И определяющие их факторы

Окислительно-восстановительные процессы

Окислительно-восстановительные режимы почв

Регулирование воздушного режима почвы

Главным условием оптимизации воздушного режима является поддержание оптимального структурного состояния почвы, что достигается различными средствами систем земледелия, в том числе применением органических удобрений. Важную роль в регулировании воздушного режима играет обработка почвы, направленная на создание достаточно мощного пахотного слоя, устранение плужной подошвы. При обеспечении этих условий перспективна минимизация обработки почвы вплоть до полного отказа на почвах с благоприятными физическими свойствами. В результате минимизации заметно сокращается эмиссия СО₂, что связано, в частности, с уменьшением интенсивности процессов минерализации органического вещества.

Поскольку воздушный режим зависит от состояния увлажнения почвы, то его оптимизация в большой мере связана с регулированием водного режима, особенно в условиях орошения и осушения почв. При этом необходимо поддержание уровня грунтовых вод на глубине, обеспечивающей достаточную аэрацию корнеобитаемого слоя. Необходимо устранение почвенной корки, которая особенно часто появляется при орошении почв.

Почва может рассматриваться как сложная окислительно-восстановительная система. В ней протекает множество окислительно-восстановительных (ОВ) процессов, оказывающих существенное влияние на почвообразование и плодородие.

Реакции окисления и восстановления протекают одновременно. В них участвуют два или несколько веществ, одни из которых теряют электроны и окисляются (реакция окисления), другие приобретают электроны и восстанавливаются (реакция восстановления). Донор электронов называется восстановителем, а акцептор окислителем.

Часть протекающих в почве ОВ реакций имеет обратимый характер, большинство из них идет необратимо. Примером обратимых реакций могут служить реакции окисления и восстановления железа (Fe³⁺ ↔ Fe²⁺), марганца (Mn⁴⁺ ↔ Mn²⁺), азота (N⁵⁺ ↔ N³⁺); к необратимым реакциям относятся большинство реакций окисления органических веществ, некоторые реакции, связанные с превращением соединений азота и серы.

Соотношение в почве в конкретный период наблюдений окислительных и восстановительных процессов, сопровождающихся накоплением окисленных или восстановленных продуктов этих реакций, характеризует окислительно-восстановительное (ОВ) состояние почвы.

Для количественной оценки ОВ-состояния обычно пользуются понятием окислительно-восстановительного потенциала (ОВП) как функции состояния окислительных и восстановительных форм химических элементов в почве. ОВП почвы устанавливают как разность потенциалов, возникающую между почвенным раствором и электродом из инертного металла (платины), помещенным в почву. Измеряется ОВП при помощи потенциометра. В качестве электрода сравнения используют каломельный электрод. Выражается ОВП, как правило, в милливольтах. ОВП обозначают символом Eh (ОВП по отношению к водороду).

По величине Eh можно судить о преобладании в почве окислительных или восстановительных процессов, условиях обеспечения корней растений кислородом и т. д. Благоприятное ОВ-состояние почвенной среды характеризует величина Eh в пределах 450— 700 мВ. Показатели в 250—300 мВ и ниже свидетельствуют о заметном развитии восстановительных процессов и создании неблагоприятных для растений условий аэрации в почве. При глубоком анаэробиозе и господстве восстановительных процессов Eh может достигать отрицательных значений (—100 мВ).

Для сравнительной оценки ОВ-состояния почв с различной реакцией среды используется индекс аэробности (rH₂):

rH2=	Eh	+2pH

Величина гН₂ 27 характеризует рубеж перехода от окислительного состояния к восстановительному (и наоборот). При величине гН₂ > 27 в почве преобладают окислительные процессы, а показатель гН₂ < 27 свидетельствует о нарастании восстановительных условий. При интенсивном развитии восстановительных процессов гН₂ снижается до 20 и менее. Характеристика ОВ-состояния почвы по показателям гН₂ позволяет получить сравнительную его оценку для почв с разной величиной их реакции.

Поскольку большая часть ОВ реакций в почве имеют биохимическую природу, и основным окислителем является кислород, содержащийся в почве, то главными факторами, оказывающими влияние на ОВ процессы в ней, являются аэрация, влажность, органическое вещество и температура.

При пористости аэрации 20% и более обеспечивается нормальный воздухообмен, скорость диффузии кислорода и ОВП не подвергается существенным изменениям. Снижении пористости аэрации до 10% и ниже резко нарушает поступление кислорода, что вызывает быстрое падение ОВ потенциала. При пористости 6% наступает интенсивное развитие анаэробных процессов.

Аэрация почвы связана с влажностью. В соответствии с вышеизложенным резкое падение ОВП происходит при влажности близкой к полной влагоемкости (≥90% ПВ). Эта граница, однако, существенно изменяется в зависимости от различных свойств почв (содержание органического вещества, наличие несиликатных полуторных окислов железа и др.) и зависит также от содержания кислорода в поступающей в почву воды. Если поверхностные или грунтовые воды обогащены растворенным кислородом, то несмотря на высокую степень увлажнения, в почве могут устойчиво сохраняться окислительные условия. Такая картина наблюдается, в частности, в аллювиальных почвах в период весеннего разлива рек, когда талые воды содержат большое количество кислорода. В этой же связи по разному сказывается на ОВ почв влияние проточных грунтовых вод в долинах рек и застойных – в бессточных приозерных и особенно прибалочных понижений.

Проявление ОВ процессов в почвах прямо связано с наличием органического вещества как основного источника энергии для микроорганизмов. Наиболее быстро изменение ОВ состояния почв при избыточном увлажнении происходит в гумусовых горизонтах. При этом наибольшее влияние на интенсивность восстановительных процессов оказывает свежее органическое вещество, богатое белковым азотом и углеводами.

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

Дата добавления: 2014-11-16