Проект от

Министерство образования Российской Федерации

Санкт-Петербургский государственный университет

Биолого-почвенный факультет

Рассмотрено и рекомендовано УТВЕРЖДАЮ

на заседании кафедры декан факультета

почвоведения и экологии почв проф. И.А. Горлинский

протокол от _________________________

Заведующий кафедрой

проф. Б.Ф. Апарин____________________________

ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

“Экология почв” Федерального компонента цикла опд. Ф. 13

по направлению 510700 – «почвоведение»

Разработчики:

Профессор, доктор биол. наук_______________________С.Н.Чуков

Доцент, канд. биол.наук ____________________________Н.Н.Федорова

Доцент, канд. биол.наук ____________________________О.В.Романов

Рецензент:

Санкт-Петербург

2009 г.

1. Организационно-методический раздел.

1.1.«Экология почв» относится к разделу общепрофессиональных дисциплин и является базовой в подготовке почвоведа по профилю «Экология и биология почв, землепользование» направления 510700 – «почвоведение» и служит как теоретической, так и практической основой для изучения функций почв в естественных и антропогенно измененных условиях.

- данный курс читается на 6 семестре, включает: лекции-36 часов, практические занятия – 4 часа, семинары – 6 часов, интерактивные формы обучения – 6 часов, формы контроля – тестирование, экзамен. Знания полученные на занятиях по курсу закрепляются на учебных полевых практиках 3 курса.

- дисциплина является обязательной при освоении ООП по направлению 510700 – «почвоведение».

- курс включает в себя 3 модуля по12 лекционных часов, а также практические, семинарские и интерактивные формы обучения.

- дисциплина базируется на синтезе знаний, полученных из курсов: «Почвоведение», «Введение в биологию», «Агрохимия», «Общая экология», «Геология», «Биогеоценология», «Химия почв». Данная дисциплина увязывает полученные в них знания и позволяет реализовать их на новом уровне.

1.2. Цель учебной дисциплины: получение знаний об экологических функциях почвы и применение их для решения проблем почвоведения, земледелия, охраны почв и охраны окружающей среды.

1.3. Задачи учебной дисциплины – изучить:

- экологические функции почвы на разных уровнях организации – от наземных биогеоценозов до биосферы и планеты в целом;

- основные типы ксенобиотиков, процессов их накопления и трансформации в почвах;

- влияние химического загрязнения почв на экологические функции почв;

- устойчивость почв по отношению к избыточным количествам химических веществ и другим видам внешней нагрузки;

- основные принципы организации и типы почвенно-экологического мониторинга;

- охрана почв и принципы формирования Красной книги почв.

1.4. Перечень компетенций, которые приобретает студент (слушатель) в процессе изучения данной дисциплины (выходные компетенции):

- знать основные экологические функции почв (биогеценотические, глобальные, общебиосферные, этносферные);

– уметь оценивать основные экологические параметры почв, обеспечивающие устойчивое функционирование экосистем

- уметь оценивать устойчивость почв к химическому загрязнению;

- знать содержание и задачи глобального, регионального и импактного мониторинга почв.

2. Формы текущего и промежуточного контроля: контрольные работы (тесты), экзамен.

3. Объем и распределение часов курса по модулям, разделам, темам и видам занятий

№ п/п	Наименование модулей, разделов, (тем) (для двух- и многосеместровых дисциплин – разбиение по семестрам) (для ООП)	Аудиторные занятия				Самос-тоятельная работа	Общая трудоемкость с учетом зач. и экз., ч/ кредит
		Лек-ции	Практич. зан. (семина-ры, лаб. раб.)	Контак-тное время	Всего
		часы
1	2	3	4	5	6	7	8
1	Экологические функции почвы.	18	6		22	20	42
2	Химическое загрязнение и устойчивость почв.	12	4		18	15	33
3	Основы почвенно-экологического мониторинга.	6	6		12	10	22
	Итого	36	16		52	45	97

4. Содержание дисциплины.

4.1. Основные вопросы разделов и темы модулей.

Введение (лекция 2 часа проф. С.Н.Чуков) Понятия об экологии и охране окружающей среды. Прямые и обратные связи природы и общества. Экологические кризисы и их роль в развитии человечества. Антропогенная деградация биосферы, ее экологические последствия, актуальность контроля состояния окружающей среды.

Предмет экологии почв, его значение и место в современном комплексе биологических наук и наук о земле. История развития взглядов на предмет экологии почв (Докучаев, Волобуев, Прасолов, Соколов). Цель, содержание и задачи экологии почв на современном уровне развития науки.

