Биологическую активность почв определяют с помощью микро­биологических и биохимических методов. К микробиологическим мето­дам относятся аппликационные и методы определения численности мик­роорганизмов разных систематических и физиологических групп. К био­химическим относятся методы определения дыхания и ферментативной активности почвы.

Описаны методы определения в почве активности ферментов ок-сидоредуктаз и гидролаз («Методы почвенной микробиологии и био­химии». М., 1980). Наиболее простыми по выполнению являются методы определения активности дегидрогеназ и инвертазы.

Для определения активности дегидрогеназ в почве в качестве ак­цептора водорода применяют бесцветные соли тетразолия (2,3,5-три-фенилтетразолий хлористый, ТТХ), которые восстанавливаются в крас­ные соединения формазанов (трифенилформазан, ТФФ. Активность дегидрогеназ выражают в мг ТФФ на 10 г почвы за сутки. Ошибка определения >—до 8%.

Фотоколориметрический метод определения активности инвертазы заключается в следующем. В колбу емкостью 50 мл помещают 5 г почвы, добавляют 10 мл 5%-ного раствора сахарозы, 10 мл ацетатного буфера (рН 4,7) и 5—6 капель толуола. Колбы закрывают пробками, встряхивают и помещают в термостат при температуре 30° на 24 ч, периодически встряхивая их. Контроль — стерилизованная почва (3 ч при 180°) и чистый субстрат.

После инкубации содержимое колб фильтруют в 100-миллилитро-вые мерные колбы. Из фильтра берут 6 мл в большие пробирки, до­бавляют 3 мл сегнетовой соли и 3 мл раствора сернокислой меди, хорошо перемешивают и кипятят на водяной бане в течение 10 мин. Затем пробирки с раствором охлаждают в холодной воде, содержимое переносят в центрифужные пробирки и центрифугируют в течение 5— 7 мкн при 3000 об/мин. Прозрачный центрифугат колориметрируют на фотоэлектроколориметре (светофильтр — 630 им), кюветы шириной 1 см. Количество глюкозы рассчитывают по предварительно составлен­ным калибровочным кривым. Исходный стандартный раствор — 6 мг глюкозы в 1 мл. Активность инвертазы выражают в мг глюкозы на 1 г почвы за сутки. Ошибка определения — до 5%.

Один из новых методов — метод инициированного сообщества поч­венных организмов. С помощью сканирующего электронного микроско­па в сочетании с классическими методами микробиологии изучают структуру и особенности инициированного субстратом сообщества 1Точ-венных микроскопических обитателей, отмечают доминирование и со­отношение отдельных групп бактерий, актиномицетов, грибов, водоро­слей, простейших и микроскопических беспозвоночных животных.

За развитием ор­ганизмов на полоске крахмала наблюдают визуально, с помощью лу­пы, светооптического и сканирующего электронного микроскопов. В сканирующем микроскопе можно наблюдать развитие грибов (рис. 82), водорослей и простейших (рис. 83), беспозвоночных живот­ных (рис. 84).

К показателям суммарного эффекта деятельности почвенных микроорганизмов, определение которых не­трудоемко и не требует специальной подготовки и спе­циализированной лаборатории, можно отнести: нитрифи-кационную способность, интенсивность разложения льня­ной ткани («аппликационный» метод), протеазную ак­тивность, а также токсичность почвы.

Нитрификационная способность почвы характеризует потенциальную возможность почвы по на­коплению минерального азота. Процесс нитрификации осуществляется специфическими микроорганизмами, деятельность которых во многом зависит от температуры, влажности, аэрации, наличия питательных веществ, ре­акции среды. Высокая требовательность к условиям су­ществования позволяет считать уровень их жизнедея­тельности объективным показателем степени плодоро­дия почвы.

Нитрификационную способность определяют по воз­растанию в почве содержания нитратов при некотором выдерживании ее в оптимальных для микроорганизмов условиях. В опытах, не связанных со специальным изу­чением азотного режима почвы, определение нитрифи-кационной способности проводят в почве без добавления каких-либо веществ. В опытах, имеющих задачу подробного исследования азотного режима почвы, помимо определения нитрифи-кационной способности почвы в естественном состоянии, проводят еще одно определение с внесением дополни­тельных веществ — сульфата аммония, органики, мела. При этом выявляют потребность почвы в удобрении, ее буферность, необходимость известкования, интенсивность нитрификации органических азотистых соединений.

