Лабораторное занятие 4

Тема 4. Определение органического вещества почвы и оценка биологических свойств почв (4 часа)

1. Объяснение - 45 мин.

1.1 Ознакомление студентов с рабочим планом лабораторных занятий.

1.2 Определение содержания гумуса в почве методом И.В. Тюрина в модификации В.Н. Симакова.

1.3 Характеристика биологических свойств почв. Определение микробиологической активности (пероксидазное) почв.

1.4 Оценка показателей биологических свойств почвы.

1.5 Проработать тему занятия по рекомендованной литературе.

2. Самостоятельная работа студентов - 135 мин.

2.1 Выполнить лабораторные исследования по определению содержания гумуса в почве и её микробиологическую активность (пероксидазное). Результаты записать в рабочую тетрадь (таблица 21, 22, 23). Защита методики и цифровых материалов

Материальное обеспечение занятий:

Весы аналитические, разновесы, пробирки, колбы конические на 100 см³, воронки, бюретка на 50 см³, сито диаметром 0,25мм, капсулаторка, ступка фарфоровая, пинцет металлический.

Реактивы: 0,4 М раствор двухромовокислого калия в разбавленной серной кислоте (1:1); 0,2 М раствор соли Мора; 0,2 % раствор фенилантраниловой кислоты.

4.1 Определение содержания гумуса в почве методом И.В. Тюрина

в модификации В.Н. Симакова

Органическое вещество и его специфическая часть – гумус, являются основой плодородия любой почвы. В гумусе содержится почти весь азот почвы, накоплена и надолго сохраняется энергия солнечных лучей. От его содержания зависит структура почвы, её физические, физико-химические, водно-воздушные, тепловые свойства, биологическая активность и др. Гумусовые вещества стимулируют рост и развитие растений, поэтому очень важно уметь регулировать количество гумуса в почве и улучшать его качество.

Определение содержание органического вещества и гумуса в почве проводят различными методами. Они делятся на прямые и косвенные. Прямые методы основаны на сжигании органического вещества путём прокаливания или окисления смесью хромовой и серной кислот с последующим учётом углекислого газа. Эти методы считаются наиболее точными, но они очень трудоёмки. Косвенные методы основаны на учёте кислорода, необходимого для окисления органического вещества.

Подготовка почвы. Навеску воздушно-сухой усреднённой пробы, , массой 5…10 г без отбора органических остатков растирают, и полностью просеивают через сито 1 мм. 1…2 г просеянной почвы повторно растирают в ступке и просеивают через сито с диаметром отверстий 0,25 мм. Подготовленный таким образом почвенный образец используют для определения содержания углерода органического вещества.

При подготовке почвы к анализу на содержание гумуса необходимо отделить корешки и различные органические остатки. Для чего среднюю пробу нерастёртой почвы разравнивают тонким слоем на листе белой бумаги и пинцетом отбирают все корешки и видимые органические остатки. Затем образец почвы растирают в ступке и вновь отбирают органические примеси, просматривая почву под лупой. После этого почву растирают в ступке и пропускают через сито с отверстиями 1 мм.

Из просеянной почвы берут среднюю пробу массой 10…15 г, выравнивают тонким слоем на листе пергаментной бумаги и снова отбирают корешки наэлектризованной эбонитовой или стеклянной палочкой. Для этого сухую палочку надо натереть шерстяной тканью и быстро провести палочкой над почвой. Корешки и мелкие кусочки органических остатков, которые прилипают к палочке, удаляют.

Не следует подносить палочку слишком близко к почве, так как в этом случае к ней прилипают тонкие минеральные частицы.

После отбора корешков почву вновь растирают в фарфоровой ступке и просеивают через сито с диаметром отверстий 0,25 мм.

Подготовленную почву хранят в бумажных пакетах или в склянках с притёртой пробкой.

Принцип метода. Метод основан на окислении углерода органического вещества до углекислого газа 0,4 М раствором двухромовокислого калия (К₂Cr₂O₇) в серной кислоте, разведённой в дистиллированной воде в объёмном соотношении 1:1. Освобождающийся при кипячении хромовой смеси кислород окисляет углерод гумуса.

2 К₂Cr₂O₇ +8H₂SO₄ + 3C (гумус) = 2Cr₂(SO₄)₃ + 8H₂O + 2K₂SO₄ + 3CO₂

Данный метод непригоден для почв с содержанием гумуса свыше 15 %, а также для почв, содержащих более 0,6 % хлоридов, закисные соединения железа и большое количество марганца.

