Привет студент

 

 

Методические указания

к лабораторному практикуму

ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ ПО СОСТОЯНИЮ ПОЧВЫ

(ОПРЕДЕЛЕНИЕ рН, ВЛАЖНОСТИ И МЕХАНИЧЕСКОГО СОСТАВА ПОЧВЫ)

 

 

 

 

Содержание

 

Введение…………………………………………………………………………..3

Пояснительная записка…………………………………………………………..4

1.Общие сведения

1.1 Понятийный аппарат…………………………………………………………5

1.2 Краткая характеристика почвы………………………………………………6

1.2.1 Структура почвы……………………………………………………………8

1.2.2 Механические свойства почв……………………………………………..10

1.2.3 Классификация почвы……………………………………………………..11

1.3. Понятие об экологическом состоянии гео- и экосистем…………………17

1.4. Оценка экологического состояния гео- и экосистем…………………….20

2.Методы исследования

2.1Лабораторная работа №1 Определение рН почвы………………………... 23

2.2Лабораторная работа №2 Определение механического состава почвы…..28

2.3Лабораторная работа № 3 Определение влажности почвы………………..35

Приложение А…………………………………………………………………....39

Приложение Б…………………………………………………………………....40

Приложение В…………………………………………………………………...43

Приложение Г…………………………………………………………………....45

Список рекомендуемой литературы…………………………………………... 47

 

 

Введение

 

В связи с непрерывно возрастающим уровнем антропогенного воздействия в природных и природно-техногенных системах значение современной экологии и методов ее исследования среди других наук как области деятельности человека по защите окружающей среды обитания переоценить не возможно. В последнее время сформировались определенные приоритетные научные направления в области природной и техногенной безопасности России:

- идентификация и оценка природной и техногенной опасности территории Российской Федерации и районирование территорий по степени рисков от чрезвычайных ситуаций различного характера;

-обобщение и развитие теоретических и практических основ анализа и управления комплексным риском от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера;

-разработка и реализация комплекса эффективных мер по исследованию и предупреждению чрезвычайных ситуаций;

- совершенствование системы подготовки специалистов по управлению риском;

-совершенствование и развитие федеральной, региональной и ведомственной систем мониторинга, прогнозирования и оценки комплексного риска и экологической опасности;

- создание единой государственной системы информационного обеспечения управления риском с применением новых ГИС-технологий.

Так как природно-техногенные системы (ПТС) – это сложные образования, которые включают техническую (источник воздействия) и природную (геоэкосистема, подвергаемая воздействию) составляющие, то каждая из них выполняет специфическую функцию.

Различные методы экологических исследований служат средством контроля безопасности производства и качества производимой продукции во всех отраслях народного хозяйства, а так же качеством окружающей среды. Выяснение химического состава почв, воды, атмосферного воздуха, структуры экосистем различного типа, осуществляется как в лабораторных, так и в полевых условиях.

В контексте вышесказанного одной из задач профессиональной подготовки специалистов в области защиты окружающей среды является формирование умений и навыков проведения комплексных экологических исследований природных и природно-техногенных систем.

 

                                                 Пояснительная записка

 

Данное методическое указание к лабораторной работе на тему:«Оценка качества природной среды по состоянию почвы» состоит из следующих разделов:

- отбор образцов почвы;

- определение механического состава почвы;

- определения рН почвы;

- определение влажности почвы.

Данное методическое указание предназначено для использования во время практических работ в полевых условиях. Целями практиких работ в полевых условиях являются проверка и закрепле­ние теоретических знаний, полученных на лекциях и семинар­ских занятиях; знакомство с методами исследования почв, уме­ние правильно анализировать полученные данные, формули­ровать выводы и составлять рекомендации по охране почв и рациональному их использованию.

Ее основ­ная задача — научить студентов правильно определять почвы в полевых условиях по морфологическим признакам и водно-физическим свойствам; дать оценку потенциальным возмож­ностям использования и повышения плодородия этих почв.

Важный этап полевого практикума – формирование отчета. Данная форма самостоятельной работы, включающая сводные таблицы, фоторепортажи, выводы – основной документ, свидетельствующий о выполнении студентом программы практикума. В материалах методических указаний использованы данные из опубликованных ранее учебных пособий, атласов и справочников по дисциплине.

 

 

1.Общие положения

1.1Понятийный аппарат

 

1. 1. Почва - естественноисторическое тело, которое сформировалось в результате воздействия пяти факторов: климат, растительность, животный мир, геология и время.
2. Почва – биокостное естественноисторическое тело природы, имеющее вертикальное строение рельефа и обладающее плодородием.
3. Гумус – совокупность специфических и неспецифических органических веществ почвы, за исключением живых организмов и их остатков, не утративших тканевое строение.

4.Влагоёмкость – величина, количественно характеризующая водоудерживающую способность почвы.

5.Водопроницаемость – свойство почвы, как пористого тела, пропускать через себя воду.

6.Гранулометрический состав почвы – содержание в почве частиц различного размера, объединяемые во фракции гранулометрических элементов.

7.Песок – фракции размером до 0,01 мм.

8.Супесь – почва, содержащая от 10 до15-20% физической глины.

9.Физическая глина – сумма элементарных почвенных частиц почвы размером от 0,01 до 1,00 мм.

10.Суглинок – рыхлая почвенная масса, состоящая от20 до 60% из физической глины.

11.Механический состав почвы — это относительное содер­жание в ней механических элементов различного размера.

12.Песчаная почва — рыхлая, сыпучая и бесструктурная. В ней хорошо заметны отдельные механические элементы в виде зерен песка. Увлажненную почву нельзя скатать в шнурок.

13.Супесчаная почва — рыхлая, менее сыпучая, иногда слабо острурктуена. На ладони легко растирается, ощущается и ясно заметно преобладание песчаных частиц. Во влажном состоянии легко лепится между пальцами, но не принимает определенной формы.

14.Суглинистая почва — в сухом состоянии сравнительно плотная, структура выражена в различной степени. Делится на лет -ко-, средне- и тяжелосуглинистую. При растирании в руках среди пылеватых частиц ощущается наличие значительного количе­ства песчинок, заметных под лупой. При увлажнении стано­вится вязкой, легко образует шар, раскатывается в шнур, ко­торый при сгибании образует трещины.

15.окружающая среда - совокупность компонентов природной среды, природных и природно-антропогенных объектов, а также антропогенных объектов;

16. природная среда (природа) - совокупность компонентов природной среды, природных и природно-антропогенных объектов;
17. Качество окружающей среды - степень соответствия состояния окружающей (человека) среды потребностям человека и других живых организмов; совокупность экономических показателей, характеризующих природные компоненты: грунты почвы, поверхностные и подземные воды, естественные физические поля, природные процессы и явления, резервы полезных ископаемых и др.
18. Мониторинг окружающей среды- это система постоянного наблюдения и регулярного контроля, проводимых по определенной программе для оценки текущего состояния окружающей природной среды, анализа всех происходящих в ней в данный период процессов, а также заблаговременного выявления возможных тенденций ее изменения.
19. Приро́дный территориа́льный ко́мплекс (ПТК)— это территория, обладающая определённым единством природы, обусловленным общим происхождением и историей развития, своеобразия географического положения и действующими в её пределах современными процессами.

 

 

1.2 Краткая характеристика почвы

 

Почва представляет собой систему, в которой взаимодействуют потоки энергии и вещества, поступающие от Солнца, из атмосферы и от живых организмов.

Почва представляет собой совершенно особое природное образование, обладающее только ей присущими строением, составом и свойствами. Важнейшим свойством почвы является ее плодородие, т. е. способность обеспечивать рост и развитие растений. Это свойство почвы представляет исключительную ценность для жизни человека и всех живущих на суше организмов. Плодородие почвы определяет ее важность как основного средства сельскохозяйственного производства.

Изучение почв необходимо не только для сельскохозяйственных целей, но также и для развития лесного хозяйства, инженерно-строительного дела. Знание свойств почв необходимо для решения ряда проблем здравоохранения, разведки и добычи полезных ископаемых, организации зеленых зон, парков и скверов в городском хозяйстве и т. д.

Однако ценность почвы определяется не только ее хозяйственной значимостью для сельского, лесного и других отраслей народного хозяйства; она определяется также незаменимой экологической ролью почвы как важнейшего компонента всех наземных биоценозов и биосферы Земли в целом. Через почвенный покров Земли идут многочисленные экологические связи всех живущих на земле и в земле организмов (в том числе и человека) с литосферой, гидросферой и атмосферой.

Наука о происхождении и развитии почв, закономерностях их распространения, путях рационального использования и повышения плодородия называется почвоведением.

