Аналитическая химия природных объектов

Аннотация рабочей программы

Дисциплина "Химия почв" является частью химико-экологического цикла ООП по направлению подготовки "020100 ХИМИЯ" в рамках магистерской программы "Химия окружающей среды, химическая экспертиза и экологическая безопасность". Дисциплина реализуется на Факультете естественных наук Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования Национального исследовательского университета Новосибирский государственный университет (НГУ) кафедрой химии окружающей среды. Содержание дисциплины охватывает основной круг вопросов, связанных с познанием состава и свойств почв, функционирования их в биосфере и антропосфере, а также с проблемами реализации ими экологических функций и прогнозирования поведения почв в меняющейся природной обстановке в объемах, необходимых для современного ученого химика-эколога. Дисциплина предназначена для повышения эколого-химической грамотности и развития структурного стиля мышления у студентов-химиков, нацелена на формирование у магистранта общекультурных компетенций: ОК-1, ОК-2, ОК-4, ОК-5, ОК-6, и профессиональных компетенций: ПК-1- ПК-7, а также ПК10-ПК-12. Преподавание дисциплины предусматривает следующие формы организации учебного процесса: лекции, блиц-тестирование на каждой лекции, контрольные работы, консультации, самостоятельная работа студента, в том числе выполнение домашних заданий. Результатом прохождения дисциплины является итоговая оценка по пятибалльной шкале (дифференцированный зачет). Программой дисциплины предусмотрены: Текущий контроль. При прохождении дисциплины "Химия почв" проводится контроль посещаемости занятий, 15-минутное тестирование на знание материала предыдущей лекции (на каждом занятии), сдача домашних заданий и написание контрольных работ. Для того, чтобы быть допущенным к дифференцированному зачету, магистрант должен выполнить следующее: в ходе обучения посетить не менее 50 % занятий; сдать все задания по блиц-тестированию; написать на положительные оценки три контрольные работы. В случае отсутствия на контрольной работе по уважительной причине (наличие медицинской справки) контрольную работу можно переписать в течение недели от окончания срока действия справки. Пропуск блиц-тестирования отрабатывается во внеучебное время в индивидуальном порядке. В зависимости от результатов работы в течение семестра магистрант имеет право на получение оценки без экзамена (оценки-"автомата"). Для этого он должен: в ходе прохождения дисциплины посетить не менее 50 % занятий; написать две контрольных работы на оценку не ниже "удовлетворительно"; набрать по системе назначения баллов за результаты контрольных работ, блиц-тестирования и активность на занятиях не менее 60 % от максимально возможной суммы баллов. Оценка-"автомат" выводится как средневзвешенная из полученных магистрантом баллов по результатам работы в семестре. Итоговый контроль. Итоговую оценку за семестр магистрант может получить на дифференцированном зачете в конце семестра, где он имеет возможность либо повысить оценку, полученную им "автоматом", либо получить любую положительную (или неудовлетворительную) оценку в случае отсутствия у него "оценки-автомата" по результатам работы в семестре. Общая трудоемкость дисциплины составляет 2,0 зачетные единицы, 72 академических часа. Программой дисциплины предусмотрены 32 часа лекционных, 8 часов на контрольные работы и дифференцированный зачет, а также 32 часа самостоятельной работы магистрантов, в том числе выполнения домашних заданий.

1. Цели освоения дисциплины

Дисциплина "Химия почв" имеет своей целью формирование у магистрантов профессиональных научно-исследовательских навыков по использованию современных знаний и структурного стиля мышления за счет теоретического и практического усвоения:
1) представлений о сложности химического состава почв, специфики процессов и химических реакциях, происходящих в почве с участием ее минеральных и органических составляющих, а также новых методологических подходов к изучению химического состояния почв;
2) вопросов, связанных с реализацией почвой своих глобальных и экосистемных функций, зависимых от химического состава и свойств почв;
3) основ причин и последствий нарушений химического состава и свойств почв при антропогенном воздействии;
4) принципов, методов и критериев оценки степени воздействия различных экзогенных химических соединений на почвы и основ почвенно-химического мониторинга;
5) вопросов, связанных с химическим загрязнением и охраной почв.
В рамках курса даются базовые знания по теоретическим основам химии почв, рассматриваются основные понятия, принципы и методы химии почв, дается интерпретация основных химических процессов и закономерностей. На лекциях разбираются наиболее важные и распространенные проблемы специфичности явлений, процессов и компонентов в химии почв, важнейшие структурные особенности минеральных, органических и органо-минеральных составляющих, а также обусловленность специфичности экологическими условиями формирования почв.
Основной целью освоения дисциплины является формирование навыков применения полученных знаний для теоретических обобщений и разработок оптимальных решений прикладных задач в рамках химии окружающей среды, а также активного использования их в своей научно-исследовательской работе.

2. Место дисциплины в структуре ООП

Дисциплина "Химия почв" является частью химико-экологического цикла ООП по направлению подготовки "020100 ХИМИЯ", уровень подготовки - "магистр". Учебный курс "Химия почв" опирается на следующие дисциплины данной ООП:
" Общая и неорганическая химия (строение и свойства атомов, периодический закон, строение молекул, теория химической связи, стереохимия);
" Физическая химия (природа химической связи в молекулах и кристаллах, химическая термодинамика, фазовые диаграммы);
" Органическая химия (классификация и номенклатура соединений, строение молекул, изомерия);
" Геохимия (геохимия систем и элементов)
" Аналитическая химия природных объектов (аналитические и инструментальные методы, применяемые в практике экологических исследований, в том числе отвечающих мировому уровню; изучение временной и пространственной динамики загрязнений от антропогенных источников различных типов).
" Экологическая биохимия (адаптационные процессы взаимодействия живых организмов с химическими факторами внешней среды, в том числе почвами)
" Экология (теоретические аспекты)

Результаты освоения дисциплины "Химия почв" используются в дальнейшем при подготовке магистерских работ

3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины "Химия почв":

" общекультурные компетенции:
" способность ориентироваться в условиях производственной деятельности и адаптироваться в новых условиях (ОК-1);
" умение принимать нестандартные решения (ОК-2);
" понимание философских концепций естествознания, роли естественных наук (в том числе химии и экологии) в выработке научного мировоззрения, а также использование основных законов естественнонаучных дисциплин в будущей профессиональной деятельности (ОК-4);
" владение современными компьютерными технологиями, применяемыми при обработке результатов научных экспериментов и сборе, обработке, хранении и передаче информации при проведении самостоятельных научных исследований (ОК-5);
" понимание принципов работы и умение работать на современных научных приборах и оборудовании при проведении научных исследований (ОК-6).
" обладание способностью в условиях развития науки и техники к критической переоценке накопленного опыта и творческому анализу своих возможностей (ОК-14);
" профессиональные компетенции:

" наличие представления об актуальных направлениях исследований в современной теоретической и экспериментальной химии (синтез и применение веществ в наноструктурных технологиях, исследования в критических условиях, химия жизненных процессов, химия и экология и другие) (ПК-1);
" знание основных этапов и закономерностей развития химической науки, понимание объективной необходимости возникновения новых направлений, наличие представления о системе фундаментальных химических понятий и методологических аспектов химии, форм и методов научного познания, их роли в общеобразовательной профессиональной подготовке химиков (ПК-2);
" владение теорией и навыками практической работы в избранной области химии (в соответствии с профильной направленностью магистерской диссертации) (ПК-3);
" умение анализировать научную литературу с целью выбора направления исследования по предлагаемой научным руководителем теме и самостоятельно составлять план исследования (ПК-4);
" способность анализировать полученные результаты, делать необходимые выводы и формулировать предложения (ПК-5);
" наличие опыта профессионального участия в научных дискуссиях (ПК-6);
" умение представлять полученные в исследованиях результаты в виде отчетов и научных публикаций (стендовые доклады, рефераты и статьи в периодической научной печати) (ПК-7);

а также
" способность определять и анализировать проблемы, планировать стратегию их решения (ПК-10);
" владение основами делового общения, навыками межличностных отношений, способностью работать в научном коллективе (ПК-11);
" понимание принципов организации и управления деятельностью научных коллективов (ПК-12).

В результате освоения дисциплины обучающийся должен:
" иметь представление о современных теоретических положениях химии почв, об основных химических процессах и реакциях, происходящих в почве; об экологических функциях почв, связанных с их химическими и физико-химическими свойствами и нарушениях этих функций при химическом загрязнении и их последствиях, об обусловленности химических свойств и процессов в почвах экологическими условиями их формирования и функционирования.
" знать основные особенности и закономерности строения органических и неорганических веществ почв и их отличие от веществ других классов природных соединений;
" уметь разбираться (читать) структурные данные, иметь представление о связях структуры с физико-химическими свойствами и применять полученные знания на практике для предсказания и понимания свойств почв и их поведения в природной обстановке.
" уметь организовывать и проводить исследования, направленные на оценку химических свойств и процессов в почве, также выбирать наиболее подходящие для этого методы анализа, обработки и представления информации, обосновывать необходимость проведения комплекса исследований в контексте экологического состояния объекта;
" владеть навыками оценки химико-экологического состояния почв и обоснованиями прогнозов их поведения в меняющейся естественным и антропогенным путем природной обстановке

4. Структура и содержание дисциплины

Общая трудоемкость дисциплины составляет 2,5 зачетные единицы, 70 часов, 32 академических часа.
таблица см. файл

Программа курса лекций

Раздел I Введение в химию почв

Тема 1. Введение
Почва как биосферное образование, ее происхождение как естественно-исторического тела в процессе становления биосферы.
Почва как природное тело, ее строение, морфологические свойства, являющиеся отражением совокупности элементарных процессов почвообразования и внутреннего химико-биологического состояния. Разнообразие почв, модели их формирования (моногенетическая, полигенетическая, сингенетичная, турбационная и др.), связь свойств почв с условиями их формирования. Понятие о факторах и экологических условиях почвообразования.
Почва как система, взаимодействие компонентов, целостные свойства и способность к саморегуляции.
Учение о функциях почв - современный подход к оценке роли почв в биосферных процессах. Глобальные (литосферные, гидросферные, атмосферные и общебиосферные) и экосистемные функции почв, особенности функций, обеспечивающихся химическими и физико-химическими свойствами почв. Участие химического состояния почв и протекающих в них процессов в обеспечении устойчивости экосистем и биосферы в целом, а также в реализации информационной и меморатной функций почв. Основные методологические подходы и принципы изучения почвенных свойств и процессов. Экология и химия почв: взаимосвязь.

