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 учебной полевой практике по деградации почв. (не очень удачное название)

- дисциплина является обязательной при освоении ООП (расшифровать аббревиатуру) 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 все полученные 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 плодородие почв и функционирование системы почва-растение;

Это повтор. Нельзя ли объединить: 1. основные типы химического загрязнения; 2. особенности накопления и трансформации загрязнителей; 3. устойчивость почв к…

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

- основные принципы организации и типы почвенно-экологического мониторинга;

- основные принципы охраны почв и окружающей среды от химического загрязнения.

Учтено только загрязнение. Есть и другие типы воздействий. Хозяйственная деятельность: рубки, пожары, выпас животных, изменение циклов элементов в с/х экосистемах. А также: город, промышленность (не хим воздействие, а механическое – уплотнение, перемешивание…). И позитивные примеры – парки, хорошо окультуренные почвы.

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

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

- понимать значение экологических функций почвы в развитии биогеоценоза и биосферы в целом.

- знать механизмы устойчивости почв к различным видам (это не отражено в задачах) внешней нагрузки,

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

- уметь оценивать устойчивость экологических функций почв по отношению к внешним воздействиям; Мб, просто устойчивость почв?

- знать содержание и задачи глобального, регионального и импактного мониторинга основных компонентов природной среды.

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	12	2	2	16	15	31
2	Химическое загрязнение почв	14	4	2	18	15	33
3	Буферность почв. Основы почвенно-экологического мониторинга	10	4	2	18	15	33
	Итого	36	10	6	52	45	97

4. Содержание дисциплины.

4.1. Основные вопросы разделов и темы модулей.

Введение (лекция 2 часа) 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. Понятие об экологических функциях почвы. Классификация экологических функций почвы Г.В.Добровольского и Е.Д.Никитина. Биогеоценотические, глобальные, общебиосферные экологические функции почвы. Плодородие как интегральный показатель экологических функций почвы.

Модуль 1

Экологические функции почвы (12 часов лекций, 2 часа семинар, 2 часа интерактивные формы)

Общебиосферные экологические функции почвы. Почва как среда обитания для организмов суши. Почва 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. Функция регулирования биосферных процессов. Антропогенные изменения общебиосферных функций почвы. Этносферные функции почвы.

Биогеоценотические экологические функции почвы.

Группа функций, обусловленных химическими и биохимическими свойствами почвы. 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 и роль микроорганизмов. 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 функций, обусловленных физическими свойствами почвы. Экологическое значение главных физических параметров почвы (гранулометрический состав, агрегатное состояние, плотность сложения, влажность). Функция жизненного пространства, жилища и убежища для растений, микроорганизмов, простейших, беспозвоночных и позвоночных животных. Функция механической опоры. Функция депонирования семян и других зачатков.

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. Эмпирико-статистическое и функционально-физическое моделирование влагопотребления растений.

Видовые (генетические) особенности растений в их реакции на почвенную засуху и деградацию (изменение?) 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

Группа информационных функций почвы. 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. Деструкция (Трансформация) органических остатков. Способность почвы к самоочищению. Плодородие почв как комплексное проявление их экологических функций.

Планетарные (глобальные) функции почвы.

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 почв. (14 часов лекций, 2 часа практические работы, 2 часа семинар, 2 часа интерактивные формы)

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», «ПАУ», «пестициды». Представление об оптимальных, недостаточных и токсических уровнях концентрации химических элементов и их соединений. Прямое и косвенное воздействие ксенобиотиков на почву и почвенную биоту.

Особо опасные группы ксенобиотиков.

Стойкие органические загрязнители. Стокгольмская конвенция 2001 г. 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.). ПАУ: бензпирен, антрацен и т.п.

Тяжелые металлы (ТМ). Классы опасности. Ртуть, метилртутные соединения, кадмий, свинец, цинк, медь и другие металлы. Биологическая доступность и подвижность ТМ Основные источники ТМ в биосфере. Геохимические аномалии и антропогенная деятельность. Влияние соотношения концентраций элементов-аналогов в почве. Миграция ТМ в естественных биогеоценозах и агроэкосистемах. Влияние свойств почв (минералогический состав, актуальная кислотность, содержание гумуса и элементов минерального питания и т.д.) на подвижность ТМ..

