СПОСОБ ОЦЕНКИ НИТРИФИКАЦИОННОЙ СПОСОБНОСТИ ПОЧВ Российский патент 2005 года по МПК G01N33/24 

Способ оценки нитрификационной способности почв склонов в полевых условиях относится к области сельского хозяйства и может быть использован для оценки обеспеченности сельскохозяйственных культур минеральным азотом в условиях склонового рельефа.

Известные методы определения нитрификационной способности (1. Практикум по агрохимии /Под ред. В.Г.Минеева. М.: Изд-во МГУ, 2001. 688 с. 2. Александрова Л.Н., Найденова. О.А. Лабораторно-практические занятия по почвоведению. Л.: Агропромиздат, 1986. 296 с. 3. Агрохимические методы исследования почв. М.: Изд-во АН СССР, 1960. 555 с. С.62 (Метод Ваксмана). 4. Агрохимические методы исследования почв. М.: Изд-во "Наука", 1975. 636 с. С.99.) 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 12 дней в термостате при 26-28°С, затем определяют нитратный азот. Недостатком данного метода является необходимость дренажной системы, без которой возникают анаэробные условия в испытуемом образце, что устраняется в предлагаемом способе. Тот же принцип компостирования в лабораторных условиях положен в основу метода Александровой и Найденовой [2], отличающегося 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 далее, 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. Данный недостаток устраняется в нашем способе, поскольку срок проведения эксперимента определяется интенсивностью процесса перехода аммонийного азота в нитратный: как только количество последнего снижается - эксперимент заканчивается.

Основной недостаток всех вышеперечисленных методов - это то, что они основаны на изоляции образцов почвы и инкубировании их в термостате при значениях влажности, близких 0,6-0,7, капиллярной влагоемкости и оптимальной для микробиологической деятельности температуре, равной 28-29°С. Известно, что влажность почвы в диапазоне от 16% до 25% (в весовых процентах) слабо влияет на процессы нитрификации, в то время как повышение температуры с 18 до 35°С может повысить нитрификационную способность в 5-6 раз [5-7]. При использовании известных способов определения нитрификационной способности на почвах склонов полярных экспозиций с добавлением сульфата аммония нитрификационная способность чернозема, типичного на южном склоне, возрастала по сравнению с северным в 5-8 раз, что обычно объясняют низкой потенциальной способностью изучаемых почв к аммонификации [3]. Однако изучаемые почвы принадлежат к одному подтипу и довольно близки между собой по агрохимическим свойствам, поэтому столь значительную разницу в нитрификационной способности мы объясняем тем, что при инкубировании в термостате при заданных параметрах создаются идеальные условия именно для нитрифицирующих форм микроорганизмов, при этом искусственно нарушается равновесие в микробном сообществе. То есть в данном случае известные способы адекватно не отражают те процессы, которые происходят в типичном черноземе на склонах полярных экспозиций в полевых условиях.

Предлагаемый способ направлен на увеличение информативности метода за счет изменения условий проведения эксперимента, который ставится не в лабораторных, а в полевых условиях, причем регулируется только режим увлажнения путем проведения периодических влагозарядковых поливов, с тем чтобы предотвратить полное иссушение и прекращение деятельности нитрифицирующих микроорганизмов. Температурный режим почвы является естественным полевым. В отличие от известных способов, в предлагаемом не могут создаваться условия избыточного увлажнения, что может приводить к развитию анаэробных условий, препятствующих нитрификации. Интенсивность перехода аммонийного азота в нитратный определяют по соотношению

где

v - интенсивность перевода аммонийной формы азота в нитратную, мг/100 г почвы в неделю;

С_Н - исходное содержание нитратного азота в изучаемой почве, мг/100 г почвы;

С - максимальное содержание нитратного азота в почве за изучаемый период, мг/100 г почвы;

Р - период, за который достигнуто максимальное содержание нитратного азота, недель.

