Для специальности «Биология»
Предмет и задачи почвоведения, его значение для биологических специальностей и специализаций. Глобальная роль почвы в регулировании процессов обмена веществ и энергии между живой и неживой природой на планетарном - экосистемном уровнях организации жизни. Почва – биокосное тело. Экологические функции почв в регуляции водообмена и газообмена на планете.
Историческая справка знаний и представлений о земле и почве. Вавилон, Рим (Катон, Варрон, Колумелла, Плиний), Византия (Схоластик), Русь, ВЭО (Вольное экономическое общество), В.В.Докучаев. Создание В.В.Докучаевым принципиально новой науки о почве, как естественно-историческом объекте, эволюционирующем по действием факторов почвообразования. Этапы развития почвоведения. Международное значение русского профильного почвоведения.
Определения почвы: В.В.Докучаева, П.А.Костычева, В.Р.Вильямса, современные.
Продуктивность и незаменимость знаний о почве для биологов разных специализаций в работе над современными естественно-экологическими проблемами (экологическая, продовольственная, рекреационная и др.).
1.1. Общая схема почвообразования
Формула Докучаева-Йенни и ее общеэкологическая значимость. Зональность почв, роль факторов почвообразования в ее предопределении. Ведущая роль климата, как главного фактора, предопределяющего характер, продуктивность и другие особенности экосистем. Типы растительных формаций и их роль в формировании почв.
Происхождение и состав минеральной части почв. Материнские породы в почвообразовании. Рельеф как продукт эволюции и фактор формирования материнских пород и почв. Время и эволюция почв. Концептуальная модель формирования профиля почвы.
Роль производственной деятельности человека в эволюции почв. Нестабильность ситуации в биосфере – самоуправляться она уже не может, а управлять ею человек еще не может. Утрата половины почвенного фонда, пригодного для производства продовольствия (опустынивание, эрозия и овраги, заболачивание, застройка и карьеры и т.д.).
Почва как сочленитель большого геологического и малого биологического круговоротов веществ. Круговорот воды, как основной движитель почвообразования, формирующий анизотропность почвенного профиля.
Морфология почв, строение почвенного профиля из закономерно формирующихся горизонтов. Мощность почвы и отдельных горизонтов как отражение эволюции экосистемы и факторов почвообразования. Окраска почвы, ее экологическая и химическая обусловленность. Структура почвы, ее классификация, связь со сложением и их общая экологическая предопределенность. Новообразования и включения в почвах, их происхождение и диагностическое значение. Значение морфологии почв для их изучения, классификации, использования, диагностики, картирования и т.д.
Энергетическое обеспечение почвообразования. Солнце – круговорот воды, растворение , транспортировка ионов и твердых взвесей. Аккумулирование солнечной энергии в виде органического вещества. Деградационное действие органического вещества в определенных ландшафтах (подзолы, солоди, красноземы) с избытком воды. Прогрессивный рост гумуса и плодородия в ландшафтах с оптимальным (мобилизующим) дефицитом воды.
1.2. Состав и свойства почвы как вещества
Происхождение и состав минеральной части почв. Формирование породы из лавы и при первично остывании Земли, интрузивные и эффузивные породы. Выветривание, особая роль живых организмов. Эволюция химического и минералогического состава пород при выветривании. Первичные и вторичные минералы. Кварц, кремнезем, алюмосиликаты, феррогидроксидные пленки, щелочноземельные и щелочные металлы в первичных и вторичных минералах.
Глины каолинитовые, монтмориллонитовые, гидрослюдистые, их строение, свойства, значение в почвообразовании.
Механический состав почвы. Полидисперсность – отличительная особенность почвы как вещества. Механические элементы и агрегаты. Фракции и их отличие по составу и свойствам в зависимости от размера. Классификация почв по механическому составу. Роль механического состава в плодородии почв. Определение механического состава: органолептический, ситовой, седиментационный анализы. Значение механического состава для почвообразования и возделывания растений.
Органическое вещество почвы. Гумус. Количество и состав растительных остатков в разных природных зонах, их поступление на поверхность и в массу почвы. Трансформация опада при участии педобионтов и микроорганизмов. Минерализация, разложение, гумификация, консервация опада. Влияние экологических условий на БИК элементов-органогенов.
