Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Методы почвенно-экологических исследований. Учебное пособие.pdf
с поглотителем Рихтера. Все пазы и стекла должны быть тщательно
промазаны замазкой и покрашены.
Методы абсорбции определения дыхания почвы как наиболее
простые и не требующие громоздкого оборудования применяются
давно и в настоящее время широко распространены. Принцип метода заключается в том, что поверхности почвы изолируют от окружающего воздуха сосудом, под который помещают чашечку со щелочью для поглощения CO2. Через определенный промежуток времени
сосуд-изолятор снимают, щелочь оттитровывают кислотой. Одновременно производят контрольное определение, для чего изолятор
и щелочь ставят не на почву, а в какой-либо плоскодонный сосуд
и изолируют от внешнего воздуха (водой, слабым раствором H2SO4,
пластилином).
По разности между титрованием контроля и почвы определяют
количество выделившегося углекислого газа из почвы.
В России широко применяют метод абсорбции. Есть методики
для определения «дыхания» в полевых и лабораторных условиях.
1.1.1. Полевой метод определения «дыхания» почвы (метод В. И. Штатного)
Принцип метода. Метод основан на определении интенсивности «дыхания почвы» (ИД) по учету количественных изменений содержания углекислого газа в определенном замкнутом пространстве
(рис. 2).
На поверхность почвы ставят стеклянные стаканчики объемом
50 мл с 10 мл 0,2 н. NaOH, накрывают его сосудом-изолятором, края
которого заглубляют в почву на 1,5–2 см (рис. 3).
Для предохранения от нагревания стенки сосуда снаружи обертывают белой бумагой или закрашивают белой краской.
После экспозиции (экспозиция устанавливается в зависимости
от интенсивности выделения CO2 из почвы; для дерново-подзолистых почв она должна быть не менее 1 часа) сосуд-изолятор снимают и избыток щелочи оттитровывают 0,05 н. HСl по фенолфталеину.
Титрование производят непосредственно в поле в стаканчиках. Одновременно определяют исходное содержание CO2 в воздухе сосудаизолятора, для чего стаканчик со щелочью ставят под сосуд-изолятор
на поддоннике, заполненном крепким раствором поваренной соли.
11
Рис. 2. Полевой метод абсорбции
1
2
I II
4 4
I – установка на почве; II – контроль; 1 – сосуд-изолятор;
2 – стаканчик со щелочью; 3 – поддонник; 4 – подставка
Рис. 3. Определение дыхания почвы по методу В. И. Штатного
12
3
Интенсивность дыхания почвы рассчитывают по формуле:
( )
1,1 10 000
,
1000 1000
ab
St
−⋅⋅
ИД
=
⋅⋅ ⋅
(1)
где ИД – количество CO2, выделившееся из почвы, кг/га в час;
а – количество 0,05 н. HСl, пошедшее на титрование щелочи при
определении содержания CO2 в воздухе сосуда-изолятора, мл;
b – количество 0,05 н. HСl, пошедшее на титрование щелочи
в опыте, мл;
1,1 – количество CO2, эквивалентное 1 мл 0,05 н. HСl, мг;
S – площадь почвы под сосудом-изолятором, м2;
t – экспозиция, час.
Необходимые данные для расчетов интенсивности «дыхания»
(ИД) заносят в таблицу 2.
Таблица 2 – Форма записи
2
Образец
Опытный
Контрольный
Площадь почвы
под сосудом-изолятором, м
Экспозиция, час
в контроле, мл
Объем 0,1 н. HСl
в опыте, мл
Объем 0,1 н. HСl
/га в час
ИД, кг CO
При сравнении нескольких опытных участков определения
должны проводиться одновременно на всех участках и в одни и те
же часы (лучше с 9 до 13 часов дня) в часы максимального выделения CO2. Чтобы иметь надежные средние значения, определения
необходимо проводить с большой повторностью.
