4. ПОЛЕВЫЕ И ЛАБОРАТОРНЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ И ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОЧВ

4.1. Порядок выполнения полевых исследовательских работ

СибАДИВ результате проделанной работы у студента должны быть: оп - сание участка, описание почв, образцы почвы для химических, биохимических исследований, гербарий растений.

Используя карту города, необходимо уточнить расположение участков, где будет проводиться исследование. После выбора участка для исследован я составляют схему маршрута, только после этого приступают к сам м полевым исследованиям. На выбранном участке

необход мо выполн ть нижеследующий перечень работ.

1. Определ ть координаты участка по GPS-системе навигации.

Это необход мо сделать, поскольку при мониторинговых исследованиях урбоэкос стем следует производить отбор почв периодически. Географ ческая пр вязка точек опробования позволит в дальнейшем:

Оборудование для полевых работ:

– лопата, совок;

– средства индивидуальной защиты;

– линейка, карандаш;

– полиэтиленовые пакеты;

– полиэтиленовая пленка (0,8 × 0,8 м);

–полевой журнал;

–прибор для установления координат участка (GPS-система навигации).

8

4.2. Полевые методы исследования

Методика закладки почвенных разрезов. Городские почвы находятся в зоне коммуникационной инфраструктуры, которая достаточно сложна, область ее проникновения в глубь почвенной толщи имеет широкий диапазон. В этой связи закладка полнопрофильных разрезов является достаточно проблематичной даже на глубину 0,5 м. Поэтому сделать хорошее морфологическое описание почв, расположенных в центре города, можно только в местах работы коммунальных служб. Также необходимо отметить, что обследование антропогенно трансформ рованных почв проводится на довольно значитель-

СибАДИМетод ка взят я почвенного образца. О свойствах исследуе-

мой почвы судят по результатам анализа. Поэтому очень важно правильно взять образец почвы в поле и умело подготовить его к анализу. Большинство анализов проводят с образцами почвы в воздушносухом состоянии, измельченной в ступке и просеянной через сито с отверстиями 1 мм.

В поле образцы от ирают из отдельных горизонтов почвы. Из пахотного берут одну пробу на всю мощность горизонта (например, 0 - 20 см) или несколько проб из разных его слоев (0 - 5, 5 - 10, 10 - 20 см). Из других горизонтов пробы почвы для определения влажности берут через 10 см (если горизонт почвы меньшей мощности, то на всю его глубину) или больше. Если надо взять одну пробу из большого по мощности горизонта (из слоя 50 см), то ее отбирают из середины его, или по нескольку граммов из средней, верхней нижней частей.

Методика определения вскипания. Вскипание свидетельству-

ет о наличии в почве карбонатов (солей углекислого кальция), разрушающихся при взаимодействии с к слотой по реакции:

СаСО3 + 2НСl → СаСl2 + Н2О + СО2↑.

Углекислый газ выделяется из почвы в виде пузырьков с характерным шипением, а при небольшом количестве – с потрескиванием.

Необходимо помнить, что отсутствие в образце видимых невооруженным глазом новообразований углекислой извести еще не дает возможности сделать вывод об отсутствии карбонатов. Карбонаты

9

могут содержаться в почве в виде очень мелких кристаллов, невидимых глазом, равномерно распределенных в массе твердых частиц.

Для определения вскипания берут щепотку почвы на часовое стекло или в фарфоровую чашечку, смачивают несколькими каплями воды и обрабатывают несколькими каплями 5 %-ного раствора соляной кислоты (НСl). Предварительное смачивание почвы водой необхо-

СибАДИдимо для вытеснения из нее воздуха, который, выделяясь с потрескиванием, может м т ровать незначительное количество карбонатов. Категор чески запрещается проводить пробу на вскипание непосредственно в коробке ли перекладывать после испытания образец почвы из чашки в коробку. В рабочую тетрадь записывают результаты определения с указан ем нтенсивности вскипания. В результате последовательного зучен я перечисленных выше морфологических признаков составляют полную морфологическую характеристику образца.

Метод ка определения плотности почвы. Наиболее распро-

странен полевой уровой метод определения плотности почвы, который основан на взят и о разца почвы ненарушенного сложения с помощью цилиндраура определенного объема. Для пахотных рыхлых горизонтов используются цилиндры объемом 500 см3, для нижележащих плотных – 100 – 200 см3. В верхних горизонтах определение ведется в пятикратной повторности, в нижних – в тройной.

