Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Методы почвенно-экологических исследований. Учебное пособие.pdf
Министерство сельского хозяйства Российской Федерации
Департамент научно-технологической политики и образования
ФГБОУ ВО Южно-Уральский государственный аграрный университет
Институт агроэкологии – филиал
Методы
почвенно-экологических
исследований
Учебное пособие
Челябинск
2021
УДК 631.4
ББК 40.3
М 545
Методы почвенно-экологических исследований [Текст] : учеб.
М 545
пособие / сост. А. Н. Покатилова, Е. Ю. Матвеева, Л. В. Уфимцева. –
Челябинск : ФГБОУ ВО Южно-Уральский ГАУ, 2021. – 68 с.
ISBN 978-5-88156-880-1
Учебное пособие составлено в соответствии с требованиями ФГОС
к уровню подготовки бакалавра и предназначено для обучающихся по агрономическим направлениям очной и заочной форм обучения.
УДК 631.4
ББК 40.3
Составители
А. Н. Покатилова – канд. с.-х. наук
(Институт агроэкологии – филиал ФГБОУ ВО Южно-Уральский ГАУ)
Е. Ю. Матвеева – канд. биол. наук
(Институт агроэкологии – филиал ФГБОУ ВО Южно-Уральский ГАУ)
Л. В. Уфимцева – канд. биол. наук, доцент
(Южно-Уральский научно-исследовательский институт садоводства
и картофелеводства – филиал ФГБНУ УрФАНИЦ УрО РАН)
Рецензенты
Н. В. Глаз – канд. с.-х. наук, руководитель Южно-Уральского
научно-исследовательского института садоводства и картофелеводства –
филиала ФГБНУ УрФАНИЦ УрО РАН
Т. И. Кобякова – канд. биол. наук, директор ФГБУ САС «Шадринская»
Учебное пособие обсуждено на заседании кафедры агротехнологий
и экологии «20» января 2021 г. (протокол № 5)
Учебное пособие одобрено учебно-методической комиссией
Института агроэкологии «27» января 2021 г. (протокол № 1)
Печатается по решению учебно-методического совета
ФГБОУ ВО Южно-Уральского ГАУ
© А. Н. Покатилова, Е. Ю. Матвеева,
Л. В. Уфимцева, 2021.
ISBN 978-5-88156-880-1
© ФГБОУ ВО Южно-Уральский ГАУ, 2021.
СОДЕРЖАНИЕ
Введение .................................................................................................5
Раздел 1. Исследование биологической активности почв ............ 7
1.1. Определение интенсивности «дыхания» почвы ..........................8
1.1.1. Полевой метод определения «дыхания» почвы
(метод В. И. Штатного) ..................................................... 11
1.1.2. Лабораторный метод определения «дыхания» почвы
(метод А.Ш. Галстяна) ...................................................... 14
1.2. Определение нитрификационной активности почв ..................17
1.3. Определение целлюлозоразлагающей активности почв ..........21
1.3.1. Определение целлюлозоразлагающей активности почв
(полевой метод) ..................................................................22
1.3.2. Определение активности разложения целлюлозы
(лабораторный метод) ....................................................... 24
Раздел 2. Методы почвенных исследований .................................27
2.1. Показатели и методы оценки вещественного состава почв ..... 33
2.1.1. Определение общего содержания азота методом
Кьельдаля ...........................................................................35
2.2. Оценка гумусного состояния почвы ........................................... 37
2.2.1. Определение общего содержания гумуса в почве
методом Тюрина в модификации Никитина.
Расчет показателей гумусного состояния почвы ............ 38
2.3. Интерпретация данных анализа водной вытяжки .....................40
2.3.1. Определение ионно-солевого состава водной
вытяжки почвы ...................................................................42
2.4. Оценка кислотно-основной буферности почвы ........................46
2.4.1. Оценка буферности почвы по отношению к кислотам
и основаниям ...................................................................... 51
Приложение 1. Показатели гумусного состояния почв
(Орлов Д.С., Гришина Л.А., 1981) ...................................................... 54
Приложение 2. Исходные данные для расчета показателей
гумусного состояния почвы ................................................................ 56
Список литературы ..............................................................................57
Словарь терминов ................................................................................ 58
3
4
ВВЕДЕНИЕ
Почва представляет собой сложную биокосную систему, на которую воздействует одновременно много разнообразных факторов.
Сочетание и интенсивность этих факторов влияют на плодородие
почв. Усиление антропогенного воздействия приводит к необходимости разработки методов, позволяющих вовремя обнаруживать антропогенно обусловленную деградацию почв, устанавливать долгосрочные тенденции и буферную способность в отношении разнообразных и большей частью одновременно действующих факторов.
