ПОЧВА лесники ответы / Voprosy_49-53

Снижение потенциала при переувлажнении почвы быстро происходит только в гумусовых горизонтах. Свежее неразложившееся органическое вещество, богатое белками и растворимыми углеводами интенсивно разлагается в избыточно увлажнённой почве.

Чем выше концентрация окислителя, тем больше потенциал. Если активные концентрации окислителя и восстановителя равны, то потенциал системы, в которой активность окислителя и восстановителя одинакова и равна 1, называется нормальным потенциалом окислительно-восстановительной системы.

Проявление окислительно-восстановительных процессов в почве зависит от её генетических свойств и состояния воздушного и температурного режимов. Поэтому различные почвы характеризуются своими особенностями в развитии окислительно-восстановительных процессов.

В подзолистых и дерново-подзолистых почвах нормального увлажнения окислительно-восстановительный потенциал составляет 550-750 мВ, в чернозёмах – 400-600 мВ, серозёмах – 350-400 мВ.

Наиболее низкие потенциалы у длительно затопляемых почв рисовых полей и болотных почв. При падении Е до 200 и ниже начинается интенсивное развитие восстановительных процессов с типичными признаками оглеения.

Многие автоморфные почвы характеризуются пониженными показателями окислительно-восстановительного процесса в верхних горизонтах с постепенным их увеличением в нижних. Такой тип распределения окислительно-восстановительного процесса связан с микробиологическими процессами и особой ролью органического вещества как фактора микробиологической активности.

В полугидроморфных почвах с грунтовым дополнительным увлажнением наиболее низкий окислительно-восстановительный потенциал свойственен нижним оглеенным горизонтам.

Для гидроморфных почв типична некоторая гетерогенность (неоднородность) ОВ состояния их профиля при преобладании восстановительных условий.

Неоднородность ОВ состояния в микрозонах одного и того же горизонта обусловлена различной микробиологической активностью в отдельных участках в связи с неоднородным распределением органического вещества, разными условиями увлажнения и газообмена.

Сезонная изменчивость водно-воздушного, температурного и микробиологических режимов определяет динамику окислительно-восстановительных процессов в почвах, т.е. их окислительно-восстановительный режим.

Под окислительно-восстановительным режимом почв следует понимать соотношение окислительно-восстановительных процессов в почвенном профиле в годичном цикле почвообразования.

Различают следующие типы окислительно-восстановительного режима почв:

- почвы с абсолютным господством окислительной обстановки – автоморфные почвы степей, полупустынь и пустынь (чернозёмы, каштановые, серо-коричневые, бурые, полупустынные, серозёмы, серо-бурые);

- почвы с господством окислительных условий при возможном проявлении восстановительных процессов в отдельные влажные годы или сезоны (автоморфные почвы таёжно-лесной зоны, влажных субтропиков, лиственно-лесной и бурозёмно-лесной зоны);

- почвы с контрастным окислительно-восстановительным режимом (полугидроморфные почвы различных зон). Наиболее контрастной динамикой окислительно-восстановительных процессов характеризуются почвы с избыточным увлажнением. Такие почвы широко распространены среди подзолистых, дерново-подзолистых, бурых лесных, солодей, солонцов и других типов почв.

- почвы с устойчивым восстановительным режимом (болотные и гидроморфные почвы).

Окислительно-восстановительные процессы оказывают большое влияние на почвообразовательный процесс и плодородие почв.

С этим процессом тесно связаны превращение растительных остатков, темпы накопления и состав образующихся органических веществ, а следовательно, и формирование профиля почв.

Окислительно-восстановительные процессы в почвах. Почва – сложная окислительно-восстановительная система. В ней присутствует большое разнообразие минеральных и органических веществ, способных вступать в реакции окисления и восстановления.