Тема 2 .Химия почв как раздел почвоведения и одна из наук, лежащих в основе охраны окружающей среды. Объект, предмет и методы химии почв. Задачи химии почв в рамках решения проблем охраны окружающей среды и природопользования. Химия почв как основа решения практических задач химической мелиорации почв, повышения плодородия и охраны почв от химического загрязнения.
Главные разделы химии почв: учение о химическом составе почв, учение о строении и свойствах почвенных компонентов, учение о свойствах почв, учение об охране почв.. Главные направления химии почв: химия почвенной массы, химия почвообразовательных процессов; химические основы плодородия почв; функции почв, контролируемые и/или обусловленные химическими свойствами почв и химическими реакциями, протекающими в почвах; аналитическая химия почв. Главные компоненты почв и участие их в процессах биосферы.
Химия почвенной массы как совокупность трех учений: учения о химическом составе почв (элементный и фазовый состав, состав твердых фаз, состав жидких фаз, состав газовой фазы), учения о строении и свойствах почвенных компонентов (простые соли; оксиды и гидроксиды; глинистые минералы; органическое вещество; органо-минеральные вещества) и учения о свойствах почвы (поглотительная способность, реакция среды, коллоидно-химические свойства; окислительно-восстановительные реакции и режимы; равновесие в системе фаз).
Химические особенности почв: полихимизм; гетерогенность и полидисперсность; непрерывность протекания органо-минеральных взаимодействий; динамичность почвенных процессов; пространственная неоднородность химической основы почв, отражающаяся на протекании химических процессов; неравновесность состояний и термодинамическая необратимость процессов

Раздел II Учение о химическом составе почв

Тема 3. Учение о химическом составе почв: элементный и фазовый состав почв. Понятие элементного состава почв. Интервалы содержания разных элементов в почвах. Основные группы элементов по абсолютному содержанию в почвах: макроэлементы, переходная группа элементов, микро- и ультрамикроэлементы. Элементы-биофилы, педоморфные (конституционные) элементы. Макроэлементы и их роль в формировании химического состава почв и их свойств. Микроэлементы и формы их соединений в почвах. Биогеохимические провинции. Функции микроэлементов в почвах и экосистемах. Понятие о рассеянных элементах. Распределение рассеянных элементов в педосфере.
Зависимость элементного состава почв от химического и минералогического состава почвообразующих пород. Отличие почв от среднего элементного состава литосферы.
Способы вычисления и представления элементного состава почв, информационная значимость процентного содержания оксидов и элементов, мольных долей, весовых и мольных отношений элементов и их оксидов. Особенности элементного состава органогенных и песчаных почв. Значение элементного состава в реализации почвами глобальных и экосистемных функций.
Почва как многофазная система. Твердые жидкие и газообразные фазы в почвах, их составляющие, взаимодействия и способность к саморегуляции. Фазовые равновесия в почвах. Роль отдельных фаз почвы в формировании глобальных и экосистемных функций почв.

Тема 5. Учение о химическом составе почв - твердые фазы почвы: минеральная часть и органическая часть.
Состав минеральной части твердой фазы почв, его зависимость от химического и минералогического состава почвообразующих пород. Типы горных пород, способность к выветриванию, условия, влияющие на скорость выветривания, механическое, биологическое и химическое выветривание, стадии химического выветривания. Первичные минералы и их состав. Кристаллические структуры породообразующих минералов. Координационное число. Вторичные минералы, их состав и свойства. Основные реакции, протекающие при образовании вторичных минералов: гидратация, гидролиз, растворение, окисление-восстановление. Возможные стадии превращения первичных минералов во вторичные. Глинистые минералы почв, их состав и содержание в некоторых широко распространенных типах почвообразующих пород.
Минералогический и гранулометрический состав твердой фазы почвы. Минеральные новообразования в профиле почвы - пленки, землистые массы, корочки, кристаллы, конкреции.
Органическое вещество почв как составная часть твердой фазы почв.. Номенклатура и характеристика органического вещества почвы: органическое вещество, гумус, гуминовые кислоты, фульвокислоты, гиматомелановые кислоты, гумин, органо-минеральные соединения, специфические и неспецифические почвенные органические вещества. Соотношение специфических и неспецифических органических веществ в почвах. Вклад неспецифических органических соединений в пул почвенного органического вещества. Источники поступления органических веществ в почву. Роль органических веществ почв в глобальном цикле углерода, процессы фоссилизации. Трансформация органического материала, минерализация и гумификация. Содержание, запасы и распределение гумуса в основных типах почв, влияние на химические свойства твердой фазы почв и реализацию функций, контролируемых этой почвенной фазой. Экологическая обусловленность состава и структурных особенностей гуминовых кислот почв разных условий формирования.

Раздел III. Учение о строении и свойствах почвенных компонентов

Тема 6. Учение о строении и свойствах почвенных компонентов. Простые соли, оксиды и гидроксиды; глинистые минералы; гумусовые вещества почв; органо-минеральные вещества.
Простые соли - вторичные минералы (кальцит CaCO3, магнезит - MgCO3 , доломит - Ca,Mg (CO3)2 , гипс -CaSO4 2H2O и др.); оксиды и гидроксиды железа, алюминия, кремния, щелочных и щелочноземеньных металлов. Соли в почвах. Солевой состав почв разных условий формирования. Участие простых веществ в функциях почв, обусловленных и контролируемых химическими свойствами.
Глинистые минералы. Выветривание и стабильность минералов. Глинистые минералы как наиболее тонкодисперсные и химически активные вещества почв. Причины высокой химической активности глинистых минералов в почвах. Строение кристаллических решеток, свойства и происхождение отдельных групп глинистых минералов, их в и реализации основных биосферных и экосистемных функций почвами , в том числе - почвенном плодородии,. Понятие изовалентного и гетеровалентного изоморфизма. Высокодисперсные минералы глин - гипергенные силикаты (каолинит, метагалуазит, гидрослюды, монтмориллонит, оксиды и гидроксиды железа, алюминия, рентеноаморфные вещества. Образование, трансформация, разрушение и перераспределение глинистых материалов в почвах. Состав глинистых минералов в некоторых широко распространенных типах почвообразующих пород и почв.
Органические вещества как почвенный компонент. Неспецифические органические вещества в почвах, их состав, строение и свойства. Гумусовые кислоты - особый класс органических соединений с переменным составом. Признаки идентификации гумусовых веществ, их элементный состав, компонентный состав и гипотетические формулы строения. Фундаментальные свойства гумусовых веществ: нестехиометричность элементного состава, нерегулярность структуры, гетерогенность структурных единиц, полидисперсность молекулярных масс. Основные вопросы, связанные с гумусом почв, не имеющие удовлетворительного объяснения с позиций существующей парадигмы.
Два направления в изучении гумусовых веществ почв: химическое (состав, структура и реакционная способность) и экологическое (связь с условиями формирования и функционирования и реализация функций). Химический состав и реакционная способность отдельных компонентов гумусовых веществ: гуминовых кислот, фульвокислот и гуминов. Новые подходы к изучению гумусовых веществ, рассматривающие ее как саморегулируемую супрамолекулярную систему биомолекул. Система гумусовых веществ как память почвенных процессов и условий их формирования.
Органо-минеральные вещества в почвах. Первоначальные взгляды на состав органо-минеральных соединений: соединения с одновалентными и двухвалентными катионами почвенного раствора или поверхности глинных минералов (гуматы натрия, калия, кальция и других элементов); соединения - продукты взаимодействия с водорастворимыми и коллоидальными формами полуторных окислов (несиликатными формами R2O3); продукты взаимодействия с глинными минералами. Система гумусовых веществ почв как диссипативная органо-минеральная система. Природа связей гумусовых веществ с минеральными компонентами: химические связи (валентные, невалентные и координационные ионная), межмолекулярные связи (поляризационная, индукционная, дисперсионная). Органо-минеральные соединения: простые гетерополярные соли, комплексно гетерополярные соли, сорбционные комплексы.

Раздел IV Учение о свойствах почв

Тема 7. Учение о свойствах почв: поглотительная способность, реакция среды, коллоидно-химические свойства, окислительно-восстановительные реакции и режимы, равновесие в системе фаз).
Коллоиды и коллоидно-химические свойства почв. Почвенные коллоиды: минеральные, органические и органо-минеральные. Факторы, от которых зависит состав и количество коллоидов в почвах. Свойства и строение мицеллы почвенных коллоидов. Коллоиды - базоиды, ацидоиды и амфолитоиды. Изоэлектрическая точка или изоэлектрический рН. Состояние почвенных коллоидов (гели и золи). Коагуляция, седиментация, пептизация. Ряд коагулирующей способности или лиотропный ряд. Гидрофильные и гидрофобные коллоиды в почвах.
Поглотительная способность почв. Понятие поглотительной способности почв. Виды поглотительной способности почв: механическая, физическая, химическая, физико-химическая и биологическая. Роль К.К. Гедройца в создании учения о поглотительной способности почв.
Почвенный поглощающий комплекс - носитель поглотительной способности почв. Основные характеристики почвенного поглощающего комплекса и его варьирование в связи с условиями почвообразования. Емкость поглощения или емкость катионного обмена (ЕКО). Зависимость ЕКО от содержания и состава минеральных и органических коллоидов. Пять стадий процесса обмена иона электролита с ионом сорбента. Эквивалентность обмена катионов между почвой и раствором. Скорость катионного обмена обмена и его связь с внутридиффузионными процессами. Степень насыщенности почв основаниями, принципы ее расчета и ее различие в разных типах почв. Экологическое значение поглотительной способности почв.
Реакция среды. Кислотность (актуальная и потенциальная, обменная, . гидролитическая) и щелочность (актуальная и потенциальная) почв, рН. Факторы, обусловливающие реакцию почв. Кислотно-основная характеристика почв. Буферность почв. Разные типы буферности. Буферность как один из механизмов саморегуляции почвы. Вклад минеральной и органической составляющих в буферность почв.
Окислительно-восстановительные реакции и процессы в почвах. Почва - сложная окислительно-восстановительная система. Характеристика частных окислительно-восстановительных систем. Окислительно-восстановительные равновесия в почвах. Компоненты почвы, способные к реакциям окисления-восстановления. Окислительно-восстановительный потенциал почв. Степени окисления минеральных, органических компонентов и гумусовых кислот. Роль кислорода, водорода, воды в создании окислительно-восстановительного потенциала почвы. Железо, азот, сера, медь, марганец, органические соединения и их состояние в почве в зависимости от окислительно-восстановительного потенциала. Окислительно-восстановительная емкость и буферность почв. Окислительно-восстановительное состояние почв разных условий формирования и функционирования. Роль ОВ процессов в почвообразовании и реализации почвами экологических функций.
Равновесие в системе фаз. Равновесие между твердой и жидкой фазами, между твердой и газообразной фазами, между жидкой и газообразной фазами. Роль буферности почв в регуляции равновесий в системе фаз. Устойчивость функционирования почв и равновесия в системе фаз.

