Сетевая библиотекаСетевая библиотека

Курсовая работа почвоведение

Дата публикации: 08.02.2019
Тип: Текстовые документы DOCX
Размер: 264 Кбайт
Идентификатор документа: -35982457_490045261
Файлы этого типа можно открыть с помощью программы:
Microsoft Word из пакета Microsoft Office
Для скачивания файла Вам необходимо подтвердить, что Вы не робот

Предпросмотр документа

Не то что нужно?


Вернуться к поиску
Содержание документа


УДК 631.436

Коломникова К.С. Окислительно-восстановительное состояние и окислительно-восстановительные режимы почв, примеры их регулирования: Курсовая работа. – Пермь: ФГБОУ ВПО Пермская ГСХА, 2017. – 44 с.

В работе было проведено ознакомление с eq историей развития представлений об eq окислительно-восстановительном состоянии почв. Дана общая характеристика химических eq свойств почвы. Рассмотрены eq окислительно-восстановительные состояния почв, eq определяющие факторы, оценку. Проанализировано eq влияние окислительно-восстановительных процессов на eq химическое состояние почв. Выявлена роль eq окислительно-восстановительных процессов и eq реакций в почвообразовании и eq плодородии почв. Изучены пути eq регулирования окислительно-восстановительного состояния почв в eq сельском хозяйстве.

Библ., 42, табл., 3, илл. 2.

Содержание

 

TOC \o "1-3" \h \z \u Введение PAGEREF _Toc498320593 \h 31. История eq развития представлений об eq окислительно-восстановительном состоянии почв PAGEREF _Toc498320594 \h 52. Связь хeq имических свойств почвы с eq окислительно-восстановительным состоянием PAGEREF _Toc498320595 \h 72.1. Основные eq химические свойства почвы PAGEREF _Toc498320596 \h 72.2. Экологическое eq значение химических свойств eq почвы PAGEREF _Toc498320597 \h 93. Общие eq представления об окислительно-восстановительном eq состояниипочв PAGEREF _Toc498320598 \h 143.1. Окислительно-восстановительные eq свойства и окислительно-восстановительные eq процессы и eq реакции в eq почве PAGEREF _Toc498320599 \h 143.2. Факторы eq развития окислительно-восстановительных процессов в eq почве PAGEREF _Toc498320600 \h 163.3. Понятие eq окислительно-восстановительного потенциала почвы PAGEREF _Toc498320601 \h 193.4. Окислительно-восстановительные eq режимы. Классификация почв по их eq окислитено-восстановительному состоянию PAGEREF _Toc498320602 \h 243.5. Оценка eq окислительно-восстановительного состояния почв PAGEREF _Toc498320603 \h 324. Роль eq окислительно-восстановительного состояния почв в eq почвообразовании и плодородии почв PAGEREF _Toc498320604 \h 355. Пути регулирования окислительно-восстановительного состояния почв в сельском хозяйстве PAGEREF _Toc498320605 \h 37Выводы PAGEREF _Toc498320606 \h 39Библиографический список PAGEREF _Toc498320607 \h 42ВведениеОкислительно-восстановительный режим в eq почвах имеет большое eq значение в почвообразовании и eq плодородии почв. С ним eq связаны скорость и eq направление разложения органических eq остатков, гумификация и eq минерализация органических веществ (eq Добровольский Г.В, 1990).

Окислительно-восстановительные процессы eq контролируют фазовые eq переходы в почвах. eq Многие химические соединения eq элементов с eq переменной зарядностью при eq смене окислительно-восстановительных условий eq многократно переходят из eq твердой фазы в eq жидкую, из жидкой в eq газовую и обратно. При eq восстановлении железа и eq марганца их раствоeq римость в форме eq углекислых солей, органоминеральных eq комплексов повышается; они eq переходят в раствор, eq могут перемещаться в eq пределах данного генетического eq горизонта или выноситься за его eq пределы. Именно за счет eq периодических восстановительных проeq цессов образуются отбеленные eq глеево-элювиальные горизонты. При eq смене восстановительных условий eq окислительными при участии спеeq цифических микроорганизмов происходит eq сегрегация гидроксидов железа и eq марганца и формирование eq различного рода стяжений и eq конкреций. Реакции денитрификации и eq нитрификации сопровождаются при eq восстановлении переходом азота из eq водорастворимых форм eq нитратов и нитритов в eq газовую фазу в eq форме аммиака NH3, при eq окислении и нитрификации идет eq обратный процесс. Те же eq явления происходят при eq процессах десульфуризации и eq сульфуризации — окисление и eq восстановление серы (Ковриго В.П., 2000).

В зависимости от eq водно-теплового режима, режима eq кислотно-щелочных условий и eq биологической активности процессы eq фазовых превращений веществ в eq почвах приобретают опeq ределенный ритм: суточный, eq сезонный и многолетний. В eq своей совокупности они eq характеризуют современную динамику почв (eq Орлов Д. С., 2005). eq Изучение динамики почв eq имеетбольшое практическое знаeq чение, так как eq является научной основой для eq регулирования почвенных eq процессов и управления ими в eq целях повышения плодородия eq почв.

Всем этим и eq объясняется актуальность выбранной eq темы.

Цель данной eq работы – рассмотреть роль eq окислительно-восстановительного состояния в eq почвообразовании и плодородии eq почв.

Для реализации eq указанной цели необходимо eq последовательно решить ряд eq задач:

- ознакомиться с eq историей развития представлений об eq окислительно-восстановительном состоянии почв;

- дать eq общую характеристику химических eq свойств почвы;

- рассмотреть eq окислительно-восстановительные состояния почв, eq определяющие факторы, оценку;

- проанализировать eq влияние окислительно-восстановительных процессов на eq химическое состояние почв;

- выявить роль eq окислительно-восстановительных процессов и eq реакций в почвообразовании и eq плодородии почв;

- изучить пути eq регулирования окислительно-восстановительного состояния почв в eq сельском хозяйстве.

Объект исследования в eq данной работе – eq окислительно-восстановительное состояние почв.

Информационной базой для eq написания данной работы eq послужили труды eq Александровского А.Л., Аринушкиной Е.В, eq Базилевича Н.И., eq Возбуцкой А. Е., eq Воробьевой Л.А., eq Ганжары Н.Ф., Гришиной Л. А., eq Добровольского Г.В., eq Зайдельмана Ф.Р., eq Карпачевского Л.О., eq Ковриго В.П.,eq Орлова Д. С. и др.

1. История eq развития представлений об eq окислительно-восстановительном состоянии почвПервые публикации, eq посвященные окислительно-восстановительным превращениям, eq появились в начале 30-х eq годов ХХ века и eq связаны с именами eq таких ученых как М.М. eq Кононова (1932), Н.П. eq Ремезов (1931). В этих eq работах, основанных на eq определении окислительно-восстановительного потенциала, eq впервые были описаны eq окислительно-восстановительный режим, состояние и их eq связь с другими eq характеристиками почв, такими как eq влажность, реакция почвенного eq раствора и содержание eq органического вещества.

Позднее, уже в 50-х eq годах XX века, по мере eq развития учения о eq окислительно-восстановительных процессах в eq почвах, начинают формироваться eq целые школы, специализирующиеся в этой eq области знаний. Это eq московская школа И.С. eq Кауричева, новосибирская И.И. eq Гантимурова и дальневосточная, eq возглавляемая Б.А. Неуныловым. eq Помимо изучения условий eq развития окислительно-восстановительных процессов в eq различных почвах, у eq каждой из этих школ eq стояли свои определенные eq задачи исследований. Так, для eq московской школы приоритетом в eq исследованиях являлось изучение eq общих для всех eq типов почв закономерностей eq развития окислительно-восстановительных процессов с eq целью регулирования окислительно-восстановительного eq режима пахотных угодий. В eq работах новосибирской школы eq исследователей акцент делался на eq изучение окислительно-восстановительных условий в eq почвах осушаемых болот. eq Исследования, проводимые дальневосточной eq группой ученых, были eq направлены на изучение eq особенностей окислительно-восстановительных процессов, eq протекающих в затопляемых eq почвах рисовых полей.

Обширные материалы eq исследований, полученные благодаря eq работе этих групп eq ученых, позволили значительно eq расширить представления о роли eq окислительно-восстановительныхпроцессов в eq почвообразовании.Были детально eq изученыособенности окислительно-восстановительных eq режимов,процессов и eq состоянияразличных типов eq почв,а также роль этих eq явленийв трансформации eq химическихкомпонентов почвы (eq Розанов Б.Г.,1983).

Однако, несмотря на eq значительный интерес, проявленный в eq 50-60-е годы к eq окислительно-восстановительному состоянию почв, эти eq работы характеризовали только eq динамические свойства окислительно-восстановительных eq систем, выражающиеся через eq окислительно-восстановительный потенциал. Кроме eq того, методические сложности, eq возникающие при измерении eq окислительно-восстановительного потенциала, не eq позволяли достаточно точно eq оценить структуру окислительно-восстановительных eq систем.

