X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

Введение

Очень принципиально учить и контролировать водоворот азота, в особенности в антропогенных биоценозах, поэтому что маленький сбой в какой-нибудь доли цикла может привести к серьёзным последствиям: мощным хим загрязнениям почв продуктами разложения отмершей органики( аммиак, амины и др.), высочайшему содержанию растворимых соединений.

Азот является составляющей, нужным для существования животных и растений, он вступает в состав белков, аминокислот, нуклеиновых кислот, хлорофилла, и др. В связи с этим существенное численность связанного азота держится в живых организмах, " мёртвой органике " и дисперсном веществе морей и океанов.

Цель работы: Проследить динамику азота на различных участках почвенного покрова Курганского дендрария.

Гипотеза: В почвах Курганского дендрария содержится низкое количество азота.

Задачи:

1. Провести теоритическое обоснование динамики азота в почвах Курганского дендрария.

2. Подобрать методику исследования для определения содержания форм азота.

3. Провести экспериментальную работу.

4. Сделать вывод о динамике азота в почвах Курганского дендрария.

Объекты исследования:

Почвы Курганского дендрария, отобранные на следующих участках:

1. Участок №1

2. Участок №2

3. Участок №3

4. Витаминно-лекарственная опушка.

Предмет исследования:

Значения содержания форм азота на различных участках Курганского дендрария.

Методы исследования:

Колориметрический – определение нитратного азота и аммонийного, потенциометрический – определение pH, математического вычисления – расчет минерального азота, титриметрический – определение гумуса.

Значение работы:

Изучение факторов влияющих на динамику нитратного азота в почвах.

Глава 1.Теоритическое обоснование.

1.  
   Формы нахождения азота.

В составе минеральных удобрений азот имеет возможность пребывать в аммиачной и нитратной форме. Аммиачная, в различие от нитратной, отлично поглощается основой, меньше вымывается осадками и владеет больше долгим действием; нитратная — дурно задерживается в основе и просто вымывается в больше глубочайшие ее слои. Но основная масса растений неплохо развиваются на нитратной и аммонийной формах азота, почти все облики, предпочитающие кислые земли, чем какого-либо другого вырастают на аммонийном питании, а при нитратном у их имеет возможность проявляться хлороз. В слабокислой основе чем какого-либо другого поглощается нитратная конфигурация, в нейтральной — аммонийная. При аммиачном питании надо наращивать в основе оглавление кальция, магния и калия, нитратном — фосфора и молибдена.[3]

В связи с развитием экологически неопасных технологий, при коих сокращаются издержки азота, в последние годы все более используется медленнодействующие азотные удобрения. Это дурно растворимые в воде соединения, азот из коих медлительно перебегает в усвояемую форму, помаленьку наполняется растениями в направление вегетации и практически не затеривается из земли.

Главные облики азота

Аммиачная селитра (азотнокислый аммоний, нитрат аммония) — акцентированное гранулированное азотное удобрение, содержащее 34-35% азота. В ее состав входят аммиачная и нитратные формы азота. Для сокращения утрат нитратного азота от вымывания селитру заносят дробно.[6]

Ее надо беречь в герметичной упаковке в сухом пространстве. Пользуют для всех обликов растений на всех типах основ. Заносят именно перед или же во время посева, а еще в облике подкормок в направление вегетации растений. Селитра подкисляет основу, в следствие этого больший эффект — на известкованных участках. Перед внесением возможно перемешивать с суперфосфатом и калийной солью.

Карбамид (мочевина). Быстрорастворимый концентрат, имеющий 46% азота в аммиачной форме. Как и селитру, его пользуют для всех обликов растений и основ, порядок внесения что же. Более действенно в облике водянистых подкормок, например как в том числе и в увеличенной сосредоточении не обжигает листья растений.

При поверхностном внесении в гранулках уступает селитре по причине больше неспешного воздействия и большущих утрат азота, в следствие этого заносят под ливень или же полив без заделки. При сбережении слабо улеживается.

Сульфат аммония (аммоний сернокислый) имеет 2,5-21% азота в аммонийной форме и 24% серы. Быстрорастворимый и просто усваивается.