Раздел V Учение об охране почв

Тема 8. Антропогенная деградация, химическое загрязнение и охрана почв. Виды деградации почв: водная и ветровая эрозия, засоление, подщелачивание, подкисление, заболачивание, физическое и химическое загрязнение. Загрязнение почв органическими токсикантами, неорганическими поллютантами (металлами и неметаллами). Источники поступления, формы существования, подвижность в почвенном слое, механизмы трансформации и поступления в растения загрязняющих веществ. Нарушение почвенных экологических функций при химическом загрязнении почв. Нормирование химических нагрузок на почвы. Виды нормирования: санитарно-гигиеническое, биогеохимическое, экологическое. Почвенно- химический экологический мониторинг: понятие, цели, задачи. Мониторинг источников загрязнения. Локальный, региональный, глобальный и фоновый мониторинг. Виды почвенно-химических показателей, информативных при экологическом мониторинге. Требования к методам определения почвенных показателей при проведении почвенно-химического экологического мониторинга. Роль почвенно-химического мониторинга при проведении экологической экспертизы. Рекультивация химически загрязненных почв.

5. Образовательные технологии
Виды/формы образовательных технологий.
Преподавание курса ведется в виде лекций. Начиная со второго занятия, в конце или начале проводится 15-минутное тестирование на усвоение материала предыдущей или текущей лекции, которое проводится в виде составления и обсуждения тестов, состоящих из вопроса и 4 ответов, один из которых правильный, или краткого ответа на один основной вопрос, или поиска соответствий термина и его определения ("лото").
Лекции ведутся в интерактивной форме, с проведением ролевых игр, решением ситуационных задач по ходу лекции, способствующих пониманию текущего и проверке усвоения предыдущего материалов.
Обратная связь с аудиторией обеспечивается тем, что лектор может оперативно влиять на ход лекции, отвечая на возникающие вопросы, совместно анализируя таблицы и схемы, позволяющие закрепить материал.
В случае возникновения у студента трудностей с усвоением лекционного материала предусмотрены также индивидуальные занятия во внеучебное время.
Стоит отметить, что преподаватель курса является действующим специалистом в области химии почв, заинтересованным в освоении студентами начальных основ этой дисциплины, а также вопросов, приближенных к практике научных исследований.

6. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины.
Формой текущего контроля при прохождении дисциплины "Химия почв" является контроль посещаемости занятий, сдача заданий по блиц-тестированию и домашних заданий, написание контрольных работ.
Для того, чтобы быть допущенным к дифференцированному зачету, студент должен выполнить следующее:
в ходе прохождения дисциплины посетить не менее 50 % занятий;
сдать все задания по блиц-тестированию;
написать на положительные оценки контрольные работы.

В случае отсутствия на контрольной работе по уважительной причине (наличие медицинской справки) контрольную работу можно переписать в течение недели от окончания срока действия справки. Пропущенный студентом блиц-тест переписывается им во внеучебное время в индивидуальном порядке. В обоих случаях время и место обговаривается отдельно с преподавателем.

Контрольная работа № 1 Элементный и фазовый состав почв.
Контрольная работа № 2 Химические свойства и строение почвенных компонентов.
Контрольная работа № 3 Химические свойства и режимы почв, равновесие в системе фаз

Задания для блиц-тестов оцениваются следующим образом:
Самостоятельное составление трех тестов в течение 10 минут и правильные ответы на них или ответы на 5 предоставленных преподавателем тестов оцениваются на "отлично";
- составление двух тестов и верные ответы на них или верные ответы на 4 предоставленных преподавателем теста оцениваются как "хорошо";
-- составление одного теста и верные ответы на них или верные ответы на 3 предоставленные преподавателем теста оцениваются как "удовлетворительно";
- в случае неправильных ответов ставится оценка "неудовлетворительно".
Всего в течение семестра студент должен сдать 12 заданий по блиц-тестированию, охватывающие материал такого же числа лекций.
Студент может получить бонусные баллы за быстрое, правильное и оригинальное решение задач "лото", т.е. нахождение соответствия термина и его определения.
В зависимости от работы в течение семестра студент имеет право на получение оценки без прохождения зачета (оценки-"автомата"). Для этого он должен:
в ходе прохождения дисциплины посетить не менее 50 % занятий;
написать три контрольных работы на оценку не ниже "удовлетворительно";
набрать по системе назначения баллов за результаты контрольных работ, блиц-тестирования и активность на занятиях не менее 60 % от максимально возможной суммы баллов.
Оценка-"автомат" выводится как средневзвешенная из полученных студентом баллов по результатам работы в семестре. Баллы складываются из оценок за блиц-тесты и контрольные работы (с весами 1 и 5 соответственно) и бонусов за активность на занятиях (полбалла). Максимальная сумма баллов - 100 и более; "отлично", "хорошо" и "удовлетворительно" соответствуют суммам 90, 80 и 60.
Итоговую оценку за семестр магистрант может получить на дифференцированном зачете в конце семестра, где он имеет возможность либо повысить оценку, полученную им "автоматом", либо получить любую положительную (или неудовлетворительную) оценку в случае отсутствия у него "оценки-автомата" по результатам работы в семестре.

6. Учебно-методическое обеспечение дисциплины: при подготовке к лекциям и для самостоятельной работы магистранты могут использовать рекомендованные преподавателем литературные источники и Интернет-ресурсы, а также любую доступную справочную литературу, программное обеспечение и базы данных.
6.1. Основные рекомендованные источники:
Орлов Д.С., Садовникова Л.К., Суханова Н.И. Химия почв М.: Высшая школа, 2005 (или другое издание этого учебника)
Лозановская И.Н., Орлов Д.С., Садовникова Л.К. Экология и охрана биосферы при химическом загрязнении: Учеб. пособие для студентов хим., хим.-технол. и биол. специальностей и направлений вузов, М.: Высшая школа 2002.
Добровольский Г.В., Никитин Е.Д. Экология почв: функции почв. М: МГУ, 2006
Мотузова Г.В., Безуглова О.С. Экологический мониторинг почв. М.: Академический проект, 2007 (главы 6, 9, 10).
Карпачевский Л.О. Экологическое почвоведение. М.:ГЕОС, 2005 (главы 9-17)
Дополнительная рекомендуемая литература:
Воробьева Л.А. Химический анализ почв. М.: Изд-во МГУ, 1998
Лессовая С.Н. Пособие по изучению глинистых минералов в почвах. СПб: Изд-во СПбГУ, 2007
Введение в химию окружающей среды. Г.А.Заварзин (ред. ), М.:Наука, 2001.
Возможности современных и будущих фундаментальных исследований в почвоведении М.: ГЕОС, 2001.
Безуглова О.С., Орлов Д.С. Биогеохимия. Ростов-на-Дону: Феникс, 2000.
Водяницкий Ю.Н. Химия и минералогия почвенного железа. М.: Почв. Ин-т им. В.В. Докучаева, 2003
Водяницкий Ю.Н. Изучение тяжелых металлов в почве. М.: Почв. Ин-т им. В.В. Докучаева, 2005

6.2. Примеры тестов, используемых для блиц-тестирования
см. файл

6.3. Вопросы для подготовки к дифференцированному зачету совпадают с программой курса, и соответствуют отдельным разделам дисциплины.

Примеры:
1. Место химии почв в системе знаний о химии окружающей среды.
2. Связь минералогического и химического состава почвы
3 Понятие почвы как полидисперсной системы, влияние гранулометрического состава на протекание химических реакций в почвах.
4. Понятие почвы как полихимической системы.
5. Понятие о химическом составе почвы, происхождение и формы химических элементов в почвах.
6. Валовой химический состав почвы.
7. Макро- и микроэлементы в почвах.
8. Гумус - специфическое органическое вещество почвы, определение и источники формирования.
9.Гуминовые кислоты, фульвокислоты - состав, структурные особенности, сходство и различия.
10.Экологические функции гумусовых веществ почв
11. Эколого-гумусовые связи в разных природных условиях.
12. Понятие об органо-минеральных соединениях в почве и их образовании.
13.Жидкая фаза почв: понятие почвы как гидрохимической системы
14. Почвенный раствор, его происхождение, факторы и условия формирования.
15. Катионы, анионы и реакция почвенного раствора.
16. Категории (формы) почвенной влаги, критерии разделения почвенной влаги на категории, прочность связи с почвой и силы, её определяющие.
17. Почвенно-гидрологические константы.
18. Соотношение состава почвенного воздуха и атмосферы.
19. Газообмен между почвой и атмосферой.
20. Кислотность и щелочность почв: понятие, происхождение, виды.
21. Актуальная и обменная кислотность почв
22. Почва как окислительно-восстановительная система: понятие, природа окислительно-восстановительных реакций и окислительно-восстановительное состояние почв
23. Окислители и восстановители в почвах.
24. Факторы, определяющие ОВП почв.
25. Окислительно-восстановительный режим почв, его связь с водным и газовым режимами почв.
26. Понятие о фазовом составе и соотношение фаз в почве.
27. Химическое загрязнение почв, ПДК и классификация загрязняющих веществ по классам опасности.
28. Влияние химического загрязнения почв на выполнение ими экологических функций.
29. Влияние экологической ситуации на устойчивость почв против химического загрязнения.
30. Загрязнение почв нефтепродуктами, источники поступления и химические приемы выведения нефтепродуктов из почв
7. Дополнительный материал, используемый при самостоятельной работе магистрантов по вопросам, не освещенным или слабо освещенным в литературе:
7.1. Происхождение почвы как естественно-исторического тела в процессе геологической эволюции биосферы
До сих пор в учебниках по почвоведению нет четко представленных материалов, характеризующих вопрос происхождения почвы как естественно-исторического тела в геологической истории Земли, а магистранты, специализирующиеся на вопросах охраны окружающей среды должны иметь представление об истоках возникновения почв. Материалы к этому разделу разбросаны по разным, часто недоступным, публикациям. В связи с этим, приводится краткое изложение проблемы. Обсуждаются вопросы времени и причин появления почв; развитие системы "растение-почва" в геологической истории Земли; значение изменения в соотношении процессов отторжения органического вещества и гумификации в реализации одной из основных функций почв - обеспечения устойчивости экосистем и биосферы в целом. Эти вопросы лежат в области проблем, касающихся эколого-химических закономерностей формирования и эволюции химического состава почв и прогнозов поведения их в ближайшем и отдаленном будущем.

