подшелачиванию.
Буферность почв определяется также наличием в почвах простых солей (карбонаты, гипс, сульфаты и др.), которые могут взаимодействовать с растворами и ослаблять сдвиг реакции. Буферность почв имеет большое агроэкологическое значение, она определяет устойчивость почв к агрогенным и техногенным
воздействиям.
Глава 16. Почвенный раствор и окислительно-восстановительные процессы в почвах
Почвенные растворы
Почвенный раствор представляет собой жидкую фазу почв, которая формируется путем взаимодействия атмосферных осадков, поверхностного стока и грунтовых вод (при неглубоком залегании последних) с твёрдой, газообразной и живой фазами.
Почвенный раствор содержит минеральные, органические и органо-минеральные вещества в ионной, молекулярной, коллоидной форме и иногда в виде взвесей. Он также содержит растворенные газы: кислород, углекислый газ, аммиак. Количество почвенного раствора зависит от влажности почвы и колеблется в широких пределах — от долей и единиц до десятков процентов в минеральных почвах, до сотен процентов в торфяных.
Для выделения почвенных растворов используют различные методы:
отпрессовывание, вытеснение жидкостями или газами, Центрифугирование;улавливание почвенных растворов специальными прис\ь никами разных конструкций (лизиметрический метод);
метод водных вытяжек (наиболее часто применяемое со. отношение почва — вода 1:5);
стационарный метод изучения почвенных растворов в сс- тественном состоянии с помощью специальных приборов (наиболее часто применяются ионометрические методы с использованием специальных электродов для измерения pH, Eh,концентрации целого ряда катионов и анионов (Са2+, Mg2+, К+, NO3- и др.).
Каждый из этих методов обладает определёнными преимуществами и недостатками, которые обсуждаются в специальной литературе.
По данным К.К. Гедройца, коллоиды составляют от У4 до у общего количества веществ почвенного раствора. В почвенных растворах преобладают катионы Са2+, Mg2+, Na+, всегда присутствуют К+, NH4+, Н+, в почвах с кислой реакцией среды — АР', Fe3+, Fe2+. Из анионов преобладают С032, Cl-, S042'; присутствуют N03_, N02‘, Н2Р04, НР042. Железо, алюминий содержатся, в основном, в виде устойчивых комплексов с органическими веществами. Минерализация почвенных растворов невелика и в разных типах почв колеблется, возрастая с севера на юг, от десятков мг в подзолистых до нескольких граммов вещества на литр в черноземах и каштановых почвах, в засоленных почвах минерализация резко повышается до десятков и даже сотен граммов на литр.
Содержание органических веществ в почвенных растворах измеряется десятками и сотнями мг/л, повышенные концентрации их наблюдаются в подзолистых и болотных почвах таёжнолесной зоны. Органические вещества представлены в основном фульвокислотами и простыми органическим кислотами. Наиболее высокие концентрации органических веществ характерны для верхних горизонтов — лесной подстилки и гумусовых.
Реакция среды почвенных растворов (актуальная кислотность и щелочность) изменяется от кислой и слабокислой в подзолистых почвах северной и средней тайги, нейтральной в зоне чернозёмных почв до слабощелочной и местами щелочной в почвах аридных областей. Это связано с закономерными изменениями водного режима в почвах зонального ряда. При избытке влаги в почвах таёжно-лесной зоны основания и, прежде всего, щелочные металлы вымываются за пределы почвенного профиля, при непромывном водной режиме, в чернозёмах в пределах почвенного профиля всегда присутствуют карбонаты кальция и магния, a в
156
идных областей — водорастворимые соли и обменный почвах 0бусловливают щелочную реакцию почвенного ра-
натрии ^awg0Jiee ВЫсокая щелочная реакция обусловлена содовым сТВ°РаниеМ? ^ меньшей степени хлоридным и затем сульфатным. 3аС° С концентрацией и степенью диссоциации водорастворимых
тесНо связано осмотическое давление почвенного раствора, ^^наиболее высокое у засоленных почв. Если осмотическое давле-
„лаип или выше осмотического давления клеточного сока растение риопи Ж
й то прекращается поступление воды в растения, и они погиба- т Это является основной причиной бесплодия засоленных почв. Cvrnecmeyem выраженная динамика концентрации почвенных растворов (годовая, сезонная, суточная), связанная с изменением влажности и температуры.
