2619

2

УДК 630*272

Тихонова, Е. Н. Экология почв [Текст] : методические указания к лабораторным работам для студентов по направлению подготовки 35.03.10 – Ландшафтная архитектура / Е. Н. Тихонова ; М-во образования и науки РФ, ФГБОУ ВО «ВГЛТУ». – Воронеж, 2017. – 23 с.

Печатается по решению учебно-методического совета ФГБОУ ВО «ВГЛТУ» (протокол № 2 от 02 декабря 2016 г.)

Рецензент д-р биол. наук, проф. кафедры экологии и земельных ресурсов ФГБОУ ВО «ВГУ» Л.А. Яблонских

Методические указания могут быть использованы при обучении слушателей по соответствующим программам дополнительного профессионального образования.

4

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1 ОТБОР ПОЧВЕННЫХ ПРОБ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ

ИССЛЕДОВАНИЙ

Цель работы: изучение и осваивание техники отбора почвенных образцов для проведения лабораторных работ.

При исследовании почвы важным этапом является отбор проб, который в методиках рекомендован в соответствии с ГОСТ 17.4.4.02.84. Стандарт предназначен для контроля общего и локального загрязнения почвы в районах воздействия промышленных, сельскохозяйственных, хозяйственно бытовых и транспортных источников загрязнения.

Точечные пробы отбирают методом конверта, по диагонали или другим способом, исходя из того, чтобы каждая проба представляла собой часть почвы, типичной для генетических горизонтов. Объединенную пробу готовят из точечных проб. При определении в почве поверхностно распределяющихся веществ (нефть, нефтепродукты, тяжелые металлы) точечные пробы отбирают послойно на глубине 0-5 см и 5-20 см массой до 0,2 кг.

При анализе загрязнения почвы легколетучими или химически нестойкими веществами точечные пробы отбирают по всей глубине почвенного профиля

ипомещают в стеклянные емкости, герметично закрывающиеся крышками. Пробы анализируют в день отбора проб. При невозможности быстрого анализа пробы хранят в определенных условиях, описанных в методиках. При определении пестицидов пробы не следует хранить в пластмассовых емкостях. При необходимости длительного хранения (более месяца) проб в почву добавляют консервирующие средства, рекомендованные в каждом случае для конкретных веществ в методиках (формалин с хлоридом натрия, раствор хлороводородной кислоты и др.).

На практике чаще всего пробы почвы извлекают с помощью лопаты (совка) с глубины ~20 см и складывают в мешочки из ткани. При необходимости изучения послойной (глубинной) миграции элементов пользуются специальным почвенным буром (известна площадь и глубина отбора пробы). Отобранная проба (400-500 г), освобожденная от камней и корней растений, рассыпается равномерным слоем на ровной поверхности и высушивается при обычной температуре (в отсутствие солнечного света) до воздушно сухого состояния. Затем пробы просеивают через сито с диаметром отверстий 1 мм и упаковывают в пакеты из плотной бумаги.

При определении вредных примесей возникает необходимость определения влажности почвы. Для этого навеску почвы помещают в химический стакан

идоводят до постоянной массы. Для высокогумусовых, глинистых почв с вы-

5

сокой влажностью достаточно 15-20 г, навеска органических почв должна быть 15-50 г. Определение проводят дважды, температура нагрева 105±2 °С в течение 8 ч. Песчаные почвы нагревают 3 ч при 105±2 °С, загипсованные почвы нагревают 8 ч при 80±2 °С.

Влажность почвы (в %) вычисляют по формуле

,

где m1 – масса влажной почвы со стаканчиком и крышкой, г;

m0 – масса высушенной почвы со стаканчиком и крышкой, г; m – масса пустого стаканчика с крышкой, г.

Вычисление проводят с точностью до ±0,1 %. При необходимости пересчета с воздушно сухой почвы на абсолютно сухую определение гигроскопической влажности проводят аналогичным образом и учитывают в расчете результатов анализа.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2 НАКОПЛЕНИЯ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА И ЗОЛЬНЫХ

ЭЛЕМЕНТОВ В БИОМАССЕ РАСТЕНИЙ

Цель работы: изучение биомассы растений как источника питательных элементов в почве.

Растительность – один из определяющих факторов почвообразования и биологического круговорота, в ходе которого в почву поступают зольные элементы. Эти элементы обеспечивают плодородие почвы как одну из ее основных экологических функций. Метод определения органического вещества в растительном материале заключается в сухом сжигании образца в муфельной печи, определении в нем золы и органической части (как зола, так и органическая часть рассчитываются в процентах к сухому образцу). При сжигании растительного материала углерод, азот и водород улетучиваются в виде углекислого газа, воды и окислов азота. Оставшийся нелетучий остаток (зола) содержит элементы, называемые зольными. Разница между массой всего сухого образца и зольным остатком составляет массу органического вещества. Ниже приведены данные о содержании сухого органического вещества и зольных элементов в растительном материале. После предварительного ознакомления с ними предлагается выполнить несколько расчетных задач.