Основателем почвоведения как самостоятельной естественноисторической науки является выдающийся русский ученый Василий Васильевич Докучаев (1846-1903). Он впервые сформулировал научное определение почвы, разработал генетическую классификацию почв и новые методы изучения и картографирования почв в поле. Докучаев открыл основные закономерности географического распространения почв и внес большой вклад в теорию и практику охраны и повышения плодородия почв, особенно в черноземных областях России. Большое значение для дальнейшего развития почвоведения в нашей стране имели труды Н. М. Сибирцева, П. А. Костычева, К. Д. Глинки, В. И. Вернадского, В. Р. Вильямса, К. К. Гедройца, Л. И. Прасолова, Б. Б. Полынова, И. В. Тюрина и др. В настоящее время все большее значение приобретает проблема рационального использования и охраны почв. Почва относится к легкоразрушаемому и практически невосполнимому виду природных ресурсов. А между тем почва представляет собой бесценное народное богатство, и мы обязаны всемерно беречь ее!

В трудах отечественных и зарубежных ученых показано, что мир почв чрезвычайно разнообразен. Не только почвы разных республик, краев и областей существенно различны, но даже и в пределах одного хозяйства или одного поля почвы далеко не одинаковы. Правильно использовать их в хозяйстве можно только на основе знания всего разнообразия почв, так как каждый тип и вид почвы обладает особыми свойствами. Следовательно, очень важно прежде всего уметь правильно определить (назвать) почву. Оказание в этом помощи и является целью этой книги. Правильное определение вида почвы позволит при помощи соответствующих справочников и руководств получить более точные сведения о свойствах данной почвы. Для получения более полных и детальных сведений необходимы специальные исследования почвы в поле и в лаборатории.

1.2.1Структура почвы

Структура почвы является важным и характерным признаком, имеющим большое значение при определении генетической и агропроизводственной характеристики почв. Под структурностью почвы подразумевают ее способность естественно распадаться на структурные отдельности и агрегаты, состоящие из склеенных перегноем и иловатыми частицами механических элементов почвы. Форма структурных отдельностей зависит от свойств самой почвы.

Морфологические типы структур почвенной массы хорошо разработаны С. А. Захаровым, чью классификацию структурных отдельностей мы приводим (приложение 1, табл. 1).

I тип: 1) крупнокомковатая, 2) среднекомковатая, 3) мелкокомковатая, 4) пылеватая, 5) крупноореховатая, 6) ореховатая, 7) мелкоореховатая, 8) крупнозернистая, 9) зернистая, 10) порошистая.

II тип: 11) столбчатая, 12) столбовидная, 13) крупнопризматическая, 14) призматическая, 15) мелкопризматическая, 16) тонкопризматическая.

III тип: 17) сланцевая, 18) пластинчатая, 19) листоватая, 20) грубочешуйчатая, 21) мелкочешуйчатая

 

Таблица 1-Классификация структурных отдельностей почв (С. А. Захаров)

 

Типы	Роды	Виды	Размеры
I. Кубовидный   (равномерное развитие структуры по трем взаимно перпендикулярным осям)	А. Грани и ребра выражены плохо, агрегаты большей частью сложны и плохо оформлены: 1) глыбистая	Крупноглыбистая	Ребро куба >10 см
		Мелкоглыбистая	10-5 см
	2) комковатая	Крупнокомковатая	5-3 см
		Комковатая	3-1 см
		Мелкокомковатая	1-0,5 см
	3) пылеватая	Пылеватая	<0,5 мм
	Б. Грани и ребра хорошо выражены агрегаты ясно оформлены: 4) ореховатая	Крупноореховатая	>10 мм
		Ореховатая	10-7 мм
		Мелкоореховатая	7-5 мм
	5) зернистая	Крупнозернистая	5-3 мм
		Зернистая (крупитчатая)	3-1 мм
		Мелкозернистая (порошистая)	1-0,5мм
II. Призмовидный   (развитие структуры главным образом по вертикальной оси)	А. Грани и ребра плохо выражены, агрегаты сложны и мало оформлены: 6) столбовидная	Крупностолбовидная	>5 см
		Столбовидная	5-3 см
		Мелкостолбовидная	<3 см
	Б. Грани и ребра хорошо выражены:   7) столбчатая	Крупностолбчатая	>5 см
		Столбчатая	5-3 см
		Мелкостолбовидная	<3 см
		Крупнопризматическая	>5 см
III. Плитовидный   (развитие структуры по горизонтальным осям)	9) плитчатая	Сланцеватая	>5 мм
		Плитчатая	5-3 мм
		Пластинчатая	3-1 мм
		Листоватая	<1 мм
	10) чешуйчатая	Скорлуповатая	5-3 мм
		Грубочешуйчатая	3-1 мм
		Мелкочешуйчатая	<1 мм

Каждому типу почв и каждому генетическому горизонту свойственны определенные типы почвенных структур. Для гумусовых горизонтов, например, характерна зернистая, комковато-зернистая, порошисто-комковатая структура; для элювиальных горизонтов — плитчатая, листоватая, чешуйчатая, пластинчатая; для иллювиальных — столбчатая, призматическая, ореховатая, глыбистая и т. д.

1.2.2Механические свойства почв

В результате процессов выветривания плотные горные породы превращаются в рыхлую массу, состоящую из частиц различного размера, которые называются механическими элементами. Механические элементы, близкие по размерам, объединяются во фракции. Совокупность механических фракций представляет механический состав почвы.

Группировка механических элементов по размерам называется классификацией механических элементов. В нашей стране у почвоведов широко применяется классификация проф. Н. А. Качинского (табл. 2).

 

Таблица 2-Классификация механических элементов почв (Н. А. Качинский)

 

Название механических элементов	Размер механических элементов в мм
Камни	> 3
Гравий	3-1
Песок крупный	1-0,5
Песок средний	0,5-0,25
Песок мелкий	0,25-0,05
Пыль крупная	0,05-0,01
Пыль средняя	0,01-0,005
Пыль мелкая	0,005-0,001
Ил грубый	0,001-0,0005
Ил тонкий	0,0005-0,0001
Коллоиды	< 0,0001
Физическая глина	< 0,01
Физический песок	> 0,01

 

По преобладанию частиц той или иной крупности почвы относят к песчаным, суглинистым, глинистым разновидностям и т.д. В почвоведении принята классификация почв по механическому составу, разработанная Н. А. Качинским, по которой все почвы подразделяются на категории в зависимости от содержания в них физической глины, т. е. частиц размером менее 0,01 мм (табл. 3).

 

Таблица 3- Классификация почв по механическому составу (Н. А. Качинский)

 

Название почв по механическому составу	Содержание физической глины (частиц с d < 0,01 мм) в %:
	Подзолистый тип	Степной тип	В солонцах и сильносолонцеватых почвах
Песок рыхлый	0-5	0-5	0-5
Песок связный	5-10	5-10	5-10
Супесчаные	10-20	10-20	10-15
Легкосуглинистые	20-30	20-30	15-20
Среднесуглинистые	30-40	30-45	20-30
Тяжелосуглинистые	40-50	45-60	30-40
Легкоглинистые	50-65	60-75	40-50
Среднеглинистые	65-80	75-85	50-65
Тяжелоглинистые	> 80	> 85	> 65

 

Так, глинистыми почвами в зоне подзолистого типа почвообразования называются такие почвы, в которых содержится более 50% физической глины. В суглинистых почвах физической глины будет содержаться от 20 до 50% и т. д.

Механический состав является очень важным свойством почвы, по которому изучаемая почва относится к той или иной разновидности. Определение механического состава почвы по горизонтам играет большую роль при изучении генезиса (происхождения) почвы, так как механический состав зависит не только от состава материнской породы, но и от процессов почвообразования, происходящих в почве.

Распределение илистой фракции по профилю почвы является хорошим показателем наличия процессов образования вторичных глинистых минералов (т. е. оглинения почвы). В горизонтах оглинения увеличивается содержание илистых частиц по сравнению с их содержанием в почвообразующей породе, что дает основание для выделения метаморфических горизонтов в почвенном профиле. Характер распределения илистой фракции в почве указывает в некоторой степени на интенсивность и качественную направленность процессов почвообразования.

Механический состав почвы является важной характеристикой, необходимой для определения производственной ценности почвы, ее плодородия, способов обработки и т. д. От механического состава почвы зависят почти все физические и физико-механические свойства почвы: влагоемкость, водопроницаемость, порозность, воздушный и тепловой режим, водоподъемная сила и др. В полевых условиях при определенных навыках механический состав можно определить и без специального оборудования, так как почвы различного механического состава отличаются некоторыми механическими свойствами, которые нетрудно определить в поле.

1.2.3Классификация почв

Рассмотрим классификацию почв. Классификация почв помогает систематизировать знания о почвах. В США были разработаны две системы почвенной классификации. Первая из них была опубликована в 1938. В ней все почвы на самом высоком таксономическом уровне разделены на три группы: зональные, интразональные и азональные. Первая группа включает почвы, сформированные в хорошо дренированных позициях и имеющие профили, которые отражают длительное воздействие климата. В интразональных почвах влияние климата модифицировано условиями рельефа, дренажа, содержания солей или каких-либо иных локальных факторов. Азональные почвы, как, например, почвы на современных речных отложениях, из-за отсутствия развитого профиля не отражают климатического воздействия. Классификация 1938 года состоит из следующих таксономических уровней (от самого высокого до самого низкого): порядок, подпорядок, большие почвенные группы, семейства, серии и типы. Эта классификационная система имела широкое применение, особенно ее категория «большая почвенная группа», представляющая собой уровень генерализации, необходимый для изучения и картографирования почв мира. Самые низкие уровни классификации – серии и типы почв – представляют собой ландшафтные единицы, выявляемые почвоведами в поле. Они имеют особенно важное значение для сельскохозяйственного использования.