13
2
условиях
дыхания в полевых
Оценка интенсивности
1.1.2. Лабораторный метод определения «дыхания» почвы (метод А.Ш. Галстяна)
Принцип метода. Метод основан на определении интенсивности «дыхания» почвы (ИД) по учету количественных изменений
содержания углекислого газа в определенном замкнутом пространстве с помощью широкогорлых стеклянных сосудов (рис. 4). Углекислый газ, выделившийся при дыхании, улавливается избытком
раствора щелочи в ходе реакции:
СО2 + 2NaOH = Na2CO3 + H2O.
Остаток щелочи оттитровывается кислотой. Получившееся значение позволяет судить о количестве вступившего в реакцию со щелочью диоксида углерода.
Установка в оригинале (рис. 4) состоит из колбы объемом
250 мл (А), пробки (Б) и мешочка или металлической корзинки с почвой (Г). При инкубации пробы в закрытой колбе в результате биологических процессов происходит снижение концентрации кислорода
и нарушается газообмен. Для устранения этого недостатка колба, где
происходит дыхание почвы, может соединяться с наружным воздухом при помощи трубки с натронной известью (В).
В
Б
Г
А
Рис. 4. Схема прибора для определения дыхания почвы
в лабораторных условиях
14
Данную установку можно модифицировать, вместо широкогор-
( )
K VK K
лой колбы использовать стеклянные или пластиковые широкогорлые
сосуды, в которые образец почвы помещать на дно с одной стороны,
а с другой ставить стаканчик со щелочью.
10 г свежей почвы помещают в стеклянный сосуд. В стаканчик
наливают 25 мл 0,1 н. NaOH. Сосуд закрывают капроновой крышкой
и ставят в термостат при температуре 28–30 °С на 24 часа. Одновременно с опытным ставят контрольный сосуд с тем же раствором
щелочи, но без почвы, для учета СО2 воздуха в сосуде.
После инкубации в стаканчик со щелочью добавляют 2–3 капли
фенолфталеина и титруют 0,1 н. HСl до исчезновения розовой окраски.
Количество СО2, выделившееся из навески почвы за 24 часа,
рассчитывают по формуле 2:
20
Х K VK
= ⋅ −⋅ −
20 0,1 7 ,
− ⋅ − ⋅ ⋅ ⋅⋅
( )
NaOH контр НCl вл
NaOH оп НCl
(2)
где Х – интенсивность дыхания, мг СО2/10 г почвы/24 часа;
Vоп – объем HCl, пошедший на титрование опытного образца, мл;
V
– объем HСl, пошедший на титрование контрольного об-
контр
разца, мл;
K
– поправка к титру щелочи;
NaOH
K
– поправка к титру кислоты;
HCl
20 – объем щелочи, взятый для анализа, мл;
7 – количество СО2, нейтрализующее 1 мл 1 н. NaOH, мг;
0,1 – нормальность щелочи и кислоты;
Kвл – коэффициент пересчета на влажность.
Необходимые данные для расчетов интенсивности «дыхания»
(ИД) заносят в таблицу 3.
Полученные результаты оценивают по шкале сравнительной
оценки «дыхания» почв (табл. 4).
Метод В.И. Штатного имеет некоторое преимущество перед
методом А.Ш. Галстяна, так как позволяет работать с ненарушенной почвой в естественных условиях. Однако полученное при этом
значение может характеризовать дыхание не столько почвы, сколько
целого комплекса компонентов экосистемы, взаимодействующих на
границе «почва – атмосфера».
15
Таблица 3 – Форма записи
/10
2
Образец
Навеска
почвы, г
Опытный
Контрольный – –
Влажность
почвы, %
NaOH, мл
Объем 0,1 н.
HСl, мл
Объем 0,1 н.
