Материал: GOSY-1_vmeste

Буферная способность - один из эл-тов почвенного плодородия. Позволяет сохранять благоприятные для растений св-ва почв. Необходимо учитывать при проведении хим мелиорации (при известковании и гипсовании), т.к. при повышенной кислот-ти или щелочности почва, обладающая буферностью, сопротивляется изменению р-ции, что требует внесения повышенных доз хим мелиорантов.

«Буферные зоны» - каждая зона хар-ся определенными интервалами значений рН, определенной доминирующей буферной р-цией, определенной емкостью и v протекания буферной р-ции. В качестве отдельного параметра учитывается конц-я в р-ре токсичных соед-й Al.

•Карбонатная: только в почвах, сод-х карбонаты, рН водной суспензии > 6,2. Основная буферная р-ция – растворение карбонатов (быстро протекающая). Емкость: в верхнем слое 0-10 см = 150 кмоль/га на 1% карбоната Са. Конц-я Al в р-ре не может достигать токсичного уровня.

•Силикатная: рН от 6,2 до 5. Доминирующая буферная р-ция – растворение силикатов. Емкость зависит от минералогич-го состава почвы, в среднем в верхнем слое 0-10 см =75 кмоль/га на 1% силикатов. Т.к. в большинстве почв силикаты - основная часть тв. фазы почвы, емкость силикатной буферной зоны можно считать практически неограниченной. v растворения силикатов очень мала, 0,2-2 кмоль/га/год. Конц-я токсичных для биоты соед-й Al не достигает критических знач-й.

•Катионно-обменная: рН от 4,2 до 5. Доминирующая р-ция – вытеснение протоном обменных оснований из ППК. Буферная емкость в верхнем слое 10 см = 7 кмоль/га на 1% илистой фракции, если представлена только минеральными компонентами. Если носителями обменных позиций является также орг в-во, эта величина мб в несколько раз выше. v буферных р-ций достаточно велика, и многие из них осуществляются практически мгновенно. В почвенном р-ре соединения Al могут находиться в токсичных для биоты конц-ях.

•Алюминиевая: рН<4,2. Основной буферный механизм – вытеснение протоном в р-р Al, который в исходных образцах мб представлен тонкодисперсными аморфными гидроксидами, комплексами Al с орг лигандами, прослойками гидроксида Al в почвенных хлоритах, Al в кристаллических решетках др. глинистых минералов. Емкость в верхнем 10 см слое = 100-150 кмоль/га на 1% глинистых минералов. v р-ций раствор-я широко варьирует в зависимости от степени дисперсности минералов – носителей Al. Конц-я Al в почв. р-ре достигает токсичного уровня для больш-ва представителей биоты.

•Железистая: рН<3,2. Основная буферная р-ция – растворение различных соед-й Fе. Емкость и v буферных р-ций могут изменяться в широких пределах в зависимости от сод-я и степени дисперсности соед-й Fе. Конц-я Al и Fе в р-ре - высокотоксичны для большинства растит-х видов.

ОВП В ПОЧВАХ

Почва — это сложная окислительно-восстановительная система. В ней присутствует большое количество разнообразных веществ минеральной и органической природы, способных вступать в реакции окисления и восстановления, благодаря чему в ней активно протекают окислительно-восстановительные процессы, оказывающие существенное влияние на ход почвообразования.

Реакции окисления и восстановления всегда протекают одновременно. В них участвуют два или несколько веществ, одни из которых теряют электроны и окисляются (реакция окисления), другие приобретают электроны и восстанавливаются (реакция восстановления). Донор электронов называется восстановителем (он окисляется), а акцептор — окислителем (он восстанавливается).

Часть протекающих в почве окислительно-восстановительных реакций имеет обратимый характер, но большинство из них идет необратимо. Примером обратимых реакций могут служить реакции окисления и восстановления железа и марганца; необратимые реакции — это в основном реакции окисления органических веществ, некоторые реакции, связанные с превращением соединений азота и серы.

Основным окислителем в почве выступает молекулярный кислород почвенного воздуха, почвенного раствора. Поэтому развитие окислительно-восстановительных процессов в почвах тесно связано с условиями их аэрации и, следовательно, зависит от всех свойств почвы, определяющих состояние газообмена (структура, плотность, механический состав и др„) и прежде всего от влажности.

К числу наиболее сильных окислителей относится фтор (нормальный потенциал системы F2+2e*±2F- составляет +2,77 В), озон (для системы Оз + 2Н++2еч^02+Н20 величина Е°= + 2,07 В). Наиболее сильные восстановители — щелочные и щелочноземельные металлы в твердом состоянии или в виде амальгамы.

С окислительными реакциями связаны процессы гумификации растительных остатков; с реакциями как окисления, так и восстановления — изменение степени окисленности железа, марганца, азота, серы и других элементов ибо для большого набора входящих в состав почвы химических элементов характерны различные степени окисления.

Главными условиями, определяющими интенсивность и направленность окислительно-восстановительных процессов, являются состояние их увлажнения и аэрации, а также содержание в почвах органического вещества и температурные условия развития биохимических процессов.

Окислительно-восстановительный потенциал почвы

Исполь-т для количественной характеристики окислительно-восстановительных реакций, протекающих в почве, установления их направленности и интенсивности.

(ОВП)- разность потенциалов, возникающую между почвенным раствором и электродом из инертного металла (платины), помещенным в почву.

