Упрощенный метод определения дыхания почвы и биологической активности

За последнее время для характеристики биохимических процессов, протекающих и почве, учета деятельности почвенной микрофлоры, а также для оценки биологической активности почвы, все большее внимание уделяется изучению режима углекислоты и дыхания почвы.
В настоящее время для определения дыхания почвы пользуются главным образом двумя методами— Б. Н. Макарова (2, 3) и В. И. Штатнова (6).
Метод Макарова состоит в том, что почва изолируется стеклянным или металлическим ящиком-домиком и из него через 20 мин. отсасывается аспиратором через поглотитель проба воздуха.
Углекислота поглощается раствором барита или щелочи, а избыток раствором НС1.
По методу Штатнова почва изолируется стеклянным или металлическим сосудом ((1=10—
15 см), под который ставится чашечка с 0, 1 п раствором щелочи.
Одновременно для контроля ставится такой же сосуд с чашечкой со щелочью на тарелку и для изоляции от окружающего воздуха заливается 1% раствором НгЗО. Через 2—5 часов сосуды-изоляторы с контроля и почвы снимаются и избыток щелочи оттитровывается 0,1 п НС1. По разнице между титрованием в первом (контроль) и втором (почва) случаях определяется количество выделившейся углекислоты из почвы.
Метод Штатнова отличается простотой, но при этом методе не достигается полнота поглощения С02, вследствие длительной экспозиции (2—5 часов) нарушаются естественные условия и, в частности, срез надземной массы растений нарушает нормальное дыхание корней.
При определении дыхания почвы по методу Штатнова существенное значение имеет гремя (экспозиция), на которое надо ставить сосуды-изоляторы, ибо чем меньше экспозиции тем меньше нарушаются естественные условия. Наши исследования показали, что при определении дыхания почвы методом Штатнова экспозицию надо брать не меньше двух-трех часов.
В 1955 и 1956 гг. дыхание почвы определялось на дерново-подзолистых и торфяно-болотных почвах одновременно двумя методами в трех-плтикратной повторности.
Результаты 45 определений (табл. 1 и 2) показали, что во всех случаях показания интенсивности выделения СОг из почвы по методу Штатнова в 1,5—2 раза ниже, а в периоды максимального выделения СОг (например, в июне—июле) в три-три с половиной раза ниже, чем по методу Макарова. Причины такого большого расхождения в показаниях двух методов объясняются, по-видимому, неполным поглощением СО2 щелочью и нарушением естественных условий при применении метода Штатнова. О том, что по методу Штатнова получаются заниженные результаты, можно видеть и из опубликованных работ. Так, например, по данным В. Н. Смирнова (4), под пологом леса в летние месяцы при благоприятных гидротермических условиях выделилось всего лишь 0,6—1,5 кг С02 в час на 1 га и в двух случаях — 2,3 и 3,7 кг.
Для дальнейшего упрощения своего метода мы предлагаем дыхание почвы определять с помощью широкогорлых колб, используя принцип по Петтендоферу определения СОг в воздухе путем перемешивания воздуха с баритом.
Определение дыхания почвы методомколб. Широкогорлая (</=5 см) колба, емкостью в 1—1,2 л, ставится (или врезается) на поверхность почвы и присыпается почвой (рис. 1). Чтобы края колбы не загрязнялись почвой и она не попадала внутрь колбы, края последней обвертываются тонкой бумагой. Через 20—30 мин. (если интенсивность выделения С02 слабая, экспозицию надо взять больше) колба снимается и плотно закрывается каучуковой пробкой, в которой просверлено отверстие, закрытое маленькой каучуковой пробкой. Через это отверстие в колбу вводится пипетка 25—50 мл 0,02-п раствора Ва(ОН)2, после чего отверстие опять закрывается. Для поглощения С02 барит в колбе интенсивно взбалтывается в течение 5 мин.
