Почвенный раствор и окислительно-восстановительные реакции

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ  БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

Географический факультет

Кафедра почвоведения и земельных информационных систем

 

Специальность «География. Геоинформационные системы»

 

 

ПОЧВЕННЫЙ РАСТВОР И ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ПОЧВАХ

(Курсовая работа)

 

 

 

                                                                                   Студента 1-го курса

                                                                           Юшкевича В.О.

                                                                              Научный руководитель

                                                             Доцент

                                                                            Ковальчик Н.В.

 

                                                                                   Оценка __________

 

                                                                                         Дата защиты________

 

                                                                                 Подпись научного

                                                                                        Руководителя_______

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Минск

2013 
АННОТАЦИЯ

       УДК

 

Юшкевич В.О. Почвенный раствор и окислительно-восстановительные процессы в почвах (курсовая работа). – Мн., 2013. – 30с.

 

Почвенный раствор, вода, реакция почвенного раствора, осмотическое давление, окисление, восстановление, окислительно-восстановительный потенциал.

В работе даётся описание почвенного раствора: методы выделения почвенного раствора, химический состав почвенного раствора, динамика концентрации почвенного раствора. Даётся характеристика окислительно-восстановительных процессов  в почве, раскрывается значение почвенного раствора и окислительно-восстановительных реакций в жизни почвы.

Библиогр. 10, табл.1

 

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение 3

Глава 1. Понятие и характеристика почвенного раствора…………………....4

1. Методы выделения почвенного раствора………………………......5
2. Химический состав почвенных растворов………………………….7
3. Динамика концентрации почвенного раствора…………………….11
4. Роль почвенного раствора в продукционном процессе……………13

Глава 2. Окислительно-восстановительные процессы в почвах……………...16

Глава 3. Значение окислительно-восстановительного потенциала для плодородия почв…………………………………………………………………23

Заключение……………………………………………………………………….25

Список использованной литературы……………………………………...……28 
ВВЕДЕНИЕ

Почвенный раствор – это раствор химических веществ в воде, находящийся в равновесии с твёрдой и газообразными фазами почвы и заполняющий её поровое пространство. Его можно рассматривать как гомогенную жидкую фазу, имеющую переменный состав. Состав почвенного раствора зависит от его взаимодействия с твёрдой фазой в результате  процессов  осаждения-растворения, сорбции-десорбции, ионного обмена, комплексообразования, растворения газов почвенного воздуха, разложения животных и растительных остатков.

Почвенный раствор является наиболее подвижной, наиболее активной составной частью почвы. Поскольку растения способны усваивать питательные элементы только в растворенном состоянии, то почвенный раствор представляет наиболее легко воспринимаемый источник питательных веществ для растений.

Изучение состава почвенного раствора весьма важно для выяснения характера почвообразовательного процесса, его направления, концентрации солей, выяснения наличия в почве токсичных для растений веществ, а также для разработки правильной системы агротехнических мероприятий по улучшению почв и наиболее рациональному использованию их в сельскохозяйственном производстве.

Изучение окислительно-восстановительных процессов позволяет судить о свойствах почвенного раствора, об аэрации почвы, а также об интенсивности и характере разнообразных биохимических процессов.

Целью курсовой работы было охарактеризовать почвенный раствор и  окислительно-восстановительные процессы в почвах, показав их значение для плодородия почв.

Основные задачи работы:

• раскрыть понятие почвенного раствора и показать основныесовременные методы его выделения;
• дать характеристику  химического состава почвенных растворов и показать механизм их формирования; 
• показать значение почвенного раствора для питания растений;
• охарактеризоватьпочвенные окислительно-восстановительные процессы, показавих роль в жизни почв.

Для раскрытия темы проанализированы и использованы рекомендуемые литературные источники, в том числе публикации научных периодических изданий, а также материалы из других изданий и данные интернет-ресурсов.

