Окисно-відновні потенціали в ґрунтах

П отенціал системи, в якій актив­ність окисника і відновника однакові і до­рівнюють одиниці, називається нормаль­ним потенціалом окисно-відновної системи.

Окисно-відновний потенціал по відношенню до водню позначають Eh.

Зміну потенціалу вираховують до умовного стандартного електрода. В електрохімії за нього взято водневий електрод. Потенціал стандартного нормального водневого електрода (який насичений при тиску в 1 атм газоподібним воднем і знаходиться І в рівновазі з розчином, активність водневих іонів якого дорівнює одиниці) умовно вважається таким, що дорівнює нулю. Ве­личина і знак заряду інших електродів, що використовуються при визначенні ОВП си­стеми, встановлюється шляхом порівнян­ня з водневим електродом.

Н апруженість окисно-відновних процесів у ґрунтах певною мірою пов'язана з умовами реакції середовища - з величиною рН. Реакція середовища впливає на інтенсивність і спрямованість мік­робіологічних процесів.

Для одержання порівняльних даних по окисно-відновних умовах в середовищах із різною величиною рН Кларк запропонував використовувати показник rН2, який являє собою від'ємний логарифм тиску концент­рації молекулярного водню.

Величина гН2, вища за 27, свідчить про переважання в ґрунті окисних проце­сів. Для відновних процесів у ґрунтах характерна величина, нижча 27 (22-25). Про інтенсивний розвиток відновних процесів свідчить величина гН2, нижча 20.

Конкретний прояв окисно-відновних процесів у ґрунті залежить від його генетичних особливостей та стану водно-повітряного й температурного режимів. Тому різні ґрунти мають свої особливості у розвитку окисно-відновних процесів та сезонної динаміки їх прояву.

В дерново-підзолистих ґрунтах нормального зволоження величини ОВП змінюються в межах 550-750, у чорноземах 400-600 мВ. Найбільш низькими по­тенціалами характеризуються болотні ґрунти та ґрунти рисових полів, що пере­бувають під тривалим затопленням. При значеннях Eh менше 200 мВ спостеріга­ється інтенсивний розвиток відновних процесів із типовими ознаками ґлеєутворення. Ґрунти нормального зволоження характеризуються відносно вирівняною величиною ОВП впродовж вегетаційного періоду, однак у періоди підвищеного зволоження ґрунтів і найбільш інтенсивного розвитку мікробіологічних процесів спостерігається деяке зниження його величини.

Найбільш контрастною динамікою окисно-відновних процесів характеризу­ються ґрунти, яким притаманне тимчасове перезволоження: дерново-підзолисті, бурувато-підзолисті, дерново-глеєві та інші.

Роль ОВП у ґрунтотворенні та родючості

u

ґрунтів.

Окисно-відновні про­цеси пов'язані з процесами перетворення рослинних решток, накопичення гуму­су. Надлишкове зволоження уповільнює розклад органічної речовини, сприяє переважному утворенню фульвокислот. Зміна умов зволоження і висушування, від­новлення і окиснення найсприятливіша для проходження процесів розкладу орга­нічної речовини, рослинних решток, дегуміфікації.

ОВ-режим вирішально впливає на співвідношення у ґрунті елементів з різним ступенем окиснення. При відновленні сполук заліза і марганцю підвищу­ється їх розчинність, рухомість, вони мігрують по профілю.

З відновними явищами пов'язані розвиток у сезонно-надлишково зволоже­них ґрунтах елювіально-глейового процесу та формування елювіальних горизон­тів. При зміні відновних умов на окисні утворюються залізо-марганцеві новоутво­рення: ортштейни, конкреції, бобовини, плівки тощо. При відновленні сульфатів з'являються H2S, FeS2, які надають ґрунтові темного кольору.

Поживний режим ґрунту складається несприятливо як при різко окисних, так і при різко відновних умовах: анаеробіоз призводить до накопичення у ґрунтах H2S, CH4, H2, NH3 і т.ін. Оптимальні умови для процесів нітрифікації створюються при Eh 350-500 мВ. Головний прийом регулювання ОВ умов - оптимізація вод­но-повітряного режиму ґрунтів.

Окисно-відновний стан ґрунту

Для кількісного обчислення цього стану використовують окисно-відновний потенціалі (ОВП). Агрономічна оцінка його значень подана в табл. 1.

Таблиця 1. АГРОНОМІЧНА ОЦІНКА ОКИСНО-ВІДНОВНИХ УМОВ ҐРУНТУ

Параметри	Розподіл параметра для сільськогосподарських культур
	сприятливий	несприятливий	дуже несприятливий
Можливі наділення Бп рано навесні, мВ	< 450	350200	< 200
Час розвитку весняного анаеробіозису (Бп < 320 мВ), дні	< 5	5-10	> 10
Можливі падіння Бп продовж 5 днів при зрошенні, мВ	< 450	350200	200

Середні значення цих показників різні для різних ґрунтів і культур. Межа сприятливих для життєдіяльності рослин Бп знаходиться між 550-750 мВ для дерново-підзолистих ґрунтів, 400-600 для чорноземів, 350-400 мВ для каштанових. Падіння потенціалу до 320 мВ викликає розвиток процесів денітрифікації, потенціал 200 мВ і нижче свідчить про глибокий анаеробіозис у ґрунті. Створення відновлюваних обставин в ґрунті обумовлено в основному нагромадженням в ньому продуктів анаеробного розкладу органічної речовини, а також відновних мінеральних сполук. При Бп нижче 480 мВ нітрати переважають, а при Бп < 200 мВ з'являються оксидами азоту.

У лужному середовищі відновлення відбувається за низьких значень ОВП, тому що розвиток цього процесу за рахунок іонів водно в даному випадку обмежений. Тому в лужних ґрунтах оптимум Бп знаходиться нижче, ніж у кислих.

Погіршення азотного режиму пов'язане з пригніченням процесів нітрифікації, розвитком денітрифікації. Погіршення фосфатного режиму обумовлено трансформацією розчинних сполук фосфору ґрунту і добрив у важкодоступні форми унаслідок зв'язування фосфат-іонів неселікатними півтораоксидами.