Для решения eq этих, а также eq многих других проблем в eq конце 70-80-х годов eq предпринимаются весьма успешные eq попытки разработки методов, eq позволяющих оценить состав и eq свойства окислительно-восстановительных систем eq (ОВС) в целом. eq Благодаря работам В.И. eq Савича, И.С. Кауричева, К. eq Драман и Н.М. eq Костенкова были детально eq исследованы такие характеристики как eq окислительная и восстановительная eq емкости, а также eq фракционный состав окислительно-восстановительных eq систем.

Разработанные в эти годы eq подходы и методы eq оценки окислительно-восстановительных систем eq сделали возможным и eq характеристику свойств каменистых почв eq (эмбриоземов) техногенных ландшафтов, eq окислительно-восстановительные системы пород, eq которые представляют собой eq неустойчивый хаотичный набор в eq разной степени окисленных и eq восстановленных продуктов. Формирование из eq такого набора компонентов eq устойчивой окислительно-восстановительной системы eq осуществляется в ходе eq почвообразования (Ковриго В.П., 2000).

2. Связь хeq имических свойств почвы с eq окислительно-восстановительным состоянием2.1. Основные eq химические свойства почвыХимическая характеристика почв eq имеет особое значение в eq решении практически любых eq проблем почвоведения, агрохимии, eq мелиорации. Изменение свойств почв в eq процессе их естественного eq развития, сельскохозяйственного использования, eq мелиорации, антропогенного загрязнения eq делает необходимым контроль eq химического состояния почв и eq прогноз его изменения, eq основу которых составляют eq результаты химических анализов eq почв.

К химическим eq свойствам почв eq относят кислотность, eq щелочность, поглотительную eq способность. Химические eq свойства почвы зависят от ее eq химического состава и eq растворенных компонентов.

Кислотность почв — eq способность почвы подкислять eq почвенный раствор, вследствие eq наличия в составе eq почвы кислот (актуальная eq кислотность), а также eq обменных катионов водорода, eq алюминия и некоторых eq других металлов (потенциальная eq кислотность).

Щелочность почв — eq способность почвы подщелачивать eq почвенный раствор, вследствие eq наличия в составе eq почвы гидролитических щелочных eq солей (актуальная щелочность), а eq также обменного натрия eq (потенциальная щелочность).

Чем выше рН eq почвы (то есть чем выше eq щелочность почвы), тем eq меньше при прочих eq равных условиях будет eq величина окислительного потенциала. eq Подкисление почвы должно eq вызывать обратную реакцию - eq повышение потенциала, если eq только этому не eq препятствуют сопутствующие процессы eq (Орлов Д. С. и др., 2005).

Буферностъ почв - eq способность почвы противостоять eq изменению концентрации почвенного eq раствора, а, следовательно, и eq изменению щелочно-eq кислотногосостояния, окислительно-восстановительного eq состоянияи др. (eq Розанов Б.Г.,1983)

Если почва eq кислая, то это eq вовсе не означает, что eq нейтральные частички почвы eq находятся в растворе eq слабой кислоты. Кислотность eq большинства почв сосредоточена на eq поверхности мельчайших (коллоидных) eq почвенных частиц (гумуса, eq глины). Именно на eq поверхности мельчайших частиц eq почвы удерживаются питательные eq элементы и от eq размера суммарной поверхности этих eq частиц зависят свойства eq почвы и ее eq плодородие.

Рассмотрим далее eq почвенный поглощающий комплекс. eq Поверхность частиц глины, ила или eq органического вещества несет eq отрицательный заряд и eq может притягивать к себе eq положительные ионы (т.е. eq катионы) водорода (H+), eq кальция (Ca2+), eq магния (Mg2+), eq калия (K+), eq натрия (Na+) и др. eq Сумма мельчайших коллоидных eq частиц почвы, определяющих ее eq способность удерживать питательные eq вещества - поглотительную eq способность - называется eq почвенным поглощающим комплексом eq (катионной емкостью почвы).

Эти мельчайшие eq частички почвы, заряженные H+eq действуют как слабая eq кислота, обуславливая кислую eq реакцию почвы, низкий pH. eq Напротив, частички почвы eq удерживающие кальций, магний, eq калий и натрий eq обуславливают щелочную реакцию, eq высокий pH.

Кальций, магний, eq калий и натрий eq вытесняют ионы водорода, eq снижая кислотность. Поэтому eq щелочными являются не eq только почвы, где eq много извести (кальция), но и eq засоленные почвы, имеющие eq избыток натрия, хотя там мало eq кальция (Возбуцкая А. Е., 2010).

Потенциальную кислотность eq делят на обменную и eq гидролитическую. Обменная кислотность почв eq вызывает значительное подкисление eq почвенного раствора при eq взаимодействии почвы с eq нейтральной солью, что eq наблюдается при внесении eq физиологически кислых удобрений eq (хлористый калий, сернокислый eq аммоний и др.). По eq представлениям русского учёного eq К.К.Гедройцаи некоторых eq другихисследователей, обменная eq кислотностьпочв обусловлена eq присутствиемв твердой фазе eq почвыионов водорода, не eq вытесняемыхнейтральными солями из eq поглощаемогокомплекса, но eq способныхк замещению eq (обмену)на другие eq катионыпри обработке eq почвырастворами щелочей или eq гидролитическищелочных солей eq (например,раствором ацетата eq натрия,который и eq применяетсяпри определении eq гидролитическойкислотности).

Степень кислотность почв eq необходимо учитывать при eq выборе минеральных удобрений, eq подготовке их перед eq внесением в почву (Беус eq А.А., 1976).

В формирeq овании химических свойств почв и eq плодородия окислительно-восстановительные процессы eq занимают одно из eq ведущих мест.

Наряду с eq чисто химическими процессами в eq почвах широко развиты или даже eq преобладают биохимические процессы eq окисления и восстановления (eq Возбуцкая А. Е., 2010).

2.2. Экологическое eq значение химических свойств eq почвыВ состав почв eq входят компоненты, проявляющие eq свойства кислот и eq оснований, окислителей и eq восстановителей. При решении eq разнообразных теоретических и eq прикладных проблем почвоведения, eq агрохимии, мелиорации определяют eq показатели, характеризующие кислотность и eq щелочность почв, их eq окислительно-восстановительное состояние.

От реакции eq почвенного раствора во eq многом зависят особенности eq почвы, а также eq минеральное питание растений. eq Состав почвенного раствора, а eq особенно содержание в нем eq кислот и оснований, eq создает реакцию раствора, eq которая играет существенную роль в eq жизни растений. Реакция eq почвенного раствора определяется eq соотношением Н+ и ОН- eq ионов. Кислотность почв eq вызывается, с одной eq стороны, водородными ионами, eq находящимися в почвенном eq растворе, а с eq другой — поглощенными eq нонами. Ионы водорода eq обусловливаютактивную, или eq актуальную,кислотность, а eq поглощенные — eq потенциальную кислотность (обменную и eq гидролитическую) почвенного раствора. Для eq экологии более важна eq активная кислотность, которую eq обычно выражают величиной рН, или eq водородным показателем, представляющим eq собой отрицательный логарифм eq концентрации водородных ионов в eq растворе. Показатель eq кислотности среды, равный рН=7, eq характеризует нейтральную реакцию eq дистиллированной воды при 22°. Если рН eq меньше 7, то eq реакция кислая, при рН eq более 7 — eq щелочная. По величине рН eq почвенного раствора почвы eq делят на сильнокислые eq (рН=3—4); кислые (рН=4—5); eq слабокислые (рН=5—6); нейтральные eq (рН=6—7); щелочные (рН=7—8); eq сильнощелочные (рН=8—9). К eq примеру, нейтральную реакцию eq имеют черноземы, кислую — eq дерново-подзолистые, болотные и eq серые лесные почвы, eq щелочную — каштановые eq почвы и сероземы eq пустынь, сильнощелочную — eq солонцы (Ганжара Н.Ф., 2001).

Определенный интерес eq представляют пространственные и eq временные вариации рН. На суше оно eq очень широко варьирует в eq зависимости от местообитаний, а в eq пределах одного местообитания eq меняется по горизонтам eq почвы, т. е. по eq вертикали. Поверхностные слои eq всегда кислее, чем eq подпочва, из-за большого eq содержания органических веществ, eq образующих кислоты. С eq глубиной активность этих eq органических веществ подавляется, и, eq кроме того, в eq нижние слои почвы, eq особенно в южных eq районах, переносятся щелочные eq соединения, где они eq могут накапливаться главным eq образом в понижениях eq рельефа (Тайчинов С.Н., 1964).

Многие окислительно-восстановительные eq реакции в почвах идут с eq участием ионов водорода, eq поэтому окислительно-восстановительный eq потенциал (ОВП) eq почвы зависит от рН eq раствора. Как правило, в eq кислой среде окисление идет при eq более высоких значениях eq окислительно-восстановительного потенциала почвы по eq сравнению с щелочными eq условиями, т. е. чем выше рН eq почвы, тем меньше при eq прочих равных eq условияхбудет содержание в eq почвевосстановленных форм eq соединенийразличных элементов. eq Подкислениепочвы должно eq вызыватьобратную реакцию — eq накоплениесоединений, характеризующихся eq наименьшейстепенью окисления.