Ход определения. На неутоптанной площадке рядом с разрезом забивают в почву цилиндр-бур деревянным молотком, предварительно накрыв его плотной пластинкой из дерева или металла.

После того как цилиндр полностью погружен в почву, его окапывают вокруг ножом, подрезают снизу под цилиндром и вынимают цилиндр из почвы. Почву в верхней и нижней частях цилиндра подрезают ножом вровень с его краями. Очищают от почвы наружные стенки ц линдра. Почву из больших цилиндров очень аккуратно без потерь переносят в полиэтиленовые мешочки, из маленьких – во взвешенные металлические бюксы. После этого снимают слой почвы, плотность которого определяли, выравнивают площадку на следующем почвенном горизонте и повторяют операцию.

Параллельно определяют влажность почвы. Если определение плотности проводили при помощи маленьких цилиндров, то в этом случае почву, помещенную во взвешенный металлический цилиндр, высушивают всю. Если пользовались большим цилиндром, то почву,

10

помещенную в полиэтиленовый мешок, взвешивают всю без потерь, а затем отбирают из общей массы навеску для определения влажности.

Плотность сложения рассчитывают по формуле: dv = Р/V,

где: Р – масса сухой почвы, г; V – объем цилиндра, см3

(V = πr2 · h, где h – высота цилиндра-бура, см; r – внутренний радиус заостренного конца цилиндра, см).

СибАДИКрупные комочки почвы в образце раздавливают руками, тщательно отбирают корни, включения новообразования. з подготовленной таким образом почвы берут среднюю пробу для определения гумуса, азота и других анализов. Для этого почву разравнивают тонким слоем на листе оберточной бумаги в виде квадрата или прямоугольника и делят по диагоналям на четыре части. Две противоположные части почвы ссыпают в картонную коробку и хранят в нерас-

Р = 100/(100 + W%) · а,

где: а – масса влажной почвы, г; W – влажность почвы, %.

4.3. Лабораторные методы исследования Подготовка почвы к анализу

О свойствах сследуемой почвы судят по результатам анализа.

Поэтому очень важно правильно взять образец почвы в поле и умело подготов ть его к анал зу.

Больш нство анализов проводят с образцами почвы в воздушносухом состоян , змельченной в ступке и просеянной через сито с

отверстиями 1 мм.

Для определения содержания азота и гумуса, а также механи-

ческого состава тре уется специальная подготовка образцов почв.

Для некоторых видов анализов нужны образцы почвы, только что взятые в поле без предварительного подсушивания (для определения нитратов), и образцы воздушно-сухой почвы без предва-

рительного измельчения (для определения структуры).

Общая подготовка образца почвы к анализу. Образец почвы 500 -1000 г распределяют тонким слоем на листе бумаги и доводят до

11

тертом состоянии. Один экземпляр этикетки образца вкладывают в коробку, а другой наклеивают на ее стенку.

Оставшуюся на бумаге почву тщательно перемешивают, разравнивают тонким слоем и из разных мест небольшой ложкой берут такое количество почвы, чтобы общая масса ее составила 25-30 г.

сеивают через с то с отверстиями 1 мм. Сито следует брать с крышкой и поддоном.

Почву, не прошедшую через сито, вновь размельчают в ступке и просеивают через то же сито. Измельчение и просеивание продолжают до тех пор, пока на сите останется только каменистая часть почвы.

Просеянную почву тщательно перемешивают и разравнивают тонким слоем на л сте умаги, разделяют на квадраты и из каждого квадрата берут, как указано выше, около 10 г, которые после соответствующей подготовки идут на валовой анализ. Всю оставшуюся почву ссыпают в банку с притертой пробкой, картонную коробку или бумажный пакет и используют для ольшинства анализов.

Не прошедшую через сито часть почвы (ее скелет) переносят в фарфоровую чашку, сюда же помещают ранее отобранные каменистые включения и новообразования, наливают дистиллированную воду и содержимое кипятят в течение часа. Затем почву снова переносят на сито с отверстиями 1 мм, тщательно промывают водой и высушивают.

Промытую и высушенную до постоянной массы почву просеивают через колонку сит с отверстиями 10; 5; 3 и 1 мм и разделяют на камни (частицы >10 мм), крупный хрящ (10-5 мм), мелкий хрящ (5 -3 мм) гравий (3-1 мм). Затем вычисляют содержание каждой фракции в процентах к массе всей почвы, взятой для анализа.

