3.4.2. Вычисление запасов гумуса, углерода и азота.

Запасы гумуса в отдельных генетических горизонтах или профиле почвы в целом позволяют судить о потенциальном плодородии и энергетических запасах, обусловленных органическим веществом. Запасы азота в почве характеризуют потенциальное плодородие и дают представление о ресурсах одного из важнейших элементов питания. Сопоставление запасов с размерами поступления и выноса позволяет прогнозировать обеспеченность почв, как органическим веществом, так и отдельными его компонентами, в частности азотом.

Запасы гумуса и азота обычно определяются для пахотного слоя или перегнойно-аккумулятивного горизонта, для слоя 0 – 50 см, 0 – 100 см или всего гумусового профиля почвы. Помимо сведений о процентном содержании определяемого компонента и мощности слоя, для которого вычисляют запасы, необходимы данные плотности горизонтов почвы. Плотность определяют в поле одновременно с взятием почвенных образцов.

Запасы гумуса и азота в почвенном слое вычисляют в т/га по формуле:

Q = m ∙ h  d_v,

где Q – запасы гумуса или азота (т/га) для почвенного слоя h; m – содержание определяемого компонента, %; h – мощность почвенного слоя (см); d_v – плотность сложения почвенного слоя, г/см³.

Пример расчета. Содержание гумуса в пахотном слое чернозема южного мощностью 20 см составило 5,46%, плотность почвы – 1,25 г/см³. Запасы гумуса равны:

Q = 5,46 ∙ 20 ∙ 1,25 = 136,5 т/га.

Общие запасы гумуса или азота в почвенной толще вычисляют простым суммированием:

Q_ = Q₁ + Q₂ + Q₃ + …,

где Q_ - общие запасы, а Q₁, Q₂, Q₃ и т.д. – запасы в отдельных горизонтах (слоях).

Среднее содержание компонентов в почвенной толще вычисляют как средневзвешенное:

где С – среднее содержание элемента в почвенной толще; С₁, С₂ и т.д. – содержание элемента в отдельных горизонтах; h₁, h₂ и т.д. – мощности отдельных горизонтов.

Результаты определения содержания и запасов гумуса, органического углерода и азота заносят в таблицу по приведенной форме (табл. 23), и дают им оценку в соответствии с градациями, приведенными в таблице 31.

Таблица 23. Содержание и запасы гумуса, органического углерода и азота в черноземе типичном, мощном легкоглинистом.

Местопо ложение	Гори зонт	Глубина, см	Содержание, %			C:N	Запасы, т/га
			гумус	С	N		гумус	С	N
Тамбовская область	Апах	0-24	9,36	5,43	0,46	13,8	245	143	12,3
	А	24-50	8,15	4,73	0,40	13,8	233	130	12,1
	В1	50-96	5,10	2,96	0,24	14,4	296	171	14,0
	В2	96-135	1,61	0,93	-		71	55	-
Среднее содержание и запасы в слое		0-50	8,73	5,07	0,43	13,8	478	273	24,4
		0-100	6,78	3,93	0,34	-	793	445	39,3

3.5. Методы определение группового и фракционного состава гумуса.

Качественные особенности гумуса различных типов почв, или его фракционно-групповой состав, характеризуются количественным соотношением групп и фракций, входящих в него основных компонентов.

Под группой веществ понимается совокупность родственных по строению и свойствам соединений. При анализе качественного состава гумуса обычно выделяют следующие группы веществ: гуминовые кислоты (Гк), фульвокислоты (Фк) и гумин (негидролизуемый остаток). В специальных исследованиях кроме упомянутых выше групп выделяют также гиматомелановые кислоты (Гмк) и группу неспецифических соединений. Все эти группы веществ можно выделить из почвы любым щелочным экстрагентом. Полученная щелочная вытяжка в дальнейшем подвергается фракционированию.

При подкислении минеральной кислотой щелочной вытяжки из почвы до рН - 1-2 гуминовые кислоты выпадают в осадок, фульвокислоты остаются в растворе. Отделение осадка Гк от Фк осуществляется фильтрованием или центрифугированием.

