Методика количественного определения дыхания почвы в полевых условиях

Аннотация

Цель исследования. Разработка усовершенствованной методики определения фактической среднесуточной скорости эмиссии СО₂ из почвы в полевых условиях.

Место и время проведения. Апробация методики проведена в 2024 г. на темно-серой лесной почве ((Luvic Greyzemic Phaeozem (Siltic)) в правобережной части пригорода Новосибирска (район Академгородка) с координатами 54°51′03′′ с.ш., 83°11′00′′ в.д.

Метод. Методика представляет собой одну из модификаций абсорбционного метода определения дыхания почвы. Он основан на поглощении раствором щелочи диоксида углерода, диффузно выделяющегося из почвы. В полевых условиях чашечку с раствором щелочи помещают на поверхность почвы в сосуд-изолятор и закрывают его крышкой. После экспозиции, которая в зависимости от интенсивности дыхания и цели исследования может составлять несколько часов, сутки или быть кратной суткам, остаток щелочи оттитровывают кислотой и рассчитывают количество выделившегося из почвы СО₂ с учетом холостого определения.

Основные результаты. Усовершенствование методики связано с изменением конструкции сосуда-изолятора, параметров поглотителя и процедуры определения, что сделало ее более доступной и удобной для массового использования, а также позволило значительно повысить производительность работы. В качестве сосуда-изолятора используется тонкостенная ПВХ труба белого цвета с внутренним диаметром 10 см (площадь сечения 78,5 см²) и высотой 15 см, которая врезается в почву на 5–8 см и на период экспозиции закрывается крышкой. Поглотителем является 10 мл 1 н. раствора NaOH в пластиковой чашечке диаметром 6,2 см, что обеспечивает сорбционную поверхность раствора 30 см² – 38% накрываемой сосудом-изолятором поверхности почвы. Поглотитель рассчитан на улавливание в сосуде-изоляторе при суточной экспозиции 20–220 мг СО₂, что позволяет измерять интенсивность дыхания почвы в диапазоне ~100–1200 мг СО₂/м²∙ч. За счет увеличения экспозиции до 96 ч нижний предел можно понизить до 25 мг СО₂/м²∙ч, а верхний – значительно увеличить благодаря двухступенчатому измерению, т.е. замене в сосуде–изоляторе раствора щелочи на новый раствор спустя 6–12 ч после начала экспозиции. В результате апробации методики были получены достоверные различия в месячной эмиссии С-СО₂ из почвы как в связи с состоянием растительности (залежь – чистый пар), так и по месяцам вегетационного периода – май – октябрь. Коэффициент вариации месячных значений эмиссии в большинстве случаев не превышал 10%, что объясняется небольшой площадью (около 25 м²) экспериментальных делянок и 4-кратной повторностью определения. За период май – октябрь тёмно-серая лесная почва под многолетней залежью потеряла 5,87 т/га С-СО₂, а под чистым паром – 4,04. Использование методики в зимний период ограничивается замерзанием раствора щелочи при –3^оС. 

Заключение. Представлена методика количественного определения среднесуточной интенсивности дыхания почвы, разработанная на основании метода абсорбции. Обоснованы параметры сосуда-изолятора и поглотителя, а также процедура измерения, при которых возможно определение интенсивности дыхания почвы в широком диапазоне – от 25 до 1200 мг СО₂/м²∙ч и более. Представлены аргументы в пользу соответствия измеряемых с помощью методики данных фактической эмиссии СО₂ из почвы. Привлекательность методики для исследователей определяется высокой точностью (предел чувствительности ±2–3 мг СО₂) и производительностью определений (один сотрудник ежедневно может выполнять до 50 измерений), возможностью проведения определений в одно и то же время для большого числа вариантов опыта, отсутствием необходимости в титровании растворов щелочи сразу после экспозиции (это можно делать один раз в одну-две недели), возможностью перевозки до лаборатории герметично закрытых чашечек со щелочью автотранспортом, минимальным временем нахождения сотрудника в полевых условиях (только для расстановки и сбора чашечек), дешевизной оборудования и его доступностью, что важно для быстрой организации измерений; а также простотой и удобством работы (в частности, растворы щелочи титруются непосредственно в чашечках).