Определение скелета почв необходимо при изучении механического состава, эта же часть почвы может служить для установления ее петрографического состава.

12

Определение влажности почв. Влажность почвы зависит от количества перегноя и глинистых частиц, является косвенным показателем ее гранулометрического состава. На фоне урбанистического пресса происходит изменение влажности почв, поэтому исследование данного показателя является необходимым.

Определение гигроскопической влажности. Гигроскопиче-

ской влагой называется то количество воды, которое поглощает почва из воздуха, насыщенного парами воды. Величина гигроскопической

ления влажности завядания растений (коэффициента завядания). Она соответствует в ольш нстве случаев полуторной – двойной максимальной г гроскоп ческой влажности.

Ход определен я. Определение гигроскопической влажности проводят следующем о разом. Сушильный стаканчик (стеклянный

вать шкаф и ставить в него новые стаканчики.

По окончании высушивания стаканчики вынимают из сушильного шкафа щипцами с резиновыми наконечниками, закрывают крышками и ставят в эксикатор для охлаждения (20 – 30 мин.).

После охлаждения стаканчики взвешивают, не открывая крышку, по потере в весе вычисляют содержание гигроскопической воды в почве. Определение гигроскопической воды проводят в 2-кратной повторности и вычисляют среднее из этих значений. анные заносят в таблицу 2.

Таблица 2

Результаты определения гигроскопической влажности почвы

13

Определение полевой влажности почвы весовым методом

Влажностью почвы называют то количество воды, которое содержится в ней в данный момент. Влажность почвы непрерывно изменяется вследствие передвижения влаги по профилю и ее испарения

из почвы. Этой величиной пользуются для вычисления запаса влаги в Ситом или ином горизонтебАпочвы и для вычисленияДИкоэффициента пере-

счета с влажной почвы на сухую. Наиболее распространенным является метод высуш ван я почвы в термостате.

Ход определен я. Для определения полевой влажности на месте взят я образца берут буром или ножом массу почвы с заданной глубины. Из пахотного слоя о разец берут на всю глубину или из не-

скольк х слоев (0 – 5, 5 – 10, 10 – 15, 15 – 20 см).

Алюм н евый стаканчик взвешивают на технохимических весах с точностью до 0,01 г, наполняют 1/3 часть его почвой, закрывают

крышкой повторно взвешивают на технохимических весах. Затем

ставят в суш льный шкаф при температуре 100 – 105 ° и сушат до постоянной массы в течении 5 часов. Крышку надо снять и надеть на дно стаканчика. После просушивания закрытый стаканчик охлаждают в эксикаторе с безводным хлоридом кальция на дне в качестве водоотнимающего агента, затем взвешивают.

Полевую влажность почвы рассчитывают по формуле:

W = a b100 ,

где W – полевая влажность (%);

a – масса испарившейся влаги (г); b – масса сухой почвы (г).

Коэффициент пересчета результатов анализа влажной почвы на сухую вычисляют по формуле:

KH 2O =100100+W .

Для вычисления массы сухой почвы (mс) по массе влажной почвы (mb) и влажности (W) используется формула:

mc =100m+b W 100 .

14

4.4. Изучение физических свойств почвы

Гранулометрический состав почвы. Гранулометрический со-

став - относительное содержание различных размеров фракций элементарных почвенных частиц (ЭПЧ), выраженное в массовых процентах. По определению А. Д. Воронина (1986), ЭПЧ - обломки пород и мине-

СибАДИралов, а также аморфные соединения, все элементы которых находятся в химической вза мосвязи и не поддаются общепринятым методам пептизации, пр меняемым при анализе гранулометрический состав почвы. В природе ЭПЧ могут быть округлой, вытянутой, пластинчатой и др. форм. Однако групп ровку ЭПЧ по размерным фракциям проводят на основе т. н. эффект вных (эквивалентных) диаметров частиц, условно принимаемых за шар. В России ЭПЧ принято группировать в зависимости от размеров по 11 классам (фракциям) (Приложение 3, табл. 9). Разделение част ц на скелет и мелкозем, а также на группы физического песка ф з ческой гл ны проводят без учета химического и минералогического состава, л шь на основе физико-механических свойств ЭПЧ в зависимости от х вел чины. Границы между более тонкими фракциями могут учитывать др. свойства входящих в них ЭПЧ. Так, в России границу илистой фракции связывают со специфическим минералогическим составом почвенных частиц мельче 0,001 мм. За рубежом принята иная классификация гранулометрических элементов, в которой за основу выделения гл нистой фракции взята величина 0,002 мм (Приложение 3, табл.10). Из-за отсутствия общепринятой схемы классификации ЭПЧ при анализе фактических данных надежнее оперировать размерами фракций, а не их наименованиями. В состав почвы входят четыре важнейших компонента:

- минеральная основа (50-60 % от общего объёма); - органическое вещество (до 10 %); - воздух (15-25 %); - вода (25-35 %).