Вторая классификационная система была разработана в 1960-х годах. В ней на самом высоком таксономическом уровне выделяются десять порядков. Выделение порядков проводилось на основе свойств почв, а не климата и других почвообразующих факторов, как это было в классификации 1938. Классификация включает следующие шесть категорий: порядок, подпорядок, большая почвенная группа, подгруппа, семейство, серия. Почвенная номенклатура этой классификации построена таким образом, что на каждом более низком таксономическом уровне происходит детализация свойств почвы, как в классификациях животных и растений.

Почвы мира могут быть охарактеризованы на основе использования категорий больших почвенных групп классификации 1938 или порядков второй классификационной системы. Категории этих двух систем не находятся в прямом и полном соответствии, их корреляция продемонстрирована в таблице.

 

Таблица 4- Классификация почв

 

Большие почвенные группы классификация 1938	Порядки новая классификация
Зональные почвы	(Нет эквивалента)
Тундровые почвы	(Нет эквивалента)
Пустынные почвы	Аридисоли
Каштановые почвы, черноземы и почвы прерий	Моллисоли
Серо-бурые подзолистые почвы	Альфисоли
Подзолы	Сподосоли
Красные и желтые подзолистые почвы	Ультисоли
Латосоли	Оксисоли
Интразональные почвы
Болотные почвы	Гистосоли
Грумусоли	Вертисоли
Азональные почвы
Аллювиальные почвы	Энтисоли
(Нет эквивалента)	Инсептисоли

 

Тундровые почвы. В их основании имеется постоянно мерзлый слой – многолетняя мерзлота, – который препятствует дренированию вышележащих почвенных горизонтов во время короткого вегетационного периода, когда лед в них протаивает на несколько (или первые десятки) сантиметров. Поверхностный (деятельный) слой почвы представлен слаборазложившимися растительными остатками. Под ним залегает «подпочва» серого цвета со стяжениями железа в виде ржаво-бурых пятен. Зона тундровых почв обрамляет арктический пояс. Местами тундровые почвы встречаются в горах выше границы леса. Естественная тундровая растительность состоит из лишайников, мхов, травянистых растений, в том числе низкорослых яркоцветущих, и кустарников.

Пустынные почвы (аридисоли) в поверхностном или «подповерхностном» горизонтах содержат карбонаты кальция и другие легкорастворимые соли, а горизонт А у них очень слабо прокрашен органическим веществом. Поскольку выпадает мало осадков, эти почвы никогда подолгу не бывают влажными. Естественная растительность состоит из редких кактусов, полыни и пустынных кустарников и полукустарников, а также некоторых приземистых однолетних травянистых растений. Здесь обычно практикуется пастбищное скотоводство. Там, где доступна пресная, слабоминерализованная вода, развито интенсивное орошаемое земледелие. Обычно вода отводится из рек и ручьев, берущих начало в горах, где выпадает больше осадков.

Каштановые почвы, черноземы и почвы прерий (моллисоли) характеризуются мощным богатым органикой верхним горизонтом, в результате выщелачивания лишенным карбонатов кальция и легкорастворимых солей. Различаются они свойствами «подпочвенного» горизонта. Он может быть обогащен карбонатами кальция в самой верхней части (каштановые почвы), а если имеются слои, обогащенные глиной, то карбонаты кальция вымываются ниже их (как, например, в почвах прерий). В ряду рассматриваемых почв каштановые соответствуют наиболее сухим климатическим условиям, а почвы прерий – наиболее влажным, когда количество осадков несколько превышает эвапотранспирацию (потери воды через испарение и транспирацию). Естественная растительность прерий представлена в основном злаками. Обычно здесь развивается пастбищное животноводство, но значительная часть таких почв в настоящее время распахана, и крупнейшие районы мирового производства зерна приурочены к их ареалам. Однако из-за недостаточного количества осадков часто снижается урожайность культур.

Каштановые, черноземные и почвы прерий различаются и по термическому режиму. Для одних характерны постоянно теплые климатические условия с чередованием влажного и сухого сезонов, например в саваннах. Эти почвы обычно беднее тех, которые распространены в условиях четко выраженного зимнего понижения и летнего повышения температур. Такие почвы плодородны: на них получают высокие урожаи, особенно кукурузы и пшеницы.

Серо-бурые подзолистые почвы (альфисоли) являются умеренно выщелоченными и имеют кислую реакцию по всему профилю и характеризуются аккумуляцией иллювиальной глины в горизонте В. Горизонты А слабо прокрашены органическим веществом. Они сформировались в районах с влажным умеренным климатом под листопадными лесами, многие из которых к настоящему времени вырублены. Ландшафты часто представляют собой чередование распаханных земель, пастбищ и лесов. Эти почвы быстро реагируют на известкование и удобрение. Значительные территории их распространения густо населены, особенно в Северной Америке и Европе.

Подзолы (сподосоли) имеют горизонт В, обогащенный иллювиально накопленными железом, алюминием и органическим веществом, вынесенными из верхних горизонтов. Подзолы формируются в холодных гумидных регионах под хвойными или смешанными хвойно-широколиственными лесами. Эти почвы очень кислые и выщелочены, а в естественных условиях над выщелоченным горизонтом А часто имеется органогенный горизонт. В условиях холодного влажного климата органическое вещество слабо разлагается, и органические кислоты способствуют выносу железа из горизонта А в горизонт В. При этом происходит образование металлоорганических соединений в форме хелатов, в которых один атом металла удерживается двумя атомами органической молекулы. Лесной опад является важной составляющей баланса вещества подзолов. На некоторых территориях леса вырублены, а почвы культивируются или используются под выпас скота. Для повышения плодородия подзолов необходимо внесение удобрений.

Красные и желтые подзолистые почвы (ультисоли) сходны с серо-бурыми подзолистыми почвами, но в отличие от них более выщелочены и характеризуются более красными тонами за счет обогащения горизонтов В железом. В районах их распространения естественная растительность состояла из смешанных хвойно-широколиственных лесов, которые в значительной степени сохранились до сих пор. Эти почвы нуждаются в удобрении. Возрастающее применение минеральных удобрений быстро повышает продуктивность таких почв на юго-востоке США, где сравнительно продолжительный вегетационный период способствует развитию земледелия.

Латосоли (оксисоли). Из горизонтов В латосолей почти все растворимые минералы выщелочены. Оксиды и гидроксиды железа и алюминия накапливаются в пористой оструктуренной «подпочве», которая обычно имеет красный цвет и содержит много глины. Эти почвы распространены в теплых и влажных климатических условиях, хотя в некоторых районах четко выражены влажный и сухой сезоны. В таких обстановках органическое вещество быстро разлагается, и в результате растения обеспечиваются большинством питательных элементов. При сведении естественной растительности происходит потеря значительного количества органического вещества, а следовательно, за несколько лет утрачивается и плодородие почвы. Поэтому в Африке и Азии веками практиковалась переложная система земледелия, при которой пахотные земли забрасывали на несколько лет – пока там не восстанавливалась естественная растительность. За это время происходило постепенное накопление питательных элементов, и затем эти земли на несколько лет снова включались в сельскохозяйственный оборот.

Болотные почвы (гистосоли) – органогенные почвы, сформировавшиеся там, где продукция органического вещества была высокой, а скорость его разложения – низкой из-за избыточного увлажнения. Небольшие участки этих почв широко распространены на внутриматериковых болотах или на маршах побережий. Применение дренажа и контроль за уровнем грунтовых вод повышают плодородие этих почв, которые особенно пригодны для выращивания овощных культур.

Грумусоли (вертисоли) характеризуются высоким содержанием набухающих глин монтмориллонитового состава. Они встречаются в тех регионах, где отчетливо выражены влажный и сухой сезоны. При высыхании такие почвы растрескиваются на большую глубину. При увлажнении трещины закрываются. Значительные площади грумусолей встречаются на юге США, в Индии и Австралии.

Аллювиальные почвы (энтисоли) – азональные почвы, представляющие собой аллювиальные отложения без дифференциации на почвенные горизонты и распространенные вдоль рек в широком диапазоне климатических условий. Они отличаются разнообразием текстур. Обычно это самые плодородные региональные почвы благодаря ежегодному отложению свежих наносов во время паводков. Аллювиальные почвы широко используются для выращивания пищевых культур. В настоящее время для сохранения хозяйственной ценности этих почв необходимы ирригация и защита от паводков.

Инсептисоли – порядок новой классификационной системы почв, не имеющий эквивалента в классификации 1938. Это слабо развитые почвы, которые могут встречаться в разных климатических условиях. Многие инсептисоли формируются на аллювиальных отложениях.

1.3. Понятие об экологическом состоянии гео- и экосистем

Антропогенные нагрузки и их последствия в значительной сте­пени определяют состояние современных гео- и экосистем. Поня­тие «состояние» характеризует прежде всего временной аспект функционирования и развития природных и природно-антропогенных объектов. Состояние гео- и экосистем — это характеристи­ка их важнейших свойств за определенный более или менее дли­тельный промежуток времени, формирующихся под влиянием как естественных, так и антропогенных факторов.

