Определение интенсивности выделения СО2 из почвы (дыхание почвы)
Все методы определения дыхания почвы можно делить на три группы: 1) методы обогащения CO2 в изолирующем устройстве (колоколе, домике и т. п.); при этом определяют начальную и конечную концентрацию CO2 в воздухе изолятора, установленного на поверхности почвы методы проветривания. Ток воздуха протягивается через изолятор (колокол, цилиндр и т. п.), поставленный на поверхность почвы, и углекислый газ непрерывно поглощается; 3) методы абсорбции. Под изолятор над почвой помещается сосуд со щелочью, которая непрерывно абсорбирует CO2.
Принцип метода Люндегорда состоит в том, что на поверхность почвы ставят колокол из оцинкованного железа и через определенный промежуток времени из него отсасывают пробу воздуха. По изменению концентрации CO2 внутри колокола судят о количестве углекислого газа, выделившегося с поверхности почвы.
В методе Б.Н. Макарова люндегордовский колокол заменен большим изолятором — ящиком без дна (домик) объемом 80—82 л, что позволяет избежать возможной ошибки из-за падения градиента концентрации CO2 в изоляторе. Размер ящика 60х30х50 см. Нижняя рама стеклянного ящика (ящик может быть сделан из оцинкованного железа или оргстекла) обита тонкой железной полосой для врезания ящика в почву на глубину 2—3 см. Для отбора газовой пробы в ящик на каучуковой пробке вставляют стеклянную трубку с разветвлениями (в жестяной ящик впаивается медная трубка с тройниками), наружный конец которой закрывают пробкой, а при отборе газовой пробы соединяют с поглотителем Рихтера. Все пазы и стекла должны быть тщательно промазаны замазкой и покрашены.
Определение дыхания почвы производят следующим образом (рис. 5). Ящик ставят на поверхность почвы, свободную от растительности. Если почва покрыта растительностью, то надземные части растений перед самым определением срезают. Ящик врезают в почву, которая вокруг него уплотняется, чтобы предотвратить газообмен с наружным воздухом. Через 20—30 мин. (в зависимости от интенсивности выделения CO2) из ящика аспиратором отсасывают пробу воздуха объемом 2 л со скоростью 0,5 л/мин. CO2 поглощается в поглотителе Рихтера, для чего в колбочку наливают 25 мл 0,01 н. Ba(OH)2 и 2 капли изоамилового или изобутилового спирта для понижения поверхностного натяжения жидкости. Титрование производят в той же колбочке 0,01 н. раствором HCl по фенолфталеину. Перед определением дыхания почвы в домике определяют начальную концентрацию CO2- Практически она всегда равна концентрации CO2 в приземном (до 1 м) слое воздуха.
Поглотитель Рихтера представляет собой стеклянную трубку диаметром 30 мм и длиной 400 мм. На нижний конец трубки припаивают воронку Нутча № 1 с длинной стеклянной трубкой, верхняя часть поглотителя имеет расширение диаметром 45—50 мм и горло для соединения с аспиратором.
Интенсивность выделения CO2 из почвы рассчитывается по формуле
где D — количество CO2, выделившееся из почвы, кг/га в час; а — количество 0,01 н. HCl, пошедшее на титрование барита после поглощения CO2 в начале определения, мл; Ь — количество 0,01 н. HCl, пошедшее на титрование барита после поглощения CO2 в конце определения, мл; 0,22 — количество CO2, эквивалентное 1 мл 0,01 н. HCl, мг; V1 — объем воздуха в ящике, л; V2 — объем воздуха, взятого для определения CO2, л; 10000 — коэффициент для пересчета на 1 га; S — площадь почвы под ящиком, 60 — коэффициент пересчета на 1 час; t — экспозиция, мин.; 1000-1000 — коэффициент пересчета в кг.
Для дальнейшего упрощения этого метода было предложено определять дыхание почвы с помощью широкогорлых колб.
Методы абсорбции определения дыхания почвы, как наиболее простые и не требующие громоздкого оборудования, применяются давно и в настоящее время широко распространены. Принцип метода заключается в том, что поверхности почвы изолируют от окружающего воздуха сосудом, под который помещают чашечку со щелочью для поглощения CO2. Через определенный промежуток времени сосуд-изолятор снимают, щелочь оттитровывают кислотой. Одновременно производят контрольное определение, для чего изолятор и щелочь ставят не на почву, а в какой-либо плоскодонный сосуд и изолируют от внешнего воздуха (водой, слабым раствором H2SO4, пластилином).
По разности между титрованием контроля и почвы определяют количество выделившегося углекислого газа из почвы. В связи с тем, что в России широко применяют этот метод, известный под названием «метод Штатнова», опишем его не в первоначальном виде, а с теми дополнениями, которые были сделаны позднее. На поверхность почвы на подставке (треножнике) ставят чашку Петри или Коха с 10 мл 0,2 н. раствора щелочи. Чашку накрывают сосудом-изолятором, края которого заглубляют в почву на 1,5—2 см (рис. 6). Для предохранения от нагревания стенки сосуда снаружи обертывают белой бумагой или закрашивают белой краской. После экспозиции (экспозиция устанавливается в зависимости от интенсивности выделения CO2 из почвы; для дерново-подзолистых почв она должна быть не менее 1 часа) сосуд-изолятор снимают и избыток щелочи оттитровывают 0,05 н. кислотой по фенолфталеину. Титрование производят непосредственно в поле в чашках Петри. Одновременно определяют исходное содержание CO2 в воздухе сосуда-изолятора, для чего чашку со щелочью ставят под сосуд-изолятор на поддоннике.
Интенсивность дыхания почвы рассчитывают по формуле
где D — количество CO2, выделившееся из почвы, кг/га в час; а — количество 0,05 н. кислоты, пошедшее на титрование щелочи при определении содержания CO2 в воздухе сосуда-изолятора, мл; b — количество 0,05 н. кислоты, пошедшее на титрование щелочи в опыте, мл; 1,1 — количество CO2, эквивалентное 1 мл 0,05 н. раствора кислоты, мг; S — площадь почвы под сосудом-изолятором, м2; t — экспозиция, час.
Большое значение при определении дыхания почвы методом абсорбции имеет соотношение между диаметрами сосуда-изолятора и поглотителя. Так, при увеличении вдвое диаметра сосуда-поглотителя показания интенсивности дыхания почвы повышаются на 40—60%.
Определения дыхания почвы одновременно методом абсорбции по В.И. Штатнову и методом обогащения по Б.Н. Макарову показали, что во всех случаях интенсивность выделения CO2 из почвы по методу Штатнова в 1,5—2 раза, а в периоды максимального выделения CO2 в 3—3,5 раза ниже, чем при определении по методу обогащения. Причины такого большого расхождения в показаниях двух методов объясняются неполным поглощением CO2 щелочью и нарушением естественных условий.
При изучении дыхания почвы следует иметь в виду, что интенсивность выделения CO2 из почвы меняется как в течение года, так и в течение суток. Отсюда следует, что единичные измерения дыхания почвы могут быть малопоказательны и случайны. В связи с этим определять дыхание почвы нужно периодически в течение всего вегетационного периода в различные часы суток. При сравнении нескольких опытных участков определения должны проводиться одновременно на всех участках и в одни и те же часы (лучше с 9 до 13 час. дня) в часы максимального выделения CO2. Чтобы иметь надежные средние значения, определения необходимо проводить с большой повторностью.