Таблица 21 - Масса навески почвы в зависимости от содержания гумуса в почве и генетического горизонта

Содержание гумуса, %	Масса навески почвы, г	Индекс горизонта	Масса навески почвы, г
более 10	0,1	А1	0,1
10 -5	0,2	Вh	0,2
5-1	0,3	ВС	0,3
1 -0,5	0,4	А2, А2В	0,4
менее 0,5	0,5	С, Д	0,5

Ход анализа. Усреднённую навеску почвы помещают в пробирку и взвешивают на аналитических весах. Затем пробирку вводят в коническую колбу ёмкостью 100 см³, и осторожно высыпают почву из пробирки на дно колбы при наклонном положении.

Пробирку вместе с приставшими частицами взвешивают. По разности между первыми вторым взвешиванием определяют навеску почвы, взятую для анализа.

Приливают в колбу 10 см³ 0,4 М хромовой смеси и кипятят 5 мин., закрыв колбу воронкой, которая служит холодильником. Не допускается интенсивного кипячения и перегрева, так как при сильном и продолжительном кипячении увеличивается концентрация серной кислоты, что может привести к разложению хромовой кислоты, и соответственно к неверным результатам анализа.

Содержимое колбы охлаждают, обмывают дистиллированной водой воронку и стенки колбы, добавляют 5…8 капель 0,2 % раствора фенилантраниловой кислоты (индикатор), и титруют 0,2 М раствором соли Мора до перехода цвета раствора из бурого через фиолетовый и синий в зелёный. Когда раствор окрасится в синий цвет, титровать надо очень осторожно, прибавляя раствор соли Мора по капле и тщательно размешивая титруемую жидкость.

Реакция между двухромовокислым калием, оставшимся после окисления органического вещества, и солью Мора идёт по уравнению:

К₂Cr₂O₇ + 7H₂SO₄ + 6FeSO₄(NH₄)₂SO₄ =

3Fe₂(SO₄)₃ + Cr₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + 6(NH₄)₂SO₄ + 7H₂O

Одновременно проводят холостое титрование для установления общего объёма соли Мора, идущего на титрование хромовой кислоты, прибавляемой в колбочку для окисления органического вещества.

Для этого берут в коническую колбу ёмкостью 100 см³ 10 см³ хромовой смеси, добавляют воду, индикатор и соблюдают далее все условия хода анализа. Холостое титрование проводят в трёхкратной повторности.

Содержание гумуса в почве рассчитывают по формуле:

С,% = ,

где С – содержание гумуса, %;

а – количество соли Мора, пошедшее на холостое титрование, см³;

в – количество соли Мора, пошедшее на титрование остатка хромой кислоты, оставшейся после окисления гумуса, см³;

К_М – поправка к титру соли Мора;

- коэффициент гигроскопичности для пересчёта результатов на абсолютно-сухое вещество;

А – навеска воздушно-сухой почвы, г;

0,0010362 – коэффициент Ищерякова (коэффициент перевода в гумус, принимая, что 1 см³ 0,2 М раствора соли Мора соответствует 0,0010362 г гумуса).

Запасы гумуса в почве рассчитываются на 1 га площади и выражаются в тоннах. Расчёт ведут следующим образом:

1. Определяют массу почвы на площади 1 га.

Р (т/га) = hSd_v,

где h - -высота слоя почвы, в котором определяют запасы гумуса, м;

S – площадь, 1га; d_v – плотность почвы, г/см³.

2.Рассчитывают запасы гумуса (Q).

Q =

где Q – запасы гумуса, т/га; Р – масса почвы, т/га; С – содержание гумуса, %.

Таблица 22 - Результаты определения содержания гумуса

Регистрационный № образца	Генетический горизонт и глубина взятия образца, см	Масса пробирки, г		Масса почвы, г	Раствор соли Мора (см3), пошедший		(а-в)	Поправка к титру раствора Соли Мора	Коэффициент Ищерякова	Гумус, %
		с поч- вой	без поч- вы		на холос-тое опреде- ление (а)	после окисле- ния (в)

4.2 Определение органического вещества почвы (потери от прокаливания)

Под потерей от прокаливания понимают уменьшение веса почвы под влиянием высокой температуры. При прокаливании почвы происходит сгорание органического вещества, удаление химически связанной и гигроскопической воды, а в золе остаются зольные элементы. В кварцево-песчаных почвах содержание гигроскопической воды можно легко учесть, а химически связанной воды содержится незначительное количество и её можно не учитывать. В этих почвах по потере от прокаливания можно довольно точно определить содержание органических веществ.

