ПОЧВОВЕДЕНИЕ, 2009, № 7, с. 853-856
УДК 631.46
БИОЛОГИЯ ПОЧВ
ЭМИССИЯ АММИАКА ИЗ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ ПОЧВЫ ПОД РАЗНЫМИ ФИТОЦЕНОЗАМИ
© 2009 г. С. М. Разгулин1, А. Л. Степанов2
1Институт лесоведения РАН, 143030, с. Успенское, Одинцовский р-н, Московской обл. 2Факультет почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова, 119991, Москва, Ленинские горы
e-mail: stepanov@soil.msu.ru Поступила в редакцию 14.09.2007 г.
Среднесезонная скорость выделения аммиачного азота из почвы кислично-черничного березняка (Ярославская обл.), измеренная с мая по октябрь в 2005 и 2006 гг., составляла 27 ± 14 и 25 ± 11 мкг Мм2 в сутки, что соответствует 44 ± 23 и 32 ± 15 г ЭДга. В течение вегетации лишь максимальные скорости процесса положительно коррелировали с температурой (г = 0.77 и 0.82) и отрицательно - с влажностью почвы (г = 0.3 и 0.54), с коэффициентом множественной корреляции между этими параметрами, равным 0.82 и 0.84 при р = 0.16. Среднесезонная скорость процесса, измеренная в этот же период в 2006 г. в фитоценозе разнотравного луга, была равна 155 ± 80 мкг Мм2 в сутки или 160 ± 80 г Мга. В течение вегетации средние скорости эмиссии аммиака коррелировали с температурой почвы при г = 0.81 и р = 0.03. Предлагается метод измерения эмиссии аммиака из почв.
ВВЕДЕНИЕ
Основной причиной роста концентрации аммиака в атмосфере является увеличение масштабов производства и применения минеральных азотных удобрений [16]. Кроме способности интенсивно поглощать инфракрасное излучение, отраженное с поверхности Земли (парниковый газ), атмосферный аммиак является источником разнообразных оксидов азота, участвующих в процессах фотохимической трансформации метана, диоксида углерода, фреонов и озона в верхних слоях атмосферы. Интенсивность эмиссии аммиака из почв наиболее велика при внесении удобрений и зависит от минеральной формы вносимого азота, влажности почвы, температуры, величины рН и в среднем принимается равной 5% от внесенной доли азота [16]. Ежегодный поток аммиака из почв в атмосферу оценивается в 3.7 Гт N [13]. Естественным источником аммиака в почвах служат процессы разложения азот-содержащих корневых выделений и корневого опада растений, аминокислот, нуклеотидов, растительного и животного белка, аммонификация хитина - компонента клеточной стенки грибов и покровов насекомых; уреазная активность - процесс разложения мочевины (конечного продукта азотного обмена почвенных грибов и беспозвоночных животных). Долгое время считалось, что лесные почвы являются малозначимым источником газообразного аммиака. Эмиссия аммиака из лесных почв России в качестве расходной части азотного баланса лесных экосистем, когда величина потока варьирует от 0.012 [10] до 30 кг Мга [5], рассмотрена в единичных публикациях.
В настоящей работе предлагается простой метод измерения выделения аммиака из почв и обсуждается сезонная динамика процесса в фитоце-нозах леса и луга.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ
Исследования проводили на территории Рыбинского р-на Ярославской обл. в 2005 и 2006 гг. в экосистемах леса, луга и в агроценозе.
Березняк кислично-черничный, 7Б3Ос, 80 лет, II класса бонитета, полнота 0.7. Напочвенный покров неравномерный, представлен черникой, костяникой, майником двулистным, седмичником европейским, голокучником, бором развесистым, ожикой. Проективное покрытие составляет 4050%. Почва дерново-среднеподзолистая, легкосуглинистая. Характерна хорошо выраженная подстилка, мощностью до 1.5 см, тонкий, не более 1 см, гумусовый горизонт и прокрашенная в палевый цвет оксидами железа элювиальная часть профиля. На глубине 80 см подстилается моренным суглинком.
