 |
Окислительно-восстановительные системы почв
|
|
|
|
ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОСТАНОВИТЕЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ПОЧВАХ
Окислительно-восстановительные реакции и процессы
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. 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.
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 (реакции- восстановления). Донор электронов называется восстановителем (он окисляется), а акцептор - окислителем (он восстанавливается). В общем виде реакцию окисления-восстановления можно представить следующим образом:
Ox+ne-↔Red
где Ох - окислитель; Red - восстановитель; е - электроны; n- число электронов, участвующих в реакции.
Направление окислительно-восстановительной реакции определяется степенью легкости отдачи электронов восстановителем и прочности их связывания окислителем. Часть протекающих в почве окислительно-восстановительных реакций имеет обратимый характер, но большинство из них идет необратимо. Примером обратимых реакции 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.
|
|
|
Окислительно-восстановительный потенциал почвы
Окислительно-восстановительный потенциал - количественная характеристика, определяющая окислительно-восстановительное состояние или окислительно-восстановительную обстановку почв.
Окислительно-восстановительным потенциалом почвы (ОВП) – разность потенциалов, возникающая между почвенным раствором и электродом из инертного металла (платины), помещенным в почву. Измеряется ОВП при помощи потенциометра. В качестве электрода сравнения используют каломельный электрод. Выражается ОВП, как правило, в милливольтах. ОВП обозначают символом Eh (ОВП по отношению к водороду) и выражают отношением активностей окисленной (Ох) и восстановленной (Red) форм соединений.
Чем больше стандартный потенциал системы, тем более сильным окислителем является ее окисленная форма и тем более слабым восстановителем - восстановленная форма. Так, в почве сильными окислителями являются О2, C12, МnО4- (в кислой среде); FеЗ+, NОз- - окислители более слабые. К сильным восстановителям относятся Na+, Са2+, SO42-, Fe2+. Различные соединения железа, азота, серы в зависимости от условий, в которых идут реакции, могут выступать либо как окислители, либо как восстановители. Однако при этом необходимо учитывать, что в почвах многие элементы редко находятся в виде простых ионов. В большинстве случаев они находятся в виде комплексных соединений. Поэтому стандартные потенциалы ряда таких пар, как FеЗ+ /Fe2+; Мn4+ /Mn2+; NОз- / NO2- и некоторых других, отличаются от табличных значений для простых ионов.
Окислительно-восстановительные системы почв
В почвах обычно имеется не одна, а несколько окислительно-восстановительных систем (ОВ), неорганических и органических, так как в почвах одновременно содержатся окисленные и восстановленные формы различных соединений, составляющих определенные системы. Наиболее часто в почвах встречаются следующие окислительно-восстановительные системы: О2-О2-; Fe3+- Fe2+; Мn4+ - Мn З+ - Мn 2+; NОз- -NО2-; Н2-2Н+;
|
|
|
SО42- -Н2 S, СО2-СН4. В почвах присутствуют также и органические ОВ системы.
Окислительно-восстановительный потенциал почвы (Eh) это некоторое среднее значение Eh отдельных систем, причем оно ближе к Eh той системы, окисленные или восстановленные формы которой содержатся в почве в наибольшем количестве. Эта система носит название потенциалопределяющей системы.
Основным окислителем в почве является молекулярный кислород почвенного воздуха и почвенного раствора. Проникая в почву из атмосферы, кислород вступает во взаимодействие с различными компонентами почвенной среды, окисляя их. Окислителями могут выступать также Fe3+, Мn4+, S6+, но поскольку присутствие их в почвенном растворе невелико, то и роль их в процессах окисления мала. Создание восстановительной обстановки в почвах обусловлено в основном накоплением в них продуктов анаэробного распада органического вещества и жизнедеятельности микроорганизмов и в меньшей степени соединения железа (II), серы и некоторых других металлов, присутствовавших в почвах, но в небольшом количестве (подобно соединениям железа (III), марганца и др.).
Большая часть окислительно-восстановительных реакций имеет биохимическую природу и самым тесным образом связана с микробиологическими процессами, протекающими в почвах.
Микроорганизмы в процессе своей жизнедеятельности поглощают кислород почвенного воздуха и связанный кислород, переводя минеральные соединения в восстановленные формы, выделяют в почву восстановленные продукты и диоксид углерода. Интенсивность микробиологических процессов оказывает непосредственно влияние на характер и степень развития окислительно-восстановительных процессов.
В почвах потенциалопределяющей системой в большинстве случаев являются кислород, растворенный в почвенном растворе (он находится в равновесии с кислородом почвенного воздуха), и продукты жизнедеятельности почвенных микроорганизмов.
При этом содержание кислорода в почвенном растворе определяет верхний предел возможных значений Eh в почвах (до + 600 + 700 мВ), а накопление восстановленных соединений, в том числе водорода, в результате микробиологической деятельности - нижний предел (до + 100 -100 мВ и в редких случаях ниже).
|
|
|