Понятие «экологическое состояние» характеризует условия жизнеобитания людей в пределах определенной конкретной террито­рии или акватории. С позиций геоэкологии, важнейшим факто­ром, формирующим свойства природно-антропогенных гео- и экосистем, выступает хозяйственная деятельность человека. Есте­ственно, что ее последствия в первую очередь определяют усло­вия жизнеобеспечения населения. В связи с этим экологическое со­стояние гео- и экосистем можно рассматривать как совокупность показателей, характеризующих последствия их антропогенных изменений за определенный более или менее длительный проме­жуток времени (А. Г. Емельянов, О.А.Тихомиров, 2000).

Состояние природных и природно-антропогенных гео- и эко­систем — это динамическая категория (Т.Д.Александрова, 1990; А. Г. Исаченко, Г. А. Исаченко, 1995 и др.). Всякое состояние преходяще и имеет определенную длительность.. Наиболее подвижны такие компоненты среды, как воздух, воды, биота. Их состояние может меняться в течение короткого времени — от нескольких часов до нескольких месяцев. Состояние почв, верхнего слоя гор­ных пород, форм микро- и мезорельефа остается относительно стабильным за период от нескольких месяцев до нескольких лет (и даже нескольких десятков лет). Как показывают наблюдения, продолжительность антропогенных изменений в природных ком­плексах в большинстве случаев составляет не менее 3 — 5 лет. По­этому практически наиболее приемлемо (особенно для гео- и экосистем регионального уровня) изучение состояний длительно­стью в несколько лет. Они могут быть описаны либо усредненны­ми за этот период показателями, либо показателями, полученны­ми на момент проведения исследований (например, раз в 5 лет). Целесообразно различать экологические (геоэкологические), са­нитарно-гигиенические и медико-демографические показатели со­стояния гео- и экосистем. К первой группе можно отнести такие показатели, как площади деградированных земель, стадии дигрес­сии пастбищ и рекреационных угодий, площади вырубленных и сгоревших лесов, потеря почвенного плодородия, уменьшение био­логической продуктивности биоценозов, степень антропогенного евтрофирования водоемов и др. Во вторую группу входят величины кратности предельно допустимых концентраций загрязняющих веществ в воздухе, водах, почвах, продуктах питания. Третью группу составляют показатели здоровья населения, детской смертности, генетических нарушений, продолжительности жизни населения.

Выбор показателей экологического состояния в значительной степени определяется уровнем и соответствующим ему рангом гео- и экосистем. На региональном уровне широко используются по­казатели, относящиеся к первой и третьей группам. В качестве операционных территориальных единиц здесь чаще всего высту­пают административные районы и области, по которым регуляр­но собирается и накапливается значительная по объему эколо­гическая информация. На локальном и элементарном иерархиче­ских уровнях наиболее важное значение имеют показатели второй группы, однако для их получения необходимы специальные на­блюдения.

Характеристика экологического состояния геосистем макрорегионального уровня основана на более общих показателях, при­чем нередко приходится сталкиваться с недостатком информации и использовать косвенные критерии. А. Г. Исаченко и Г. А. Исачен­ко (1995) выделяют две категории таких критериев.

К первой категории относятся показатели антропогенных на­грузок. В случаях, когда нет прямых данных об экологическом эф­фекте различных источников антропогенного воздействия, о воз­можных последствиях приходится судить косвенно, по характеру самого источника. Вторая категория критериев характеризует реакцию населения на качество среды обитания. Это прежде всего медико-географи­ческие показатели, т. е. данные о заболеваемости людей «экологи­ческими» болезнями техногенного происхождения. Разумеется, данные показатели используют с большой осторожностью, так как связи между экологическим состоянием территории и здоро­вьем населения носят опосредованный (через социальную среду) характер.

 

 

Таблица 5- Ориентировочные характеристики остроты экологических ситуаций

 

Категория экологиче­ской ситуа­ции	Суммарный показатель загрязнен­ности почв	Снижение продуктив­ности эко­систем, % в год	Нарушен­ные земли, % от площади	Степень нарушения ландшафтов	Состояние здоровья населения
Удовлетворительная	Сущест­венно < 16	<1,0	<2,0	Норма	Норма
Напряжен­ная	Около 16	1,0-1,5	2-5	Изменение свойств компонен­тов	Отдельные признаки ухудшения здоровья
Критическая	16-32	1,5-3,5	5-20	Нарушение структуры вторичных компонен­тов	Ухудшение здоровья отдельных групп на­селения
Кризисная	32-128	3,5-7,5	20-50	Деграда­ция ланд­шафтов	Повсемест­ное ухуд­шение здо­ровья на­селения
Катастрофи­ческая	> 128	>7,5	>50	Нарушение структуры и функций ландшаф­тов	Рост смерт­ности и со­кращение продолжи­тельности жизни

 

Таблица 6- Значение ранга антропогенной преобразованности и индекса глубины преобразованности ландшафтов

 

Ландшафты по видам природопользования	Ранг преобразованности	Индекс глубины преобразованности
Природоохранные ландшафты	1	1,00
Ландшафты хвойных лесов, неосушенные болота	2	1,05
Ландшафты мелколист­венных лесов	3	1,10
Лугово-пастбищные ландшафты	4	1,15
Ландшафты коридоров ЛЭП	5	1,20
Пахотные ландшафты	6	1,25
Осушенные болота	7	1,30
Сельские селитебные и садово-дачные комп­лексы	8	1,35
Городские селитебные и дорожные ландшафты	9	1,45
Промышленные пло­щадки	10	1,55
Ландшафты с глубоко преобразованной литогенной основой (кана­лы, карьеры, отвалы и др.)	11	1,65

 

1.4. Оценка экологического состояния гео- и экосистем

 

Поскольку антропогенное воздействие на природу часто вле­чет за собой негативные последствия, возникает необходимость оценки экологического состояния гео- и экосистем и их компо­нентов. Оценка рассматривается как выявление степени благопри­ятности или неблагоприятности последствий трансформации при­родных систем с точки зрения условий жизни и деятельности населения. использования территории и акватории и их ресурсов.

Оценка предполагает наличие объекта (что оценивается) и субъекта (с каких позиций оценивается). В качестве объектов вы­ступают гео- и экосистемы и их компоненты разной степени трансформации. Субъектами чаще всего служат виды хозяйствен­ной деятельности человека и сам человек (точнее, население конкретной территории). В связи с этим выделяют два направле­ния оценки — технологическое (производственное) и социально-экологическое. В первом случае субъектами выступают различ­ные виды производства (строительство, сельское хозяйство и др.). Во втором случае изучение последствий хозяйственной деятель­ности проводят с позиций, определяющих условия жизни и здо­ровья населения. Отсюда оценка — соотнесение показателей из мнения свойств гео- и экосистем с состоянием или требования­ми субъекта. Одна и та же система разными субъектами может быть оценена неодинаково, поэтому ее оценка может быть много­значной, в то время как результат измерения однозначен.

Сущность оценки состоит в сравнении показателей фактиче­ского состояния окружающей среды с заранее определенными кри­териями, т.е. с признаками, на основе которых проводится срав­нение. В качестве критериев могут выступать показатели исходно­го состояния наблюдаемых объектов, их естественные (фоновые) характеристики, а также различные нормативные показатели, характеризующие допустимые меры воздействия человека на при­родные системы.

Критерии оценки экологического состояния можно разделить на покомпонентные (частные) и комплексные (суммарные, ин­тегральные). Оп­тимальным следует считать совместное использование покомпо­нентных и комплексных критериев.

В настоящее время в практике оценочных исследований в каче­стве признаков для сравнения чаще всего применяют норматив­ные показатели — санитарно-гигиенические и экологические кри­терии.

Санитарно-гигиенические критерии устанавливают исходя из требований экологической безопасности населения (т.е. приме­нительно к здоровью человека). К ним в первую очередь относят­ся нормы предельно допустимых концентраций (ПДК) загрязня­ющих веществ в воздухе, водах, почвах и продуктах питания, а также нормы предельно допустимых выбросов (ПДВ) в воздух и предельно допустимых сбросов (ПДС) в водоемы. ПДК — это мак­симальная концентрация веществ, не влияющая негативно на здо­ровье людей настоящего и последующих поколений при воздей­ствии на организм человека в течение всей его жизни. ПДВ и ПДС называют максимальные объемы поступающих веществ в единицу времени (соответственно в воздух и водоемы), которые не ведут к превышению их ПДК в сфере влияния источника загрязнения. Степень загрязнения природной среды принято оценивать по кратности превышения ПДК, ПДВ и ПДС, классу опасности (ток­сичности) веществ, допустимой повторяемости концентраций заданного уровня, количеству загрязняющих веществ. В случае од­новременного присутствия нескольких загрязняющих веществ (что весьма распространено) используются так называемые суммар­ные показатели. Так, при наличии веществ с одинаковой степе­нью вредности суммарный показатель загрязнения C_s может быть определен по следующей формуле:

где С_i — фактическая концентрация i-го загрязнителя.