С окислительными реакциями связаны процессы гумификации растительных остатков; с реакциями окисления и восстановления – изменение степени окисленности железа, марганца, азота, серы и других элементов. Реакции окисления и восстановления протекают всегда одновременно, при этом участвуют два или несколько веществ. Одни теряют электроны и окисляются, другие принимают электроны и восстанавливаются

Ох + n^e- Red, где,

Ох - окислитель, Red - восстановитель, е- электрон, n – число электронов, участвующих в реакции.

Для количественной характеристики окислительно-восстановительных процессов используется понятие окислительно-восстановительного потенциала.

Окислительно-восстановительным потенциалом почвы (ОВП) – называют разность потенциалов, возникающую между почвенным раствором и электродом из инертного металла (платина), помещённого в почву.

Окислительные процессы широко развиты при явлениях превращения органического вещества (аминокислот) в почве: тирозин →меланин; окисление смол и непредельных углеводородов; окисление дубильных веществ, сахаров, белков и других соединений, входящих в состав растительных остатков.

Большинство реакций окисления органических веществ почвы относятся к группе необратимых.

Обратимыми окислительно-восстановительными реакциями являются реакции окисления и восстановления железа (Fe³⁺ Fe²⁺), марганца (Mn⁴⁺ Mn²⁺), азота (N⁵⁺ N³⁺), кислорода (O₂ O^2-) , водорода (H H⁺), серы (S⁶⁺ S^2-).

Основным окислителем в почве выступает молекулярный кислород О₂ почвенного воздуха, почвенного раствора. Поэтому развитие окислительно-восстановительных процессов зависит от аэрации почвы, которая тесно связана с физическими и физико-механическими свойствами, структурой, механическим составом, а также состоянием увлажнения и аэрации почв, содержащегося в них органического вещества и температуры.

Ухудшение аэрации в результате повышения влажности почвы, её уплотнение, образование корки и других причин ведёт к снижению окислительно-восстановительного потенциала. Наиболее резко он падает при влажности, близкой к полной влагоёмкости, когда нарушается газообмен почвенного воздуха с атмосферным (90% в дерново-подзолистых почвах).

На окислительно-восстановительные процессы существенно влияет содержание и форма органического вещества. Снижение потенциала при переувлажнении почвы быстро происходит только в гумусовых горизонтах. Свежее неразложившееся органическое вещество, богатое белками и растворимыми углеводами интенсивно разлагается в избыточно увлажнённой почве.

Окислительно-восстановительный потенциал почвы (ОВП) выражается следующим уравнением.

Е_ОВ = Е_О + RT/nF·ln[окисл]/[восст]

R - универсальная газовая постоянная, Дж;

Т – абсолютная температура, ТК;

F - число Фарадея, Кл;

n – число зарядов, переносимых одной частицей (ион);

[окисл] [восст] – концентрации окислителя и восстановителя.

Чем выше концентрация окислителя, тем больше потенциал. Если активные концентрации окислителя и восстановителя равны, то [окисл]/[восст] = 1, а Е_ОВ = Е_О.

Потенциал системы, в которой активность окислителя и восстановителя одинакова и равна 1, называется нормальным потенциалом окислительно-восстановительной системы.

Окислительно-восстановительный потенциал по отношению к водороду называют Еh.

Е_H = Е_О + RT/nF·ln[H⁺]/[H₂]

Потенциал стандартного нормального водородного электрода условно считают равным нулю.

Величину и знак любого электрода, применяемого для измерения окислительно-восстановительного потенциала системы, сравнивают с водородными.

По отношению к нормальному водородному электроду формула приобретает вид

Еh =0,29 ln [H⁺]/[H₂]

Выражают окислительно-восстановительный потенциал через Еh в милливольтах.

Для получения сравнимых данных по окислительно-восстановительным условиям в средах с различной величиной рН (так как рН влияет на напряжённость ОВК) Кларк предложил ввести показатель rН₂, который представляет отрицательный логарифм давления молекулярного водорода

rН₂ = Eh/30 + 2pH.

