Экспресс-способ определения азотминерализующей способности торфяных почв

Размещено на http://www.allbest.ru/

Экспресс-способ определения азотминерализующей способности торфяных почв

Введение

Азот является ведущим элементом в почвообразовании и земледелии. Совместно с углеродом он составляет основу органического вещества, а его содержание в почве - важнейший показатель ее плодородия. Азотный фонд пахотного слоя торфяных почв представлен преимущественно органическими соединениями, азот которых становится доступным растениям в результате биологической минерализации органического вещества - процессов аммонификации и нитрификации [1-4]. Объемы и интенсивность этих процессов, а, следовательно, и размеры накопления минеральных соединений азота в почве находятся в тесной связи с состоянием ряда условий внешней среды: наличие в почве и состава органического вещества, температуры, влажности и др.

В почве протекают одновременно два противоположных процесса - образование (синтез) и минерализация (распад) органических соединений с выделением углекислоты и соединений азота. В торфяных почвах после удаления избыточной влаги и в результате сельскохозяйственного использования процесс минерализации органического вещества преобладает над его образованием и проходит постоянно. В результате чего со временем на месте торфяных образуются комплексы, включающие агроторфяные, торфяно-минеральные, минеральные остаточно-торфяные и минеральные постторфяные почвы, плодородие и величина аммонифицирующей, нитрифицирующей и в целом азотминерализующей способности (АМС) которых различаются.

Проблема оценки интенсивности процесса минерализации органических соединений торфа и потенциальной азотминерализующей способности торфяных почв разных стадий эволюции имеет важное научное и практическое значение с двух точек зрения. С одной стороны - разработка приемов замедляющих интенсивность этого процесса, который способствует сохранению плодородия почв на более длительный период, а с другой - высвобождаемый в результате минерализации органических соединений азот аммония и нитратов является источником азотного питания растений и загрязнения грунтовых вод. В связи, с чем показатель потенциальной азотминерализующей способности торфяных почв разных стадий эволюции можно использовать при их диагностике, оценке почвообразовательного процесса, плодородия и экологического состояния, а также для разработки более эффективной системы удобрений сельскохозяйственных культур.

1.Объекты и методика исследований

земледелие почва минерализация

Для оценки биологической азотминерализующей способности органических соединений почв и прогноза обеспеченности растений азотом судят по их нитрифицирующей [5-9] или суммарной аммонифицирующей и нитрифицирующей - азотминерализующей способности (АМС) почв [10, 11]. При определении нитрифицирующей и аммонифицирующей способности почва компостируется при влажности 60-70% от полной влагоемкости и температуре +26-28 °С с последующим определением содержания в ней нитратного, аммонийного или суммы нитратного и аммонийного азота. Способ оценки азотминерализующей способности почв по В.Н. Башкину и В.Н. Кудеярову [10], позволяет более объективно судить о качественных и количественных изменениях минеральных и органических соединений азота почвы. Однако следует обратить внимание на следующее: все приведенные выше биологические способы предложены для определения нитрифицирующей или азотминерализующей способности минеральных почв. Применение этих способов для определения азотминерализующей способности торфяных, более богатых органическим веществом почв, не представляется возможным.

Кроме того эти способы отличаются длительностью проведения анализа, что ведет к увеличению затрат энергии, времени и финансов. Как показывают результаты наших исследований для этих почв период компостирования 14 суток недостаточен (табл. 1), [12] и др. Для более полного высвобождения азота из органических соединений требуется не менее 45 суток. Это длительный и затратный процесс.

Таблица 1 Динамика трансформации азота органических соединений торфяных почв разных стадий эволюции, мг/кг почвы

2.Результаты исследований и их обсуждение

В результате проведенных исследований был разработан химический экспресс-способ определения азотминерализующей способности торфяных почв разных стадий эволюции.

1. Отбор проб почвы для анализа

Пробу на анализ из коробки отбирают ложкой или шпателем, предварительно тщательно перемешав почву на всю глубину коробки. Из пакетов почву высыпают на ровную поверхность, перемешивают, распределяют слоем толщиной не более 1 см и отбирают пробу не менее, чем из пяти мест. Масса пробы 5 г.

2. Аппаратура, материалы и реактивы Фотоэлектроколориметр.

Весы технические квадрантные ВЛТК-500.

Термостат.

Кассеты десятипозиционные с банками бытовыми (ГОСТ 5717-82) или другие емкости из материала, устойчивого к действию применяемых реактивов.

Дозаторы на 50, 10, 5 и 2 см3 с погрешностью дозировки не более 1%.

Колбы конические вместимостью 100 см3 (ГОСТ 25336-82).

Фильтры из бумаги (ГОСТ 12026-76) или другие, проверенные на присутствие аммония.

Фильтровальные установки десятипозиционные.

Бытовые банки вместимостью 200 см3 (ГОСТ 5717-82) или другие технические емкости.

Мерные колбы на 250, 1000, 2000 см3, бюретки на 50 см3 (ГОСТ 1770-74).

