Электрические свойства почвы

Электрические свойства почвы

Почва состоит из множества  минеральных зерен. На части этих зерен образуются минеральная и органо-минеральная матрицы, в свою очередь состоящие из кластеров (активных центров). На матрицах находятся разные катионы, которые нейтрализуют отрицательный заряд почвенной матрицы. Таким образом, почва – носитель электрического заряда. Каждая коллоидная частица в почве обладает к тому же двойным электрическим слоем, и при наложении поля на почву возникает электрокинетический потенциал. Движение воды в почве приводит к переносу ионов в порах субстрата, что создает движение ионов (зарядов), т.е. к возникновению электрического тока определенной силы. Его улавливают электроды, помещенные в почву. Таким образом, можно сказать, что почва имеет естественное, или стационарное, электрическое поле, которое можно измерить. На потенциал точки влияют содержание поглощенных катионов, влажность почвы, ее гранулометрический состав в данной точке. Высокая влажность способствует выравниванию электрического поля в почве между горизонтами. Легкий гранулометрический состав, напротив, увеличивает разность потенциалов в разных точках почвы.

Основной параметр, характеризующий  естественное (и искусственное) электрическое  поле – объемная плотность зарядов  – количество ионов и других заряженных частиц в объеме почвы. На практике измеряют в мв напряжение естественного поля (разность потенциалов между двумя точками) и сопротивление  почвы при наложении искусственного электрического поля на почву. Обычно определяют рк (кажущееся сопротивление, которое суммирует все сопротивление неоднородного участка почвы).

Применение электрического сопротивления в качестве обобщенного  показателя может основываться только на выявленных тесных связях его со свойствами почвы. Таким образом, в  зависимости от конкретных условий  и поставленной задачи по потенциалу и удельному электрическому сопротивлению  можно оценивать достаточно большой  спектр почвенных свойств.

Распределение плотностей подвижных  электрических зарядов в почвах осуществляют почвообразовательные процессы. Каждый элементарный почвообразовательный процесс, как уже было сказано, "работает" на обогащение или обеднение электрическими зарядами определенного генетического  образования: морфона, горизонта, части почвенного профиля или всей ее толщи.

Электрическое сопротивление - комплексная характеристика почвенных  свойств. Поэтому его использование  возможно для оценки и определения  этих свойств в зависимости от условий и задач исследования. Зональная смена процессов выщелачивания, имеющих преобладающее значение в большинстве почв гумидной зоны, на более ярко выраженный процесс гумусонакопления в серых лесных и особенно в черноземных почвах в значительной мере влияет на параметры СЭП в сторону их существенного снижения по сравнению с автоморфными дерново-подзолистыми почвами. Любой турист знает, что оформление визы в любую страну, а тем более в Великобританию, является процесс долгий и отнимающий немало сил. Поэтому многие давно уже пользуются услугами таких компаний как Anglo Travel Agency и экономят своё время и деньги на оформление визы как в Шотландию так и в Великобританию. Более детальную информацию можно получить на сайте http://www.ozr-uk.ru/ компании Anglo Travel Agency.

При формировании почвенно-электрических  профилей солонцов и солодей первостепенное значение, наряду с поглощенными Са и Mg, приобретает Na, а в засоленных почвах и солончаках - концентрации ионов почвенного раствора. Естественные потенциалы, являясь природным явлением, не только отражают энерго и массоперенос, но и самостоятельно влияют на передвижение электрически заряженных частиц, выравнивая их электрохимические потенциалы за счет генерации электрического поля, препятствующего самопроизвольной миграции их под действием различий в химических потенциалах.

Магнитные свойства почвы

Почвы содержат самые разные минералы. Среди них обычно преобладают  силикаты, оксиды и гидроксиды. Все  минералы можно разделить на ферромагнетики, диамагнетики, парамагнетики и ферримагнетики. Они отличаются по своим магнитным  свойствам и, в первую очередь, по магнитной восприимчивости. Магнитная  восприимчивость в единице объема тела равна отношению намагниченности (I) к напряженности (Н) намагничивающего поля.

