Картографические практические работы
ТЕМА 1. Топографическая карта как одна из основ изучения агроландшафтов…………….…7
Порядок выполнения задания.....................................................…………………………...…..….…..11
Дешифрирование типов и форм рельефа, растительности, почв………………………….....……11
ТЕМА 2. Составление фрагмента ландшафтно-геохимической карты М 1:10000 или М 1:25000
Вопросы для самоконтроля ……………………………............................................................…. 16
Порядок выполнения задания по теме 2..........................................................................…….….20
ТЕМА 3. Построение ландшафтно-геохимического профиля…………………….......................24
Порядок выполнения работы........................................................................................................25
Справочный материал..................................................................................................................26
Оценка экологической ситуации в аграрных и иных ландшафтах
ТЕМА 4. Эколого-геохимическая характеристика ландшафтов...................................................25
Вопросы для самоконтроля..........................................................................................................31
Таксономия аграрных ландшафтов...............................................................................................35
Эко-геохимическая оценка зон загрязнения ландшафтов.............................................................36
Порядок выполнения темы 4.......................................................................................................38
Схема каскадного геохимического ландшафта............................................................................40
Геохимическая характеристика ландшафтов...............................................................................40
Элементарные геохимические ландшафты.....................................................................................41
Таксономия и оценка барьеров миграции.....................................................................................43
Биогеохимические барьеры..........................................................................................................44
Физико-химические барьеры........................................................................................................44
Количественная оценка барьеров миграции.................................................................................47
Вопросы для самоконтроля..........................................................................................................50
ТЕМА 5. Трансформация и миграция веществ на барьерах миграции.......................................54
Эко-геохимическая оценка подзолообразования...........................................................................59
Процесс глееобразования..............................................................................................................68
Миграция веществ в ландшафтах.................................................................................................69
Оценка кислотности таежной экосистемы...................................................................................77
Исследование экологических функций фульвокислот................................................................81
Трансформация известковых мелиорантов в почвах...................................................................82
Химическое загрязнение почвенного покрова и почв...................................................................85
Раздел 2. ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ
Лабораторная работа № 1. Природные сорбенты - основа качества жизни...........................89
Теория вопроса.............................................................................................................................89
Методы, используемые при очистке и дезинфекции природных вод..........................................101
Лабораторная работа № 2. Изучение влияния «кислотных дождей» на экосистемы……………………………………………………………………………………......….103
Лабораторная работа № 3. Оценка экологических функций мобильных гумусовых соединений в агроэкосистемах……………………………………………………………………………..………107
Особенности применения метода сорбционных лизиметров......................................................117
Задачи..........................................................................................................................................119
Литература...................................................................................................................................123
Решения задач и ответы............................................................................................................123
Введение
Цельлабораторно-практических занятий по курсу «Экогеохимия ландшафта» – закрепить теоретические знания и выработать навыки у студентов при оценке эколого-геохимической ситуации в ландшафтах.
Рабочая тетрадь подготовлена профессорами кафедры экологии И.М. Яшиным, И.И. Васеневым и В.А. Черниковым. Дисциплина «Экогеохимия ландшафта» в РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева преподается на кафедре экологии с 2007 года. Напомним, что под редакцией И.М. Яшина в 2010 году вышло аналогичное учебное пособие (при финансовой поддержке проекта TEMPUS), в котором сосредоточена базовая информация по экогеохимическим аспектам ландшафтоведения.
Рабочая тетрадьвключает полевые методы эколого-геохимических исследований (они позволяют составить эколого-геохимические карты в крупном масштабе), кратко рассматриваются инструментальные методы для диагностики продуктов техногенеза и почвообразования, охарактеризованы функции почвенно-геохимических барьеров миграции, отражены процессы почвообразования (лессиваж, оглеение, выщелачивание и оподзоливание), с помощью которых осуществляется трансформация и водная миграция химических соединений в агроландшафтах и соседних ландшафтах.
Темы заданий объединяют информацию по основным разделам курса «Экогеохимия ландшафта», которая закрепляется на выездной учебной практике по курсам «Общая экология» и «Сельскохозяйственная экология» в учхозе РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева - «Муммовское» Саратовской области.
