Методы определения микробиологической активности почвы

Биологическая активность почвы выражается суммарным проявле­нием активности биохимических процессов и характеризует размеры и направление превращения веществ и энергии в почве, происходящего под действием живых организмов.

Показатели биологической активности почвы могут быть использованы при тестировании состояния почв. При загрязнении почв небольшими количествами органических соединений может наблюдаться возрастание некоторых показателей биологической активности, так как более интенсивно развиваются группы микроорганизмов, участвующих в переработ­ке дополнительных субстратов (фенолов, углеводородов). При загрязне­ниях тяжелыми металлами, оксидами серы, большими количествами раз­личных органических веществ преобладает токсический эффект, вследствие чего биологическая активность подавляется.

В качестве показателей активности, характеризующих экологическое состояние почвы, в литературе чаще всего рекомендуются следующие: выделение почвами диоксида углерода (дыхание почвы), активность ферментов, токсичность почв по отношению к тестовым организмам, различные аппликационные методы.

Интегральной характеристикой напряженности микробиологических процессов является скорость выделения углекислого газа. В большинстве случаев чем она выше, тем лучше экологическое состояние почвы. В оптимальных условиях скорость выделения углекислого газа может достигать нескольких кг/га в час.

Так как интенсивность дыхания почвы является исключительно вариабельной величиной и зависит от большого количества факторов (температурного режима, влажности, состояния фитоценоза и др.), для оценки экологического влияния загрязнений необходимо проводить сравнение данных, полученных на различных участках в близких условиях.

Для школьного мониторинга доступен абсорбционный метод Штатнова в котором количество выделившегося в течение определенного времени углекислого газа определяют по нейтрализации им раствора щелочи.

Определение дыхания почвы этим методом заключается в том, что поверхность почвы изолируют от окружающего воздуха сосудом, под которым помещают чашку с 2 мл 0,1 н. раствора КОН для поглощения угле­кислого газа. Через определенное время (0,5-1 час) сосуд-изолятор сни­мают, щелочь оттитровывают 0,05 н. раствором НCl по фенолфталеину до обесцвечивания. Одновременно делают контрольные измерения (изо­лятор и щелочь ставят не на почву, а в какой-либо плоскодонный сосуд и также изолируют от воздуха). По разнице титрования определяют коли­чество выделившегося из почвы углекислого газа. Расчет проводят по формуле:

где F — скорость выделения углекислого газа из почвы, кг/га в час;

а — объем 0,05 н. НС1, пошедший на титрование щелочи при определе­нии содержания углекислого газа в воздухе контрольного сосуда, мл;

б — объем 0,05 н. НС1, пошедший на титрование щелочи при определе­нии содержания углекислого газа в воздухе сосуда-изолятора на почве, мл;

1,1 — масса углекислого газа, эквивалентная 1 мл 0,05 н. раствора кис­лоты, мг;

100 — пересчетный коэффициент (1 мг/см 2 =100 кг/га);

S — площадь почвы под сосудом-изолятором, см 2 ;

t — время экспозиции, час.

Тестировать активность различных групп почвенных микроорганизмов в почвах можно при помощи различных аппликационных методов. Наиболее распространенным является измерение скорости распада целлюлозы. Этот метод был рекомендован академиком Е. Н. Мишустиным.

Для проведения исследований берут стерильную тонкую суровую льня­ную ткань (неотбеленную). Определяют массу 1 дм 2 этой ткани, затем ее полосы (шириной обычно 10 см, длина зависит от глубины изучаемого почвенного слоя) пришивают к полимерной пленке. В почве вырывают свежие разрезы, в которые помещают полосы ткани, полиэтилен с обрат­ной стороны придавливают почвой и разрез засыпают. Верхняя грань тка­ни должна быть на 3,5 см погружена в почву. Через определенное время ткань извлекают из разреза, отмывают и взвешивают. Потеря массы ха­рактеризует интенсивность разложения клетчатки. Для определения ди­намики процесса повторные куски ткани извлекают последовательно че­рез разные интервалы времени.

Для оценки интенсивности разложения клетчатки (% за сезон) исполь­зуется следующая шкала:

очень слабая Меньше 10%

очень сильная больше 80 %

Шкала интенсивности позволяет определить микробиологическую активность почв: чем выше процент разложения клетчатки, тем она выше.