Диамагнетики обладают отрицательной  магнитной восприимчивостью очень  небольшой по ее абсолютному значению (п-10"5ед. СИ). При помещении в магнитное поле они индуцируют поле, противоположное внешнему. Их магнитная восприимчивость слабо зависит от температуры и напряженности поля.

Парамагнетики обладают положительной  магнитной восприимчивостью, абсолютная величина которой достигает n-102 ед. СИ. В них создается магнитное  поле, совпадающее с внешним. Напряженность этого поля зависит от температуры и возрастает при увеличении напряженности внешнего магнитного поля.

Ферромагнетики обладают высокой магнитной восприимчивостью в диапазоне температуры ниже точки Кюри. Выше этой точки ферромагнетики переходят в парамагнетики. Магнитная  восприимчивость ферромагнетиков  положительная и достигает значений п-105-106 ед. СИ.

В почвах кварц, полевые шпаты - обычно диамагнетики. При изоморфном внедрении в них железа они  становятся парамагнетиками. Слюды, амфиболы являются парамагнетиками. Восприимчивость  почв будет зависеть от их минерального состава, а так как в большинстве  почв преобладают кварц, полевые  шпаты, амфиболы, слюды, каолинит, монтмориллонит, то и магнитная восприимчивость  обычных почв очень мала. Она измеряется п-10"3 и еще меньшими значениями.

Ферментативная активность почв

 

Ферменты –  это катализаторы химических реакций белковой природы, отличающиеся специфичностью действия в отношении катализа определенных химических реакций.

Ферменты являются продуктами биосинтеза живых почвенных  организмов: древесных и травянистых  растений, мхов, лишайников, водорослей, грибов, микроорганизмов, простейших, насекомых, беспозвоночных и позвоночных  животных, которые представлены в  природе определенными совокупностями  –   биоценозами.

Биосинтез ферментов  в живых организмах осуществляется благодаря генетическим факторам, ответственным  за наследственную передачу типа обмена веществ и его приспособительную изменчивость. Ферменты являются тем рабочим аппаратом, при помощи которого реализуется действие генов. Они катализируют в организмах тысячи химических реакций, из которых в итоге слагается клеточный обмен. Благодаря ферментам химические реакции в организме осуществляются с большой скоростью.

В настоящее время  известно более 900 ферментов. Их подразделяют на шесть классов.

1.  Оксиредуктазы – катализируют окислительно-восстановительные реакции.

2.  Трансферазы – катализируют реакции межмолекулярного переноса различных химических групп и остатков.

3.  Гидролазы –- катализируют реакции гидролитического расщепления внутримолекулярных связей.

4.  Лиазы –- катализирующие реакции присоединения групп по двойным связям и обратные реакции отрыва таких групп.

5.  Изомеразы –-   катализируют реакции изомеризации.

6.  Лигазы –   катализируют химические реакции с образованием связей за счет АТФ (аденозинтрифосфорной кислоты).

При отмирании и  перегнивании живых организмов часть  их ферментов разрушается, а часть, попадая в почву, сохраняет свою активность и катализирует многие почвенные  химические реакции, участвуя в процессах  почвообразования и в формировании качественного признака почв – плодородия.

В разных типах  почв под определенными биоценозами  сформировались свои ферментативные комплексы, отличающиеся активностью биокаталитических реакций.

Важной чертой ферментативных комплексов почв является упорядоченность  действия имеющихся групп ферментов. Она проявляется в том, что  обеспечивается одновременное действие ряда ферментов, представляющих различные  группы. Ферменты исключают накопление избытка каких-либо соединений в  почве. Излишки накопившихся подвижных  простых соединений (например, NH₃) тем или иным путем они временно связывают и направляют в циклы, завершающиеся образованием более сложных соединений. Ферментативные комплексы  можно представить, в виде неких саморегулирующихся систем. В этом основную роль играют микроорганизмы и растения, постоянно пополняющие почвенные ферменты, так как многие из них являются короткоживущими.

О количестве ферментов  косвенно судят по их активности во времени, которая зависит от химической природы реагирующих веществ (субстрата, фермента) и от условий взаимодействия (концентрация компонентов, рН, температура, состав среды, действие активаторов, ингибиторов  и др.).

