Методика определения нитрификационной способности почвы по Кравкову (модификация Докучаева)

Методика определения нитрификационной способности почвы по Кравкову в модификации Почвенного института им. В. В. Докучаева является одним из классических методов оценки потенциальной способности почвы к образованию нитратов из аммонийного азота. Этот метод позволяет судить о биологической активности почвы и ее способности обеспечивать растения доступными формами азота. Нитрификация – это двухступенчатый процесс, осуществляемый специфическими группами микроорганизмов (нитрификаторами): 1. Окисление аммония до нитритов: \( \text{NH}_4^+ \rightarrow \text{NO}_2^- \) 2. Окисление нитритов до нитратов: \( \text{NO}_2^- \rightarrow \text{NO}_3^- \) В почве обычно преобладает вторая стадия, поэтому накопление нитритов в значительных количествах не происходит, и конечным продуктом является нитратный азот. Цель методики: Определение количества нитратного азота, образующегося в почве за определенный период инкубации при оптимальных условиях. Принцип методики: Метод основан на инкубации образцов почвы с добавлением аммонийного азота (в виде соли аммония) при оптимальной влажности и температуре. В процессе инкубации нитрифицирующие микроорганизмы окисляют аммоний до нитратов. По окончании инкубации измеряют количество образовавшегося нитратного азота. Оборудование и реактивы: 1. Почвенные образцы (ненарушенной структуры или просеянные). 2. Весы аналитические. 3. Ступка фарфоровая с пестиком. 4. Колбы конические или стаканы химические объемом 100-250 мл. 5. Эксикатор. 6. Термостат. 7. Дистиллированная вода. 8. Раствор сернокислого аммония \(((\text{NH}_4)_2\text{SO}_4)\) с известной концентрацией азота (например, 0,1 г азота на 100 мл раствора). 9. Реактивы для определения нитратного азота (например, дисульфофеноловая кислота или ионоселективный электрод). 10. Фильтровальная бумага, воронки. 11. Мерные колбы, пипетки, бюретки. Ход определения: 1. Подготовка почвенных образцов: * Из свежеотобранной почвы удаляют крупные растительные остатки и камни. * Почву тщательно перемешивают и просеивают через сито с диаметром отверстий 1-2 мм. * Определяют влажность почвы. 2. Закладка опыта: * Взвешивают 50 г воздушно-сухой почвы (или эквивалентное количество свежей почвы с учетом влажности) и помещают в конические колбы или стаканы. * Для каждого образца почвы закладывают 3 варианта: * Контроль (без добавления аммония): 50 г почвы + дистиллированная вода до оптимальной влажности. * Опыт (с добавлением аммония): 50 г почвы + раствор сернокислого аммония, содержащий 10 мг азота (или другое заданное количество) + дистиллированная вода до оптимальной влажности. * Исходное содержание нитратов: 50 г почвы + дистиллированная вода до оптимальной влажности. Этот вариант используется для определения исходного содержания нитратов в почве до инкубации. 3. Увлажнение почвы: * Оптимальная влажность для нитрификации составляет 60-70% от полной влагоемкости. Если полная влагоемкость неизвестна, можно ориентироваться на 50-60% от максимальной полевой влагоемкости или просто увлажнить почву до состояния, когда она хорошо комкуется, но вода не выделяется при сжатии. * Рассчитывают необходимое количество воды для каждого образца с учетом исходной влажности почвы и объема добавленного раствора аммония. 4. Инкубация: * Колбы с почвой закрывают ватными пробками или неплотно прикрывают, чтобы обеспечить доступ воздуха, но предотвратить испарение. * Помещают колбы в термостат и инкубируют при температуре 25-28°C в течение 20-30 дней. * В течение инкубации периодически проверяют влажность почвы и при необходимости доувлажняют дистиллированной водой. 5. Определение нитратного азота: * По окончании инкубации извлекают образцы из термостата. * Из каждого образца отбирают навеску почвы (например, 10-20 г) для определения нитратного азота. * Экстрагируют нитраты из почвы. Обычно для этого используют 1% раствор \(\text{K}_2\text{SO}_4\) или дистиллированную воду в соотношении почва:раствор 1:5 или 1:10. * Навеску почвы помещают в колбу, добавляют экстрагирующий раствор, перемешивают на шуттель-аппарате в течение 30-60 минут. * Суспензию фильтруют через бумажный фильтр. * В полученном фильтрате определяют содержание нитратного азота любым доступным методом (например, колориметрическим методом с дисульфофеноловой кислотой, спектрофотометрическим методом, с помощью ионоселективного электрода). 6. Расчет нитрификационной способности: * Рассчитывают количество нитратного азота в мг на 100 г воздушно-сухой почвы. * Нитрификационная способность (НС) рассчитывается по формуле: \[ \text{НС} = (\text{N}_{\text{нитратный, опыт}} - \text{N}_{\text{нитратный, контроль}}) - \text{N}_{\text{нитратный, исходный}} \] Где: * \( \text{НС} \) – нитрификационная способность почвы (мг \(\text{NO}_3^-\text{-N}\) на 100 г почвы за период инкубации). * \( \text{N}_{\text{нитратный, опыт}} \) – содержание нитратного азота в образце с добавлением аммония после инкубации (мг \(\text{NO}_3^-\text{-N}\) на 100 г почвы). * \( \text{N}_{\text{нитратный, контроль}} \) – содержание нитратного азота в контрольном образце (без добавления аммония) после инкубации (мг \(\text{NO}_3^-\text{-N}\) на 100 г почвы). Этот показатель отражает нитрификацию за счет собственного аммония почвы. * \( \text{N}_{\text{нитратный, исходный}} \) – исходное содержание нитратного азота в почве до инкубации (мг \(\text{NO}_3^-\text{-N}\) на 100 г почвы). Интерпретация результатов: * Высокие значения нитрификационной способности указывают на высокую биологическую активность почвы и ее способность быстро переводить аммонийный азот в нитратную форму, доступную для большинства растений. * Низкие значения могут свидетельствовать о низкой активности нитрифицирующих микроорганизмов, что может быть связано с неблагоприятными условиями (например, кислотность, недостаток кислорода, токсичные вещества) или низким содержанием этих микроорганизмов. * Сравнение нитрификационной способности различных почв позволяет оценить их потенциальное плодородие в отношении азотного питания растений. Преимущества методики: * Относительная простота выполнения. * Позволяет оценить потенциальную нитрификационную активность почвы. * Широко используется в почвоведении и агрохимии. Недостатки методики: * Длительность инкубации. * Условия инкубации (оптимальная влажность, температура) могут отличаться от естественных почвенных условий. * Не всегда отражает реальную скорость нитрификации в полевых условиях. Несмотря на некоторые недостатки, методика Кравкова в модификации Почвенного института им. В. В. Докучаева остается важным инструментом для оценки биологической активности почв и их способности к трансформации азота.