Групповой и фракционный состав гумуса. Гуминовые кислоты и фульвокислоты, их соотношение, как основа классификации гумуса. Особенности строения, химического состава и свойств гуминовых и фульвокислот. Органо-минеральные комплексы. Значение гумуса для плодородия. Проблема бездефицитного гумусового баланса в земледелии.
Эколого-кинетическая модель гумусообразования. Взаимосвязь типов гумуса и периода биологической активности в эколого-генетическом ряду почв.
Почвенные коллоиды и поглотительная способность почв. К.К.Гедройц о видах поглотительной способности почв. Состав, строение и свойства почвенных коллоидов: амфотерность, гидрофильность, гидрофобность, пептизация, коагуляция.
Почвенный поглощающий комплекс как обобщающий показатель реакционной способности почв. Роль агрегатного состояния в почвенных химических процессах и в обмене с корнями растений и микроорганизмами.
Обменные катионы и их значение. Ряд Гедройца. Закономерное изменение состава и количества обменных катионов в эколого-генетическом ряду почв.
Почвенная кислотность, ее определение и выражение, рН водной и солевой суспензии. Актуальная и потенциальная (типы) и обменная и гидролитическая (формы) почвенная кислотность. Значение кислотности для биогеоценозов. Обобщенная модель почвенной кислотности. Щелочность. Экологическое значение реакции почв. Химические мелиорации почв – известкование кислых и гипсование щелочных.
1.3. Свойства почвы, связанные с многофазностью
Структура и физические свойства почвы. Генетическое и агрономическое понимание структуры. Решающая роль структуры в определении водного, воздушного и пищевого режимов почвы для растенийц и микроорганизмов. Плотность почвы и плотность твердой части почвы, - общая скважность и капиллярная пористость. Пластичность, липкость, набухание – усадка, связность, удельное сопротивление почвы. Технологическая спелость почвы. Роль растений, животных, процессов набухания – усадки в формировании структуры. Влияние машинной обработки, плужная подошва. Искусственные структоры почвы.
Водная фаза почвы. Богатство почвы водными организмами, водорослями, гидробионтами. Почва как система микробассейнов, соединенных капиллярами. Транспорт (передвижение) влаги по макропорам и ее сохранение в капиллярах (поры в степи запасают влагу на целый год).
Формы почвенной влаги, - кристаллогидратная, адсорбированная, капиллярная (с пленочной), гравитационная. Гидрологические константы (виды влагоемкости). Доступность почвенной влаги для растений, продуктивная влага. Двойственная требовательность корней растений в воде и воздухе.
Почвенный воздух. Аэробная и анаэробная обстановка. Окислительный и восстановительный режимы в связи с увлажнением. Газообмен почвы с атмосферой, роль диффузии и «прокачки» фильтрующейся водой. Влияние обработки почвы на водно-воздушный режим и состав почвенного воздуха.
Водно-воздушный режим почвы. Его отличия в разных почвах. Динамичность состава почвенного раствора и почвенного воздуха в связи с особенностями ритмики увлажнения в эколого-генетическом ряду почв. Типы водно-воздушного режима и его регулирование.
Плодородие почв как интегральная способность обеспечивать оптимальные режимы влаги, воздуха и минеральной пищи для растений. Решающее значение в этом оструктуренности почв и их многофазности (твердая, коллоидная, органическая, живая, жидкая, газообразная). Естественное и технологическое плодородие почвы. Опасность водной и ветровой эрозии.
Бонитировка почв и земельный кадастр. Почвы как основное средство производства продовольствия. «Закон убывающего плодородия почвы» и перипетии его понимания.
1.4. Почвообразование
Почва – верхняя часть земной коры, дифференцированная на горизонты в соответствии с геологической и экологической историей местоположения. Почвенный профиль как интегральный результат почвообразования, отражающий эволюционное воздействие динамичных факторов. Основные почвенные горизонты и их изменение в эколого-генетическом ряду почв. Классификация почвенных процессов.
Сложность и противоречивость почвообразовательного процесса. Аккумуляция и консервация жизненно-важных элементов. Подзол – чернозем – краснозем. Максимальное естественное плодородие черноземов, как итог прогрессивной эволюции в условиях оптимального дефицита влаги, при достаточности тепла. Технологическая ранимость черноземов – эрозия, овраги, осолонцевание при орошении.