Санитарно-гигиенические критерии, несмотря на широкое их применение в практике природопользования, лишь частично от­вечают требованиям экологической оценки. Значения ПДК тер­риториально не дифференцированы, они не учитывают влияния реальной физико-географической ситуации (климат, геохими­ческие условия, состав природных вод и др.). При их разработке часто не принимаются во внимание процессы превращения за­грязняющих веществ при переходе из одной среды в другую, их миграционные свойства, способность накапливаться в отдель­ных компонентах экосистем и вызывать вторичное загрязнение. Наконец, санитарно-гигиенические нормы, установленные при­менительно к организму человека, не учитывают свойств других организмов. В связи с этим для оценки состояния окружающей среды наряду с ПДК, ПДВ и ПДС необходимо использовать и экологи­ческие критерии.

Экологические критерии — структурно-функциональные пока­затели гео- и экосистем, характеризующие их естественное или измененное состояние.

Покомпонентные экологические критерии используют для оценки состояния воздуха, почв, вод, биоты. К ним относятся такие показатели, как содержание диоксида углерода в атмосфер­ном воздухе и биогенных веществ в водах водоемов, процент де­градированных земель, содержание гумуса в почвах, лесистость территорий, видовое разнообразие растений и животных и мно­гие другие. По их колебанию можно с большой достоверностью установить изменения природных систем под влиянием как есте­ственных, так и антропогенных факторов.

К комплексным экологическим критериям относятся показа­тели, характеризующие состояние гео- и экосистем в целом. Они могут быть получены на основе суммирования покомпонентных критериев или путем нахождения общесистемных индикаторов. Один из способов получения суммарного показателя (X_s) пред­ставляет собой расчет по следующей формуле:

где п — число покомпонентных критериев; х_i— показатель ком­понента (в относительных величинах); К_i — массовый коэффици­ент показателя.

Рассмотренные критерии дают возможность оценить степень и направление изменений природных комплексов и их компонен­тов как во времени, так и в пространстве.

 

 

2. Лабораторные работы

2.1 Лабораторная работа №1 Определение кислотности (рН) почвы.

Цель работы: Познакомиться с методикой определения рН почвы.

Оборудование и реактивы: Образец почвы; большая стеклянная колба с пробкой; воронка; фильтр;универсальная индикаторная бумага; шкала значений рН.

2.1.1 Общие положения. Химические свойства почвы зависят от содержания в ней минеральных веществ, которые находятся в виде раствореных гидратированных ионов. Одной из важных характеристик химического состава почв является реакция ее среды, т.е. кислотность почвы. В среднем рН почв близок к нейтральному значению. Такие почвы наиболее богаты обитателями. Известковые почва имеют рН =4-6, т.е. они слабо щелочные; торфяные почвы имеют рН = 4-6, т.е. они слабо кислые. Соответственно, основные и кислые почвы имеют специфический, приспособленный к тем или другим состав почвенных организмов. При значении рН меньше 3 (сильно кислые почвы) и больше 9 (сильно щелочные) из-за высоких концентраций ионов водорода или гидроксид-ионов повреждаются клетки живых организмов.

Кроме того, рН почвы сказывается и на степени доступности биогенных элементов. При рН меньше 4 почва содержит так много ионов алюминия Al3+, что она становится высокотоксичной для большинства растений. При еще более низких значениях рН в токсичных концентрациях могут содержаться ионы железа Fe3+, марганца Mn2+, а также фосфат-ионы (РО43-) оказываются связанными в малорастворимые соединения (фосфаты и гидрофосфаты) – тогда растения страдают от их недостатка.

Степень кислотности почв является весьма важным показателем, так как характеризует многие генетические и производственные качества почвы. Как правило, в кислых почвах отсутствуют хлориды, сульфаты, карбонаты. В нейтральных почвах присутствуют карбонаты. В почвах с щелочной реакцией накапливаются не только карбонаты, но также сульфаты и хлориды. Различные растения нормально развиваются в определенных значениях рН. Установлено влияние концентрации водородных ионов в почвенном растворе не только на высшие растения, но и на микробиологические процессы, а вместе с тем и на весь ход почвообразования.

В среднем значение рН почв близко к нейтральному показателю. Такие почвы наиболее богаты обитателями. Известковые почва имеют рН =4-6, т.е. они слабо щелочные; торфяные почвы имеют рН = 4-6, т.е. они слабо кислые. Соответственно, основные и кислые почвы имеют специфический, приспособленный к тем или другим состав почвенных организмов. При значении рН меньше 3 (сильно кислые почвы) и больше 9 (сильно щелочные) из-за высоких концентраций ионов водорода или гидроксид-ионов повреждаются клетки живых организмов.

Кроме того, рН почвы сказывается и на степени доступности биогенных элементов. При рН меньше 4 почва содержит так много ионов алюминия Al3+, что она становится высокотоксичной для большинства растений. При еще более низких значениях рН в токсичных концентрациях могут содержаться ионы железа Fe3+, марганца Mn2+, а также фосфат-ионы (РО43) оказываются связанными в малорастворимые соединения (фосфаты и гидрофосфаты) – тогда растения страдают от их недостатка.

Для справки:

Реакция почвы оказывает большое влияние на развитие растений и почвенных организмов, на скорость и направленность происходящих в ней химических и биохимических процессов.

В природных условиях рН почвенного раствора колеблется от 3 (в сфагновых торфах) до 10 (в солонцовых почвах). Чаще всего кислотность не выходит за пределы 4-8.

 

Таблица 7- Зависимость кислотности почв от значения

 

рН	Степень кислотности
меньше 4,5	сильнокислые
4,5-5,0	среднекислые
5,1-5,5	слабокислые
5,6-6,0	ближе к нейтральным
6,1-7,0	нейтральные
больше 7,1	щелочные

Рисунок 1- Взаимосвязь значения кислотности почвы и цвета лакмусового индикатора

 

 

 

Растения – индикаторы почв.

Дикорастущие растения получили название индикаторных, поскольку по ним можно судить о характере и состоянии почвы, на которой они произрастают.

Ацидофилы крайние (рН 3,5-4,5) - сфагнум, зеленые мхи, плаун, кошачьи лапки, хвощ полевой, щавель малый.

Ацидофилы умеренные (рН 4,5-6,0) – черника, брусника, багульник, сушеница, калужница болотная, сердечник луговой, вейник наземный.

Ацидофилы слабые (рН 5,0-6,7) – папоротник мужской, медуница неясная, зеленчук, колокольчик широколистный, малина смородина, иван-да-марья, кисличка заячья.

Нейтрофильные (рН 6,0-7,3) - сныть европейская, клубника зеленая, клевер горный, борщевик сибирский, цикорий, мятник луговой.

Нейтрально-базофильные (рН 6,7-7,8) - мать и мачеха, люцерна серповидная, осока мохнатая, гусиная лапка.

Базофильные (рН 7,8-9,0) - бузина сибирская, вяз шершавый, бересклет бородавчатый, горчица полевая, льнянка.

 

Точное определение кислотности почвы можно произвести только с помощью эффективных приборов. Например вот этого:

 

 

 

Рисунок 2 - Измеритель кислотности (Ph) грунта

 

Позволяет контролировать кислотность почвы. Прибор работает без батарей или электричества. Длинный щуп позволяет производить измерения на разных уровнях.

 

Однако с достаточной точностью для садовода есть более простые методы определения кислотности почвы - это можно сделать при помощи лакмусовой бумажки.

Помимо этого, существует простейший способ анализа почвы на кислотность, который дает приблизительную характеристику почвы. Для осуществления настоящего способа следует взять комочек сухой земли и его полить уксусом. Если почва щелочная, она будет издавать некоторый шум и слегка пениться, что, по сути, и объясняется обыкновенной химической реакцией.

 

Таблица 8 – Соответствие цвета и кислотности почвы

Цвет		Кислотность почвы
Красный		Высокая
От розового до оранжевого		Средняя
Желтый		Слабая
Зеленовато-голубой	Нейтральная
Синий	Нейтральная, ближе к щелочной

 

2.1.2 Ход работы

1 Отбор образцов почвы.

Пробы почвы отбираются на участке в его пяти точках по диагонали или по «конверту» (четыре точки по углам и одна в центре).выбор места отбора проб

пробы отбирают пробоотборником, пробу помещают в пакеты, предварительно промаркированные (должно быть написано место отбора, дата, номер пробы)

2. Определения рН почвы.
3. Поместите в колбу примерно 10 г почвы.
4. Добавьте в колбу 25 мл дистиллированной воды.
5. Закройте колбу пробкой, энергично встряхните и дайте отстояться содержимому в течение нескольких часов.
6. Отфильтруйте содержимое колбы и определите рН почвенной вытяжки с помощью универсальной индикаторной бумаги.
7. Определите, к какому типу кислотности относится данный почвенный образец, сравнив с данными таблицы 5.
8. Назовите растения, которые могут произрастать на исследуемых почвах.