Аммоний сернокислый (ГОСТ 3769-78), х. ч.

Калия гидрооксид (ГОСТ 4328-77), ч'. д. а.

Натрия гидрооксид (ГОСТ 24363-80), х. ч.

Натрий салициловокислый (ГОСТ 17628-72).

Натрий нитропрусид (ГОСТ 4218-48), ч. д. а.

Калий-натрий виннокислый (ГОСТ 5845-79), ч. д. а.

Известь хлорная техническая (ГОСТ 1692-85).

Натрий углекислый безводный (ГОСТ 4201-79), х. ч.

Кислота серная (ГОСТ 4204-77), х. ч.

Кислота соляная (ГОСТ 3118-77, уд. масса 1,19), х. ч.

Алюминий сернокислый (ГОСТ 3758-75), ч.

Калий йодистый (ГОСТ 4232-74), х. ч.

Натрий серноватистокислый, 5-водный (фиксанал), (ГОСТ 27068-86), ч. д. а.

Сплав Девардатонкорастертый (ТУ 6-09-3671-85), ч. д. а.

Цинковая пыль (ГОСТ 12601-76), ч. д. а.

Вода дистиллированная (ГОСТ 6709-72), проверенная на присутствие аммония.

3. Подготовка к анализу

3.1. Приготовление экстрагирующего раствора - 0,2 М раствор гидрата оксида калия: 11,2 г КОН растворяют в 1000 см3 дистиллированной воды. Молярность раствора проверяют по 0,1 М HCI (фиксанал). Допускается использовать раствор с концентрацией гидрата окиси калия от 0,19 до 0,21 моль/дм3.

3.2. Приготовление запасных и рабочих растворов окрашивающего реактива и гипохлорита натрия проводят аналогично как и при определении содержания в почвах аммонийного азота [13], (п.п. 4.2.1-4.2.5).

3.3. Приготовление 15%-ного раствора сернокислого алюминия в 0,5 М серной кислоте: 28 см3 серной кислоты (плотность 1,84) растворяют в дистиллированной воде, добавляют 150 г сернокислого алюминия и общий объем раствора доводят до 1000 см3. Растворение происходит при подогревании. Раствор хранят до 1 месяца.

3.4. Приготовление исходного образцового раствора: 0,471 г сернокислого аммония перекристаллизованного и высушенного при температуре 100- 105 °С до постоянной массы, взвешивают с погрешностью 0,01 г и растворяют в 1000 см3 0,2 М гидрата оксида калия. Полученный раствор используют для приготовления растворов сравнения. В 1 см3 раствора содержится 0,1 мг аммонийного азота.

3.4.1. Приготовление рабочей шкалы образцовых растворов: в мерные колбы вместимостью 250 см3 помещают из бюретки, указанные в таблице 2 объемы раствора, приготовленного по п. 3.4. Объемы растворов доводят до метки 0,2 М раствором гидрата окиси калия и тщательно перемешивают.

Таблица 2 Приготовление рабочей шкалы образцовых растворов для определения азота аммония

Растворы сравнения используют для градуировки фотоэлектроколориметра в день проведения анализа. Окрашивание растворов сравнения проводят аналогично окрашиванию анализируемых вытяжек и одновременно с ними.

4. Получение вытяжки из почвы

Пробы воздушно-сухой почвы массой 5 г, взвешенные с погрешностью не более 0,1 г, переносят в конические колбы вместимостью 200 см3, установленные в десятипозиционные кассеты. К пробам дозатором или мерным цилиндром приливают по 100 см3 экстрагирующего раствора 0,2 М гидрата окиси калия, добавляют около 0,5 г тонко растертого сплава Деварда или цинковой пыли. Почву с экстрагирующим раствором взбалтывают 3 мин и оставляют настаиваться на 18 ± 0,5 ч в термостате при температуре 27 ± 1 °С.

5. Проведение анализа

Из полученной вытяжки (по разделу 4) и растворов сравнения отбирают дозатором по 5 см3 и переносят в бытовые банки или другие емкости, установленные в 10-позиционные кассеты. Добавляют к ним по 43 см3 рабочего окрашивающего реактива и по 2 см3 0,2%-ного раствора гипохлорита натрия. После каждого добавления реагентов растворы перемешивают. Окрашенные растворы фотоколориметрируют не ранее чем через 1 час в кювете с толщиной просвечиваемого слоя 10 мм при длине волны 670 нм (красный светофильтр). Устойчивое окрашивание растворов сохраняется в течение 2,5 ч после прибавления раствора гипохлорита натрия. Температура в помещении, где проводят аналитические работы, должна быть не ниже 18°С. Растворы сравнения фотометрируют в тех же кюветах, что и растворы анализируемых вытяжек.

