ЛАБОРАТОРНЫЙ СПОСОБ ОЦЕНКИ НИТРИФИКАЦИОННОЙ СПОСОБНОСТИ ПОЧВ Российский патент 2009 года по МПК G01N33/24 

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.

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.

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.