Практикум по агрохимии - 2-е изд. - Минеев В.Г.
ISBN 5-211-04265-4
Скачать (прямая ссылка):
F = (C-C0) ? V/t ?s = (C-C0) -H/t, (I)
304
где С - концентрация определяемого газа в момент времени t; C0 - исходная концентрация газа; s - площадь камеры (изолятора); V - объем камеры; Я - высота камеры; г - время экспозиции.
Согласно формуле (I) концентрация газа внутри камеры при постоянстве F увеличивается линейно со временем, т. е. предполагается, что внутренний объем камеры изолирован от окружающей среды. Однако в реальной ситуации имеет место процесс диффузного газообмена между внутренним объемом камеры и локальной припочвенной атмосферой. Этот процесс обусловлен наличием градиента концентрации газов между камерой и внешней средой. Уравнение материального баланса для этого процесса имеет вид
VdOdI = Fs-Ds ?(C-C0)Zz, (II)
где F - поток газа из почвы в атмосферу; z - глубина, на которую камера врезана в почву; D - коэффициент диффузии газа в почве; / - время.
Рис. 22. Схема измерения интенсивности дыхания почвы камерным статическим методом:
1 - изолятор цилиндрической формы из тонкой листовой стали (высота H = 20 - 30 см, диаметр 15-30 см, глубина врезания 5-10 см);
2 - резиновая прокладка для отбора проб воздуха;
3 - поверхность почвы
Интегрирование соотношения (II) при граничных условиях t = 0 и С - C11 дает C = C0 + FZD '[I -exp(-D 'tZH)], (III)
где D' = DZH
Несложный методический прием позволяет практически использовать выражение (III) для нахождения истинной скорости эмиссии газа из почвы. Для этого отбор газовых проб производят в динамике немедленно после установки изолятора (C0) и дважды через равные промежутки времени т (Ci и C2). Величину т выбирают таким образом, чтобы она соответствовала началу замедления накопления газа в камере. В соответствии с (III)
C1 = C0 + FZD'[1 - ехр(- D'T ZH) ], (IV)
C2 = C0 + FZU[I - ехр(-2D'T ZH)]. (V)
Вычитая (IV) из (V), получаем C2-C1 = (С, - C0) е 1)Т н. Последующие преобразования приводят к формулам, позволяющим рассчитать D' и F по значениям C1,, С/ и C2.
305
D' = - Я/г • InI(C1 - C0) / (C2 - C1)J,
(VI)
F = D^C1-C0)Z[I- ехр(- D'T IH)]. (VII)
Оборудование:
1. Газовый хроматограф.
2. Изолятор из стали; пенициллиновые флаконы.
3. Шприцы объемом 20 и 1 см3.
Ход анализа.
Изолятор врезают в почву и отбирают пробы воздуха через прокладку (2) объемом 20 CMj немедленно после установки изолятора, а затем на 10-й и 20-й минуте экспозиции. Пробы воздуха переносят в предварительно вакуумированные (- 1 атм.) пенициллиновые флаконы объемом 15 см3. Флаконы хранят до газохроматографического (ГХ) анализа в контейнере с внешним водяным затвором (рис. 23). ГХ-анализ проводят в лаборатории. Пробы воздуха объемом 1 см3 отбирают из пенициллинового флакона и вводят в газовый хроматограф. Полученные величины концентрации CO2 в воздухе C0, C1 и C2 подставляют в уравнения (VI) и (VII), рассчитывая числовые значения F - истинной скорости выделения CO2 из почвы в атмосферу.
Рис. 23. Хранение проб воздуха перед ГХ-анапизом: 1 - пластиковый контейнер емкостью 0,5-2 дм3: 2 ~ завинчивающаяся крышка; 3 - пенициллиновые флаконы с пробами воздуха; 4 - слой воды; 5 - резиновая пробка, фиксированная металлическим зажимом.
306
МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ АЗОТФИКСАЦИИ В ПОЧВЕ
Фиксация молекулярного азота - одна из главных функций микроорганизмов в биосфере Земли. Благодаря ей, был создан и ныне поддерживается азотный статус всех наземных и водных экосистем. Несмотря на успехи в производстве минеральных азотных удобрений, свою потребность в азоте человечество более чем на 2/3 покрывает за счет его биологических источников.
Определение интенсивности азотфиксации в конкретных местообитаниях азотфиксирующих микроорганизмов (диазотрофов), необходимое для выяснения размеров поступления «биологического» азота в почвы разных типов, - важная задача почвенной микробиологии. Активность азотфиксации является одним из интегральных показателей биологической активности почв и поэтому широко используется для ранней диагностики загрязненности почв тяжелыми металлами, ядохимикатами, ксенобиотиками, применяется при санитарно-гигиеническом нормирова-нии токсических веществ в почве. Этот показатель может быть информативен при оценке пространственной и временной неодно-родности (пестроты) почв, при выяснении реакции бактериального населения почв на внесение минеральных и органических удобрений, на различные способы обработки пашни и пр.
Способностью к азотфиксации обладают только бактерии. Микро-организмы-эукариоты (грибы, дрожжи, водоросли), а также растения и животные фиксировать молекулярный азот не могут.
Тем не менее, они своей деятельностью создают благоприятные условия для процесса азотфиксации: снабжают бактерии легкодоступными источниками питания, понижают концентрацию O2 вокруг них, быстро утилизируют связанный ими азот. Поэтому, как правило, азот-фиксация протекает в системах прокариотных и эукариотных организмов, которые и являются основными объектами исследования при изучении азотфиксации в почве. Принято различать актуальную (полевую) и потенциальную активность азотфиксации н почве.
