Предельно допустимое для плодовых культур содержание щелочных солей в слое 50-100 см, мг-экв0 г почвы (Иванов В.Ф.)

1. Понятие об окислительно-восстановительных процессах почв.

2. Факторы, влияющие на О-В процессы.

3. О-В потенциал как характеристика О-В процессов в почве. ОВП в различных типах почв и его изменение в течение вегетационного периода.

4. Напряженность О-В процессов в почве. О-В режимы почв и их значение.

5. Значение О-В процессов. Регулирование О-В состояния почв.

Литература: по Кауричеву (1989) стр. 248-254

1. 
   Понятие об окислительно-восстановительных процессах почв.
   

Процессами окисления называют:

1) присоединения кислорода
2) отдачу водорода
3) отдачу электродов без участия водорода и кислорода
Окисляются в почве разнообразные органические вещества, изменяются степени окисления железа ( ), марганца ( ), азота ( ), серы ( ), кислорода ( ), водорода ( ). Так, в почве возможно окисление дубильных веществ, сахаров, аминокислот, белков и др. соединений, входящих в состав растительных остатков. Гумификация – в целом процесс окислительный. Большинство реакций окисления органического вещества почвы необратимы. Основным окислителем в почве выступает кислород почвенного воздуха и почвенного раствора.

Процесс противоположный окислению называется восстановлением – это присоединение электрона восстанавливающимся элементом:

Соотношение в почве в конкретный период окислительных и восстановительных продуктов характеризует окислительно-восстановительное (О-В) состояние почвы.
2. Факторы, влияющие на О-В процессы.

Проявление О-В процессов в почве зависит от ее генетических свойств, водного, воздушного, температурного и биохимического режимов.

Развитие О-В процессов в почве зависит от:

1) аэрации, которая определяется структурой, плотностью, гранулометрическим составом и влажностью почв. Ухудшение аэрации в результате повышения влажности почвы, ее уплотнения, образования корки ведет к снижению О-В процессов. При пористости аэрации 18-20 % создается благоприятный воздухообмен почвы с атмосферой, что обеспечивает нормальные окислительные процессы. Пористость аэрации 10-12 % затрудняет поступление кислорода в почву и при нормальной микробиологической деятельности его расход не восполняется, что приводит к анаэробным процессам, при которых анаэробные микроорганизмы в качестве источника кислорода используют кислород минеральных соединений почвы. При этом образуются сероводород, углекислый газ, метан, ацетилен, подвижные формы алюминия, железа, марганца в токсичных концентрациях. При пористости аэрации менее 6 % - интенсивно развиваются восстановительные процессы.

Поэтому улучшение структуры, пористости почвы, поддержания плотности в пределах оптимальных величин (1,1 – 1,3 г\см³) имеют важное значение в создании нормального О-В состояния почвы.

2) влажности. При повышении влажности происходит снижение О-В процессов. Наиболее резко снижаются при влажности, близкой к ПВ (более 90 % ПВ), когда сильно нарушается нормальный газообмен почвенного воздуха с атмосферным. При 10 – 90 % ПВ – снижение ОВП в большинстве почв происходит медленно. Влияние влажности на О-В состояние проявляется в том, что с содержанием влаги тесно связана микробиологическая деятельность, почвенная фауна, растения и расход кислорода. Поэтому даже при ВРК – НВ происходит изменение ОВП.

3) температуры. С температурой связаны интенсивность жизнедеятельности почвенных микроорганизмов, расход кислорода, активность химических реакций, влияющих на О-В процессы. При избыточном увлажнении и при температуре более 10⁰ происходит быстрое возникновение восстановительных процессов и ухудшение условий роста растений. Переувлажнение в течение 5-7 дней при температуре 1-5⁰ не вызывает резкого изменения О-В состояния почвы. Т. о., при увеличении температуры возрастает скорость химических реакций, биохимических процессов, возрастает расход кислорода и проявляются восстановительные процессы.

4) содержания органического вещества. Этот фактор влияет неоднозначно. Свежее органическое, богатое белками и углеводами, являясь благоприятным материалом для жизнедеятельности микроорганизмов, способствует интенсивному расходу кислорода и развитию восстановительных процессов (в увлажненной почве). Сухость вызывает окислительные процессы.

Для количественной характеристики О-В состояния почвы пользуются определением ОВП, который отражает суммарный эффект разнообразных О-В систем почвы в данный момент.