Целлюлозную активность почвы методом «аппликации» определяют по разложению в ней льняной ткани. Но поскольку степень активности целлюлозных микроорганизмов зависит от наличия в почве также доступного азота, фосфора и других эле­ментов, то степень распада, можно считать, отражает «напряженность хода микробиологических процессов вообще» (Е. Н. Мишустин). Белую льняную ткань размером 20x5 см взвешивают и нитками в нескольких местах прикрепляют к полоске полиэтиленовой пленки такого же размера. (Помещать полотно в различного ро­да синтетические сетки нецелесообразно, так как при этом отсутствует непосредственный контакт между полот­ном и почвой.) Длина полос ткани может быть различ­ной в зависимости от особенностей опыта и почвы. На де­лянках делают равномерно прикопки, к ровной верти­кальной стенке каждой из них прижимают ткань и за­сыпают с другой стороны почвой, уплотняя ее до исход­ного состояния. Место закопки полотна отмечают эти­кеткой, колышком или дранкой. На каждом варианте делают пять-шесть таких прикопок и более. На варианте с ожидаемой большей активностью целлюлозных мик­роорганизмов закапывают дополнительно два-три полот­на для периодического контроля.

Экспозицию определяют интенсивностью разложения полотна, которая зависит от плодородия почвы, погодных условий, удобрений, характера растительности и других условий. Полотна вынимают из почвы, когда становится очевидным, что продолжение экспозиции приведет к по­терям ткани при выкопке. После отмывания и просуши­вания их взвешивают. По разности массы до и после экспозиции определяют убыль сухой массы ткани и выра­жают ее в процентах. Полотно можно разделить на части и получить числовые данные для разных слоев и гори­зонтов.
Интенсивность микробиологической активности в поч­ве «аппликационным» методом можно установить быст­рее, если на еще неразложившейся ткани специальными реактивами «проявить» продукты жизнедеятельности микроорганизмов. Так, уже на седьмой —десятый день пребывания в почве на ней обнаруживаются следы амиокислот, которые синтезируются микроорганизмами при разложении клетчатки. Экспозиция полотна в почве при выявлении аминокислот сокращается до 15—30 дней. В этом случае его не моют, а после высушивания осто­рожно ершиком очищают от почвы. Затем полоски тка­ни помещают на 10 мин в раствор 0,5%-ного нингидрина в ацетоне и высушивают при комнатной температуре в течение 24 ч. За это время на полотне проявляются аминокислоты в виде фиолетовых пятен. (Всю работу с полотном проводят в резиновых перчатках.)

Метод «аппликаций» очень нагляден для демонстра­ции интенсивности микробиологической деятельности в разных слоях пахотного горизонта при проведении различных обработок, внесении удобрений, сравнении приемов орошения.

Протеазную активность почвы определяют при помощи фотобумаги. Ферменты протеазы в почве обус­ловливают динамику азота, который 'в доступной для высших растений форме выделяется при последователь­ном расщеплении белковых веществ. Протеазы участву­ют в активации этого процесса. Метод основан на мик­робиологическом расщеплении желатины, имеющейся эмульсионном слое фотобумаги, которую закапывают в почву. Степень распада желатины устанавливают по интенсивности протеолитических процессов и характеру их распределения по профилю почвы.
Фотобумагу прикладывают (по способу, предложен­ному Е. Н. Мишустиным, Д. И. Никитиным, И. В. Вост-ровым) эмульсионной стороной к ровной, свежезачищен-ной стенке почвенного разреза (или прикопки) и засы­пают землей, уплотняя ее до естественного состояния. Продолжительность экспозиции (обычно до четверо су­ток) определяют в каждом конкретном опыте по специ­альным контрольным прикопкам, из которых бумагу вы­нимают каждый день, проявляя при этом осторожность, так как набухает ее эмульсионный слой. Извлеченную из почвы фотобумагу отмывают от почвы под слабой струей воды и высушивают в тени на воздухе. Чем силь­нее разжижение желатинового слоя, тем выше протеаз-ная активность почвы; такие зоны приобретают темную окраску. Лучше использовать фотобумагу типа «бром-портрет» (без защитного слоя), которую обрабатывают 3%-ной соляной кислотой (15 мин), промывают и высу­шивают.