*** На протяжении геологической истории Земли жизнь с момента своего зарождения стремилась охватить до конца все доступное ей пространство и не случайно в процессе эволюции живые организмы освоили почти всю поверхность планеты. В ходе этого освоения возникла почвенная сфера Земли или педосфера, где обитает огромное количество видов, представляющих различные систематические группы организмов. Б.Б. Полынов (1956) отмечал, что в почве в наибольшей степени сосредоточены те процессы, совокупность которых обусловливает эволюцию органического мира. Почва является основным звеном перераспределения биогенной энергии, запасенной зелеными растениями, она выполняет ряд очень важных функций в биосфере. Так, она играет роль одного из главных механизмов поддержания устойчивого функционирования экосистем и биосферы Земли, а также сохранения биоразнообразия, ибо: именно в гумусовой оболочке почвенного покрова сосредоточена основная доля живого вещества суши и его биогенной энергии (Ковда, 1973); именно почва является в пределах биосферы тем телом, которое обладает плодородием, (т.е способностью производить урожай растений) и обеспечивает продуктивность элементарных единиц биосферы - экосистем; и, наконец, в почве сосредоточены основные связи между атмосферой, гидросферой, литосферой и живыми организмами (Структурно-функциональная…, 1999). К настоящему времени выделено более 20 экологических функций почв и около 20 общебиосферных функций почвенного покрова (Ковда, 1973; Добровольский, Никитин, 1990; Карпачевский, 2005; Структурно-функциональная …, 1999; Дергачева, 2003; Dergacheva, 2001; и др.). Функция почв в поддержании и сохранении устойчивого функционирования подсистем биосферы любого уровня определяется выполнением широкого круга функций более мелкого порядка, таких как обеспечение жизненного пространства для организмов; депонирование элементов питания, влаги и энергии, а также поставка их растениям и другим организмам; стимулирование и ингибирование биохимических и других процессов; хранение и передача информации, поддержание санитарного состояния земной поверхности и других (Добровольский, Никитин, 1990). В то же время устойчивость биосферы определяется относительной устойчивостью продукционного процесса и его соотношения с процессами деструкции, устойчивостью перераспределения вещества и энергии в экосистемах и биосфере, поддержании состава атмосферного воздуха, а также в соотношении биологического и геологического круговоротов, и многих других процессов, в которых почва и почвенный покров играют без преувеличения ведущую роль. Как выяснилось, почва обладает "памятью" и хранит информацию об условиях времени своего формирования в признаках разного уровня (организации почвенного профиля, состава и строения отдельных компонентов, новообразований, отдельных признаках педогенеза и.т.д.) (Почва…, 2007). В настоящее время почву рассматривают как сложную природную многокомпонентную открытую саморегулируемую и полифункциональную систему, которая является подсистемой биосферы. Это вполне обоснованные общепризнанные положения. Однако они предусматривают необходимость ответа на два кардинальных вопроса: когда, на каком этапе развития биосферы возникла почва, и каковы причины, инициировавшие ее возникновение; и, как следствие, необходимость постановки еще одного вопроса - какова роль почвы и почвенного покрова в становлении и развитии биосферы. Прежде чем обсуждать эти вопросы, обратимся к одному из важных для нас противоречий в понимании почвы, поскольку от понятийных границ термина "почва" зависят концептуальные представления о времени и причинах появления почв и их роли в развитии биосферы. В принципе все точки зрения о причинах и времени появления почвы как компонента биосферы являются гипотезами, однако, ряд из них кажутся достаточно убедительными и логичными. Одни исследователи (и их большинство) согласно определению В.В. Докучаева (1949), относят к почвам только субаэральные тела, сформированные на литосферной оболочке Земли, и поэтому начинают историю формирования почв и определение места и роли этого компонента биосферы только с момента освоения почвой литосферной оболочки Земли (Вильямс, 1948; Герасимов, 1951; Ковда, 1973; Gray, 1993; и др.). Другие - относят к почвам не только субаэральные, но и субаквальные образования (которые имеют кардинальное сходство с податмосферными почвами), рассматривая их как подводные почвы, где место атмосферы занимает гидросфера (Вернадский, 1936; Полынов, 1956; Пианка, 1961; Владыченский, 1968; Сукачев, 1972; Перельман, 1977; Deelman, 1972; Buurman, 1975, Gadel et al., 1975; и др.). Такое понимание почвы обусловило наличие другого подхода к осмыслению причин и времени ее возникновения как естественно-исторического тела в процессе становления биосферы (Бахнов, 1986, 2002). Сторонники первого взгляда на почву считают, что эволюция почвообразования была направлена от примитивных (скальных) к современным формам почвообразования, а появление типов почв хронологически увязывалось ими с появлением на Земле растительности, под покровом которой в настоящее время протекает соответствующий тип почвообразования (Вильямс, 1948; Герасимов, 1951; Ковда, 1973). Представление о почвообразовании строилось ими на основе современных фактов и явлений, в то же время не учитывалось, что древнее почвообразование могло совершаться в иной обстановке: при иной биоте, ином климате, иных почвообразующих породах, наконец, иной истории формирования территории. Не учитывалось единство развития почвы и других естественно-исторических тел природы, т.е. не рассматривалось развитие почв как компонента биосферы. Не рассматривались причины появления разных типов почвообразования. В предложенной концепции единого почвообразовательного процесса В.Р. Вильямса (1948) с точки зрения рассматриваемой нами проблемы, ценна идея о том, что первичный процесс почвообразования был очень длительным и охватывал период от начала появления жизни на Земле до накопления в рухляке горных пород достаточного количества необходимых для растений элементов в усвояемой для них форме. Рухляк, подготовленный низшими организмами, был освоен растительностью и таким образом послужил началом появления и эволюции на суше единого почвообразовательного процесса. И.П. Герасимов (1951) и В.А. Ковда (1973) пытались выделить основные этапы почвообразовательного процесса за период от палеозоя - с "момента" освоения растительностью литосферной оболочки Земли - до голоцена. При этом первый соотносил их с биостратиграфическими рубежами - периодами со своеобразной растительностью, животным миром и особенностями почвообразования, а второй - с историческим развитием растительного мира и биологическим круговоротом веществ на Земле. Время, охарактеризованное ими, охватывает период от 400-300 млн. лет до 10 тыс лет назад. В.А. Ковда (1973) считал, что вначале имел место процесс первичного биогеохимического выветривания горных пород, и почв, как таковых, не было, поскольку отсутствовал один из главных признаков почв - аккумуляция органического вещества. Только с появлением водорослей, как подчеркивал В.А. Ковда (1973), мог реализовываться почвообразовательный процесс и в мелководьях, и на суше. В дальнейшем эволюция растительности и почв шла одновременно, взаимозависимо, согласно с развитием других оболочек Земли. В мезозойскую эру уже была хорошо выражена климатическая зональность, а к третичному периоду произошло становление основных современных видов растений и почв. Сторонники, признающие правомочность выделения субаквальных почв наравне с субаэральными, соотносят начало почвообразования с появлением первых фотосинтезирующих организмов, которые в начальный период формирования биосферы находились в условиях водной среды, и таким образом считают, что первичное почвообразование началось в водной среде, а донный субстрат древних водных экосистем может рассматриваться как прообраз первых почв (Плотников, 1979; Бахнов, 1986). Оригинальную гипотезу возникновения почв и эволюции почвообразования в процессе становления биосферы предложил В.К. Бахнов (1986, 2002), считавший, что почвообразование на Земле началось в водной среде, а сам процесс характеризовался сменой трех форм, соответствующих постепенному освоению живым веществом трех оболочек: гидросферы, атмосферы и литосферы. Эти три формы почвообразования были названы В.К. Бахновым соответственно гидроземной, атмоземной и литоземной. Самой древней и самой длительной была гидроземная (подводная) форма, которая появилась в докембрии и господствовала до силура, когда, согласно мнению специалистов по эволюционной фитоценологии, произошел выход растений из водной среды. Атмоземная форма почвообразования сменила гидроземную и охватывала период около 200 млн. лет. В течение этого времени организмы адаптировались к жизни в условиях воздушного окружения, а также существенно преобразовались как структурно (морфоанатомически), так и физиологически. В процессе этого произошла дифференциация и специализация тканей, появилась у растений способность развиваться в вертикальной плоскости, усовершенствовался фотосинтезирующий аппарат. Широко распространились древовидные формы растений. Примерно 230 млн. лет назад (в конце пермского - начале триасового периодов) появилась литоземная форма почвообразования, основные этапы развития которой были достаточно подробно описаны И.П. Герасимовым и В.А. Ковдой. К концу мелового периода завершилось на Земле формирование природно-климатических зон, которым соответствовали разные по свойствам почвы (Бахнов, 2002). Достоинством гипотезы В.К. Бахнова (2002) является то, что он проследил процесс почвообразования на всех этапах развития биосферы: от появления первых фототрофных организмов до современного времени. Таким образом, одни исследователи считают, что почва возникла и развивалась с того времени, когда растения начали осваивать литосферную оболочку суши, другие - с момента появления фотосинтезирующих организмов и начала продуцирования органического вещества. Единственное, в чем нет разногласий у всех ученых, так это в том, что наличие растительности является непременным условием возникновения почвы, что она является ведущим фактором почвообразования, и что истоки появления почвы как естественно-исторического тела в процессе становления и развития биосферы надо искать в необходимости приспособления растительных сообществ к среде обитания в ходе выработки ими устойчивости в меняющееся природной обстановке (Докучаев, 1949; Герасимов, 1951; Ковда, 1973; Плотников, 1979; Бахнов, 1986; Добровольский, Никитин, 1990; Структурно-функциональная…, 1999; и др.). Растения - главное условие формирования почвы, где нет растений - нет и почвы (Вильямс, 1948; Вески, 1982; Ключи к таксономии …, 1997; Карпачевский, 2005; и др.). Рассматривая появление и развитие почвы в процессе становления и эволюции биосферы необходимо помнить, что, как и в биосфере в целом, в комплексе явлений, слагающих почвообразовательный процесс, главное место принадлежит процессам синтеза - распада органических веществ. Процесс почвообразования во все времена, начиная с зарождения биосферы, сопутствовал развитию растительности как единственного и самого мощного источника первичной продукции - органического вещества с аккумулированной в нем солнечной энергией. Роль растительности в почвообразовании очень разнообразна, но наиболее существенной функцией ее в биосфере все-таки являются синтез органического вещества (т.е. создание первичной продукции) и накопление в нем энергии. Созданное растениями-продуцентами органическое вещество проходит ряд преобразований, в результате которых и продукты трансформации органических веществ, и запасенная в них энергия перераспределяются по земной поверхности, давая начало трофическим связям, обеспечивая биоразнообразие и устойчивость экосистем. Гетеротрофные организмы в своем появлении и развитии на всех этапах эволюции биосферы следовали за растительностью. Почвенная стадия преобразования органического вещества играет при этом очень важную роль, поскольку почвы и их гумусовая оболочка являются основной средой обитания организмов суши и основным аккумулятором энергии (Ковда, 1973; Добровольский, Никитин, 1990; и др.). Более того, В.Р. Волобуев (1963) рассматривал почвообразование как процесс органо-минеральных взаимодействий, а почвы как продукт этого взаимодействия и перераспределения органо-минеральных веществ в верхней части коры выветривания. Среди продуктов преобразования органического вещества, в почвах имеются гумусовые вещества, которые представляют собой природную открытую самоуправляемую систему, обладающую целостностью, развивающуюся во времени (Дергачева, 1989) и выполняющую ряд важных функций, в частности, участвующую в регуляции устойчивости биосферы на всех уровнях ее организации: почв, педосферы в целом, экосистем (Dergacheva, 2001; Дергачева, 2003). Итак, процесс почвообразования, в котором главное место принадлежит процессу синтеза - распада органических веществ и для которого характерно постоянное отставание утилизации гетеротрофными организмами продуктов автотрофного метаболизма, начался с появлением растительности на Земле и явился одной из предпосылок устойчивости растительных сообществ. Круговорот органического вещества с превышением продукции над распадом явился причиной возникновения неотъемлемого компонента почвы - системы гумусовых веществ или гумуса. Система гумусовых веществ вместе с растительной биомассой выполняли роль регулятора устойчивости естественных экосистем биосферы: от пионерных до высокоорганизованных. Механизм поддержания устойчивости круговорота углерода и экосистемы в целом был связан с отторжением и введением обратно определенной части органического углерода и соотношения его с процессами, связанными с гумусом почв, с его способностью к аккумуляции, миграции и обмену, что обусловливает более длительное сохранение части углерода, запасов минеральных элементов, связывания и вывода из сферы за пределы зоны питания растений токсичных и невостребованных биотой веществ. Рассмотрим кратко поведение системы "растение - органическое вещество - гумус - почва" в геологической истории Земли и процессе становления биосферы. Накопление органического вещества и энергии, а равно и процесс почвообразования, возникли с появлением способности у организмов осуществлять фотосинтез. Как известно, первыми активными фототрофами на Земле были водоросли. Появление их относится к докембрию. Они обитали в континентальных водоемах, мелководьях морей и океанов. Детрит, образуемый водорослями, был благоприятной средой обитания сапрофитов, поскольку у них отсутствовали покровные, механические и проводящие ткани. Растительная мортмасса, подвергавшаяся переработке биотой, претерпевала химические и биохимические превращения, перемешивалась (возможно, частично и взаимодействовала) с минеральной частью донных отложений и таким образом формировался органо-минеральный субстрат (почва). По-видимому, в это время уже существовал и процесс гумификации. В пользу этого могут свидетельствовать следующее: во-первых, факт обнаружения в горючих сланцах докембрия гуминовых кислот, хотя и в очень небольшом (доли процента от массы) количестве (Кречетова, 1994), во-вторых, результаты экспериментов по бактериальной деструкции детрита водорослей (Кудрявцев, 1979), и в третьих, принципиальная возможность образовывать продуктами распада планктонового детрита в водной среде гумусоподобные вещества по типу реакции Майара (Лейфман, 1993). В экспериментах В.А. Кудрявцева (1979) было показано, что 5-10% от массы детрита переходит в стойкие компоненты, деструкция которых происходит медленно и занимает длительный период. Со сменой в процессе эволюции одноклеточных водорослей многоклеточными, способными прикрепляться к субстрату, увеличилось продуцирование биомассы и соответственно возросло количество мортмассы. Гетеротрофы уже не успевали полностью утилизировать органическое вещество, начался процесс его аккумуляции в виде недоокисленных продуктов, а также стал более активным процесс синтеза гуминовых кислот, которые имели все атрибуты веществ, относящихся к классу природных веществ с переменным составом: их доля в горючих сланцах этого периода составляла уже 1-2% от общего содержания органического углерода (Кречетова, 1994). Таким образом, в докембрии, шло накопление органического вещества и минерального материала, формировавших субстрат для растений, а также имел место процесс образования гумуса - непременного атрибута почв. Механизмом, регулирующим устойчивость растительных сообществ в то время, было отчуждение органических остатков в виде детрита и растянутый во времени процесс его утилизации, а гумусовые вещества еще не имели решающего значения в регуляции устойчивости растительного сообщества, их соотношение с массой отчуждаемого органического вещества было еще ничтожно. Можно предположить, что в это время гуминовые кислоты могли играть роль физиологического стимулятора жизнедеятельности живых организмов, поскольку эти вещества в горючих сланцах докембрия содержали уже до 5-10% азота аминокислот от общего его содержания, в них идентифицируются методом ИК-спектроскопии присутствие полос, относимых к амид-1, полисахаридам, спиртам и другим соединениям или их отдельным группам, которые могут иметь то или иное значение в жизни микроорганизмов и растений (Кречетова, 1994). Постепенный выход растений из водной среды и освоение ими сначала надводного пространства, а затем пространства суши, потребовал приспособления и выработки относительной независимости их от окружающей среды. Необходимо было решить не существовавшую при обитании в водном и надводном пространстве проблему обеспечения себя влагой и пищей. Это было достигнуто путем создания субстрата (почвы), которая на каждом этапе эволюции биосферы соответствовала развитию и потребности растительных сообществ. Выход растений из водной среды в надводное пространство оказался возможным из-за ряда причин. По мере нарастания толщи донных отложений, уменьшения толщи воды, усиления фотосинтеза, увеличения органической мортмассы происходило обмеление водоемов, что, в свою очередь, еще больше увеличивало активность процесса фотосинтеза и масштабы процесса аккумуляции органического вещества субстратом, который, нарастая вверх, постепенно вышел за пределы водного пространства. Но растения того времени не могли еще существовать без обилия воды и растворенных веществ, они не могли добывать для пищи минеральные элементы. Подземные органы были несовершенны, поскольку эволюция растений в то время шла по пути совершенствования и развития надземных органов, необходимых для интенсивного фотосинтеза, от которого зависели и биомасса, и мортмасса. На этом этапе развития биосферы появилась органогенная неподводная почва. Процесс гумификации в это время был, по-видимому, более интенсивным, так как могла уже существовать смена окислительно-восстановительных режимов. но их участие в регуляции устойчивости экосистем все еще было не очень значительным, основная роль принадлежала органической массе (Дергачева, 2003). Каменные угли, истоки которых определяются этим периодом развития биосферы, как известно, имеют более высокое, чем горючие сланцы, содержание гумусовых кислот (Гуминовые…, 1993) Кроме физиологической роли, гумус, скорее всего, играл роль ингибитора продуктов метаболизма компонентов живых сообществ, а также иммобилизатора части минеральных компонентов, вредных для жизнедеятельности растений. Изменение роли почв, расширение их функций и возрастание роли гумуса в поддержании устойчивости экосистем произошло при выходе растений на сушу, когда растительные сообщества столкнулись с необходимостью резкого изменения способов обеспечения себя пищей и водой. В конце палеозойской эры, по-видимому, началась длительная, продолжающаяся в течение всего мезозоя, аридизация климата Земли, что привело к трансгрессии морей, образованию мелководий, а затем и сухих участков, с которых, очевидно, и началось освоение растительностью литосферной оболочки Земли. Аридизация климата вызвала, скорее всего, вымирание во второй половине пермского периода широкого ряда представителей палеозойской флоры и зарождения новых видов растений. К этому времени относится появление хвойных, которые занимали господствующее положение вплоть до средины мелового периода. Именно на этом этапе функциональная роль гумуса должна была расшириться, поскольку возникла необходимость в переводе нерастворимых минеральных веществ в растворимое, доступное растениям состояние, чему способствовал гумус с преобладанием фульвокислот. Фульвокислоты, образующиеся при гумификации опада в хвойных лесах, содержащих относительно мало оснований, имели кислую природу. Они оказывали разрушающее действие на горные породы, в результате которого соединения химических элементов, неподвижные и недоступные для растений, переводились в водную фазу, обогащая её доступными для растений зольными элементами. Возникла мобилизующая функция гумуса. Избыток элементов с током воды перераспределялся в минеральной толще, часть, пока небольшая, закреплялась гуминовыми кислотами, образуя тем самым обособленные горизонты аккумуляции, выноса и иллювиирования минеральных элементов. Произошло образование почвенного профиля с совокупностью взаимосвязанных происхождением горизонтов (иначе - парагенетическая ассоциация горизонтов). Подвижность и высокая реакционная способность фульвокислот способствовали выводу из сферы распространения корневой системы токсичных в больших концентрациях и неиспользуемых растениями в пищу веществ. Практически в это время гумус начал выполнять функцию депонирования биогенных веществ, а также детоксицирования - удаления из сферы развития корневой системы вредных в больших концентрация минеральных веществ. Соотношение роли растительной массы и гумусовых веществ в регуляции устойчивости экосистем существенно изменилось. Хвойные вечнозеленые растения, накапливая элементы питания в биомассе, практически не могли обеспечить себя пищей путем возврата их в процессе разложения опада, поскольку с ним возвращалась только часть питательных веществ. Гумусовые вещества выполняли функцию депонента минеральных биогенных элементов, которые при их разложении возвращались в биологический круговорот и возмещали недостающие для растений питательные вещества. Поэтому гумус, который эволюционно соответствовал морфолого-анатомической и физиологической организации растительных сообществ того времени, занимал уже б?льшую долю среди механизмов поддержания устойчивости экосистем, обеспечивая, прежде всего, питательный режим растительных сообществ. А почва, имеющая в это время на поверхности мощную подстилку, служившую экраном, предохранявшим почвенную влагу от испарения, и горизонт иллювиирования ненужных и даже токсичных в больших количествах для растений элементов, таких, например, как алюминий и железо, создавали для корней растений двойной (сверху и снизу) экран, который способствовал сохранению влаги. Древесная растительность в процессе эволюции приспосабливалась к ликвидации негативных последствий вымывания из почв элементов минерального питания, накапливая и сохраняя их в своей фитомассе и возвращая их с опадом. Доля возврата элементов с опадом увеличивалась при смене вечнозеленых форм листопадными. Роль гуминовых кислот как депонента биогенных элементов возросла. Произошла дифференциация функциональной роли отдельных компонентов гумуса: фульвокислоты служили агентом перевода недоступных для растений элементов минеральной части в доступные, а также выносу избытков и ненужных элементов за пределы зоны питания растений, а гуминовые кислоты выполняли роль иммобилизатора некоторых токсичных для живых организмов элементов и депонента необходимых биогенных веществ в верхних слоях почвы (субстрата). Формы гумусовых веществ, наиболее прочно, но обратимо связанных с минеральной частью - гумины, играли роль регулятора устойчивости самой системы гумусовых веществ (Dergacheva, 2001). Наиболее высока значимость гумуса как регуляторного механизма устойчивости в степных экосистемах. Степная растительность является морфоанатомически и функционально наиболее совершенной, а почвы степной зоны представляют собой "венец творения" (Докучаев, 1949). Гумус в условиях полного ежегодного вовлечения в круговорот растительной массы стал ведущим регулятором устойчивости степных растительных сообществ. Биомасса растений уже не играла роль депонента биогенных элементов, хотя полностью в процессе разложения могла обеспечить потребность самого растения в элементах питания. Избыток этих элементов аккумулировался гуминовыми кислотами и закреплялся в корнеобитаемом слое. В случае неблагоприятных условий этот запас элементов мог быть вовлечен в круговорот. Роль фульвокислот в регуляции устойчивости растительных сообществ уменьшилась, тогда как аккумулирующие функции гуминовых кислот стали одним из главных её механизмов. Таким образом, роль почв как регулятора устойчивости экосистем, постепенно усложнялась во времени: уменьшалась значимость процессов отторжения и возврата растительной продукции на фоне усиления и увеличения разнообразия функций гумусовых веществ, достигнув наибольшего развития в период выхода растений на сушу и возникновении необходимости добывать себе пищу из горных пород. В условиях степей она заняла ведущее место. К тому времени как сложился современный почвенный покров, почвы и один из главных ее компонентов - гумус, участвуя в обеспечении непрерывной жизнедеятельности организмов, осуществляли уже широкий ряд функций, в конечном итоге направленных на регуляцию и поддержание устойчивости экосистем и биосферы в целом, а также биоразнообразия.