Длительное время в eq почвоведении и агрохимии eq существовало представление, что eq изменение рН почвы на eq единицу вызывает сдвиг ОВП на 58 мВ (при eq 20°С). При этом eq считалось, что возрастание рН eq вызывает снижение потенциала eq почвы. В настоящее eq время установлено, что eq между рН и ОВП eq почвы существуют более eq сложные связи и eq вывести единую количественную eq зависимость между рН и ОВП для всех почв не eq представляется возможным (Тайчинов eq С.Н., 1964).

В природных eq условиях кислотность почвы eq складывается под влиянием eq климата, материнской породы, eq минерального и органического eq состава почвы, рельефа eq местности, а также eq самой растительности. Так, в eq аридных условиях степей и eq пустынь преобладают нейтральные и eq щелочные почвы, а во eq влажном, холодном климате — eq кислые. В гумидных eq условиях, при большом eq количестве осадков и eq низких температурах, разложение eq растительных осадков идет не до eq конца и сопровождается обeq разованием большого количества eq растворимых в воде eq органических кислот. В этом eq случае при eq недостатке извести почва eq приобретает кислую реакцию. eq Например, под хвойными eq лесами умеренной зоны рН почв чаще eq всего приблизительно 5, eq торфа сфагновых болот — 4 и eq меньше. Нейтральные почвы в eq лесной зоне встречаются eq довольно редко — на нeq екоторых лугах и eq низинных болотах, если они eq увлажняются грунтовыми водами с eq высоким содержанием извести. В eq аридиой зоне при eq быстром разложении органических остатков и eq высоком содержании в eq почве СаСО3eq почвы обычно щелочные. eq Равнинный рельеф во eq влажном климате способствует eq застою воды и eq поэтому создает условия eq недостаточной аэрации почвы, что eq усиливает ее кислотность (Сает eq Ю.Е., 2005).

Огромное влияние на eq кислотность почвы оказывает eq состав растительного покрова. Под eq еловыми лесами почвы eq более кислые, чем под eq сосновыми, а под eq лиственными — менее eq кислые, чем под eq хвойными. Но под eq лиственницей почвы обычно eq менее кислые, так как хвоя eq лиственницы весьма богата eq кальцием. Кислотность почвы eq обычно уменьшается после eq вырубки леса, а eq особенно на гарях, где eq остается много золы, eq содержащей кальций. Реакция eq почвы влияет на eq процесс почвообразования, на eq высвобождение и доступность eq минеральных питательных веществ, на eq условия существования и eq биологическую активность почвенных eq организмов и многие eq другие свойства почвы eq (рис. 1).



Рисунок 1 - eq Влияние различной кислотности eq почвы на ход eq некоторых процессов и на eq доступность питательных веществ; eq ширина фигуры пропорциональна eq интенсивности процесса (по eq Лархеру, 1979)

Доступность для eq растений почвенных макро- и eq микроэлементов определяется их eq различной растворимостью, от чего eq некоторые из них eq более доступны в eq кислых почвах, причем eq растворимость может быть eq стольвысокой, что eq такиеэлементы становятся уже eq токсичными.Например, соединения eq алюминия,железа и eq марганцалегче растворяются при рН eq меньше5, и в этих eq условияхкислых почв они eq могутбыть токсичными.

Подобным же eq образом ведут себя eq соединения бора, меди и eq цинка, но на eq щелочных почвах названные eq элементы становятся менее eq доступными, их токсичность eq снижается и даже eq могут повится признаки eq голодания по этим eq элементам. Последнее особенно eq относится к железу — eq многие виды, особенно eq приспособленные к кислым eq почвам, проявляют хлороз и eq пожелтения на известковых eq почвах (Базилевич Н.И., 1978).

Таким образом, к хeq имическим свойствам почв eq относят кислотность, eq щелочность, поглотительную eq способность. Химические eq свойства почвы зависят от ее eq химического состава и eq растворенных компонентов. eq Состав почвенного раствора, а eq особенно содержание в нем eq кислот и оснований, eq создает реакцию раствора, eq которая играет существенную роль в eq жизни растений. В eq формировании химических свойств eq почв, их генетических eq профилей и плодородия eq окислительно-восстановительные процессы eq занимают одно из eq ведущих мест. Наряду с eq чисто химическими процессами в eq почвах широко развиты или даже eq преобладают биохимические процессы eq окисления и восстановления.

3. Общие eq представленияоб окислительно-восстановительном eq состояниипочв3.1. Окислительно-восстановительные eq свойства и окислительно-восстановительные eq процессы и eq реакции в eq почвеОкислительно-восстановительные свойства eq почвы — это ее eq способность проявлять себя как eq окислительно-восстановительная система (ОВС).

В формировании eq химических свойств почв, их eq генетических профилей и eq плодородия окислительно-восстановительные процессы eq занимают одно из eq ведущих мест. Окислительно-восстановительные eq реакции и процессы eq наиболее часто изучают в eq связи с преобразованием или eq изменением почв под eq влиянием избыточного увлажнения. eq Главное внимание обращается на eq восстановительную трансформацию соединений eq железа, марганца, азота, eq серы. Однако окислительно-восстановительные eq реакции протекают постоянно и в eq хорошо аэрированных почвах, в том eq числе в верхних eq горизонтах черноземов, серых eq лесных, бурых пустынных и eq других почв. Наeq пример, реакции окисления eq непрерывно осуществляются в ходе гуeq мификации растительных остатков, eq когда изменяется окислительное eq состояние железа, марганца и ряда eq других элементов, поступающих в eq почву с органическими eq остатками (Гришина Л. А., eq 1986).

Окислительные процессы eq широко развиты при eq явлениях превращения органического eq вещества в почве. Так, eq возможно окисление тирозина и eq других ароматических аминокислот в eq меланины; окисление смол и eq соединений непредельного ряда; eq окисление дубильных веществ, eq сахаров, аминокислот, белков и eq других соединений, входящих в eq состав растительных остатков. eq Гумификация - в eq целом процесс окислительный.

Большинство реакций eq окисления органических веществ eq почвы относится к eq группе необратимых. Обратимыми eq окислительно-восстановительными реакциями eq являютсяшироко развитые в eq почвереакции окисления и eq восстановленияжелеза (Fe3+-= Fe2+), eq марганца (Mn4+ -=Mn2+),eq азота (N5+ = N3+Р). В eq почве происходит окисление и eq восстановление кислорода, eq водорода и серы (O =O2-, H=H+, S6+= S2-). eq Поскольку большая часть этих eq реакций имеет биохимическую eq природу и теснейшим eq образом связана с eq проявлением микробиологических процессов, то их eq интенсивность в почве eq непосредственно влияет на eq развитие окислительно-восстановительных процессов.

Основным окислителем в eq почве выступает молекулярный eq кислород почвенного воздуха, eq почвенного раствора. Поэтому eq развитие окислительно-восстановительных процессов в eq почвах тесно связано с eq условиями их аэрации и eq зависит от всех eq свойств почвы, определяющих eq состояние газообмена (структура, eq плотность, механический состав и eq др.), и прежде eq всего, от eq влажности (Возбуцкая А. Е., 2010).

Окислительно-восстановительные реакции в eq почвах протекают в eq сложной обстановке; они eq осуществляются в гетерогенной eq многофазной среде, а eq участвующие в реакции eq вещества часто представлены eq труднорастворимыми соединениями; характерно eq непосредственное участие в eq окислительно-восстановительных реакциях органических eq веществ. Наряду с eq чисто химическими процессами в eq почвах широко развиты или даже eq преобладают биохимические процессы eq окисления и восстановления (eq Карпачевский Л.О., 2006).

Под процессами eq окисления — восстановления eq понимают такие процессы, в eq которые входит, хотя бы как eq возможная стадия, переход eq электронов от одной eq частицы к другой.

Практически окисление eq рассматривают как реакцию, при eq которой происходит присоединение eq кислорода к веществу, eq потеря веществом водорода, или eq потеря веществом электронов. eq Реакции восстановления eq соответственноохватывают потерю eq веществомкислорода, присоединение к eq веществуводорода или eq приобретениевеществом электронов.

Способность почвы eq вступать в окислительно-восстановительные eq реакции можно измерить с eq помощью окислительно-восстановительного потенциала. eq Окислительно-восстановительная реакция с eq позиции электронной теории eq описывается уравнением

Ох+ne-↔Red,

где Ох – eq окислитель;

Red – eq восстановитель;

е- – электрон;

n – число eq электронов, участвующих в eq реакции.

Константу равновесия этой eq реакции можно записать в eq виде:

К=(аОх∙аne):aRed

где К— константа eq реакции;

aОх — eq активность окисленной формы eq вещества;

aRed— активность eq восстановленной формы;

ае — eq активность электронов;

n — eq число электронов, принимающих eq участие в реакции.

3.2. Факторы eq развития окислительно-восстановительных процессов в eq почвеПроявление ОВ-процессов в eq почве зависит от ее eq генетических свойств и eq состояния водно-воздушного, температурного и eq биохимического режимов.

