Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Методы почвенно-экологических исследований. Учебное пособие.pdf
Полученные результаты сравнивают со шкалой сравнительной
оценки почв по нитрификационной способности, представленной
в таблице 6.
Таблица 6 – Шкала сравнительной оценки почв по нитрификационной
способности
Нитрификационная способность NO3 мг/кг почвы
Очень низкая Менее 5,0
Низкая 5,1–8,0
Средняя 8,1–15,0
Повышенная 15,1–30,0
Высокая 30,1–60,0
Очень высокая Более 60,0
Контрольные вопросы
1. В виде каких соединений находится азот в почве?
2. Дайте определение нитрификационной активности почвы?
3. От каких факторов зависит скорость нитрификации?
4. В чем заключается принцип и техника компостирования при
определении нитрификационной активности почвы?
1.3. Определение целлюлозоразлагающей активности почв
Методов определения биологической активности почв достаточно много, так как спектр задач, стоящих перед исследователем,
также обширный. Однако многие методы дают информацию на данный момент исследования и не раскрывают специфику функционирования микробиоты в пространстве и во времени. Этого недостатка
лишены аппликационные методы диагностики почв, позволяющие
учитывать консциляционное влияние антропогенной среды, проследить состояние живой компоненты почв на определенном отрезке времени. Определение целлюлозоразлагающей активности почв
методом аппликации дает ценную информацию о превращении лабильной фракции органического вещества, круговороте углерода,
активности целлюлозолитического комплекса.
21
Аппликационные методы разработаны и рекомендованы для
широкого использования Е.Н. Мишустиным, И.С. Востровым,
А.Н. Петровой. Эти методы используются для определения биологической активности почв и исследования ее характеристики в зависимости от применения минеральных и органических удобрений,
известкования способов обработки почвы, севооборотов и других
факторов.
Среди этой группы методов определения микробиологических
свойств почв выделяют методы, позволяющие анализировать ее в лабораторных условиях (лабораторные методы) и в естественном состоянии (полевые методы).
1.3.1. Определение целлюлозоразлагающей активности почв (полевой метод)
Любое нарушение деятельности микроорганизмов, которое
может быть обусловлено антропогенной нагрузкой большей или
меньшей интенсивности, может вызвать подавление функций, ими
выполняемых, и, прежде всего, способности к разложению отмершей биомассы. Результатом этого может быть накопление в почве
грубого органического вещества, связывающего в недоступном для
растений состоянии значительное количество биогенных элементов.
В свою очередь интенсивность его разложения, являющаяся
следствием микробиологической активности и свидетельствующая
о возвращении аккумулированных в ней элементов питания в активную часть биологического круговорота, может служить показателем
экологического благополучия изучаемой территории.
Данный метод основан на определении интенсивности разложения куска ткани (лен), помещенного в почву на определенный
промежуток времени. Количество ткани, разложившееся за время
опыта, используется как показатель целлюлозоразлагающей активности почвы.
Применяемые в практике опытного дела способы закладки ткани в почву несколько различаются.
Для анализа следует взять кусочек льняной ткани размером
20×10 см, высушить его при 105 °С, выдержать 2 часа при комнатной температуре и взвесить на аналитических весах, в нескольких
22
местах прикрепляют степлером к полоске полиэтиленовые пленки
того же размера. Длина полос может быть различна в зависимости
от особенностей опыта и почвы. На делянках делают равномерные
прикопки, к ровной вертикальной стороне каждой из них прижимают ткань и засыпают с другой стороны, уплотняя ее до исходного
состояния. Место закладки полотна отмечают колышком (рис. 6).
Рис. 6. Закладка опыта по изучению целлюлозолитической
активности почвы (опытное поле Института агроэкологии)
Срок проведения эксперимента может варьировать в зависимости от цели исследования. При изучении естественных экосистем
образец ткани закладывается в сентябре-октябре и извлекается через
год (два, три). В агроэкосистемах несколько образцов единовременно закладываются сразу после весенних обработок почвы и последовательно извлекаются с интервалом в один, два или три месяца.