Литература к разделу:
Бахнов В.К. Почвообразование: взгляд в прошлое и настоящее (биосферные аспекты). 2002. Новосибирск: Изд-во СО РАН. 117 с.
Вернадский В.И. Об анализе почв с геохимической точки зрения // Почвоведение. 1936. №1. С.8-16.
Вески Р.Э. Почвоведение - наука о биокосных системах // Почвоведение. 1982. №3. С. 18-25.
Вильямс В.Р. Почвоведение.1948. М.: Сельхозгиз. 449 с.
Владыченский С.А. Некоторые вопросы "подводного почвообразования" и использования мелководий // Почвоведение. 1968. №3. С. 9-18.
Волобуев В.Р. Экология почв. 1963. Баку: Изд-во ЭЛМ, 259 с.
Герасимов И.П. Палеогеографическое значение учения В.Р. Вильямся о едином почвообразовательном процессе // Проблемы физической географии. 1951. Т.16. С.7-15.
Гуминовые вещества в биосфере. 1993. М.: Наука, 235 с.
Дергачева М. И. Система гумусовых веществ почв. 1989. Новосибирск: Наука. 109 с.
Дергачева М.И. Экологические функции системы гумусовых веществ // Вестник Томского государственного университета. 2003. №8. С.61-67
Добровольский Г.В., Никитин Е.Д. Функции почв в биосфере и экосистемах. 1990. М.: Наука. 261 с.
Докучаев В.В. Русский чернозем // Избр. соч. 1949. М.-Л.: Изд-во АН СССР. Т.3. С.17-496.
Карпачевский Л.О. Экологическое почвоведение. 2005. М.: ГЕОС. 336 с.
Ключи к таксономии почв. 1997. Линкольн, Небраска. 410 с.
Ковда В.А. Основы учения о почвах. 1973. М.: Наука. Кн. 1. 447 с.
Кречетова Е.В. Сравнительная характеристика состава и свойств гуминовых кислот горючих сланцев и почв // Почвоведение.1994. №2. С.57-66
Кудрявцев В.А. Бактериальная деструкция органического вещества водорослей // Водные ресурсы. 1979.№3. С.130-142.
Лейфман И.Е. Гумификация в системе молекулярных механизмов стагнации биотического круговорота в экосистемах // Гуминовые вещества в биосфере. 1993. М.:Наука. С.92-97.
Перельман А.И. Биокосные системы Земли. 1977. М.: Наука, 160 с.
Пианка Э. Эволюционная экология. 1981. М.: Мир. 399 с.
Плотников В.В. Эволюция структуры растительных сообществ.1979. М.: Наука. 275 с.
Полынов Б.Б. Основные идеи учения о генезисе элювиальных почв в современном освещении // Избранные труды. 1956. М.: Изд-во АН СССР. С. 408-422.
Почва - память биосферно-геосферных взаимодействий. 2007. М.: ГЕОС. 456 с.
Структурно-функциональная роль почвы в биосфере.1999. М.: ГЕОС. 278 с.
Сукачев В.Н. Основы лесной типологии и биогеоценологии // Избр. Тр. 1972. Л.: Наука. Ленингр. Отд-ние. Т.1. 418 с.
Buurman P. Submarine soil formation changing fossil soils // Soil Science. 1975. V. 119. P. 24-27.
Deelman J.C. Humic seams in marine sediments // Soil Science. 1972. V. 3. P. 184-187.
Dergacheva Maria. Ecological functions of Soil Humus // Eurasian Soil Science. 2001. V.34 (51). Pp. S100-S105
Gadel F., Cahet G., Bianchi A.S.M. Submerged soils in the north-western Mediterranean Sea and the process of humification // Soil Science. 1975. V. 119. P. 106-112.
Gray J. Major Paleozoic land plant evolutionary bioevents // Palaeogeogr. Рalaeoclimat. Palaeoecol., 1993. - V. 104. - P. 153-169.