Главным окислителем в eq почвах является свободный eq кислород почвенного воздуха и eq кислород, растворенный в eq почвенной влаге. Большая eq часть окислительно-восстановительных реакций eq имеет биохимическую природу, т. е. они eq связаны с проявлением eq микробиологических процессов.

Эти два eq обстоятельства определяют особую роль в eq развитии окислительно-восстановительных процессов eq следующих факторов: аэрации, eq влажностипочвы, температуры, eq содержанияи состава в eq почвеорганического вещества и eq минеральныхсоединений элементов eq переменнойвалентности.

Аэрация характеризует eq условия воздухообмена. Она eq тесно связана с eq комплексом физических свойств eq почвы (структурой, плотностью, eq пористостью) и увлажнением. Так, при eq пористости аэрации 18-20% eq создается благоприятный воздухообмен eq почвы с атмосферой, что eq обеспечивает нормальное течение в ней eq окислительных процессов. Пористость eq аэрации в 10-12% eq затрудняет поступление кислорода в eq почву, и при eq нормальной микробиологической активности его eq расход не восполняется, что eq приводит к возникновению eq анаэробных процессов, при eq которых в качестве eq источника кислорода анаэробные eq микроорганизмы используют связанный eq кислород минеральных соединений eq почвы. При этом eq образуются восстановленные продукты.

При пористости eq аэрации<6 % eq восстановительные процессы интенсивно eq развиваются. Поэтому улучшение eq структуры, пористости почвы, eq поддержание ее плотности в eq пределах оптимальных величин eq (1,1-1,3 г/см3) eq имеют важное значение в eq создании нормального ОВ-состояния eq почвы.

С влажностью eq связана аэрация почвы, и в этом ее eq главное влияние на eq развитие ОВ-процессов.

Ухудшение аэрации в eq результате повышения влажности eq почвы приводит к eq снижению ОВ-потенциала. Наиболее eq резко он падает при eq влажности, близкой к eq полной влагоемкости (>90 % ПВ), eq когда сильно нарушается eq нормальный газообмен почвенного eq воздуха с атмосферным. При eq повышении влажности с 10 до 90 % ПВ eq снижение потенциала в eq большинстве почв происходит eq медленно.

Влияние влажности на eq развитие ОВ-процессов проявляется и в том, что с eq содержанием влаги в eq почве тесно связана eq активность микроорганизмов, корней eq растений, почвенной фауны, а, eq следовательно, и расход eq кислорода. Поэтому повышение eq влажности почвы даже в eq пределах ее оптимальных eq значений(ВРК-НВ) может eq вызватьнекоторое изменение eq ОВ-потенциала.Кроме того, вода в eq почвепереводит в eq растворимоесостояние элементы eq переменнойвалентности (соединения Fe, Mn и eq др.),активность которых при этом к eq проявлениюокислительно-восстановительных реакций eq заметновозрастает eq (Орлов Д. С. и др., 2005).

Особая роль eq органического вещества в eq жизнедеятельности микроорганизмов определяет и его eq большое значение в eq проявлении ОВ-процессов в eq почве. Наиболее быстро eq изменение ОВ-состояние почвы при eq избыточном ее увлажнении eq происходит в гумусовых eq горизонтах. Свежее органическое eq вещество, богатое белками и eq растворимыми углеводами, являясь eq благоприятным материалом для eq жизнедеятельности микроорганизмов, способствует eq интенсивному развитию восстановительных eq процессов в избыточно eq увлажненной почве.

Органическое вещество eq почвы содержит соединения, eq обладающие восстановительной способностью. eq Поэтому возможно и eq прямое влияние органического eq вещества на изменение eq ОВ-состояния почвы.

С температурой eq связаны интенсивность жизнедеятельности eq почвенных организмов, а, eq следовательно, и расход eq (поглощение) кислорода почвенного eq воздуха, его мобилизация eq анаэробами из окисленных форм eq минеральных соединений почвы, eq активность различных химических eq реакций, влияющих на eq ОВ-процессы. В этом eq проявляется роль температуры. eq Поэтому, если избыточное eq увлажнение почвы наблюдается при eq температурах>10 ˚С, то eq можно ожидать быстрого eq возникновения восстановительных процессов и eq ухудшения условий роста eq растений. Переувлажнение в eq течение 5-7 дней при eq низких температурах почвы (1-5 °С) не eq вызывает резкого изменения ее eq ОВ-состояния.

На развитие eq ОВ-процессов большое влияние eq оказывают также содержание и eq формы соединений элементов eq переменной валентности. В eq частности, повышенное содержание eq подвижных форм железа и eq марганцаспособствует eq болеебыстрому снижению eq потенциаловпри переувлажнении почв (eq Почва. Город. Экология, 2009).

3.3. Понятие eq окислительно-восстановительного потенциала почвыЕсли в eq раствор, где протекает eq окислительно-восстановительная реакция, поместить eq электрод из инертного eq металла, то последний eq начинает играть роль eq сопряженной окислительно-восстановительной системы, eq принимая электроны от eq восстановленной формы вещества и eq передавая их окисленной eq форме. В результате eq между металлом и eq раствором возникает разность eq потенциалов, называемая окислительно-восстановительным eq потенциалом данной системы. eq Величина потенциала зависит от eq величины электрохимического потенциала eq электронов в растворе и в eq металле и от eq соотношения окисленных и eq восстановленных форм вещества, eq принимающих участие в eq реакции. Она тем eq выше, чем больше eq окислительная способность раствора. eq Поэтому Б. П. eq Никольский (1952) eq называет такой потенциал eq просто окислительным; ниже eq термины «окислительный потенциал» и eq «окислительно-восстановительный потенциал» употребляются как eq синонимы.

Согласно Б. П. eq Никольскому (1952), eq окислительным потенциалом называется eq разность Гальвани-потенциалов между eq металлом и раствором eq окислительно-восстановительной системы:

φ=ψм-ψ,

где ψ - eq Гальвани-потенциал раствора,

ψм - eq Гальвани-потенциал металла.

Электрохимический потенциал eq электрона μе в eq растворе равен

μе= μе – Fψ= μ0е – eq Fψ+RTlnae,

где μе и μ0е – eq соответственно химический и eq стандартный потенциалы электрона в eq растворе,

F - eq число Фарадея,

ψ - eq Гальвани-потенциал раствора,

ae – активность eq электрона.

При равновесии eq электрохимические потенциалы электрона в eq растворе и металле eq равны:

μе= μме = μме – Fψм,

где μме – eq электрохимический потенциал электрона в eq металле,

μме–химический потенциал eq электрона в металле,

ψм – eq Гальвани-потенциал металла.

Комбинируя два eq последних уравнения получим:

μме– Fψм= μ0е– Fψ+ eq RTlnae.

Отсюда легко eq найти окислительно-восстановительный потенциал (ОВ)

φ=ψм– ψ=1/F(μме – μ0еeq –RTlnae)

или

φ=[(μме – μ0е) :F]· ( eq RT:F) lnae

Активность электронов eq можно вывести из eq выражения константы окислительно-восстановительной eq реакции:

aen=(K∙aRed):aOx

и

ae=[(K∙aRed):aOx]1/n

Подставляя величину ae в eq уравнение окислительно-восстановительного потенциала, eq получим:

φ=(μме–μ0е):F-(RT:F)∙ln[(K∙aRed):aOx]1/n=

=(μме–μ0е):F-(RT:F)∙lnK+(RT:nF)ln(aOx:aRed)

Объединив в eq константу постоянные величины, eq переходя к десятичным eq логарифмам и обозначив eq окислительный потенциал символом Е0eq получим общепринятую формулу:

E=E0 +(2,303RT:nF)∙lg(aOx:aRed)

Если активности eq веществ (коэффициенты активности), eq участвующих в реакции, eq неизвестны, то можно eq воспользоваться концентрационной формой eq уравнения. Тогда вместо eq величиныЕ° в eq качестве постоянной подставляют в eq уравнение величину кажущегося eq стандартного окислительно-восстановительного потенциала

E=E0каж +(2,303RT:nF)∙lg{[Ox]:[Red]}

Последнее уравнение eq обычно называют уравнением eq Нернста. Величину 2,303RT:F для eq краткости обозначают символом Ж. В eq общем случае окислительно-восстановительный eq потенциал является сложной eq функцией активностей различных eq окисленных и восстановленных форм eq участвующих в реакции eq веществ.

Итак, для eq количественной характеристики окислительно-восстановительных eq процессов в почве eq определяют величину окислительно-восстановительного eq потенциала (Eh), которая eq выражается в милливольтах, eq используя потенциометрическнй метод, как и при eq определении рН.

Окислительно-восстановительные процессы eq каждойпочвы имеют eq особенности,и поэтому eq ОВ-потенциалпочв различен. eq Например,в дерново-подзолистых eq почвахнормального увлажнения eq величинаОВ-потенциала в eq течениелета колеблется в eq пределах550—750 мв, в eq черноземах— от 400 до 600 мв, в eq сероземах— от 350 до 450 мв eq (Орлов Д. С. и др., 2005).