Пользуют его как ведущее удобрение и в облике подкормок. Важно подкисляет основу, в следствие этогопоэтому заносят под растения, предпочитающие квашеный земли, или же в одно и тоже время с фосфоритной мукой.[5]

Для наименее чувствительных к кислотности (например, крестоцветные) спасибо наличию серы является наилучшим из азотных удобрений. Из земли не достаточно вымывается. По производительности не уступает аммиачной селитре и карбамиду, не улеживается и выгоднее.

Сульфат аммония невозможно перемешивать перед внесением с гашеной известью и золой. Натриевая селитра отлично растворима в воде, имеет 16% азота и 26% натрия. При неверном сбережении улеживается. Заносят лишь только перед посевом или же во время посева с заделкой в основу, а еще в облике водянистых подкормок. Подщелачивает основу.

Кальциевая селитра (нитрат кальция, азотнокислый кальций) еще растворима в воде и имеет 13-15% азота. Крепко гигроскопична. Заносят перед или же во время посева, а еще в облике водянистых подкормок под овощные и цветочные луковичные растения. Подщелачивает основу. Невозможно перемешивать с суперфосфатом.

1.2 Азотфиксация.

Азотфиксация — фиксация молекулярного атмосферного азота, диазотрофия. Процесс возобновления молекулы азота и подключения её в состав собственной биомассы прокариотными микроорганизмами. Важнейший источник азота в биокруговороте. В наземных экосистемах азотфиксаторы локализуются в главном в грунте.[3]

Атомы в молекуле азота соединены крепкой тройной ковалентной связью, вследствии что он фактически не вступает в реакции окисления-восстановления в обычных критериях без внедрения катализаторов и не может употребляться растениями и животными. Микроорганизмы для возобновления азота употребляют цельную серию ферментов (ферредоксин, гидрогеназа), важным из которых является нитрогеназа. За её синтез несут ответственность так именуемые nif-гены, обширно известные у прокариот (в том числе архебактерий), но не встречающиеся у эукариот. Процесс азотфиксации довольно энергоёмкий, для ассимиляции 1 молекулы азота требуется не наименее 12 молекул АТФ, то имеется для применения 1 мг азота анаэробным микроорганизмам требуется возле 500 мг сахарозы.

Нитрогеназа блокируется молекулярным кислородом, благодаря чему азотфиксация в главном анаэробный процесс. Однако ряд аэробных микробов развил машины охраны нитрогеназы от блокирования:

Механизм завышенного уровня дыхания. Azotobacter chroococcum при азотфиксации окисляет дробь органического вещества, не запасая выделившейся энергии, а лишь только устраняя этим кислород.

Механизм локализации азотфиксации в гетероцистах свойственен для цианобактерий, способных к фотосинтезу с выделением кислорода. Для охраны нитрогеназы от кислорода они имеют особенные, лишенные хлорофилла клеточки - гетероцисты. Некоторые цианобактерии, не образующие гетероцисты, втомжедухе способны к азотфиксации. Нитчатая цианобактерия plectonema boryanum укрепляет азот в микроаэробных критериях (1.5% содержания кислорода в темноте и 0.5% кислорода на свету), нитчатые цианобактерии symploca и lyngbya majuscula, а втом же духе одноклеточные цианобактерии родов gloeothece и cyanothece способны к азотфиксации при отсутствии освещения.[6]

Механизм симбиотической охраны свойственен для клубеньковых микробов. В корнях бобовых продуцируется легоглобин, исполняющий функции охраны от излишка кислорода.

Различают три типа азотфиксации:

Свободноживущими микробами самых различных таксономических групп.

Ассоциативная азотфиксация микробами, находящимися в узкой связи с растениями( в прикорневой зоне или на поверхности листьев) и использующие их выделения( корневые выделения сочиняют до 30 % продукции фотосинтеза) как источник органического вещества. Азотфиксаторы живут в кишечномтракте почтивсех животных( жвачные, грызуны, термиты) и человека( род escherichia).

Симбиотическая. Наиболее популярен симбиоз клубеньковых микробов (сем. Rhizobiaceae) с бобовыми растениями. Обычно проистекает корневое заражение, но популярны растения, образующие клубеньки на стеблях и листьях.