 

 

 

ГЛАВА 1. ПОНЯТИЕ И ХАРАКТЕРИСТИКА ПОЧВЕННОГО РАСТВОРА

Почвенным раствором называется влага, находящаяся в почве и содержащая в растворенном состоянии органические и минеральные вещества, газы и тончайшие коллоидные золи. В.И.Вернадский считал почвенные растворы одной из важнейших категорий природных вод, «основным субстратом жизни», «основным элементом механизма биосферы». В изучение состава и динамики почвенных растворов, а также в разработку методов выделения внесли существенный вклад К. Гедройц, А. Дояренко, А. Шмук, С. Захаров, А. Роде, П. Крюков, Н. Комарова, Е. Шилова и другие. [8]

 Почвенный раствор  образуется в результате взаимодействия  воды, поступающей в почву, с ее  твердой фазой и растворения  некоторых органических и минеральных  веществ и их производных. Наиболее  существенным источником почвенных  растворов являются атмосферные  осадки. Дождевая вода, поступающая  в почву, содержит некоторое количество  растворенных веществ: газов атмосферного  воздуха (кислород, углекислый газ, азот и др.), а также соединений, находящихся в воздухе в виде  пыли. Грунтовые воды также могут  участвовать в их формировании. В зависимости от типа водного  режима почвы участие грунтовых  вод может быть систематическим (выпотной или застойный водный  режим) и периодическим (периодически  выпотной водный режим). При орошении  дополнительным источником влаги  для почвенных растворов становятся  поливные воды.

Атмосферные осадки, поверхностные воды, росы, грунтовые воды, попадая в почву и переходя в категорию жидкой ее фазы, изменяют свой состав при взаимодействии с твердой и газообразной фазами почвы, с корневыми системами растений и живыми организмами, населяющими почву. Образующийся почвенный раствор, в свою очередь, играет огромную роль в динамике почв, питании растений и микроорганизмов, принимает активное участие в процессах преобразования минеральных и органических соединений в почвах, в их передвижении по профилю. [2]

Содержание влаги в почвах и количество почвенного раствора могут колебаться в очень широких пределах, от десятков процентов, когда вода занимает практически всю порозность почвы, и до долей процента, когда в почве находится лишь адсорбированная вода. Физически прочносвязанная вода (гигроскопическая и отчасти максимальная гигроскопическая) представляет собой нерастворяющий объем почвенной воды, поэтому она не входит в состав почвенного раствора как такового. Не успевают стать специфическим почвенным раствором и гравитационные воды, быстро просачивающиеся через почвенные горизонты по крупным трещинам и ходам корней. Почвенный раствор включает все формы капиллярной, рыхло-и относительно прочносвязанной воды почвы.

Почвенный раствор имеет огромное значение в генезисе почв и их плодородии. Он участвует в процессах преобразования (разрушение и синтез) минеральных и органических соединений, в составе почвенного раствора по профилю почв перемещаются разнообразные продукты почвообразования. Исключительно велика роль почвенного раствора в питании растений. Поэтому важно знать его состав, свойства (реакция, буферность, осмотическое давление) и динамику. [8]

 

1. Методы выделения почвенного раствора

 

Для выделения и изучения почвенных растворов в зависимости от условий и задач исследования применяются различные методы.

1 группа методов: выделение и изучение почвенных растворов с помощью вытяжек, т.е. извлечение раствора добавлением в почву воды в количестве, значительно превышающем навеску почвы (наиболее часто применяемое соотношение почва:вода — 1:5).

Составы почвенных растворов и водных вытяжек весьма сильно различаются между собой. Поэтому в настоящее время водные вытяжки используются в основном для характеристики в почвах легкорастворимых солей и иногда для определения ряда легкодоступных растениям питательных элементов.

2 группа методов: выделение раствора из почвы в сравнительно неизменном виде. Для выделения почвенного раствора из образца почвы предварительно отобранного из почвы, необходимо преодолеть силу взаимодействия твердой и жидкой фаз почвы. Поэтому все методы основываются на применении внешней силы:

1.Давление, создаваемое прессом;

2.давление сжатого газа;

3.центробежная сила;

4.вытесняющая способность  различных жидкостей.

