СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИЗМЕНЕНИЯ БАЛАНСА ОРГАНИЧЕСКОГО УГЛЕРОДА И АЗОТА В ПОЧВЕ И СООТНОШЕНИЯ ЭТИХ ЭЛЕМЕНТОВ Российский патент 1996 года по МПК G01N33/24 

Предлагаемый способ относится к сельскому хозяйству, а конкретно к способам определения содержания органического углерода и азота в почве.

Способ может быть использован для определения баланса углерода и азота почв, прогноза их нуждаемости в органических удобрениях с различным отношением С:N, а также для оценки антропогенного воздействия на баланс и динамику форм углерода и азота в почвах. Способ может найти широкое применение в оперативной диагностике для оценки обеспеченности почв агроценозов органическим углеродом и азотом, доступным для минерализации, в целях управления воспроизводством их запасов и при проведении почвенного мониторинга.

Известен способ определения общего углерода и азота почвы, который включает отбор среднего образца, сухое сжигание при температуре 1050^оС, определение процентного содержания углерода и азота почвы и расчет соотношения углерода к азоту.

Недостатками способа являются: 1) невозможность определить активную фазу углерода и азота почвы, которые принимают участие в круговороте этих элементов в биосфере; 2) невозможность определения изменения баланса этих элементов за 1-4 года при выращивании растений или иных антропогенных воздействиях на почву.

Кроме того, известен способ определения общего углерода и азота в почве, основанный на химическом разложении органического вещества почвы в навеске до С-СО₂ и N-NH₄ (Морозов В.И. Подсевалов М.И. Куликова А.Х. Петухов Е.А. Продуктивность интенсивных севооборотов и динамика содержания гумуса и общего азота в выщелоченном черноземе в лесостепи Поволжья. Агрохимия, 1989, N 4, с. 56-62). Способ обеспечивает определение изменения баланса углерода и азота и соотношение этих элементов (C:N) за длительный период наблюдений (12 лет).

Недостатком способа является низкая чувствительность, что не позволяет определить баланс изменения углерода и азота за один два года. Это, в свою очередь, не позволяет судить о направленности процессов трансформации углерод- и азотсодержащих соединений в почвенном ценозе и оперативно влиять на процессы их накопления в почве. Недостатком способа является также низкая точность определения анализируемых элементов, т.к. их анализ проводится путем измерения варьирования малых величин (С и N) на фоне сравнительно большего исходного содержания в почве.

Кроме того, известен способ определения доступного для минерализации углерода и азота почвы (Исламов С.С. Аксенов С.М. Охитин А.А. Судаков А.В. Способ определения доступности азота для почвенной микрофлоры и растений, А. С. N 1305599, МКИ G 01 N БИ N 15, 1987 г.), включающий инкубацию образца в условиях закрытой системы до установления динамического равновесия элементов в системе почва-атмосфера путем периодической смены аэробиоза на анаэробиоз, определение содержания доступного азота по его элементному балансу в атмосфере и дополнительно углерода аналогичным образом, при этом относительную доступность элементов оценивают по отношению масс углерода и азота (C:N), выделенных в атмосферу. Основным недостатком способа является то, что он не позволяет определить содержание недоступных и малодоступных для минерализации углерод- и азотсодержащих соединений. В свою очередь это не дает возможность проводить оценку изменений этих элементов при антропогенном воздействии, например, при внесении в почву органических и минеральных удобрений.

Общим недостатком указанных способов является низкая точность и невозможность определения изменения содержания углерода азота в почве при антропогенном воздействии.

Наиболее близким по сути своего технического решения является способ определения общего углерода и азота на анализаторе фирмы "Heraeus", выполняющий отбор среднего образца, сухое сжигание его при температуре 1050^оС, определение процентного содержания углерода и азота почвы, расчет отношения углерода к азоту (C:N).

