СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ТРАНСФОРМИРУЕМОГО И ИНЕРТНОГО ОРГАНИЧЕСКОГО УГЛЕРОДА В ПОЧВАХ Российский патент 2014 года по МПК G01N33/24 

Изобретение относится к области биологии почв и агроэкологии. Оно может быть использовано в качестве диагностического критерия плодородия почв, а также оценки потенциальной эмиссии СО₂ почвами при глобальном изменении климата.

Прототипом [2, 5] является определение минимального содержания органического углерода почвы на бессменном чистом пару в условиях длительного полевого опыта (>20 лет).

В соответствие с Кершенсом (1992) валовой органический углерод (С вал) состоит из инертного (С инерт), практически не участвующего в процессах превращения, и трансформируемого органического углерода (С транс). Инертная фракция в основном зависит от условий местообитания, а трансформируемая, которая легко разлагается в почвах, от системы землепользования, в том числе и от различных агротехнических приемов.

Содержание инертного органического углерода тождественно минимальному, наиболее правильно и точно определяемому при бессменном чистом паровании почвы.

Содержание трансформируемого органического углерода рассчитывают по формуле

С транс = С вал - С инерт [2, 3].

Основной недостаток метода определения С инерт и С транс заключается в необходимости проведения длительного полевого опыта (>20 лет) с бессменным чистым парованием почвы, требующим значительных временных, материальных и финансовых затрат.

Целью изобретения является ускоренное более чем в 350 раз по сравнению с существующим прототипом определение С транс и С инерт в почве без проведения многолетних полевых опытов с бессменным чистым паром.

Способ осуществляют следующим образом. В пробе образца почвы определяют содержание органического С вал (% от массы почвы) по методу Тюрина со спектрофотометрическим окончанием. В другой пробе этого же образца определяют продуцирование С-СО₂ за 20-суточный период инкубации при температуре 22°С и влажности 60% ППВ. Далее, используя уравнения, полученные эмпирическим путем для разных таксонов почв, рассчитывают количества потенциально минерализуемого углерода, а затем с помощью специальных уравнений для этих же таксонов почв вычисляют С транс. Значения С инерт находят по разности между величинами С вал и С транс.

Достаточно точный прогноз обеспеченности почвы потенциально минерализуемым органическим углеродом С пм без многомесячной инкубации образцов, имитирующей вегетационный период, дает его вычисление по данным кумулятивного продуцирования С-СО₂ (при расчетах оценка количества диоксида углерода проводится по таковому углерода) за 20-суточный период инкубации, используя полученные для дерново-подзолистой почвы (уравнение 1), типичного чернозема (уравнение 2) и выщелоченного чернозема (уравнение 3) зависимости

С пм=5.54+2.04·С-СО₂ r=0.969, n=10 (1),

С пм=13.56+1.63·С-СО₂ r=0.999, n=6 (2),

С пм=4.95+1.94·С-СО₂ =0.998, n=11 (3).

В свою очередь, при наличии данных по содержанию в почве С пм (%) можно рассчитать приблизительные уровни обеспеченности почв С транс (%), используя специальные уравнения для дерново-подзолистой почвы (уравнение 4), типичного чернозема (уравнение 5) и выщелоченного чернозема (уравнение 6)

С транс=7.212·С пм-0.146 r=0.951, n=6 (4),

С транс=5.290·С пм+0.347 r=0.934, n=5 (5),

С транс=8.932·С пм+0.056 r=0.962, n=10 (6).

Пример расчета. В качестве примера рассмотрим чернозем типичный тяжелосуглинистый Курской обл., опыт 2, варианты бессменный чистый пар с 1964 г. и целинная степь.

Прототип. В образцах почв этих вариантов определяем содержание органического С вал по методу Тюрина со спектрофотометрическим окончанием [1]. Для образца почвы бессменного чистого пара С вал = С инерт = 2,665, % от массы почвы, а для такового целинной степи С вал = 3,970, % от массы почвы ≠ С инерт. Тогда согласно формуле для образца бессменного чистого пара С транс = С вал - С инерт = 0, а для такового целинной степи С транс = 3,970, % от массы почвы - 2,665, % от массы почвы = 1,305, % от массы почвы (табл.1).