Повторность опыта 3–5-кратная.
После отмывания и просушивания полотна взвешивают на аналитических весах. По разности массы до и после экспозиции определяют убыль сухой массы ткани и выражают ее в процентах (рис. 7).
23
Полотно через
1 месяц
Рис. 7. Внешний вид льняного полотна в разные сроки извлечения
Полотно через
2 месяца
(Институт агроэкологии)
Полотно через
3 месяца
Для агроэкосистем Д.С. Звягинцевым предложена следующая
шкала интенсивности разрушения клетчатки – целлюлозоразлагающей активности в полевых условиях (табл. 7).
Таблица 7 – Шкала интенсивности разрушения целлюлозы
за вегетационный сезон, %
Выраженность процесса разрушения Оценка
< 10 очень слабая
10–30 слабая
30–50 средняя
50–80 сильная
> 80 очень сильная
1.3.2. Определение активности разложения целлюлозы (лабораторный метод)
В лабораторных условиях активность разложения целлюлозы
в почве определяют модифицированным методом Кристенсена. Метод основан на учете интенсивности разложения целлюлозы (фильтровальная бумага) в чашках Петри при оптимальных для развития
микроорганизмов температуре и влажности. По разнице в массе
(в %) фильтровальной бумаги до и после инкубации образца судят об
интенсивности целлюлозоразлагающей активности почвы в лабораторных условиях (ЦАЛ).
Опыт ставится в пятикратной повторности. На дно стерильной
чашки Петри поместить предварительно взвешенный на аналитиче-
24
ских весах с погрешностью 0,001 г стерильный диск фильтровальной бумаги (выдержанный в сушильном шкафу при 105 °С в течение2 часов) диаметром 7 см. Бумажный фильтр прикрыть сеткой из
капроновой ткани, на которую поместить 25–40 г почвы, увлажненной до 60 % от полной влагоемкости.
Чашки взвесить, поместить в термостат и инкубировать при
температуре 27 °С. Ежедневно чашки следует взвешивать и доводить до исходной массы водой, равномерно распределяя ее по поверхности чашки. Через 10, 20 и 30 дней провести наблюдения за
развитием целлюлозоразлагающих бактерий на фильтровальной
бумаге со дна чашки.
Учет разложившейся целлюлозы провести спустя 30 дней. Для
этого почву высыпать из чашки, отделить капроновую ткань, остатки
фильтровальной бумаги счистить со дна чашки, высушить при температуре 105 °С и взвесить. Оценить степень разложения целлюлозы
по разности между исходным и конечным весом фильтровальной
бумаги, выраженным в мг на чашку или в % от исходной массы.
В случае необходимости более детальных исследований можно
проанализировать комплекс целлюлозоразлагающих микроорганизмов, развивающихся на фильтровальной бумаге. Для этого описывают характер разложения и пигментации целлюлозы. Дается общая
характеристика развития бактерий, грибов и актиномицетов. Можно отобрать пробы для микроскопического анализа или провести
микробиологический анализ путем высева пробы фильтровальной
бумаги на соответствующие питательные среды.
Если исследователь ставит задачу определения полной потенциальной способности почвы к разложению клетчатки, то можно
использовать описанную выше методику, но при размещении на
дно чашки взвешенной фильтровальной бумаги ее предварительно
смачивают 3 мл раствора сернокислого аммония. Раствор (NH4)2SO
должен содержать 4 мг/мл этой соли.
Для сравнения одновременно ставят опыт со смачиванием
фильтра дистиллированной водой (3 мл).
Метод «аппликаций» очень нагляден для демонстрации интенсивности микробиологической деятельности в разных слоях пахотного горизонта при проведении различных обработок, внесении удобрений, сравнении приемов орошения.
