Глава 12 ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ПОЧВАХ


Одним из факторов фазовых переходов веществ в почвах явля­ются окислительно-восстановительные процессы. Многие из них обратимы, и соединения элементов с переменной зарядностью мно­гократно переходят из одной фазы в другую.

Окислением (Ох) в химии называется процесс отдачи электро­нов химическими элементами, а восстановлением (Red) — их при­обретение:

Ox Red.

 

Окисление одного элемента, отдающего электроны, обязательно сопровождается восстановлением другого элемента, приобретающего их. Поэтому говорят об окислительно-восстановительных реакциях или процессах.

Главным окислителем в почвах является кислород почвенного воздуха и растворенный в почвенной влаге. В качестве восстанови­телей выступают органическое вещество, водород и сероводород. Некоторые реакции окисления, как, например, органических ве­ществ, необратимы. Гумификация и минерализация органических остатков при достаточном доступе кислорода воздуха — процесс окислительный — необратимый.

Многие окислительно-восстановительные процессы имеют об­ратимый характер: химические элементы многократно могут пере­ходить из окисленного в восстановленное состояние и обратно. Широко распространены обратимые процессы окисления и вос­становления железа (Fe3+ Fe2+), марганца (Мп4+ Мп2+), серы (S2 S6+), азота (N5+ N3+).

В обратимых окислительно-восстановительных процессах один и тот же элемент в зависимости от степени ионизации и условий среды (кислородной О2, бескислородной глеевой СН4, сероводород­ной H2S) является или окислителем, или восстановителем.

 

 

 

Состояние окислительно-восстановительных условий в почве
характеризуется особым показателем — окислительно-восстановительным потенциалом (ОВГ1) атомов или ионов относительно какой-либо стандартной окислительно-восстановительной реакции, потенциал которой приравнивается к нулю. В качестве такой реакции принято считать переход водорода из газообразного состояния в состояние иона:

Н2—2е = 2Н+.

Потенциал окислительно-восстановительной системы (в данном случае почвы) по отношению к нормальному водородному электрону обозначается индексом Eh; Eh = Е0 +0,0291g вольт (для температуры 18 °С). Окислительно-восстановительные процессы зависят от величины рН — в щелочной среде окисление идет при более
низких значениях Eh, чем в кислой (рис. 12.1). Кислотно-щелочные
условия окислительно-восстановительных реакций учитываются введением показателя гН2:

гН2 = 2РН.

Значения Eh колеблются от 600—750 мВ в хорошо аэрируемых почвах с окислительным режимом до 150—200 мВ в почвах переув­лажненных с восстановительными условиями; в резко восстанови­тельной сероводородной обстановке Еh опускается ниже нуля и при­обретает отрицательные значения.

Окислительно-восстановительные процессы зависят от кислот­но-основных условий (рН), в частности, эти условия влияют на сте­пень растворимости продуктов окисления или восстановления, ак­тивность микроэлементов и др. (см. рис. 12.1). Поэтому для сопос­тавления окислительно-восстановительных условий в почвах с различным значением рН пользуются показателем rН2. При значе­ниях rН2 27—30 — условия окислительные, в интервале 27—20 — восстановительные, < 20 — резковосстановительные.

Окислительно-восстановительный потенциал почв весьма не­однороден в пределах почвенного профиля и динамичен во време­ни. Его изменения связаны с изменением по профилю и по сезонам влажности почв, ее аэрации и содержания кислорода в почвенном воздухе и почвенном растворе. Существенно влияет на ОВП коли­чество органических веществ, выступающих как сильные восстано­вители. Восстанавливающая способность нарастает в ряду: расти­тельный опад — подстилки — гумусовый горизонт. Внешним про­явлением восстановительной обстановки в почвах являются признаки оглеения — появление сизо-серой, зеленоватой окраски в горизон­тах с низкими значениями ОВП.

По характеру протекающих окислительно-восстановительных процессов А.И. Перельман выделил три ряда почв:

1) почвы с преобладанием окислительной среды;

2) почвы с восстановительной глеевой обстановкой;

3) почвы с резковосстановительной сероводородной обстановкой.

И.С. Кауричев и Д.С. Орлов дали в соответствии с окислитель­но-восстановительным режимом и его динамикой более детальную группировку почв.

1.Почвы с абсолютным господством окислительной обстанов­ки — автоморфные почвы степей, полупустынь и пустынь.

2.Почвы с господством окислительных условий при возможном проявлении восстановительных процессов в отдельные влажные годы или сезоны — автоморфные почвы таежно-лесной зоны, влажных субтропиков и широколиственных лесов.

3.Почвы с контрастным окислительно-восстановительным ре­жимом (полугидроморфные почвы различных зон):

а) с развитием сезонных восстановительных процессов в верх­них горизонтах;

б) с развитием оглеения в нижних горизонтах;

в) с контрастной сменой окислительной и восстановительной обстановок по всему профилю.

4.Почвы с господством восстановительных условий по всему профилю:

а) с господством глеевой обстановки;

б) с господством сероводородной обстановки.

Окислительно-восстановительный режим в почвах имеет боль­шое значение в почвообразовании и плодородии почв. С ним связа­ны скорость и направление разложения органических остатков, гу­мификация и минерализация органических веществ.

Окислительно-восстановительные процессы контролируют фа­зовые переходы в почвах. Многие химические соединения элемен­тов с переменной зарядностью при смене окислительно-восстановительных условий многократно переходят из твердой фазы в жидкую, из жидкой в газовую и обратно. В почвах гумидных областей с периодическим переувлажнением широко распространены реак­ции окисления и восстановления железа (Fe3+ Fe2+) и марганца (Мп4+ Мп2+). При восстановлении железа и марганца их раство­римость в форме углекислых солей, органоминеральных комплек­сов повышается; они переходят в раствор, могут перемещаться в пределах данного генетического горизонта или выноситься за его пределы. Именно за счет периодических восстановительных про­цессов образуются отбеленные глеево-элювиальные горизонты. При смене восстановительных условий окислительными при участии спе­цифических микроорганизмов происходит сегрегация гидроксидов железа и марганца и формирование различного рода стяжений и конкреций. Реакции денитрификации и нитрификации (N5+ N3+) сопровождаются при восстановлении переходом азота из водора­створимых форм нитратов и нитритов в газовую фазу в форме ам­миака NH3, при окислении и нитрификации идет обратный про­цесс. Те же явления происходят при процессах десульфуризации и сульфуризации — окисление и восстановление серы (S6+ S2-). Ше­стизарядная сера сульфатов твердой и жидкой фаз почвы переходит в двухзарядную. Последняя может оставаться в твердой фазе в фор­ме сульфидов тяжелых металлов (FeS2 и др.) или переходить в со­стояние газа в форме сероводорода H2S.

В зависимости от водно-теплового режима, режима кислотно - щелочных условий и биологической активности рассмотренные выше процессы фазовых превращений веществ в почвах приобретают оп­ределенный ритм: суточный, сезонный и многолетний.

В своей совокупности они характеризуют современную динами­ку почв. Изучение динамики почв имеет большое практическое зна­чение, так как является научной основой для регулирования по­чвенных процессов и управления ими в целях повышения плодоро­дия почв.

Глава 13



Дата добавления: 2020-07-18; просмотров: 562;


Поиск по сайту:

Воспользовавшись поиском можно найти нужную информацию на сайте.

Поделитесь с друзьями:

Считаете данную информацию полезной, тогда расскажите друзьям в соц. сетях.
Poznayka.org - Познайка.Орг - 2016-2024 год. Материал предоставляется для ознакомительных и учебных целей.
Генерация страницы за: 0.011 сек.