7.2.5. Качественное определение химических элементов в почве [16,30]

Определение химического состава почвы чаще всего начинают с ана­лиза водной почвенной вытяжки, так как хорошо растворимые соединения почвы в первую очередь поглощаются растениями. Избыточные количе­ства растворимых солей (более 0,2% от массы сухой почвы) создают по­вышенную концентрацию ионов в почвенном растворе, а это снижает пло дородие почвы и ее экологическое состояние. С агрономической точки зрения наиболее вредными для растений считаются гидрокарбонаты, кар­бонаты и сульфаты натрия, а также хлориды (особенно магния и кальция). По степени экологической опасности химические вещества, попадающие в почву различными путями, делят на 3 класса: 1 — кадмий, ртуть, свинец, цинк, фтор, мышьяк, селен, бенз(а)пирен; 2 — кобальт, молибден, бор, медь, хром, никель, сурьма; 3 — ацетофенон, барий, вольфрам, марганец, вана­дий, стронций.

При анализе почв прежде всего следует обратить внимание на кислот­ность почвенной вытяжки. Помимо того, что кислотность почвы — один из наиболее важных агрохимических показателей, по ее величине можно предсказать наличие тех или иных микроэлементов в почве, а также оце­нить их подвижность (табл. 7.15).

Сухой остаток почвенной вытяжки — это общее содержание раство­римых солей в водной почвенной вытяжке. Его определяют путем выпа­ривания в фарфоровой чашке некоторого объема фильтрата. Прокалива­нием можно разделить сухой остаток на минеральный и органический.

В прокаленную и взвешенную фарфоровую чашку наливают при помо­щи пипетки по 25-50 мл фильтрата водной вытяжки столько раз (по мере выпаривания), чтобы в сумме получить от 100 до 250 мл вытяжки (в зави­симости от засоленности почвы — чем выше засоленность, тем меньший объем вытяжки берут на анализ). После выпаривания жидкости чашку помещают в сушильный шкаф и высушивают ее содержимое при темпе­ратуре 105°С в течение 3-4 ч. (до постоянной массы). Содержание сухого остатка выражают в процентах:

а) к воздушно-сухой почве:

б) к абсолютно сухой почве:

m₁ — масса чашки с сухим остатком, г,

m₂— масса пустой чашки, г,

V₁ — общий объем фильтрата, мл,

V₂ — объем фильтрата для анализа, мл,

m — масса почвы для приготовления вытяжки, г,

у — влажность воздушно-сухой почвы, %.

Рассчитанное значение общего солесодержания в процентах к воздушно-сухой массе почвы заносится в табл. 17 экопаспорта.

Если содержимое чашки после взвешивания озолить и прокалить, то потеря от прокаливания даст ориентировочное содержание в вытяжке органических веществ, а остаток в чашке — содержание минеральных солей. Озоление и прокаливание можно провести на газовой горелке или в муфельной печи при температуре не выше 525°С. Расчет ведут аналогично сухому остатку (минеральная часть); органический остаток узнают по разности между сухим остатком и минеральной частью.

По количеству минерального остатка судят о засоленности почвы (табл. 7.16)

Довольно точное представление о степени засоленности почвы дает определение плотности водной вытяжки из почвы ареометром или при помощи пикнометра (взвешиванием).

Карбонат-ионы. Небольшое количество почвы помещают в фарфо­ровую чашку и приливают пипеткой несколько капель 10%-ного раствора соляной кислоты. Образующийся по реакции оксид углерода СО₂ выделяется в виде пузырьков (почва «шипит»). По интенсивности их выделения судят о более или менее значительном содержании карбонатов.

Почву, вскипающую от 10%-ного раствора соляной кислоты, относят к группе карбонатных почв. Для такой почвы проводят анализ водной вытяжки. Если почва не «вскипает», то для качественных реакций готовят не водную, а солянокислую вытяжку.

Хлорид-ионы. К 5 мл фильтрата, помещенного в пробирку, прибавля­ют несколько капель 10%-ного раствора азотной кислоты и по каплям 0,1 М раствор нитрата серебра. Образующийся осадок в виде белых хлопьев указывает на присутствие хлоридов в количестве десятых долей процента и более. При содержании сотых и тысячных долей процента хлоридом осадка не выпадает, но раствор мутнеет.