Окислительно-восстановительные условия eq влияют на жизнедеятельность eq микроорганизмов, превращение растительных eq остатков, темпы накопления и eq состав образующихся органических eq веществ, превращение соединений eq азота, фосфора, серы, eq железа, марганца и eq других элементов и eq формирование почвенного профиля.

При величине eq потенциала 200 мв и ниже eq интенсивнее развиваются восстановительные eq процессы, что приводит к eq образованию закисных соединений eq железа и подвижных форм eq марганца, который может eq накапливаться в  растворе в eq токсичных для растений eq концентрациях. Низкие значения eq ОВ-потенциала способствуют замедленному eq разложению растительных остатков, eq образованию подвижных и eq активных форм органических eq веществ, превращению гуминовых eq кислот в фульвокислоты. eq Кроме того, если eq восстановительные процессы сочетаются с eq промывным водным режимом, eq происходит разрушений почвенных eq минералов и вымывание eq продуктов разрушения.

Таким образом, eq ОВ-потенциал 200 мв и ниже eq неблагоприятно влияет на eq плодородие почв и eq указывает на необходимость eq проведения мероприятий по eq регулированию окислительно-восстановительного  режима  eq почвы.

Ниже приведены eq уравнения, характеризующие окислительно-восстановительные eq реакции в гидраморфных eq почвах для соединений eq марганца, железа и серы (по Г. eq Брюммеру):





Приведеиные уравнения eq отражают только возможные в eq почвах окислительно-восстановительные процессы. Из eq уравнений видно, что чем выше рН eq почвы, тем меньше при eq прочих равных условиях eq будет величина окислительного eq потенциала. Подкисление почвы eq должно вызывать обратную eq реакцию - eq повышение потенциала, если eq только этому не eq препятствуют сопутствующие процессы eq (Орлов Д. С. и др., 2005).

3.4. Окислительно-восстановительные eq режимы. Классификация почв по их eq окислитено-восстановительному состояниюОкислительно-восстановительный режим почв — это eq соотношение окислительно-восстановительных процессов в eq почвенном профиле в eq годичном цикле.

Классификация окислительно-восстановительных eq режимов основана на eq учете уровней окислительных eq потенциалов, при которых eq происходят качественные изменения eq окислительно-восстановительных процессов в eq почвах, сопровождающиеся изменением eq условий питания растений и eq направленностью почвообразовательного процесса.

Почвы можно eq разделить на две eq группы: почвы с eq преобладанием окислительных условий и eq почвы с преобладанием eq восстановительных процессов. Первая eq группа включает автоморфные eq почвы и часть почв со eq слабо выраженным гидроморфизмом. eq Вторая группа включает eq болотные почвы, многие eq пойменные почвы, затопляемые eq рисовые почвы.

Разделения почв на две eq группы по преобладанию eq окислительных или восстановительных eq процессов недостаточно для eq решения генетических и eq прикладных задач. Большая eq степень детализации предусмотрена в eq классификации А. И. eq Перельмана (1989). Для зоны eq гипергенеза он выделяет три eq варианта окислительно-восстановительной обстановки:

1) окислительную;

2) восстановительную без eq сероводорода (глеевую);

3) восстановительную сероводородную.

По А. И. eq Перельману, геохимические особенности при eq развитии восстановительных процессов eq связаны более всего с eq наличием или отсутствием eq сероводорода или его eq производных. Окислительная обстановка, по А. И. eq Перельману, характеризуется присутствием eq свободного кислорода или eq других сильных окислителей; eq такие элементы, как eq железо, марганец, медь, eq сера, находятся при этом в eq высоких степенях окисления. При eq окислительнойобстановке величины Eheq щелочных почв находятся в eq пределах от 150 до 600–700 мВ, для eq кислых почв характерны eq величины выше 400–500 мВ. При eq восстановительной глеевой обстановке в eq почвенном растворе нет eq кислорода (или его eq очень мало), присутствуют eq углекислый газ, метан, eq сероводорода нет или его eq мало.

Избыточное увлажнение eq глеевых почв может eq способствовать развитию восстановительных eq условий почвообразования. Глей eq образуется не постоянно, а eq только в периоды eq снижения редокс-потенциала (Гилев eq В.Ю., 2007).

В щелочной среде eq величины Eh ниже +150 мВ, в eq кислой – ниже 400–500 мВ. Для eq восстановительной сероводородной обстановки eq характерно отсутствие в воде eq свободного кислорода, присутствие eq значительных количеств сероводорода, eq метана, других углеводородов, eq щелочная среда; величины Eh ниже 0 и eq могут достигать -500 – -600 мВ.

Соответственно этой eq классификации А. И. eq Перельман (1989) eq выделяет следующие три ряда почв по eq особенностям протекающих в них eq окислительно-восстановительных процессов.

Первый ряд – eq почвы с преобладанием eq окислительной среды. К ним eq автор относит автоморфные eq почвы (черноземы, каштановые, eq красноземы, буроземы, большинство почв eq пустынь и др.).

Второй ряд – eq почвы с восстановительной eq глеевой обстановкой – eq объединяет заболоченные почвы с eq развитием устойчивых восстановительных eq глеевых процессов в eq постоянно переувлажненных горизонтах их eq профиля.

Третий ряд – eq почвы с восстановительной eq сероводородной обстановкой – eq объединяет солончаки и eq солончаковые болотные почвы eq степей и пустынь, eq переувлажненные сильно минерализованными eq сульфатными водами.

На основе eq анализа экспериментальных данных И. С. eq Кауричев (1989) eq предложил детальную группировку почв по eq окислительно-восстановительным режимам. Эта eq группировка наиболее полно eq охватываетразличные eq почвыи позволяет eq различатьчетыре типа eq окислительно-восстановительныхрежимов в eq почвах:

1) почвы с eq абсолютным господством окислительных eq процессов;

2) почвы с eq господством окислительных процессов;

Конец формы

3) почвы с eq контрастным окислительно-восстановительным режимом;

4) почвы с eq господством восстановительных условий по eq всему профилю (табл. 1).

Таблица 1. eq Группировка по окислительно-восстановительному eq режиму

(Кауричев eq И.С., 1989)

Тип оскислительно-восстановительного eq режима Почвы Примечание

1. Почвы с eq абсолютным господством окислительных eq процессов Автоморфные почвы eq степей, полупустынь и eq пустынь; чернозёмы, каштановые eq серо-коричневые, бурые полупустынные, eq сероземы, серобурые и др. 2. Почвы с eq господством окислительных процессов Дерново-подзолистые, серые eq лесные, бурые лесные eq (неоглеенные), красноземы, солонцы eq степные 3. Почвы с eq контрастным ОВ-режимом:

а) почвы с eq развитием сезонных восстановительных eq процессов в верхних eq горизонтах Болотно-подзолистые, подзолистые, eq дерново-подзолистые, серые лесные eq глеевые, бурые лесные eq глеевые, солоди, луговые eq солонцы, желтозёмы Целесообразно раз-деление на eq почвы с кислым и с eq щелочным глеевообразованием

б) почвы с eq развитием оглеения в eq нижних горизонтах (грунтово-оглееные) Луговые почвы, eq орошаемые почвы с eq близким уровнем грунтовых вод в) почвы с eq развитием устойчивых восстановительных eq процессов в нижней eq части профиля Болотные торфяные eq мелиориуемые почвы г) почвы с eq контрастной сменой окислительной eq обстановки по всему eq профилю Почвы под eq культурой затопляемого риса 4. Почвы с eq господством восстановительных условий по eq всему профилю:

а) почвы с eq господством восстановительной глеевой eq обстановки Болотные торфяно-глеевые, eq иловато-болотные, дерново-глеевые, тундровые eq глеевые Целесообразно разделение на eq почвы с кислым и с eq щелочным глеевообразованием

б) почвы с eq господством сероводородной восстановительной eq обстановки Солончаки, солончаковатые eq почвы, переувлажненные сильно eq минерализованные сульфитными грунтовыми eq водами Существенная особенность этой eq группировки в том, что она eq учитывает особенности не eq только общего уровня eq ОВ-потенциалов, характерного для eq группы почв, но и eq сезонную динамику окислительных eq процессов. Она учитывает eq также профильное распределение eq окислительно-восстановительных процессов, что не eq отражено в классификации eq Перельмана, но имеет eq исключительно важное значение для eq понимания генезиса почв, их eq диагностики и для eq решения вопросов о eq необходимости мелиоративного регулирования eq ОВ-режимов.

Трансформация и eq миграция химических компонентов в eq почвах связаны не eq только с общим eq типом окислительного режима, но и с его eq стабильностью, с характером eq переходов в ландшафте от eq одной окислительно-восстановительной обстановки к eq другой.

Важное значение eq приобретает растянутость или eq сжатость переходных зон, eq перепад величин окислительных eq потенциалов, что отражается на eq распространении корневых систем eq растений, потоке элементов и eq формировании контактных горизонтов.

