? Какие значения ОВП наблюдаются у почв различных типов?
Различные типы почв характеризуются своими особенностями в развитии окислительно-восстановительных процессов. Для автоморфных почв в условиях обычного для них увлажнения величина ОВП имеет значения: 550-750 мВ для дерново-подзолистых и подзолистых почв, 400-600 мВ для черноземов, 350-450 для сероземов, что говорит о преобладании окислительных процессов.
В почвах с дополнительным грунтовым увлажнением низкие значения ОПВ отвечают восстановительным условиям. Для луговых и пойменных почв величина Eh составлят 300-400 мВ, в почвах с залеганием грунтовых вод, влажных солончаках, болотных, лиманных почвах Eh не превышает +200 мВ в верхней границе значений и может снижаться до величин от +100 до -100 мВ. Снижение ОВП до -150 мВ наблюдается в затопленных почвах рисовых полей.
? Как классифицируют почвы по окислительно-восстановительным режимам?
Окислительно-восстановительный режим почв - это соотношение окислительно-восстановительных процессов в годичном цикле почвообразования.
В первом приближении почвы делят на две большие группы:
· почвы с преобладанием окислительных процессов;
· почвы с преобладанием восстановительных процессов.
К первой группе относятся большинство типов автоморфных почв: черноземы, каштановые, сероземы.
Вторая группа включает луговые, пойменные, болотные почвы, почвы затопляемых рисовых полей.
Однако такое деление недостаточно полно отражает сложность и многообразие окислительно-восстановительных процессов. Поэтому предложены более детальные классификации окислительно-восстановительных режимов. В классификации И.С. Кауричева различаются четыре типа окислительно-восстановительных режимов:
1) Почвы с абсолютным господством окислительных процессов: автоморфные почвы степей, полупустынь и пустынь; черноземы, каштановые, бурые полупустынные, сероземы;
2) Почвы с господством окислительных процессов: дерново-подзолистые, серые лесные, красноземы;
3) Почвы с контрастным окислительно-восстановительным режимом: полугидроморфные почвы любых зон;
4) Почвы с господством восстановительных процессов (болотные, гидроморфные солончаки).
? Что называют напряженностью окислительно-восстановительных процессов?
Протекание многих химических и особенно биохимических окислительно-восстановительных процессов связано с реакцией среды (рН). Для характеристики таких окислительно-восстановительных систем следует учитывать наряду с Eh и рН.
Для получения сравнимых данных по окислительно-восстановительным условиям при различных значениях рН ученый Кларк предложил ввести показатель напряженности ОВП - rН2, который представляет собой отрицательный логарифм давления молекулярного водорода и вычисляется по формуле:
rН2 = Eh/30 + 2 рН.
В почвах с хорошей аэрацией rН2 колеблется от 28 до 34; при развитии восстановительных процессов - от 22 до 25; в оглеенных почвах - менее 20.
Роль окислительно-восстановительных процессов в почвообразовании и плодородии почв
? В чем состоит необходимость изучения окислительно-восстановительного состояния почв?
С развитием окислительно-восстановительных процессов тесно связано формирование почвенного профиля (гумусовых, торфяных, оглеенных горизонтов), питательного режима почв; образование токсичных соединений.
1) Окислительно-восстановительный режим почв влияет на процессы превращения органического вещества. Избыточное увлажнение и развитие восстановительных процессов замедляет процессы гумификации и минерализации, способствует образованию подвижных и активных форм органических веществ (торф). Иссушение приводит к окислению органического вещества, т. е. полной минерализации.
2) С окислительно-восстановительным состоянием почвы связаны процессы превращения минеральных веществ: соединений азота, фосфора, серы, железа, марганца и других. Это играет роль в питании растений, в формировании почвенного профиля.