7.2. Учение о гумусовых веществах как раздел химии почв.
Учение о гумусовых веществах почв имеет длительную и сложную историю развития, на протяжении которой этому почвенному компоненту постоянно уделялось большое внимание. Повышенный интерес со стороны учёных разных направлений к разным аспектам этого учения обусловлен многогранной ролью этого почвенного компонента в биосферных процессах, в том числе, он обеспечивает целый ряд экологических функций, в частности, поддержания устойчивости биосферы и её отдельных подсистем: от почвы до живых организмов, и т.п. Постоянное внимание было вызвано также тем, что гумусовые вещества не вкладывались в привычные рамки химических, биологических, геологических, физических представлений, а попытки объяснения тех или иных связанных с гумусом вопросов не приводили к однозначному их решению, скорее порождая накопление противоречивых взглядов как на происхождение гумусовых веществ, так и на их строение и свойства, а позднее и на реализацию ими функций. К сожалению, в рамках Учения о гумусовых веществах ряд терминов имеет неодинаковые понятийные нагрузки в разных литературных источниках, поэтому молодые исследователи должны сначала понять, что каждый автор имеет ввиду под тем или иным термином, а затем читать и оценивать выводы, сделанные им. В любой области науки новое основано или связано со старым. Поэтому большой интерес представляет история становления этого научного направления. Каждому определенному историческому отрезку времени соответствуют взгляды, отвечающие уровню развития наук в данный конкретный момент. В последние 20-30 лет изучение гумуса почв вновь активизировалось. Материалы последних лет вызвали не только рождение новых концепций, но и необходимость критического пересмотра некоторых положений предыдущих периодов, с тем, чтобы проследить истоки рождения той или иной концепции, того или иного направления в истории "Учения о гумусе почв". В истории учения о гумусовых веществах почв от самых истоков во второй половине XIX века и до настоящего времени существует два направления в изучении гумусовых веществ почв: химическое и экологическое. Если первое в большей или меньшей степени постоянно рассматривалось в литературе, то история становления экологического направлении в изучении гумусовых веществ в литературе практически не освещена. Этим вопросам и посвящен приводимый ниже текст. Он будет способствовать оценке эколого-химических закономерностей функционирования не только почв, но и биосферы в целом.