ИД, мг СО
г/24 ч
Оценка
дыхания
интенсивности
Таблица 4 – Шкала сравнительной оценки «дыхания» почв,
определяемой по методу А.Ш. Галстяна
Активность Выделение СО2, мг СО2/10 г почвы
Очень слабая 0–5
Слабая 5–10
Средняя 10–15
Высокая 15–25
Очень высокая > 25
Таким образом, при выборе метода анализа необходимо исходить из целей и задач исследования. Метод А.Ш. Галстяна может
использоваться при работе с небольшими объектами (отдельный
почвенный образец), второй метод В.И. Штатного применим при
изучении экосистемы в целом.
Контрольные вопросы
1. Что такое «дыхание» почвы?
2. Назовите основные компоненты почвенного воздуха. Как
изменяется их содержание по глубине почвы?
3. Перечислите основные источники образования углекислого
газа в почве.
4. Назовите и охарактеризуйте основные факторы, влияющие
на газообмен между почвой и атмосферой.
5. На чем основан метод определения интенсивности выделе-
ния CO2 из почвы?
6. В чем особенность полевого метода определения «дыхания»
почвы?
16
1.2. Определение нитрификационной активности почв
Практически весь азот почвы содержится в виде органических
соединений: гумусовые вещества, микроорганизмы, растения, детрит. Доля минерального азота редко превышает 3 % от общего его
содержания в почве.
В ходе биологических процессов происходит постепенный переход органического азота в его различные минеральные формы: аммонийный азот (как результат процесса аммонификации), нитратный
азот (результат процесса нитрификации), газообразные соединения
азота (как следствие денитрификации). Поскольку нитрификация является звеном в цепи реакций превращения азотсодержащих соединений, ее интенсивность может использоваться как интегральный
показатель, характеризующий биологическую активность почв. Высокая активность нитрификации характерна для верхних горизонтов
почв, обладающих значительным уровнем плодородия. Однако она
снижается в результате ряда процессов, являющихся следствием
антропогенной деятельности: уплотнения почв, ухудшения водного
режима, разрушения почвенной структуры. Данный показатель пригоден для оценки более или менее стабильных природных или искусственных экосистем со сложившейся системой взаимодействий
с внешними факторами.
Потенциальную возможность почвы по накоплению минерального азота характеризует нитрификационная активность. Процесс
нитрификации осуществляется специфическими микроорганизмами, деятельность которых во многом зависит от температуры, влажности, аэрации, наличия питательных веществ, реакции среды.
Температурный режим значительно сильнее, чем влажность,
влияет на процессы нитрификации. По данным Н.А. Середы,
Е.П. Третьяковой, MihaelaTianu известно, что повышение температуры с 18 до 35 °С увеличивает нитрификационную способность
почвы в 5–7 раз, в то время как изменение влажности почвы в диапазоне от 16 до 23 % (весовых процентах) слабо влияет на процессы
нитрификации.
Высокая требовательность к условиям существования позволяет считать уровень жизнедеятельности нитрифицирующих организмов объективным показателем степени плодородия почвы.
17
Этот показатель азотного состояния почв относится к разряду
нормируемых при оценке плодородия почв. Он используется для
оценки биологической активности различных сред, предусмотрен
к использованию для целей оперативной диагностики азотного питания сельскохозяйственных культур.
Один из подходов в изучении процесса нитрификации заключается в компостировании почвы и измерении количества образовавшихся нитратов. Существуют различные модификации метода компостирования для определения нитрифицирующей способности почвы.
Лабораторные способы определения нитрификационной активности почв основаны на определении нитратов, накапливающихся
в почве в результате нитрификации аммония и, частично, органического вещества почвы. При выполнении компостирования почв
в процессе определения их нитрификационной активности должны
соблюдаться условия, благоприятные для развития нитрифицирующих бактерий: 1) увлажнение проб почвы 50–70 % от капиллярной
влагоемкости (КВ); 2) температура 25–28 °C; 3) строгое соблюдение
аэробных условий (рис. 5).
Рис. 5. Инкубация почвенных образцов
18
В этих условиях величина нитрификационной способности
почв зависит от продолжительности компостирования, поэтому для
оценки интенсивности нитрификационной способности почв применяются различные оценочные шкалы.
