лабораторный способ оценки нитрификационной способности почв

Формула изобретения

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.

Описание изобретения к патенту

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.