Методика определения запасов в почве растворимых и усвояемых фосфатов при помощи Р32
Определение запаса в почве растворимых фосфатов. При выделении из почвы подвижных фосфатов при помощи различных растворителей (водные, кислотные и другие вытяжки) во время приготовления вытяжки происходит не только растворение почвенных фосфатов, но и их вторичное осаждение. Содержание фосфатов в вытяжке является результатом двух одновременно идущих процессов растворения и осаждения фосфатов, т. е. результатом обмена между твердой и жидкой фазами. Добавка к растворителю ничтожного количества меченого фосфата (Р32), которое не повлияет на реакции осаждения и растворения фосфатов почвы, позволяет определить количество фосфатов, участвующих в обмене фосфатов между жидкой и твердой фазами.
Соотношения количеств изотопов P32 и P31, содержащихся в твердой (т) и жидкой (ж) фазах и участвующих в обменных реакциях, должны быть равны, т. е.
Поэтому, зная исходную радиоактивность растворителя и определив радиоактивность вытяжки и содержание в ней P2O5, можно вычислить, сколько всего было в почве фосфатов, способных растворяться в данном реактиве. Эта величина в отличие от количества фосфора, найденного в вытяжке, характеризует запас в почве растворимых в данном растворителе фосфатов; этот запас выражают в миллиграммах P2O5 на 100 г почвы.
Общий запас в почве растворимых фосфатов может весьма существенно отличаться от количества фосфатов, найденных в вытяжке. Например, определение фосфатов по методу А.Т. Кирсанова в 0,2 н. HCl вытяжке в дерново-подзолистых и черноземных почвах показывает около половины общего количества их (Рт+ж).
Распределение запаса растворимых фосфатов между вытяжкой и почвой зависит от способности почв фиксировать фосфаты; подзолистые и особенно красноземные почвы отдают в вытяжку меньшую часть запаса растворимых фосфатов, чем черноземные; зафосфаченные почвы — большую часть, чем незафосфаченные. Фосфатный режим почвы поэтому может быть охарактеризован при помощи общего запаса растворимых фосфатов и коэффициента фиксации фосфатов:
который равен процентному отношению фосфатов, задержанных в твердой фазе во время производства вытяжки, к общему количеству их. Таким образом, почва характеризуется не только содержанием в ней растворимых фосфатов, но и способностью их фиксировать.
Определение запаса растворимых фосфатов разными вытяжками в одной и той же почве дает различные значения. По данным Т.Д. Корицкой и А.А. Малеиной, определение запасов легкорастворимых фосфатов на различных почвах методами Труога, Чирикова, Эгнера — Рима и Кирсанова дало хорошее совпадение результатов: содержание запасов фосфатов изменялось параллельно по всем вытяжкам, несмотря на их различное абсолютное количество. При сравнении данных по запасу растворимых фосфатов с запасом усвояемых фосфатов (вегетационный опыт с P32) также отмечается несовпадение их абсолютных количеств, во всех случаях запас усвояемых фосфатов значительно меньше. Несмотря на это, для выщелоченных черноземов и северных малогумусных, мощных черноземов установлена высокая корреляция между данными по запасу усвояемых фосфатов (вегетационные опыты) и запасом растворимых фосфатов (методы Tpyora, Чирикова, Кирсанова).
Поэтому для характеристики тех или других почв на содержание растворимых фосфатов с меткой P82 следует применять метод (растворитель), результаты которого проверены вегетационным опытом.
Определение в почве запаса растворимых фосфатов производят следующим образом. В раствор, взятый для приготовления вытяжки из почвы, добавляют меченый фосфат. В полученном меченом растворе определяют содержание в 1 мл фосфора в миллиграммах P2O5 и удельную активность в милликюри на 1 мл. Необходимо внести такое количество P32, чтобы в дальнейшем во время работы получать достоверные отсчеты активности растворов и чтобы добавленное к вытяжке количество фосфора в виде меченого раствора не повлияло на точность определений P2O5 химическим методом. Чтобы установить, какое количество меченого фосфора можно добавить к раствору, взятому для приготовления вытяжки, надо знать примерно ожидаемое количество фосфора в вытяжке из почвы. Желательно, чтобы добавляемое количество меченого фосфата увеличило концентрацию P2O5 в вытяжке не более как на 5%.
