Проявления окислительно-восстановительных процессов в почве зависит от ее генетических свойств и состояния водно-воздушного и температурных режимов. Поэтому существует различие в развитии окислительно-восстановительных процессов.
В подзолистых и дерново-подзолистых почвах нормального увлажнения ОВ потенциал составляет 550-750 мВ; в черноземах — 400-600; в сероземах — 350-450 мВ. Самые низкие потенциалы у длительно затопляемых почв рисовых полей и болотных почв. При падении rH2 до 200 мВ и ниже начинается интенсивное развитие восстановительных процессов с типичными признаками глееобразования.
Для большинства почвенных типов характерна неоднородность ОВ состояния их профиля. Это проявляется в нескольких видах: в изменчивости ОВ состояния по генетическим горизонтам почвенного профиля, в пределах одного горизонта в отдельных его участках и в изменчивости ОВ состояния профиля почв и отдельных его горизонтов во времени. Так, многие аморфные почвы характеризуются пониженными показателями ОВ потенциала в верхних гумусовых горизонтах с постепенным их увеличением вниз по профилю. Такой тип распределения ОВ потенциала по профилю обусловлен тесной связью окислительно-восстановительных процессов с микробиологической деятельностью и особой ролью органического вещества как фактора микробиологической активности. В полугидроморфных почвах с грунтовым дополнительным увлажнением наиболее низкий потенциал свойствен нижним оглеенным горизонтам.
Для гидроморфных почв типична некоторая гетерогенность ОВ состояния их профиля при преобладании восстановительных условий. Неоднородность ОВ состояния в микрозонах одного и того же горизонта почвы обусловлена различной микробиологической активностью в отдельных участках в связи с неоднородным распределением органического вещества, разными условиями увлажнения и газообмена и т.д. Так, установлено различие в ОВ состоянии внутри и на поверхности структурных отдельностей гумусовых горизонтов почв.
Сезонная изменчивость водно-воздушного, температурного и микробиологического режимов определяет динамику окислительно-восстановительных процессов в почвах, т.е. их окислительно-восстановительный режим. Под окислительно-восстановительным режимом почв следует понимать соотношение окислительно-восстановительных процессов в почвенном профиле в годичном цикле почвообразования. Конкретное выражение окислительно-восстановительного режима определяется проявлением отмеченных форм неоднородности (изменчивости) окислительно-восстановительного состояния почв в связи с их генетическими свойствами, особенностями состава и режимов, обусловленных также хозяйственным воздействием человека на почву. Различают следующие типы окислительно-восстановительного режима почв:
1)почвы с абсолютным господством окислительной обстановки — автоморфные почвы степей, полупустынь и пустынь (черноземы, каштановые, серо-коричневые, бурые полупустынные, сероземы, серо-бурые и др.);
2)почвы с господством окислительных условий при возможном проявлении восстановительных процессов в отдельные влажные годы или сезоны (автоморфные почвы таежно-лесной зоны, влажных субтропиков, лиственно-лесной и буроземно-лесной зон);
3)почвы с контрастным окислительно- восстановительным режимом (полугидроморфные почвы различных зон). Наиболее контрастной динамикой окислительно-восстановительных процессов характеризуются почвы с временным избыточным увлажнением. Такие почвы широко распространены среди подзолистых, дерново-подзолистых, бурых лесных, солодей, солонцов и других типов почв;
4) почвы с устойчивым восстановительным режимом (болотные и гидроморфные солончаки).
Наиболее изменчивы показатели ОВ потенциала в верхних, обогащенных органическим веществом, горизонтах, где наблюдается наибольшее колебание в увлажнении почвы и интенсивнее протекают микробиологические процессы. Нижние, бедные органическим веществом горизонты, где слабо развиты микробиологические процессы и поэтому нет интенсивного расхода кислорода, обычно характеризуются и более высокими показателями потенциала.
В минеральных почвах устойчивого грунтового заболачивания наименьший потенциал наблюдается в нижних горизонтах.
Окислительно-восстановительные процессы оказывают большое влияние на почвообразовательный процесс и плодородие почв. С ними тесно связаны превращения растительных остатков, темпы накопления и состав образующихся органических веществ, а следовательно, и формирование профиля почв.
Избыточное увлажнение и низкие значения ОВ потенциала замедляют разложение растительных остатков, способствуют образованию наиболее подвижных и активных форм органических веществ, переходу гуминовых кислот в фульвокислоты. С развитием окислительно-восстановительных процессов связано также превращение соединений азота, серы, фосфора, железа и марганца в почвах.
Оптимальные условия для нитрификации при Eh=350 — 500 мВ, при резком падении потенциала развивается денитрификация.
Снижение окислительно-восстановительного потенциала до 200-250 мВ, а в грубогумусовых подзолистых почвах и до 350-400 мВ приводит к образованию заметных количеств закисного железа и подвижного Mn2+ .