Для контроля качества почв применяют систему почвенно-экологического мониторинга, которая в настоящее время в целом базируется на определении содержания загрязнителей в почве и оценке
ее состояния путем сравнения фактических данных с ПДК (ОДК).
Почвенные показатели, отражающие экологическое состояние почвы, являются индикаторами мониторинга. Показатели почвенного
мониторинга выбираются в зависимости от вида деградации почв
(загрязнение, опустынивание, засоление, эрозия и т.д.). Наибольшее
внимание в настоящий момент уделяется, как правило, контролю
загрязнений. Среди контролируемых показателей состояния загрязнения почв (индикаторов) различают две группы: биохимические
и педохимические показатели. К биохимическим относят показатели, характеризующие аккумуляцию в почвах самих загрязняющих
веществ и возможность их непосредственного негативного влияния
на живые организмы. К этой группе относят следующие показатели:
1. Показатели содержания подвижных форм химических эле-
ментов.
2. Показатели общего (валового) содержания в почве контро-
лируемых химических элементов.
3. Показатели, характеризующие содержание кислотораство-
римых соединений контролируемых элементов.
Для анализа чаще всего используют верхние горизонты почвы,
а также подстилку или дернину. Верхние горизонты почв играют
роль геохимического барьера на пути потока веществ, поступающих
5
из атмосферы, именно эти горизонты в большей степени накапливают загрязняющие вещества.
К педохимическим показателям относят те свойства почв, изменение которых может быть вызвано загрязняющими веществами
и которые могут косвенно отрицательно влиять на живые организмы. Это показатели состояния почв, которые проявляют связь непосредственно с соединениями загрязняющих веществ в почвах, но
сами таковыми не являются. Их называют еще косвенными. Свойства почв, которые характеризуют эти показатели, могут изменяться
под влиянием загрязняющих веществ и тем самым вызывать ухудшение состояния микроорганизмов и растений, их изменение вызывает в почвах превращения соединений загрязняющих веществ,
которые влияют на их токсико-экологические свойства. К педохимическим показателям относятся показатели важнейших химических
свойств почв:
1. Показатели гумусного состояния почв.
2. Показатели кислотно-основных свойств.
3. Показатели катионно-обменных свойств.
4 Показатели окислительно-восстановительных свойств почв.
При оценке экологических рисков и степени воздействия на
биотический компонент антропогенных экосистем все более перспективным считается использование комплекса показателей, характеризующих биологическую активность почвы, которые отражают
масштабы и направление процессов превращения веществ и энергии
в экосистемах, интенсивность переработки органических остатков
и разрушения минералов.
Показатели биологической активности могут использоваться
в целях ранней диагностики негативных изменений свойств почв.
Они позволяют обнаружить тенденции и скорость происходящих
в почве изменений, остановить неблагоприятные процессы на ранней стадии их развития, а также судить о степени опасности поллютантов. В связи с этим они, в комплексе с остальной информацией
о состоянии почвенной экосистемы, активно используются при осуществлении почвенно-экологического мониторинга.
Раздел 1
ИССЛЕДОВАНИЕ БИОЛОГИЧЕСКОЙ
АКТИВНОСТИ ПОЧВ
Биологическая активность почв представляет собой совокупность биологических процессов в почве, она является индикатором
экологического состояния.
Изучение биологической активности почв может быть даже
более предпочтительным, чем прямое определение содержания
в почвах отдельных токсичных веществ, поскольку позволяет судить
о суммарном (интегральном) влиянии всего набора факторов, воздействующего на определенный участок почвенного покрова.
Биологическую активность почв подразделяют на актуальную
и потенциальную. Потенциальная биологическая активность – активность почвы, измеренная в искусственных условиях, оптимальных для протекания конкретного биологического процесса.
Актуальная (естественная) биологическая активность характеризует реальную активность почвы в естественных (полевых) условиях. Измерить ее можно только непосредственно в поле.
Биологическую активность почв определяют с помощью микробиологических, биохимических, физиологических, химических
методов.
К микробиологическим методам относят прямые методы, позволяющие определять численность микроорганизмов разных систематических групп, а также аппликационные методы.
Почвенный микробный комплекс, осуществляющий разложение мертвого органического вещества, чрезвычайно сложен,
и прямой мониторинг его состояния весьма затруднителен, именно
аппликационные методы имеют исключительно большое значение
в экологических исследованиях.
В группу биохимических методов определения биологической
активности почв включают методы по определению ферментативной активности и почв.
7
К физиологическим методам относят, например, физиологический метод определения биомассы микроорганизмов, определение
«дыхания» почвы.
Химическими методами определяют нитраты, нитриты, аммоний, которые выделяются в результате жизнедеятельности почвенной биоты.
