Способ определения степени доступности для минерализации органического углерода почвы

 

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-СО<SB POS="POST">2</SB> в атмосферу, определение оставшегося малодоступного углерода после снижения скорости эмиссии до уровня, при котором накопление С-СО<SB POS="POST">2</SB> в течение суток не превышает по отношению к выделенному С-СО<SB POS="POST">2</SB> 1-3%, определение доступного для минерализации углерода как суммы эмиссий С-СО<SB POS="POST">2</SB>, 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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 С 01 N 33/24

«1.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Цель изобретения — повышение 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 35 см; III — слой почвы 0 — 3 см).

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ

f10 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21 ) 4328725/30-15 (22) 17.11.87 (46) 15.09,89. Бюл. 11 34 (71) Агрофизический научно-исследовательский институт и Ленинградский государственный университет (72 ) С,С.Исламов, С,M.Àêcåíoâ и О.В.Орлова (53) 631.417.1:631 452(088.8) (56) Froment А. Là mineralisation

de 1а matiere organigke dans les

sols caleimorpkes du plateau forestierde Uirelles (Belgique) - Bull.

Assos. Frans etude sol". 1971, 11 3, с. 39-44.

Авторское свидетельство СССР

Р ?305599, кл. G 01 N 33/24. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТЕПЕНИ ДОСТУПНОСТИ ДЛЯ МИНЕРАЛИЗАЦИИ ОРГАНИЧЕСКОГО УГЛЕРОДА ПОЧВЫ (57) 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 эффекИзобретение 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.

„„80„„1508148 A 1

2 тивности последвиху а также для оцен ки 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 †10 от полной влагоемкости образца в закрытой капсуле о при 45-58 С с периодическим определением в процессе его инкубации эмиссии С-СО в атмосферу, определение оставшегося малодоступного углерода после снижения скорости эмиссии до уровня, при котором накопление С вЂ” СО в течение суток не превышает по отношению к выделенному С-СО 1-3Ж, определение доступного для минерализации углерода как суммы эмиссий

С-СО, 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.

3 150814

Пример, Определение органического углерода почвы проводили на образцах из вегетационного опыта, заложенного на дерново-подзолистой

5 легкосуглинистой почве в стаканах из-под бура Некрасова. Растения сорта гороха Рамонский . (одно растение на

2 стакан, 400 шт/м- ) выращивали до фазы образования бобов. Определине углерода осуществляли после 70 дн ми— нерализации корневых остатков при

14 2 С (имитация процессов минерао лизации в полевых условиях). В опыте массу растений регулировали путем 15 изменения плотности корнеобитаемого слоя соответственно: 1,25; 1,35;

1,50; 1,60 г/см

После соответствующей подготовки (измельчение и просеивание через си- 20 то 1 мм) навески почвенных образцов массой 1 r помещают в капсулы объемом 50 мл, увлажняют до 40-100 . от полной влагоемкости и инкубируют в о термостате при 46-50 С, 25

Выбор указанных интервалов влажности и температуры определяется максимальной скоростью минерализации углерода почвы и являются оптимальными для основных типов почв. При тем- 30 а пературе ниже 45 С скорость снижается примерно в 2 раза, а максимум температуры 58 С ограничивается устойчивостью термофипьных 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 - 40 скорости эмиссии до значения, при .которой накопление С-C0g не превышает по отношению к выделенному С-СО 13% (что соответствует примерно

20 мг/1 кг навески в 1 сут), газовую 45 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-под50 золистая легкосуглинистая почва, не подверженная антропогенному воздействию в течение 25 лет, скорость эмиссии С-СО которой составляла и

20 мг/кг в сутки, а величина КОД

50 (т,е, предлагается образец почвы, который имеет примерно одинаковые значения доступного и малодоступного для минерализации уГлерода)., За8 4 тем образцы почвы по мере достижения скорости эмиссии, равной скорости эмис— сии эталонной почвы, вынимали из термостата и проводили анализ С-СО . После этого в образцах определяли оставшийся минерализованный углерод почвы химическим методом (по Тюрину), На основании поэтапного раздельного определения минерализованного углерода Е (С-СО ) и малодоступного для. минерализации углерода С„ проводили расчет общего содержания органического углерода почвы 7» С-СО +С„, Затем определяли величину коэффициента относительной доступности органического углерода (КОД ):

Z С-СО

КОД= „С-Со +С„

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

1 — определение потенциально доступного для минерализации углерода почвы, который может быть вовлечен в глобальный круговорот этого элемента;

° 2 — определение малодоступного для минерализации органического углерода, которое проводят после достижения нормированного содержания трудноминерализуемого углерода, что достйгается за счет различного времени 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 двух этапов определения углерода:

EC-СО2+С„, где 7 С вЂ” С02 — количество минерализованного углерода (доступного)

С вЂ” 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, определяемой по методу Фромента. Величина KM (коэффициент минерализации) составляет на контроле 2;7, а в остальных вариантах варьирует от 1,4 до 2,2. Полученные результаты по это5 15081 му способу свидетельствуют о снижении содержания в почве легкоминера1 лиэуемого углерода, Определение содержания оставшегося после минерализации углерода почвы с помощью предлагае5 мого способа показало, что в тех вариантах, где наблюдалось снижение 1 эмисс щ углерода, происходило его накопление. Это свидетельствует о том, что в данных образцах почвы активно протекал процесс гумусонакопления, Так,если для контрольного варианта Сп составляла 8,9 г/кг, то для парующей почвы — 9,1 rjzr. Иэ 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 сни— женин содержания легкоминерализуемоr0 углерода. Раздельное определение углерода позволило установить, что содержание общего углерода почвы для первых трех вариантов практически не 25 изменилось, а в опыте с растениями для слоев 3-5 и 5-7 см наблюдалось

