Окислительно-восстановительное состояние почв зонального ряда

министерство  сельского хозяйства российской федерации

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ – МСХА

 им. К.А. ТИМИРЯЗЕВА

(ФБГОУ ВПО РГАУ  – МСХА имени К.А. ТИМИРЯЗЕВА)

________________________________________________________________________________________________________

Факультет почвоведения, агрохимии и экологии

Кафедра почвоведение, геологии и ландшафтоведения

 

Курсовая  работа

по дисциплине методы почвенных исследований

на тему: «Окислительно-восстановительное состояние почв зонального ряда»

 

 

 

                  Выполнил: 

Студентка 302 группы

Ушакова Е. А.                                                                                                                             

Проверил:

Доцент Мамонтов В.Г.

                                                                                                                             Оценка курсовой работы   

                                                                                 

 

 

Москва 2013

Содержание:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение.

В почвах широко представлены разнообразные окислительно-восстановительные  процессы, оказывающие существенное влияние на формирование их генетического  профиля. Периодическая смена аэробных и анаэробных условий сильно влияет на проявление подзолистого процесса. Образование гумуса, структурное  состояние почв и их реакцию среды. Окислительно-восстановительные процессы осуществляются благодаря наличию в почвах веществ органической и минеральной природы, способных вступать в реакции окисления или восстановления. Механизмы реакций носят сложный и разнообразный характер. К окислению относят такую реакцию при которой происходит присоединение к веществу кислорода, потеря веществом водорода или потеря электрона. Обратные реакции соответствуют восстановлению. Если рассматривать окисление-восстановление как реакцию присоединения или отдачи электронов . Степень окисления иона равна его заряду. Ля многих химических элементов, входящих в состав почвы, характерны различные степени окисления. Наиболее активно окислительно-восстановительные процессы протекают при избыточном увлажнении почв. Однако они постоянно идут и в хорошо аэрируемых почвах.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 1. Окислительно-восстановительный потенциал почвы.

Окислительно-восстановительный  потенциал почвы (ОВП), количественная характеристика окислительно-восстановительного состояния почвы. Уровень ОВП отражает преобладание процессов окисления или восстановления; выражается в милливольтах (мВ) и измеряется потенциометрически при помощи электрода, погруженного во влажную почву. В почвах одновременно функционирует много систем, связанных с окислительно-восстановительными реакциями превращений соединений железа, марганца, азота, серы, окислением органических вещества и др. Основное влияние на окислительно-восстановительное состояние почвы оказывают кислород, растворенный в почвенной влаге и находящийся в равновесии с кислородом воздуха, свойства почвы и редуцирующие вещества, выделяемые микроорганизмами в процессе их жизнедеятельности. Напряженность окислительно-восстановит. процессов связана с условиями реакции среды, с величиной рН. От последней зависит переход в раствор компонентов некоторых окислительно-восстановительных систем почвы. Главные условия, определяющие интенсивность и направленность окислительно-восстановительных процессов — состояние увлажнения и аэрации почв, содержание органических вещества и деятельность микрофлоры. Для автоморфных почв характерны высокие уровни ОВП (550—750 мВ в подзолах, 400—600 мВ в черноземах, 350—450 мВ в сероземах). Орошение снижает ОВП. В гидроморфных почвах ОВП подвержен сильным сезонным колебаниям и при переувлажнении почв его уровень значительно снижается. Значения ОВП ниже 200 мВ соответствуют резковосстановительным условиям, в которых протекают процессы преобразования и возникают восстановленные формы соединений железа и марганца, образуются сульфиты и нитриты. Накопление последних токсически действует на большинство культурных растений. Виноградное растение высокочувствительно к изменениям окислительно-восстановит. условий в почве и при ОВП ниже 300 мВ страдает от хлороза.

2. Факторы, определяющие  развитие окислительно-восстановительных  процессов в почве.

К основным факторам, определяющим интенсивность и направленность окислительно-восстановительных процессов, относят температуру, влажность, условия  аэрации и органическое вещество почвы.