Агроэкологические функции почвенных растворов заключаются в следующем.
Почвенные растворы играют ключевую роль в процессах почвообразования. Именно они являются центром взаимодействия твёрдой, жидкой и газообразной фаз. Г.И.Высоцкий сравнивал роль почвенных растворов с ролью крови в живых организмах.
Осуществляют вертикальные и латеральные транспортные потоки веществ и играют главную роль в элювиально-иллювиальных процессах.
Являются источником всех элементов питания. Недостаток или избыток тех или иных элементов приводит к снижению урожая и заболеваниям культурных растений. Существует ряд методов диагностики питания на основе анализа почвенного раствора, особенно для тепличных культур.
Создают условия для роста и развития растений: реакцию среды, осмотическое давление, окислительно-восстановительные условия и др.
16.2.0кислительно-восстановительные процессы в почвах
Окислительно-восстановительные реакции протекают во Всех почвах и являются одними из ведущих в процессах почвообразования. Большой вклад в изучение окислительно-восстанови- У^льных процессов почв внесли С.П.Ярков, И.П.Сердобольский, •С.Кауричев, Д.С.Орлов, В.И.Савич и др. Реакции окисления
157
всегда сопровождаются реакциями восстановления и протекают сопряженно. Окисление рассматривается как присоединение кислорода к веществу, или потеря веществом водорода, или отдача электрона. Реакции восстановления — как противоположные явления потере кислорода, присоединение водорода или электрона. Способность почвы вступать в окислительно-восстановительные реакции измеряется окислительно-восстановительным потенциалом. Окислительно-восстановительный потенциал (ОВП) — разность потенциалов, возникающая между почвенным раствором и электродом из инертного металла (платины). Измеряется ОВП при помощи потенциометра. ОВП по отношению к водороду обозначается символом Eh, измеряется в милливольтах.
Окисленные и восстановленные формы соединений образуют окислительно-восстановительные системы, представленные набором пар элементов с переменной валентностью: Fe3+ - Fe2f Mn4+ - Mn3+ - Mn2+; NO; - N043; S042’ - H2S; H2 - 2H+ и др., а также органическими системами. Преобладающие в количественном отношении окисленные и восстановленные формы носят название потенциалопределяющей системы. От неё в основном зависит величина Eh.
Основным окислителем в почве является молекулярный кислород почвенного воздуха и почвенного раствора. Основными восстановителями — продукты анаэробного распада органического вещества и жизнедеятельности микроорганизмов. Микроорганизмы в процессе жизнедеятельности поглощают кислород почвенного воздуха и содержащийся в составе органических веществ и переводят минеральные соединения железа, марганца и др. в восстановленные формы. Поэтому большая часть окислительновосстановительных реакций в почвах имеет биохимическую природу. Главными условиями, определяющими интенсивность и направленность окислительно-восстановительных процессов в почвах, является состояние увлажнения и аэрации почв, содержание кислорода в почвенном растворе, содержание легкоразлагас- мого вещества и температура почвы.
Величина Eh в подзолистых и дерново-подзолистых почвах нормального увлажнения составляет 450-600 мВ, в серых лесных, чернозёмах и каштановых почвах — 500-650. Наиболее низкие значения Eh (ниже 200 мВ) характерны для болотных почв. Снижение Eh ниже 350-450 мВ свидетельствует о начале смены окислительных условий на восстановительные, а до значения 200 мВ и ниже — об интенсивном развитии восстановительных процессов с
158
ми признаками глеевого процесса.
THiW'W ^чина зависих от pH раствора. Как правило, в кислой
окисление идёт при более высоких значениях Eh по сравнс- °реДесо щелочными условиями. Для получения сравнимых данных НИ1° пах с различной величиной pH У.М.Кларк предложил использовать показатель водородного потенциала гНт гН'- = § + 2рН
При гН2 выше 27 преобладают окислительные процессы, и 22-25 — восстановительные и при гН2 ниже 20 происходят интенсивные восстановительные процессы.
