способ определения показателей трансформируемого и инертного органического углерода в почвах

Формула изобретения

Способ определения показателей трансформируемого и инертного углерода в почвах, включающий определение органического углерода, отличающийся тем, что почвенный образец разделяют на две пробы, одну из них инкубируют в течение 20 дней при температуре 22°C и при влажности 60% ППВ с количественным учетом выделившегося диоксида углерода, последующим расчетом содержания потенциально минерализуемого углерода и дальнейшим расчетом содержания трансформируемого углерода, а в другой - определяют содержание валового органического углерода и по разнице содержания валового и трансформируемого углерода определяют содержание инертного углерода.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области биологии почв и агроэкологии. Оно может быть использовано в качестве диагностического критерия плодородия почв, а также оценки потенциальной эмиссии СО ₂ почвами при глобальном изменении климата.

Прототипом [2, 5] является определение минимального содержания органического углерода почвы на бессменном чистом пару в условиях длительного полевого опыта (>20 лет).

В соответствие с Кершенсом (1992) валовой органический углерод (С вал) состоит из инертного (С инерт), практически не участвующего в процессах превращения, и трансформируемого органического углерода (С транс). Инертная фракция в основном зависит от условий местообитания, а трансформируемая, которая легко разлагается в почвах, от системы землепользования, в том числе и от различных агротехнических приемов.

Содержание инертного органического углерода тождественно минимальному, наиболее правильно и точно определяемому при бессменном чистом паровании почвы.

Содержание трансформируемого органического углерода рассчитывают по формуле

С транс = С вал - С инерт [2, 3].

Основной недостаток метода определения С инерт и С транс заключается в необходимости проведения длительного полевого опыта (>20 лет) с бессменным чистым парованием почвы, требующим значительных временных, материальных и финансовых затрат.

Целью изобретения является ускоренное более чем в 350 раз по сравнению с существующим прототипом определение С транс и С инерт в почве без проведения многолетних полевых опытов с бессменным чистым паром.

Способ осуществляют следующим образом. В пробе образца почвы определяют содержание органического С вал (% от массы почвы) по методу Тюрина со спектрофотометрическим окончанием. В другой пробе этого же образца определяют продуцирование С-СО₂ за 20-суточный период инкубации при температуре 22°С и влажности 60% ППВ. Далее, используя уравнения, полученные эмпирическим путем для разных таксонов почв, рассчитывают количества потенциально минерализуемого углерода, а затем с помощью специальных уравнений для этих же таксонов почв вычисляют С транс. Значения С инерт находят по разности между величинами С вал и С транс.

Достаточно точный прогноз обеспеченности почвы потенциально минерализуемым органическим углеродом С пм без многомесячной инкубации образцов, имитирующей вегетационный период, дает его вычисление по данным кумулятивного продуцирования С-СО₂ (при расчетах оценка количества диоксида углерода проводится по таковому углерода) за 20-суточный период инкубации, используя полученные для дерново-подзолистой почвы (уравнение 1), типичного чернозема (уравнение 2) и выщелоченного чернозема (уравнение 3) зависимости

С пм=5.54+2.04·С-СО₂ r=0.969, n=10 (1),

С пм=13.56+1.63·С-СО ₂ r=0.999, n=6 (2),

С пм=4.95+1.94·С-СО ₂ =0.998, n=11 (3).

В свою очередь, при наличии данных по содержанию в почве С пм (%) можно рассчитать приблизительные уровни обеспеченности почв С транс (%), используя специальные уравнения для дерново-подзолистой почвы (уравнение 4), типичного чернозема (уравнение 5) и выщелоченного чернозема (уравнение 6)

С транс=7.212·С пм-0.146 r=0.951, n=6 (4),

С транс=5.290·С пм+0.347 r=0.934, n=5 (5),

С транс=8.932·С пм+0.056 r=0.962, n=10 (6).

Пример расчета. В качестве примера рассмотрим чернозем типичный тяжелосуглинистый Курской обл., опыт 2, варианты бессменный чистый пар с 1964 г. и целинная степь.

Прототип. В образцах почв этих вариантов определяем содержание органического С вал по методу Тюрина со спектрофотометрическим окончанием [1]. Для образца почвы бессменного чистого пара С вал = С инерт = 2,665, % от массы почвы, а для такового целинной степи С вал = 3,970, % от массы почвы С инерт. Тогда согласно формуле для образца бессменного чистого пара С транс = С вал - С инерт = 0, а для такового целинной степи С транс = 3,970, % от массы почвы - 2,665, % от массы почвы = 1,305, % от массы почвы (табл.1).

Предлагаемый способ. Рассмотрим на примере образцов почв тех же вариантов. Как отмечено выше, содержание экспериментально определенного С вал = С инерт = 2,665(% от массы почвы) для образца бессменного пара и С вал=3,970 (% от массы почвы) для такового целинной степи. Проводится 20-суточная инкубация образцов согласно [4]. На основании данных по кумулятивному продуцированию С-СO₂ при 20-суточной инкубации этих образцов рассчитываются сначала значения С пм по уравнению (2), а затем С транс по уравнению (5). Для образца варианта целинной степи расчетное значение С транс = 1,333 (% от массы почвы), что достаточно близко (статистически достоверно при р=0,95) экспериментально определенному С транс = 1,305 (% от массы почвы). Зная С вал и С транс для образца типичного чернозема целинной степи, можно рассчитать С инерт для типичного чернозема Курской области (3,970-1,333=2,637, % от массы почвы), что соответствует экспериментально определенному в образце бессменного чистого пара - 2,665 (% от массы почвы) (табл.2).

