Лабораторный способ оценки нитрификационной способности почв
Владельцы патента RU 2368901:
ГНУ Всероссийский научно-исследовательский институт земледелия и защиты почв от эрозии (RU)
Изобретение относится к области сельского хозяйства и почвоведения. Способ включает компостирование образцов почвы, которое проводят в течение двух недель в лабораторных условиях в диапазоне температур 18-22°С и выше. Компостирование проводят в сосудах, затянутых в нижней части сеткой, с постоянным поддержанием предельной полевой влагоемкости - ППВ. Необходимая влажность обеспечивается ежедневными поливами при свободном оттоке гравитационной влаги. Определяют нитраты, накапливающиеся в почве в результате разложения органических соединений. О нитрификационной способности судят по разности между конечным и исходным содержанием нитратов в почвенном образце. Применение способа повышает информативность метода определения нитрификационной способности и упрощает его осуществление. 2 табл.
Изобретение относится к области сельского хозяйства и может быть использовано для оценки обеспеченности сельскохозяйственных культур минеральным азотом в условиях склонового рельефа.
Известные методы определения нитрификационной способности [1-4] основаны на определении нитратов, накапливающихся в почве в результате разложения азотсодержащих органических соединений, как с добавлением дополнительных источников азота, так и без них. Довольно часто используется метод Кравкова [1], который основан на определении нитратов, накапливающихся в почве в результате разложения азотсодержащих органических соединений при компостировании почвы в лабораторных условиях с соблюдением аэрации и заданных условий температуры и влажности: навеску сухой почвы (100 г) увлажняют водой из расчета 60% капиллярной влагоемкости и выдерживают в течение двенадцати дней в термостате при 26-28°С, затем определяют нитратный азот. Недостатком данного метода является неравномерность увлажнения и возникновение очагов с анаэробными условиями в испытуемом образце. Тот же принцип компостирования в лабораторных условиях положен в основу метода Александровой и Найденовой [2], отличающейся от предыдущего метода двухнедельным компостированием и изменением массы рекомендуемой навески почвы (50 г).
Метод Кравкова в модификации Болотиной и Абрамовой [3] отличается от вышеизложенного тем, что навеска почвы уменьшается до 20 г и компостирование проводится в срок от 7-ми дней и более, то есть может увеличиваться на неопределенное время. Основным недостатком изложенных выше методов является то, что при их использовании органическое вещество почвы будет постепенно разлагаться, и содержание нитратного азота медленно возрастать, так как в искусственно созданных условиях увлажнения и температуры данный процесс не ограничен во времени, что слабо отражает процесс нитрификации в условиях сельскохозяйственных посевов. Кроме того, разные сроки компостирования делают результаты определения нитрификации несопоставимыми.
Известен способ оценки нитрификационной способности почв склонов в полевых условиях (5). Он 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.
Предлагаемый способ направлен на увеличение информативности метода и его упрощение за счет изменения условий проведения эксперимента, который ставится не в полевых, а в лабораторных условиях, режим увлажнения регулируется путем проведения ежедневных поливов для поддержания увлажнения на уровне ППВ, с тем, чтобы предотвратить иссушение и прекращение деятельности нитрифицирующих микроорганизмов. Температурный режим также регулируется, но в пределах 18-22°С (комнатная температура), что дает возможность не использовать термостатические устройства в ходе определения нитрификационной способности. В отличие от прототипа, в предлагаемом способе не могут быть созданы условия избыточного увлажнения, что может приводить к развитию анаэробных условий, препятствующих нитрификации. Способ предусматривает компостирование почвы в цилиндрах, в нижней части закрытых крышкой с отверстиями для свободного оттока гравитационной воды.
По данным Середы Н.А., Третьяковой Е.П., Mihaela Tianu [6-8] известно, что повышение температуры с 18°С 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 [5-7]. Температурный режим значительно сильнее, чем влажность влияет на процессы нитрификации.