Количество выделяющегося почвенного раствора зависит от водоудерживающих свойств почвы и степени ее увлажнения.

 Получить почвенные  растворы центрифугованием возможно лишь в почвах с влажностью, близкой к полной влагоемкости.

Практически в современных почвенных исследованиях наиболее часто применяются первый и последний методы, т.е. отпрессовывание раствора или вытеснение замещающей жидкостью. Выделение почвенного раствора замещением его другой жидкостью заключается в том, что через колонку, заполненную исследуемой почвой с естественной влажностью, сверху просачивается вытесняющая жидкость. Наиболее удобен для этой цели этиловый спирт. Для улучшения фильтрационных свойств тяжелых почв их рекомендуется смешивать с хорошо отмытым кварцевым песком.

При использовании этих методов после выделения раствора в почве остается еще некоторое количество влаги. Преимущества данных методов — возможность получения растворов при влажности, характерной для почв в вегетационный период, поэтому практически динамику почвенного раствора можно изучить лишь этими методами. Недостаток их — некоторое нарушение карбонатного равновесия и окислительно-восстановительного состояния раствора при его отделении от почвы.

3 группа методов: так называемые лизиметрические методы, действующие по принципу замещения и вытеснения растворов почвенных растворов талыми и дождевыми водами. Для количественного учета и изучения состава просачивающихся сквозь почву растворов применяют лизиметры различного устройства: лизиметры-контейнеры с бетонированными стенками и дном, лизиметры-монолиты, лизиметры-воронки, плоские лизиметры закрытого типа, в наименьшей степени нарушающие естественное залегание почвы, лизиметрические хроматографические колонки. Большой вклад в изучение жидкой фазы почв с применением лизиметров внесли исследования советских учёных В.В. Геммерлинга, И.Н. Скрынниковой, В.В. Пономаренко, Е.И Шиловой, И.С. Кауричева.

Недостаток всех лизиметрических установок — возможность получения растворов лишь в периоды сильного увлажнения почв. Кроме того, в лизиметрических установках, особенно типа подставных воронок, нарушается в определенной мере естественный ход фильтрации, что не позволяет получать строго количественной характеристики выноса тех или иных компонентов почвы. Поэтому при изучении динамики состава почвенных растворов желательно сочетать лизиметрический метод с другими методами выделения почвенных растворов (отпрессовывание и др.).

4 группа методов: непосредственные исследования водной фазы почв в почве естественного залегания в полевых условиях. Первые методы с применением электродов, погружаемых в почву, для определения влажности и электропроводимости почв (учет запаса солей) были проведены еще в конце 19 века. Долгое время в почвах определяли лишь активность ионов водорода и окислительно-восстановительный потенциал. В последние годы развития потенциометрических и, в частности, ионометрических методов позволяет более широко проводить эти исследования, определять широкий набор ионов (), измеряя их активность в почве.[8]

 

2. Химический состав почвенных растворов

 

Почвенный раствор находится в постоянном и тесном взаимодействии с твердой и газовой фазами почвы и корнями растений, поэтому состав и концентрация его - результаты биологических, физико-химических и физических процессов, лежащих в основе этого взаимодействия. Темп и направления указанных процессов подвержены значительной сезонной изменчивости, поэтому и состав почвенного раствора чрезвычайно динамичен. [6]

 Формирование состава  почвенных растворов — сложный  процесс, который обуславливается  и регулируется как абиотическими, так и биотическими факторами  и компонентами почвы и экосистемы  в целом. Состав почвенных растворов  зависит от количества и качества  атмосферных осадков, от состава  твердой фазы почвы, от количества  и качественного состава живого  и мертвого растительного материала  в надземных и подземных ярусах  биогеоценоза, от жизнедеятельности  мезофауны и микроорганизмов. Состав почвенных растворов постоянно находится под влиянием жизнедеятельности высших растений — изъятие из него корнями определенных ионов и соединений, и наоборот, поступление веществ с корневыми выделениями. [8]