Вопрос 56. Окислительно – восстановительные процессы почвы.

Окислительно-восстановительные свойства почвы — это ее способность проявлять себя как окислительно-восстановительная система (ОВС). В почве широко распространены окислительно-восстановительные процессы, имеющие большое значение в почвообразовании и плодородии почв. Процессами окисления называют: присоединение кислорода; отдачу водорода; и электронов без участия водорода, и кислорода.

В почве присутствуют разнообразные органические и минеральные вещества, способные вступать в реакции окисления и восстановления. В почвах имеется несколько систем. Среди минеральных веществ часто встречаются ОВС типа Fe³⁺ — Fe²⁺, Mn⁴⁺ — Mn³⁺ — Mn²⁺, (SO₄)^2- — H₂S, NO₃^— — NO₂^—, Cu²⁺ — Cu⁺.

Реакции окисления-восстановления всегда протекает одновременно. В них участвуют два или несколько веществ, одни из которых теряют электроны и окисляются (реакция окисления), другие приобретают электроны и восстанавливаются (реакция восстановления). Основным окислителем в почве является молекулярный кислород почвенных воздуха и раствора, присутствие окислителей Fe³⁺, Mn⁴⁺, S⁶⁺ — невелико.

Образование восстановительных условий в почве связано с накоплением продуктов анаэробного распада органического вещества почвы и жизнедеятельности микроорганизмов. Большая часть окислительно-восстановительных реакций в почве имеет биохимическую природу и связана с микробиологическими процессами. Микроорганизмы поглощают кислород, содержащийся в почве переводят минеральные соединения в восстановленные формы, выделяя в почву диоксид углерода.

Большинство окислительно-восстановительных реакций в почве идет необратимо. Это реакции окисления органических веществ, также некоторые реакции, связанные с превращениями азота серы. К обратимым относятся реакции окисления-восстановления железа и марганца. Для количественной характеристики реакции используется окислительно-восстановительный потенциал (ОВП).

ОВП — это разность потенциалов, возникающая между почвенным раствором и электродом из инертного материала, помещении в почву). Кислород почвенного раствора и продукты жизнедеятельности микрофлоры определяют ОВП в почвах. От содержания кислорода зависит верхний предел ОВП — до +700 (+750) мВ, характеризуемый показателем Eh, который измеряется в милливольтах (мВ). Накопление восстановленных соединений доводит ОВП до нижнего предела (— 100 мВ). Низкие потенциалы при интенсивно идущих восстановительных реакциях, как и слишком высокие, характеризуют неблагоприятные условия для растений.

Окислительно-восстановительные процессы и реакции имеют большое значение в формировании генетических профилей почв и их плодородия. Устойчивая восстановительная обстановка при избыточном увлажнении (анаэробиоз) замедляет разложение растительных остатков, обусловливая развитие болотного процесса и накопление торфа. При уровне ОВП от +250 мВ и ниже накапливаются восстановленные соединения железа, марганца, ртути в количествах, токсичных для растений. Анаэробиоз способствует появлению в почвах сероводорода, соды, этилена, фосфина, угнетающих рост и развитие растений. При затрудненной аэрации (воздухообмене) и возникновении восстановительных условий в почвах развивается процесс денитрификации. С ним связаны основные потери азота из почвы в виде оксидов азота, молекулярного азота и аммиака.

При смене восстановительных условий окислительными происходит сегрегация соединений оксидов железа и марганца и образование железисто-марганцевых конкреций, ортштейнов, бобовин и пр. При резко окислительной обстановке ухудшается питательный режим почвы. При ОВП от +700 до +750 мВ падает подвижность железа и марганца, они становятся труднодоступными для растений, что может привести к их гибели. При ОВП от +550 до +600 мВ в почвах активно развивается процесс нитрификации, в ходе которой аммиак окисляется до нитритов и нитратов.

Регулирование окислительно-восстановительных состояний 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 другое.

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 узко загонной 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 сидеритов).