Почвы состоят из частиц различного размера, начиная от крупных валунов и заканчивая мелким грунтом (частицы мельче 2 мм в диаметре) и коллоидными частицами (< 1 мкм). Обычно частицы, составляющие почву, делят на:

-глину (мельче 0,002 мм в диаметре);

-ил (0,002-0,02 мм);

15

- песок (0,02-2,0 мм) и - гравий (больше 2 мм).

В зависимости от гранулометрического состава результаты будут разные:

- песок – не образует ни шарик, ни шнур;

- супесь – образует шарик, раскатать шнур не удается, образуются СибАДИтолько зачатки шнура;

- легкий сугл нок – раскатывается в шнур, но очень неустойчивый, легко распадается на части при раскатывании или снятии с ладони; - средн й сугл нок – образует сплошной шнур, который можно свернуть в кольцо с трещ нами и переломами;

- тяжелый сугл нок – легко раскатывается в шнур, образует кольцо с трещинами; - глина – образует дл нный тонкий шнур, который потом легко обра-

зует кольцо без трещ н.

Ход определен я. Возьмите две чайные ложки почвы и увлажните до тестообразного состояния. Из полученной массы скатайте "колбаску" наподо ие шнура. Это так называемая проба на скатывание. Для точного определения гранулометрического состава применяют, например, метод Качинского.

Мокрый органолептический метод. Образец растертого грунта увлажняют и перемешивают до тестообразного состояния. Из подготовленной почвы на ладони делают шарик и пробуют сделать из него шнур толщиной около 3 мм, а затем свернуть кольцо диаметром 2-3 см.

Затем еще две чайные ложки почвы насыпают в пробирку (если ее нет, можно использовать тонкий прозрачный стакан) с дистиллированной водой. Встряхивают. По скорости осветления воды в пробирке пробе на скатывание определяют гранулометрический состав почвы.

16

вещество почвы, детрит экосистемы. Гумус – основа плодородия почвы. Количество гумуса в почве поддерживается двумя противоположно направленными микро иологическими процессами: гумификацией (анаэробный процесс превращения остатков животных и растений в гумус) и минерализацией (аэробный процесс разрушения гумуса до простых органических и минеральных соединений). В почвах естественных экосистем эти процессы находятся в равновесии. Разные типы почв различаются по содержанию гумуса в верхнем слое, который называется гумусным горизонтом, и мощностью этого горизонта. Наиболее богаты гумусом черноземы, содержание гумуса в которых может достигать 10 % (в прошлом в отдельных районах РФ и Украины оно достигало 16 %), а мощность гумусового горизонта – 1 м. Наиболее бедны гумусом подзолистые каштановые почвы. Мощность гумусового горизонта у них составляет 5 – 15 см, а содержание гумуса – 1 – 2 %. Переходное положение между подзолистыми почвами и черноземами занимают серые лесные почвы (их разделяют на светло-серые, серые и темно-серые), а между черноземами и каштановыми – темно-каштановые. Очень богаты гумусом почвы влажных местообитаний – луговые и влажнолуговые почвы. Запасы гумуса в основных типах почв РФ (в однометровом слое, т/га) составляют:

17

тундровые почвы – 73, подзолистые – 99,серые лесные – 215, черноземы – 500, каштановые – 160,пустынные серо-бурые – 40.

Многочисленными исследованиями доказано, что в условиях городской среды формируется специфический гумус, свойства которого отличны от гумуса почв ненарушенных экосистем. В этой связи необходим анализ гумуса почв, находящихся в условиях урбанизации.