Студенты на первом занятии получают рабочие тетради у педагога и самостоятельно приступают к выполнению заданий. Изучениематериала курса на семинарах и ЛПЗ позволит студентам овладеть методами полевых ландшафтно-геохимических и экологических исследований, навыками чтения топографических карт и фотопланов с горизонталями. Студенты – экологи приобретут навыки и научатся объяснять ландшафтообразующие и почвообразовательные процессы, составлять макет эколого-геохимической карты и экологического профиля, а также правильно описывать в специальном полевом дневнике ареалы растительности, почв, рельефа, почвообразующих пород и водных источников. Оценивать в агроландшафтах почвенно-геохимические барьеры миграции, на которых аккумулируются ксенобиотики; выявлять эрозию и дегумификацию почв.
Каждый студент получает от преподавателя индивидуальное задание. По каждой теме защищается подготовленный материал (например, фрагмент эколого-геохимической карты, экологическая катена, например, применительно к ландшафту административного района Подмосковья). Студенты, не набравшие минимума баллов (в зависимости от числа выполненных ими работ), не допускаются к итоговой аттестации - зачету или экзамену.
Во 2-м разделерабочей тетради представлены лабораторные работы с использованием инструментальных методов физико-химического анализа, а также простые экологические задачи. Большое внимание уделяется диагностике в почвах, природных водах и кормах, в частности, ионов тяжелых металлов и иных экотоксикантов. Полученные сведения помогут студентам более эффективно решать задачи по экологическому нормированию, оценке качества агроэкосистем, трансформации и водной миграции веществ и ксенобиотиков. Студенты приобретут не только навыки работы на учебных приборах, но и более полно и точно оценивать экологическую ситуацию в реальных агроэкосистемах.
Методически рабочая тетрадь построена следующим образом: сначала излагается теоретический материал задания, затем указывается порядок выполнения работы, вопросы к заданию, требования к ее оформлению и защите результатов.
Практическая и лабораторная работы по дисциплине «Экогеохимия ландшафтов» могут включать специальные расчетные экологические задачи, тесты, некоторые разделы по ГИС технологиям, а также контрольные вопросы и задания. Они дополняются преподавателями с учетом региональных условий местоположения университета. В частности, приоритетной темой может быть оценка эколого-геохимической ситуации в связи с масштабными пожарами и аномальной жарой в центральных регионах России в 2010- 2011 г. или экологическая оценка качества сапропеля, почв.
Форма контроля – экзамен (зачет) исходя из учебной нагрузки.
_____________
Раздел 1. ПРАКТИЧЕСКИЕ РАБОТЫ
КАРТОГРАФИЧЕСКИЕ ПРАКТИЧЕСКИЕ РАБОТЫ
ТЕМА 1. Топографическая карта как одна из основ изучения агроландшафтов
Цель: закрепить информацию по ландшафтному дешифрированию топографической карты.
Преподаватель кратко напоминает основы картографии. На примере топографической карты объясняет особенности ее чтения, ориентирования и использования при эколого-геохимическом картировании.
Исходный материал для темы №1: фрагменты топографической карты, аэрофотоснимки и фотопланы с горизонталями масштаба М 1:10000 и М 1:25000. Стереоскопы. Планиметры, палетки…
Литература: Яшин И.М. с соавт. «Лабораторный практикум: ландшафтоведение». 2004. 70 с.
Вопросы для самоконтроля
1. Объясните, с какой целью проводится камеральное ландшафтное дешифрирование космических и аэрофотоснимков? __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
2. Как осуществляется камеральное дешифрирование аэрофотоснимков и фотопланов в крупном масштабе – этапы работы:
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
3. Объясните дешифрирование рельефа на топографической карте
_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
4. Какие компоненты ландшафта дешифрируются неточно?
______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
5. Что такое контурное ландшафтное дешифрирование?
_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
6. С какой целью используются стереоскопические приборы?
_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
7. Что такое план землеустройства?
__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
8. Назовите особенности дешифрирования почвенного покрова.