Известен способ оценки нитрификационной способности
почв склонов в полевых условиях, который заключается в том, что
в полевых условиях закладываются пластиковые кольца, по 15 колец на каждом изучаемом варианте опыта с учетом повторностей.
Кольца диаметром 10–15 см закладывали в почву на глубину пахотного слоя (можно использовать пластиковые бутылки, обрезанные
с двух сторон).
Внутрь зарытого кольца помещают почву с изучаемого варианта массой 1 кг, затем доливают 100 мл раствора (NH4)2SO4 из расчета
1,5 г (NH4)2SO4 на 1 кг почвы. Сверху колба прикрывается измельченной соломой, а влажность поддерживается на уровне 20–25 % по
весу почвы влагозарядковыми поливами. Каждую неделю вынимают
по три сосуда с делянки, в оставшиеся добавляют по 100 мл дистиллированной воды для поддержания режима влажности. Во взятых
образцах определяют влажность почвы, а также нитратные формы
азота. Недостатком данного способа является отсутствие контроля
увлажнения при влагозарядковых поливах в течение 7 дней, что влияет на интенсивность процессов нитрификации и понижает информативность способа.
Способ определения нитрификационной способности почв
Ваксмана основан на определении нитратов, накапливающихся в почве при компостировании ее в лабораторных условиях с соблюдением аэрации, заданных условий температуры и влажности: навеску
сухой почвы 100 г в конической колбе увлажняют водой из расчета
50–60 % полной влагоемкости и выдерживают в течение 15–30 дней
в термостате при 28–30 °C, затем определяют нитратный азот.
Довольно часто используется метод Кравкова. Отличительной
особенностью технологии компостирования является: компостирование навески сухой почвы 100 г в стакане со стеклянной трубкой
для улучшения аэрации; увлажнение почвы 60 % КВ; температура
26–28 °C; продолжительность компостирования 12 дней.
Тот же принцип компостирования модификации метода Кравкова в лабораторных условиях изложен в учебном пособии Александровой и Найденовой. Он отличается от предыдущего метода
19
двухнедельным компостированием, уменьшением массы рекомендуемой навески почвы (50 г), увлажнением 60 % от полной влагоемкости, температурой 25–28 °C.
Известен метод Кравкова в модификации Болотиной и Абрамовой. Отличительной особенностью технологии компостирования
является: компостирование навески сухой почвы 20 г в колбе закрытой резиновой пробкой; увлажнение почвы 60 % KB; температура
26–28 °C; продолжительность компостирования 7 дней. По технологии предусмотрена возможность добавления воды с учетом типа
почв без предварительного определения капиллярной влагоемкости
и периодическое проветривание (аэрация) образцов почв в колбах.
Лабораторный способ оценки нитрификационной способности
почв Е.П. Проценко и Л.Н. Карауловой включает компостирование
почвы и определение нитратов, накапливающихся в почве в результате разложения органических соединений, отличается тем, что
компостирование образцов почвы проводят в течение двух недель
в лабораторных условиях, в диапазоне температур 18–22 °С и выше,
в сосудах, затянутых в нижней части сеткой, с постоянным поддержанием предельной полевой влагоемкости ежедневными поливами
при свободном оттоке гравитационной влаги, а о нитрификационной
способности судят по разности между конечным и исходным содержаниями нитратов в почвенном образце.
После окончания инкубации в каждой из методик определяют
содержание нитратов в почве: данные контроля (почва без средств
химизации) вычитают из результатов вариантов опыта. Полученные
данные записывают в форму, представленную в таблице 5.
Таблица 5 – Форма записи
Образец
Опытный
Контрольный – –
Содержание NО3
в почве, мг/кг
Нитрификационная
активность почвы
(НА), мг/кг/14 сут.
Оценка
активности
Выражают нитрификационную активность почвы в мг N-NО3
на 1 кг почвы. Повторность каждого варианта – трех-, четырехкратная.
20