Презентация на тему Методы исследования в почвоведении: проблемы и перспективы

объекте исследования. Это не возможно без создания и расширения

инструментальной и методологической базы.

Развитие методологии

Углубление знаний об объекте

развивающееся на поверхности Земли под действием биотических, абиотических и

антропогенных факторов
Нижняя граница этого природного тела определяется глубиной, на которую произошло существенное изменение горной породы процессами почвообразования (обычно до 1-3 метров).
В экстремальных условиях тундры, пустыни или в горах мощность почвенной толщи может измеряться несколькими сантиметрами.
Боковые границы почвенных образований определяются как границы раздела между элементарными почвенными ареалами.

ее свойств и классификации почв необходима целая система методов,

затрагивающая разные сферы знания (физические методы, химические методы и т.д.)
При этом на разных уровнях приближения необходимы свои, актуальные в данном случае методики.

уровень
Уровень элементарных почвенных частиц (ЭПЧ) — фракций, определяемых в

ходе гранулометрического анализа
Почвенные микро- и макроагрегаты, а также новообразования
Генетический почвенный горизонт
Почвенный профиль
Структуры почвенного покрова

и способов воздействия. При исследованиях на нижних уровнях организации в

почвоведении применяются методы разработанные ранее для других естественных наук: химии, физики, геологии, минералогии, биологии, биохимии, гидрологии и др. — обычно в модификациях, учитывающих почвенную специфику.

можно объединить в группы:
Профильный метод
Сравнительно-географический метод (а также

сравнительно-геоморфологический и сравнительно-литологический) заключаются в выявлении закономерностей между строением, составом и свойствами почв с факторами почвообразования, определенным образом варьирующимися по земной поверхности.
Сравнительно-исторический метод построены на основе принципа актуализма, который позволяет реконструировать по реликтовым (не выводящимся из современных факторов почвообразования) свойствам почв условия их существования в предыдущие эпохи.
Стационарный метод дают возможность изучать почвенные режимы: водный, тепловой, газовый, окислительно-восстановительный и др. Метод лежит в основе биосферного мониторинга. Сюда относятся методы почвенных лизиметров и стоковых площадок.
Картографический метод, применяемые для составления карт почвенного покрова. Для этого применяются методы других типов (сравнительно-географический) и даже наук (геодезии — в особенности аэрокосмические методы) в сочетании со специфическими (например, метод почвенных ключей — изучение закономерностей структуры почвенного покрова на небольшой территории и построение по ним карты большой территории). Закономерности распространения почв на поверхности Земли в целях почвенно-географического районирования изучает раздел почвоведения —география почв.
Метод моделирования состоит в экспериментальном воспроизведении изучаемых явлений на основе контролируемых условий полевого или лабораторного опыта, а также использование математических моделей.

почвенных монолитов
Метод почвенных лизиметров
Метод почвенно-режимных наблюдений
Балансовый метод
Метод почвенных вытяжек
Аэрокосмические

методы
Радиоизотопные методы
Экспедиционные методы
Стационарные методы

В почвоведении широко используется системный методический подход

с выбором методики
Объект
Определение объекта
(границы объекта)
Методика
Результат
Шаг 1
Шаг 2
Шаг 3
Шаг 4
При

этом предполагается, что методика исследования может включать использование различных методов. Количество методов, их конкретное наполнение диктуется целью исследования.

№5
Результат №2
Результат №3
Результат №5
Результат №4
На практике все выглядит именно

так:

Результат №1

Результат №2

Результат №3

Результат №5

Результат №4

При этом:

Результат №1
Результат №2
Результат №3
Результат №5
Результат №4


В зависимости от целей

исследования, разработанной методологии и выбранных методов ситуация может быть и иной, например:

=

2 группы:
Полевые – их преимущество в том, что они

позволяют изучать почву в ненарушенном сложении
Лабораторные (точность; сопоставимость результатов, накопленных за долгие годы), разновидностью которых являются инструментальные (скорость выполнения; простота выполнения; широкие возможности применения в мониторинге почв)

генетических горизонтов, включая почвообразующую породу с целью сравнения их

свойств и состава с породой. Найденные различия позволяют судить о направленности процессов почвообразования, непосредственное наблюдение за которыми невозможно. При этом применяется ряд допущений:
Исходная порода не была слоистой
Образец эталонной породы существенно не менялся за период почвообразования
Процесс почвообразования всё время существования почвы протекал в одном направлении
Невозможность какого-либо из допущений приводит к усложнению интерпретации результатов профильного метода.

Морфологический метод исследования в сочетании с профильным позволяет провести диагностику в полевых условиях

детализируя информацию, полученную в поле. Классические методы исследования, принятые

в почвоведении, базируются на приемах и методах, разработанных другими науками – аналитической химией, физикой. Физико-химические методы анализа позволяют определить вещественный состав почв

метода
Воспроизводимость результата

современных знаний о почве;
Комбинирование уже разработанных лабораторных и инструментальных

методик (поиск «золотой середины»).