4
25
Контрольные вопросы
1. В чем заключается основное достоинство аппликационных
методов исследования?
2. Дайте определение целлюлозоразлагающей активности
почвы.
3. Каковы основные этапы полевого метода определения цел-
люлозоразлагающей активности почв?
4. Каковы основные этапы лабораторного метода определения
целлюлозоразлагающей активности почв?
Раздел 2
МЕТОДЫ ПОЧВЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
Почвоведение, как любая другая наука, имеет свои методы исследований, адекватные предмету исследований.
Всестороннее изучение почв выполняют полевыми, экспедиционными, стационарными и лабораторными методами.
Полевые почвенные исследования начинают с рекогносцировочного обследования, которое дает общее представление о почвенном покрове и особенностях сельскохозяйственного использования
земель (поля севооборотов, их границы и др.). Во время рекогносцировки изучают главнейшие формы рельефа, крутизну склонов
и составляют представление о геоморфологии района. Изучают
строение овражно-балочной и гидрологической сети, устанавливают взаимосвязь почвы с природными факторами почвообразования
и с различными способами и приемами производственного воздействия на нее. На основе рекогносцировки составляют план детальных почвенных исследований определенной территории.
В период полевых почвенных исследований проводят почвенную съемку, изучают генетические и агрономические свойства почв.
Профильный метод разработан В.В. Докучаевым. Принцип
его заключается в изучении признаков и свойств всей системы генетических горизонтов от поверхности, включая верхнюю часть материнской породы. Профильный метод предусматривает использование наиболее распространенных приемов, методов и анализов, при
этом в каждом генетическом горизонте изучают морфологию, общие
физические свойства, гранулометрический, агрегатный и валовой
химический состав, физико-химические свойства, состав и свойства
органического вещества и др. Разновидностью профильного метода
является сравнительно-аналитический метод, который позволяет
путем применения системы физических, химических, физико-химических и других методов анализа почвенных образцов каждого
генетического горизонта, сравнивая результаты анализов, судить
о составе и свойствах почв.
27
Теоретическим основанием диагностики почв служит учение
В.В. Докучаева о неразрывной связи почв с условиями (факторами)
почвообразования, и его главный тезис о том, что «почвы и грунты есть зеркало, яркое и вполне правдивое отражение, так сказать,
непосредственный результат совокупного, весьма тесного векового
взаимодействия между водой, воздухом, землей (материнской горной породой, иначе подпочвой), с одной стороны, растительными
и животными организмами и возрастом страны – с другой, этими
вечными и поныне действующими почвообразователями». Метод
отражает природные закономерности развития почвообразовательного процесса и почвенных режимов.
Морфологический метод является основным в диагностике
почв. Детально изучают почвы в природных условиях на почвенных
разрезах, которые специально для этого выкапывают на заранее выбранных площадках. Различают три вида почвенных разрезов.
Основные (полные) разрезы делают с таким расчетом, чтобы
были видны все почвенные горизонты и верхняя часть материнской
породы, их закладывают в наиболее типичных местах. Они служат
для детального изучения морфологических признаков почв, установления границ между различными почвами, отбора образцов для
анализов. Основные почвенные разрезы закладывают на глубину
1,5–2,0 м.
Контрольные (полуразрезы) закладывают на глубину от 75 до
120 см. Они служат для контрольного изучения основной части
профиля: мощности гумусовых и других горизонтов, глубины
вскипания, степени выщелоченно-сти, оподзоленности, солонцеватости и др.
Прикопки делают глубиной до 75 см для уточнения границ почвенных контуров.
Сравнительно-географический метод заключается в том, что
состав и свойства почв изучают в тесной связи с условиями почвообразования.
Этот метод дает возможность делать выводы о генезисе и закономерностях географического распространения почв.
Метод почвенных ключей – детальный анализ генетико-гео-
графических показателей небольших типичных репрезентативных
участков – ключей – и перенесение полученных таким путем данных
28
на более крупные территории с однотипной структурой почвенного
покрова.