Созданы бактериальные удобрения (к примеру, нитрагин) для инокуляции( заражения) штаммами клубеньковых микробов зёрен бобовых культур, что усиливает их урожайность. Также для стимулирования действий азотфиксации здорово записывать в почву малые " стартовые " дозы азотных удобрений, в то время как огромные их дозы уничтожают процесс.

1.3 Аммонификация.

Аммонификация - деление микроорганизмами азотсодержащих органич. Соединений (белков, мочевины, нуклеиновых к-т и др.) с образованием вольного аммиака; один из важных шагов круговорота азота в природе, приводящий к обогащению земли усвояемыми формами азота. В итоге жизнедеятельности и смерти организмов в почву и водоёмы попадает немало азотсодержащих органических веществ, которые благодаря А. минерализуются и имеют все шансы быть снова применены растениями и разлагаются микроорганизмами. При А. соединения сначала гидролизуются при участии соответственных ферментов до наиболее обычных соединений, используемых клеточкой в действиях метаболизма. Микроорганизмы, участвующие в А. белков, наз. Гнилостными (мочевины — уробактериями. Некоторые бактерии в процессе нитратного дыхания восстанавливают до аммиака нитраты.[7]

Аммонийный азот появляется в итоге процесса аммонификации, т. е. распада азот содержащих органических соединений до nh3.

В аммонификации участвуют различные группы аэробных и анаэробных микроорганизмов – бактерии, грибы, актиномицеты. Поэтому аммонификация протекает в пребывании кислорода и без него, и при разной реакции среды. Резко снижается аммонификация лишь в анаэробных критериях сильнокислых или сильнощелочных почв.

Скорость аммонификации зависит в том же духе от температуры и влажности земли. Образующийся nh3 реагирует с органическими и минеральными кислотами почвенного раствора.

При диссоциации солей nh4 поглощается ППК, и довольно крепко укрепляется. Аммонийный азот крепко укрепляется в ППК, но остается доступным для растений.[2]

1.4 Нитрификация.

Процесс нитрификации, являясь принципиальным звеном в круговороте азота в природе, владеет как позитивные, так и отрицательные стороны. Оказалось, к примеру, что переведение азота из аммонийной формы в нитратную содействует обеднению земли азотом, так как нитраты, как очень растворимые соединения, просто вымываются из земли. В то же время понятно, что нитраты - отлично используемый растениями источник азота. Кроме такого, связанное с нитрификацией подкисление земли улучшает растворимость и, следственно, доступность неких жизненно нужных частей, в первую очередность фосфора и железа.[6]

Нитрифицирующие бактерии - аэробы и требуют для развития неизменного притока кислорода. Они наиболее функциональны в почвах, отлично аэрируемых, недалёких к нейтральным, содержащих огромное численность органических соединений. Поэтому нитрификация протекает напряженно в дерново-подзолистых почвах, довольно унавоженных и отлично обрабатываемых, а в том же духе в черноземных и каштановых почвах, имеющих подходящий аква режим. В процессе нитрификации образующаяся азотная кислота, соединяясь с основаниями, находящимися в грунте, дает нитраты, какие употребляются растениями в качестве азотной еды. При функциональной нитрификации в грунте может накопиться в движение года до 300 кг нитратов на 1 га. Нитраты земли отлично потребляются растениями, но будучи просто - растворимыми в воде, имеют все шансы просто вымываться в наиболее глубочайшие круги земли или за ее пределы.

Протекающие в грунте реакции, в которых азот восстанавливается, предоставляют существенно более энергии, чем окислительные реакции, в итоге которых у атомов азота отнимаются электроны. Энергия, выделяющаяся при окислении аммиачного азота до нитратного, употребляется микробами для ассимиляции углекислого газа и для остальных эндотермических действий.

В целом, нитрифицирующие бактерии содействуют увеличению урожайности земли благодаря скоплению в ней азотнокислых солей. Однако в грунте проистекают и противоположные процессы, т. е. процессы денитрификации, или возобновления микроорганизмами солей азотной кислоты в соли азотистой кислоты и в остальные обыкновенные азотистые соединения, вплоть до вольного азота, который уходит в атмосферу. Способностью восстанавливать нитраты в нитриты владеет огромное численность видов микробов и грибов.[7]

Нитрифицирующие бактерии непрямо участвуют в разрушении различного рода сооружений, для которых строительным материалом служат известь и цемент( т. е. разных зданий, автострад и т. п.). Это соединено с тем, что нитрифицирующие бактерии окисляют аммиак, присутствующий в атмосфере или выделяющийся из фекалий животных, до азотной кислоты.

