Способ определения степени доступности для минерализации органического углерода почвы Советский патент 1989 года по МПК G01N33/24 

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к почвенной биологии, и может быть использовано для оценки гумусного состояния почв,, прогноза их нуждаемости в органических удобрениях и эффективности последних, а также для оценки антропогенного воздействия на баланс и динамику форм органического углерода в почвах.

Цель изобретения - повьпиение .точности способа.

На фиг. 1 представлены этапы анализа и аналитические зависимости, получаемые при использовании способа; на фиг . 2 - изменение скорости эмиссии С-СО от времени инкубации при использовании предлагаемого способа (I - контроль, II - слой почвы 3- 5 см; III - слой почвы 0-3 см).

Пример. Определение органического углерода почвы проводили на образцах из вегетационного опыта, заложенного на дерново-подзолистой легкосуглинистой почве в стаканах из-под бура Некрасова. Растения сорта гороха Рамонский . (одно растение н стакан, 400 шт/м выращивали до фазы образования бобов. Определине углерода осуществляли после 70 дн минерализации корневых остатков при 14t2 С (имитшдия процессов минерализации в полевых условиях). В опыт массу растений регулировали путем изменения плотности корнеобитаемого слоя соответственно: 1,25; 1,35; 1,50; 1,60 г/см.

После соответствующей подготовки (измельчение и просеивание через сито 1 мм)I навески почвенных образцов массой 1 г помещают в капсулы объемом 50 мл, увлажняют до 40-100% от полной влагоемкости и инкубируют в термостате при 46-50 С,

Выбор указанных интервалов влажности и температуры определяется максимальной скоростью минерализации углерода почвы и являются оптимальными для основных типов почв. При температуре ниже 45 С скорость снижается примерно в 2 раза, а максимум температуры 58 с ограничивается устойчивостью термофильных бактерий. Величина влажности 40-100% от полной влагоемкости обусловлена оптимизацией пористости аэрации почвы,

В процессе инкубации проводили периодический анализ содержания С-СО в атмосфере и почве. При снижении - скорости эмиссии до значения, при--которой накопление C-COg не превьшает по отнощению к выделенному С-СО 1 3% (что соответствует примерно 20 мг/1 кг навески в 1 сут), газовую среду эвакуировали с помощью вакуумного насоса и в течение суток определяли скорость эмиссии по отношению к выбранному эталону. В качестве эталонной почвы была взята дерново-подзолистая легкосуглинистая почва, не подверженная антропогенному воздействию в течение 25 лет, скорость эмиссии C-COg которой составляла. 20 мг/кг в сутки,а величина КОД - 50% (т,е, предлагается образец поч- вы, который имеет примерно одинаковые значения доступного и малодоступного для минерализации углерода),. За

8148 .4

тем образцы почвы по мере достижения скорости эмиссии, равной скорости эмиссии эталонной почвы, вынимали из термо- ;- стата и проводили анализ C-COg . После этого в образцах определяли оставшийся минерализованный углерод почвы химическим методом (по Тюрину),

На основании поэтапного раздельно- tO го определения минерализованного углерода 2 () и малодоступного для- минерализации углерода С проводили , расчет общего содержания органического углерода почвы 21 . Затем 15 определяли величину коэффициента относительной доступности органического углерода (КОД ):

КОД

20

t C-C02.

Z; п

Таким образом, предлагаемый способ состоит из проведения четырех этапов (фиг, 1):

1 - определение потенциально доступного для минерализации углерода почвы, которьш может быть вовлечен

в глобальный круговорот этого элемента;

2 - определение малодоступного для.

0 минерализации органического углерода, которое проводят после достижения нормированного содержания трудноминерализуемого углерода, что достигается -за счет различного времени

5 инкубации, при котором скорость эмиссии в образцах была одинаковой по отношению к выбранному эталону (фиг,2);

3- определение баланса углерода в почве как сумму значений первых

0 -двух этапов определения углерода:

Г.С-С02+С, где J C-C02 - количество минерализованного углерода (доступного) Сц - остаточное количество углерода в почве;

4- расчет КОД для оценки его изменения под влиянием абиотических и оптических углеродов.

В таблице приведены данные, полученные с помощью известного и предлагаемого способов.