Закономерности распределения почв на земной поверхности. Зональные, интразональные, азональные почвы. Законы: горизонтальной, вертикальной зональности, фациальности почв, аналогичных топографических рядов почв.
Классификация почв. Историческая справка. Естественные и вспомогательные классификации, гибридность почвенных классификаций, их эколого-морфо-генетический характер. Предсказательные возможности современных почвенных классификаций. Таксономия, систематика, номенклатура, диагностика, картография почв. Американская классификация 7-е приближение. Основные отличия отечественных почвенных классификаций от западно-европейских и американских.
1.5. Почвенные зоны
1.5.1. Почвы арктической и тундровой зон. Избыток минимума влаги вследствие абсолютного дефицита тепла. Оторфовывание и оглеение. Оленьи пастбища. Острая необходимость земледелия в Кольском, Воркутинском, Норильском промышленных районах.
1.5.2. Почвы таежно-лесной зоны. Подзолы и подзолистые почвы в тайге. Дерновые почвы на лугах. Рендзины. Мерзлотно-таежные почвы. Болотные почвы. Общность черт процессов почвообразования при большом разнообразии условий, что обусловлено большой протяженностью территории Евразии. Главные почвообразовательные процессы подзолистый, дерновый, глеевый, торфонакопительный. Структура почвенного покрова. Сельскохозяйственное использование.
1.5.3. Почвы лесной зоны. Большое разнообразие почв на маленькой территории вследствие пограничного расположения. Широкий спектр условий почвообразования. Серые лесные почвы. Структура почвенного покрова. Сельскохозяйственное значение зоны (хлеба, подсолнечник, сахарная свекла).
1.5.4. Черноземные почвы лесостепной и степной зон. Генезис черноземов, как результат сочетания факторов почвообразования. Максимальное накопление гумуса и оструктуривание как результат оптимального (мобилизующего) уровня увлажнения. Значение летней менопаузы, отличие от черноземовидных почв прерий.
1.5.5. Почвы зоны сухих степей. Уменьшение глубины гумификации ввиду дефицита влаги. Лиманные черноземы. Рациональность пастбищного использования (выпас на суходолах, заготовка сена на зиму в лиманах). Риск пахотного использования.
1.5.6. Солончаки, солонцы, солоди. Генезис засоления. Рассоление – осолонцевание. Осолодение при промывке профиля притечной влагой в понижениях. Мелиорация солонцов. 1.5.7. Остальные почвенные зоны. Справка о почвенном покрове территорий зарубежных стран.
1.5.8. Почвы речных пойм и болотные почвы. Условия торфонакопления. Морфологический облик торфа и торфяных почв. Использование торфа и торфяных почв.
1.6. Земельные ресурсы, их использование и охрана
Значение почв, определяемое их центральным значением в биогеоценозах. Важность изучения почв для стабилизации и рационального использования экосистем (естественных, аграрных, селитебных, рекреационных и др.).
1.7. Принципы рационального земледелия
Щадящие технологии обработки почвы в соответствии с природно-экологическими условиями. Рациональность осушительных и оросительных мелиораций. «Проекта века» по переброске северных рек в Каспийское море. Заболачивание северной части территорий, откуда забирается вода. Опасность осолонцевания черноземов при их орошении – в южной части. На черноземах в зоне орошения планировали урожай 30-40 ц/га. Расположенная севернее зоны подпруживания Финляндия уже получает 40-50 ц/га.
Важность стабилизации (как минимум) гумусового состояния почв. Незаменимость органических удобрений как улучшающих «технологичность» почв, оптимизирующих водно-воздушный режим, создающих условия для получения эффекта от применения минеральных удобрений. Обязательность исполнения «принципа возврата» Либиха, незаменимость прогрессивного воспроизводства запасов минеральной пищи.
Выигрышность положения России в связи с обширностью земельных ресурсов. При НЭПе (наведении элементарного порядка) есть возможность получать весь урожай по «экологически чистой технологии». На мировом рынке это ценится в 2-4 раза дороже. На долю экологически чистого пищевого урожая возможно менять в 2-4 раза большее количество кормового зерна и соевого жома.