1.5 Денитрификация.

Это процесс, задний нитрификации. Различают прямую и косвенную денитрификацию.

Прямая денитрификация вызывается жизнедеятель­ностью денитрифицирующих микробов, чрезвычайно обширно распространена в грунте, навозе. Среди них величайшее смысл получили thiobacillus denitrificaris, ps. Fluorescens, ps. Aeruginosa, ps. Sluizeri, paracoccus denitrificans и др. Они имеют форму палочек, а некоторые — форму кокков и восстанавливают нитраты до молекулярного азота. Денитрифицирующие бактерии земли лучше развиваются без доступа воздуха и в щелочной среде. Поэтому величайшие утраты азота почвой происходят при нехороший аэрации и высочайшей влажности. Про­цесс денитрификации при рН 6, 1 и больше 9, 6 вполне прекращается.[4`]

Косвенная денитрификация исполняется кристально химическим методом при содействии азотистой кислоты с аминными соединениями. Роль микроорганизмов в данных действиях вправду косвенная и объединяется к образованию нитритов, основным образом из нитратов. Косвенной денитрификации содействуют наиболее различные виды микроорганизмов, какие не лишь восстанавливают нитраты, но и разлагают белковые вещества с образованием аминокислот. Взаимодействие меж бактериями проистекает в кислой среде, окультуренная же грунт изредка владеет такую реакцию, благодаря чему денитрификация в ней проявлена в наименьшей ступени, но все же она наблюдается.

Процесс денитрификации, в различие от нитрификации и азотфиксации, вызывается цельным вблизи недостаточно специфичных микроорганизмов, относящихся к неспороносным палочкам. Процесс этот окислительно-восстановительный. Денитрифицирующие бактерии являются факультативными анаэробами. В критериях широкого доступа кислорода они не создают процесса денитрификации. Стоит им, но, угодить в анаэробные условия, чтоб при наличии нитратов начался процесс денитрификации. При нехватке кислорода они его начинают отбирать от нитратов, восстанавливая их. Одновременно при этом окисляется усваиваемый ими сахар или соли органических кислот. Наилучшими критериями для протекания процесса денитрификации являются анаэробные условия, присутствие нитратов и подходящего для них органического вещества.[4]

1.6 Ассимиляция

Это созидательная дробь метаболизма, направленная на образование и обновление структурных долей организма. Поэтому анаболизм нередко именуют пластическим разменом. Важнейшие реакции ассимиля­ции — синтез белка и нуклеиновых кислот, характерный всем организмам, и синтез углеводов в ходе фотосинтеза, характерный лишь зелёным расте­ниям и фотосинтезирующим микробам (при участии солнечной энергии). Фотосинтез является более грандиозным ассимиляционным действием, имеющим огромный смысл не лишь для жизни организма, но и для всей биосферы. Особенно напряженно ассимиляция проистекает в периоды роста юного животного организма, а у растений — в движение вегетационного периода, но на протяжении всей жизни.[3]

Ассимиляция гарантирует творение строительного материала клеток (белка) и скопление энергии, в большей степени в облике химических связей. Синтез сложных веществ из наиболее обычных исполняется с потреблением энергии. Растения в процессе фотосинтеза поглощают солнечную энергию, а животные, бактерии и грибы поглощают энергию (основным образом в форме запасенной АТФ) с органической едой. Поэтому прибытие энергии для эндотермических реакций у гетеротрофов исполняется, основным образом, за счёт энергии, высвобождающейся в химических реакциях биологического окисления органических веществ, т. е. благодаря реакциям диссимиляции.[5]

Глава 2. Объект и методика исследования.

2.1 Характеристика объектов исследования.

Пробы почв были отобраны в четырех точках:

1. Курганская область Кетовский район п. Старый просвет, Курганский дендрарий, Участок №1.

2. Курганская область Кетовский район п. Старый просвет, Курганский дендрарий, Участок №2.