Измеряется ОВП при помощи потенциометра. Потенциометрич. измерение-это измерение ЭДС цепи из погруженного в почву индикаторного электрода (pt) и электрода сравнения (Cl-Ag, каломельный). Потенциал индикат-го электрода в ОВ сис-ме= окислит. потенциалу Еср сис-мы, потенwиал элек-да сравнения =сonst.

Нормальный окислительный потенциал равен окислительно-восстановительному

потенциалу такой системы, в кот.a_Ox a_Red =1

Нормальные окислительно-восстановительные потенциалы Е° по отношению к потенциалу нормального водородного электрода при 25° С

Выражается ОВП в милливольтах. ОВП обозначают Eh (ОВП по отношению к водороду) и выражают отношением активностей окисленной (Ох) и восстановленной (Red) форм соединений:

Eh=E₀+(RT/nF)•ln(a_Ox/a_Red)

R — универсальная газовая постоянная, Дж; Т — абсолютная температура, К; F — постоянная Фарадея, Кл; n — число электронов, принимающих участие в окислительно-восстановительной реакции, а_Ox и a_Red — активности окисленной (Ох) и вос-становленкой (Red) форм соединений; E₀ — стандартный потенциал данной окислительно-восстановительной системы, определяемый условием а_Ox: a_Red = 1.

В основе уравнения лежит уравнение Нернста, связывающее потенциал электрода (Е) с составом равновесного раствора:

Е = Е₀+RT/nF lna_M,

где а_м — активность катиона металла М в равновесном растворе; E₀ — потенциал стандартного электрода, т. е. электрода, находящегося в равновесии с раствором, для которого а_м= 1.

В уравнение Нернста входит коэффициент, учитывающий зависимость потенциала от температуры: V = RT/F. При замене натуральных логарифмов на десятичные и подстановке числовых значений RT и F он при 20°С равен 0,0581, при 25°С — 0,0591 (т. е. при изменении температуры на 1°С V меняется на 0,2 мВ). Подставив в уравнение значение коэффициента V для температуры 20°С, получим уравнение

Eh=E₀+0.0581/n lg(a_Ox/a_Red).

В уравнении Eh выражается в вольтах. Так как ОВП дается обычно в милливольтах, в окончательном виде уравнение для расчета ОВП имеет следующий вид:

Eh=E₀+58/nlg(a_Ox/a_Red).

Уравнение показывает, что ОВП почвы зависит от отношения активностей окислителя и восстановителя, а не от их абсолютных значений. Если активности окислителя и восстановителя равны, то отношение a_Ox/a_Red=1 и тогда Eh = Е_О

В почве сильными окислителями являются О₂, Cl₂, MnO^–₄ (в кислой среде); Fe³⁺, NO^–₃ — окислители более слабые. К сильным восстановителям- Na⁺, Ca²⁺, SO^2–₄, Fe²⁺. Различные соединения железа, азота, серы в зависимости от условий, в которых идут реакции, могут выступать либо как окислители, либо как восстановители.

ОВП почв (Eh) указывает на окислительно-восстановительное состояние почвы и во многих случаях позволяет судить о том, какие окислители и восстановители имеются в почве и каково примерно их соотношение.

ОВП зав-т от:

1. рН

2. Состояния почв

1)Многие ОВР в почвах идут с участием ионов водорода, поэтому Eh зависит от рН раствора. В кислой среде окисление идет при более высоких значениях Eh по сравнению с щелочными условиями, т. е. чем выше рН почвы, тем меньше при прочих равных условиях будет содержание в почве восстановленных форм соединений различных элементов. Подкисление почвы должно вызывать обратную реакцию — накопление соединений, характеризующихся наименьшей степенью окисления.

Для получения приближенно-оценочных данных по окислительно-восстановительным условиям в средах с различным значением рН нередко используют понятие водородного потенциала (rН₂), учитывая его условность:

rН₂ = Eh/29 + 2рН. и представляет собой отрицательный логарифм концентрации молекулярного водорода. rН₂ выше 27 характеризует преобладание окислительных процессов. При создании в почвах восстановительной обстановки rН₂ 22—25; при интенсивном развитии восстановительных процессов падает ниже 20

2) ОВП почв оч динамичен. Главным условием, определяющим интенсивность и направленность окислительно-восстановительных процессов, являются

а) режимы влажности и аэрации и

б) интенсивность микробиологической деятельности.

а)Увлажнение почвы, особенно чрезмерное орошение, ухудшение аэрации, внесение свежего органического вещества приводят к снижению ОВП. При этом ОВП почв может снизиться с 500—600 до 200—300 мВ, а в отдельных случаях (при затоплении почв в условиях рисосеяния) до — 100÷ –200 мВ. Ухудшение аэрации в результате повышения влажности почвы или ее уплотнения, образования на поверхности корки и других причин, нарушающих нормальный газообмен почвенного воздуха с атмосферным, также ведет к снижению ОВП почв.

б)Температурный показатель наряду с непосредственным влиянием на ОВП почв в большей степени воздействует на него косвенным путем, усиливая или замедляя интенсивность биологических процессов. Снижение ОВП наблюдается обычно в гумусовых горизонтах почв при повышенных температурах (20— 30°С) и в интервале влажности почвы от наименьшей до полной влагоемкости. В этих условиях имеет место повышение микробиологической активности, что сопровождается нарастанием поглощения кислорода и накоплением продуктов жизнедеятельности микроорганизмов — восстановленных соединений.