2.5.3 Окисно-відновні процеси в грунті

Грунт – складна окисно-відновна (ОВ) система. В ньому проходять реакції окиснення і відновлення. Під окисненням розуміють: приєднання кисню, віддачу водню, віддачу електрона. В грунті існує багато окисно-відновних систем. Більша частина цих реакцій пов’язана з мікробіологічними процесами, має біохімічну природу. Головним окиснювачем в грунті є молекулярний кисень грунтового повітря і розчину.

Одною з основних характеристик інтенсивності та напрямку ОВ процесів у грунті є:

Окисно-відновний потенціал (ОВП) – відображає сумарний ефект ОВ системи грунту в даний момент, різницю потенціалів, яка виникає між грунтовим розчином і електродом, поміщеного в грунт.

ОВП залежить від режиму вологості. Вологість грунту, надлишкове зрошення, погіршення аерації, внесення свіжої органічної речовини призводить до зниження ОВП. Висихання грунтів, навпаки, веде до підвищення потенціалу грунту.

Окисно-відновні процеси впливають на характер ґрунтоутворення і родючість грунтів, з ними пов’язані процеси перетворення органічних решток, накопичення гумусу. Надлишкове зволоження уповільнює розклад органічної речовини, утворюються фульвокислоти. При змінах зволоження і висушування, відновлення й окислення виникають процеси розкладу органічної речовини, решток, дегуміфікації.

За характером ОВ-режиму грунти поділяють на групи:

• грунти з абсолютним пануванням окислювальної обстановки (автоморфні грунти степів, напівпустель, пустель – чорноземи, каштанові, сіро-коричневі, бурі, напівпустельні, сіроземи тощо);

• грунти з пануванням окислювальних умов при можливому прояві відновлювальних процесів в окремі вологі роки, або сезони (автоморфні грунти тайгово-лісоіої зони, вологих субтропіків – підзолисті, дерново-підзолисті, червоноземи, жовтоземи тощо);

• грунти з контрастним ОВ-режимом (напівгіроморфні різновиди підзолистих, дерново-підзолистих, бурих лісових грунтів тощо);

• грунти з стійким відновлювальним режимом (болотні, гігроморфні солончаки, солоді тощо).

З відновними явищами пов’язаний розвиток у сезонно надлишково зволожених грунтах елювіально-глейового процесу, формування елювіальних горизонтів. При зміні відновних умов виникають залізо-марганцеві новоутворення: ортштейни, бобовини, плівки тощо. Поживний режим складається несприятливо як при різко окисних, так і при різко відновних умовах. Головні прийоми регулювання ОВ-умов – оптимізація водно-повітряного режиму грунтів.

2.5.4 Грунтове повітря

Грунт – пориста система, що містить суміш газів, яка заповнює вільний від води поровий простір скелетної частини.

Кількість і склад грунтвого повітря впливає на розвиток і функціонування рослин і мікроорганізмів; розчинність і міграцію хімічних сполук у грунтовому профілі; інтенсивність і спрямованість грунтових процесів. Крім того, грунт поглинає та сорбує токсичні промислові гази, а також очищує атмосферу від технічного забруднення.

Повітря знаходиться в грунті у чотирьох фізичних станах: вільне, защемлене, адсорбоване, розчинне.

Вільне грунтове повітря – це суміш газів і легких сполук, які вільно переміщуються системою грунтових пор і з’єднуються з атмосферою.

Вільне повітря забезпечує аерацію грунтів і газообмін з атмосферою.

Защемлене грунтове повітря – знаходиться у порах, з усіх боків ізольоване водяними плівками. Це повітря нерухоме, не бере участі у газообміні між грунтом і атмосферою. Частіше спостерігається защемлене повітря у суглинистих грунтах.

Адсорбоване грунтове повітря – гази й леткі органічні сполуки, адсорбовані грунтовими частинками на їх поверхні. Чим дисперсніший грунт, тим більш він містить адсорбованих газів при даній температурі. Кількість сорбованого повітря залежить від мінералогічного складу грунтів, від вмісту органічної речовини, вологості. Пісок поглинає в 10 разів менше повітря, ніж важкий суглинок; тонкодисперсний кварц сорбує СО₂ у 100 разів менше, ніж гумус.

Розчинне повітря – гази розчинені в грунтовій воді. Це повітря обмежено бере участь в аерації грунту. Але розчинні гази відіграють велику роль у забезпеченні фізіологічних потреб рослин, мікроорганізмів, тварин, а також фізико-хімічних процесів, що протікають у грунті.

Аерація – обмін газами між грунтовим повітрям і атмосферою. Аерація визначається великою кількістю факторів як безпосередньо грунтових так і зовнішніх, а саме:

• атмосферними умовами – коливаннями температури повітря, зміною атмосферного тиску, кількістю опадів та їх розподілом, інтенсивністю та об’ємом випаровування і транспірації води;

• фізичними властивостями грунту – механічним складом, структурою, станом поверхні, щільністю, кількістю пор аерації, їх температурним режимом і режимом вологості;

• фізичними властивостями газів – швидкістю їх дифузії;

• фізико-хімічними реакціями у грунтах по ланцюгу: поглинаючий комплекс – грунтовий розчин – газова фаза.

Сучасний склад земної атмосфери має біогенну природу. Велику роль у формуванні атмосфери відіграє газообмін між приземним шаром і грунтом. Склад атмосферного повітря в об’ємних одиницях (%):

азот (Na) – 78.08

кисень (О₂) – 20.95

аргон (Ar) – 0.93

вуглекислий газ (СО₂) – 0.03

Грунтове повітря відрізняється динамічністю. Найбільш рухомими в грунтовому повітрі є О₂ і СО₂. Їх вміст коливається і залежить від інтенсивності споживання О₂ і продукування СО₂ живими організмами, а також швидкістю газообміну між грунтом і атмосферою.

В грунтовому повітрі може бути СО₂ в сто разів більше ніж в атмосферному, а кількість О₂ може знижуватись до 10%. В орних, добре аерованих грунтах кількість СО₂ в грунтовому повітрі – 1-2%, а О₂ – 18%. Кількість азоту в грунтовому повітрі мало відрізняється від атмосферного.

Література [2] с. 108-134