ПОЧВОВЕДЕНИЕ. Окислительно-восстановительные процессы в почвах

Роль ОВП в почвообразовании и плодородии почв. Элювиально-глеевый процесс, формирование элювиальных горизонтов в почвах

Окислительно-восстановительные процессы оказывают большое влияние на почвообразование и на плодородие почв. С ними тесно связаны процессы трансформации растительных остатков, темпы накопления и состав образующихся органических веществ и особенно гумуса. Избыточное увлажнение и устойчивая восстановительная обстановка замедляют разложение растительных остатков, обусловливают возрастание в составе гумуса доли как наиболее подвижных органических кислот (фульвокислоты), так и малоактивных гумусовых кислот и негидролизуемого остатка. Периодическая смена режимов (окислительного на восстановительный и наоборот), особенно резко выраженная в поймах или при затоплении почв на рисовых полях, способствует активизации процессов разложения растительных остатков, что является одной из причин нарушения углеродного баланса этих почв, их дегумификации.

Окислительно-восстановительный режим почв оказывает также решающее влияние на соотношение в почве элементов различной степени окисления. Это обстоятельство играет существенную роль в питании растений, в формировании почвенного профиля. При восстановлении соединений железа и марганца повышается их растворимость, создаются условия для миграции этих соединений в пределах почвенного профиля и выноса за его пределы.

С восстановительными явлениями связано развитие в сезонно избыточно увлажненных почвах элювиально-глеевого процесса, формирование элювиальных горизонтов в почвах. При смене восстановительных условий окислительными происходит сегрегация гидроксидов железа и марганца и образование различного рода железисто-марганцовистых новообразований (орт- штейны, бобовины, трубковидные выделения, пленки и др.). При реакциях восстановления сульфатов образуются сероводород и сульфиды железа, придающие почвам темную, часто неоднородную окраску.

Питательный режим почв складывается для растений неблагоприятно как при резко окислительной, так и при глубоко восстановительной обстановке. Господство в почве аэробной обстановки с Eh порядка 700—750 мВ способствует утрате подвижности и недоступности растениям железа, марганца и отчасти азота. Результатом этого является развитие у растений хлороза (дефицит железа) и «серной немочи» (дефицит марганца), что нередко вызывает гибель растений.

Снижение Eh до 250 мВ и ниже обусловливает накопление восстановленных соединений железа, марганца, ртути в количествах, токсичных для растений, что также вызывает их угнетение, а порой и гибель. Кроме того, анаэробиоз способствует появлению в почвах таких соединений, как сероводород, сода, этилен и фосфин, также угнетающе действующих на растения.

Самым тесным образом с окислительно-восстановительным состоянием почвы связаны процессы превращения соединений азота (нитрификация и денитрификация). Процесс нитрификации наиболее интенсивно протекает при хорошей аэрации почв (оптимальное значение Eh 550—600 мВ). При затрудненной аэрации и развитии восстановительных процессов господствующим в почве становится процесс денитрификации, с которым связаны основные потери азота из почвы (при переходе из воднорастворимых форм нитратов и нитритов в газовую фазу в виде оксидов азота, молекулярного азота и аммиака).

И. П. Сердобольский (1949) наметил следующие границы ОВ (в мВ) условий для процессов превращения азотных соединений:

Более 480.      нитриты 340—220 ...           . . нитриты

480—340 . нитраты, нитриты Ниже 220 . . . оксид азота, молекулярный азот

В работах других авторов (Н. Пирсол, 1950) указываются более высокие значения ОВП почв, при которых нитраты переходят в нитриты (450—400), а нитриты — в аммиак (400— 350 мВ). Различие показателей Eh, характеризующих рубеж процессов нитрификации и денитрификации, связано с ярко выраженной микрозональностью, биологической очаговостью почвенных горизонтов.

И. П. Сердобольским предложена также схема граничных условий нормального питания высших растений марганцем, железом и нитратами в зависимости от Eh и рН. На графике ( 42) прямоугольник ABCD охватывает условия, обычные для большинства культурных почв. Прямая RS ограничивает область нормального снабжения растений марганцем. Если Eh и рН таковы, что условия питания попадают в область, расположенную выше и правей прямой RS, то растения могут испытывать марганцевое голодание. Аналогично, прямая KL ограничивает область нормального обеспечения железом. Линия MN, проведенная на уровне 340 мВ, отделяет область усиленной денитрификации. Таким образом, наиболее благоприятные для питания Мп и Fe условия ограничиваются заштрихованной площадью, а с учетом денитрификационных процессов — площадью, отмеченной двойной штриховкой.

Подавляющее большинство сельскохозяйственных культур испытывают угнетение при возникновении в почвах устойчивой восстановительной обстановки. Но не редки случаи, когда даже кратковременное создание анаэробной обстановки крайне неблагоприятно отражается на состоянии растений.

Для создания оптимальных для развития растений условий возникает необходимость регулирования ОВ процессов в почвах.

Основные приемы регулирования связаны в первую очередь с регулированием их структурного состояния, водного и воздушного режимов. Осуществляется это с помощью агротехнических приемов (вспашка, рыхление, прикатывание), полива и дренирования почв.