его увеличение. Послойное определение углерода поэвог1ло определить изменение баланса углерода в веге- З0 ,тационном сосуде. Из данных следует, что в течение вегетационногo периода . содержание углерода в сосуде, определяемое по методу Тюрина, практически не изменилось за исключением парующей почвы. В то же время определен1|е этой величины с помощью предлагаемого способа позволило выявить обратную зависимость. При этом, содержание доступного для минерализа- 40 ции углерода в вариантах с большой массой растений было на уровне контроля. Наибольшие различия по вариантам были получены с помощью значения КОД. Из данных следует, что вы- 45 ращивание растений гороха и парование почвы привело к снижению этого показателя (КОД) с 40,3 до 16%.. Таким образом, предлагаемый способ позволяет проводить, определение изменения баланса анализируемых фондов углерода и судить о степени их изменения за один вегетационный период.

Существенным отличием предлагае-, мого способа от известного является то, что в начале проводят полное удаление углерода, доступного для минерализации, а затем в этом же образце определяют оставшийся углерод поч48 е вы и на основании полученных результатов рассчитывают общее содержание органического углерода v. степень доступности по КОД.

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

5-15%.

В-;предлагаемом способе погрешность равна сумме погрешностей определения содержания доступного и малодоступного углерода с учетом их относительно— го количества и определяется формулой

=6 К + - К

40 т Aoc 7 ид оденет я мдост где Gaged — относи тельная по грешно сть определения общего .содержания углерода в почве; бдocq — относительная погрешность определения доступного углерода почвы; — относительная погрешность и4лoAon определения малодоступного у гл ер о да по чвы;

К,-,— отношение массы доступного углерода к общей массе углерода;

К„д„ „ — отношение массы малодоступного углерода к общей массе углерода.

ВвиДУ Tol o iTQ Кдос1 =КОД a K>ocr+

+К,„„=1, относительная погрешность . 1мод0к равна = ШКОД+ „ д,(1-КОД) .

Содержание доступного углерода предлагаемым способом определяется хроматографическим методом и составляетб =1-3%.Содержание малодоступ- ного углерода определяется тем же методом, что и по прототипу, и составляет 5-15%.. Величина КОД для разных типов почв составляет: КОД=0,10,5, Поэтому относительная погрешность определения общего содержания углерода равна: (opg =(1-3%) ° (О, 1-0, 5)+ (5-15%) х

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 болыпих КОД, составляющих 0 5 она лежит в пределах 3-9%. Как вид 1508148 кого углерода в почве. В этом случае мероприятия по гумусной мелиорации почв приобретают планово-управляемый характер.

Формула изобретения

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

I

) Известный способ

Вариант

С-СО КМу о С-СОд С-СО +Ср, КОД у g

2,7 6,0 0,2 14,9 0,9 40,9

2,2 4,4 0,3 13,5 1,0 32,6

14,0+1, 3 0,29+0,01

12,6<1 8 0,28 0,02

12,7 .1,3 0,23+0,02

Контроль

Пар, 0-3 см

Пар, 3-6 см

1,8 3,8 0,2 14,3+0,7 25,7

Из-под растений, 0-3 см

13,3+0,4 0,30й0,01 2,2 4,1+0,2 14,1"-0,8 29,1

Из-под растений, 3-5 см, 2,0 5,2+0,2 16,9+0,7 30,8

12,4+0,4 0,25+0,01

Из -по д р ас те ний, 5-7 см

1,4 2,8+0,1 16,6 1,1 16,9

14,8 0 4 Оу21 0,01 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 вносимых в почву органических удобрений, Положительный эффект от использования способа заключается в возможности дифференцированного определения органического углерода почвы, доступного и малодоступного для ми-, нерализации почвенной микрофлорой, повышении точности определения содержания общего углерода, в установлении коэффициента его относительной доступности и тесной корреляционной связи этого показателя с продуктивностью растений, Это дает возможность экспрессно измерить величины составляющих углеродного фонда почвы, изменить их баланс за один вегетационный период и агрономически интерпетировать полученные данные.

Способ позволяет проводить оценку нуждаемости почв в органическом веществе по отношению к выбранному эталону путем определения С-СОд и КОД прогнозировать развитие, продукцион- ных процессов почвенных ценозов.

Предлагаемый способ дает возмож— ность оценивать гумусное состояние почв, эффективность органических удобрений, а также направленно регулировать баланс и динамику оргавичесСпособ определения степени доступности дпя минерализации органическо1р го углерода почвы,. включающий отбор и подготовку почвенных образцов, определение содержания общего органического углерода, инкубацию увлажненного образца в закрытой капсуле при on15 ределенной температуре, периодическое определение эмиссии углерода С-СО в атмосферу за время инкубации, опреде-ление доступного углерода как суммы эмиссий С-СО и определение степени

2р доступности по отношению доступного для минерализации углерода к общему органическому углероду почвы, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности способа, ин25 кубацию проводят при влажности 40100 от полной влагоемкости образца о и температуре 45-58 С до снижения скорости эмиссии до уровня, при кото 3 ром накопление С-СО в течение суток

30 не превышает по отношению к выделенному С-СО 1-3 дополнительно определяют оставшийся малодоступный углерод, а определение содержания общего органического углерода оцеиивают по сумме доступного и малодоступного для минерализации углерода.

1508148

f2

10 20 N 40 50 ЕО 70cym 2-ой д-й 4-й

ПеРВый этап этап эптл этап

Фиг. 1 ма

ИО

Ю З7 ym

Фиг. 2

Составитель Е.Арустамянц

Редактор М.Келемеш Техред И.Верес Корректор Л.Бескид

Заказ 5535/47 Тираж 789 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета пь изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

0Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101