6

Древесные растения в среднем содержат (в расчете на сухое вещество) 3 % зольных элементов и 97 % органического вещества, а травянистые, соответственно – 6 и 94 %.

Задания:

1.После сожжения в муфельной печи 6 г растительного образца (средней пробы из древесины, коры, корней, листьев) образовался остаток в виде золы в количестве 0,4 г. Рассчитать зольность.

2.Рассчитать поступление с золой калия под пологом леса, где запас древостоя составляет 300 т/га, причем на долю его ежегодного разлагающегося опада, дающего соответственно зольные элементы, приходится 1/10 часть общей биомассы. Травяной покров ежегодно поступает в количестве 30 т/га, наполовину участвует в процессах разложения и является, следовательно, также источником зольных элементов.

Для расчетов поступления калия использовать следующие данные: содержание калия в зольной части древесных пород составляет в среднем, 55 %, а

всоставе травостоя – 1 %. По выполнении расчетов построить диаграммы (в масштабе) участия органической и минеральной (зольной) части растений в формировании опада и выделить долю калия.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3 НАКОПЛЕНИЯ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА И ЗОЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В ПОЧВЕ

Цель работы: изучение одной из основных экологических функций почвы как ресурса органического углерода на Земле.

В результате разложения опада в виде отмерших остатков растений, почвенных животных и почвенных микроорганизмов в почве образуется запас органического вещества, большая часть которого (как правило, не менее 85 %) составляет гумус. Учет его представляет интерес не только для изучения ресурсной функции почвы, но и для сравнительной оценки плодородия различных почв. Обычно приводимые в процентах данные не всегда являются репрезентативными, поэтому прибегают к расчету запаса гумуса в определенных весовых единицах (например, г/м2 или т/га). Предварительно необходимо вывести формулу для расчета запаса гумуса в определенном слое (или почвенном горизонте). Например, мощность слоя (h) составляет 10 см (0,1 м). Объем почвы на площадке (S) 1 м2 составляет 1 × 1 ×0,1 = 0,1 м3 . Зная процентное содержание гумуса в данном слое, можно найти его количественный параметр (в т/га или кг/м2), для чего необходимо иметь значение показателя плотности почвы (d). Умножив объем (S × h) на плотность (d), получаем вес почвы, в котором надо

7

найти долю гумуса, содержание которого в процентах определяется предварительно в лаборатории любым доступным методом – сухого и (или) мокрого сжигания. Весь вес почвы принимается за 100 %, доля гумуса за х. Таким образом, запас гумуса (Q), например в т/га, на площадке 1 м2 будет соответственно

вычисляться по формуле

Q = 1 м2 × h × d × % гумуса/100,

где h, в таком случае нужно выразить в метрах, а d – в тоннах/м3.

По данной формуле расчеты можно производить в любых весовых единицах на любую площадь. В частности, при перерасчете запаса гумуса на 1 га нужно ввести коэффициент 10 000 (зная, что в 1 га 10 000 м2).

Вышеприведенная формула примет вид

Q = 100 м 2 × h × d × % гумуса.

Подобным образом можно рассчитывать запас любого вещества или элемента в почве.

Задание:

Рассчитать запас гумуса в метровой толще целинного варианта чернозема выщелоченного и записать в виде таблицы.

8

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4 ПОТЕРЯ ПЛОДОРОДИЯ ПОЧВЫ, ЕГО ВОССТАНОВЛЕНИЕ И ПОДДЕРЖАНИЕ

Цель работы: установить потери плодородия почв (на примере с гумусом) и предложить возможные варианты его восстановления путем использования различных органических природных ресурсов.

Помимо накопления органического вещества, в почве идет противоположный процесс – его разложение. В исходных ненарушенных биогеоценозах оба эти процесса находятся в равновесии. Однако в почвах, введенных в сельскохозяйственный оборот, в результате усиленного окисления органического вещества и проявления процесса эрозии идет его потеря. Как правило, основные и наиболее интенсивные потери органического вещества происходят из верхней части гумусового профиля.

Задание:

Рассчитать по данным табл. 2 запас гумуса в черноземах различной степени эродированности, используемых в течение 100 лет в земледелии, и установить его годовые потери.