__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
9. Назовите этапы дешифрирования растительного покрова.
______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Порядок выполнения задания по теме 1
1. Наложите кальку (10´10 см) на топооснову (или аэрофотоснимок). Вычертите рамку карты. Перенесите на кальку точки наблюдений (и будущего описания компонентов ландшафтов по заданию преподавателя). Например, ландшафты тундры, тайги, а также урочища лесостепной, степной и иных зон земного шара. При реальном экологическом картировании на рамку наносятся координаты местности и абсолютные отметки высот по GPS навигатору. Этот этап можно выполнить и на компьютере.
2. Используя дешифровочные признаки (прямые и косвенные) аэрофотоснимка и топоосновы, вычертите на подготовленной кальке формы и элементы мезорельефа конкретной природной зоны. Например, для зоны тайги – это формы моренного эрозионного и флювиального рельефа. После чего выделите и перенесите на кальку плакоры, а за ними – склоновые элементы. При этом обратите внимание на экспозицию (С, Ю, З, В…), протяженность, характер и крутизну склонов. Последний параметр определяют или с использованием шкалы заложений, или расчетным способом (найдя соотношение величин заложения на карте (h) и высоты сечения рельефа (d) на местности: tg a = h/d в одних и тех же единицах измерения).
3. Проведите типологический анализ выделенных форм и элементов рельефа. Составьте легенду к геоморфологической карте (или ее фрагменту). В легенде элементы моренного (или иных типов) рельефа должны быть систематизированы по типам и уровням поверхностей, начиная с наиболее высокого (плакоры) и заканчивая эрозионными (а также включая оценку местных базисов эрозии, вертикальную и горизонтальную степень расчлененности рельефа).
4. Выделите и охарактеризуйте водосборы: оцените их генетические особенности, функционирование и роль в развитии миграции веществ (поверхностной и внутрипочвенной).
5. Раскрасьте и оцифруйте выделы элементов и форм рельефа согласно легенде к ландшафтной карте.
6. Проведите зарамочное оформление фрагмента ландшафтной карты.
Учебный план предусматривает частичное выполнение данной работы в форме домашнего задания.
Зачетный материал по теме. На кальке-накладке в цветовом изображении (плакоры – желтым, типы склонов – оттенками коричневого, долины рек и их элементы – террасы, пойма… – оттенками зеленого цвета) отразите элементы плакоров, склонов и флювиальные формы рельефа.
В зарамочное оформление карты входят: название карты, указание масштаба, легенда типов, форм и элементов мезо- и микрорельефа (они важны для последующей идентификации урочищ и фаций), а также фамилия и инициалы исполнителя и дата сдачи задания. Карта оформляется аккуратно. Возможно использование соответствующих компьютерных программ MapInfo, AvcInfo.
Обоснование задания (справочный материал)
Известно, что формы макро- и мезорельефа – природные барьеры и дифференциаторы на поверхности Земли влаги, солнечной радиации (света), тепла и эрозионного материала. К элементам долинного флювиального рельефа относятся террасы и поймы постоянных и временных водотоков: суходолов, балок, оврагов, днища вáди (высохшие русла рек, теряющиеся в песках пустыни и не достигающие морского бассейна, например, в Сахаре, Саудовской Аравии, Средней Азии), которые являются местными базисами эрозии (они имеют наименьшие абсолютные отметки местности и сюда попадает эрозионный сток).
Рассмотрим методологию дешифрирования аэрофотоснимков и фотопланов.
Дешифрирование проводится по определенной системе: во-первых, выявляются и оконтуриваются на снимках территории с однотипным рельефом, растительностью и почвами. Этот этап работы можно определить как контурное ландшафтное дешифрирование.
Во-вторых, устанавливается содержание выявленных на снимках компонентов почв, пород и т.д. – этап генетического дешифрирования.
Целевое дешифрирование почв и компонентов сельскохозяйственных ландшафтов можно заметно улучшить, если иметь сведения об их отражательной способности в определенной зоне спектра и вести съемку в тех узких диапазонах, где спектральные различия почв и растительности (культурной или естественной) максимальны.
