Большой практикум. Практикум по почвоведению с основами геологии красноярск 2006 удк ббк рецензенты Ю. Н. Трубников
 Скачать 13.42 Mb.
|
|
Итак, в истории отечественного почвоведения существовало несколько направлений изучения взаимодействия живых организмов и почвы. Среди них выделяют следующие: 1) изучение роли растений в почвообразовании (П.А. Костычев, С.И. Коржинский, Н.А. Красильников); 2) изучение значимости микроорганизмов (С.Н. Виноградский, П.А. Костычев, В.Л. Омелянский, Е.Н. Мишустин); 3) исследование роли почвенных животных (Ч. Дарвин, В.И. Вернадский, Г.Н. Высоцкий, Н.А. Димо, М.С. Гиляров); 4) изучение роли живого вещества в целом и его геохимической роли (В.И. Вернадский, С.В. Зонн, Д.Г. Звягинцев); 5) изучение роли биологического круговорота и биогеохимических процессов (В.И. Вернадский, В.Р. Вильямс, С.П. Кравков, Б.Б. Полынов, Н.П. Ремезов, Н.И. Базилевич, Родин, М.А. Глазовская, В.А. Ковда). Для установления причинно-следственных связей в почвоведении необходимо знать информацию о структуре главного объекта исследований – почве, динамике ее свойств. Как правило, первым этапом в практической работе исследователя является сбор фактических данных. Другими словами мы определяем или диагностируем свойства почвы при помощи основных (значимых) показателей. К ним чаще относят: содержание гумуса, гранулометрический состав, реакцию среды, ЕКО, структуру, морфологические признаки и т.д. Однако, биологические методы оценки состояния почв по сравнению с традиционными (химическими, физическими), используются незначительно, особенно в практическом почвоведении и экологии. В то же время, применение методов биодиагностики особенно убедительно, когда требуется интегральная оценка состояния почвы. Биодиагностика почв – это распознавание современного состояния почвы по ее биологическим свойствам. По данным Ю.Г. Гельцер (1986), данные биологических исследований используются в тех случаях, когда классические методы – морфологические, химические, физические, либо не показывают достоверных различий сравниваемых почв или протекающих в них процессов, либо применение их затруднено и нерентабельно. Прежде всего, это разнообразные оценочные исследования в области генезиса и систематики, плодородия и бонитировки почв, оценки степени химического загрязнения. Биодиагностика почв должна входить в систему мониторинга окружающей среды. Мониторинг – это система наблюдений, оценки, прогноза за состоянием почвы и земельного фонда с целью рационального использования и охраны. Биологический мониторинг отличается использованием индикаторов, представляющих информацию о живой части объекта. В целом мониторинг почвенной среды направлен на быструю диагностику нарушений биоты и на разработку путей управления важными процессами в почве. Основные понятия и термины биодиагностики: Экологический стандарт почвообитающих организмов (по Гилярову) – сочетание основных факторов среды: температуры, влаги, питательных веществ и т.д., обеспечивающих их жизнедеятельность. Экологический стандарт почвы (по Волобуеву и Соколову – «экологическая ниша почвы») – часть пространства, на котором в результате совокупного действия факторов формируется конкретная почва с определенными свойствами. Таким образом, согласно принципу биодиагностики, основная задача будет заключаться в поисках сходства между экологией изучаемого ареала почвы и экологией организмов-индикаторов, обитающих в пределах данного ареала. Для того чтобы решить эту задачу необходимо иметь представление о широте экологического стандарта организмов и почвы. По Гилярову, широта экологического стандарта организмов определяется как амплитуда колебаний факторов среды, в пределах которой возможно существование вида. Эврибионтный – вид организма с большой широтой экологического стандарта; Стенобионтный – вид организма с небольшой широтой экологического стандарта. Чем меньше ширина экологического стандарта почвенных организмов, т.