Как видно из таблицы, в парующей почве и почве с растениями за исклю- , чением слоя 5-7 см наблюдается снижение величины эмиссии углерода, опре- г деляемой по методу Фромента. Величина КМ (коэффициент минерализации) составляет на контроле 2, 7, а в остальных вариантах варьирует от 1,4 до 2,2. Полученные результаты по это5

0

му способу свидетельствуют о снижении содержания в почве легкоминера- лизуемого углерода. Определение содержания оставшегося после минерализации углерода почвы с помощью предлагаемого способа показало, что в тех вариантах, где наблюдалось снижение t эмиссиц углерода, происходило его накопление. Это свидетельствует о том, что в данных образцах почвы активно протекал процесс гумусонакоп- .ления,. Так,если для контрольного варианта Cf составляла 8, 9 г/кг, то дпя парующей почвы - 9,1 г/кг. Из данных опыта с растениями следует, что процесс накопления трудноминерализуемого углерода вниз по профилю почвенного образца увеличивался с 10,0 до 13,8 г/кг .при одновременном снижении содержания легкоминерализуемого углерода. Раздельное определение углерода позволило установить, что содержание общего углерода почвы для первых трех вариантов практически не изменилось , а в опыте с растениями для слоев 3-5 и 5-7 см наблюдалось его увеличение. Послойное определение углерода позво1 1ло определить изменение баланса углерода в веге- .тационном сосуде. Из данных следует, что в тече11ие вегетационного периода . содержание углерода в сосуде, определяемое по методу Тюрина, практически не измеьшлось за исключением парующей . В то же время опреде- этой величины с помощью предлагаемого способа позволило выявить обратную зависимость. При этом, содержание доступного для минерализации углерода в вариантах с большой массой растений бьшо на уровне контроля. Наибольшие различия по вариантам бьии получены с помощью значения КОД. Из данных следует, что выращивание растений гороха и парование почвы привело к снижению этого показателя (КОД) с 40,3 до 16%, Таким образом, предлагаемьй способ позволяет проводить, определение изменения баланса анализируемых фондов углерода и судить о степени их изменения за один вегетационный период. Существенным отличием предлагаег мого способа от известного является то, что в начале проводят полное удаление углерода, доступного для минерализации, а затем в этом же образце определяют оста.вшийся углерод поч0

5

0

вы и на основании полученных результатов рассчитывают общее содержание органического углерода и степень доступности по КОД, .

Погрешность определения содержания углерода в почве известным способом (прототипом) обусловлена неполным окислением органического вещества (бихроматом калия окисляется 85-95% от общего, содержания углерода почв), Поэтому norpemHocTb определения общего содержания углерода составляет 5-15%.

В-шредлагаемом способе погрешность равна сумме погрешностей определения содержания доступного и малодоступного углерода с учетом их относительного количества и определяется формулой

bjjgjij :

ЗАОСТ

А СТ мАлрдост МАЛОДОСТ

5

0

5

5

.о

с.

МЛло,

лост

ЛОсТ

гдеОобЧ относительная погрешность

определения общего содержания углерода в почве; Лост относительная погрешность определения доступного углерода почвы; относительная погрешность определения малодоступного углерода почвы; отношение массы доступного углерода к общей массе углерода;

К„ jjf отношение массы малодоступного углерода к общей массе углерода.

Ввиду того, что , а Кдр +К„д относительная погрешность равн бЬбу б40стКОД+б- д,,( 1 -КОД) , 0 Содержание доступного углерода предлагаемым способом определяется хроматографическим методом и составляет ,: 1-3%.Содержание малодоступного углерода определяется тем же 5 методом, что и по прототипу, и сос- тавл-яет 5-15%,- Величина КОД для разных типов почв составляет: ,1- 0,5, Поэтому относительная погрешность определения общего содержания Q углерода равна:

5 opAi(l-3%)«(0,l-0,5) + (5-15%)x ,(0,9-0,5),

Из формулы видно, что при малом КОД, равном 0,1, относительная погрешность определения общего содержания углерода составляет 4,6-13,8%, а при больших КОД, составляющих 0,5, . она лежит в пределах 3-9%. Как вид

но из формулы и приведенных цифр, погрешность определения общего содержания углерода по предложенному способу составляет меньшую величину, чем по прототипу, что имеет важное значение при определении дозы вноси- №1Х в почву органических удобрений. Положительный эффект от использования способа заключается в возможности дифференцированного определения органического углерода почвы, доступного и малодоступного дпя ми- нер ализации почвенной микрофлорой, повышении точности определения со- держания общего углерода, в установлении коэффициента его относительной доступности и тесной корреляционной связи этого показателя с продуктив- ностью растений. Это дает возможност экспрессно измерить величины составляющих углеродного фонда почвы, изменить их баланс за один вегетационный период и агрономически интерпе- тйровать полученные данные,

Способ позволяет проводить оценку нуждаемости почв в органическом веществе по отношению к выбранному эталону путем определения С-СОз и КОД, прогнозировать развитие, продукционных проц-ессов почвенных ценозов.