Дешифрирование типов и форм рельефа, гидрографии,
растительности, почв
При камеральном дешифрировании, в частности, аэрофотоматериалов используют стереоскопические приборы и стереопарные снимки. Они позволяют получить стереоскопическое (объемное) изображение рельефа. Знание взаимосвязей между почвами, типами и формами рельефа позволяет использовать объемное изображение рельефа в качестве четкого косвенного дешифровочного признака пространственного залегания и эволюции почв.
На аэрофотоснимках при их стереоскопировании легко выделяются западины, ложбины, промоины, овраги, балки, холмы, гряды, увалы, террасы, приводораздельные и прибалочные склоны и другие элементы мезо- и микрорельефа. По типам и формам рельефа – в камеральных и полевых условиях – диагностируются типы почв и экзогенные процессы.
Овраги изображаются на снимках узкой, четко очерченной зазубренной формой. Из-за разрушения покрова, смыва гумуса и обнажения почвообразующих пород они изображаются ярко-светлым тоном.
Балки имеют вытянутую древовидную форму. Днища и склоны балок покрыты растительностью. Кприовражным и прибалочным склонам, террасам, склонам холмов, увалов и гряд (различной формы, крутизны и протяженности) приурочены участки плоскостного смыва (эродированные почвы).
По характеру рельефа на снимках можно различать песчаные и глинистые (почвообразующие) породы. Песчаные склоны балок, коренных берегов рек, ветроударные перегибы склонов и их бровки имеют на снимках полого-округлую форму светло-серого или почти белого тона. Обрывы, оплывающие с оползнями склоны, характерны для глинистых пород.
Почвенный покров под культурной растительностью и кустарниками в камеральный период дешифрируется плохо. Он должен устанавливаться только при полевых изысканиях.
К недостаткам контактных аэрофотоснимков относится их разномасштабность как в пределах одного снимка (разномасштабность в центре и на периферии снимка из-за неперпендикулярности оптической оси АфА*: поэтому приходится выделять рабочую – центральную – площадь снимка), так и соседних, особенно для смежных маршрутов (изменение высоты полета). Масштаб снимков часто не соответствует масштабу подготавливаемой ландшафтной и иных карт. Аэрофотоснимки не имеют отметок абсолютных высот, на них не указаны названия населенных пунктов, рек, озер, дорог и иная инфраструктура. Вследствие сказанного богатую информацию о ландшафтах и высокое качество аэрофотоснимков приходится дополнять фотопланами с горизонталями и топографической основой, а также планом землепользования. Пакет аэрофотоснимков на изучаемую территорию сопровождают накидным фотомонтажем (фотосхемой) или его репродукцией. При их отсутствии репродукцию обязательно изготавливают из аэрофотоснимков, обрезанных по полезной (рабочей) площади, совмещенных по границам обреза (и объекта исследований), и наклеенных на плотную бумагу. Монтаж охватывает весь район изысканий, позволяет оперативно подбирать снимки и мобильно работать уже в полевой обстановке при изучении элементарных структур географического ландшафта – фаций и урочищ.
Дополнительный к аэрофотоснимкам картографический материал – фотопланы с горизонталями – являются трансформированными картами. Они наиболее широко используются при почвенной съемке.
Дешифрирование почв и почвенного покрова
Для почвенных контуров нехарактерна та ярко выраженная определенность, как, например, для рельефа, гидрографиии растительности. Вместе с тем, в ряде случаев, размер и форма контуров почв вполне очевидны (переувлажненные пойменные и болотные почвы).
Размер почвенных контуров зависит от масштаба съемки. Установлено, что предельные возможности каждого масштаба определяются разрешающей способностью пленки, спецификой объектива АФА, типа фотобумаги и особенностями человеческого глаза. Минимальные размеры изображения при М 1:10000 – 1 м, М 1:25000 – 2,5 м, при условии, что разрешающая способность снимков в среднем составляет 10-12 лин/мм. Человеческий глаз имеет разрешающую способность 5 лин/мм, поэтому можно пользоваться фотоснимками, увеличенными в 2-4 и более раз – 8-10.