6. Обработка результатов

По результатам фотометрирования растворов сравнения массовую долю азота аммония в анализируемой почве определяют с помощью персонального компьютера путем расчета зависимости показаний прибора (оптическая плотность растворов) от концентрации определяемых стандартных растворов азота, описываемой соответствующим уравнением регрессии:

где у - содержание аммонийного азота, мг на 1 кг почвы; х - величина отсчета на приборе оптической плотности испытуемых растворов; «а» и «в» - параметры линейного уравнения, устанавливаемые компьютером.

Для этого в программе EXCEL строится точечная диаграмма. В электронную таблицу заносятся данные по оси «х» - показания прибора оптической плотности исследуемых стандартных растворов, из которых предварительно вычитают результат холостого опыта, а по оси «у» - соответствующее им содержание (концентрация) азота в почве, мг/кг (табл. 2). Затем к полученной кривой добавляют линию тренда, определяют уравнение регрессии и величину достоверности аппроксимации (R2). Для определения содержания азота в почве в полученное уравнение вместо «x» подставляют значения показаний прибора оптической плотности испытуемых растворов, из которых также предварительно вычитают результат холостого опыта. Применимость уравнения для определения содержания аммонийного азота в исследуемых почвах в пределах от 1 до 600 мг/кг почвы при R2 ? 0,8. Допускаемое отклонение от среднего арифметического при повторных анализах проб составляет не более 10%. Примеры расчета результатов определения азотминерализующей способности торфяных почв приведены в таблице 3.

Таблица 3 Примеры расчета азотминерализующей способности торфяных почв разных стадий эволюции

Приведенные в таблице 4 результаты исследований показывают, что торфяные почвы разных стадий эволюции (содержание ОВ колеблется в пределах 83,7- 4,8%) существенно различаются по уровню потенциальной азотминерализующей способности (АМС). С уменьшением содержания в почвах органического вещества закономерно (R2 = 0,91) снижается и их азотминерализующая способность. Если АМС торфяно-болотных почв составляет более 400, агроторфяных - более 300, то в минеральных постторфяных с содержанием ОВ 4,8% этот показатель достигает лишь уровня 96-118 мг/кг почвы.

Из приведенных в таблице 4 данных видно, что для определения потенциала АМС торфяных почв по биологическому способу экспозиция компостирования почвы в течение 15 суток недостаточно. По всем почвам более высокий уровень потенциала азотминерализующей способности торфяных почв достигается при их компостировании в течение 45 суток.

Особо следует отметить, что при заданных условиях проведения анализа результаты определения АМС почв биологическим и химическим способами практически совпадают. Средняя суммарная погрешность отклонения от средних значений определений по этим способам составляет менее 5%, а по отдельным почвам - не более 10%. Установлена тесная связь (R2 = 0,98) между результатами определения азотминерализующей способности торфяных почв, выполненных по биологическому (экспозиция инкубации 45 суток) и предлагаемым химическим способом (в течение 1 суток). Приведенные результаты сравнения убедительно доказывают на возможность использования предлагаемого химического способа определения азотминерализующей способности торфяных почв.

Таблица 4 Сравнительная характеристика азотминерализующей способности торфяных почв разных стадий эволюции, определяемой разными способами, мг/кг почвы

Для практического использования результатов определения потенциальной азотминерализующей способности агроторфяных почв разных стадий эволюции предлагаются ориентировочные признаки их биологической активности (табл. 5)

Таблица 5 Ориентировочные диагностические признаки биологической активности агроторфяных почв разных стадий эволюции (слой 0-20 см)

Выводы

земледелие почва минерализация

В сравнении с базовым биологическим по предлагаемому химическому экспресс-способу определения азотминерализующей способности торфяных почв время проведения анализа сокращается с 45 до одних суток, а также многократно снижаются энергетические и экономические затраты. При этом результаты определения АМС почв биологическим и химическим способами практически совпадают.

Средняя по выборке суммарная погрешность отклонения от средних значений определений по этим способам составляет менее 5%, только по некоторым почвам - не более 10%.

Список литературы

1.Мееровский, А.С. Азотный режим окультуренных торфяно-болотных почвах / А.С. Мееровский // Проблема азота и урожая на Полесье. - Киев: Урожай, 1967. - С. 106-112.

2.Царенко, В.П. Азот в торфяных почвах и его трансформация: автореф. дис. доктора с.-х. наук / В.П. Царенко. - СПб., 1992. - 38 с.

3.Семененко, Н.Н. Агрогенная эволюция фракционного состава азота торфяных почв / Н.Н. Семененко, Е.В. Каранкевич //Земляробства I аховараслIн. - № 6. - 2011. - С. 36- 40.

4.Семененко, Н.Н. Модели прогноза трансформации фракционного состава азота торфяных почв Полесья под влиянием антропогенных факторов / Н.Н. Семененко, Е.В. Каранкевич // Мелиорация. - 2011. - №1(65). - С. 122- 130.

5.Кравков, С.Н. Курс общего земледелия.Т. 1. Агрономическое почвоведение / С.Н Кравков. - Ленинград: Изд-во сельхоз. литературы, 1931. - 332 с.

Размещено на Allbest.ru