Для характеристики окислительно-восстановительных условий введены понятия окислительно-восстановительной ёмкости (максимальное количество окислителя (восстановителя), которое может быть связано почвой) и окислительно-восстановительной буферное™ (способность почв противостоять изменению ОВП). Более высокой окислительно-восстановительной ёмкостью и буферностью обладают чернозёмные почвы (по сравнению с дерново-подзолистыми).
Окислительно-восстановительный режим почв — это соотношение окислительно-восстановительных процессов в почвенном профиле в годичном цикле. И.С.Кауричев и Д.С.Орлов предложили выделять следующие типы окислительно-восстановительного режима:
почвы с абсолютным господством окислительных процессов — автоморфные почвы семигумидных — экстраа- ридных областей (чернозёмы, каштановые и др.);
почвы с преобладанием окислительных процессов — автоморфные почвы гумидных и экстрагумидных областей (подзолистые, краснозёмы и др.);
почвы с контрастным окислительно-восстановительным режимом — полугидроморфные (глееватые и глеевые) почвы различных областей;
почвы с устойчивым восстановительным режимом — болотные (гидроморфные).
Агроэкологическое значение окислительно-восстановительных Условий определяется большой ролью их в процессах почвообразования и в плодородии почв. В условиях восстановительной обстановки в почвах протекает глеевый процесс, при этом увели- вается подвижность многих соединений, в том числе железа, Рганца, фосфора; почвы приобретают сизую (восстановленное
159
железо) окраску с ржавыми (охристыми) пятнами (окислснно- железо) по трещинам и ходам корней. Почва теряет структур подвижные соединения железа и марганца достигают токсичны концентраций. В почвах, обогащённых органическим веществом усиливаются процессы денитрификации и происходит образование сероводорода. В условиях промывного водного режима с вое становительной обстановкой проявляется элювиально-глссвып процесс.
Господство резкоокислительной обстановки с Eh порядка 700 мВ приводит к снижению подвижности и недоступности растениям железа, марганца и, частично, азота. Оптимальные значения Eh для большинства культур находятся в области 400-600 мВ Регулирование окислительно-восстановительных условии производится путём оптимизации водного и воздушного режимов мелиоративными и агротехническими мероприятиями.
Глава 17. Структура, общие физические и физико-механические свойства почв
Общие физические, физико-механические, структура, а также водные, воздушные и тепловые свойства относятся к физическим свойствам почвы. Они определяют условия обеспечения растений водой, воздухом и теплом, а также технологические свойства почв. Большой вклад в изучение физических свойств почв внесли П.А.Костычев, А.Г.Дояренко, В.Р.Вильямс, Н.А.Ка- чинский, И.Н.Антипов-Каратаев, А.Ф.Лебедев, А.Ф.Тюлин. А.А.Роде, С.И.Долгов, И.И.Ревут и другие учёные.
Структура почвы и ее агроэкологическая оценка
Совокупность агрегатов различной величины, формы и качественного состава называется структурой почвы. Способность почвы распадаться на агрегаты называется структурностью. Структура — важнейшая агрономическая характеристика почв. От нее зависят общие физические, физико-механические, водные, воздушные и тепловые свойства почв, окислительно-восстановительные условия и другие свойства и режимы почв.
Распределение структурных агрегатов в массе почвы в соответствии с их размерами называется структурным составом почвы
160
Агпоэкологическая оценка структуры почвы. Наиболее агроно- ценными (оптимальными) для культурных растений яв- МЙЧе°я мезоагрегаты размером 0,25-10 мм, обладающие высокой ЛЯ,ОТ гостью (более 45%), механической прочностью и водопроч- °° ю Механическая прочность и водопрочность обусловливает н°с СТОЙЧИвость во времени при механических обработках, выпа- 101 У осадков и орошении. Агрегаты крупнее 10 мм называются я агрегатами, а мельче 0,25 мм — микроагрегатами. ма Хорошо оструктуренной считается почва, если она содержит й лее 55% водопрочных пористых агрегатов размером 0,25-10 мм.
Пористые и водопрочные агрегаты размером 0,25-0,01 мм также оказывают положительное влияние на агрономические свойства многих почв (серо-коричневые, сероземы, коричневые и др), микроагрегаты размером менее 0,01 мм затрудняют водо- и
|
Скачать 7.4 Mb.