Состояние азота в почве определяется протеканием процессов нитрификации и денитрификации. Оптимальные значения ОВП для нитрификации составляют 350-500 мВ. Падение ОВП ниже 350 мВ приводит к денитрификации - потери азота из почвы в виде газообразных соединений (NO, N2O, N2). Сердобольским И.П. предложены следующие градации окислительно-восстановительных условий протекания этих процессов:
Таблица
Окислительно-восстановительные условия этапов денитрификации (И.П. Сердобольский)
|
ОВП, мВ |
> 480 |
480-340 |
340-200 |
< 200 |
|
|
Формы соединений |
нитраты |
нитраты - нитриты |
нитриты |
оксиды азота, молекулярный азот |
Поведение фосфора в почве связано с содержанием окисленных и восстановленных форм железа. При развитии контрастного окислительно-восстановительного режима в пахотных горизонтах почвы происходит накопление несиликатных подвижных соединений гидроксидов железа, которые, которые связывают фосфор почвы и удобрений в трудноусвояемые растениями формы.
Соединения серы в почве представлены сульфатами в аэробных условиях и сульфидами - анаэробных. Восстановительные процессы начинают преобладать в переувлажненных или затопляемых почвах при потенциалах от -100 до -200 мВ. При этом образуются сероводород и сульфиды железа, придающие почвам темную окраску. Восстановление сульфатов в анаэробных условиях, происходящее с участием сульфатредуцирующих бактерий приводит к подщелачиванию и образованию содового засоления.
Резко окислительные условия также неблагоприятны для растений. Аэробная обстановка в почве с Eh выше 650 мВ способствует утрате подвижности и недоступности растениям соединений железа и марганца вследствие образования гидроксидов. Создание восстановительных условий, особенно в кислой среде, способствует образованию подвижных восстановленных форм железа, марганца, алюминия, в больших количествах токсичных для растений. Кроме того, анаэробная обстановка способствует образованию сероводорода, метана, этилена, угнетающе действующих на растения.
С восстановительными процессами (при снижении ОВП до 200 мВ и ниже) связаны процессы глееобразования. Сизую окраску глеевым горизонтам придают закисные формы железа.
3) Окислительно-восстановительные процессы оказывают влияние на миграцию отдельных элементов. Восстановительные процессы повышают миграционную способность марганца, железа, тяжелых металлов.
? Как осуществляется регулирование окислительно-восстановительного состояния почв?
Управление окислительно-восстановительными процессами в почве достигается агротехническими и агромелиоративными приемами, направленными на создание оптимальных условий аэрации, водного и микробиологического режимов. Если для переувлажненных почв необходимо усиление окислительных процессов, то для почв сухостепных районов может стоять и обратная задача снижения ОВП, что способствует мобилизации питательных элементов. Для решения этих задач используются:
1) Агротехнические приемы по борьбе с поверхностным увлажнением или коркой - это создание мощного пахотного слоя, улучшение его структуры, поддержание оптимальной плотности и пористости; планировка (выравнивание) поверхности почвы; рыхление подпахотного горизонта; отвод поверхностных вод путем устройства водоотводных борозд, кротование, щелевание и другое.
2) Осушительные мелиорации.
3) Оросительные мелиорации.
4) Внесение органического вещества (навоз, сидераты, запахивание соломы).
5) А главное чередование условий - регулировать недлительное увлажнение почвы сменой кратковременного иссушения.
Контрольные вопросы и задания
1. Какие окислительно-восстановительные системы присутствуют в почвах?
2. Раскройте понятие окислительно-восстановительного потенциала как количественной характеристики окислительно-восстановительного состояния почвы.
3. Какой интервал значений ОВП благоприятен для выращивания сельскохозяйственных культур?
4. Как на практике измеряют окислительно-восстановительный потенциал почвы?
5. Какие факторы влияют на величину ОВП почвы?
6. Раскройте связь между аэрацией почвы и направленностью окислительно-восстановительных процессов.
7. Как изменяется окислительно-восстановительный потенциал при изменении влажности и температуры?
8. Какие значения ОВП наблюдаются у почв различных типов?
9. Как характеризуют почвенные процессы в зависимости от величины ОВП?
10. Как классифицируют почвы по окислительно-восстановительным режимам?
11. Как влияет окислительно-восстановительный потенциал на состояние макро- и микроэлементов в почве?
12. Какие способы регулирования окислительно-восстановительного состояния почв вы знаете?