Радионуклиды. Классы опасности. Основные источники радионуклидов в биосфере. Геохимические аномалии и антропогенная деятельность. Миграция радионуклидов в естественных биогеоценозах и агроэкосистемах. Влияние свойств почв (минералогический состав, содержание гумуса и элементов минерального питания и т.д.) на подвижность радионуклидов. Влияние соотношения концентраций элементов-аналогов в почве. Биологическая доступность и подвижность радионуклидов. Подвижность и динамика накопления ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr в почвах.

Влияние химического состояния почв (кислотно-основных условий, окислительно-восстановительных условий, гумусного состояния), гранулометрического и минералогического состава почв, физических свойств, водно-воздушного режима, микробиологического 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.

Биогеохимические барьеры и устойчивость химического состояния почв. Классификация геохимических барьеров по А.И.Перельману. Механизмы действия радиальных и латеральных геохимических барьеров в ландшафте.

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. 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 ксенобиотиками почв городов и прилегающих к ним территорий. Особенности почвенных условий и экологической обстановки в крупных промышленных городах. 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. Проведение исследований загрязнения городских почв.

Современные представления о механизмах иммобилизации и инактивации ксенобиотиков в почве. Селективность и избирательность поглощения ионов металлов почвами. Почвенные компоненты, оказывающие наибольшее влияние на поведение ксенобиотиков в почвах. Сорбция органических ксенобиотиков. Глинистые минералы. Возможность вхождения ионов металлов в межпакетные промежутки. Несиликатные соединения (оксиды и гидроксиды) железа, алюминия, марганца. Участие органического вещества почв в иммобилизации и инактивации ксенобиотиков.

Оценка качества и нормирование состояния загрязненных почв. Понятие о предельно-допустимых концентрациях (ПДК) химических веществ в природных средах. Подходы к определению предельно допустимых концентрации химических веществ в почвах. Особенности почвы как объекта нормирования. 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.

Модуль 3.

Буферность почв. Основы почвенно-экологического мониторинга. (10 часов лекций, 2 часа практические работы, 2 часа семинар, 2 часа интерактивные формы)

Буферность почв.

Буферная способность почв и ее значение в формировании устойчивости почв к загрязнению. Динамическое равновесие между соединениями химических элементов почвенного раствора и подвижными соединениями твердых фаз и его роль в формировании потенциальной буферной способности почв к загрязняющим веществам. Особенности влияния вещественного состава почв и почвенно-химических условий на буферность почв по отношению к различным группам ксенобиотиков.

Потенциальная буферная способность почв по отношению к различным химическим элементам, природа их, принципы методов определения. Буферность и устойчивость почв к кислотному воздействию и методы ее оценки. Буферность почв по отношению к загрязняющим веществам неорганической природы. Показатели, характеризующие буферность почв к неорганическим ксенобиотикам. Основные принципы определения устойчивости почв к загрязнению металлами и неметаллами. Методы определения кислотно-основной буферности почв.

Основы почвенно-экологического мониторинга

Экологический мониторинг: теоретические основы, задачи, методы. Понятие об экологическом мониторинге. Международные и национальные программы мониторинга окружающей среды. 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. Фоновый мониторинг почв. Глобальный почвенный мониторинг в общепланетарной системе мониторинга окружающей среды. Зарубежный опыт организации почвенного мониторинга.

Основы методологии почвенного экологического мониторинга. Основные положения методологии почвенного экологического мониторинга. 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. Основы методологии 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. Почвенные эталоны и уникальные почвы. Красная книга почв. Принципы выделения и инвентаризации объектов Красной книги почв.

Приемы и методы ослабления антропогенного воздействия на почвы. Методы повышения устойчивости почв к различным видам неблагоприятных воздействий. Охрана почв от эрозии, сельскохозяйственного и техногенного воздействия. Особенности охраны почв в разных природных зонах.

Добавить. Оптимальное использование почв. ИЛИ Ресурсосберегающее использование почв (окультуренные почвы, парки).

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.

Добавить бы нечто позитивное – опять же об оптимальном использовании…

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 свойств почв при загрязнении различными дозами нефти.

- Методы определения кислотно-основной буферности почв.

- Влияние загрязнения различными ТМ на физико-химические свойства почв.

- Изменение водно-физических свойств почв при использовании искусственных структурообразователей.

4.2.4. Примерная тематика эссе, рефератов, курсовых работ .

- Формы аккумуляции элементов питания и энергии в почве.

- Экологическое значение органического вещества почв.

- Возможности почвы в иммобилизации и инактивации ксенобиотиков.

- Как предотвратить загрязнение почв ТМ?

- Устойчивость как комплексное свойство почв.