Методика отбора почвы. При подготовке почвы к анализу на содержан е гумуса азота тщательно отбирают корни и различные органическ е остатки. Среднюю пробу нерастертой почвы разравнивают тонк м слоем на листе белой бумаги и пинцетом отбирают все корешки в д мые органические остатки. Затем комки почвы растирают в ступке вновь от ирают органические примеси, просматривая почву под лупой. После этого ее растирают в фарфоровой ступке и пропускают через с то с отверстиями 1 мм. Из просеянной почвы берут среднюю про у 10 – 15 г, разравнивают ее тонким слоем на листе восковки ли пергаментной умаги и снова отбирают корешки наэлектр зованной стеклянной палочкой (ее надо потереть суконкой или шерстяной тряпочкой и ыстро провести палочкой над почвой). Корешки и мелкие кусочки органических остатков, прилипающие к палочке, удаляют. Не следует подносить палочку слишком близко к почве, так как в этом случае к ней прилипают и тонкие минеральные частицы. После от ора корешков почву вновь растирают в фарфоровой ступке и просеивают через сито с отверстиями 0,25 мм. Оставшиеся после просеивания на сите песчаные частицы растирают в ступке, просеивают смешивают со всей почвой.

Ход определения. Из образца почвы, просеянной через сито с отверстиями 0,25 мм, берут на аналитических весах навеску от 0,1 до 0,5 г. Величина ее зависит от содержания гумуса в анализируемой почве: чем больше в ней гумуса, тем меньше навеска.

Таблица 4

Размер навески в зависимости от содержания гумуса в почве

18

Навеску осторожно переносят в сухую коническую колбу вместимостью 100 мл и приливают из бюретки 10 мл 0,4 Н раствора К2Сr2О7, приготовленного в разведенной 1:1 серной кислоте, содержимое осторожно перемешивают круговым движением колбы. В горло колбы вставляют маленькую воронку, служащую холодильником,

и ставят ее на песочную баню. Содержимое колбы кипятят точно 5 Симин, следят забАДколбой и не допускают бурногоИкипения, со-

провождающегося выделением паров через воронку. При сильном и продолж тельном к пячении увеличивается концентрация серной кислоты, что может пр вести к разложению хромовой кислоты, а отсюда и к неверным результатам анализа. При содержании гумуса > 10 % следует пр л вать 15 мл раствора.

При нагреван начинается окисление гумуса, заметное по мел-

ким пузырькам выделяющегося СО2. Часть бихромата калия при этом затрач вается на ок сление гумуса по схеме:

2К2Сг2О7 + 8Н2SО4 → 2К2SО4 + 2Сг2(SО4)3 + 8Н2О + 3O2; 3О2 + 3С (углерод гумуса) → 3CО2.

Затем содерж мое кол ы охлаждают, прибавляют 5 – 8 капель фенилантраниловой кислоты (или 10 капель 85 %-ной фосфорной кислоты) и 8 капель дифениламина, все тщательно перемешивают, раствор титруют 0,2 Н раствором соли Мора до перехода цвета раствора из бурого в зеленый. Когда раствор окрасится в синий цвет, титровать необходимо очень осторожно, прибавляя раствор соли Мора по одной капле, тщательно размешивая титруемую жидкость. Реакция между бихроматом калия, оставшимся после окисления гумуса, и солью Мора заключается в восстановлении бихромата калия в соль хрома (III), она идет по уравнению:

К2Сr2О7 + 6Fе2SO4 + 7H2SO4 → Сr2(SО4)3 + К2SО4 +ЗFе2(SО4)3 + 7Н2О

Одновременно устанавливают соотношение между К2Сr2О7 и солью Мора, для чего добавляют из бюретки 10 мл 0,4 Н раствора К2 r2О7 в коническую колбу вместимостью 100 мл, а затем содержимое колбы титруют так же, как описано выше (без кипячения). Экспериментально установлено, что 1 мл 0,2 Н раствора соли Мора соответствует такому количеству хромовой кислоты, которое окисляет 0,0010362 г гумуса или 0,0006 г углерода. Поэтому количество гумуса вычисляют по формуле:

X = (a −b) 0,001036 k 100 K

C ,

19

где: Х – количество гумуса, в процентах к сухой почве; а – число миллилитров раствора соли Мора при холостом определении;

b – то же, при обратном титровании после окисления гумуса;

k – поправка на нормальность раствора соли Мора, если он не точно 0,2 Н; 100 – коэффициент перевода на 100 г почвы;

K – коэффициент для пересчета на сухую почву (поправка на содер- СибАДИжание гигроскопической воды);

C – навеска почвы, взятая для анализа, г.