1.1. Определение интенсивности «дыхания» почвы
В качестве одного из наиболее общих показателей биологической активности почв часто называют «дыхание» почв – выделение
углекислого газа и поглощение кислорода почвой. Выделение углекислого газа из почвы отражает интенсивность жизнедеятельности
почвенной биоты, скорость минерализации опада и подстилки, также зависит от физических и химических свойств почвы, а также гидротермических условий.
Естественный состав почвенного воздуха регулируется скоростью потребления кислорода и образования углерода диоксида
в результате микробиологических процессов минерализации органических веществ и изменяется в зависимости от глубины (табл. 1).
Таблица 1 – Состав почвенного воздуха в зависимости от глубины
почвы
Глубина почвы, м
0,2 20,0 0,6–0,8
1,0 19,2 0,9–1,0
2,0 16,0–19,0 2,9–3,0
3,0 15,7–16,8 4,1–5,6
6,0 14,2–15,0 4,2–8,0
Содержание в почвенном воздухе, %
кислорода диоксида углерода
Сложность оценки интенсивности «дыхания» с поверхности
почв заключается в том, что продукция СО2 в почве – в значительной степени интегральный показатель, который включает в себя дыхание корней растений и почвенных организмов (бактерий, грибов,
8
почвенных животных), также выделение СО2 за счет разложения
мертвых корней. Основной вклад в продукцию СО2 почвой вносят
микроорганизмы и корни растений. В среднем можно принять, что
корни растений выделяют около 1/3 углекислоты от ее продуцируемого количества в почве. Микроорганизмы ответственны за 2/3 выделяющегося из почвы углекислого газа.
Но величина вклада дыхания корней в интенсивность «дыхания» из почвы зависит от массы корней: в естественных травянистых сообществах из-за высокой продуктивности корней их вклад
в эмиссию СО2 существенно выше по сравнению с агроценозами.
В естественных и в культурных биоценозах наблюдается положительная связь между интенсивностью «дыхания» почвы и ее
плодородием.
Для «дыхания» почвы важное значение имеет также содержание в ней различных химических веществ, в первую очередь загрязнителей, попадающих в нее в результате антропогенной деятельности. Так как чаще всего загрязняющие вещества уменьшают интенсивность «дыхания» почвы, то в результате загрязнения происходит
ухудшение плодородия почв, угнетение жизнедеятельности микроорганизмов, находящихся в ней, и, как следствие, невозможность
их дальнейшего использования. Поэтому процесс «дыхания» почвы
является важным для характеристики ее продуктивных свойств.
Интенсивность «дыхания» относится к лабильным современным признакам, но в то же время она тесно связана с суммарной биологической активностью и является очень четким и выразительным
показателем изменения скоростей процессов в сезонной динамике,
при изменении погодных условий, внесении гербицидов, при загрязнении почв и т.д.
Интенсивность этого процесса можно измерить как непосредственно в естественных, так и в лабораторных условиях.
Все методы определения дыхания почвы можно делить на три
группы:
1) методы обогащения – CO2 в изолирующем устройстве; при
этом определяют начальную и конечную концентрацию CO2 в воздухе изолятора, установленного на поверхности почвы;
2) методы проветривания – ток воздуха протягивается через
изолятор, поставленный на поверхность почвы, и углекислый газ
непрерывно поглощается;
9
3) методы абсорбции – под изолятор над почвой помещается
сосуд со щелочью, которая непрерывно абсорбирует CO2.
Принцип метода Люндегорда состоит в том, что на поверхность
почвы ставят колокол из оцинкованного железа и через определенный промежуток времени из него отсасывают пробу воздуха. По
изменению концентрации CO2 внутри колокола судят о количестве
углекислого газа, выделившегося с поверхности почвы.
В методе Б.Н. Макарова люндегордовский колокол заменен
большим изолятором – ящиком без дна (домик) объемом 80–82 л,
что позволяет избежать возможной ошибки из-за падения градиента
концентрации CO2 в изоляторе (рис. 1).
3
1 2
4
1 – стеклянный ящик-изолятор; 2 – поглотитель Рихтера;
3 – аспиратор; 4 – мерная кружка
Рис. 1. Определение дыхания почвы (по методу Макарова)
Размер ящика 60×30×50 см. Нижняя рама стеклянного ящика
(ящик может быть сделан из оцинкованного железа или оргстекла)
обита тонкой железной полосой для врезания ящика в почву на
глубину 2–3 см. Для отбора газовой пробы в ящик на каучуковой
пробке вставляют стеклянную трубку с разветвлениями (в жестяной
ящик впаивается медная трубка с тройниками), наружный конец которой закрывают пробкой, а при отборе газовой пробы соединяют
10