В отличие от известных методов Кравкова, Болотиной и Абрамовой, где температура и влажность задаются на оптимальном уровне (26-28°С и 60% НВ) нами был проведен эксперимент, для трех интервалов температурного режима и пяти градаций увлажнения. С тем, чтобы устранить возможное влияние дефицита и избытка влаги на процессы нитрификации.
Проведенные исследования по инкубированию в разных условиях температуры и влажности (таблица 1) показали, что варианты с максимальным содержанием нитратного азота в почвах наблюдались при сочетании максимальной влажности и максимальной температуры
NO3=1,13+0,009Т*Вл, R2=0,6
| Таблица 1 Содержание нитратного и аммонийного азота в почве, мг/100 г почвы (по Болотиной - Абрамовой в модификации авторов) |
||||||||
| Склон | Температура, °С | Влажность, % | N-NO3 | N-NH4 | ||||
| 7 дней | 14 дней | 28 дней | 7 дней | 14 дней | 28 дней | |||
| Северный склон | 0°С | 3,1 | 0,47 | 0,50 | 0,39 | 4,90 | 5,15 | 4,50 |
| 18 | 0,47 | 0,35 | 0,47 | 4,72 | 4,10 | 4,50 | ||
| 25 | 0,52 | 0,75 | 0,56 | 5,10 | 6,10 | 5,10 | ||
| 33 (ППВ) | 0,45 | 0,35 | 0,57 | 4,75 | 4,35 | 4,80 | ||
| 50 | 0,50 | 0,62 | 0,97 | 4,84 | 4,95 | 6,00 | ||
| 18-22°C | 3,1 | 0,42 | 0,52 | 0,40 | 4,90 | 5,10 | 4,60 | |
| 18 | 0,75 | 1,75 | 4,35 | 3,87 | 3,15 | 3,15 | ||
| 25 | 2,82 | 7,00 | 12,02 | 4,50 | 2,60 | 1,00 | ||
| 33 (ППВ) | 2,10 | 5,87 | 12,97 | 4,29 | 2,25 | 0,52 | ||
| 50 | 3,42 | 8,62 | 16,25 | 3,40 | 1,40 | 0,40 | ||
| 30-35°C | 3,1 | 0,45 | 0,52 | 0,37 | 4,90 | 5,20 | 4,90 | |
| 18 | 2,22 | 4,40 | 8,57 | 3,36 | 2,50 | 1,20 | ||
| 25 | 4,25 | 10,77 | 14,50 | 3,53 | 2,25 | 1,20 | ||
| 33 (ППВ) | 4,75 | 7,40 | 17,02 | 3,85 | 1,20 | 0,40 | ||
| 50 | 3,05 | 14,15 | 14,20 | 2,55 | 0,53 | 0,35 | ||
| Водораздел | 0°C | 3,1 | 0,60 | 0,55 | 0,47 | 5,50 | 5,30 | 5,10 |
| 18 | 0,50 | 0,52 | 0,70 | 4,92 | 4,20 | 4,70 | ||
| 25 | 0,60 | 0,65 | 0,72 | 5,50 | 6,00 | 5,50 | ||
| 33 (ППВ) | 0,60 | 0,55 | 0,70 | 5,61 | 4,22 | 5,10 | ||
| 50 | 0,65 | 0,75 | 1,00 | 5,00 | 5,50 | 6,45 | ||
| 18-22°C | 3,1 | 0,55 | 0,52 | 0,44 | 5,20 | 5,50 | 5,30 | |
| 18 | 0,80 | 1,60 | 4,45 | 4,42 | 3,52 | 3,55 | ||
| 25 | 2,82 | 6,87 | 13,12 | 4,70 | 3,50 | 0,40 | ||
| 33 (ППВ) | 2,12 | 6,12 | 14,15 | 5,04 | 3,00 | 0,52 | ||
| 50 | 5,01 | 13,17 | 18,38 | 3,35 | 1,00 | 0,45 | ||
| 30-35°C | 3,1 | 0,52 | 0,57 | 0,42 | 5,50 | 5,80 | 5,10 | |
| 18 | 1,75 | 3,72 | 7,30 | 4,07 | 3,40 | 2,15 | ||
| 25 | 3,65 | 8,82 | 14,12 | 5,10 | 3,50 | 0,40 | ||
| 33 (ППВ) | 4,52 | 10,32 | 18,32 | 4,95 | 2,05 | 0,35 | ||
| 50 | 5,27 | 13,40 | 21,17 | 2,25 | 0,55 | 0,40 | ||
| Южный склон | 0°C | 3,1 | 1,25 | 1,40 | 1,04 | 4,65 | 4,70 | 4,55 |