Определен е рН почвы Химические свойства почвы зависят от содержан я в ней м неральных веществ, которые находятся в виде растворенных г драт рованных ионов. Одной из важных характеристик химического состава почв является реакция ее среды, т.е. кислотность почвы. В среднем рН почв лизок к нейтральному значению. Такие почвы на более огаты о итателями. Известковые почва имеют рН = 8

– 9, т.е. они слабо щелочные; торфяные почвы имеют рН = 4 – 6, т.е. они слабо к слые. Соответственно, основные и кислые почвы имеют специфическ й состав, пр спосо ленный к тем или иным почвенным организмам. 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 то ксичных концентрациях могут содержаться ионы железа Fe3+, марганца Mn2+, а фосфат-ионы (РО43-) оказываются связанными в малорастворимые соединения (фосфаты и гидрофосфаты) – тогда растения страдают от недостатка фосфора. 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 к - слотность не выходит за пределы 4 – 8.

20

торы почв делятся на следующие группы:

- ац доф лы крайние (рН 3,5 – 4,5) – сфагнум, зеленые мхи, плаун, кошачьи лапки, хвощ полевой, щавель малый;

- ац доф лы умеренные (рН 4,5 – 6,0) – черника, брусника, багульник, сушен ца, калужница олотная, сердечник луговой, вейник наземный;

- ацидофилы сла ые (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.

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

21

4.6. Разнообразие древесно-кустарниковых пород г. Омска

Оценка состояния древостоя смешанного леса. Оценка со-

стояния древостоя производится для установления вредного влияния антропогенных факторов и прогнозирования судьбы исследуемой лесной экосистемы.

СибЦель работы: АДИ

Овладен е учащ мися биоиндикационной методикой исследования окружающей пр родной среды.

Оборудован е:

П шущ е пр надлежности, микрокалькулятор.

Ход работы:

1. Внутри ключевого участка закладывается пробная площадка 100м2. 2. Определяются в ды деревьев, растущих на пробной площадке.

3. С помощью шкалы визуальной оценки деревьев по внешним признакам (табл.6) определяются аллы состояния отдельных деревьев

где Kj – коэффициент состояния j-го вида деревьев; bj – баллы состояния отдельных деревьев;

Nj – общее число учтенных деревьев j-го вида.

5. Коэффициент состояния лесного древостоя в целом (К) определяется как среднее арифметическое средних баллов состояния различных деревьев на пробной площадке:

K = ∑RK j ,

где Kj – коэффициент состояния j- го вида; R –число видов деревьев.

6. Состояние древостоя леса оценивается по следующим критериям: К< 1,5 – здоровый древостой (I)

К= 1,6 – 2,5 – ослабленный древостой (II)

К= 2,6 – 3,5 – сильно ослабленный лес (III)

К= 3,6 – 4,5 - усыхающий лес (IV)

К> 4,6 – погибший лес (V)

22

Таблица 6

Состояние древостоя смешанного леса

Балл Характеристика состояния

Здоровые деревья без внешних признаков повреждения, величина при-

1роста соответствует норме.

Ослабленные деревья. Крона слабоажурная, отдельные ветви усохли.

Пример расчета состояния древостоя

Предположим, что во время обследования деревьев на пробной площадке получены следующие данные.

Береза пушистая: 4 дерева, баллы 2, 2, 3, 4. Ель европейская: 4 дерева, баллы 2, 2, 3, 3. Осина: 5 деревьев, баллы 2, 2, 2, 3, 4.

Тогда обще число учтенных на площади деревьев составляет 13. Рассчитываем коэффициенты состояния отдельных деревьев:

Кберезы = (2+2+3+4)/4 = 2,7 Кели = (2+2+3+3)/4 = 2,5 Косины = (2+2+2+3+4)/5 = 2,6

Определяем коэффициент состояния древостоя в целом по фор-

муле:

К = (Кберезы + Кели + Косины) / 3 = (2,7 +2,5+ 2,6) / 3 = 2,3

Такое значение коэффициента состояния лесного древостоя позволяет оценить его как ослабленное.

23

Исследование состояния дикорастущих растений в городе. Растения прибрежной зоны. Растения парковой зоны

Жесткие условия городской среды производят строгий отбор растений, способных выдерживать ее давление. Этих растений не так уж много, поэтому видовое разнообразие городов скудно.