Разнотравный луг на территории стационара Ин-та лесоведения РАН в г. Рыбинск. Травостой состоит из ежи сборной, овсяницы овечьей, тимофеевки, пырея ползучего, герани луговой. Почва дерново-среднеподзолистая, до глубины 50 см легкосуглинистая. Выражена дернина из корней злаков мощностью до 0.5 см, темноокрашенный аккумулятивный горизонт (10-15 см) и нижележащая (до глубины 30-50 см) часть профиля палевого цвета. С глубины 50 см подстилается средним и тяжелым суглинком красно-бурого цвета.
Картофельное поле с такой же почвой, что и под лугом, с мощностью пахотного горизонта около 20 см.
Эмиссию аммиака из почвы измеряли методом изолированных камер, используя принцип поглощения микроколичеств газообразного аммиака серной кислотой [8]. В боковой поверхности цилиндра из прозрачной пластмассы диаметром 8.5 и длиной 18 см нагретым пробочным сверлом № 6 в 4 см от днища вырезают отверстие для резиновой пробки диаметром 13 мм. С помощью ножа цилиндры врезают в почву на глубину 8-10 см в количестве 5-10 шт. Стеклянную палочку диаметром 3 мм и длиной 7-8 см с плотно сидящей резиновой пробкой на расстояние 4.5 см от конца до пробки равномерно смачивают 2.5 М раствором Н2804 и вставляют в отверстие на боковой поверхности цилиндра. Цилиндры экспонируются в течение 10-28 суток. Затем палочку осторожно вынимают из цилиндра, помещают в пеницилли-новый флакон и закрывают винтовым зажимом для транспортировки в лабораторию.
В лаборатории смывали серную кислоту с поверхности палочки 10 мл безаммиачной воды, добавляли 0.5 мл реактива Несслера и измеряли концентрацию аммиака поглощенного серной кислотой на колориметре (О = 560-680 нм) в кюветах на 2 см [2].
Скорость эмиссии аммиака (А) из почвы в мкг К/м2 сутки рассчитывали по формуле : А = С2 -- (С1 + С3)/^ г, где: С1 - содержание азота аммония в применяемых реактивах (контрольное измерение), мкг на 10 мл; С2 - содержание азота аммония в экспонированной пробе, мкг на 10 мл; С3 - содержание азота аммония в атмосфере изолятора. Согласно данным наших исследований принято равным 0.001 мг К/л; 5 - площадь изолятора, м2; г - время, сутки.
На глубине 1 см измеряли температуру почвы, а термовесовым методом - влажность подстилки.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
В течение вегетационного периода 2005 г. средняя интенсивность эмиссии аммиачного азота из почвы березняка варьировала от 4 мкг К/м2 сутки в мае-июне до максимальных значений, равных 59-61 мкг К/м2 сутки в конце июня-пер-вой половине августа, уменьшаясь в остальные периоды (таблица). Максимальной интенсивности процесс достигал в июле-августе - 304 мкг К/м2 в сутки. Среднесезонная активность эмиссии аммиака была равна 27 ± 14 мкг К/м2 сутки, а величина потерь из почвы за период исследования достигала 4.4 ± 2.3 мг К/м2.
Средняя интенсивность эмиссии аммиака из почвы березняка в 2006 г., равная 19 мкг К/м2 сутки в мае-июне, достигала максимума в июне-
июле (34-41 мкг К/м2 сутки) и уменьшалась в 2 раза в конце вегетации. Максимум эмиссии в конце июля-начале августа был равен 100 мкг К/м2 сутки. Среднесезонная скорость и суммарная величина потерь аммиака за вегетацию составили соответственно 25 ± 11 мкг К/м2 сутки и 3.2 ± 1.5 мг К/м2, соответственно.