2. Программа лабораторно-практических занятий
2.1. Механический состав почв. Образцы почв. Монолиты для почвенного музея и образцы для анализа. Подготовка почвы к анализу и отбор средних проб. Механические элементы (гранулы) и агрегаты. Классификация элементов по размеру, зависимость свойств от размера, закономерность изменения свойств в связи с уменьшением частиц и ростом удельной поверхности. Фракции механического состава. Мелкозем, физический песок, физическая глина. Классификация почв по механическому составу.
Механический анализ: органолептический, ситовой (сухой и мокрый) седиментационный (отмучиванием и пипетированием). Расчет результатов механического анализа, оценка его результатов. Оптимальность среднего суглинка с агроэколгических позиций.
2.2. Физические свойства почвы. Определение плотности почвы и плотности твердой части почвы. Вычисление пористости. Подразделение пористости на капиллярную и аэрации. Значение физических свойств почвы для плодородия и технологии обработки почв, связь с механическим составом и гумусностью. Знакомство с окраской и структурой, как с главными морфологическими признаками, отличающими почвы друг от друга.
2.3. Роль почвы в минеральном питании растений. Роль почвы в сохранении элементов минерального питания растений (ЭМПР) в таком виде, что они остаются доступными для растений, но устойчивы к вымыванию из почвы (пространственная изолированность и адсорбция на коллоидах). Распознавание и определение удобрений. Основы применения минеральных удобрений.
Физико-химические основы взаимодействия удобрений и почвы, поглощения минеральной пищи корневыми волосками. Ознакомление с внешним видом и химическими свойствами удобрений. Самостоятельное определение 3-5 видов минеральных удобрений. Ознакомление с расчетом норм и доз удобрений, определение количества удобрений на площадь (га, сотку, грядку, гнездо).
2.4. Освоение техники описания почвенных монолитов. Подразделение профиля почвы на горизонты, составление морфометрической характеристики профиля. Описание выделенных горизонтов по признакам: морфометрическая формула, название, окраска, структура, наличие новообразований, характеристика перехода в следующий горизонт по форме и размеру.
Описание почв: 1) подзол, 2) дерново-среднеподзолистая почва, 3) дерново-слабоподзолистая почва, 4) дерновая карбонатная почва (рендзина), 5) дерновая каменистая почва, 6) торфяная глеевая почва, 7) дерново-глеевая почва, 8) пойменная слоистая почва, 9) дерновая пойменная почва.
2.5. Завершение описания почв: 10) чернозем выщелоченный или оподзоленный (на выбор), 11) чернозем типичный или обыкновенный (на выбор), 12) чернозем солонцеватый или южный, 13) солончак,. 14) солонец корково-столбчатый, 15) солонец среднестолбчатый, 16) солонец осолоделый, 17) солонец ореховатый, 18) солодь, 19) каштановая почва, 20) серозем, 21) желтозем, 22) краснозем.
Ко всем практическим занятиям имеются методические руководства, наглядный табличный материал, образцы структуры. Студенты конспектируют устную информацию преподавателя.
Хабаров А.В., Яскин А.А. Почвоведение., Изд-во «Колос», 2002, 232 с.
Дмитриев Е.А. Математическая статистика в почвоведении. Учебник. Изд-во МГУ - 1995. - 320 с.
Зайдельман Ф.Р. Мелиорация почв. Учебник М.: Изд-во МГУ, 1996 384 с.
Воробьева Л.А. Химический анализ почв. Учебник М.: Изд-во МГУ, 1998 266 с.
Вальков В. Ф. Почвы и сельскохозяйственные растения. Ростов н/Д, 1992.
Добровольский В. В. География почв с основами почвоведения: Учеб. для студентов пед. вузов, по спец. "География". М.:Гуманит. издат. центр "Владос", 1999. 384 с.
Бабьева И.П., Зенова Г.М. Биология почв. М., Изд-во МГУ, 1989.
Добровольский Г.В., Гришина Л.А. Охрана почв. М., Изд-во МГУ, 1985.
Крупенников И.А. История почвоведения. М., «Наука», 1981.
Почвоведение, т.1,2 // Под ред. В.А.Ковды и Б.Г.Розанова. М. Изд-во МГУ, 1988.
Составитель:
Накаряков А.В. – к.б.н., доцент