7.2.1. История развития экологического направления в учении о гумусовых веществах почв
История развития экологического направления в учении о гумусе почв включает вопросы, связанные с природными условиями образования гумуса и гумусовых веществ, а также ролью гумуса в природных процессах, т.е выполнения гумусом и гумусовыми веществами функций в биосфере. Развитие взглядов на одну из важных функций гумуса почв - его значение как источника питательных веществ для растений - проходило под знаком борьбы между гумусовой, минеральной и органоминеральной теориями питания растений. Зачатки гумусовой теории кроются еще в глубокой древности, но после работ Валериуса, опубликованным в 1761 году, положение о том, что гумус является существенным элементом питания растений на долгие годы вошло в научный обиход, получив значение господствующей идеи в начале XIX в., благодаря авторитету Тэера [Thaer, 1808]. Позднее согласно органо-минеральной теории питания Грандо [Grandeau, 1878] было принято, что не только гумусовые вещества, но и минеральные соединения участвуют в питании растений. Хотя гумусовая теория питания растений оказалась несостоятельной, но благоприятное влияние гумусовых веществ на усвоение зольных элементов, например, железа, оказалось вполне доказанным фактом. При этом было установлено, что гумус служит источником минерального питания растений, вещества для которого высвобождаются в результате его разложения под влиянием микробиологической деятельности. Гумус обеспечивает более постоянное выделение этих необходимых растениям веществ и в то же время предохраняет их от потери из почвы. Истоки экологического направления можно отнести к 60-м годам XVIII века, когда Валериус [Wallerius, 1761] вывел из данных химического анализа растений, что гумус почвы является для растений существенным питательным элементом, т.е. впервые вполне определенно гумус рассматривался как важнейший источник питания растений. После этого долгое время вплоть до первых десятилетий XIX века гумус рассматривали как источник углерода для растений. Спустя два десятка лет после того, как Валериус (Walerius, 1761) в первом научном руководстве по агрономической химии "Agriculturae fundamenta chemica" указал, что при разложении растительных остатков образуется гумус, который характеризуется гидрофильностью и рассматривал перегной в качестве пищи для растений, в 1782 г. была опубликована книга русского ученого И.И. Комова "О земледелии", где автор рассмотрел роль перегноя в плодородии почв, обратил внимание на связь с ним водно-физических свойств и богатства почв питательными веществами. В книге Комова по сути содержатся элементы гумусовой теории питания растений, развитой позднее Тэером [Thaer, 1809]. Основываясь на обобщении информации, имеющейся к началу века в литературе, и опираясь на свой обширный практический опыт, на свои многочисленные химические исследования разных видов почв и удобрений, Тэер пропагандировал идею о том, что перегной почвы и плодородие - это синонимы и что именно гумус (перегной) доставляет пищу растениям. Тэер дал как химическую характеристику перегноя, так и агрономическую. По сути, он рассматривал питательные функции перегноя (гумуса). Эта теория просуществовала около полувека. К. Шпренгель [Sprengel, 1926] также считал, что перегной служит прямой пищей для растений, хотя и не абсолютизировал это положение. Ни Шпренгель, ни ранее Дэви [Davy, 1814], ни позднее Буссенго [Boussingault, 1941] не опровергали в принципе гумусовую теорию питания растений, но считали, что необходимы для питания растений также минеральные вещества. Шпренгель [Sprengel, 1837], изучив химический состав гуминовой кислоты и ее солей и обобщив их, предложил стройную систему представлений о значении их в плодородии почвы и обосновал ряд агрикультурных и агрохимических приемов. В этой атмосфере противоречивых и неясных представлений о природе, происхождении гумусовых веществ и их роли в почве чувствовалось веяние новых идей. Исследованиями Пастера создавалась наука о биохимии микробов. Вслед за его открытиями, уже в последней четверти прошлого столетия, трудами крупнейших ученых - Поста [Post, 1862], Дарвина [1882], Костычева [1886, 1889], Мюллера [Muller, 1887], Раманна [Ramann, 1888] и других - было установлено, что образование перегноя является не химическим или физическим процессом, а представляет собой процесс биологический, являющийся следствием многообразной деятельности живых существ - микроорганизмов, простейших, а также различных представителей животного мира (землероев, червей, насекомых). В соответствии с этими открытиями был предпринят ряд исследований, где процессы разложения органических веществ в почве изучались как биологические и биохимические; выяснялось влияние на интенсивность этих процессов условий температуры, влажности, аэрации, физических свойств почвы, т.е. проводились по сути экологические исследования. К ним можно отнести классические работы Шлезинга [Schloesing, 1876 1902], Костычева [1886, 1889, 1890], Вольни [Wollny, 1886, 1897], Дегерена [Deherain, 1888], Дегерена и Демусси [Deherain et Demussi, 1896] и других. Именно этими работами окончательно было установлено, что перегной является для растения источником питательных элементов (в первую очередь азота), переходящих в процессе разложения в усвояемые формы; в этих работах была установлена роль перегноя в создании структуры почвы, обеспечивающей в ней наиболее благоприятные воздушный и водный режимы. Возникновение этого нового биологического, а по сути своей экологического, направления в изучении проблемы почвенного перегноя имело тем большее значение и было тем более перспективным, что в тот же период трудами корифеев русской науки В. В. Докучаева и П. А. Костычева были заложены основы учения о почве как о природном теле, образующемся в результате совокупной деятельности природных факторов, среди которых исключительная роль принадлежит биологическим факторам почвообразования - растительному покрову п деятельности живых существ. Согласно этому учению, перегной рассматривается как важнейшая часть почвы, имеющая огромное значение в почвообразовательных процессах и в почвенном плодородии, и наличие его в почве является тем качественным признаком, который отличает почву от мертвой материнской породы. Главнейшие исследования В.В. Докучаева и П.А. Костычева группировались вокруг проблемы происхождения чернозема, имевшей большой научный интерес и производственное значение для восстановления его плодородия и борьбы с засухой. Труды В. В. Докучаева "Русский чернозем" [1883] и П.А. Костычева "Почвы черноземной области России" [1886] были началом нового периода, новой эпохи в истории изучения почвенного перегноя и именно его функций. Докучаев и Костычев установили исключительную роль в образовании чернозема биологического фактора - многолетней травянистой растительности, корневые системы которой, ежегодно отмирающие в толще почвы, являются источником гумуса в ее корнеобитаемых слоях. Большую ценность в развитии учения о гумусе имеют исследования Костычева по гумификации растительных остатков. Он изучил ряд вопросов, касающихся выяснения в этом процессе влияния экологических условий: микроорганизмов, животных, температуры, аэрации, физических и химических свойств почвы -- на энергию разложения органических веществ, тем самым поставив и пытаясь решить вопрос о причинах накопления перегноя в черноземе. П.А. Костычев установил прямую связь между накоплением перегноя под покровом многолетней травянистой растительности и физическими свойствами почвы, обеспечивающими сохранение в ней влаги, тем самым практически расширив список функций, выполняемых гумусом почв. Идеи Докучаева и Костычева получили развитие в многочисленных работах их учеников и последователей, таких как Сибирцев [1900-1901], Бараков [1886], Леваковский [1888], Слезкин [1900], Налетов [1900], раскрывших вопрос о взаимодействии гумусовых веществ с минеральной частью почвы и др. Новое биологическое направление в изучении почвенного перегноя, обязанное появлению и развитию новых дисциплин - микробиологии и почвоведения - оказало существенное влияние на развитие учения о гумусе, и несомненно сыграло значительную роль в становлении экологического направления в рамках этого учения. В последние два десятилетия XIX в. имели место многочисленные исследования по разложению растительных остатков и выяснению их роли в образовании гумуса. В соответствии с новыми представлениями о биологической основе процесса гумусообразования (и в отличие от искусственного воспроизведения этого процесса путем обработки растительных веществ кислотами или щелочами) опыты проводились в условиях, обеспечивающих нормальную биологическую деятельность, хотя как правило, опыты проводились с изолированными растительными веществами. Одним из исследователей, проводивший опыты по разложению некоторых органических веществ был Гоппе-Зейлер [Hoppe-Seyler, 1889], который изучал биохимию процесса их разложения. Работы Омелянского [1899, 1902], выделившего возбудителей процесса анаэробного разложения целлюлозы и изучившего его биохимию, а также исследования Ван-Итерсона [Van-Iterson, 1904] по аэробному разложению целлюлозы, внесли свой вклад в познание процесса образования гумуса, однако не ответили однозначно на вопрос о роли целлюлозы в формировании гумусовых веществ, поскольку были проведены с изолированной целлюлозой. Подобным же недостатком отличались работы Снайдера [Snyder, 1898], Сузуки [Suzuki, 1906-1908] и других исследователей, изучавших гумификацию изолированных углеводов, жиров, белков и других веществ. Тогда еще только зарождалось представление о том, что гумусовые вещества являются сложными соединениями, образующимися из продуктов разложения растительных остатков и что в их формировании могут участвовать не одно какое-то, а два или несколько веществ. Это направление практически весь XIX и две трети XX вв характеризовалось накоплением эмпирических данных о роли гумусовых веществ в природных процессах, но более всего рассматривалось их значение в плодородии почв, а позднее также и в почвообразовательных процессах. Нами обращено внимание только на наиболее важные - этапные - работы ученых, те публикации или исследования, которые существенно приближали решение актуальных на момент проведения исследований вопросов и значимость которых для развития Учения о гумусовых веществах проверило время.