| 18 | 1,57 | 1,47 | 1,75 | 4,25 | 4,00 | 4,65 | ||
| 25 | 1,70 | 1,92 | 1,96 | 4,65 | 4,50 | 4,55 | ||
| 33 (ППВ) | 1,70 | 1,70 | 1,92 | 5,25 | 3,53 | 5,15 | ||
| 50 | 1,80 | 2,02 | 2,45 | 3,70 | 4,70 | 5,50 | ||
| 18-22°C | 3,1 | 1,30 | 1,42 | 1,22 | 4,75 | 4,20 | 4,50 | |
| 18 | 2,22 | 5,52 | 8,25 | 3,74 | 2,30 | 0,55 | ||
| 25 | 8,07 | 1,23 | 13,12 | 3,35 | 0,40 | 0,05 | ||
| 33 (ППВ) | 4,57 | 12,45 | 13,90 | 2,84 | 0,10 | 0,25 | ||
| 50 | 11,47 | 12,70 | 17,05 | 0,80 | 0,35 | 0,40 | ||
| 30-35°C | 3,1 | 1,25 | 1,22 | 1,25 | 4,90 | 4,70 | 3,50 | |
| 18 | 4,87 | 10,02 | 12,32 | 2,12 | 0,25 | 0,20 | ||
| 25 | 2,35 | 13,92 | 14,22 | 3,20 | 0,25 | 0,05 | ||
| 33 (ППВ) | 11,30 | 15,60 | 17,02 | 0,92 | 0,05 | 0,20 | ||
| 50 | 8,90 | 13,15 | 16,22 | 0,25 | 0,25 | 0,35 |
Однако наиболее информативными явились варианты инкубирования почвы при температуре 18-22°С и влажности на уровне полной полевой влагоемкости (в нашем случае 33%), при этом наблюдалось минимальное содержание аммонийного азота в исследуемых образцах, что свидетельствует о полноте протекания нитрификационных процессов. Надо отметить, что такая влажность нередко наблюдается в весенний период в пахотном слое почвы. Как следует из таблицы 2, нитрификационные процессы при данной влажности (ППВ) протекают значительно более интенсивно, чем при общепринятом значении 0,6-0,7 ППВ. В ранневесенний период в дневное время при влажности на уровне ППВ, когда почва еще не достигла технической «спелости», создаются множественные очаги нитрификации, при иссушении этот процесс значительно замедляется. В то же время при более высокой влажности (выше ППВ), в нашем эксперименте 50% влажности, могут иметь место процессы денитрификации со значительным разложением на первой стадии органического вещества почвы в результате преобладания восстановительных условий. Поэтому повышение влажности выше ППВ нецелесообразно, т.к. снижается информативность метода определения нитрификационной способности.
Применение способа повышает информативность метода определения нитрификационной способности и упрощает его осуществление, поскольку оценивается способность почв к окислению аммонийной формы азота до нитратной в лабораторных условиях при комнатной температуре, что позволяет в лабораторных условиях при температуре в диапазоне 18-22°С (наиболее характерные для большей части территории Европейской части России в весенне-летний период) моделировать условия увлажнения оптимальные для накопления нитратного азота за двухнедельный период. Полученные данные позволяют определить обеспеченность почвы азотом и более точно рассчитывать дозы вносимых азотных удобрений.