Сульфат-ионы. К 5 мл фильтрата добавить несколько капель концентрированной соляной кислоты и 2-3 мл 20%-ного раствора хлорида бария. Если образующийся сульфат бария выпадает в виде белого мелкокристаллического осадка, это говорит о присутствии сульфатов в количестве нескольких десятых процента и более. Помутнение раствора также указывает на содержание сульфатов — сотые доли процента. Слабое помутнение, заметное лишь на черном фоне, бывает при незначительном содержании сульфатов — тысячные доли процента.

Нитрат-ионы. К 5 мл фильтрата по каплям прибавляют раствор дифениламина в серной кислоте. При наличии нитратов и нитритов раствор окрашивается в синий цвет.

Кальций. К 10 мл фильтрата добавить несколько капель 10%-ного раствора соляной кислоты и 5 мл 4%-ного раствора оксалата аммония. Бе­лый осадок оксалата кальция свидетельствует о наличии нескольких процентов кальция. При незначительном содержании кальция (сотые и ты­сячные доли процента) наблюдается не осадок, а легкое помутнение ра­створа.

Железо (II и III). В две пробирки внести по 3 мл вытяжки. В первую пробирку прилить несколько капель раствора красной кровяной соли K₃[Fe(CN)₆], во вторую — несколько капель 10%-ного раствора роданида аммония или калия NH₄SCN или KSCN. Появившееся синее окрашивание в первой пробирке и красное во второй свидетельствует о наличии в почве соединений железа (II) и железа (III). По интенсивности окрашивания можно судить об их количестве.

Алюминий. К 5 мл солевой почвенной вытяжки прибавляют по каплям 3%-ный раствор фторида натрия до появления осадка. Чем быстрее и обильнее выпадает осадок, тем больше алюминия содержится в почве.

Натрий. О присутствии натрия в почве судят по ярко-желтому окра­шиванию пламени горелки при внесении в него стеклянной палочки с кап­лей раствора почвенной вытяжки.

Присутствие соединений тяжелых металлов в почвах можно опреде­лять и количественным методом. Для этого готовят водную вытяжку (раз­дел 6.2.1), которую анализируют по методикам, описанным в главе 7 дан­ной книги, или по другим имеющимся в кабинете химии инструкциям.

Полученный результат в мг/л вытяжки пересчитывают в мг/кг почвы по

где С_n — содержание определяемого элемента в почве, мг/кг;

С_в — концентрация этого же элемента в водной вытяжке, мг/л.

Дата добавления: 2015-04-11 ; просмотров: 193 ; Нарушение авторских прав

Источник

Методы определения микробиологической активности. Концептуальные основы методов. Методические требования к реализации методов и стандарты.

Использование агрофизической информации при управлении плодородием почвы.

Плодородие почвы — это ее способность обеспечивать растения необходимыми для роста и развития элементами минерального питания, влагой и воздухом в оптимальном сочетании между ними. Оно в значительно зависит от физических свойств почво-грунта.

Влажность почвы (% к массе абсолютно сухой почвы) показывает содержание в ней воды. — две основные формы почвенной влаги: связанную,— недоступную растениям, и свобод­ную, доступную им, которую принято называть продуктивной влагой.

методом оп­ределения влажности является весовой.

Максимальная гигроскопичность почвы — количество воды, которое поглощается поверхностью почвенных час­тиц из окружающего ее пространства, насыщенного па­рами воды, то есть при относительной влажности 100 %. Растениями такая влага не усваивается.

Гигроскопическая влага.— величина менее постоян­ная. Содержание ее в почве обычно колеблется в зависи­мости от насыщения воздуха водяными парами.

Влажность устойчивого завядания. В период роста и развития растений часто наблюдается их завядание из-за острого дефицита воды в почве, запасы которой равны влажности устойчивого завядания, когда потреб­ление влаги из почвы для растений становится практи­чески невозможным.

Влагоемкость почвы — способность почвы впитывать и удерживать воду. в опытной ра­боте представляют три вида ее: наименьшая (полевая), капиллярная и полная,

наибольшее коли­чество капиллярно-подвижной воды, которое может удер­жать почва менисковыми или капиллярными силами сцепления после стекания всей гравитационной воды.

