимов, особенно резко выраженная в поймах или при затоплении почв, способствует активизации процессов разложения растит остатков, что является одной из причин нарушения углеродного баланса этих почв, их дегумификации.
ОВО влияет на миграцию, трансформацию и аккумуляцию в-в. Подвижность катионов металлов зависит от степени окисления (при восстановит усл более подвижны). Это определяет миграцию элювиллюв конкреций, образов новообразований.
Окислительные процессы широко развиты при явлениях превращения органического вещества в почве. Так, в почве возможно окисление тирозина и других ароматических аминокислот в меланины; окисление смол и соединений непредельного ряда; окисление дубильных веществ, Сахаров, аминокислот, белков и других веществ, входящих в состав растительных остатков.
Гумификация представляет собой в целом процесс окислительный.
Большинство реакций окисления органических веществ почвы относится к группе необратимых реакций. Обратимыми окислительно-восстановительными реакциями являются широко развитые в почве реакции окисления и восстановления железа (Fe3+^Fe2+), марганца (Мп4+--Мn2+), азота (N5+-N3+).
В почве происходит окисление и восстановление кислорода и водорода (О- О2-; Н -Н+), cep(S6+-S2-). Поскольку большая часть этих реакций имеет биохимическую природу и теснейшим образом связана с проявлением микробиологических процессов, то, естественно, интенсивность последних в почве непосредственно влияет и на развитие окислительно-восстановительных процессов.
Основные потенциал определяющие в-ва в почве – кислород (окислитель), орг в-во(восстановитель) – опред ОВО, соотношение восстановленных и окисленных форм, св-ва почвы.
Наиболее представительные эл-ты: Fe (всегда есть), в определенных условиях S.
При восстановительной обстановке повышается растворимость соединений Fe и Mn, создаются условия для их миграции в пределах почвенного профиля и выноса за его пределы.
С восстановительными явлениями связано развитие в сезонно избыточно увлажненных почвах элювиально-глеевого процесса, формирование элювиальных горизонтов в почвах. При смене восстановительных условий окислительными происходит сегрегация гидроксидов Fe и Mn и формирование различного рода Fe-Mn-новообразований (ортштейны, бобовины, пленки).
Сера в аэробных условиях- сульфаты, анаэробных- сульфиды. В окислении S уча-т сульфатбактерии до конченго продукта-сульфаты. При реакциях восстановления сульфатов образуются H2S и сульфиды железа, придающие почвам темную окраску.
С ОВ обстановкой почвы тесно связаны процессы нитрификации и денитрификации. Нитрификация наиболее интенсивно протекает при хорошей аэрации почв (Е 500-600 мВ). При затрудненной аэрации и развитии восстановительных процессов в почве доминирует процесс денитрификации.
градации ОВ условий развития пр денитрификации:
ОВП, мВ соединений азота:
Нитраты NO3 >480
NO3-, нитриты NO2 480-340
NO2 340-200
Оксиды N, молекулярный азот <200
Окислительные потенциалы почв изменчивы во времени, а во многих почвенных профилях выражена и отчетливая вертикальная дифференциация окислительного состояния.
Минимальные значения ОВП в верхних горизонтах почв обусловлены микробиологической деятельностью и влиянием органического вещества как фактора, стимулирующего развитие микрофлоры. Повышение потенциалов в средней части профиля обусловлено, видимо, окристаллизованными соединениями окисного железа. В наиболее глубоких горизонтах дерново-подзолистых почв можно заметить тенденцию к падению ОВ-потненциалов.
ОВПр вызывают не только изменение соединений, содержащих элементы с переменной валентностью, но оказывают прямое или косвенное влияние на окислительное состояние почв, подвижность фосфатов, алюминия и других компонентов.