Пример осуществления способа

На южном и северном склонах на типичном черноземе в полевых условиях на контрольном и удобренном (N₆₀Р₆₀К₆₀) вариантах были заложены пластиковые кольца, по 15 колец на каждом научаемом 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 сосуда помещали почву с изучаемого варианта массой 1 кг, затем доливали 100 мл раствора (NН₄)₂SO₄ из расчета 1,5 г (NН₄)₂SO₄ на 1 кг почвы. Сверху колба прикрывалась измельченной соломой. Доза (NН₄)₂SO₄ должна соответствовать одному из традиционных методов определения нитрификационной способности. Влажность поддерживали на уровне 20-25% по весу почвы.

Каждую неделю вынимали по три сосуда с делянки, в оставшиеся добавляли по 100 мл дистиллированной воды для поддержания режима влажности.

Во взятых образцах определяли влажность почвы, а также нитратные формы азота. Полученные данные приведены в таблице 1.

Таблица 1Содержание нитратного азота в образцах почвы (предлагаемый метод), мг/100 г почвыЭкспозицияВариантСроки выемки сосудов без днаСкорость, мг/100 г в неделю18 июня
1 неделя25 июня
2 недели03 июля
3 недели10 июля
4 неделиN-NO₃Северный склонКонтроль
N₆₀Р₆₀К₆₀1,96
2,195,30
6,6212,00
12,768,09
7,860,57
0,60Южный склонКонтроль5,9913,1117,3512,880,83N₆₀Р₆₀К₆₀6,9816,6419,095,010,91

Как видно из таблицы, на южном склоне нитрификационные процессы протекают с большей интенсивностью, окисление аммонийного азота сульфата аммония до нитратного идет с большей скоростью, чем на северном склоне.

Процесс нитрификации на южном склоне происходит интенсивнее, чем на северном склоне. Уже через неделю (первый срок отбора) содержание нитратного азота увеличивается в 50-60 раз по сравнению с содержанием в эти сроки в пахотном слое почвы (таблица 2), в то время как на северном склоне этот процесс сдвигается на неделю и только ко второму сроку отбора достигает 5-6 мг/100 г почвы. Максимальное содержание нитратного азота наблюдалось через три недели после закладки модельного опыта и достигло 19 мг/100 г почвы на удобренном варианте склона южной экспозиции.

Интенсивность процесса рассчитывается по формуле

где

v - интенсивность перевода аммонийной формы азота в нитратную, мг/100 г почвы в неделю;

С_Н - исходное содержание нитратного азота в изучаемой почве, мг/100 г почвы;

С - максимальное содержание нитратного азота в почве за изучаемый период, мг/100 г почвы;

Р - период, за который достигнуто максимальное содержание нитратного азота, недель.

Таблица 2.Содержание нитратного азота в почве в период вегетации растений ячменя, мг/100 г почвыЭкспозицияВариантСроки отбора образцов почв18 июня25 июня03 июля10 июляN-NО₃СеверныйКонтроль0,100,110,110,15склонN₆₀Р₆₀К₆₀0,120,130,140,17ЮжныйКонтроль0,150,110,100,11склонN₆₀Р₆₀К₆₀0,150,100,160,13

В данном примере исходное содержание С_H для контрольного варианта северного склона равно 0,10 мг/100 г почвы (таблица 2), максимальное содержание 21 мг/100 г почвы достигнуто за 3 недели, тогда почвы в неделю.

Как следует из таблицы 1, скорость перехода аммонийной формы в нитратную на склоне южной экспозиции в 1,5-1,8 раза выше, чем на северном склоне.

Сравнение предлагаемого метода с известным

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% (в весовых процентах) слабо влияет на процессы нитрификации (5-7). В предлагаемом методе оптимизируется влажность почвы с тем, чтобы устранить возможное влияние дефицита влаги (при иссушении) на процессы нитрификации. Температурный режим значительно сильнее, чем влажность влияет на процессы нитрификации, что особенно необходимо учитывать при сравнении почв склонов, где он является лимитирующим фактором.