Предлагаемый способ. Рассмотрим на примере образцов почв тех же вариантов. Как отмечено выше, содержание экспериментально определенного С вал = С инерт = 2,665(% от массы почвы) для образца бессменного пара и С вал=3,970 (% от массы почвы) для такового целинной степи. Проводится 20-суточная инкубация образцов согласно [4]. На основании данных по кумулятивному продуцированию С-СO₂ при 20-суточной инкубации этих образцов рассчитываются сначала значения С пм по уравнению (2), а затем С транс по уравнению (5). Для образца варианта целинной степи расчетное значение С транс = 1,333 (% от массы почвы), что достаточно близко (статистически достоверно при р=0,95) экспериментально определенному С транс = 1,305 (% от массы почвы). Зная С вал и С транс для образца типичного чернозема целинной степи, можно рассчитать С инерт для типичного чернозема Курской области (3,970-1,333=2,637, % от массы почвы), что соответствует экспериментально определенному в образце бессменного чистого пара - 2,665 (% от массы почвы) (табл.2).

В табл.1 представлены результаты экспериментального определения валового органического углерода в образцах дерново-подзолистой почвы Владимирской области, типичного чернозема Курской области и выщелоченного чернозема Новосибирской области в условиях длительных полевых опытов. На вариантах с бессменным парованием почв С вал = С инерт, а С транс = 0. Во всех других вариантах содержание трансформируемого органического углерода рассчитывали по формуле С транс = С вал - С инерт и оно всегда было >0.

Приведенная в табл.2 информация свидетельствует об отсутствии достоверных различий (при р=0,95) между данными по С транс, полученными по прототипу в длительном полевом эксперименте, и таковыми при предлагаемом способе с использованием показателя потенциально-минерализуемого углерода С пм, устанавливаемого в условиях лабораторного 20-суточного инкубирования почвенного образца при температуре 22°С и влажности 60% ППВ с количественным учетом выделившегося СO₂.

Рекомендуется при определении содержания трансформируемого органического углерода в почвах с валовым содержанием органического углерода от 0,5 до 1,5% С орг от массы почвы использовать уравнения (1) и (4); от 1,5 до 3,5% С орг от массы почвы - уравнения (2) и (5); от 3,5 до 5,5% С орг от массы почвы - уравнения (3) и (6) (табл.2).

Список литературы

1. Дьяконова К.В. Методы исследования органических веществ в лизиметрических водах, почвенных растворах и других аналогичных природных объектах.// Методы стационарного изучения почв. - М.: Наука, 1977. С.199-226.

2. Кершенс М. Значение содержания гумуса для плодородия почв и круговорота азота. Посвящается 100-летию со дня рождения профессора, академика И.В.Тюрина.// Почвоведение. 1992. №10. С.122-131.

3. Когут Б.М. Принципы и методы оценки содержания трансформируемого органического вещества в пахотных почвах.// Почвоведение. 2003. №3. С.308-316.

4. Семенов В.М., Иванникова Л.А., Кузнецова Т.В. Лабораторная диагностика биологического качества органического вещества почвы.//В кн. Методы исследований органического вещества почв. 2005. ВНИПТИОУ. Владимир. С.214-230.

5. Körschens М. Die Abbangigkeit der organishchen Bodensubstanz von Standortfactoren ind acker-und planzenbaulichen Massnahmen, ihre Beziehungen zu Bodeneigenschaften und Ertrag sowie Ableitung von erstenBodenftuchtbarkeitskennziffern für den Gehalt des Bodens an organischer Substanz. - Berlin:Akad. Landwirtsch. - Wiss. DDR. Diss.B. 1980.