Токсичность почвы проявляется при некоторых условиях в угнетении высших и низших растений. В зна­чительной степени она обусловлена накоплением токси­нов и антибиотиков, являющихся продуктами жизнедея­тельности различных микроорганизмов; определяют ее при помощи растительного теста по методу, применяемо­му на кафедре биологии почв Московского государст­венного университета. Навеску каждого образца почвы (60 г) помещают в чашку Петри, увлажняют до пастооб­разного состояния и металлическим шпателем выравни­вают поверхность, затем на ней равномерно расклады­вают, а потом вдавливают 25 семян тест-растепия, ко­торые предварительно замачивают (сутки) в водопровод­ной воде; в контрольном варианте их раскладывают на фильтровальную бумагу, под которой находится смочен­ная водой вата. Проращивание семян продолжается пять—семь дней при ежедневном увлажнении почвы равными порциями воды. После окончания опыта с конт­рольным вариантом сравнивают число проросших семян и длину проростков и корней растений. Токсичными сле­дует считать почвы, снижающие всхожесть семян или угнетающие рост проростков и корней не менее чем на 20—30%. Повторность при этом должна быть трехкрат­ной. Для опыта можно использовать семена различных растений — пшеницы, вики, гороха и др., но с учетом то­го, что мелкие имеют меньший запас питательных ве­ществ и более подвержены влиянию внешней среды. Обя­зательное условие — возможно минимальный срок меж­ду взятием почвенного образца и посевом семян, так как токсины — нестойкие вещества.

38. Методы определения органического вещества почвы. Концептуальные основы методов. Методические требования к реализации методов и стандарты.

Наиболее часто при оценке гумусного состояния почвы определяют общее содержание в почве веществ гумусовой природы. Прямое гравиметрическое определение органических веществ почвы не применяется из-за множества возникающих при этом затруднений: сложности выделения органических веществ, прочно связанных с минеральной частью почвы, возможного изменения их состава в процессе экстракции, а также из-за трудоемкости анализа, что немаловажно для такого широко используемого определения. Поэтому для оценки содержания гумуса в почве прибегают к косвенным методам, основанным на разложении гумуса почвы до углекислого газа и воды. В ходе анализа определяют количество углерода, содержавшегося в органическом веществе, подвергшемся разложению. Разложение органического вещества до углекислого газа и воды может быть осуществлено методами сухого или мокрого озоления.

Сухое озоление органического вещества. При использовании метода сухого озоления по Г.Г. Густавсону достигается практически полное разложение органических веществ, так как реакция протекает при температуре около 600°С. Количество выделившегося в результате раз­ложения углекислого газа может быть определено гравиметрически, волюмометрически или титриметрически. В классической модификации этот метод отличается большой трудоемкостью и длительностью про­ведения анализа. Однако поскольку метод отличается высокой точностью и воспроизводимостью, то именно его обычно используют в автомати­ческих анализаторах для определения углерода. Так как в этих приборах температура, при которой происходит сжигание, может быть установлена точно, то исключается практически единственный недостаток этого метода - возможность разложения присутствующих в почве карбонатов с выделением углекислого газа при температуре более 700°С.

Мокрое озоление органического вещества. Как правило, в аналити­ческой практике при определении углерода органических соединений используют метод Кнопа-Сабанина - мокрое озоление почвы раствором бихромата калия (К₂Сг₂0₇) в серной кислоте. О количестве углерода органических соединений, подвергшихся мокрому озолению, можно судить как непосредственно по количеству выделившегося углекислого газа, так и по количеству окислителя, пошедшего на сжигание органи­ческого вещества. Классический метод Кнопа-Сабанина предусматривает прямое гравиметрическое определение выделившегося при разложении органических веществ углекислого газа. Многие современные модифика­ции предусматривают определение остаточного количества окислителя титриметрическими (метод Тюрина) или фотометрическими (метод Орлова-Гриндель) методами