Предлагаемый спойоб дает возможность оценивать гумусное состояние почв, эффективность органических удобрений, а также направленно регу- лировать баланс и динамику органичес

0

0

5

5

0

кого углерода в почве, В этом случае мероприятия по гумусной мелиорации почв приобретают ппаново-управляемый характер.

Формула изобретения

Способ определения степени доступности дпя минерализации органического углерода почвы,.включаюшлй отбор и подготовку почвенных образцов, определение содержания общего органического углерода, инкубацию увлажненного образца в закрытой капсуле при определенной температуре, периодическое определение эмиссии углерода C-COg в атмосферу за время инкубации, опреде- - ление доступного углерода как суммы эмиссий С-СО и определение степени . доступности по отношению доступного для минерализации углерода к общему органическому углероду почвы, о т- личающийс. я тем, что, с целью повьшения точности способа, инкубацию проводят при влажности 40- 100% от полной влагоемкости образца и температуре 45-58°С до снижения скорости эмиссии до уровня, при котором накопление С-СО в течение суток не превьшает по отношению к выделенному С-СО 1-3%, дополнительно определяют оставшийся малодоступный углерод, а определение содержания общего органического углерода оценивают по сумме доступного и малодоступного для минерализации углерода.

Изобретение относится к сельскому хозяйству , в частности, к почвенной биологии, и может быть использовано для оценки гумусного состояния почв, прогноза их нуждаемости в органических удобрениях и эффективности последних, а также для оценки антропогенного воздействия на баланс и динамику форм органического углерода в почвах. Целью изобретения является повышение точности способа. Способ включает отбор и подготовку почвенных образцов, инкубацию увлажненного до 40-100% от полной влагоемкости образца в закрытой капсуле при температуре 45-58°С с периодическим определением в процессе его инкубации эмиссии С-СО₂ в атмосферу, определение оставшегося малодоступного углерода после снижения скорости эмиссии до уровня, при котором накопление С-СО₂ в течение суток не превышает по отношению к выделенному С-СО₂ 1-3%, определение доступного для минерализации углерода как суммы эмиссий С-СО₂, определение содержания общего органического углерода по сумме доступного и малодоступного для минерализации углерода и оценку степени доступности как отношение доступного углерода к общему органическому углероду почвы. 2 ил., 1 табл.

Содержание доступного, малодоступного и общего органического углерода (г/кг) в дерново-подзолистой легкосуглинистой почве по показаниям сравниваемых методов

Контроль Пар, 0-3 см Пар, 3-6 см

Из-под растений, 0-3 см

Из-под растений, 3-5 см .

Из-под растений, 5-7 см

14,Oil,3 0,29iO,012,7

12,6+1,8 0,28t05022,2

12,711,3 0,23iO,021,8

6,OiO,2 14,9fO,9 40,9 4,4±0,3 13,5±1,0 32,6 3,810,2 14,3±0,7 25,7

13,3jO,4 0,30iO,012,2 4,1±0,2 14,ltO,8 29,1

12,4iO,4 0,,012,0 5,2±0,2 16,910,7 30,8

14,8iO,4 0,2liO,011,4 2,8+0,1 16,6,1 16,9

6,OiO,2 14,9fO,9 40,9 4,4±0,3 13,5±1,0 32,6 3,810,2 14,3±0,7 25,7

С-CO 2

г/кг

с-co г

liЮ 20 30 tfO 50 ВО 70 су т. Первый этап

Фиг.1

с-го

firjKr-cym

JWJ7 су/

«2

Составитель Е.Арустамянц

Редактор М.Келейеш Техред И.ВересКорректор Л.Бескид

Заказ 5535/47 Тираж 789Подписное

ВЕОМШ Государственного комитета пЪ изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

-100

-50