метод
Фотоколориметрический метод

ее правильно интерпретировать

собранного фактического материала, и при этом очень часто обнаруживается,

что стоящие перед исследователем задачи можно было бы успешно решить с помощью некоторого статистического приема, однако техника сбора эмпирической информации оказалась такой, которая использование этого приема анализа исключает.
Статистические методы не менее требовательны к особенностям данных, способам их получения и организации, чем обычные методы анализа почв, регламентирующие способ подготовки образцов, чистоту реактивов и пр. Например, недопустимо определять содержание гумуса по Тюрину, не отобрав крупных корней и не растерев соответствующим образом пробу почвы, хотя технологически такой анализ выполним и даст какой-то результат.
Статистические анализы также обычно технологически выполнимы, но это отнюдь не свидетельствует о принципиальной применимости соответствующего метода.
Об обеспечении пригодности того или иного статистического метода нужно заботиться существенно раньше, чем на стадии анализа данных.

методов исследования в почвоведении во многом осуществлялось благодаря работам Е.А.Дмитриева.

Он настолько хорошо изучил математическую статистику, что написанный им учебник выдержал самую придирчивую критику математиков -- специалистов по математической статистике, теории вероятностей и пр. Учебник Е.А.Дмитриева до сих пор не превзойден по ясности и доступности изложения, по оригинально подобранным примерам из почвоведения и надолго останется настольной книгой почвоведов.
Е.А.Дмитриев - доктор биологических наук, профессор, действительный член Международной академии высшей школы, заведующий кафедрой общего земледелия факультета почвоведения МГУ (1979--1999), член редколлегии журнала "Почвоведение". В 1954 г. закончил биолого-почвенный факультет МГУ им. М.В.Ломоносова. В 1958 г. защитил кандидатскую и в 1984 -- докторскую диссертации. Автор около 200 работ в области почвоведения. Награжден орденом "Знак почета" (в 1980 г.) и медалями.

более четко, более конкретно сформулировать те вопросы, на которые

должен быть получен ответ, в терминах и понятиях соответствующей области знания;

-- перевести эти вопросы на язык статистических задач, на язык абстрактных понятий математической статистики;

для решения соответствующей статистической задачи среди известных статистических методов выбрать наиболее подходящий, учитывая при этом специфику объекта исследования, особенности изучаемого свойства, возможные способы опробования объекта и технические возможности их реализации и пр.;

зная требования к данным, подлежащим статистическому анализу, и условия применимости выбранного статистического метода, спланировать сам эксперимент;

провести эксперимент;

-- полученные в эксперименте результаты подвергнуть статистическому анализу ранее запланированным методом и на основании такого анализа сделать выводы и заключения, сформулированные в терминах и понятиях математической статистики;

-- сформулировать выводы и заключения на языке конкретной науки.

природу и не могут быть оценены с единых позиций. Но

если считать, что необходимость как получения эмпирических данных, так и их статистического анализа, обсуждению не подлежат, то наиболее трудными этапами оказываются:

Переформулировка задач с языка специальной науки на язык математической статистики, с одной стороны, с другой – перевод результатов исследования, полученных в понятиях и терминах статистики и теории вероятностей, в выводы на языке конкретной науки. И дело здесь не только в том, что в первом случае, например, нужно знать методы, пригодные для решения статистических задач того или иного характера. Это само собой разумеется. Существенно более важно другое - наличие умения и опыта мыслить статистически

Понимание того, что без представлений о вероятностной природе явлений едва ли удастся дать достаточно естественное описание тех сложных структур, с которыми имеет дело экспериментатор. Математическому мышлению, предполагающему строгость в употреблении понятий и логичность заключений, умению видеть статистическую природу изучаемых явлений, нужно учиться, без этого почвоведение не сможет стать на уровень современных требований развития науки.

вне связи с тем, используются статистические методы или нет, знает

почвовед теорию вероятности и математическую статистику или представления о них не имеет. Объективность действия статистических законов, вероятностный характер подавляющего большинства явлений, с которыми имеет дело почвовед, определяет необходимость не только широкого привлечения соответствующих математических методов, но прежде всего умения мыслить вероятностно-статистическими категориями.

Академик Б.В.Гнеденко писал: "Математизация знаний в период научно-технического прогресса является не данью моде или прихотью математиков, а неизбежной необходимостью. Много веков назад великий английский мыслитель Френсис Бэкон сказал, что как для повышения урожая плодов необходимо, в первую очередь, ухаживать не за ветвями дерева, а за его корнями, давая им подкормку, взрыхлять почву, так и для прогресса научного познания законов природы и использования в жизненной практике необходимо наши знания поставить на точную количественную основу. А там, где речь идет о количестве, там не обойтись без математики, без широкого привлечения ее понятий, методов и специфических для нее методов мышления".