С этой eq целью группировка почв по eq ОВ-режиму может быть eq дополнена выделением характерных зон eq (областей) в пределах eq почвенного профиля или eq ландшафта, различающихся по eq устойчивости окислительных режимов. Эти зоны eq выделяют с учетом eq среднего уровня окислительно-восстановительного eq потенциала,свойственного данной eq зоне,и характера eq расположенияэквипотенциальных линий, т. е. eq линий,соединяющих в eq почвенномпрофиле участки с eq одинаковымизначениями окислительного eq потенциала.Для типичных eq ландшафтовсредней и eq южнойтайги различают eq следующиезоны:

1. Зона eq стабильного преобладания eq окислительных процессов. Хаeq рактеризуется величинами ОВ-потенциалов в eq среднем более 450 мВ. eq Эквипотенциальные линии распределения eq величин ОВ-потенциалов расположены eq равномерно и часто eq параллельно поверхности. С eq глубиной окислительный потенциал eq изменяется сравнительно медленно, eq перепад потенциалов до eq глубины 1 м eq обычно не превышает eq 50—100 мВ.

2. Зона устойчивого eq развития восстановительных процесссов. Для нее eq характерны величины ОВ-потенциалов eq менее 350—400 мВ, чаще eq менее 200—250 мВ. eq Расположение эквипотенциальных линий eq также равномерное, но eq перепады потенциалов могут быть eq более резкими, чем в зоне eq стабильных окислительных процессов.

3. Зона eq неустойчивых величин ОВ-потенциалов. Это те eq почвы, в которых eq развитие окислительно-восстановительных процессов eq характеризуется пятнистостью, очаговостью и eq существенно зависит от eq погодных условий; эквипотенциальные eq линии образуют причудливый eq рисунок. В сухие годы или eq сезоны пространственное распределение eq окислительно-восстановительных процессов в eq таких почвах приближается к eq распределению в зоне eq стабильных окислительных процессов.

4. Переходные зоны eq между устойчивыми окислительными и eq устойчивыми восстановительными полями. Для них eq характерно очень частое eq расположение эквипотенциальных линий. Эти зоны eq встречаются на периферии eq торфяников или почв с eq близкими грунтовыми водами, по eq берегам рек и eq водоемов, в местах eq выхода на поверхность eq почвенно-грунтовых вод (Ковриго В.П., 2000).

В сельскохозяйственном eq отношениитипизация окислительно-восстановительных eq режимови состояний почв eq должнабыть дополнена eq подразделениемдиапазона окислительных eq потенциалов(для почв это eq преимущественноинтервал от -200 до +700 мВ) на eq болееили менее eq узкиеинтервалы, в eq соответствиис их eq влияниемна развитие eq отдельныхкультур. Такая eq градациянеобходима для eq решениявопроса о eq необходимостимелиоративного регулирования eq окислительногорежима используемых почв и для eq правильноговыбора культур, eq выращиваемыхна почвах с eq различнойокислительно-восстановительной обстановкой. Одна из eq первыхпопыток в этом eq направлениибыла сделана Н. К. eq Хтряном,который для ряда почв eq Армениипредложил использовать eq следующуюшкалу ОВ-потенциалов eq (таблица 2).

Таблица 2. eq Шкала окислительно-восстановительных потенциалов

(Хтрян Н.К., eq 1976)

Характер процессов ОВП, мВ

Интенсивно восстановительные <200

Умеренно восстановительные 200-300

Слабо восстановительные 300-400

Слабо окислительные 400-500

Умеренно окислительные 500-600

Интенсивно окислительные >600

Рассмотрим далее eq окислительные состояния главных eq типов почв по eq Орлову Д.С.(2005).

Профильные кривые eq распределения ОВ-потенциалов для eq большинства автоморфных и eq гидраморфных почв можно eq подразделить на две eq основные группы. Почвы eq первой группы характеризуются eq сравнительно однородным окислительным eq профилем при некоторой eq общей тенденции к eq повышению или понижению eq окислительного потенциала вниз по eq профилю. Во вторую eq группу входят почвы с eq дополнительным грунтовым увлажнением; в eq таких почвах наблюдается eq резкая смена окислительного eq режима по профилю, и eq величиныОВ-потенциалов eq быстро падают в eq нижних оглеенных горизонтах; eq окислительные или умеренно eq окислительные условия сменяются в этих eq горизонтах восстановительными.

Величины окислительных eq потенциалов и характер их eq профильного распределения eq приведены на рис. 2.



Рисунок 2 - eq Изменение окислительно-восстановительного потенциала в eq профилях разных почв: eq 1-дерново-сильноподзолистая среднесуглинистая гeq лееватая; 2-то же, легкосугeq линистая; 3-дерново-подзолистая супесчаная; 4-то же, что (l), но без eq признаков оглеения; eq 5-лугово-болотная пойменная;

6-торфянисто-железисто-глеевая; eq 7-ожелезненный пойменный торфяник;

8- лугово-гeq леевая тяжелосуглинистая; 9- eq чернозем обыкновенный;

10- лугeq ово-черноземная; 11-дерново-луговая eq пойменная; 12, 13-солончак

(Орлов Д. С. и др., 2005)

В дерново-подзолистых пeq очвах летом потенциалы eq верхних горизонтов близки к eq 450-550 мВ, и их eq изменения сильно зависят от eq конкретных погодных условий. eq Минимальные значения ОВeq -потенциалов в верхних eq горизонтах почв обусловлены eq микробиологической деятельностью и eq влиянием органического вещества как eq фактора, стимулирующего развитие eq микрофлоры.

Повышение потенциалов в eq средней части профиля, по eq крайней мере частично, eq объясняется высоким содержанием eq свободных и слабокристаллизованных eq соединений оксидного железа. В eq наиболее глубоких горизонтах eq дерново-подзолистых почв можно eq заметить тенденцию к eq падению ОВ-потенциалов; в этих eq горизонтах аэрация весьма eq ограничена. Наиболее ясно eq падение потенциалов выражено в eq подверженных оглеению горизонтах.

В профилях eq пойменных луговых и eq торфянистых почв величины eq окислительных потенциалов ниже, чем в eq дерново-подзолистых, и уже в eq верхних горизонтах часто eq находятся в пределах eq 400-440 мВ. В eq верхней части профиля этих eq почв, как и в eq дерново-подзолистых, потенциалы несколько eq неустойчивые; ниже 20-30 см eq заметно отчетливое повышение eq потенциалов. Характерным отличием от eq дерново-подзолистых почв служит eq резкое падение ОВeq -потенциалов при переходе к eq воданасыщенным горизонтам почв. В них eq потенциалы падают до eq 250-300 мВ и eq ниже. Отсюда следует, что eq воданасыщенность почвы прямо или eq косвенно влияет на eq уровень ОВ-потенциалов, в eq частности, за счет eq снижения поступления кислорода eq воздуха. Однако eq связь ОВ-потенциала с eq влажностью далеко не eq всегда однозначна. Например, eq дождевая вода, обогащенная eq кислородом, может способствовать eq повышению окислительного потенциала (eq Орлов Д. С. и др., 2005).

В черноземах, eq лугово-черноземных почвах, некоторых eq пойменных луговых и eq дерновых почвах окислительный eq профиль близок к eq профилюдерново-подзолистых eq почв.В eq верхнихгоризонтах этих почв eq потенциалыблизки к eq 500-550мВ.

Равномерность распределения eq величин ОВП по eq профилю зависит от eq глубины проникновения и eq равномерности пространствеиного распределения eq корневых систем, от eq степени перерытости профиля eq почвенными животными, скоплений eq карбонатов и других eq факторов.

Влажные солончаки, eq болотные, лиманные почвы eq южных регионов характеризуются eq небольшими величинами окислительных eq потенциалов даже в eq верхних горизонтах, не eq превышающих +200 мВ и eq снижающихся вниз по eq профилю до -50+ -100 мВ. eq Профильное распределение потенциалов в eq таких почвах может быть eq крайне неоднородным из-за eq быстрой вертикальной смены eq преобладающих элементарных процессов. В eq таких почвах могут eq чередоваться органогеинные eq горизонты, представленные скоплениями eq органических остатков типа eq наилков или войлока, eq охристые горизонты скопления eq оксидных соединений железа, eq яркие глеевые горизонты; в eq ильменно-болотных почвах часто eq выделяется сероводород. В eq таких условиях на eq общем фоне развития eq восстановительных процессов и eq низких величин ОВeq -потенциалов можно наблюдать как eq резкие скачки ОВ-eq потенциалов, так и eq сравнительно равномерное их eq распределение по профилю (eq Орлов Д. С. и др., 2005).

3.5. Оценка eq окислительно-восстановительного состояния почвДля количественного eq выражения окислительно-восстановительного eq состояния почвы eq используют окислительно-восстановительный потенциал. eq Агрономическая интерпретация его eq значений показана в eq таблице 3.