Таким образом определяется количественная характеристика окислительно-восстановительного состояния почвы и через величину rН₂. При rН₂ >27 преобладают окислительные процессы, при rН₂ <27 (22-25) – восстановительные процессы. При интенсивном развитии восстановительных процессов rН₂ менее 20.

В почвах при определении окислительно-восстановительного процесса электроды желательно устанавливать стационарно по профилю.

Проявление окислительно-восстановительных процессов в почве зависит от её генетических свойств и состояния воздушного и температурного режимов. Поэтому различные почвы характеризуются своими особенностями в развитии окислительно-восстановительных процессов.

В подзолистых и дерново-подзолистых почвах нормального увлажнения окислительно-восстановительный потенциал составляет 550-750 мВ, в чернозёмах – 400-600 мВ, серозёмах – 350-400 мВ. Наиболее низкие потенциалы у длительно затопляемых почв (рисовых полей и болотных почв). При падении Еh до 200 и ниже начинается интенсивное развитие восстановительных процессов с типичными признаками оглеения.

Так как ОВ процессы в почве тесно связано с особенностями их состава, свойств и динамикой водно-воздушного, температурного и микробиологического режимов, то для большинства почв характерно неоднородность окислительно-восстановительного состояния их профиля.

Такая неоднородность проявляется в нескольких видах:

- в изменчивости ОВ состояния по генетическим горизонтам почв профиля; в пределах одного горизонта и отдельных его участках;

- в изменчивости ОВ состояния профиля почв и отдельных его горизонтов во времени.

Многие автоморфные почвы характеризуются пониженными показателями окислительно-восстановительного процесса в верхних горизонтах с постепенным их увеличением в нижних. Такой тип распределения окислительно-восстановительного процесса связан с микробиологическими процессами и особой ролью органического вещества, как фактора микробиологической активности.

В полугидроморфных почвах с грунтовым дополнительным увлажнением наиболее низкий окислительно-восстановительный потенциал свойственен нижним оглеенным горизонтам.

Для гидроморфных почв типична некоторая гетерогенность (неоднородность) ОВ состояния их профиля при преобладании восстановительных условий.

Неоднородность ОВ состояния в микрозонах одного и того же горизонта обусловлена различной микробиологической активностью в отдельных участках в связи с неоднородным распределением органического вещества, разными условиями увлажнения и газообмена.

Сезонная изменчивость водно-воздушного, температурного и микробиологических режимов определяет динамику окислительно-восстановительных процессов в почвах, т. е. их окислительно-восстановительный режим.

Под окислительно-восстановительным режимом почв следует понимать соотношение окислительно-восстановительных процессов в почвенном профиле в годичном цикле почвообразования.

Различают следующие типы окислительно-восстановительного режима почв:

- почвы с абсолютным господством окислительной обстановки – автоморфные почвы степей, полупустынь и пустынь (чернозёмы, каштановые, серо-коричневые, бурые, полупустынные, серозёмы, серо-бурые);

- почвы с господством окислительных условий при возможном проявлении восстановительных процессов в отдельные влажные годы или сезоны. (автоморфные почвы таёжно-лесной зоны, влажных субтропиков, лиственно-лесной и бурозёмо-лесной зоны);

- почвы с контрастным окислительно-восстановительным режимом (полугидроморфные почвы различных зон). Наиболее контрастной динамикой окислительно-восстановительных процессов характеризуются почвы с избыточным увлажнением. Такие почвы широко распространены среди подзолистых, дерново-подзолистых, бурых лесных, солодей, солонцов и других типов почв.

- почвы с устойчивым восстановительным режимом (болотные и гидроморфные почвы).

Окислительно-восстановительные процессы оказывают большое влияние на почвообразовательный процесс и плодородие почв.

С этим процессом тесно связаны превращение растительных остатков, темпы накопления и состав образующихся органических веществ, а следовательно, и формирование профиля почв.