Привлечение математических понятий и методов в почвоведение идет и достаточно успешно. Сложнее обстоит дело с освоением методов математического мышления.

исследовании почв. Они позволяют обеспечить получение знаний о почве в

ее ненарушенном состоянии.

степени, повторяется картина макросложения, а также вскрываются специфичные особенности

почв, невидимые невооруженным глазом.
Основная особенность в использовании микроскопии в том, что исследователь рассматривает почву в ненарушенном состоянии, как единое целое, в котором в деталях просматриваются все составляющие, в характерных формах и по взаимному расположении.
Микроскопия почв позволяет провести прямой подсчет пор, дать качественную оценку порозности агрегата, определить минералогическое составляющее образца.
Для микроморфологического анализа почв готовят тонкие шлифы толщиной 0,02 – 0,03 миллиметра. Техника изготовление шлифов зависит от величины микрочастиц образца.
Широкий спектр исследуемых параметров почв влечет за собою привлечение почти всех методов микроскопии (светопольного, поляризационного, флуоресцентного метода) в проходящем и отраженном свете.
Исследование шлифов проводится в проходящем свете светопольным методом – определяют размер пор, подсчитывать площадь порового пространства, фиксируют их конфигурацию.
Подобное исследование можно проводить и в отраженном свете. Использование инвертированного или «металугического» микроскопа позволяет изучать образцы толщиной более 0,03 миллиметров.
Диагностика минералов в почвенных шлифах проводится с помощью поляризационного метода микроскопии в иммерсионной среде. Рассматриваются поверхности минеральных зерен, плазмы, их взаимоотношения.
Немаловажное значение при анализе почв имеет бактериальный состав – количество и виды микроорганизмов в отобранном образце.
При исследования биологической активности почв используют люминесцентный метод или производят посев на мясо – пептидную среду с последующим количественным и качественным анализом.

железисто-органическим веществом
Микроморфологическое исследование показало, что значительная часть агрегатов в

поверхностных горизонте чернозема лесопарковой зоны представлена органоминеральными копролитами с хорошо выраженными резкими границами, им свойственен тонкодисперсный гумус типа мюлль, равномерно пропитывающий глинистое вещество, что доказывает повышенную биотурбацию в данных почвенных разностях.
В экранированных урбостратоземе и урбистратифицированном черноземе органическое вещество представлено, как правило, остатками углистого типа, характеризующимися большей устойчивостью к трансформации почвенной биотой. Выявлен тонкодисперсный гумус типа мюлль с присутствием мелких угольных частиц.

Погребенный горизонт В. урбистратифицированный чернозем. органическое вещество представлено остатками углистого типа.

Микроморфологические срезы

Дерновый горизонт Ад. Тонкодисперсный гумус типа мюлль. Крупные биогенные поры

количественных параметров и фиксация результата, поэтому микроскопы, используемые в

данной области, рекомендуют оснащать цифровыми камерами с возможностью подключения к персональному компьютеру.
Диагностика минералов в почвенных шлифах проводится с помощью поляризационного метода микроскопии в иммерсионной среде. Рассматриваются поверхности минеральных зерен, плазмы, их взаимоотношения.
При комплектации почвоведческих лабораторий микроскопами следует учитывать все выше перечисленные факторы – возможность проводить исследования разнообразными микрооптическими методиками, цифровая обработка полученных результатов.
Современные качественные оптические системы, цифровое оборудование позволяют значительно повысить качество и информативность оптического метода в почвоведении.

Чернозем залежь

Чернозем погребенный

этапом в развитии методов дешифрирования ландшафтов являются методы, основанные

на цифровой обработке космических изображений, которые уменьшают трудоемкость и увеличивают степень объективности дешифрирования некоторых характеристик ландшафтов и их компонентов по сравнению с визуальными методами. Многие из них также позволяют выявить особенности ландшафтов не только на качественном, но и количественном уровне.

принципах спектрометрии, значительно расширили возможности исследователей. Мы больше не

ограничены традиционными лабораториями, отнимающими много времени, и дорогостоящими методами тестирования. Приборы ASD имеют возможность измерения образцов, независимо от окружающей среды. Каждый день появляются все новые и новые задания для портативной спектрометрии
Почвоведение
Картографирование
Сельское хозяйство и лесоводство
Дистанционное зондирование с использованием самолета
 Разведка полезных ископаемых, горная промышленность  Исследование снега и льда  Исследования воды (моря, реки, озера)

самолета, вертолета

методов
исследования почв, которыми располагало почвоведение к 70-м гг.

XX века, дал А.А. Роде в своем замечательном труде "Система методов исследования в почвоведении" (1971).
Факультет почвоведения МГУ опубликовал специальный сборник, посвященный вопросам истории и методологии почвоведения (История и методология естественных наук, 1980).