Почва как необходимое звено наземных биогеоценозов. Ее участие в анаболизме, катаболизме и некроболизме биогеоценоза. Плодородие как интегральный показатель экологических функций почвы.

Модуль 1

Экологические функции почвы (16 часов лекций, 2 часа семинар, 2 часа интерактивные формы)

Понятие об экологических функциях почвы. (2 часа доц. Н.Н.Федорова) Классификация экологических функций почвы Г.В.Добровольского и Е.Д.Никитина. Биогеоценотические, глобальные, общебиосферные экологические функции почвы.

Общебиосферные экологические функции почвы.

Функции почвы:

как среды обитания для организмов суши;

как связующего звена геологического и биологического круговорота элементов;

поддержание постоянства химического состава атмосферы и гидросферы;

аккумуляция гумуса и связанной с ним энергии в биосфере;

формирование и поддержание биологического разнообразия;

регулирования биосферных процессов.

Антропогенные изменения общебиосферных функций почвы. Этносферные функции почвы.

Биогеоценотические экологические функции почвы.

Группа функций, обусловленных физическими свойствами почвы. (4 час. доц. О.В.Романов) Экологическое значение главных физических параметров почвы (гранулометрический состав, агрегатное состояние, плотность сложения, влажность). Значение почвенной влаги в функционировании системы почва-растение. Физические свойства почв (плотность, твёрдость, строение порового пространства и пр.), определяющие влагопроводность почв и проникновение в почву корней. Видовые особенности растений и почвенной биоты и основная гидрофизическая характеристика (ОГХ) почв: зависимость скорости роста корней от плотности, влажности и потенциала почвенной влаги. Коэффициенты влагопроводности растений и потребление почвенной влаги. Динамика потока влаги из почвы в растения. Концентрация корневых систем и относительная транспирация растений. Различные подходы к моделированию влагопотребления растений.

Видовые (генетические) особенности растений в их реакции на почвенную засуху и деградацию физических свойств почв. Величины критического давления почвенной влаги под различными культурами в зависимости от стадии филогенеза. Влияние свойств почвенной структуры на противоэрозионную устойчивость почв – количественные оценки. Принципы методов управления физическими свойствами почв для улучшения экологического состояния среды в системе почва – растение - приземный слой воздуха

Функция жизненного пространства, жилища и убежища для растений, микроорганизмов, простейших, беспозвоночных и позвоночных животных. Функция механической опоры. Функция депонирования семян и других зачатков.

Группа функций, обусловленных химическими и биохимическими свойствами почвы. (2 часа доц. Н.Н.Федорова) Экологическое значение химического состава твердой, жидкой, газовой фаз, биохимического состава органического вещества почвы. Функция источника элементов питания. Требования растений к пищевому режиму и приемы оптимизации почвенного питания растений. Функция депонирование элементов питания, энергии и влаги в почвах различного генезиса, гранулометрического состава, агрегатного состояния, сформированных на разных почвообразующих породах. Стимуляторно-ингибиторная функция почвы. Роль микроорганизмов в проявлении стимуляторно-ингибиторной функции почвы. Причины почвоутомления. Самоугнетение и взаимоугнетение растений. Взаимовлияние воздушных и почвенных выделений на растения.

Группа функций, обусловленных физико-химическими свойствами почвы. Сорбционная функция почвы. Механизмы физической и физико-химической адсорбции. Сорбционные геохимические барьеры. Функция закрепления микроорганизмов, обитающих в почве. Механизмы адсорбции и адгезии микроорганизмов твердой фазой почвы. Влияние свойств почвы на поглощение микроорганизмов (гранулометрический состав, минералогический состав, рН почвенного раствора, состав обменных катионов).

Группа информационных функций почвы. (2 часа доц. Н.Н.Федорова) Сигнальная функция почвы. Параметры теплового и водного режимов почвы, обеспечивающие ее выполнение. Функция регуляции состава, структуры и смены биогеоценозов. Взаимообусловленность развития биогеоценоза и почвообразовательного процесса при первичном почвообразовании. Сукцессии. Функция «памяти» биогеоценоза (ландшафта). «Почва-память» и «почва-момент». Характерное время. Периоды формирование полигенетичных почвенных профилей.

Группа целостных биогеоценотических функций почвы. Функция трансформации вещества и энергии в биогеоценозе. Превращение вещества и энергии в ходе почвообразовательного процесса. Изменение внутренней и свободной энергии при почвообразовании. Санитарная функция почвы. Разложение органических остатков. Способность почвы к самоочищению. Плодородие почв как комплексное проявление их экологических функций.