По сравнению с известными методами, где температура и влажность задаются на оптимальном уровне, предлагаемый способ снимает возможный дефицит влаги в почве путем влагозарядковых поливов с оттоком капиллярной влаги в нижние слои почвы, а температурный режим не является управляемым фактором и его влияние изучается в полевых условиях, что повышает информативность метода.

При сравнении нитрификационной способности, определенной известным способом (таблица 3), с предлагаемым можно установить то, что за 4 недели исследований в условиях оптимальной температуры и влажности образование нитратов непрерывно возрастает, чего не происходит в условиях естественного температурного режима в предлагаемом способе. Недостатком известных способов определения нитрификационной способности почв при длительном компостировании является неограниченное во времени разложение растительных остатков и гумуса, что вызывает постоянный прирост нитратного азота. В сельскохозяйственной практике важно прогнозировать скорость перехода аммонийного азота в нитратные формы при внесении минеральных удобрений.

Таблица 3Содержание нитратного азота в почве в период вегетации растений ячменя, мг/100 г почвы, по Александровой и Найденовой (1986)ЭкспозицияВариантСроки отбора образцов почв18 июня25 июня03 июля10 июляN-NO₃СеверныйКонтроль3,55,55,45,8склонN₆₀Р₆₀К₆₀4,06,06,26,5ЮжныйКонтроль8,025,035,038,0склонN₆₀Р₆₀К₆₀10,028,036.047,0

Литература

1. Практикум по агрохимии. М.: Изд-во МГУ, 2001. 688 с.

2. Александрова Л.Н., Найденова О.А. Лабораторно-практические занятия по почвоведению. Л.: Агропромиздат, 1986. 296 с.

3. Агрохимические методы исследования почв. М.: Изд-во АН СССР, 1960. 555 с. С.62 (Метод Ваксмана).

4. Агрохимические методы исследования почв. М.: Изд-во "Наука", 1975. 636 с. С.99.

5. Середа Н.А. Азотный режим чернозема типичного карбонатного и пути его регулирования //Почвоведение, 1997, №11. С.1332-1338.

6. Третьякова Е.П. Влияние температуры на процессы аммонификации и нитрификации в подзолистых почвах Крайнего Севера //Почвоведение, 1977. №6. С.158-162.

7. Mihaela Tianu. Mathematical modelling of the mineralization process in relation to certain climatic and technological factors// Romanian Agricultural Research, 1995, N3. P.83-93.

Изобретение относится к области сельского хозяйства и может быть использовано для оценки обеспеченности сельскохозяйственных культур минеральным азотом в условиях склонового рельефа. Способ включает компостирование почвы с добавлением сульфата аммония и определение нитратов, накапливающихся в почве в результате разложения органических соединений. Компостирование почвы проводят при естественном полевом температурном режиме в сосудах без дна при оптимальном режиме влажности путем проведения периодических влагозарядковых поливов. О нитрификационной способности судят по интенсивности перехода аммонийного азота в нитратный. Предложенный способ позволяет повысить информативность метода определения нитрификационной способности и расширить область применения. 1 з.п. ф-лы, 3 табл.

1. Способ оценки нитрификационной способности почв, включающий компостирование почвы с добавлением сульфата аммония и определение нитратов, накапливающихся в почве в результате разложения органических соединений, отличающийся тем, что, с целью повышения информативности и расширения области применения, компостирование почвы проводят при естественном полевом температурном режиме в сосудах без дна при оптимальном режиме влажности путем проведения периодических влагозарядковых поливов, а о нитрификационной способности судят по интенсивности перехода аммонийного азота в нитратный.2. Способ оценки по п.1, отличающийся тем, что интенсивность перехода аммонийного азота в нитратный определяют по соотношению

V - интенсивность перехода аммонийной формы азота в нитратную, мг/100 г почвы в неделю;

С_н - исходное содержание нитратного азота в изучаемой почве, мг/100 г почвы;

С - максимальное содержание нитратного азота в почве за изучаемый период, мг/100 г почвы;

Р - период, за который достигнуто максимальное содержание нитратного азота, недель.