е. чем они более стенобионтны, тем выше их диагностическая чувствительность! Широта экологического стандарта почвы (по Соколову) – диапазон действия фактора (или факторов) в пределах которого возможно существование почвенных объектов. Таким образом, широта экологического стандарта организмов, выбранных в качестве индикаторов, должна быть в рамках экологического диапазона почвы! Содержание работы Тематика раздела не входит в учебный план, поэтому студентам рекомендуется изучить основы почвенной биологии самостоятельно. Используя материалы практикума, современных информационных технологий и источники, указанные в списке литературы необходимо, во-первых, оформить контрольную работу, в которой должны быть представлены выполненное индивидуальное задание №1 по биодиагностике почв (схема описания предлагается далее) и, во-вторых, ответить на тестовые вопросы (задание №2). Задание №1: Предлагаемое задание направлено на: 1) систематизацию знаний по почвоведению; 2) приобретение навыков анализировать, устанавливать причинно-следственные связи между явлениями, почвенными свойствами и показателями; 3) изучение основ почвенной биологии, биодиагностики и индикации. 1. Определите индикаторы – водорослевые группировки, почвенные животные, микроорганизмы, растения, диагностирующие следующие типы почвообразовательного процесса: болотный, дерновый, солонцовый или типы почв, сформировавшиеся под влиянием данных процессов. 2. Определите индикаторы – водорослевые группировки, почвенные животные, микроорганизмы, растения, диагностирующие следующие типы почвообразовательного процесса: степной, подзолистый, осолодение или типы почв, сформировавшиеся под влиянием данных процессов. 3. Определите индикаторы – растения, водоросли, почвенные животные, диагностирующие реакцию среды – рН следующих типов почв: серая лесная, каштановая, подзолистая. 4. Определите индикаторы – почвенные животные, водоросли, диагностирующие обогащенность почвы кальцием. Почвы – чернозем обыкновенный, серая лесная, дерново-подзолистая. 5. Определите индикаторы – растения, водоросли, почвенные животные, микроорганизмы, диагностирующие обилие органических остатков и характер накопления гумуса в почвах. Почвы – подзолистая, чернозем оподзоленный, каштановая. 6. Определите индикаторы – почвенные водоросли, животные, диагностирующие гранулометрический состав почв: песчаный, суглинистый, глинистый. Почвы – чернозем обыкновенный, серая лесная, дерново-подзолистая. 7. Определите индикаторы – растения, водоросли и почвенные животные, диагностирующие степень гидроморфизма почв со среднестепным типом увлажнения - чернозем обыкновенный, влажностепным типом увлажнения – чернозем выщелоченный, серые лесные и влажнолуговым типом увлажнения – лугово-черноземные почвы. 8. Определите индикаторы – растения, водоросли, почвенные животные, диагностирующие реакцию среды – рН следующих типов почв: чернозем выщелоченный, чернозем южный, солодь. 9. Определите индикаторы – водоросли, микроорганизмы, растения, диагностирующие степень обеспеченности почв минеральным азотом. Отметьте типы водорослей и микроорганизмов, индицирующих конкретный микробиологический процесс превращения азота в почве. 10. По интенсивности выделения углекислого газа продиагностируйте типы и подтипы почв, генетически и режимно способные к обозначенной степени “дыхания”: 15,5 мг СО2 /10 г почвы/сут., 10,0 мг СО2 /10 г почвы/сут., 11,6 мг СО2 /10 г почвы/сут., 18,8 мг СО2 /10 г почвы/сут. Почвы: лугово-черноземная оподзоленная, чернозем выщелоченный, серая лесная слабооподзоленная, серая лесная сильнооподзоленная. Обоснуйте выбранные оценки. Почвенные образцы отобраны под древостоем березы. 12. По интенсивности выделения углекислого газа продиагностируйте типы и подтипы почв, генетически и режимно способные к обозначенной степени “дыхания”: 10,8 мг СО2 /10 г почвы/сут., 8,1 мг СО2 /10 г почвы/сут., 9,2 мг СО2 /10 г почвы/сут., 6,2 мг СО2 /10 г почвы/сут. Почвы: лугово-черноземная оподзоленная, чернозем выщелоченный, серая лесная слабооподзоленная, серая лесная сильнооподзоленная. Обоснуйте выбранные оценки. Почвенные образцы отобраны под пшеницей. 