Определив колориметрически содержание фосфора в вытяжке, мы получаем количество фосфатов, оставшихся в растворе; это количество, выраженное в миллиграммах P2O5 на 100 г почвы, рассматривается обычно как содержание в почве растворимых фосфатов. Эта величина, однако, составляет только часть общего запаса в почве растворимых фосфатов, который состоит из фосфатов, оставшихся в растворе и вторично осажденных.
Вычисление общего запаса растворимых фосфатов в миллиграммах P2O5 на 100 г почвы производят по формуле
где Рж — содержание фосфора в вытяжке в миллиграммах P2O5 на 100 г почвы; Р32исх — активность исходного меченого раствора; P32ж — активность вытяжки из почвы в одинаковых единицах измерения.
В отсутствие препарата P32 достаточно большой активности приходится либо повышать количество добавляемого меченого фосфора до 10% от возможного содержания фосфора в вытяжке, либо прибегать к длительным отсчетам радиоактивности растворов, но и то и другое снижает точность работы; поэтому следует пользоваться возможно более активными препаратами меченого фосфора.
Определение запаса в почве усвояемых фосфатов путем вегетационных и полевых опытов. Для определения общего запаса в почве усвояемых фосфатов проводят обычный вегетационный опыт с внесением необходимого количества всех удобрений (фон), кроме фосфорных. Внесение фона желательно производить в виде NH4NO3 и KNO3 как солей, практически не влияющих на реакцию почвы и не содержащих добавочных компонентов. Дозы удобрений должны обеспечивать нормальное развитие растений. При постановке опыта с зерновыми культурами (пшеница, овес, ячмень и т. д.) в сосудах, вмещающих 3—6 кг почвы, достаточно внести по 0,5 г N и 0,5 г K2O на сосуд; при постановке же опыта в сосудах, вмещающих 1 кг почвы,— по 0,25 г N и K2O на сосуд.
При постановке опыта с зерновыми культурами внесение радиоактивного изотопа P32 производят в виде меченого препарата с активностью около 100 мккюри и с содержанием фосфора не более 1 мг P2O5 на сосуд. Радиоактивность препарата можно менять в зависимости от условий проведения опыта, но она всегда должна быть в несколько раз меньше токсической дозы для опытного растения. Содержание меченого фосфора в препарате должно быть настолько мало, чтобы оно не могло заметным образом отразиться ни на фосфорном питании растений, ни на содержании в почве усвояемых фосфатов; меченый фосфор в этих опытах вносится только как «радиоактивная метка».
Внесение препарата меченого фосфата должно обеспечивать его равномерное распределение в почве и взаимодействие его со всей массой почвы. С этой целью меченый фосфат вносят в навеску почвы с тем количеством воды, которое обычно вносится при набивке сосудов. Можно вносить меченый фосфат вместе с фоновыми удобрениями (NK), если они не содержат веществ, могущих повлиять на растворимость фосфата. После внесения меченого раствора почву тщательно перемешивают руками в резиновых перчатках и переносят в пустой вегетационный сосуд. Сосуд закрывают для уменьшения испарения и оставляют на 3 дня, после этого почву высыпают, снова тщательно перемешивают и помещают в тарированный песком и стеклом сосуд, в котором проводится опыт.
По окончании опыта производят, как обычно, учет надземной массы, а также тщательно отделенных и отмытых от почвы корней растений. Урожаи надземной массы и корней взвешивают и анализируют на содержание в них фосфора. Кроме того, в навеске сухого вещества растений определяют, по общим правилам, радиоактивность.
На основе полученных результатов анализа вычисляют общее содержание в растениях фосфора и общую активность урожая. Вычитая из общего содержания в растении фосфора количество фосфора, бывшее в семенах, получают поступление в растение фосфора из почвы. Сравнивая общую активность всего урожая с общей активностью всего внесенного в сосуд количества меченого фосфора, устанавливают процентное использование P32, или коэффициент использования К.