2.1.3 Оформление отчета

 

Результаты проделанной работы

Отчет должен содержать характеристику исследуемых участков по следующим пунктам:

а) название объекта;

б) местоположение (координаты, адрес);

в) подробные сведения об объекте (историческая, географическая, биологическая, промышленно-транспортная, рекреационная и др. характеристика);

 

Таблица 9-Определение кислотности (рН) почвы

 

Место отбора пробы
Значение рН (цвет)
Значение рН (число)
Растения - индикаторы почв

 

г) Выводы по работе.

 

2.2Лабораторная работа №2

Определение механического состава почвы

Цель работы: Познакомиться с методикой определения механического состава почвы.

 

2.2.1 Общие положения

 

Почва как компонент природно-техногенной системы

Почва - это малая динамическая система. В. В. Докучаев формулировал «понятие о почве как вполне самостоятельном естественно-историческом теле, которое является продуктом совокупной деятельности: 1) грунта (материнских горных пород, почвообразующих пород), 2) климата, 3) растительных и животных организмов, 4) времени, а отчасти и 5) рельефа местности», т. е. возникновение почвы происходит в результате действия всех пяти факторов.

Позже к этим пяти были добавлены еще два: воды (почвенные и грунтовые) ихозяйственная деятельность человека.

Почвообразующие породы представляют собой тот субстрат, на котором происходит формирование почвы. Эти породы являются как бы фундаментом и каркасом сложного природного сооружения - почвы. Однако почвообразующая порода не есть скелет почвы, инертный к развивающимся в ней процессам. Она состоит из разнообразных минеральных компонентов, различным образом участвующих в процессе почвообразования. Среди них имеются частицы, практически инертные к химическим процессам, но играющие важную роль в образовании физических свойств почвы. Другие составные части почвообразующих пород легко разрушаются и обогащают почву определенными химическими элементами, таким образом, состав и строение почвообразующих пород оказывает чрезвычайно сильное влияние на процесс почвообразования.

Несмотря на большую важность почвообразующих пород, ведущую роль в почвообразовании играет биологическая деятельность. Без жизни не было бы и почвы. Почвообразование на Земле началось после появления жизни. Любая горная порода, как бы глубоко разложена и выветрена она ни была, еще не будет почвой. Только длительное взаимодействие материнских пород с растительными и животными организмами в определенных климатических условиях создает специфические качества, отличающие почву от горных пород.

Важное значение климатических условий для почвообразования давно обратило на себя внимание. С климатом связано обеспечение почвы энергией (теплом) и в значительной мере водой. От годового количества поступающего тепла и влаги, особенностей их суточного и сезонного распределения зависит развитие почвообразовательного процесса. Наличие морозного периода обуславливает промерзание почвы, прекращение биологических и резкую подавленность физико-химических процессов. Аналогичный результат получается в засушливых районах в период отсутствия осадков. Движение воздушных масс (ветер) влияет на газообмен почвы и захватывает мелкие частицы почвы в виде пыли. Но климат оказывает влияние на почву не только непосредственно, но и косвенно, воздействуя на биологические процессы (распределение высших растений, интенсивность микробиологической деятельности).

Определенное влияние на почвообразование оказывают почвенно-грунтовые воды. Вода является средой, в которой протекают многочисленные химические и биологические процессы в почве. Для большей части почв на междуречных пространствах основным источником воды служат атмосферные осадки. Однако там, где грунтовые воды расположены не глубоко, они оказывают сильное воздействие на почвообразование. Под их влиянием меняется водный и воздушный режимы почв. Грунтовые воды обогащают почвы химическими соединениями, которые в них содержатся, в отдельных случаях вызывают засоление. В переувлажненных почвах содержатся недостаточное количество кислорода, что обуславливает подавление деятельности некоторых групп микроорганизмов. В результате воздействия грунтовых вод формируются особые почвы.

Влияние рельефа сказывается главным образом на перераспределении тепла и воды, которые поступают на поверхность суши. Значительное изменение высоты местности влечет за собой существенное изменение температурных условий. С этим связано явление вертикальной зональности в горах. Сравнительно незначительное изменение высоты сказывается на перераспределении атмосферных осадков. Большое значение для перераспределения солнечной энергии имеет экспозиция склона. Очень часто степень воздействия на почву грунтовых вод определяется особенностями рельефа.

Совершенно особый фактор почвообразования - время. Все процессы, протекающие в почве, совершаются во времени. Чтобы сказалось влияние внешних условий, чтобы в соответствии с факторами почвообразования сформировалась почва, требуется определенное время. Так как географические условия не остаются постоянными, а меняются, то происходит эволюция почв во времени.

От всех остальных факторов резко отличается влияние на почву человека, точнее, человеческого общества. Если влияние природных факторов на почву проявляется стихийно, то человек в процессе своей хозяйственной деятельности действует на почву направленно, изменяет ее в соответствии со своими потребностями. С развитием науки и техники, с развитием общественных отношений использование почвы и ее преобразование усиливаются.

Следовательно, можно заключить, что почва - это особое природное образование, где процессы цикличной миграции химических элементов на поверхности суши, обмена веществ между компонентами ландшафта достигают наивысшего напряжения. Одновременно с энергичным перераспределением вещества в почве активно трансформируется и аккумулируется солнечная энергия.

Основные химические и биологические процессы в почве могут совершать только при наличии свободной воды. Почвенная вода является той средой, в которой осуществляется миграция и дифференциация химических элементов в процессе почвообразования. Многие вещества содержатся в свободной воде в виде истинных и коллоидных растворов, поэтому свободную почвенную воду правильнее назвать почвенным раствором. Почвенный раствор играет настолько важную роль в почвообразовании и питании растений, что Г. Н. Высоцкий образно назвал его кровью почвы.

Почва обладает буферностью, т.е. свойством сохранять свою реакцию при сравнительно небольшом добавлении кислот или щелочей. Буферность почв обуславливается в основном составом поглощенных оснований. При воздействии кислоты на почву с нейтральной реакцией произойдет обмен поглощенных оснований на ион водорода кислоты, а в растворе образуется нейтральная соль:       Ca²+ + 2HNO3 = 2H+ + Ca(NO3)2

поглощенный                             поглощенные

В силу того, что ионы водорода будут изъяты из раствора и адсорбированы почвой, концентрация ионов водорода существенно не изменится. При взаимодействии щелочной соли с кислой почвой произойдет обмен между основаниями солей и поглощенными ионами водорода, в результате чего основания будут сорбированы, а вытесненные ионы водорода перейдут в раствор и увеличат кислотность почв до исходного уровня. Таким образом , буферность косвенно служит критерием загрязнения почвы.

Почвенные загрязнения антропогенного характера можно разделить по источнику их поступления в почву:

с атмосферными осадками. Многие химические соединения, попадающие в атмосферу в результате работы предприятий, затем растворяются в капельках атмосферной влаги и с осадками попадают в почву. Это в основном газы – оксиды серы, азота и др. Большинство из них не просто растворяются, а образуют кислоты.

осаждающиеся в виде пыли и аэрозолей. Твердые и жидкие соединения при сухой погоде обычно оседают в виде пыли и аэрозолей. Котельные и автомобили значительно пополняют почвенные загрязнения.

с растительным опадом. Вредные соединения в любом агрегатном состоянии поглощаются листьями через устьица или оседают на поверхности. Затем, когда листья опадают, все эти соединения поступают опять в почву.

мусором, выбросами, отвалами, отстойными породами. В эту группу входят различные загрязнения смешанного характера, включающие как твердые, так и жидкие вещества, засоряющие поверхность почвы, затрудняющие рост растений на этой площади.

тяжелыми металлами (кадмием, медью, хромом, никелем, кобальтом, ртутью, мышьяком, марганцем). Данный вид загрязнений представляет значительную опасность для человека и других живых организмов, т.к. тяжелые металлы нередко обладают высокой токсичностью и способностью к кумуляции в организме. Наиболее распространенное автомобильное топливо – бензин – включает в себя очень ядовитое соединение – тетраэтилсвинец, содержащий тяжелый металл – свинец, который попадает в почву и накапливается в листьях.

Экологический ущерб от ухудшения и разрушения почв и земель под действием антропогенных (техногенных) нагрузок выражается главным образом в деградации почв и земель; их загрязнении химическими веществами; захламлении земель несанкционированными свалками, другими видами несанкционированного и нерегламентированного размещения отходов.

При любой производственной деятельности происходит механическое разрушение и засорение почвы. Та часть территории, которая занята техническим или любым гражданским сооружением, теряет плодородный слой. Поэтому оценка степени разрушения естественного ландшафта является одной из характеристик антропогенной нагрузки обследуемой территории.

Для того чтобы определить долю измененного ландшафта измеряем общую площадь участка и размер поврежденной территории.

 

Таблица 10 -Нормативы по ГОСТу для почвы

Наименование почво-грунтов	Содержание глинистых частиц, в % по весу (размер <0,01мм)
Песок	Менее 3
Супесь	3-10
Суглинок легкий	10-30
Суглинок легкий	30-45
Суглинок тяжелый	45-60
Глина легкая	60-75
Глина средняя	75-85
Глина тяжелая	Более 85

Для справки:

Реакция почвы оказывает большое влияние на развитие растений и почвенных организмов, на скорость и направленность происходящих в ней химических и биохимических процессов.