13. По активности фермента каталазы продиагностируйте типы и подтипы почв, генетически и режимно способные к обозначенной биологической активности: 3,4 О2, см3/г/мин., 13,9 О2, см3/г/мин., 6,6 О2, см3/г/мин., 30,4 О2, см3/г/мин. Почвы: лугово-черноземная оподзоленная, чернозем выщелоченный, серая лесная слабооподзоленная, серая лесная сильнооподзоленная. Обоснуйте выбранные оценки. Почвенные образцы отобраны под древостоем березы. 14. По активности фермента каталазы продиагностируйте типы и подтипы почв, генетически и режимно способные к обозначенной биологической активности: 1,2 О2, см3/г/мин., 11,6 О2, см3/г/мин., 4,4 О2, см3/г/мин., 15,2 О2, см3/г/мин. Почвы: лугово-черноземная оподзоленная, чернозем выщелоченный, серая лесная слабооподзоленная, серая лесная сильнооподзоленная. Обоснуйте выбранные оценки. Почвенные образцы отобраны под пшеницей. 15. По активности фермента инвертазы продиагностируйте типы и подтипы почв, генетически и режимно способные к обозначенной биологической активности: 56,2 мг глюкозы/г/сут., 6,9,6 мг глюкозы/г/сут., 4,4 мг глюкозы/г/сут., 15,9 мг глюкозы/г/сут. Почвы: чернозем выщелоченный, серая лесная, подзолистая. Обоснуйте выбранные оценки. Почвенные образцы отобраны под пшеницей. Задание выдается преподавателем в начале второго семестра. Выполненную работу необходимо представить для проверки до конца учебного года. Суть работы: определение соответствия экологических стандартов почв и экологических стандартов почвообитающих организмов с целью биодиагностики свойств, режимов, процессов и др. Например, необходимо определить, какие индикаторы и, соответственно, вид индикатора (конкретное растение, почвенное животное, микроорганизм или водорослевая группировка) индицирует рН диагностируемых почв: подзолистой, чернозема обыкновенного, солонца. Схема (образец) выполнения задания:  Постройте свою работу в соответствии с предлагаемой ниже принципиальной схемой научного исследования (Б.М. Кедров, 1973): функции → состав → структура объекта(пример с фитоиндикатором – растением): 1) рассмотрите функции объекта и предмета исследования (например: объект исследования или объект индикации – типы почв (подзолистая почва, чернозем, солонец), предмет исследования – реакция среды; индикатор – растительность; функции объекта – плодородие, устойчивость экосистемы; функции предмета – оптимальные условия роста и развития с.-х. культур. Данная информация необходима для закрепления фундаментальных знаний о почве и развития способности к системному мышлению. 2) рассмотрите состав объекта и предмета исследования (под составом в данном случае следует понимать основные свойства и показатели почвы ее “экологический диапазон”, в т.ч. типичные значения рН), например: тип почвы (объект) – подзолистая: для нее характерны (типичны): – невысокое содержание гумуса; – фульватный тип гумуса; – кислая реакция среды - рН; – отсутствие в профиле карбонатов. тип почвы (объект) – чернозем: – высокое содержание гумуса; – гуматный тип гумуса; – нейтральная реакция среды; – присутствие в профиле карбонатов. тип почвы (объект) – солонец: – невысокое содержание гумуса; – гуматный тип гумуса; – щелочная реакция среды; – присутствие в профиле карбонатов. Данная информация необходима для уяснения основополагающих свойств разных почв и выделения показателя, используемого для диагностики. В нашем конкретном случае это рН среды. Так как в задании необходимо выявить растения-индикаторы рН, то следующим шагом в работе будет являться подбор фитоиндикаторов для соответствующей реакции среды тестируемых типов почв. Например: растения-индикаторы, тестирующие реакцию среды: – кошачья лапка, клюква, голубика, ситник, вереск, сосновый бор на песках (интервал рН: 4-4,5); – звездчатка злачная (мокрица), хвощ полевой, щавель, ландыш, подорожник (интервал рН: 5-5,5); – шиповник, клевер, мать-и-мачеха, полевица обыкновенная, манжетка, пырей ползучий, клевер ползучий (интервал рН 5,5-6,5); – лисохвост брюшистый, солерос, сорсазан, ковыль Лессинга, василек русский, бузина, горчица полевая, вьюнок полевой (интервал рН 7,5-8,3). 