3. Курганская область Кетовский район п. Старый просвет, Курганский дендрарий, Участок №3.

4.Курганская область Кетовский район п. Старый просвет, Курганский дендрарий, Витамино-лекарственная опушка.

2.2 Методика оценки содержания различных форм азота.

Определение нитратного азота.

Наиболее точно и широко распространен метод Грандваль-Ляжу, заключающийся в образовании с фенолсульфокислотой нитропроизводного желтого цвета. Нитраты извлекают из почвы дистиллированной водой 0,1M KCl и определяют калориметрическим способом по Грандваля-ляжу.

При взаимодействии нитратов с дисульфoфеноловой кислотой в щелочной среде образуются производные, окрашенные в желтый цвет в начале образуются Тринитрофенолы:

С₆Н₃ОН(НSO₃)₂+3HNO₃=C₆H₂OH(NO₂)₃+2H₂SO₄+H₂O

а после прибавления нитропроизводные, окрашенные в желтый цвет:

C₆H₂OH(NO₂)₃+KOH=C₆H₂(NO₂)₃OK+H₂O

Определению мешают хлориды и аммиачные соли.

Определение содержания аммонийного азота.

Основная часть аммонийного азота в почве находится в поглощенном или обменном состоянии и легко вытесняется из ППК другими катионами (например, калием). (ППК)NH4+ + КСl → (ППК)К+ + NH4Cl Образовавшийся хлорид аммония при взаимодействии с реактивом Несслера в щелочной среде (K2HgJ4) образует комплексное соединение жёлтого цвета – йодистый меркурат аммония (NH2Hg2OJ). Интенсивность полученной окраски пропорциональна содержанию аммония в растворе. NH4Cl + 2K2HgJ4 + 4KOH → NH2Hg2OJ + 7KJ + KCl + 3H2O Для устранения влияния мешающих при определении катионов Са2+ и Mg2+ к анализируемой пробе приливают раствор сегнетовой соли (калий-натрий виннокислый KNaC4H4O6•4H2O). Оптическую плотность раствора определяют на фотоколориметре или спектрофотометре при длине волны 440 нм (синий светофильтр).

Расчёт содержания минерального азота в почве.

Содержание минерального азота в почве значительно изменяется в течение вегетационного периода. Данные изменения вызваны множеством факторов, а именно, поглощение растениями, протеканием микробиологических процессов (аммонификация, нитрификация, иммобилизация, денитрификация), эрозия и т.д. Реальное содержание минерального азота и обеспеченность растений доступными формами азота можно увидеть только в срок взятия образца, поэтому необходимо оценку проводить в динамике, т.е. несколько раз в течение вегетации растений. Метод основан на математическом вычислении содержания минерального азота в почве.

Группа	Содержание Nмин в почве, кг/г	Обеспеченность растений минеральным азотом
1	Менее 60	Очень низкая
2	60-80	Низкая
3	80-100	Средняя
4	100-130	Хорошая
5	Более 130	Высокая

Определение показателя pH.

Кислотность среды определяется с площадью водородного показателя рН. Он отражает концентрацию протонов в почвенной среде в абсолютных величинах по формуле:

рН= -lg[Н+]

Определение рН производится рН-метре.

Определение гумуса почвы.

Метод И. В. Тюрина основан на окислении органического вещества почвы хромовой кислотой до образования углекислоты. Количество кислорода, израсходованное на окисление органического углерода, определяют по разности между количеством хромовой кислоты, взятой для окисления, и количеством ее, оставшимся неизрасходованным после окисления. В качестве окислителя применяют 0,4 н. раствор K2Cr2O7 в серной кислоте, предварительно разбавленной водой в соотношении 1:1.

Реакция окисления протекает по следующим уравнениям:

2К2Сr2O7 + 8H2SO4 = 2K2SO4 + 2Cr2(SO4)3 + 8Н2O+3O2,

ЗС + ЗО2 = ЗСО2.

Остаток хромовой кислоты, не израсходованной на окисление, оттитровывают 0,1 н. раствором соли Мора с индикатором дифениламином или фенилантраниловой кислотой. Титрование солью Мора, представляющей собой двойную соль сернокислого аммония и сернокислой закиси железа — (NH4)2SO4*FeSO4*6Н2O, идет по уравнению

K2Cr2O7 + 7H2SO4 + 6FeSO4 = 7Н2O + K2SO4 + Cr2(SO4)3 + SFe2(SO4)3.