(взбалтывание можно производить на ручном или приводном вертикальном ротаторе) и затем избыток барита оттигровывается по фенолфталеину 0,02-я раствором НС1. Одновременно таким же образом определяется содержание СО2 в воздухе. По разнице между со» держанием СОг в колбе после 20—30-минутной экспозиции и в воздухе определяют количество выделившейся из почвы углекислоты, которое пересчитывается на 1 м- или на 1 га за час. Такой метод позволяет проводить определения в полевой обстановке без применения громоздкой аппаратуры (поглотителя, аспиратора и домиков), не портить посевы и значительно увеличить повторность определений.
В табл. 3 приводятся средние данные из трех-пяти определений, проведенных одновременно на одних и тех же участках старым методом (отсасывание из домиков и поглощение СОг поглотителем Рихтера) и с помощью колб. Результаты определений дыхания почвы с помощью колб совпадают с показаниями, полученными при определении домиками.
Из 22 определений в 13 случаях расхождения в показаниях между двумя методами были меньше 10%, в четырех случаях равнялись И—14%, в трех определениях составили 17 и 21% и в двух — были больше 25%. При пятиминутном взбалтывании воздуха с баритом происходит довольно полное поглощение С02. Так, содержание С02 в воздухе, определенное методом колб, составляло в разные дни от 0.550 до 0,650 мг/л (или 0,028—0,033 объемных %). Эти данные близки к данным, полученным при определении поглотителем Рихтера.
Может возникнуть вопрос, не изменится ли концентрация СОг в колбе при снимании ее с поверхности почвы и закрывании пробкой? Это может произойти или при изменении температуры воздуха в колбе, или при сильном ветре. Последнее вполне устранимо путем зашиты от ветра. Изменение же температуры воздуха внутри колбы на 2—3°, как показывают расчеты (1), изменило бы концентрацию С02 в колбе на 0,02 мг/л, что лежит в пределах допустимой ошибки.
При определении колбами дыхания почвы в разных точках участков получаются, как и при старом методе, значительные расхождения, связанные с пестротой поля. Так, например, при определениях на паровом участке и трех-четырех точках получены следующие результаты: 23.УШ—2,67; 2,80; 2,90; 7.1Х—1,46, 4,32; 4,46, 20.1Х—1,34; 1,78; 2,01, 2,01, на травах: 8,IX—4, 49; 4,46; 5,36; 5,80, 15ЛХ—7,56, 8,04 и 8,70, 21.IX—3,56; 3,56; 2,68 и 2,68.
Для того, чтобы установить время, на которое необходимо ставить колбы на поверхность почвы (экспозицию), мы при определении дыхания почвы давали экспозицию в60,о0 и 20 мин.
Данные табл. 4 показывают, что при экспозиции в один час получились заниженные результаты дыхания почвы по сравнению с экспозицией в 30 и 20 мин. Это можно объяснить, как мы отмечали (3), увеличением концентрации С02 в колбе, благодаря ему нарушается естественный ход диффузии углекислоты из почвы. Таким образом, при определении дыхания почвы колбами на торфяно-болотных почвах экспозицию необходимо давать 20—30 мин.
Дыхание почвы — биологическую активность — мы определяли с помощью колб и в лабораторных условиях. Техника определений (рис. 2) такая же, как и в полевых условиях, только расчет количества выделившейся С02 ведется не на площадь, а на 100 г абсолютно сухой почвы. Определения биологической активности можно производить как в больших сосудах и стаканах, так и в небольших бюксах. В одних и тех же ком-постах мы определяли выделение углекислоты методом колб и методом Штатнова. Результаты этих определений (табл. 5) показали, что по методу Штатнова получаются заниженные результаты (как и в полевых условиях).
Выводы
1. При сравнении двух методов определения дыхания почвы (биологической активности) установлено, что показания интенсивности выделения С02 из почвы по методу Штатнова значительно ниже, чем по методу Макарова.
2. Предложен упрощенный метод определения дыхания почвы (и биологической активности) с помощью широкогорлых колб, позволяющий проводить определения в полевых и лабораторных условиях без применения громоздкой аппаратуры и значительно увеличить повторность определений.