3) рассмотрите структуру диагностируемых объектов –связи и отношения между почвой и растением, т.е., исходя из сути задания, необходимо определить соответствие экологического стандарта почвы (ее свойств) и экологического стандарта организма-индикатора (например: Растения индицирующие: кислую реакцию среды подзолистой почвы: кошачья лапка, клюква, голубика, сосновый бор на песках, звездчатка злачная (мокрица), хвощ полевой, щавель, ландыш; нейтральную реакцию среды чернозема: клевер, мать-и-мачеха, полевица обыкновенная, пырей ползучий; щелочную реакцию среды солонца: солерос, сорсазан, ковыль Лессинга, василек русский, бузина, солодка, пырей удлиненный, овсяница высокая. Для выполнения задания №1 используйте источники литературы следующих авторов:, Красильников Н.А., Раменский Л.Г. Викторов С.В., Гиляров М.С., Мишустин Е.Н., Емцев В.Т., Попова Э.П., Лубите Я.И., Таскина В.М., Хабиров И.К., Хазиев Ф.Х., Ермохин Ю.И., Груздева Л.П., Яскин А.А., Звягинцев Д.Г., Кирюшин В.И., Безкоровайная И.Н., а также информацию из интернета. Тесты 1. Какой фактор почвообразования определяет функционирование почвы как живой системы? а) климат; б) рельеф; в) организмы; г) порода. 2. Какая фаза почвы напрямую влияет на интенсивность биологического круговорота? а) твердая; б) жидкая; в) живая; г) газовая. 3. Кто является основателем учения о биосфере? а) Вильямс; б) Докучаев; в) Сибирцев; г) Вернадский. 4. Какие организмы являются «пионерами» почвообразования? а) грибы; б) бактерии; в) лишайники; г) актиномицеты. 5. Какие свойства характеризует по В.О. Таргульяну «почва-память»? а) химические; б) биологические; в) водные; г) фундаментальные. 6. Какие свойства характеризует «почва-момент» и «почва-жизнь»? а) физические; б) биологические; в) тепловые; г) динамические. 7. В 1 г почвы содержится, в среднем, следующее количество микроорганизмов: а) сотни; б) тысячи; в) миллионы; г) миллиарды. 8. Основоположник почвенной микробиологии в России а) Мишустин; б) Красильников; в) Вильямс; г) Виноградский. 9. Какие показатели о микроорганизмах более информативны с точки зрения их влияния на плодородие почвы? а) количество; б) биомасса; в) структура сообществ; г) активность биомассы микроорганизмов. 10. Тип питания у продуцентов: а) гетеротрофный; б) автотрофный; в) литотрофный; г) фототрофный. 11. К продуцентам относят: а) грибы; б) высшие растения; в) простейшие; г) животные. 12. К редуцентам относят: а) водоросли; б) грибы; в) растения; г) животные. 13. «Цветение» почвы обусловлено: а) глеем; б) грибами; в) водорослями; г) бактериями. 14. Наиболее многочисленная и важная по значению группа почвенных животных: а) фитофаги; б) сапрофаги; в) некрофаги; г) зоофаги. 15. Грибы это организмы: а) аэробные; б) анаэробные. 16. Экологический стандарт почвообитающих организмов (по Гилярову) это: а) количество микробов в 1 г почвы по ГОСТу; б) сочетание основных факторов среды для жизни микробов; в) ПДК тяжелых металлов в 1 г почвы; г) распределение микробов по почвенным горизонтам. 17. Экологический стандарт почвы (экологическая ниша, по В.Р. Волобуеву): а) количество микробов в почвенных горизонтах соответственно ГОСТу; б) часть пространства с почвой, имеющей определенные свойства; в) почва, сформированная в экологически чистых условиях; г) чернозем. 18. Определите соответствия: а) фитоиндикация; а) животные; б) зооиндикация; б) лишайники; в) альгоиндикация; в) в т.ч. выделение СО2; г) лихеноиндикация; г) растения; д) биохимоиндикация. д) водоросли. 19. «Дыхание» почвы это: а) выделение из почвы кислорода; б) выделение из почвы углекислого газа; в) выделение из почвы паров воды; г) выделение из почвы метана. 20. Ферменты в почве это: а) специфические микроорганизмы; б) биологические катализаторы; в) частицы биологического происхождения; г) составная часть гумуса. Раздел 6. Рациональное использование и охрана почв
(лабораторная работа) |