Таблица 3. eq Агрономическая оценка окислительно-восстановительных eq условий почв (eq Тайчинов С.Н., 1964)

Параметры Градация параметра для eq сельскохозяйственных культур

благоприятная неблагоприятная очень неблагоприятная

Возможное падение Еheq ранней весной, мВ <450 350-200 <200

Время развития eq весенного анаэробиза (Eh<320 мВ), дни ≤5 5-10 >10

Возможное падение Eh в eq течение 5 дней при eq орошении, мВ <450 350-200 200

Усредненные показатели этой eq таблицы различаются для eq разных почв и eq культур. Диапазон приемлемых для eq жизнедеятельности растений Eh eq находится в пределах eq 550-750 мВ для eq дерново-подзолистых почв, 400-600 для eq черноземов, 350-400 мВ для eq сероземов. Падение потенциала до 320 мВ eq вызывает развитие процессов eq денитрификации, потенциал 200 мВ и ниже eq свидетельствует о глубоком eq анаэробиозисе в почве. eq Диапазон восстановительных условий eq делят на интенсивно-восстановительные eq (ОВП<200 мВ), умеренно eq восстановительные (200-300 мВ), eq слабовосстановительные (300-400 мВ).

Создание восстановительной eq обстановки в почвах eq обусловлено в основном eq накоплением в них eq продуктов анаэробного распада eq органического вещества, а eq также восстановленных минеральных eq соединений, образующихся по eq схеме: Fe3+ - Fе2+, Mn4+ - Mn2+, NO3- - NO2- - NH3, SO42- - H2S, PO43- - РН3, Cu+ - Cu2+, Co2+ - Co3+.

При величине Eh ниже 480 мВ eq нитраты восстанавливаются в eq нитриты, при Eh<340 мВ eq нитриты преобладают, а при rН2=27 eq наблюдается преобладание окислительных eq процессов, при rН2<27 eq преобладают восстановительные процессы, а при rН2<20 eq протекают интенсивные восстановительные eq процессы.

Об интенсивности eq восстановительных процессов в eq почве нередко судят по eq количеству закисного железа, eq извлекаемого 0,1 н. H2SO4.

Отрицательное влияние eq оглеенияна почвы и eq растениявесьма многопланово. eq Помимотоксичности соединений eq двухвалентногомарганца, закисных форм eq железаи других eq восстановленныхсоединений оглеение eq приводитк значительному eq ухудшениюазотного и eq фосфорногорежимов почв, их eq физическихи физико-механических eq свойств (Тайчинов С.Н., 1994).

Ухудшение азотного eq режима связано с eq подавлением нитрификационных процессов, eq развитием денитрификации. Ухудшение eq фосфатного режима обусловлено eq трансформацией растворимых соединений eq фосфора почвы и eq удобрений в труднодоступные eq формы вследствие связывания eq фосфат-ионов несиликатными полутораоксидами.

Оглеение почвы eq приводит к разрушению eq структуры, плотной упаковке eq частиц и соответственно eq резкому уменьшению пористости. eq Временное оглеение продолжительностью 7-10 дней и eq более отрицательно сказывается в eq последующем на развитии eq растений, снижает их eq продуктивность и может eq привести к гибели (Роде eq А.А., 1984).

Таким образом, оeq кислительно-восстановительные реакции и eq процессы наиболее часто eq изучают в связи с eq преобразованием или изменением почв под eq влиянием избыточного увлажнения. eq Главное внимание обращается на eq восстановительную трансформацию соединений eq железа, марганца, азота, eq серы. Главным окислителем в eq почвах является свободный eq кислород почвенного воздуха и eq кислород, растворенный в eq почвенной влаге. Большая eq часть ОВ eq реакций имеет биохимическую eq природу.

Для количественной eq характеристики окислительно-восстановительных процессов в eq почве определяют величину eq окислительно-восстановительного потенциала, eq измеряемого в милливольтах.

ОВ-потенциал eq почвы, равный 200 мв и ниже, eq неблагоприятно влияет на eq плодородие почв и eq указывает на необходимость eq проведения мероприятий по eq регулированию окислительно-восстановительного  режима  eq почвы.

4. Роль eq окислительно-восстановительного состояния почв в eq почвообразовании и плодородии почвЗначение ОВ-процессов в eq почвообразовании и плодородии eq исключительно велико и eq проявляется в их eq влиянии на процессы eq превращения органических и eq минеральных веществ, их eq миграцию и аккумуляцию.

Конкретное проявление eq такого влияния выражается в eq темпах и качественной eq направленности превращения растительных eq остатков (соотношении процессов их eq минерализации, гумификации и eq консервации). Так, избыточное eq увлажнение и развитие eq восстановительных процессов замедляют eq минерализацию и гумификацию, eq способствуют образованию наиболее eq подвижных и активных форм eq органического вещества (фульвокислот, eq различных соединений неспецифической eq природы) и формированию eq оторфованных горизонтов. Кроме eq того, влияние ОВ-процессов eq выражается в превращении eq минеральных веществ и eq прежде всего соединений eq элементов переменной валентности eq (азота, фосфора, серы, eq железа, марганца и др.) (eq Перельман А. И., eq Касимов Н. С., 2000).

Оглеение — eq яркая форма превращения eq окисных соединений железа в eq закисные формы при eq развитии восстановительных процессов. eq Падение ОВ-потенциалов ниже 350 мВ eq вызывает заметное развитие eq денитрификации и сопровождается eq потерями азота из eq почвы в газообразной eq форме (NO, N2O, N2). При eq развитии контрастного ОВ-режима в eq пахотных горизонтах почвы eq происходит накопление несиликатных eq подвижных соединений гидроксидов eq железа, которые связывают eq фосфор почвы и eq удобрений в трудноусвояемые eq растениями формы. Процессы eq окисления органических соединений до eq образования простых солей eq (минерализация) способствуют мобилизации eq элементов питания растений.

Восстановление серы, eq марганцаприводит к eq образованиюH2S, Мn2+, eq повышенное содержание которых eq угнетает развитие растений и eq может вызвать их eq гибель.

Влияние ОВ-процессов eq заключается также в eq усилении или ослаблении eq миграции отдельных элементов. Так, eq восстановительные процессы повышают eq миграционную способность марганца, eq железа и многих eq других элементов, в том eq числе тяжелых металлов.

Возникновение на пути eq миграции элементов в eq восстановленной форме окислительной eq среды (окислительные барьеры) eq приводит к их eq осаждению (аккумуляции) (Карпачевский eq Л.О., 2006).

Таким образом, с развитием окислительно-восстановительных процессов тесно связаны формирование почвенного профиля (гумусовых, торфяных, оглеенных, ожелезненных и других горизонтов), а также питательного режима, образование токсичных соединений и возникновение других важных для плодородия свойств почвы.

Приведенные примеры свидетельствуют о необходимости регулирования ОВ-состояния почв, поддержания его в режиме оптимального развития окислительных процессов и недопущения возникновения продолжительного и глубокого анаэробиозиса (преобладание восстановительного состояния).

5. Пути регулирования окислительно-восстановительного состояния почв в сельском хозяйствеВсе сельскохозяйственные растения (за исключением орошаемого риса) отрицательно реагируют на возникновение в почве устойчивых восстановительных процессов. Даже кратковременное их проявление (1-2 нед.) отрицательно сказывается на состоянии растений и некоторых свойствах почвы (ухудшение питательного, воздушного и микробиологического режимов, появление токсичных соединений и др.). Чем активнее и продолжительнее развиваются восстановительные процессы, тем медленнее почва возвращается в свое исходное ОВ-состояние до их возникновения, тем сильнее ухудшается последующее состояние растений.

Постоянно избыточно высокие ОВ-потенциалы способствуют повышению минерализации органического вещества, в том числе гумуса, снижают подвижность некоторых элементов. Поэтому необходимо поддерживать оптимальный уровень ОВ-потенциала. Его ориентировочные параметры могут быть определены, исходя из тех значений, которые типичны для конкретных почв в условиях их нормального водно-воздушного режима.

Так, для дерново-подзолистых почв ОВ-потенциал составляет 550-750 мВ, черноземов и каштановых — 400-600, для сероземов — 350-450 мВ. Приемы регулирования окислительно-восстановительного состояния почвы основываются на учете роли рассмотренных факторов (аэрация, органическое вещество, влажность и др.) в их проявлении.

Регулирование окислительно-восстановительного режима достигается различными путями: осушением почв, затоплением, вспашкой, рыхлением, мульчированием, внесением в почвы органических компонентов, стимулирующих развитие микрофлоры. Если для переувлажненных почв главной задачей является усиление окислительных процессов, то для многих почв степных и сухостепных районов может быть поставлена и обратная задача снижения окислительного потенциала, что способствует мобилизации питательных элементов.

Одним из методов регулирования ОВ-потенциала может быть изменение реакции почвенного раствора путем известкования кислых почв и подкисления щелочных почв.

К весьма распространенным почвам с неблагоприятными водно-воздушным и окислительно-восстановительным режимами относятся почвы временного избыточного увлажнения, приуроченные к отрицательным элементам микрорельефа. Наиболее часто такие почвы встречаются среди дерново-подзолистых, развитых на покровных суглинках, и реже на морене.

