ЛАБОРАТОРНЫЙ СПОСОБ ОЦЕНКИ НИТРИФИКАЦИОННОЙ СПОСОБНОСТИ ПОЧВ
METHOD OF LABORATORY ESTIMATION OF SOIL NITRIFICATION PROPERTIES

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.
4
2
4
4
2
4
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 (NH)SO из расчета 1,5 г (NH)SO 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
3
2
NO=1,13+0,009Т*Вл, R=0,6
Таблица 1Содержание нитратного и аммонийного азота в почве, мг/100 г почвы (по Болотиной - Абрамовой в модификации авторов)
Склон
Температура, °С
Влажность, %
N-NO<sub>3</sub>
N-NH<sub>4</sub>
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 2Содержание нитратного и аммонийного азота в почве (предлагаемый метод) мг/100 г почвы
Склон
Срок отбора
7 дней
14 дней
28 дней
N-NO<sub>3</sub>
Северный склон
2,1
5,9
13,0
Водораздел
2,1
6,1
14,2
Южный склон
4,6
12,5
13,9
N-NH<sub>4</sub>
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.