Цель работы: исследовать состояние дикорастущих растений

СибАДИ3. Сравн те полученные данные с данными фоновых показателей. 4. Сделайте вывод: подтвердилось ли в результате ваших исследований утвержден е современных экологов о том, что в городах происход т обеднен е флоры (уменьшение числа видов и обильности

прибрежной зоны городской среды.

Оборудование: п шущие принадлежности, микрокалькулятор.

Ход работы:

1. Выбер те участок на прибрежной территории в черте города

(парковой, пр дорожной, в качестве фоновых показателей используют данные по анал зу растительности за городом).

2. осч тайте ч сло видов древесных и травянистых растений на каждом участке.

особей)?

4.7. Воздействие антропогенного фактора на почву

В настоящее время особое значение приобрело загрязнение биосферы группой загрязняющих веществ, получивших общее название «тяжелые металлы» (ТМ). К тяжелым металлам относят более 40 химических элементов периодической системы . . Менделеева с атомным весом свыше 50 а.е.м. Иногда тяжелыми металлами называют элементы, которые имеют плотность более 7000 – 8000 кг/м3 (7 – 8 г/см3), кроме благородных и редких. Часть техногенных выбросов тяжелых металлов, поступающих в атмосферу в виде аэрозолей, переносится на значительные расстояния вызывает глобальное загрязнение. Другая часть с гидрохимическим стоком попадает в бессточные водоемы, где накапливается в водах донных отложениях и может стать источником вторичного загрязнения. Основная масса выбросов осаждается в непосредственной близости от источников загрязнения – это, чаще всего, промышленные предприятия. Сильное загрязнение тяжелыми металлами наблюдается вблизи автомагистралей. Соединения свинца, содержащиеся в отработавших газах автомобилей, относятся к 1-ому классу опасности. Загрязнение окружаю-

24

щей среды в результате работы автотранспорта особенно ощутимо в крупных городах. Преимущественное накопление свинца происходит в верхней части корнеобитаемого слоя почв.

Для крупных автомагистралей с большим количеством полос движения, при отсутствии "пробок", загрязнение почв металлами проявляется слабее, чем для узких магистралей. Это объясняется тем, что

СибАДИна широких магистралях машины движутся с большей скоростью, расходуя бенз на меньше , тем самым, уменьшая выбросы в атмосферу.

Расчетная оценка количества свинца, поступающего в почву придорожных зон от автотранспорта

Цель работы: ознакомление с методом экспрессного оценочного анал за кол чества свинца, попадающего в окружающую среду с выхлопами автомо лей.

Оборудован е: м крокалькулятор, пишущие принадлежности.

Ход работы:

1. Выбер те участок автотрассы длиной 1 км, имеющий хороший обзор.

2. Определите количество единиц автотранспорта, проходящего по участку в течение 15 минут, исключив при подсчете автомобили и

Рассчитайте общий путь, пройденный выявленным числом автомобилей каждого типа за 1 час (L, км) по формуле:

L = N ∙ S,

где N – число автомобилей каждого типа за 1 час

S – длина выбранного участка наблюдения, равная 1 км Полученные данные занесите в таблицу 7.

25

2. Рассчитайте количество топлива (Q, л) разного вида, сжигаемого при движении по исследуемому участку, двигателями автомашин по формуле:

Q = L ∙ Y,

где Y – удельный расход топлива, л на 1 км

4. Рассч тайте количество свинца, содержащееся в топливе, если 1 л этилированного ензина содержит в среднем 0,25 г тетраэтилсвинца. Для расчета используйте данные по расходу топлива на исследуемом участке автотрассы:

m(Pb) = Q(л)·с(Pb) m(Pb) = 391,28·0,25 = 97,82 г.

Около 70 % свинца, добавленного к бензину, попадает в окружающую среду с отработавшими газами, из них 30 % оседает на земле сразу за срезом выхлопной трубы, а 40 % в качестве аэрозоля перемещается в соответствии с розой ветров осаждается на удалении от места выброса. Рассчитайте эти количества свинца.

m(Pb)о.с. = m(Pb) · 0,7 = 97,82 · 0,7 = 68,47 г; m(Pb)почв.= m(Pb) · 0,3 = 97,82 · 0,3 = 29,346 г; m(Pb)аэроз = m(Pb) · 0,4 = 97,82 · 0,4 = 39,128 г;

где m(Pb) – масса свинца, содержащаяся в топливе в виде тетраэтил-

свинца (Pb(C2H5)4;

m(Pb)о.с. – масса свинца, поступившая в окружающую среду при выхлопе;

m(Pb)почв – масса свинца, поступившая в почву непосредственно за срезом выхлопной трубы;

m(Pb)аэроз – масса свинца, перемещаемая ветровыми потоками.