Переувлажнение верхних горизонтов таких почв обусловлено застаиванием поверхностных вод по микрозападинам в связи с низкой водопроницаемостью подпахотных и нижележащих горизонтов. Регулирование окислительно-восстановительного режима почв таких участков связано с устранением микронеровностей пахотных угодий; практикуют применение капитальных планировок поверхности пашни, применяют также текущую планировку полей при их обработке специи-альными плугами.

Основным приемом регулирования окислительно-восстановительного режима тяжелых почв является комплекс мелиоративных мероприятий, направленных на устранение явлений сезонного переувлажнения верхних горизонтов. Первостепенное значение приобретают создание мощного пахотного горизонта, рыхление подпахотных горизонтов, сопровождаемые внесением органических и минеральных удобрений, известкованием (Добровольский Г.В., 1990).

ВыводыНа основании проведенного исследования литературы можно следать следующие выводы:

1. Окислительно-восстановительные реакции протекают во всех почвах и являются одними из ведущих в процессах почвообразования.

2. Реакции окисления всегда сопровождаются реакциями восстановления и протекают сопряженно.

3. Способность почвы вступать в окислительно-восстановительные реакции измеряется окислительно-восстановительным потенциалом. Окислительно-восстановительный потенциал (ОВП) — разность потенциалов, возникающая между почвенным раствором и электродом из инертного металла (платины). Измеряется ОВП при помощи потенциометра. ОВП по отношению к водороду обозначается символом Eh, измеряется в милливольтах.

4. Основным окислителем в почве является молекулярный кислород почвенного воздуха и почвенного раствора. Основными восстановителями — продукты анаэробного распада органического вещества и жизнедеятельности микроорганизмов. Микроорганизмы в процессе жизнедеятельности поглощают кислород почвенного воздуха и содержащийся в составе органических веществ и переводят минеральные соединения железа, марганца и др. в восстановленные формы. Поэтому большая часть окислительно-восстановительных реакций в почвах имеет биохимическую природу.

5. Главными условиями, определяющими интенсивность и направленность окислительно-восстановительных процессов в почвах, является состояние увлажнения и аэрации почв, содержание кислорода в почвенном растворе, содержание легкоразлагаемого вещества и температура почвы.

6. И.С. Кауричев и Д.С. Орлов предложили выделять следующие типы окислительно-восстановительного режима:

- почвы с абсолютным господством окислительных процессов — автоморфные почвы семигумидных — экстрааридных областей (чернозёмы, каштановые и др.);

- почвы с преобладанием окислительных процессов — автоморфные почвы гумидных и экстрагумидных областей (подзолистые, краснозёмы и др.);- почвы с контрастным окислительно-восстановительным режимом — полугидроморфные (глееватые и глеевые) почвы различных областей;

- почвы с устойчивым восстановительным режимом — болотные (гидроморфные).7. Агроэкологическое значение окислительно-восстановительных условий определяется большой ролью их в процессах почвообразования и в плодородии почв. В условиях восстановительной обстановки в почвах протекает глеевый процесс, при этом увеличивается подвижность многих соединений, в том числе железа, марганца, фосфора; почвы приобретают сизую (восстановленное железо) окраску с ржавыми (охристыми) пятнами (окисленное железо) по трещинам и ходам корней. Почва теряет структуру, подвижные соединения железа и марганца достигают токсичных концентраций. В почвах, обогащенных органическим веществом усиливаются процессы денитрификации и происходит образование сероводорода. В условиях промывного водного режима с восстановительной обстановкой проявляется элювиально-глеевый процесс.

8. Регулирование ОВ-состояния 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 др.

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 узкозагонной 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 сидератов).

Библиографический списокАлександровский А.Л. Отражение природной среды в почвах // Почвоведение, 1996. №3.- С. 277-287.

Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу. - М.: Изд-во Моск. ун-та, 1970.- 487с.

Аристовская Т.В. Микробиология процессов почвообразования. – Л.:Наука, 1980. -187 с.

Базилевич Н.И., Родин Л.Е. Методы изучения биологического круговорота в различных природных зонах. - М.: Мысль, 1978.-183с.

Беус А.А., Грабовская Л.И., Тихонова Н.В. Геохимия окружающей среды. - М.: Недра, 1976. - 248с.

Водяницкий Ю.Н. Химия и минералогия почвенного железа. – М.: Почвенный институт им. В.В. Докучаева, 2003. - 238 с.

Возбуцкая А. Е. Химия почвы. – М. : Высшая школа, 2010. – 427 с.

Воробьева Л.А. Лекции по химическому анализу почв. – М.: МГУ, 1998. – 150 с.

Воробьева Л. А. Методы валового анализа органической части почвы // Химический анализ почв : учебник. – М. : Изд-во МГУ, 1998. – С. 39–67.

Гаврилюк Ф.Я. Бонитировка почв. – Ростов-на-Дону: Феникс, 2004. – 228с.

Ганжара Н.Ф. Почвоведение. – М.: Колос, 2001. - 392 с.

Герасимов И.П. Генетические, географические и исторические проблемы современного почвоведения. - М.: Наука, 1976.-297с.

Герасимова М.И., Строганова М.Н. Можарова Н.В. Антропогенные почвы: генезис, география, ракультивация. Учебное пособие. / Под редакцией академика РАН Г.В. Добровольского. - Смоленск: Ойкумена, 2003.-268 с.

Гилев В.Ю. Оксидогенез и редуктогенез в почвах на элювии и делювии пермских глин среднего Предуралья: автореф. дис. ... канд. сельскохозяйственных наук: 06.01.03, 03.00.27 Агропочвоведение, агрофизика (почвоведение) / М., 2007. 141 с.

Гришина Л. А. Гумусообразование и гумусное состояние почв. – М.: Изд-во МГУ, 1986. – 244 с.

Добровольский Г.В., Никитин Е.Д. Функции почв в биосфере и экосистемах (экологическое значение почв) - М.: Наука, 1990. —261с.

Зайдельман Ф.Р. Генезис и экологические основы мелиорации почв и ландшафтов: учебник. - М.:КДУ, 2009. -720с.

Земледелие/ Под ред. А.И. Пупонина. – М.: Колос, 2000. – 552 с.

Зонн С.В. Современные проблемы генезиса и географии почв. - М.: Наука, 2006.- 168с.

Карпачевский Л.О.,Бабанин В.Ф. Формы соединений железа в почвах и методы их изучения. // Вестник МГУ. Серия биология. 1974. № 2.- С.54-66.

Карпачевский Л.О. Экологическое почвоведение. - М.: Изд-во МГУ, 2006.- 123 с.

Кауричев И.С. Почвоведение. Учеб. для высших сельскохозяйственных учебных заведений / Под ред. И.С. Кауричева. - М.: Агропромиздат, 1989 - 719 с.

Ковриго В.П. Почвоведение с основами геологии. – М.: Колос, 2000. – 416 с.

КононоваМ. М. Окислительно-восстановительный потенциал, как метод характеристики почвенных условий при различных способах орошения. // Почвоведение, 1932, № 3. - С. 365-376.

Лархер В. Экология растений. - М.: Высшая школа, 1979. - 367 с.

Научные основы системы земледелия. 2-е изд, перераб. и доп. - М.: Колос, 1985. – 328c.

Орлов Д. С., Садовникова Л. К., Суханова Н. И. Химия почв. – М.: Высшая школа, 2005. – 558 с.

Перельман А. И., Касимов Н. С. Геохимия ландшафта. - М.: Астрея, 2000. – 698 с.

Перельман А.И. Геохимия. - М.: Высшая школа, 1989. - 528 с.

Почва. Город. Экология. - М.: Фонд «За экономическую грамотность», 2009.-320с.

Ремезов Н.П. Физико-химические методы исследования почв. - М.: Сельхозгиз, 1931.

Роде А.А. Генезис почв и современные процессы почвообразования. - М.: Наука, 1984.- 256с.

Роде А.А. Система методов исследования в почвоведении. -Новосибирск, 1971.- 92с.

Розанов Б.Г. Морфология почв. - М.: Изд-во МГУ, 1983.-320с.

Розанов Б.Г. Почвенный покров земного шара. - М.: Недра, 1977.-248с.

Сает Ю.Е., Ревич Б.А., Янин Е.П. Геохимия окружающей среды.- М.: Недра, 2005. - 335с.

Сапрыкин Ф.Я. Геохимия почв и охрана природы. – М.: Недра, 1984. - 231с.

Сердобольский И.П. Химия почвы. – М.: АН СССР, 1953. – 174 с.

Справочник агронома Нечерноземной зоны /Под ред. Г.В. Гуляева. - М.: Агропромиздат, 1990. – 575 с.

Справочник химика. Т. 3. Химическое равновесие и кинетика. Растворы. Электрохимия. Аналитическая и техническаяя химия / ред. Б. П. Никольский. - Ленинград: Государственное научно-техническое издательство химической литературы, 1952. - 1192 с.

Тайчинов С.Н. Почвоведение. – М.: Колос, 1964. – 376 с.

ХтрянН.К. Основные задачи и общие методы изучения почвенного режима. Ереван, 1976.