Планетарные (глобальные) функции почвы. (4 часа доц. Н.Н.Федорова)

Экологические функции почвы в литосфере. Функция биохимического преобразования вещества литосферы. Роль гумусовых кислот, метаболитов микроорганизмов и корневых выделений растений в изменении литосферы. Связь выветривания и почвообразования. Участие почвы в формировании горных пород и полезных ископаемых. Функция передачи вещества и энергии в недра Земли. Функция защиты и фактора развития литосферы. Антропогенные нарушения литосферных функций почвы.

Экологические функции почвы в гидросфере. Функция формирования почвенных и грунтовых вод. Инфильтрационная и конденсационная составляющие процесса образования грунтовых вод. Трансформация атмосферных осадков в почвенные и грунтовые воды. Функция формирования речного стока. Роль почвы в круговороте воды и участие в формировании водного баланса планеты.

Влияние почвы на атмосферу. Функция формирования и регулирования газового состава современной атмосферы. Функция источника твердого вещества и живого вещества в атмосфере. Эоловые процессы. Влияние почвы на энергетический режим и влагооборот атмосферы. Антропогенные изменения атмосферных функций почвы.

Модуль 2.

Химическое загрязнение и устойчивость почв. (10 часов лекций, 2 часа практические работы, 2 часа семинар, 2 часа интерактивные формы) проф. С.Н.Чуков

Понятийный аппарат: «техногенное воздействие», «антропогенное воздействие», «загрязнение почвы», «химическое загрязнение почвы», «загрязняющее вещество», «ксенобиотики», «источник загрязнения», «фоновое содержание», «предельно допустимая концентрация», «подвижность вещества в почве», «соединения химических элементов в почвах», «формы нахождения химических элементов в почвах», «буферность почв» «устойчивость почв». Представление об оптимальных, недостаточных и токсических уровнях концентрации химических элементов и их соединений. Прямое и косвенное воздействие ксенобиотиков на экологические функции почв разных уровней.

Особо опасные группы ксенобиотиков.

Стойкие органические загрязнители. Хлорорганические пестициды: альдрин, гептахлор, ДДТ и др. Хлорорганические экотоксиканты: полихлорированные пестициды; полихлорированные бифенилы. полихлорированные дибензо-n-диоксины и дибензофураны. Пестициды: атразин, линдан, полихлорфенолы, хлордекон, эндосульфан. Промышленные продукты: ПХБ и гексахлорбензол; гексабромбифенил, КЦХУ, полифтороктансульфонат (ПФОС), свинецорганические соединения, фталаты. Непреднамеренные загрязняющие вещества: ПАУ (бензпирен, антрацен и т.п.). Стокгольмская конвенция 2001 г.

Тяжелые металлы (ТМ). Классы опасности. Основные источники ТМ в биосфере. Ртуть, метилртутные соединения, кадмий, свинец, цинк, медь и другие металлы. Биологическая доступность и подвижность ТМ. Геохимические аномалии и антропогенная деятельность. Миграция ТМ в естественных и антропогенно измененных ландшафтах.

Радионуклиды. Классы опасности. Основные источники радионуклидов в биосфере. Геохимические аномалии и антропогенная деятельность. Миграция радионуклидов в естественных и антропогенно измененных ландшафтах. Влияние свойств почв на подвижность радионуклидов. Влияние соотношения концентраций элементов-аналогов в почве. Биологическая доступность и подвижность радионуклидов. Основныяе закономерности подвижности и динамики накопления ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr в почвах.

Влияние физико-химического состояния почв на превращение, закрепление и миграцию ксенобиотиков в почвах. Факторы аккумуляции и рассеяния загрязняющих веществ в ландшафте и их контроль. Формирование техногенных геохимических ассоциаций химических веществ.

Загрязнение почв вокруг промышленных предприятий. Пространственное распределение загрязняющих веществ от стационарного точечного источника. Атмосферный перенос загрязняющих веществ. Особенности загрязнения почв выбросами различных предприятий: металлургических, энергетических, химических. Вещества, поступающие в почву совместно с металлами. Полиэлементный характер загрязнения почв промышленностью. Понятие о локальном фоновом уровне содержания веществ в почве. Коэффициент концентрации.

Загрязнение почв ксенобиотиками, связанное с работой транспорта. Металсодержащие добавки к моторному топливу. Загрязнение почв свинцом и другими элементами, вызванное сжиганием топлива. Бензпирен и другие ПАУ. Загрязнение почв нефтепродуктами. Основные источники. Особенности влияния нефтепродуктов на экологические функции почв.