В природных условиях рН почвенного раствора колеблется от 3 (в сфагновых торфах) до 10 (в солонцовых почвах). Чаще всего кислотность не выходит за пределы 4-8.

Дикорастущие растения получили название индикаторных, поскольку по ним можно судить о характере и состоянии почвы, на которой они произрастают.

Механический состав почвы — это относительное содер­жание в ней механических элементов различного размера. От­мечают, что в полевых условиях и в лаборатории можно с доста­точной точностью определить механический состав по внешним признакам и на ощупь. К освоению предлагают два метода.

2.2.2 Ход работы

 

Сухой метод. Сухой комочек или щепоточку мелкозема почвы испытывают на ощупь, кладут на ладонь и тщательно растирают пальцами. При необходимости плотные агрегаты раз­давливают в ступке.

Механический состав почвы или породы определяется по ощущению при растирании, состоянию сухой почвы, по ко­личеству песка с учетом данных таблицы 11.

 

Механический состав	Состояние сухого образца	Ощущение при растирании сухого образца
Песок	Сыпучие	Состоит почти исключительно из песка
Супесь	Комочки слабые. легко раздавливаются	Преобладают песчаные частицы. Мелкие частицы являются примесью
Легкий песчанистый суглинок	Комочки разрушаются с небольшим усилием	Преобладают песчаные частицы. Глинистых частиц 20—30 %
Средний песчанистый суглинок	Структурные отдельности разрушаются с трудом, намечается угловатость их формы примерно половина	Песчаные частицы еще хорошо различимы. Глинистых частиц
Тяжелый песчанистый суглинок	Агрегаты плотные, угловатые	Песчаных частиц почти нет. Преобладают глинистые частицы
Глина	Агрегаты очень плотные,	Тонкая однородная масса, песчаных частиц нет

 

Мокрый метод. Образец растертой почвы увлажняют и перемешивают до тестообразного состояния, при котором по­чвы обладают наибольшей пластичностью. При определен механического состава карбонатных почв и пород вместо воды применяют 10%-ю НС1 с целью разрушения водопрочных аг­регатов. Из подготовленной почвы на ладони скатывают шарик и пробуют раскатать его в шнур толщиной около 3 мм, затем свернуть в кольцо диаметром 2—3 см. В зависимости от механи­ческого состава почвы или породы, показатели мокрого спо­соба будут различны.

Песок не образует ни шарика, ни шпура. Супесь образует шарик, который раскатать в шнур не удается. Получаются только зачатки шнура. Легкий суглинок раскатывается в шнур, но пос­ледний очень непрочен, легко распадается на части при раска­тывании или при взятии с ладони. Средний суглинок образует сплошной шнур, который можно свернуть в кольцо. Кольцо с трещинами и переломами. Тяжелый суглинок легко раскатыва­ется в шнур. Кольцо с трещинами. Глина образует длинный шнур. Кольцо без трещин.

Необходимо быть внимательным при определении меха­нического состава пылеватых суглинков и супесей. При расти­рании они дают ощущение мучнистости из-за большого коли­чества крупной пыли (> 40 %), при этом песок не ощущается или его очень мало. Различают эти разновидности по сухому методу следующим образом. Пылеватые супеси и легкие пылеватые суглинки образуют непрочные комочки, которые при раздавливании пальцами легко распадаются. При растирании супеси производят шуршащий звук и ссыпаются с руки. При растирании легких суглинков ощущается ясно различимая ше­роховатость, глинистые частицы втираются в кожу. Средние пылеватые суглинки также дают ощущение мучнистости, но производят ощущение тонкой муки со слабозаметной шерохо­ватостью. Комки средних сугликов раздавливаются с некото­рым усилием. Тяжелые пылеватые суглинки в сухом состоянии с трудом поддаются раздавливанию, образуют хорошо выра­женные структурные отдельности с острыми ребрами, при растирании дают ощущение тонкой муки. Шероховатость не ощущается.

 

Таблица 12- Определение гранулометрического состава почв методом раскатывания

 

Название почвы	Скатывание шнура	Образование шнура	Деформация шнура
Песок	Не скатывается	Не образует шнура	-
Супесь	Не скатывается	Образует фрагменты шнура	-
Лёгкий суглинок	Образует шнур	Растрескивается на фрагменты при скатывании	Шнур нельзя свернуть в кольцо
Средний суглинок	Образует шнур	Не растрескивается при скатывании	Разламывается при свёртывании в кольцо
Тяжёлый суглинок	Образует шнур	Не растрескивается при скатывании	Образует шнур с трещинами по внешней поверхности
Глина	Образует шнур	Не растрескивается при скатывании	Легко свернуть в кольцо без трещин

 

2.2.3 Оформление отчета

ляет производить измерения на

Результаты проделанной работы

Отчет должен содержать характеристику исследуемых участков по следующим пунктам:

а) название объекта;

б) местоположение (координаты, адрес);

в) подробные сведения об объекте (историческая, географическая, биологическая, промышленно-транспортная, рекреационная и др. характеристика);

 

 

Таблица 13- Диагностика механического состава почв и пород мокрым методом

 

№ образна	Диагностические признаки			Название почвы породы по механическому составу
	Скатывание шарика	Образование шнура	Деформация              шнура

 

г) сделать выводы о проделанной работе.

2.3 Лабораторная работа № 3

Определение влажности почвы

Цель работы: Познакомиться с методикой определением влажности почвы.

 

2.3.1 Общие положения

Влажность не является устойчивым признаком той или иной почвы. Она зависит от метеорологических условий, поли­вов, режима грунтовых вод и т. д. Разовое определение влажно­сти не может иметь генетического значения. Однако устанавли­вать ее необходимо, так как влага изменяет окраску горизон­тов, искажает границы перехода между горизонтами.

При полевых описаниях обычно различают следующие степени увлажнения почвы:

- мокрая — из комочка почвы, зажатого в руке, выделя­ются капельки воды;

- сырая — почва прилипает к руке, на ладони оставляет грязные следы;

- влажная — комочек почвы деформируется при сдавли­вании в ладони;

- свежая — не пылит, в ладони вызывает ощущение про­хлады;

- сухая — ощущение прохлады не вызывает, при раздав­ливании пылит.

Полевая влажность характеризуется тем количеством воды, которое содержится в почве в настоящий момент. Её определяют весовым методом и выражают в % к массе абсолютно сухой почвы. От соотношения влаги и воздуха в почве зависит в значительной степени рост и развитие растений

Максимальная гигроскопическая влажность, максимальная молекулярная влагоемкость, нижний и верхний пределы пластичности непосредственно связаны с гранулометрическим и минералогическим составом почв и грунтов, поэтому они влияют в какой-то мере на сцепление и водопрочность структуры и, следовательно, на их противоэрозионную стойкость. Однако это влияние обычно трудно выявить вследствие воздействия других более мощных факторов. Влияние влажности почвы непосредственно на сопротивление ее смыву изучал В.Б.Гуссак (1959).

Он сравнивал противоэрозионную стойкость террасового чернозема в сухом и капиллярно утзлажненном состоянии и установил, что количество почвы, смытой с сухой поверхности монолита, оказывается в сотни раз больше, чем с увлажненной, причем сухая почва остается менее стойкой даже после полного ее промачивания потоком сверху.

Аналогичную картину наблюдал Т.Г. Жордания (1957) на карбонатных суглинках Самгори (Грузия). Основной причиной благоприятного действия предварительного увлажнения на противоэрозионную стойкость грунтов он считает медленное вытеснение водой адсорбированного и свободного воздуха, тогда как при поступлении сразу большой массы воды на сухой образец воздух выделяется бурно, разъединяя и разрушая агрегаты.

Влияние исходной влажности на противоэрозийную стойкость почв наблюдается не только при положительных, но и при отрицательных температурах. Однако характер влияния в этом случае совершенно другой. Замерзание и последующее оттаивание почвы при высокой влажности, особенно многократное, а также при капиллярном подтоке воды снизу оказывает отрицательное влияние на противоэрозионную стойкость почвы.

При этом формируются хорошо выраженные прослойки льда, снижающие сцепление и размер водопрочных агрегатов. При малом содержании влаги в почве создаются неблагоприятные условия для образования крупных прожилок льда, а при влажности, близкой к нижнему пределу пластичности и меньшей, таких прожилок вообще не бывает. Образование прослоек льда связано с миграцией воды к центрам кристаллизации вследствие качественной неоднородности почвенной влаги, благодаря чему не вся вода кристаллизуется сразу, и к образовавшимся уже центрам кристаллизации подтягивается еще не замерзшая вода.

Из изложенного ясно, что замерзание и последующее оттаивание почвы влияет не непосредственно, а через водопрочность структуры и межагрегатное сцепление, поэтому формула для расчета размывающей скорости потока применима также для замерзшей и оттаявшей почвы, если значения входящих в формулу аргументов определены для образцов почвы, испытавших аналогичные воздействия отрицательных температур. Следует отметить, что противоэрозийная стойкость почву, замерзшей во влажном состоянии и не оттаявшей при взаимодействии с водным потоком, должна быть очень велика из-за высоких значений сцепления между частицами, прочно спаянными льдом.