Недостатком способа является: невозможность определения активной фазы углерода и азота почвы, которые принимают участие в круговороте этих элементов в биосфере, сложность определения изменения баланса этих элементов за 1-4 года при антропогенном воздействии на почву.

Целью изобретения является повышение точности определения углерода азота для определения изменения баланса этих элементов в почве за 1 -4 года.

Поставленная цель достигается тем, что вначале в почве определяют содержание нитратного азота (N_д), затем образец увлажняют до 40-100% от полной влагоемкости и инкубируют в закрытой капсуле при температуре 65-85^оС, в конце инкубации определяют в газовой фазе С-СО₂ и оставшийся углерод почвы (С_п), общий углерод рассчитывают как сумму двух определений (С_п+C-CO₂=C_об), одновременно проводят анализ общего азота N_об и минерализованного (доступного) азота в виде N-NH₄/N_д, неминерализованный азот определяют по разнице N_об-N_д, затем рассчитывают величины соотношения различных фаз этих элементов по формулам: C-CO₂:N_д, C_п:(N_об-N_д); (C_п+C-CO₂):N_об, а изменение баланса этих элементов определяют как разность значений баланса за исследуемый период.

Повышение точности определения углерода, азота и величины соотношения этих элементов достигается за счет раздельного определения этих элементов при удалении из почвенной среды С -СО₂ и NH₄ в виде аммиака, что позволяет провести определение всех фаз углерода, азота и определить их соотношение (С:N).

На фиг. 1 показана температурная зависимость биологической минерализации углерода; фиг. 2 этапы определения различных фаз углерода и азота и величины соотношения этих элементов.

В таблице приведено содержание этих элементов и величина их соотношения, полученная с помощью предлагаемого способа в сравнении с известным.

Предлагаемый способ включает отбор и подготовку образцов почвы, определение N-NO₃/N_д, доведение влажности до 40-100% от полной влагоемкости, инкубацию навески образца 0,5-1,0 г в закрытой капсуле при температуре 65-85^оС в течение 70-90 дней, определения в атмосфере С-СО₂. После этого определяют неминерализованный углерод почвы, а также азот в виде N:NH₄ и общее содержание азота (N_об). Затем рассчитывают величины соотношения различных фаз углерода к азоту (С:N).

На первом этапе предлагаемого способа с помощью термофильных микроорганизмов почвы проводят минерализацию доступного для этого процесса углерода почвы, при этом происходит разрушение органической части почвенного поглощающего комплекса. Углерод в виде С-СО₂ анализируют методом газовой хроматографии.

Во второй этап входит определение оставшегося углерода почвы (С_п) на анализаторе "Heraues" при температуре 1050^оС.

Третий этап включает измерение в исходном образце и минерализованного аммония.

В четвертый этап входит определение общего азота в инкубированном образце.

В пятый этап входит расчет величины неминерализованного азота по формуле N_об-N_д.

В шестой, седьмой и восьмой этапы входит расчет величины отношения определенных фаз углерода и азота.

Выбор температурного интервала обусловлен наибольшей биологической активностью почвенной микрофлоры (фиг. 1). Следует учитывать тот факт, что при t= 65-85^оС из почвы происходит интенсивная десорбция аммиака. Поэтому его следует учитывать в поглотителе (КОН). Выбор температур обусловлен, с одной стороны, сокращением времени инкубации, и с другой невозможностью протекания биологических процессов при t=85^оС. При температуре ниже 65^оС процессы резко замедляются.

Пример конкретного осуществления способа.