Загрязнение ксенобиотиками почв городов и прилегающих к ним территорий. Особенности проявления экологических функций почв в крупных промышленных агломерациях. Особенности физико-химических свойств городских почв. Техногенные ассоциации химических элементов. Суммарный показатель загрязнения почв металлами. Загрязнение городских почв легкорастворимыми солями. Проблемы использования осадка сточных вод. Особенности изучения загрязнения городских почв.

Основные подходы к нормированию состояния загрязненных почв. Понятие о предельно-допустимых концентрациях (ПДК) химических веществ в природных средах. Особенности почвы как объекта нормирования.Подходы к оценке предельно допустимых концентрации химических веществ в почвах. Особенности определения ПДК для различных групп неорганических и органических ксенобиотиков. Достоинства и недостатки санитарно-гигиенического нормирования качества почв. Концепция экологического риска и принципы нормирования состояния почв на ее основе.

Устойчивость почв к загрязнению.

Соотношение понятий буферности и устойчивости почв. Особенности влияния вещественного состава почв и почвенно-химических условий на устойчивость почв по отношению к различным группам ксенобиотиков.

Устойчивость почв к кислотному воздействию и методы ее оценки. Устойчивость почв по отношению к иным загрязняющим веществам неорганической природы. Показатели, характеризующие устойчивость почв к неорганическим ксенобиотикам. Основные принципы определения устойчивости почв к загрязнению металлами и неметаллами. Методы определения устойчивость почв к выпадению кислых осадков.

Модуль 3.

Основы почвенно-экологического мониторинга. (6 часов лекций, 2 часа практические работы, 2 часа семинар, 2 часа интерактивные формы) (доц. Г.А.Касаткина)

Основы почвенно-экологического мониторинга

Экологический мониторинг: теоретические основы, задачи, методы. Понятие об экологическом мониторинге. Международные и национальные программы мониторинга окружающей среды. Основные виды мониторинга (импактный, региональный и глобальный). Цели, задачи различных уровней экологического мониторинга.

Почвенно-химический мониторинг и его место в системе экологического мониторинга. Понятие о почвенном экологическом мониторинге, его актуальность, цель и задачи. Глобальный (фоновый) почвенный мониторинг в общепланетарной системе мониторинга окружающей среды. Зарубежный опыт организации почвенного мониторинга.

Основы методологии почвенного экологического мониторинга. Основные положения методологии почвенного экологического мониторинга. Главные показатели экологического состояния почв, подлежащие контролю при мониторинге.

Экологическое состояние почв России по результатам почвенного экологического мониторинга. Состояние окружающей среды в России по результатам национального экологического мониторинга.

Оценка качества почв при проведении экологической экспертизы и определении экологического и экономического ущерба от загрязнения почв. Использование данных экологического мониторинга для экологической экспертизы. Основы оценки экологического состояния почв и его изменения под влиянием хозяйственной деятельности. Принципы и методы оценки экологического ущерба от загрязнения почв.

Охрана почв.

Значение и место охраны почв в системе рационального природопользования и природоохранных мероприятий. Особенности выделения почвенных эталонов и уникальных почв в различных регионах. Основные принципы комплектования Красной книги почв. Региональные выпуски Красной книги почв. Основные подходы к инвентаризации объектов Красной книги почв в разных регионах.

2. Перечень примерных контрольных вопросов и заданий для семинаров по всем модулям дисциплины.

4.2.1. Темы семинаров

- Почва как уникальный биосферный резервуар трофических элементов и энергии.

- Почва – глобальный геохимический барьер.

- Применима ли концепция ПДК к почвам?

- Минеральные удобрения и загрязнение почв.

4.2.2. Темы для интерактивных форм обучения

- Влага в почве – друг или враг (экологическое значение воды)

- Почва и Мировой океан

- Рассеянные элементы в почве: от микроэлементов к токсикантам.

- Удобрение и загрязнение почв – где граница между ними?

4.2.3. Темы практических (лабораторных) работ

- Изменение водно-физических свойств почв при использовании искусственных структурообразователей. (к модулю 1)

- Методы определения устойчивость почв к выпадению кислых осадков. (к модулю 2).

4.2.4. Примерная тематика эссе, рефератов, курсовых работ.

- Формы аккумуляции элементов питания и энергии в почве.

- Экологическое значение органического вещества почв.

- Как предотвратить загрязнение почв ТМ?

- Устойчивость к внешним воздействиям как комплексное свойство почв.

4.2.5. Примерные темы для самостоятельной работы !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!