2. Решить задачи на восполнение запаса органического вещества почвы, т.е. на восстановление или сохранение еѐ экологических функций, нарушенных хозяйственной деятельностью:

а) в 1 т органического сапропеля содержится 400 кг углерода (С). Какое количество его необходимо для восполнения углеродного уровня почвы, теряющей ежегодно около 1 т гумуса с 1 га? Принять во внимание, что в составе гумуса 58 % углерода; б) содержание углерода в древесных опилках составляет примерно 60 %. Какое

количество этого сырья необходимо внести на 1 га для поддержания углеродного уровня почвы, если потери гумуса составляют 1,2 т с 1 га? Принять во внимание, что в составе гумуса 58 % углерода;

9

в) в 1 т соломы содержится 320 кг углерода, а в 1 т древесных опилок его 220 кг. Какое количество каждого из этих видов сырья необходимо внести на 1 га для восполнения углеродного уровня, если ежегодные потери гумуса с 1 га почвы составляют 0,8 т? Принять во внимание, что в составе гумуса 58 % углерода.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОДОРОДИЯ И

БИОЛОГИЧЕСКОЙ ПРОДУКТИВНОСТИ ПОЧВЫ ПО ЕЕ ЦВЕТУ И РАЗВИТИЮ РАСТЕНИЙ

Цель работы: овладеть ориентировочной оценкой биологической продуктивности почв визуально и с помощью тестовых культур.

Одним из главных признаков плодородной почвы является наличие в ней гумусовых веществ, которые обусловливают черную, темно-серую и серую окраски. Кроме того, оксиды железа, марганца придают почве красноватый и бурый оттенок, от закисей железа формируются голубовато-зеленоватые тона; кремнезем, углекислый кальций, каолинит обусловливают белую и белесую окраску. Эти же тона формируются при наличии в почве гипса и некоторых легкорастворимых солей. Проблема увеличения и поддержания продуктивности почв с целью удовлетворения потребностей увеличивающегося населения планеты в продуктах питания возникла на заре развития земледелия и не теряет своей актуальности и в наше время. Об этом, в частности, свидетельствует ситуация, сложившаяся в некоторых регионах Африки, страдающих от засухи. В странах, производящих большое количество продовольственной продукции, поддержание плодородия почвы – необходимое условие роста экономики и сохранения окружающей среды, меняющейся с внедрением систем земледелия, которые должны способствовать развитию производства, отвечающего национальным потребностям и удовлетворяющего экспортный спрос. Задача ученых

– внести свой вклад в решение проблемы производства необходимого количества продовольственной продукции путем разработки методов повышения урожайности сельскохозяйственных культур, с помощью выведения новых сортов, использования удобрений и мелиоративных приемов, разработки методов химической борьбы с вредителями и болезнями и применения соответствующих способов обработки и полива.

Способность почв поддерживать растущее производство зависит в основном от того, как изменяются их свойства в результате окультуривания. Хотя темпы изменения методов земледелия за последние 50 лет значительно возрос-

10

ли, а использование химикатов послужило еще одним импульсом к повышению этих темпов, основные проблемы, перечисленные ниже, остаются теми же, что и в те времена, когда люди впервые начали обрабатывать землю:

−из-за уничтожения растительности почва подвергается действию осадков и ветра, что может привести к эрозии;

−со временем запасы органического вещества убывают, что приводит к снижению устойчивости почвы и повышению ее восприимчивости к эрозии;

−снижение содержания органического вещества почвы и связанное с этим сокращение микробной биомассы приводят к снижению уровня минерализации опада;

−сокращение запасов органического вещества приводит к снижению емкости катионного обмена (ЕКО) почв, при этом теряется их способность удерживать катионы питательных веществ от вымывания;

−вынос питательных веществ из почвы с урожаем должен быть компенсирован их поступлением либо за счет естественных процессов, либо путем внесения органических удобрений.

Почву по содержанию гумуса и цвету можно условно разделить на следующие категории, приведенные в табл. 3.

Плодородие почвы можно также определить по продуктивности растений (методом биотестов). Для объективной оценки плодородия почвы надо использовать тесты с разными растениями (не менее трех). Каждый тест проводится в трехкратной повторности. Тестовые объекты – семена пшеницы, овса, ячменя, гороха, вики, редиса и др.

Таблица 3

Оборудование, материалы: пластмассовые или стеклянные стаканчики объемом 100–150 мл; стеклянные трубочки диаметром 0,8 см; фольга; образцы почвы, взятые в разных местах и сильно различающиеся по цвету; семена различных растений; промытый и прокаленный песок; образец высокогумусной почвы с известным процентным содержанием гумуса (например, 10 %).