Капиллярная влагоемкость — максималь­ное количество капиллярно-подпертой снизу воды, содер­жащейся в капиллярных промежутках почвы, выражают в процентах от массы или объема почвы.

Скважность (порозность) почвы, суммарный объем всех почвенных пор, заполненных водой и воздухом, ха­рактеризует величину полной полевой влагоем­ко с т и и величину воздухоемкости.

Воздухоемкость вы­числяют по разности между общей скважностью и влаж­ностью почвы, выраженной в объемных процентах. Скважность и полную влагоемкость определяют рас­четным методом из показателей объемной массы, удель­ной массы и капиллярной влагоемкости.

Водопроницаемость — способность почвы впитывать и пропускать через себя воду (под влиянием силы тя­жести), поступающую с поверхности. она зависит от химического и механического соста­ва почвы, структуры, плотности, влажности и ряда дру­гих факторов, она имеет значение для агрономической оценки почв и мелиоративных работ.

Объемную массу — массу абсолютно сухой почвы в единице объема ненарушенного сложения выражают в граммах на 1 см3; величина ее зависит от механическо­го и агрегатного состава, количества перегноя и скваж­ности и характеризует степень плотности почвы.

Знание объемной массы с ненарушенным строением позволяет рассчитать абсолютное количество содержа­щейся в почве воды, скважность, аэрацию и содержание элементов питания на единицу объема.

Удельная масса почвы — отношение массы твердой фазы почвы в абсолютно сухом состоянии к массе воды того же объема; ее выражают в граммах на один куби­ческий сантиметр. Величина удельной массы зависит от минералогического состава почвы и содержания в ней органических веществ. Определяют удельную массу твер­дой фазы почвы чаще пикнометрнческим методом.

Методы определения органического вещества почвы. Концептуальные основы методов. Методические требования к реализации методов и стандарты.

в состав гумуса входят 3 группы органических соединений: 1) вещества исходных органических остатков (белки, углеводы, лигнин, жиры и т. д.), 2) промежуточные продукты их превращения (аминокислоты, оксикислоты, фенолы, моносахариды и т. д.) и 3) гумусовые вещества.

Последние составляют главную и специфическую часть гумуса. Все методы изучения гумуса почвы можно разбить на 3 группы: методы определения общего количества органического вещества в почве, 2) методы определения отдельных элементов, входящих в состав гумуса, 3) методы определения отдельных групп гумусовых веществ.

Косвенным приемом определения общего количества гумуса является вычисление содержания его по количеству углерода в почве. Предполагая, что среднее содержание углерода в гумусе равно 58%, общее количество его в почве можно вычислить путем умножения процентного содержания углерода в почве на коэффициент 1,724. Этот коэффициент является условным и дает лишь приблизительное представление об общем количестве гумуса, приближающемся к истинному лишь в почвах, богатых гуминовыми кислотами.

Из отдельных элементов, входящих в состав органического вещества почвы, можно определить C, N и Н.

Все методы определения гумуса по углероду так же делятся на прямые и косвенные. Прямые методы основаны на учете СО2, выделяющегося при сжигании органического вещества почвы путем прокаливания (сухое сжигание) или окисления гумуса смесью хромовой и серной кислот (мокрое сжигание).

Прямые методы наиболее точны, но требуют для анализа много времени. Из прямых методов определения гумуса мокрым сжиганием наиболее распространенным является метод Кнопа.

Косвенные методы определения гумуса основаны на учете кислорода, необходимого для его окисления, и исходят из предположения, что при окислении весь кислород расходуется только на окисление углерода.

Из косвенных методов определения гумуса наибольшим распространением пользуется метод И. В. Тюрина, сущность которого заключается в окислении гумуса титрованным раствором хромовой кислоты и титрометрическом определении неизрасходованного остатка последней. По количеству израсходованного окислителя вычисляется количество углерода в почве, а по содержанию последнего – процентное содержание гумуса.

Методы определения микробиологической активности. Концептуальные основы методов. Методические требования к реализации методов и стандарты.

Определение целлюлозолитической активности методом аппликации дает ценную информацию о превращении лабильной фракции органического вещества, круговороте углерода, активности целлюлозолитического комплекса.

Источник