 

Влажность почвы можно определить инструментальным методом.

Плотномер-влагомер Ковалева ПВК-Ф применяется для ускоренного определения плотности грунта в полевых условиях.

С помощью прибора можно определить:

-объемный вес влажных грунтов;

-объемный вес скелета грунтов (плотность).

 

По полученным данным расчетным путем дополнительно могут быть определены:

-естественная влажность и коэффициент влажности;

-пористость и коэффициент пористости грунтов в естественных условиях;

-полная влагоемкость;

-предел текучести глинистых грунтов

Рисунок 3 -Плотномер-влагомер Ковалева

 

1 - крышка футляра; 2 - ведро-футляр; 3 - стальная насадка; 4 - нож; 5 - поплавок; 6 - резиновое кольцо; 7 - сосуд; 8 - трубка поплавка; 9 - крышка поплавка; 10 - замок, поплавка; 11 - режущий цилиндр; 12 - тарировочный груз; 13 - замок футляра; 14 – крючки

 

2.3.2 Ход работы

В алюминиевый пронумерованный и заранее взвешенный на технических весах стаканчик насыпают почву примерно на 1/3 его высоте из средней смешенной пробы. Стаканчик немедленно закрывают крышкой и взвешивают. Затем крышку снимают, стаканчик вставляют нижней частью в крышку и открытом помещают в термостат. Высушивают почву до постоянной массы при температуре 105 °С. Каждый раз после охлаждения стаканчиков в эксикаторе их взвешивают. Влажность определяют по формуле:

где   а – масса испарившейся из пробы воды, г;

в – масса абсолютно сухой почвы в стаканчике,

Для пересчета результатов многочисленных анализов на абсолютно сухую почву пользуются коэффициентом пересчета (К).

 

 

2.3.3 Оформление отчета

Результаты проделанной работы

Отчет должен содержать характеристику исследуемых участков по следующим пунктам:

а) название объекта;

б) местоположение (координаты, адрес);

в) подробные сведения об объекте (историческая, географическая, биологическая, промышленно-транспортная, рекреационная и др. характеристика);

 

Таблица 14- Определение влажности почвы.

 

Глубина, см	повторность	№ бюксы	Вес пустой бюксы	Вес бюксы с влажной почвой	Вес бюксы с сухой почвой	Вес сухой почвы	Вес воды	Влажность, %	Средняя влажность, %

 

г) сделать выводы о проделанной работе.

 

Приложение А

 

       Типичные структурные элементы почв (по С. А. Захарову)

 

 

 

 

Приложение Б

ПРЕДЕЛЬНО ДОПУСТИМЫЕ КОНЦЕНТРАЦИИ НЕКОТОРЫХ ХИМИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ В ПОЧВЕ И ДОПУСТИМЫЕ УРОВНИ ИХ СОДЕРЖАНИЯ ПО ПОКАЗАТЕЛЯМ ВРЕДНОСТИ

 

Наименова­ние веществ	Форма, со­держание	ПДК, мг/кг по­ч­вы с уче­том фона	Показатели вредности (Кmax)				Класс опас­ности
		(кларка)	Транс-	Миграционный		Обще­-
			локацион­ный К1	Водный К2	Воздуш­ный К3	санитар­ный К4
Медь	Подвижная	3.0	3.5	72.0		3.0	2
Хром	- "   -	6.0	6.0	6.0	-	6.0	2
Никель	- "   -	4.0	6.7	14.0	-	4.0	2
Цинк	- "   -	23.0	23.0	200.0	-	37.0	1
Кобальт	- "   -	5.0	25.0	> 1000.0	-	5.0	2
Фтор	Водораст­воримая	10.0	10.0	10.0	-	25.0	1
Сурьма	Валовое содержа­ние	4.5	4.5	4.5	-	50.0	2
Марганец	- "   -	1500.0	3500.0	1500.0	-	1500.0	3
Ванадий	- "   -	150.0	170.0	350.0	-	150.0	3
Марганец + ванадий	- "   -	1000.0+ +100.0	1500.0+ +150.0	2000.0+ +200.0	.	1000.0+ +100.0	3
Свинец	- "   -	30.0	35.0	260.0	-	30.0	1
Мышьяк	- "   -	2.0	2.0	15.0	-	10.0	1
Ртуть	- "   -	2.1	2.1	33.0	2.5	5.0	1
Свинец + ртуть	- "   -	20.0+ +1.0	20.0+ +1.0	30.0+ +2.0	-	50.0+ +2.0	1
Хлористый калий	- "   -	560.0	1000.0	560.0	1000.0	5000.0	3

 

 

 

 

Приложение В

 

Классификация нарушенных земель по направлениям рекультивации в зависимости

от видов последующего использования в народном хозяйстве

#G0Группа нарушенных земель по направлениям рекультивации	Вид использования рекультивированных земель
Земли сельскохозяйственного направления рекультивации	Пашни, сенокосы, пастбища, многолетние насаждения
Земли лесохозяйственного направления рекультивации	Лесонасаждения общего хозяйственного и полезащитного назначения, лесопитомники
Земли водохозяйственного направления рекультивации	Водоемы для хозяйственно-бытовых, промышленных нужд, орошения и рыбоводческие
Земли рекреационного направления рекультивации	Зоны отдыха и спорта: парки и лесопарки, водоемы для оздоровительных целей, охотничьи угодья, туристические базы и спортивные сооружения
Земли природоохранного и санитарно-гигиенического направления рекультивации	Участки природоохранного назначения: противоэрозионные лесонасаждения, задернованные или обводненные участки, участки, закрепленные или законсервированные техническими средствами, участки самозарастания - специально не благоустраиваемые для использования в хозяйственных или рекреационных целях
Земли строительного направления рекультивации	Площадки для промышленного, гражданского и прочего строительства, включая размещение отвалов отходов производства (горных пород, строительного мусора, отходов обогащения и др.)

 

Приложение Г

Рекомендуемые сроки озеленения территорий

 

#G0Краткая характеристика климатических	Деревья и кустарники		Газоны и цветники
подрайонов	весенние посадки	осенние посадки		начало посевов	окончание посевов
1. Климатические подрайоны со среднемесячными температурами января от -28 град. С и ниже и июля +/-0 град. С и выше, с суровой длинной зимой и высотой снежного покрова до 1,2 м. Вечномерзлые грунты.	Май	Сентябрь		15 мая	31 августа
2. Климатические подрайоны со среднемесячными температурами января от -15 град. С и выше и июля от +25 град. С и выше, с жарким солнечным летом и короткой зимой. Просадочные грунты.	Март	Октябрь-ноябрь		1 марта	31 октября
3. Остальные районы	20 апреля - 20 мая	Сентябрь-октябрь		20 мая	20 сентября

 

Список рекомендованной литературы

 

1. «Экологический мониторинг.» Под ред. Т.Я.Ашихминой.-Москва 2005г. стр.141
2. Ю.В.Трофименко, Г.И.Евгеньев «Экология. Транспортное сооружение и окружающая среда.»-Москва 2006г. стр 113
3. Е.В. Гривко, С.В. Шабанова «Методические указания к практическим занятиям по дисциплине «Практикум по экологии»» Ч.-2. Оренбург: ГОУ ОГУ, 2008. – 68 с
4. В.В. Малыченко, Л.Н. Пучков. Е.М. Шлевкова «Методические рекомендации к учебной полевой практике по почвоведению». — Волгоград: Изд-во ВолГУ, 2000. - 40 с
5. А.М Русанов, Л.В Анилова, Н.И. Прихожай «Методические указания к учебно- полевой практики по почвоведению» Оренбург: ГОУ ОГУ, 2008-70с.
6. А.Г.Емельянов «Основы природопользования»
7. ФЗ об «ООС» от 22.08.2004 N 122-ФЗ
8. Инженерно-экологические изыскания для строительства СП 11 -102-97
9. ГОСТ 17.5.1.02-85. Охрана природы, земли. Классификация нарушенных земель для рекультивации
10. СНиП III-10-75.Строительные нормы и правила. Часть Ill. Правила производства и приемки работ. Глава 10. Благоустройства территории.
11. Экологический словарь

12.Яйли,Е.А. Методология и способ оценки качества компонентов природной среды урбанизированных территорий на основе индикаторов, индексов и риска / Е. А. Яйли, А. А. Музалевский // Экологические системы и приборы,
2006. - N 12.

13.Луговской,А.М. Оценка качества окружающей среды методом дендроиндикации / А. М. Луговской//География в школе,
2004. - N 6.

14. Пикулик, А. В. Методика определения необходимого числа проб для оценки качества окружающей среды / А. В. Пикулик, С. Н. Бухарин, В. А. Барков // ЭКиП: Экология и промышленность России,2004. - N 10.
15.   Оценка и нормирование экологического состояния почв в зоне деятельности предприятий / А. С. Яковлев [и др. ] // Почвоведение,2008. - N

 

Скачать: metodichka-pochva.doc