способ определения доступных для минерализации биофильных элементов почвы и степени их доступности

Формула изобретения

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДОСТУПНЫХ ДЛЯ МИНЕРАЛИЗАЦИИ БИОФИЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ПОЧВЫ И СТЕПЕНИ ИХ ДОСТУПНОСТИ, включающий определение общего содержания биофильного элемента в образце почвы, инкубацию образца в закрытой капсуле при влажности 40-100% от полной влагоемкости, измерение по завершении процесса минерализации доступного для минерализации биофильного элемента, а также содержания его малодоступной формы и определение степени доступности по их отношению, отличающийся тем, что перед инкубацией образца в капсулу вносят ассоциативную культуру термофильных микроорганизмов в количестве 0,15-1,0 млрд/г почвы, а инкубацию проводят при (853)^oС.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а конкретно к способам определения содержания в почве биофильных элементов.

Способ может быть использован для оценки содержания в почве биофильных элементов питания растений, а также для определения углеродного состояния почвенных ценозов и для прогноза нуждаемости почв в биофильных элементах питания.

Известен способ раздельного определения органического углерода почвы, доступного и малодоступного для минерализации, включающий инкубацию образца в закрытой капсуле при температуре 45-58^оС и влажности 40 100% от полной влажности, балансовое определение эмиссии углерода, определение оставшегося углерода почвы, при этом общее содержание углерода определяют как сумму минерализованного (доступного) и оставшегося (малодоступного) углерода, а относительную доступность углерода рассчитывают по формуле:

где (С-СО₂) величина эмиссии углерода;

С_п оставшийся углерод почвы. (Исламов С.С. Аксенов С.М. Орлова О.В. Способ определения степени доступности для минерализации органического углерода почвы. Авт.св. N 1508148, БИ N 34, 1989 г.).

Недостатком способа является то, что он не обеспечивает определение других доступных для минерализации биофильных элементов, например. N, P, K. Кроме того, недостатком способа является большая длительность эксперимента, составляющая 120.150 дней.

Известен также способ определения доступного для минерализации углерода и азота почвы (Исламов С.С. Аксенов С.М. Охитин А.А. Судаков А.В. Способ определения доступности азота для почвенной микрофлоры и растений, А.с. N 1305599. Б.И. N 15, 1987 г.), включающий инкубацию образца в условиях закрытой системы до установления динамического равновесия элементов в системе почва атмосфера путем периодической смены аэробиоза на анаэробиоз, определение содержания доступного азота по его элементному балансу в атмосфере и дополнительно углерода аналогичным образом, при этом относительную доступность элементов оценивают по отношению масс углерода и азота (C:N), выделенных в атмосферу.

Недостатком способа является то, что он не позволяет определить содержание доступных и малодоступных для минерализации азотосодержащих соединений. В свою очередь это не дает возможность проводить оценку изменения биофильных элементов почвы при антропогенном воздействии, например при внесении в почву органических удобрений и минеральных удобрений.

Кроме того, известен способ определения изменения содержания биофильного элемента (углерода) в зависимости от сроков затопления почвы (Илялетдинов А. Н. Сулейманова С.И. Влияние аэрации на микробиологические процессы в затопленной почве Микробиология, 1974, т.43, вып.1, с.141-145). Способ включает инкубацию образца затопленной почвы при влажности 100% полевой влагоемкости в течение трех месяцев при температуре 28^оС и определение изменения содержания общего углерода.

Недостатком способа является то, что он не позволяет определить изменение содержания ряда биофильных элементов, например К, Р, Мg, Ca и N.

Общим недостатком указанных способов является низкая точность и невозможность определения изменения содержания в почве биофильных элементов. Помимо этого, способы не обеспечивают определения изменения содержания в почве биофильных элементов при антропогенном воздействии на почву.

Наиболее близким к изобретению является способ определения доступного и недоступного для минерализации органического углерода почвы, включающий инкубацию образца в закрытой капсуле при влажности 40 100 от полной влагоемкости и температуре 45 58^оС до снижения скорости эмиссии до уровня, при котором накопление С-СО₂ в течение суток не превышает к выделенному С-СО₂ 1 3 дополнительно определяют оставшийся малодоступный углерод, а определение содержания общего органического углерода оценивают по сумме доступного и малодоступного для минерализации углерода.

Недостатком способа является то, что он не обеспечивает определение доступного для минерализации азота и ряда других биофильных элементов ввиду высокого их содержания в почве, что не дает возможность судить о величине соотношения C: N в продуктах минерализации. В свою очередь это не позволяет получить информации о направленности процессов минерализации-иммобилизации азотсодержащих соединений при внесении в почву субстратов с различным отношением С:NPK.

Целью изобретения является повышение точности и увеличение числа определяемых биофильных элементов.