Стационарный метод, или метод почвенно-режимных
наблюдений – многолетние наблюдения за различными процессами
почв на относительно однородном небольшом участке почвы (стационаре). Режимные наблюдения (водного, солевого, температурного, газового состава почвенного раствора) необходимы для изучения
изменения свойств почв под влиянием антропогенной деятельности
(орошения, осушения, химической мелиорации, удобрения, обработок). Отбор почвенных образцов для анализов проводят на одной
стационарной площадке периодически или систематически. Стационарный метод включает большое разнообразие способов и приемов
исследования. Широкое распространение получили методы почвенных лизиметровистоковых площадок.
Метод почвенных лизиметров необходим для изучения вертикальной миграции природных, оросительных вод и растворенных в них веществ в природной обстановке. Лизиметры – специальные устройства для улавливания стекающих по почвенному
профилю почвенных растворов. Лизиметры бывают различных
конструкций: лизиметры-контейнеры с бетонированными стенами
и дном, лизиметры-воронки, лизиметры-монолиты и др. Данный
метод применяют в разных модификациях в зависимости от целей
и задач исследования.
Метод стоковых площадок позволяет изучить эрозию почв,
передвижение солей, поверхностный и внутрипочвенный сток.
Метод почвенных монолитов предназначен для изучения
некоторых почвенных процессов (передвижения влаги, солей, полуторных оксидов и др.) на почвенных колонках (монолитах) ненарушенного сложения, взятых из почвенных разрезов.
Метод моделирования – искусственное воспроизведение различных процессов и явлений, происходящих в почвах, в обстановке
контролируемого эксперимента в лабораторных или полевых условиях. В настоящее время все большее распространение получают
математическое и физико-химическое моделирование с использованием компьютерной техники. Примером полевого эксперимента
являются наблюдения за эволюцией почв при смене растительности,
орошении, осушении, известковании.
29
Повторные съемки и исследования одних и тех же объектов
через определенные промежутки времени позволяют составить
представление об эволюции почв и почвенного покрова, вызванной
мелиорацией и другими видами антропогенной нагрузки.
Палеогеографический метод – изучение почвообразования по
остаткам тканей растений, спор пыльцы, животных.
Сравнительно-исторический метод дает возможность исследовать прошлое почв на основании изучения их современного состояния. Сведения о прежнем состоянии почв получают по историческим источникам: архивным документам, летописям и т. д.
Почвенно-археологический метод заключается в исследовании почв насыпей, курганов, могильников, погребенных почв.
Радиоизотопные методы применяют для изучения процессов миграции тех или иных элементов и их соединений в почвах
и в экосистемах на основе меченых атомов (радиоактивных изотопов). Основным методом для определения абсолютного возраста почв является радиоуглеродный метод. По С14 установлено, что
дерново-подзолистая почва со вторым гумусовым горизонтом Томской области (Томское Приобье) имеет возраст верхнего горизонта
1230 лет, а второго гумусового горизонта – 7000 лет.
Биогеоценотический (экологический) метод подразумевает
одновременное сопряженное изучение всех компонентов биоценоза
почвы, растений, животных, микроорганизмов, атмосферы, природных вод, горных пород с учетом конкретных условий географической среды. Со второй половины XX в. особое значение приобрели
дистанционные аэрокосмические методы исследования почв и почвенного покрова.
Аэрокосмические методы включают инструментальное или
визуальное изучение фотографий земной поверхности или ее прямое исследование с самолетов и космических аппаратов. Космические и аэрофотоснимки применяются при составлении почвенных
карт и оценке земельных ресурсов.
Лабораторные методы исследования почв делятся на химиче-
ские и инструментальные.
Наиболее часто при лабораторных химических исследованиях
используют метод почвенных вытяжек, основанный на том, что
растворители: вода, растворы кислот, щелочей или солей различной
30