Гумин представляет собой неэкстрагируемую часть гумуса почвы и состоит из разнообразных органических веществ. В него входят Гк и Фк, очень прочно связанные с глинистыми минералами и не извлекаемые разбавленными растворами кислот и щелочей; Гк и Фк, утратившие способность к растворению; растительные остатки, измельченные до мельчайших размеров; ■ углистые частицы, лигнин и другие органические соединения. Содержание гумина обычно находят путем вычитания из общего углерода почвы количества углерода приходящегося на Гк + Фк.

Такое разделение щелочной вытяжки из почвы на гуминовые и фульвокислоты и определение количества гумина по разности, является стан­дартным приемом при анализе состава гумуса. Однако надо иметь ввиду, что в этом случае содержание Гк и Фк получается завышенным, поскольку вместе с гуминовыми кислотами в осадок выпадают и гиматомелановые кислоты, а в растворе, наряду с фульвокислотами, остаются неспецифические органические соединения.

Для того чтобы отделить гуминовые кислоты от гиматомелановых кислот необходимо отфильтрованный (отцентрифугированный) сырой осадок обработать этиловым спиртом. В этом случае Гк остаются в осадке, а Гмк переходят в раствор. Отделение Фк от неспецифических органических соединений представляет собой еще более трудоемкую и длительную операцию. Поэтому при анализе состава гумуса почвы содержание гиматомелановых кислот и неспецифических органических соединений обычно не определяют.

Фракционный состав характеризует распределение веществ, входящих в те или иные группы почвенного гумуса, по формам их связи с минеральными компонентами почвы.

Первую детальную классификацию форм связи гумусовых веществ с минеральной частью почвы предложил И.В. Тюрин (1951). Она включает: 1) гумусовые вещества в свободном состоянии; 2) гумусовые вещества в форме гуматов сильных оснований; 3) гумусовые вещества в форме гуматов и смешанных гелей с гидроксидами алюминия и железа; 4) гумусовые вещества в форме комплексных соединений с минеральными компонентами; 5) гумусовые вещества, прочно связанные с глиной.

В настоящее время, исходя из работ И.В. Тюрина (1951) и В.В. Пономаревой (1957), при анализе состава гумуса различают следующие фракции гумусовых веществ: свободные; связанные с подвижными полуторными оксидами; связанные с кальцием; связанные с глинистыми минералами и окристаллизованными формами полуторных оксидов.

Следует иметь ввиду, что понятие «фракция» применительно к гумусовым веществам в значительной мере условно вследствие их гетерогенности (неоднородности). Например, с помощью электрофореза, гелевой хроматографии или других методов любую из выше перечисленных фракций Гк или Фк можно расчленить на ряд более гомогенных фракций, различающихся между собой по молекулярным массам, элементному составу и свойствам.

Кроме того, разделение гумусовых веществ на фракции по формам связи их с минеральной частью почвы является во многом предположитель­ным. По мнению некоторых исследователей (М.М.Кононова, 1967; Л.А. Александрова, 1980) используемый в обычных схемах анализа состава гуму­са принцип фракционирования характеризует не столько формы, сколько прочность связи гумусовых веществ с минеральной частью почвы, которая нарушается при воздействии на почву кислот и щелочей, то есть при попе­ременной обработке почвы кислотой и щелочью экстрагируются все более прочно закрепленные на поверхности почвенных частиц фракции гумусовых кислот.

Все современные методы анализа состава гумуса основаны на извест­ной схеме И.В. Тюрина, последовательность операций которой представлена ниже.

Схема анализа состава гумуса (по И.В.Тюрину, 1951 г.)

Обработка 0,1- 0,5 н

H₂SO₄(1^афракция Фк)

Обработка 0,1 н NaOH

(1 фракция Гк и Фк)

Почва

Экстрагирование спирто-бензольной смесью

(смолы, воски и пр)

Декальцинирование почвы

1 н Na₂SO₄

Многократная обработка 0,1 н NaOH

(сумма 1 и 2 фракций Гк и Фк)

Многократная попеременная обработка 0,5 – 1 н

H₂SO₄и 0,1 нNaOH(3 фракция Гк и Фк)

Нерастворимый остаток

В настоящее время наиболее рациональной методикой анализа группового и фракционного состава гумуса считается схема И.В. Тюрина в модификации В.В. Пономаревой и Т.А. Плотниковой (1968), часто применяет­ся также ускоренный метод анализа состава гумуса по М.М. Кононовой и Н.П. Бельчиковой (1961).