Вычисление общего запаса усвояемых фосфатов в почве производят по формуле:
где P — поступление фосфора в растения из почвы в миллиграммах P2O5, пересчитанное на 100 г почвы; К — коэффициент использования P32 в процентах от внесенного.
Эта формула основана на предположении, что растение одинаково использует из почвы P32 и P31.
При получении достаточно высокого урожая надземной массы в опытах с растениями, у которых корневая система составляет около 10% веса урожая, можно ограничиться учетом и анализом только одной надземной массы растений.
При небольших урожаях и малом содержании в растениях фосфора на точности опытов сказывается неправильный учет количества фосфора, поступившего в растения из семян. В этом случае правильнее вычитать не все количество фосфора, бывшего в семенах растений, а только некоторую его часть (50—80%), в зависимости от имеющихся данных об использовании фосфора семян в опытах, поставленных в чистых условиях песчаных культур. Этот источник ошибки не имеет значения для растений, которые содержат мало фосфора во взятом для посева количестве семян.
Определение запаса усвояемых фосфатов может быть произведено и в полевом опыте с внесением меченого удобрения или более точно — при внесении радиоактивной метки. Предполагая, что усвояемые фосфаты почвы используются так же, как фосфаты меченого удобрения, имеем
Ho отношение Р31 растение/Р32 растение остается одинаковым, вычислим ли мы Р31 растение и Р32 растение на общий урожай или на 1 г урожая или в относительных величинах; отсюда возникает возможность определения запаса усвояемых фосфатов (Р запас) по анализу только средней пробы урожая. Для этого достаточно проанализировать среднюю пробу урожая на содержание в ней общего фосфора и определить ее радиоактивность. Зная удельную активность внесенного меченого фосфора, т. е. количество импульсов в 1 мин, приходящееся на 1 мг P2O5 меченого удобрения, можно установить, сколько миллиграммов P2O5 поступило в анализируемую навеску растения из меченого удобрения, а по разности установить, сколько миллиграммов P2O5 поступило в растения из почвы.
Вычисление проводят по последней формуле, но под Р31 растение и Р32 растение понимают в данном случае не общее поступление меченого и немеченого фосфора в растение, а содержание их в навеске в 1 г вещества или количество их, выраженное в процентах.
Например, в полевом опыте с овсом было внесено меченое удобрение в количестве 30 кг P2O5 на 1 га. При анализе средней пробы овса в навеске в 10 г сухого вещества содержалось 85 мг P2O5, из которых, судя по активности урожая и активности удобрения, 17 мг приходилось на долю меченого фосфата и 68 мг на долю фосфатов почвы (85—17 = 68). Тогда запас усвояемых фосфатов в почве составит (в кг P2O5 на 1 га): P запас = 30*68:17 = 120.
Аналогичные вычисления можно произвести в обычном вегетационном опыте, беря дозу меченого фосфора равной обычной дозе фосфорного удобрения (в мг P2O5 на 100 г почвы). Ho такое определение величины общего запаса недостаточно точно, так как внесение фосфорных удобрений влияет на использование растениями почвенных фосфатов. Поэтому более надежные показания получаются при внесении радиоактивной метки или минимальных количеств меченого фосфата, но с активностью, достаточной для точного определения коэффициента использования К.
Для характеристики фосфатного режима почвы определение только величины запаса усвояемых фосфатов, без определения коэффициента использования фосфора удобрений, недостаточно. Запас в почве усвояемых фосфатов может быть велик, но степень его подвижности незначительна, и, наоборот, запас может быть мал, а подвижность большая. Например, в красноземе имеем большие общие запасы фосфатов, но малую их подвижность, которая характеризуется низким коэффициентом (процентом) использования радиоактивной метки (К). Определение же величины К нельзя произвести, не зная общего урожая и его общей активности.
Применение радиоактивной метки при химическом анализе почвы и при постановке вегетационных опытов позволяет получить не только правильное представление о фосфатном режиме почвы, но и решить практические вопросы о зафосфаченности почв, о пригодности различных методов определения усвояемых фосфатов и т. д.