В табл.1 представлены результаты экспериментального определения валового органического углерода в образцах дерново-подзолистой почвы Владимирской области, типичного чернозема Курской области и выщелоченного чернозема Новосибирской области в условиях длительных полевых опытов. На вариантах с бессменным парованием почв С вал = С инерт, а С транс = 0. Во всех других вариантах содержание трансформируемого органического углерода рассчитывали по формуле С транс = С вал - С инерт и оно всегда было >0.

Приведенная в табл.2 информация свидетельствует об отсутствии достоверных различий (при р=0,95) между данными по С транс, полученными по прототипу в длительном полевом эксперименте, и таковыми при предлагаемом способе с использованием показателя потенциально-минерализуемого углерода С пм, устанавливаемого в условиях лабораторного 20-суточного инкубирования почвенного образца при температуре 22°С и влажности 60% ППВ с количественным учетом выделившегося СO ₂.

Рекомендуется при определении содержания трансформируемого органического углерода в почвах с валовым содержанием органического углерода от 0,5 до 1,5% С орг от массы почвы использовать уравнения (1) и (4); от 1,5 до 3,5% С орг от массы почвы - уравнения (2) и (5); от 3,5 до 5,5% С орг от массы почвы - уравнения (3) и (6) (табл.2).

Список литературы

1. Дьяконова К.В. Методы исследования органических веществ в лизиметрических водах, почвенных растворах и других аналогичных природных объектах.// Методы стационарного изучения почв. - М.: Наука, 1977. С.199-226.

2. Кершенс М. Значение содержания гумуса для плодородия почв и круговорота азота. Посвящается 100-летию со дня рождения профессора, академика И.В.Тюрина.// Почвоведение. 1992. № 10. С.122-131.

3. Когут Б.М. Принципы и методы оценки содержания трансформируемого органического вещества в пахотных почвах.// Почвоведение. 2003. № 3. С.308-316.

4. Семенов В.М., Иванникова Л.А., Кузнецова Т.В. Лабораторная диагностика биологического качества органического вещества почвы.//В кн. Методы исследований органического вещества почв. 2005. ВНИПТИОУ. Владимир. С.214-230.

5. Körschens М. Die Abbangigkeit der organishchen Bodensubstanz von Standortfactoren ind acker-und planzenbaulichen Massnahmen, ihre Beziehungen zu Bodeneigenschaften und Ertrag sowie Ableitung von erstenBodenftuchtbarkeitskennziffern für den Gehalt des Bodens an organischer Substanz. - Berlin:Akad. Landwirtsch. - Wiss. DDR. Diss.B. 1980.

Таблица 1. Содержание валового органического углерода (С вал) и трансформируемого органического (С транс) в необрабатываемых и пахотных почвах стационарных опытов, %
№ п/п	Вариант	С вал	С транс
Дерново-подзолистая супесчаная почва. Опыт 1
1	Бессменный чистый пар с 1968 г.	0.487	Не опр.
2	Залежь с 2001 г.	1.087	0.600
3	Севооборот с 1968 г., без удобрений (б/у)	0.522	0.035
4	То же, навоз 20 т/га ежегодно	0.832	0.345
5	То же, навоз 10 т/га + N50P25K60 ежегодно	0.734	0.247
6	То же, N100P50K120 ежегодно	0.620	0.133
7	То же, навоз 10 т/га + N100P50K120 ежегодно	0.763	0.276
Чернозем типичный тяжелосуглинистый. Опыт 2
8	Бессменный чистый пар с 1964 г.	2.665	Не опр.
9	Целинная степь	3.970	1.305
10	Бессменная озимая пшеница с 1964 г., б/у	3.125	0.460
11	То же, NPK	3.450	0.785
12	Севооборот с 1968 г., б/у	3.320	0.655
13	То же, навоз + NPK	3.555	0.890
Чернозем выщелоченный среднесуглинистый. Опыт 3
14	Бессменный чистый пар с 1997 г.	2.865	Не опр.
15	Залежь	5.615	2.750
16	Бессменная пшеница с 1997 г., б/у	3.550	0.685
17	Севооборот с 2001 г., б/у, пар чистый без соломы	3.493	0.628
18	То же, пар чистый с соломой	3.613	0.748
19	То же, пар занятый с соломой	3.687	0.822
20	То же, пар сидеральный с соломой	3.717	0.852
21	Севооборот с 2001 г., N40-80P40, пар чистый без соломы	3.627	0.762
22	То же, пар чистый с соломой	3.703	0.838
23	То же, пар занятый с соломой	3.727	0.862
24	То же, пар сидеральный с соломой	3.853	0.988

Таблица 2. Сравнение содержания трансформируемого (С транс) органического вещества, полученного по прототипу в длительных полевых экспериментах (I) и рассчитанного по предлагаемому способу (II) с 20-суточным инкубированием почвы, по t05-критерию
№ п/п )	С транс, % от массы почвы
	I	II
Дерново-подзолистая супесчаная почва, опыт 1
2	0.600	0.636
3	0.035	0.103
4	0.345	0.247
5	0.247	0.239
6	0.133	0.169
7	0.276	0.237
Среднее	0.272	0.272 I=II T05=0.016
Чернозем типичный тяжелосуглинистый, опыт 2
9	1.305	1.333
10	0.460	0.643
11	0.785	0.696
12	0.655	0.625
13	0.890	0.801
Среднее	0.819	0.819 I=II t 05=0.009
Чернозем выщелоченный среднесуглинистый, опыт 3
15	2.750	2.663
16	0.685	1.147
17	0.628	0.643
18	0.748	0.767
19	0.822	0.776
20	0.852	0.813
21	0.762	0.703
22	0.838	0.810
23	0.862	0.807
24	0.988	0.810
Среднее	0.994	0.994 I=II t05=0.006
)Номера вариантов опытов те же, что и в табл.1