26

Таким образом, на выделенном участке магистрали длиною 1 км, за 1 час с выхлопными газами выбрасывается 68,47 г свинца.

5. Негативное влияние автотранспорта на окружающую среду можно оценить по состоянию растительного покрова.

В крупных городах, как известно, наиболее неприхотливым

придорожным растением является одуванчик. В большинстве случаев СибАДИтяжелые металлы угнетают рост растений, приводя к возникновению

уродливых форм, сн жая высоту растений. Среди видов, устойчивых к городск м услов ям, можно назвать ель колючую, ясень американский, тополь черный, боярышник. Они поглощают оксиды азота, серы, сероводород, пыль, т.е. играют роль фильтров.

Охарактер зуйте растительный покров на примере одуванчика на расстоян 0,5; 1; 5; 10; 30; 50; 100 м от дороги. К исследуемым

показателям относятся:

1) масса л стьев;

2) дл на л стьев; 3) доля уродл вых форм (изрезанность листьев).

Оценка экологического состояния территории по физиологическим показателя почвы (дыхание почвы)

В биодиагностике почв ольшое значение имеет определение почвенного дыхания как интегрального показателя работы всей биоты. Интенсивность выделения углекислоты дает достоверную информацию о напряженности микробиально - биохимических процессов, о направленности трансформации органического вещества, а также позволяет судить о самоочищающей способности антропогенно нарушенных почв.

Определение углекислоты методом титрования – быстрый и достаточно простой способ исследовать биологические свойства почв в больших объемах, когда работа ставится на поток необходимо получить репрезентативные данные. Для определения потоков углекислоты предлагается следующий прибор (рис. 3), представляющий собой стеклянный цилиндрический сосуд (d = 10 см) емкостью 1,0 – 1,5 л с пр и- тертой крышкой. Шлиф крышки необходимо смазывать вакуумной мазью или вазелином. На внутренней стороне крышки находится крючок, к которому подвешивается сетчатая корзиночка или марлевый мешочек с дышащим материалом. В крышке имеются два отверстия: одно для хлоркальциевой трубки, другое для наливания раствора гидрокси-

27

да бария. Это отверстие на время экспозиции закрывается каучуковой пробкой. В хлоркальциевую трубку помещается слой стеклянной ваты, затем трубка заполняется поглотителем углекислоты – натронной известью, которая снова покрывается слоем стеклянной ваты и закрывается пробкой со стеклянной трубочкой. Поглотитель углекислоты в трубочке необходимо периодически менять.

СибАДИХод определения. Интенсивность дыхания определяется по следующей схеме: в сосуд приливается 25 мл 0,05 н. раствора гидроксида бар я закрывается крышкой с подвешенным к ней дышащим материалом (почвой). Время экспозиции необходимо определить экспериментально (около 3 часов). Одновременно ставится контроль (аналог чный пр ор, но уже ез почвы, с 25 мл раствора гидроксида бария) для учета углек слоты воздуха, находящегося в сосуде. В течение опыта нео ход мо периодически встряхивать сосуды с целью разрушен я образующейся пленки карбоната бария, мешающей дальнейшему поглощен ю углекислоты. По окончании опыта избыток гидрокс да бар я в пр сутствии 1 – 2 капель фенолфталеина оттитровывают 0,05 Н соляной кислотой. Разница в объемах соляной кислоты, пошедшей на титрование контроля и опыта, дает количество углекислоты, выделенной дышащим материалом. Интенсивность дыхания выражают в мг СО2 на единицу веса, объема или площади испытуемого материала за 1 час.

Растения придорожной территории и городской застройки

Среди дикорастущих растений городов, укоренившихся во дворах, вдоль дорог, на пустырях, можно встретить в основном полынь обыкновенную, клевер ползучий, горец птичий, пижму обыкновенную.

Цель работы: сследовать состояние дикорастущих растений придорожной территории в городе.

Оборудование: пишущие принадлежности

Ход работы:

1. Выберите два участка приблизительно одинаковой площади. Один из них – на придорожной территории, городской застройки, другой – в лесопарковой зоне.

2. Сосчитайте число видов древесных и травянистых растений на каждом участке.

3. Сравните полученные данные с определителем растений. Изготовьте гербарий (Приложение 4)

28