Методом потери от прокаливания пользуются при изучении лесных подстилок и торфов. Ошибка за счёт содержания химически связанной воды будет незначительна, так как содержание органических веществ в таких горизонтах относительно высокое. Для глинистых и суглинистых почв этот метод мало пригоден.

Проведение анализа. Во взвешенный на аналитических весах тигель берут навеску массой 2 г и вновь взвешивают. Ставят тигель в холодную муфельную печь, а затем нагревают её до 600^о С (тёмно-красное каление) и прокаливают тигли с почвой в течение 2…2,5 часов.

Тигли вынимают из печи щипцами, слегка охлаждают и ставят для полного охлаждения в эксикатор.

После остывания тигель с прокалённой почвой взвешивают на аналитических весах. Вычисляют потерю от прокаливания в процентах от абсолютно-сухой почвы.

где О.В. – содержание органического вещества в почве, %;

П – потеря от прокаливания, г;

W_Г – гигроскопическая влажность, г;

а – масса абсолютно-сухой почвы, г.

4.3 Определение биологической активности почвы с использованием биохимических и микробиологических показателей

Вмешательство человека, использующего техногенные приемы в природных комплексах, сказывается на биологических свойствах почвы. Это приводит к уменьшению видового ряда микро-, мезо- и макрофауны и, в целом, снижает биологическую активность - важнейший показатель биологических свойств почв. Комплекс биологических свойств включает: высокий уровень микробиологической активности, преобладание бактериальной микрофлоры, наличие микроорганизмов-азотфиксаторов, ферментативная активность микроорганизмов, продуцирующих ферменты-биостимуляторы, наличие разрыхляющей почву и структурообразующей мезофауны и.т.д. При характеристике микробиологической активности почвы определяют содержание и видовой состав бактериальной и грибной микрофлоры. При анализе биохимической активности определяют активность целлюлозолитических ферментов, протеазы, каталазы, пероксидазы, полифенолоксидазы и др.

4.3.1 Выделение и учет бактерий в почве методом посева на твердые питательные среды

Ход анализа. Почву для микробиологического анализа предварительно тщательно диспергируют микроизмельчителем тканей, или тщательно растирают в фарфоровой ступке резиновым пестиком и готовят суспензию в стерильной водопроводной воде (1:100). Из исходной суспензии готовят ряд разведений в стерильных пробирках (10 мл стерильной воды + 1 мл суспензии). На чашки Петри (3-4 чашки на одну повторность) со стерильной питательной средой наносят 1 каплю суспензии, растирают стерильным шпателем и оставляют для прорастания (обычно 28^оС). Бактерии подсчитывают через 3 суток, актиномицеты – через 7–20 сут, грибы и дрожжи – через 5–7 сут. Наиболее точный подсчет получается, если на чашке развивается 50-200 колоний бактерий и актиномицетов и 30-50 колоний грибов.

4.3.2 Определение активности каталазы по методы Джонсона и Темпле

Ход анализа. В коническую колбу емкостью 125 мл помещают 2г почвы, приливают 40 мл дистиллированной воды и 5 мл 0,3% перекиси водорода. Колбу взбалтывают в течение 20 мин (на ротаторе). Нерасщепленную часть перекиси стабилизируют добавлением 5 мл 3н H₂SO₄, и содержимое колб фильтруют через плотный фильтр. Затем 25 мл фильтрата титруют 0,1 н KMnО₄ до слабо-розовой окраски. Начальную концентрацию использованной перекиси корректируют титрованием перманганатом в кислой среде. Для этого 5 мл 0,3% H₂O₂ смешивают с 40 мл воды и 5 мл 3 н серной кислоты, 25 мл этой смеси титруют 0,1н KMnО₄.

Из количества перманганата, израсходованного на титрование исходной перекиси (А), вычитают количество перманганата, израсходованное на титрование почвенного фильтрата (Б). Эта разница с учетом поправки к титру перманганата (Т) отражает каталазную активность почвы, определяемую по формуле (А – Б) Т.

Каталазную активность выражают в мл 0,1 н KMnО₄ на 1 г сухой почвы за 20 мин.

Таблица 23 - Результаты определения каталазной активности почвы

Регистра-ционный № образца	Генетичес-кий гори-зонт и глубина взятия образца, см	Количество 0,1н KMnО4, израс-ходованного на титрование исходной перекиси (А), мл	Количество 0,1н KMnО4, израс-ходованного на титрование почвенного фильтрата (Б), мл	Поправ-ка к титру раствора 0,1н KMnО4	Каталазная активность, мл/г сухой почвы