Поставленная цель достигается тем, что в способе определения доступных для минерализации биофильных элементов почвы и степени их доступности, включающем определение общего содержания биофильного элемента в образце почвы, инкубацию образца в закрытой капсуле при влажности 40 100% полной влагоемкости, измерение по завершению процесса минерализации доступного для минерализации биофильного элемента, а также содержания его малодоступной формы и определение степени доступности по их отношению, в капсулу вносят ассоциативную культуру термофильных микроорганизмов в количестве 0,15 1,0 млрд/г почвы, а инкубацию проводят при температуре 853^оС.

Повышение точности и увеличение числа определяемых биофильных элементов достигается за счет ускорения процесса минерализации и образования большего количества малодоступных биофильных элементов за счет разрушения почвенного поглощающего комплекса.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых представлены: на фиг. 1 влияние температуры на кинетику образования С-СО₂; на фиг.2 кинетика минерализации углерода при 55 и 58^оС.

В табл. 1 приведена зависимость скорости эмиссии С-СО₂ от количества вносимых микроорганизмов, в табл.2 зависимость содержания углерода и образования аммония в сравнении с прототипом; в табл.3 сравнительная характеристика получаемых биофильных элементов в сравнении с классическими способами.

Предлагаемый способ включает отбор и подготовку почвенных образцов, доведение влажности до 40 100% от полной влагоемкости, периодический анализ С-СО₂ в атмосфере капсулы. При снижении скорости эмиссии до значения, при которой накопление С-СО₂ не превышает к выделенному С-СО₂ 1 3% проводят определение содержания биофильного элемента. Затем рассчитывают КОДЭ (коэффициент относительной доступности элемента).

На первом этапе предлагаемого способа с помощью термофильных микроорганизмов проводят минерализацию доступного углерода. Для этой цели навеску почвы 0,5 1,0 г помещают в капсулу объемом 50 60 мл, вносят ассоциативную культуру термофильных микроорганизмов и доводят влажность образца до 100% от полной влажности. Капсулу закрывают резиновой мембраной с уплотнительной крышкой. Ассоциативную культуру микроорганизмов получают путем инкубации компоста навоза при температуре 853^оС в течение 2 3 мес. Приготовление культуры и подсчет микроорганизмов проводят путем разведения в камере Горяева. Затем капсулу ставят в термостат и инкубируют при температуре 85 3^оС в течение 2 3 мес. Отбор проб С-СО₂ на анализ методом газовой хроматографии осуществляют отбором газовой пробы с помощью шприца через резиновую мембрану через 7 10 сут. На основе полученных данных строят кинетическую кривую минерализации углерода почвы (фиг.2).

Во второй этап входит определение содержания биофильных элементов, образовавшихся в результате разрушения почвенного поглощающего комплекса известными химическими способами.

В третий этап входит определение коэффициента относительной доступности элемента путем определения разницы его содержания в инкубируемом образце и исходном образце почвы, расчета отношения полученной величины к контрольному со- держанию элемента в почве ( 100%)

Из данных фиг.1 и табл.1 видно, что внесение в почву термофильных микроорганизмов и более высокая температура термостатирования обеспечивают более быстрое и точное определение доступного для минерализации углерода почвы. Из данных следует, что внесение в почву 0,15 1,0 млрд/г почвы термофильных микроорганизмов и температура 85^оС ускоряют процесс минерализации углерода более чем в 1,5 раза по сравнению с прототипом. Увеличение количества вносимых микроорганизмов нецелесообразно из-за того, что в почве содержится ограниченное количество доступного углерода, поэтому скорости их размножения через 3 4 сут уравниваются. Кроме того, углерод микроорганизмов может явиться источником дополнительного фона углерода, который необходимо учитывать при минерализации.

Определение содержания доступных и малодоступных форм биофильных элементов в сравнении двух способов (заявляемого и прототипа) показало, что предлагаемый способ обеспечивает более высокое содержание в газовой фазе С-СО₂, что в свою очередь ведет к более точному определению содержания в почве общего углерода. Анализ выделившегося при этом N-NH₄ азота показал, что в предлагаемом способе его содержание варьировало в пределах 0,72 1,67 г/кг почвы. В свою очередь определение этого биофильного элемента позволило установить, что содержание этих биофильных элементов в почве варьировало от 0,72 до 1,67 г/кг.

Определение других биофильных элементов (Р, К, Са, Mg, Fe, Mn) позволило установить, что использование предлагаемого способа обеспечивает получение более полной информации о содержании этих элементов в почве. Так, КОДЭ в почве варьировал по всем вариантам опыта от 45 54 для К до 21 400 для К, Р, Mg, Ca, Fe, Mn.

Технический эффект для использования способа заключается в возможности определения степени доступности для минерализации биофильных элементов почвы в минимальных количествах, определения их соотношения в почвенном ценозе. Это дает возможность экспрессно измерить величины элементов почвенного ценоза, определить изменение их баланса за короткий период и экологически интерпретировать полученные данные.

Экологический эффект от использования способа выражается в возможности эффективного применения органо-минеральных удобрений в почвенном ценозе, оперативном контроле за изменением баланса биофильных элементов.