Таблица 1.
Содержание валового органического углерода (С вал) и трансформируемого органического (С транс) в необрабатываемых и пахотных почвах стационарных опытов, % №п/п Вариант С вал С транс Дерново-подзолистая супесчаная почва. Опыт 1 1 Бессменный чистый пар с 1968 г. 0.487 Не опр. 2 Залежь с 2001 г. 1.087 0.600 3 Севооборот с 1968 г., без удобрений (б/у) 0.522 0.035 4 То же, навоз 20 т/га ежегодно 0.832 0.345 5 То же, навоз 10 т/га + N50P25K60 ежегодно 0.734 0.247 6 То же, N100P50K120 ежегодно 0.620 0.133 7 То же, навоз 10 т/га + N100P50K120 ежегодно 0.763 0.276 Чернозем типичный тяжелосуглинистый. Опыт 2 8 Бессменный чистый пар с 1964 г. 2.665 Не опр. 9 Целинная степь 3.970 1.305 10 Бессменная озимая пшеница с 1964 г., б/у 3.125 0.460 11 То же, NPK 3.450 0.785 12 Севооборот с 1968 г., б/у 3.320 0.655 13 То же, навоз + NPK 3.555 0.890 Чернозем выщелоченный среднесуглинистый. Опыт 3 14 Бессменный чистый пар с 1997 г. 2.865 Не опр. 15 Залежь 5.615 2.750 16 Бессменная пшеница с 1997 г., б/у 3.550 0.685 17 Севооборот с 2001 г., б/у, пар чистый без соломы 3.493 0.628 18 То же, пар чистый с соломой 3.613 0.748 19 То же, пар занятый с соломой 3.687 0.822 20 То же, пар сидеральный с соломой 3.717 0.852 21 Севооборот с 2001 г., N40-80P40, пар чистый без соломы 3.627 0.762 22 То же, пар чистый с соломой 3.703 0.838 23 То же, пар занятый с соломой 3.727 0.862 24 То же, пар сидеральный с соломой 3.853 0.988

Таблица 2.
Сравнение содержания трансформируемого (С транс) органического вещества, полученного по прототипу в длительных полевых экспериментах (I) и рассчитанного по предлагаемому способу (II) с 20-суточным инкубированием почвы, по t₀₅-критерию №п/п∗⁾ С транс, % от массы почвы I II Дерново-подзолистая супесчаная почва, опыт 1 2 0.600 0.636 3 0.035 0.103 4 0.345 0.247 5 0.247 0.239 6 0.133 0.169 7 0.276 0.237 Среднее 0.272 0.272
I=II
T₀₅=0.016 Чернозем типичный тяжелосуглинистый, опыт 2 9 1.305 1.333 10 0.460 0.643 11 0.785 0.696 12 0.655 0.625 13 0.890 0.801 Среднее 0.819 0.819
I=II
t₀₅=0.009 Чернозем выщелоченный среднесуглинистый, опыт 3 15 2.750 2.663 16 0.685 1.147 17 0.628 0.643 18 0.748 0.767 19 0.822 0.776 20 0.852 0.813 21 0.762 0.703 22 0.838 0.810 23 0.862 0.807 24 0.988 0.810 Среднее 0.994 0.994
I=II
t₀₅=0.006 ∗⁾Номера вариантов опытов те же, что и в табл.1

Изобретение относится к области биологии почв и агроэкологии и может быть использовано в качестве критериев оценки плодородия почв и потенциальной эмиссии диоксида углерода почвами при изменении климата. Способ включает определение валового содержания органического углерода в почвенном образце (С вал), количества потенциально минерализуемого органического углерода (С пм) при инкубации этого же образца, в результате чего рассчитывается содержание трансформируемого органического углерода (С транс). Количество инертного органического углерода (С инерт) вычисляют по формуле С инерт = С вал - С транс. Достигается ускорение и упрощение определения. 1 пр.,2 табл.

Способ определения показателей трансформируемого и инертного углерода в почвах, включающий определение органического углерода, отличающийся тем, что почвенный образец разделяют на две пробы, одну из них инкубируют в течение 20 дней при температуре 22°C и при влажности 60% ППВ с количественным учетом выделившегося диоксида углерода, последующим расчетом содержания потенциально минерализуемого углерода и дальнейшим расчетом содержания трансформируемого углерода, а в другой - определяют содержание валового органического углерода и по разнице содержания валового и трансформируемого углерода определяют содержание инертного углерода.