Для этого используются потенциометры. На гладком платиновом электроде, погруженном в почвенный раствор, возникает О-В потенциал. Величина ОВП зависит от относительного содержания окислителей и восстановителей в системе. Согласно Петерсу ОВП выражается уравнением:

Eh = E₀ + RT/nF lg OX/Red, где

Eh – величина потенциала, мВ

E₀ – потенциал, возникающий на электроде при погружении в раствор

R – газовая постоянная

T - температура

n – количество электронов, участвующих в процессе

F – число Фарадея

OX – концентрация окислителей системы

Red - концентрация восстановителей системы

Eh = E₀ + 0,059 lg /n OX/Red

Для сравнения используют хлорсеребряный электрод.

Величина ОВП колеблется в пределах 200-700 мВ. Однако, этот интервал является условным и может изменяться в зависимости от различных условий. Более благоприятные условия для роста и развития растений является ОВП 350-600 мВ. При ОВП менее 200 мВ развиваются резковосстановительные процессы (образуются закисные формы железа).

200 – 300 мВ – умеренно восстановительные процессы.

300 – 400 мВ – слабовосстановительные.

400 – 500 – слабоокислительные.

500 – 600 – умеренно окислительные.

Более 600 – сильно окислительные процессы.

С О-В условиями в почве связано развитие микроорганизмов и особенно тех групп, от жизнедеятельности которых зависит азотный режим в почвах: клубеньковые бактерии клевера прекращают свой рост при повышении ОВП до 500 мВ; оптимальными условиями для процесса нитрификации являются 350-500 мВ; процесс денитрификации связан с падением ОВП. Сердобольский И.П. отмечает следующие границы О-В условий для превращения азотных соединений:

220 – 340мВ 340 – 480 мВ более 480 мВ

Нитриты нитриты – нитраты нитраты

Различные почвы характеризуются своими особенностями в развитии О-В процессов. В подзолистых и дерново-подзолистых почвах ОВП 550 – 750 мВ; в черноземах – 400 – 600 мВ; сероземах – 350 – 450 мВ; в болотных – менее 200 мВ.

Ввиду сложной зависимости ОВП от разных условий, его величина меняется в течение года, месяца, дня, ночи, т. е. за вегетационный период.

Изменения ОВП за вегетацию (по Сердобольскому)

Напряженность О-В процессов в почвах в определенной мере связана с условиями реакции среды (рН), т. к. рН влияет на интенсивность и направленность микробиологических процессов. Для получения сравнимых данных по О-В условиям при различных значениях рН ученый Кларк предложил ввести показатель напряженности ОВП – rН₂ , который представляет 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.

О-В режимы почв – это соотношение О-В процессов в почвенном профиле в годичном цикле почвообразования. Различают следующие типы О-В режимов почв:

1) Почвы с абсолютным господством только окислительных процессов – автоморфные почвы степей, полупустынь и пустынь (черноземы, каштановые, бурые полупустынные, сероземы);

2) Почвы с господством окислительных процессов при возможном проявлении восстановительных условий в отдельные влажные годы или сезоны (автоморфные почвы таежно-лесной зоны, лесостепи, влажных субтропиков);

3) Почвы с контрастным О-В режимом (полугидроморфные почвы любых зон);

4) Почвы с устойчивым развитием восстановительных процессов (болотные, гидроморфные солончаки).
5. Значение О-В процессов. Регулирование О-В состояния почв.

Значение О-В процессов в почвообразовании и плодородии велико и проявляется в их: 1) влиянии 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) влиянии на превращение минеральных веществ: азота, фосфора, серы, железа, марганца и др. и их миграцию и аккумуляцию. Падение ОВП менее 350 мВ приводит к денитрификации (потери азота из почвы), теряется азот из почвы в газообразной форме (NO, N₂O, N₂). При развитии контрастного О-В режима в пахотных горизонтах почвы происходит накопление несиликатных подвижных соединений гидрооксидов железа, которые, которые связывают фосфор почвы и удобрений в трудноусвояемые растениями формы. Восстановление серы, марганца приводит к образованию H₂S, Mn²⁺. Повышенное содержание которых угнетает растения. 3) О-В процессы влияют на миграцию отдельных элементов. Восстановительные процессы повышают миграционную способность марганца, железа, тяжелых металлов.

Т. о., с развитием О-В процессов тесно связаны формирование почвенного профиля (гумусовых, торфяных, оглеенных горизонтов), питательного режима почв, образование токсичных соединений и возникновения других важных для плодородия свойств почв.

Поэтому необходимо регулировать О-В состояния почв.

Регулирование О-В состояния почв 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 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 др.

2) Осушительные мелиорации.

3) Оросительные мелиорации.