7.2.2. Современное состояние экологического направления в учении о гумусе почв
В последней четверти XX в., когда Г.В. Добровольским и Е.Д. Никитиным было оформлено в качестве самостоятельного научного направления "Учение о функциях почв", исследования экологических функций гумуса интенсифицировались. Возможный круг функций гумуса обсуждался неоднократно и, хотя разные авторы выделяют разный набор функций, в целом все они подчинены обеспечению существования жизни на Земле (Орлов, 1993; Дергачева, 2003; и др.). Поскольку гумус почв - это природная система (система гумусовых веществ) биосферного типа, обладающая целостностью, функционирующая и развивающаяся во времени, все функции, которые выполняет гумус в биосфере, возникали постепенно в процессе формирования почвы как естественно-исторического тела в геологической истории Земли. Становление системы гумусовых веществ и развитие ее функций шло параллельно с развитием системы растение-почва. Поэтому проблема возникновения и эволюции системы гумусовых веществ и ее функций неотделима от проблемы возникновения и становления почвы как естественно-исторического тела в процессе развития и приспособления к среде растительных сообществ, в процессе выработки их устойчивости (см. раздел 7.1.). К тому времени как сложился современный почвенный покров, гумусовые вещества почв, участвуя в обеспечении непрерывной жизнедеятельности организмов, осуществляли уже широкий ряд функций, в конечном итоге направленных на регуляцию и поддержание устойчивости экосистем: физиологическую (стимулирующую), мобилизующую, депонирующую, иммобилизующую, инактивирующую, ингибирующую, детоксицирующую. В настоящее время гумус выполняет всё разнообразие появившихся в процессе становления почвы в геологической истории Земли функций. За малым исключением гумус принимает участие в реализации всех экологических функций почвы через регуляцию ее режимов: теплового, воздушного, питательного. Он участвует в мобилизации из минеральной породы элементов, а также депонировании и рациональном расходовании вещества и энергии, необходимых для жизнедеятельности организмов: гумусовые вещества накапливают и длительно (до десятков и сотен тысяч лет) сохраняют азот, калий, фосфор, кальций, магний, железо и другие необходимые организмам макро- и микроэлементы. Количество минеральных компонентов, связанных в разной степени гуминовыми кислотами, может достигать 30-50% от их массы, как, например, в почвах тундры Западной Сибири или быть незначительным (от менее 1% до 5%) в почвах степи [Дергачева, 2003]. Гумусовые кислоты образуют не только малорастворимые и устойчивые соединения c органическими и неорганическими веществами, но могут образовывать растворимые и достаточно устойчивые, способные к миграции соединения. Выведение гумусовыми кислотами многих токсичных веществ из корнеобитаемого слоя способствует устойчивости растений даже при достаточно высоких техногенных нагрузках. Гумусовые вещества оказывают влияние на такие важные для почв свойства как тепловой режим и структура, что важно для жизнедеятельности растительных сообществ, а также оказывают прямое физиологическое действие на организмы. С уровнем гумусированности почв связаны свойства противостоять неблагоприятным воздействиям, таким как эрозия, дефляция, иссушение, переувлажнение, загрязнение радионуклидами, пестицидами, тяжелыми металлами и т.д. [Гуминовые…, 1993]. Следует обратить внимание, что функция регуляции и поддержания устойчивости экосистем (и, в частности, профилеобразующие, плодородиеобусловливающие) и функция сохранения информации об условиях своего формирования являются результатом проявления целостности системы гумусовых веществ как системы. Д.С. Орлов отмечал, что гумусовые вещества [Гуминовые …, 1993] - "не случайный продукт цепи посмертных органических (растительных и животных) остатков, а необходимое звено в эволюции, важнейший фактор устойчивости жизненных процессов". Все это позволяет лучше понять и объяснить важнейшие экологические функции гумусовых веществ. Этот автор выделил следующие основные функции гумуса. Аккумулятивная функция. Она характерна особенно для гуминовых кислот и гумина. Сущность этой функции заключается в накоплении гумусовыми веществами основных элементов питания живых организмов, а также органических соединений, несущих запасы энергии в виде химических связей. Хорошо известно, что именно в форме гумусовых веществ в почвах накапливается до 90-99% всего азота, половина и более фосфора, серы, а также аккумулируются и сохраняются длительное время калий, кальций, магний, железо и практически все необходимые организмам микроэлементы. Иными словами, гумусовые вещества создают в различных средах долгосрочные запасы всех элементов питания, а также углеводов, аминокислот, что подтверждается радиоуглеродным их датированием, который свидетельствует, что возраст гуминовых кислот может достигать сотен и даже тысяч лет. Без таких длительно существующих в почвах запасов вряд ли экосистемы могли существовать устойчиво и могли бы сохраниться известные в настоящее время жизненные формы и целостные природные биоценозы, агробиоценозы, в которых виды (популяции) связаны единой трофической цепью. Аккумулятивную функцию в гумусе выполняют гуминовые кислоты и гумины, тогда как более существенную роль в выделенной Д.С. Орловым транспортной функции играют фульвокислоты. Транспортная функция заключается в том, что гумусовые вещества наряду с малорастворимыми, устойчивыми соединениями с катионами металлов или другими органическими веществами могут образовывать и устойчивые, но растворимые и способные к геохимической миграции соединения. Так, например, сколь-нибудь заметное передвижение ионного железа в почвенном профиле не происходит, но миграция железа - хорошо установленный факт. Как показано В.В. Пономаревой, Г.М. Варшал и др., для железа, как и для катионов многих других металлов (исключая катионы щелочных и некоторых щелочноземельных металлов), доминирующая миграционная форма представлена комплексными органо-минеральными соединениями, в которых роль лигандов играют преимущественно анионы фульвокислот. Активно мигрируют в такой форме большинство микроэлементов, значительная часть соединений фосфора и серы. Транспортная функция гумусовых веществ не аналогична транспорту ионов и молекул в живых клетках и обусловлена устойчивостью образующихся комплексных соединений, их растворимостью и общими законами геохимии. Еще одна функция, выделенная Д.С. Орловым, - это регуляторная функция. Эта функция (вернее, регуляторные функции) гумусовых веществ охватывает большой круг явлений и процессов. Наиболее полно они изучены для почв. Гумусовые вещества принимают участие в регулировании практически всех важнейших почвенных свойств, а также устойчивости экосистем. Достаточно сказать, что они формируют окраску гумусных горизонтов и на этой основе тепловой режим. Гуминовые кислоты отражают очень небольшую часть падающей на них электромагнитной энергии солнечного излучения, и поэтому гумусированные почвы всегда значительно теплее малогумусных. Это свойство может быть с успехом использовано для регулирования теплового режима холодных глинистых почв через внесение в них гуминовых, торфо- и углегуминовых удобрений. По мнению многих авторов, гумусовые вещества ответственны и за образование почвенной структуры. Наиболее заметно это проявляется в почвах, обогащенных кальцием и имеющих реакцию среды, близкую к нейтральной, поскольку в таких условиях начинают преобладать гуматы кальция, связывающие механические элементы почвы и играющие роль органо-минеральных мостиков между микроагрегатами. Выше уже упоминалось участие гумусовых веществ в регулировании минерального питания растений за счет накопления многих элементов питания, но во многих случаях более важную роль может сыграть способность гуминовых соединений растворять многие почвенные минералы, что приводит к мобилизации некоторых труднодоступных растениям элементов минерального питания. От количества и свойств гуминовых кислот в почвах зависят емкость катионного обмена, ионно-солевая и кислотно-основная буферность почв, некоторые проявления окислительно-восстановительных режимов. Раскрытие этих функциональных связей способствует выработке реальных способов управления почвенными процессами и оптимизации многих почвенных свойств. Известна также протекторная функция, которая в общем виде заключается в том, что гумусовые вещества в почве защищают или сохраняют почвенную биоту и растительный покров при возникновении неблагоприятных экстремальных ситуаций. Известно, что гумусированные почвы лучше противостоят засухе или переувлажнению, они меньше подвержены эрозии и дефляции, дольше сохраняют удовлетворительные свойства при орошении даже при переполиве или использовании минерализованных вод. Многочисленные эксперименты показали, что богатые гуминовыми кислотами почвы выдерживают более высокие техногенные нагрузки, а при равных условиях загрязнения почв тяжелыми металлами их токсическое действие на растения в меньшей мере проявляется на многогумусных черноземных почвах, чем на малогумусных дерново-подзолистых. Гумусовые вещества довольно прочно связывают многие радионуклиды, детергенты, пестициды, предупреждая тем самым их поступление в растения или другое их отрицательное воздействие. Кроме того, они предохраняют не только растения, биоту, но и почвенно-грунтовые воды от загрязнения, ограничивая вертикальную миграцию и загрязнение питьевых вод не только металлами или пестицидами, но и такими подвижными анионами, как нитрат- и хлорид-ионы. Физиологическая функция, выделенная среди комплекса функций, реализуемых гумусом почв, изучена сравнительно хорошо. Гумусовые вещества оказывают как прямое физиологическое влияние на растения и микроорганизмы, так и косвенное, выступая в роли носителей незаменимых аминокислот, некоторых витаминов, антибиотиков. Все перечисленные функции имеют существенное значение в функционировании биосферы и поддержании жизни на Земле. В последнее время подробно рассматривается в литературе наименее изученная информационная функция гумуса - функция хранения информации о природной среде своего формирования или меморатная функция (от англ. memory - память) [Дергачева, 2008]. Поскольку совокупность гумусовых веществ представляет собой систему [Дергачева, 1989], одной из её особенностей является способность отражать изменения, происходящие во внешней по отношению к ней среде, в своих внутренних состояниях, что сказывается на составе и структурных особенностях гумусовых веществ и "записывается" в них в виде каких-либо признаков: количественных соотношениях элементов, структурных перестройках, появлении новых свойств и т.п. Многие из этих признаков сохраняются во времени, неся информацию в своих составе и свойствах об экологических условиях своего формирования. Поэтому изучение информационной значимости гумусовых веществ в почвенно-экологических процессах предопределяет необходимость выявления тех признаков системы гумусовых веществ, которые выработались в ней как ответная реакция на состояние формирующей её среды и которые сохраняются во времени. Необходимость "считывания" информации, которая заключена в отдельных признаках гумусовых веществ, требует, в свою очередь, разработки "ключей", помогающих расшифровывать эту информацию, т.е. выявления всех возможных соответствий количественных характеристик того или иного признака системы гумусовых веществ количественным характеристикам компонентов природной среды или процессов, сформировавших этот признак. Установленные специфичные тесные коррелятивные связи между количеством отдельных компонентов системы гумусовых веществ в современных почвах и актуальными характеристиками климата - факт, который имеет большое значение при расшифровке информации о биоклиматических условиях прошлого. Выявлено, что количество гуминовых кислот почв горных условий формирования тесно коррелируют с температурными условиями, фульвокислот - с осадками, а соотношение этих компонентов гумуса - со всем основными показателями климата [Дергачева, Рябова, 1995]. Ранее было также показано, что для территории Восточно-Европейской равнины имеются тесные связи (r=0,93) между величиной отношения Сгк:Сфк и периодом биологической активности [Орлов, и др.,1996]. Для установления эколого-гумусовых связей горных регионов юга Сибири первоначально были обобщены климатические параметры на основе информации метеостанций, а также материалов из научных статей, посвященных климату конкретных территорий, что позволило установить зависимости климатических характеристик от высоты местности с учетом особенностей отдельных регионов. По выведенным уравнениям регрессии для связей "высота над уровнем моря - количественные характеристики климата" и имеющимся сведениям о высотном положении каждого изученного объекта были рассчитаны мезоклиматические параметры для территорий расположения каждого конкретного почвенного разреза, которые легли в основу оценки связей "гумус - природная среда". В ряде случаев определялась связь характеристик гумусовых веществ и их соотношения с ландшафтной обстановкой в целом или с периодом биологической активности (ПБА), под которым, понимается период с суммой температур более 10 С за вычетом дней с запасом продуктивной влаги в почве менее 1% [Орлови др., 1996]. Обобщение литературных и оригинальных материалов по составу и структурным особенностям гуминовых кислот почв Западной Сибири разных ландшафтных условий формирования показывает, что они имеют вполне определенные пределы колебаний количественных показателей элементного состава, доли негидролизуемой и гидролизуемой 6n HCl частей и их соотношений, а также относительной доли ароматических и алифатических компонентов (табл. 1).

подробнее см. файл

Литература к разделу.
1. Гуминовые вещества в биосфере. .- М.:Наука,1993.- 235 с.
2. Дергачева М.И. Органическое вещество почв: статика и динамика.- Новосибирск: Наука, 1984.- 155 с.
3. Дергачева М. И. Система гумусовых веществ почв. Новосибирск: Наука, 1989. - 109 с.
4. Дергачева М.И. Археологическое почвоведение. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 1997.- 231 с.
5. Дергачева М.И., Рябова Н.Н. Коррелятивные связи состава гумуса и климатических показателей в условиях горных территорий юга Сибири. //Вестник Томского государственного университета, 2005.- №15.- С.68-71.
6. Кречетова Е.В. Сравнительная характеристика состава и свойств гуминовых кислот горючих сланцев и почв // Почвоведение.- 1994.- №2.- С.57-66
7. Кудрявцев В.А. Бактериальная деструкция органического вещества водорослей // Водные ресурсы.- 1979.-№3.- С.130-142.
8. Лейфман И.Е. Гумификация в системе молекулярных механизмов стагнации биотического круговорота в экосистемах // Гуминовые вещества в биосфере.- М.:Наука,1993.- С.92-97.
9. Никитин Е.Д. Почва как биокосная полифункциональная система; разнообразие и взаимосвязь почвенных функций // Структурно-функциональная роль почвы в биосфере.- М.:ГЕОС, 1999.- С.74-81.
10. Орлов Д.С. Гумусовые кислоты почв.- М.: Изд-во МГУ, 1974.- 410 с.
11. Орлов Д.С., Бирюкова О.Н., Суханова Н.И. Органическое вещество почв Российской федерации. М.: Наука, 1996. - 256 с.

8. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
Основные рекомендованные источники:
Орлов Д.С., Садовникова Л.К., Суханова Н.И. Химия почв М.: Высшая школа, 2005 (или другое издание этого учебника)
Лозановская И.Н., Орлов Д.С., Садовникова Л.К. Экология и охрана биосферы при химическом загрязнении: Учеб. пособие для студентов хим., хим.-технол. и биол. специальностей и направлений вузов, М.:Высшая школа 2002.
Добровольский Г.В., Никитин Е.Д. Экология почв: функции почв. М: МГУ, 2006
Мотузова Г.В., Безуглова О.С. Экологический мониторинг почв. М.: Академический проект, 2007 (главы 6, 9, 10).
Карпачевский Л.О. Экологическое почвоведение. М.:ГЕОС, 2005 (главы 9-17)
Дополнительная рекомендуемая литература:
Воробьева Л.А. Химический анализ почв. М.:Изд-во МГУ, 1998
Лессовая С.Н. Пособие по изучению глинистых минералов в почвах.СПб: Изд-во СПбГУ, 2007
Введение в химию окружающей среды. Г.А.Заварзин (ред. ), М.:Наука, 2001.
Возможности современных и будущих фундаментальных исследований в почвоведении М.: ГЕОС, 2001.
Безуглова О.С., Орлов Д.С. Биогеохимия. Ростов-на-Дону: Феникс, 2000.
Водяницкий Ю.Н. Изучение тяжелых металлов в почве. М.: Почв. Ин-т им. В.В. Докучаева, 2005
Интернет-ресурсы:
1. Химия и охрана почв: www.pereplet.ru/obrazovanie/stsoros/62.html
2. Литература по химии почв: htpp:\dssac.ru/elektronnye-utchebniki.htm
9. Материально-техническое обеспечение дисциплины
" В качестве технического обеспечения лекционного процесса используется ноутбук, мультимедийный проектор, доска, раздаточный материал.
" Для демонстрации иллюстрационного материала используется программа Microsoft Power Point 2003.
" Проведение тестирования, контрольных работ и дифференцированного зачета обеспечивается печатным раздаточным материалом.

Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО с учетом рекомендаций ПООП ВПО по направлению "020100 ХИМИЯ", а также в соответствии с Образовательным стандартом высшего профессионального образования, принятым в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Новосибирский государственный университет.

made by AGEHT-007, 2009