Ферменты, относящиеся  к классам гидролаз и окси-редуктаз, участвуют в основных процессах гумификации почв, поэтому их активность – это существенный показатель плодородия почв. Поэтому кратко остановимся на характеристике ферментов, относящихся к данным классам.

Характеристика  ферментов

К гидролазам относят инвертазу, уреазу, фосфатазу, протеазу.

Инвертаза – катализирует реакции гидролитического расщепления сахарозы на эквимолярные количества глюкозы и фруктозы, воздействует также на другие углеводы с образованием молекул фруктозы   – энергетического продукта для жизни микроорганизмов, катализирует фруктозотрансферазные реакции. Исследования многих авторов показали, что активность инвертазы лучше других ферментов отражает уровень плодородия и биологической активности почв.

Уреаза– катализирует реакции гидролитического расщепления мочевины на аммиак и диоксид углерода. В связи с использованием мочевины в агрономической практике необходимо иметь в виду, что активность уреазы выше у более плодородных почв. Она повышается во всех почвах в периоды их наибольшей биологической активности – в июле - августе.

Фосфатаза (щелочная и кислая) – катализирует гидролиз ряда фосфорорганических соединений с образованием ортофосфата. Активность фосфатазы  тем выше, чем меньше в почве подвижных форм фосфора, поэтому она может быть использована как дополнительный показатель при установлении потребности внесения в почвы фосфорных удобрений. Наиболее высокая фосфатазная активность в ризосфере растений.

Протеазы – это группа ферментов, расщепляющих белки до полипептидов и аминокислот, которые в последующем  гидролизуются до аммиака, диоксида углерода и воды. В связи с этим протеазы имеют важнейшее значение в жизни почвы, так как с ними связаны изменение состава органических компонентов и динамика форм азота, которые легко усваиваются растениями.

К классу окси-редуктаз  относят каталазу, пероксидазу и полифенолоксидазу.

Каталаза – в результате ее действия происходит расщепление перекиси водорода, токсичной для живых организмов:

Н₂О₂ → Н₂О + О₂

Большое влияние  на каталазную активность минеральных почв оказывает растительность. Почвы, находящиеся под растениями с мощной глубоко проникающей корневой системой, характеризуются высокой каталазной активностью. Особенность активности каталазы заключается в том, что вниз по профилю она мало изменяется, имеет обратную зависимость от влажности почв и прямую – от температуры.

Полифенолоксидазе и пероксидазе в почвах принадлежит основная роль в процессах гумусообразования.

Полифенолоксидаза катализирует окисление полифенолов в хиноны в присутствии свободного кислорода воздуха. Пероксидаза катализирует окисление полифенолов в присутствии перекиси водорода или органических перекисей. При этом ее роль состоит в активировании перекисей, поскольку они обладают слабым окисляющим действием на фенолы. Далее может происходить конденсация хинонов с аминокислотами и пептидами с образованием первичной молекулы гуминовой кислоты, которая в дальнейшем способна усложняться за счет повторных конденсаций.

Отношение активности полифенолоксидазы (S) к активности пероксидазы (D), выраженное в процентах:       

S 
К = ---- x 100 
        D

имеет связь с  накоплением в почвах гумуса, поэтому  эта величина получила название условный коэффициент накопления гумуса (К).

Ферментативные процессы в почвах

Биокаталитическая активность почв зависит от степени обогащенности их микроорганизмами и от типа почв. Активность изменяется по генетическим горизонтам. Это связано с содержанием гумуса, типа реакций, окислительно-восстановительного потенциала и других показателей по профилю.

В целинных лесных почвах интенсивность ферментативных реакций в основном определяют горизонты  лесной подстилки, а в пахотных –  пахотные слои. Все биологически менее  активные генетические горизонты, находящиеся  под горизонтами А или А_п, имеют низкую активность ферментов. Активность их незначительно возрастает при окультуривании почв. После освоения лесных почв под пашню ферментативная активность образованного пахотного горизонта по сравнению с лесной подстилкой резко снижается, но по мере его окультуривания повышается и в сильно окультуренных почвах приближается или превышает показатели лесной подстилки.