Средняя скорость эмиссии аммиака из почвы луга была в 4-13 раз больше, чем в березняке. Активность процесса была близка в мае и июне, достигала хорошо выраженного максимума, равного 541 мкг К/м2 сутки, в середине июня и затем уменьшалась от 133 и 120 мкг К/м2 сутки в июне-июле до 18 и 5 мкг К/м2 сутки в августе и сентябре. Максимальная эмиссия - 1080 мкг К/м2 сутки - зафиксирована в середине июля (таблица). Среднесезонная скорость процесса составила 155 ± 90 мкг К/м2 сутки, а его общие потери за вегетацию 16 ± 8 мг К/м2.
Активность эмиссии аммиака, измеренная в междурядьях картофельного поля (без растений), с мая по октябрь не превышала 3-4 мкг К/м2 сутки, а потери за вегетацию составили 0.5 мг К/м2. Вероятно, основным источником эмиссии аммиака служат органогенные горизонты почв - лесная подстилка и дернина луга.
В лесном фитоценозе в течение вегетации лишь максимальные скорости эмиссии положительно коррелировали с температурой (г = 0.77 и 0.82) и отрицательно - с влажностью (г = 0.3 и 0.54) почвы. Коэффициент множественной корреляции между этими параметрами был равен 0.82 и 0.84 при р = 0.16.
В фитоценозе луга средние и максимальные показатели активности процесса коррелировали с температурой почвы с г = 0.81 и 0.80 при р = 0.03. При этом выявленную зависимость интенсивности потока аммиака от температуры и влажности почвы следует считать приблизительной, так как эти параметры измерялись лишь в начале и окончании длительных периодов экспозиции.
Как известно, в водных растворах аммиак присутствует в двух формах - газообразного (или не-ионизированного аммиака), связанного с тремя
молекулами воды, и ионизированного КН+ аммония. Сумма этих двух форм отражает общее содержание аммиака в растворах. Равновесие аммиака в водной среде контролируется рН раствора и, в меньшей степени, - его температурой и ионной силой [9]. Увеличение рН среды на одну единицу при той же температуре увеличивает концентрацию газообразного аммиака примерно в 10 раз [7]. В растворе с рН 6 и температурой 15°С содержание аммиака составляло лишь 0.02% от общей формы [7]. В поровых растворах почвы во многом сохраняется аналогичная ситуация [14]. Поскольку рН почв бореальных лесов лежит в интервале 4-6, исследователи выражают сомне-
ЭМИССИЯ АММИАКА ИЗ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ ПОЧВЫ 855
Динамика эмиссии аммиака (А, мкг N м2/сутки), температуры (Т, °С) и влажности (В, %) почвы в различных фи-тоценозах
Показатель
Фитоценоз Год Дата А Т В
шт-шах V*
Лес 2005 23.V-20.VI 4-11 4 ± 4 13.5 79
20.VI-18.VII 30-77 59 ± 9 12.0 77
18.VII-15.VIII 1-304 61 ± 31 18.1 61
15.VIII-07.IX 3-79 26 ± 8 16.0 63
071Х-03.Х 1-52 11 ± 5 11.6 62
03.Х-24.Х 1-34 4 ± 3 10.0 56
2006 23.V-08.VI 9-83 19 ± 7 14.1 68
08.VI-19.VI 8-61 34 ± 13 9.3 63
19.VI-12.VII 16-92 41 ± 14 18.3 59
12.VII-08.VIII 2-100 23 ± 13 19.7 41
08.VIII-04.IX 1-79 18 ± 9 13.7 49
04.ГХ-02.Х 5-66 19 ± 8 15.1 67
Луг 2006 27.^-25^ 21-190 127 ± 30 13.1 Не опр.
25.V-13.VI 14-361 144 ± 91 20.1 »
13.VI-22.VI 112-1080 541±189 24.3 »
22.VI-06.VII 23-271 133 ± 58 23.3 »
06.VII-28.VII 18-364 120 ± 46 12.8 »
28.VII-23.VIII 3-38 18 ± 10 16.1 »
23^Ш-04.Х 1-30 5 ± 3 13.1 »
* V - среднее и ошибка среднего.
ния по поводу возможности значительных пот
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.