Глава 3. Результаты исследования и их обсуждение.

Рис.1 Динамика содержания нитратного азота в почве.

По данным исследования пробы на всех участках имеют равномерное, низкое содержание нитратного азота(Рис.1). Образование нитратного азота в почвах происходит благодаря биологическому окислению NH3+, (NH4)+ до NO3¯ в результате микробиологического процесса нитрификации, который осуществляется двумя группами автотрофных бактерий.

Рис.2 Динамика содержания аммонийного азота в почве.

Аммонийный азот образуется в почвах в результате жизнедеятельности аммонифицирующих гетеротрофных микроорганизмов. Большая часть аммония находится в обменной и необменной формах. Основная часть аммонийного азота находится в поглощенном состоянии( Рис.2).

Рис.3 Динамика содержания минерального азота в почве.

Определение минерального азота, как суммы нитратного и аммонийного также показало его низкий уровень содержания (Рис.3). Наряду с поступлением в почву окисленного или связанного в виде аммиака азота с осадками, удобрениями и фиксированного микробами в почве идет минерализация органических азотсодержащих соединений при определенных условиях.

Рис.4 Содержание гумуса в почве.

Содержание гумуса во всех образцах – низкое( Рис.4). Так как почвенный азот находится в основном в составе органического вещества, то этим объясняется низкий уровень содержания минерального азота. Почвенный азот, представленный в виде сложных органических веществ гумуса, становится доступным для растений только после его минерализации, то есть превращения под влиянием микроорганизмов в минеральные усвояемые растениями формы — в аммонийные и нитратные соли. Таким образом, чем меньше гумуса в почве, тем меньше в ней минерального азота.

Рис.5 Динамика водородного показателя.

Данные образцы имеют нейтральную и кислую реакцию раствора(Рис.5). Оптимальным условием для нитрификации является реакция раствора близкая к нейтральной. Поэтому процесс нитрификации на Участке №1 и Витамино-лекарственной опушке проходит неинтенсивно.

Заключение

В процессе исследования были решены поставленные задачи и получены следующие результаты:

Проведено теоретическое обоснование проблемы динамики азота в почвах Курганского дендрария.

Обоснованы методы исследования проблемы динамики азота в почвах Курганского дендрария.

Определены содержания различных форм азота.

Выявлена динамика различных форм азота в почвах Курганского дендрария.

Из проведенного исследования можно сделать следущие выводы:

Данные показатели подтверждают выдвинутую гипотезу и свидетельствуют о низком содержании азота в пробах.

Низкая интенсивность гниения органики, т.к. содержание азота в почве зависит от количества органического вещества, прежде всего гумуса.

В двух образцах обнаружена кислая среда, это свидетельствует о том что процесс нитрификации протекает плохо. Фитоценоз может подвергаться азотному голоданию.

Во всех пробах отмечено очень низкое содержание гумуса, следовательно, недостаточно органики в почвенном профиле и минерального азота.

Список литературы

Несговорова Н.П. Почвоведение. Методические указания к выполнению лабораторных работ, Определение содержания в почве нитратного азота. – Курган, 2009. – 64 с.

Башкин В.Н. Биогеохимия. Учебное пособие. Биогеохимия азота. – М., 2008 – 423 с.

Добровольский В.В. Основы биогеохимии. Учебник для студ. высш. учеб, заведений. Глобальный цикл азота. – М., 2003 – 400 с.

Азот и азотные удобрения. / URL: http://studbooks.net/76168/agropromyshlennost/makroelementy_makroudobreniy (дата обращения 24.05.2017);

Круговорот азота в природе. / URL: http://studbooks.net/1221288/ekologiya/krugovorot_azota_prirode (дата обращения 25.05.2017).

Азотфиксация. / URL: https://ru.wikipedia.org/wiki?curid=184689 (дата обращения 25.05.2017)

Формы нахождения азота в почве. / URL: http://moicveti.ru/azot-v-pochve-ego-formy-i-osnovnye-vidy.html (дата обращения 27.05.2017).

Код для цитирования: Скопировать