Знание ОВ потенциала почв позволяет судить об общей направленности окислительно - восстановительных процессов и определять необходимость применения мероприятий по регулированию окислительно — восстановительного режима почвы.
5. Роль почвенного раствора в продукционном процессе
Почвенные растворы служат непосредственным источником питания растений. К.Гедройц еще в 1906 году писал, что дальнейшие успехи агрономии зависят от развития исследований почвенных растворов ввиду той важной роли, которую они играют и в почвообразовании, и в жизни растений. Изменение концентрации и состава растворов ведет к изменению режима водного и минерального питания растений, что, естественно, непосредственно отражается на их развитии и продуктивности. Поэтому человек своими разнообразными воздействиями на почву в процессе сельскохозяйственного производства по существу всегда стремится регулировать тем или иным способом состав почвенного раствора, сделать его состав оптимальным для получения наиболее высокой продуктивности агроценозов.
Орошение и осушение почв наряду с созданием благоприятного водного режима и режима аэрации позволяют в одном случае разбавить слишком концентрированные растворы, в другом — понизить концентрацию оксидных соединений железа и других элементов, токсичных для растений. Внесение удобрений способствует оптимальному содержанию в почвенных растворах элементов-биофилов. Успех этих мероприятий в значительной мере определяется правильностью и точностью инженерных и агрономических приемов и, соответственно, функционированием агроценоза в целом.
Для питания растений большую роль играет осмотическое давление почвенного раствора. Если осмотическое давление почвенного раствора равно осмотическому давлению клеточного сока растений или выше его, то поступление воды в растения прекращается. Сосущая сила корней большинства сельскохозяйственных растений не превышает 100-120 МПа.
Осмотическое давление зависит от концентрации почвенного раствора и степени диссоциации растворенных веществ. В незасоленных почвах осмотическое давление составляет не более 10 Мпа; большие дозы удобрений могут повысить его до 15-20 Мпа. Осмотическое давление сильно изменяется при изменении влажности почвы, т.к. концентрация почвенного раствора при этом сильно варьирует. При уменьшении влажности от НВ до В3 (влага завядание) концентрация раствора изменяется в 5-6 раз и соответственно возрастает осмотическое давление. При повышение осмотического давления почвенного раствора нарушается нормальное развитие сельскохозяйственных культур. У пшеницы, например, наблюдается задержка кущения, но ускоряется колошение, цветение и созревание, уменьшается урожайность, но увеличивается содержание белка в зерне.
Осмотическое давление определяется криоскопическим методом по точке замерзания почвенного раствора.
Наиболее высоким осмотическим давлением почвенного раствора характеризуются засоленные почвы, особенно тяжелые по механическому составу, с высокой поглотительной способностью. В почвенных растворах среднезасоленных почв оно составляет 30-40 Мпа, в сильнозасоленных — 50-60 МПа. При концентрации почвенного раствора 20-50 г/л осмотическим давление может возрастать до 150-260 Мпа. На предельное значение осмотического давления, при которых влага перестает поступать в растения, существенное влияние оказывает состав растворов. Так, в песчаных почвах при сульфатном засолении предельное осмотическое давление, при котором растение начинает ощущать острый дефицит влаги, составляет 150 Мпа, а при хлоридном засолении — 260 Мпа.
Осмотическое давление почвенного раствора существенно отличается в разных типах почв и в отдельных горизонтах одной и той же почвы:
| Почва | Горизонт | Осмотическое давление почвенного раствора, Па | Почва | Горизонт | Осмотическое давление почвенного раствора, Па |
| Чернозем | А+В1 | 2,05*105 | Мокрый солончак | Первый | 11,2*105 |
| В2 | 1,68*105 | Второй | 13,6*105 | ||
| В3 | 3,80*105 | Солодь | А2 | 0,20*105 | |
| Солонец столбчатый | А | 1,56*105 | В2 | 1,90*105 | |
| В1 | 0,40*105 | В\С | 1,56*105 | ||
| В2 | 6,38*105 |
Влияние засоления почв на культурные растения хорошо прослеживается на примере хлопчатника. Исследования в Средней Азии показали, что всходы хлопчатника переносят концентрацию почвенного раствора, не превышающую 5-8 г/л. Нормальное развитие хлопчатника в последующих фазах развития требует, чтобы общая концентрация солей почвенного раствора в пахотном горизонте не превышала 10-12 г/л. Существуют два переломных момента в реакции растений на повышение концентрации почвенного раствора. При хлоридно-сульфатном засолении до концентрации 12 г/л почвенные растворы не токсичны для хлопчатника, при концентрации раствора от 12 до 25 г/л хлопчатник гибнет. Крайний предел концентрации почвенного раствора, когда растение хлопчатника уже гибнет — 30 г/л ( в этих опытах почвенные растворы выделялись прессом при давлении 1530 Мпа и влажности, равной НВ).