Эксперимент проводился в лабораторных условиях. Для эксперимента бралась почва пахотного горизонта с северного и южного склона, а так же водораздельного плато (образцы типичного чернозема с МФПО ВНИ-ИЗ и ЗПЭ). Ход эксперимента был следующим: Из воздушно-сухой почвы удаляли крупные корни. Почву слегка разминали, просеивали через сито с отверстиями 3 мм и насыпали в цилиндры объемом 500 см3, высотой 10 см, нижний конец которого закрывали крышкой с отверстиями или обвязывали марлей. Насыпали почву, уплотняя ее легким постукиванием дна о стол так, чтобы высота столбика почвы оказалась на 1-2 см ниже верхнего конца цилиндра. Затем почву увлажняли сверху до уровня предельной полевой влагоемкости, и в течение опыта поддерживали ее на этом уровне. Поверхность почвы защищали от испарения, закрывая крышкой. Влажность контролировалась ежедневно. Температура была в пределах 20°С±0,5°С т.е. цилиндры с почвой находились при комнатной температуре.
Каждую неделю брали по одному цилиндру. Во взятых образцах определяли влажность почвы, а также нитратные и аммиачные формы азота. Полученные данные приведены в таблице 2, продолжительность эксперимента составляла 28 дней.
Как видно из таблицы, в течение всего периода эксперимента содержание нитратного азота увеличивалось, а аммонийного уменьшалось, это связано с процессами нитрификации, протекающими в почве. На южном склоне нитрификационные процессы протекают с большей интенсивностью, окисление аммонийного азота до нитратного идет с большей скоростью, чем на северном склоне. Содержание нитратного азота на северном склоне и водораздельном плато в первые 14 дней эксперимента практически одинаково. Уже через неделю (первый срок отбора), содержание нитратного азота увеличивается в 2 раз по сравнению с содержанием в эти сроки в других вариантах.
| Таблица 2 Содержание нитратного и аммонийного азота в почве (предлагаемый метод) мг/100 г почвы |
|||
| Склон | Срок отбора | ||
| 7 дней | 14 дней | 28 дней | |
| N-NO3 | |||
| Северный склон | 2,1 | 5,9 | 13,0 |
| Водораздел | 2,1 | 6,1 | 14,2 |
| Южный склон | 4,6 | 12,5 | 13,9 |
| N-NH4 | |||
| Северный склон | 4,3 | 0,5 | 0,5 |
| Водораздел | 5,0 | 0,3 | 0,5 |
| Южный склон | 2,8 | 0,1 | 0,3 |
Максимальное содержание нитратного азота наблюдалось через 28 дней после закладки модельного опыта и достигло 13,0 мг/100 г почвы на северном склоне, 14,2 мг/100 г почвы на водораздельном плато и 13,9 мг/100 г почвы на склоне южной экспозиции.
Но наиболее целесообразным является определение нитрификационной способности в течение 14 дней, поскольку данное время является достаточным для окисления аммонийной формы азота и перехода ее в нитратную.
Литература
1. Практикум по агрохимии. Из-во МГУ, 2001 г (под ред. В.Г.Минеева), 688 с.
2. Александрова Л.Н., Найденова О.А. Лабораторно-практические занятия по почвоведению. Л. Агропромиздат, 1986, 296 с.
3. Агрохимические методы исследования почв. Изд-во АН СССР, М., 1960, С.62. (Метод Ваксмана), 555 с.
4. Агрохимические методы исследования почв. Изд-во «Наука», М., 1975, С.99, 636 с.
5. Проценко Е.П., Караулова Л.Н., Проценко А.А. Способ оценки нитрификационной способности почв / Патент на изобретение №2259561, 2005.
6. Середа Н.А. Азотный режим чернозема типичного карбонатного и пути его регулирования // Почвоведение, 1997, №11, С.1332-1338.
7. Третьякова Е.П. Влияние температуры на процессы аммонификации и нитрификации в подзолистых почвах Крайнего Севера // Почвоведение, №6, С.158-162.
8. Mihaela Tianu. Mathematical modelling of the mineralization process in relation to certain climatic and technological factors. Romanian Agricultural Research, №3 / 1995, p.83-93.
Лабораторный способ оценки нитрификационной способности почв, включающий компостирование почвы и определение нитратов, накапливающихся в почве в результате разложения органических соединений, отличающийся 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.