Из данных таблицы видно, что использование известного метода позволило установить, что содержание углерода на опытных делянках семипольного севооборота, заложенного на дерново-подзолистой супесчаной почве с двумя уровнями удобрений составляло 8,8-13,4 г/кг почвы, содержания общего азота 0,80-1,34 г/кг почвы. Величина соотношения определяемых элементов изменялась от 11 до 9,2. Анализ содержания общего углерода прелагаемым способом позволил установить, что содержание этого элемента было на 37-60% выше, чем по известному способу. Это объясняется тем, что в предлагаемом способе погрешность определения углерода в газовой фазе составляет 1-3% а анализ общего углерода по известному способу 10-15% При этом по разработанному нами способу определения углерода проводится на фоне его содержания в атмосфере 0,03% до 3-5% при удалении этого элемента в газовую фазу. Установлено, что содержание доступного для минерализации азота варьировало от 0,48 до 0,82 г/кг, это составляет от 52,5 до 60,7% от запасов неминерализованного азота. С помощью предлагаемого способа установлено, что отношение анализируемых элементов на контроле составляют 83,3. Это свидетельствует о том, что в этом варианте содержание азота локализовано в растительных остатках. Внесение удобрений привело к сужению этого показателя до 20,5-14,6. Следует отметить, что в наших опытах установлено, что величина отношения C:N в неминерализованной части составляла 15,2-22,5, в то же время отношение общего содержания на контроле и варианте NPK было равно 13,7 и снижалось при внесении двойной дозы NPK. Анализ полученных данных с помощью разработанного способа позволяет сделать вывод о том, что в почвенном ценозе существует два углеродно-азотного пула, различной степени доступности для почвенной микрофлоры. Внесение минеральных удобрений ведет к изменению баланса как содержания составных частей различных фаз углерода и азота, так и величины соотношения этих элементов.

Таким образом, разработанный нами способ позволяет более точно, по фазам доступности, определить содержание в почве органического углерода, азота и измерить величины их соотношения по сравнению с используемыми в исследовательской практике способами.

Использование данного способа обеспечивает определение изменения баланса элементов за один вегетационный период.

Использование: область сельского хозяйства, в частности способы определения содержания органического углерода и азота в почве, и может быть использован для определения баланса этих элементов в почве, прогноза нуждаемости почв в органических удобрениях с различным соотношением азота и углерода и определения антропогенного воздействия на баланс и динамику форм их в почве. Сущность изобретения: цель изобретения - повышение точности определения. Для этого в отобранных образцах почвы определяют содержание нитратного азота (Ng), затем образец увлажняют до 40 - 100% от полной влагоемкости и инкубируют в закрытой капсуле при t = 65 - 85^oС, в конце инкубации определяют в газовой среде С - СО₂ и оставшийся углерод почвы С_n, общий углерод рассчитывают как сумму двух определений С_n + С - СО₂ = С_о б, одновременно проводят анализ общего азота (N_о б) и минерализованного азота в виде N - NH₄ (Ng), неминерализованный азот определяют по разнице N_о б - Ng, затем рассчитывают величины соотношения различных фаз этих элементов по формулам: C - CO₂/Ng; C_n/(N_о б - Ng); C_n + C - CO₂)/N_о б, а изменение баланса этих элементов определяют как разность значений баланса за исследуемый период. 2 ил.

Способ определения изменения баланса органического углерода и азота в почве и соотношения этих элементов, включающий отбор среднего почвенного образца, опеределение содержания в почве углерода и азота и их соотношения, отличающийся тем, что вначале в почве определяют содержание нитратного азота (N_д), затем образец увлажняют до 40 100% от полной влогоемкости и инкубируют в закрытой капсуле при температуре 65 85^oС, в конце инкубации опеределяют в газовой фазе содержание CO₂(C-CO₂) и оставшийся углерод почвы (C_д), общий углерод опереляют как сумму содержания CO₂ и оставшегося углерода, одновременно определяют содержание общего азота N_о б и минерализованного в виде N-NH₄ (N_д), неминерализованный азот определяют по разнице N_о б - N_д, затем рассчитывают величины соотношения различных фаз этих элементов по формулам
C-CO₂ N_дC_п; C_п (N_о б N_д);
(C_п + C CO₂) N_о б,
а изменение баланса этих элементов определяют как разность их значений баланса за исследуемый период.