• Температура. При повышении температуры на 10 ⁰С скорость реакций возрастает в 2…4 раза, кроме того, от температуры существенно зависит растворимость компонентов, находящихся в твёрдой фазе почвы. Увеличение температуры до оптимальных значений особенно сильно влияет на интенсивность биологических и биохимических процессов, что соответствующим образом отражается на окислительно-восстановительном состоянии почвы. Низкие температуры (0 ⁰С) способствуют существенному ослаблению развития восстановительных процессов в почве. Повышение температуры до 25…30 ⁰С сопровождается резким усилением микробиологической активности и интенсивным потреблением кислорода, растворённого в воде. В результате этого происходит быстрое падение ОВП и развитие устойчивых восстановительных процессов.
• Влажность. Избыток влаги в почвах приводит к развитию восстановительных процессов. С динамическими изменениями влажности тесно связаны условия аэрации почвы, т. е. содержание свободного кислорода-важнейшего фактора развития окислительных процессов. Этим определяется основное влияние степени увлажнения почвы на её окислительно-восстановительное состояние. С содержанием влаги в почве связана интенсивность развития микробиологических процессов, а следовательно, и скорость использование микроорганизмами кислорода. При оптимальных для развития микрофлоры температурах кислорода почвенного раствора полностью расходуется в течение 1,5…2,0 сут в результате дыхания корней и потребления его микроорганизмами. Кроме того, с уровнем влажности почвы связано растворение или осаждение различных компонентов органической и минеральной части почвы прямо или косвенно (например, через воздействие на микробиологические процессы) влияющие на её окислительно-восстановительное состояние.
• Условия аэрации. На характер протекания окислительно-восстановительных процессов в почвах сильно влияют условия аэрации. Ухудшение аэрации в результате переувлажнения почвы, её переуплотнения, образования корки и других причин приводит к снижению ОВП. Наиболее резкое падение ОВП в гумусовых горизонтах почв происходит при значении пористости аэрации около 10%, что обусловлено нарушением газообмена почвенного воздуха с атмосферным и существенным замедлением скорости диффузии кислорода в почву.
• Органическое вещество. К важнейшим факторам, определяющим развитие окислительно-восстановительных процессов, относится органическое вещество почвы. Причём но играет двойственную роль . С одной стороны, в органическом веществе почве содержится большое количество соединений, непосредственно участвующих в окислительно-восстановительных реакциях. Так, фенол, полифенолы, аминокислоты, различные низкомолекулярные органические кислоты, отдельные фракции фульвокислот способны восстанавливать окисные формы железа и марганца. Многие продукты распада растительных остатков. В том числе лигнина, подвергаются в почвах химическому или биохимическому окислению, которое рассматривают как один из этапов процесса гумификации. С другой стороны, органическое вещество почвы вступает в качестве важнейшего источника элементов питания и энергии для микроорганизмов. Поэтому наличие в почве легкодоступных для микрофлоры органических соединений –один з главных факторов, определяющих интенсивность микробиологических процессов. Особенно ярко это проявляется при переувлажнении почв, содержащих свежее органическое вещество, богатое белковыми и углеродными компонентами. В этом случае происходит всплеск активности анаэробной микрофлоры, сопровождающийся быстрым и резким падением ОВП.

3. Окислительно-восстановительные  потенциалопределяющие системы  в почвах.

В почвах имеются различные  окислительно-восстановительные системы, как часто минеральные, так и органические. Многие из них ещё недостаточно изучены. Различают окислительно-восстановительные системы обратимые и необратимые. Обратимыми называют такие системы, которые в процессе изменения окислительно-восстановительного режима не меняют суммарный запас компонентов. Необратимые окислительно-восстановительные системы в процессе изменения окислительно-восстановительного режима утрачивают. Окислительно-восстановительный потенциал почвы-это некоторое среднее значение Eh отдельных систем, причём оно ближе к Eh той системы, окислительные или восстановительные формы которой содержатся в почве в наибольшем количестве. Такая система носит название потенциалопределяющей.

• Система Fe³⁺<->Fe²⁺. Из всех обратимых систем эта система одна из самых изученных, она занимает особое место, поскольку генезис многих почв гумидных областей связана с трансформацией соединений железа и их миграций в почвенном профиле.
• Система Mn⁴⁺<->Mn²⁺. Ион Mn²⁺ в кислотной среде устойчив практически во всём диапазоне характерных для почв ОВП. В нейтральной среде область существования этого иона ограничивается значениями Eh порядка 300 мВ. При увеличении Eh до 500…600 мВ происходит быстрый переход двухвалентного марганца в четырёхвалентный и уменьшение его концентрации практически до следовых количеств. В целом марганец довольно чутко реагирует на изменение ОВП. Особенно много восстановленного марганца образуется в кислых почвах при развитии анаэробных условий.
• Система сульфаты <->сульфиды. Эта система играет большую роль во всех почвах, где присутствуют и циркулируют сульфаты, особенно в условиях нейтрально в условиях нейтральной и щелочной реакции среды. В окислительно-восстановительных реакциях участвуют как минеральные, так и органические формы соединений серы, часть из них осуществляется чисто химическим путём, но большое значение имеют биохимические процессы. При участии соответствующих микроорганизмов система сульфаты<-> сульфиды в присутствии органического вещества и при недостатке кислорода резко сдвигается в сторону образования сульфидов. Эта реакция протекает в интервале ОВП от +100до -100мВ:

Na₂SO₄+2C+H₂CO₃->Na₂CO₃+2CO₂+H₂S.

• Система NO^-₃->NO^-₂->N₂. Все основные процессы превращений азота почвы и удобрений, а также его круговорот в системе «атмосфера-почва-растение» теснейшим образом связаны с окислительно-восстановительным состоянием почвенной среды. К наиболее важным циклам превращений азота в почвах относят процессы нитрификации и денитрификации.

Различают биологическую  денитрификацию и хемодентрификацию. Биологическая дентрификация обусловлена деятельностью дентрифицирующих микроорганизмов. Хемодентрификация- процесс восстановления нитратов в результате химических реакций. В почвах временного избыточного увлажнения (подзолистых, дерново-подзолистых и др.) хемодентрификация возможна за счёт реакции нитратов с водорастворимыми органическими соединениями почвы, содержащими фенольные и хинонные группы, или с двухвалентными ионами железа и марганца. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Скрынникова И.Н. Методы определения окислительно-восстановительных условий в почве.