Автор: д.б.н. А.И.Поздняков

1. Организационно методический раздел

Цель курса. Курс «Электрофизика почв» предусматривает системное изложение многообразия электрических полей (естественных и искусственных) в почвах, их электрических характеристик и методов изучения.

Задачи курса: ознакомление студентов с различными видами электрических полей в почвах, методах их изучения и областях применении в почвоведении и мелиорации.

Место курса в профессиональной подготовке выпускника: данный спецкурс представляет способы, методы и возможности передовых технологий электрофизических методов в почвоведении, физике и мелиорации, добавляет мощный инструмент к арсеналу методического оснащения выпускника университета и расширяет представления о почвах как естественно-исторических телах.

Требования к уровню освоения содержания курса. Из прослушанного курс студент должен четко представлять, что в почвах и на макроуровне организации почвенного покрова существуют электрические поля, которые участвуют в разных природных процессах, в том числе в почвообразовании, а их методы широко применять в почвоведении и мелиорации.

II. Содержание курса

1. Понятия о полевой электрофизике почв. Историческая справка о зарождении электрофизики почв и ее методах. Разновидности электрических (естественных и искусственных) полей. Понятия о стационарных электрических полях (СЭП) и о параметрах СЭП.

2. Естественные электрические поля и их разновидности в почвах, аналогичных средах или их составляющих. Диффузионные ЭДС. Особенности проявления. Формулы Гендерсона (конвенция), Планка (диффузия) Мембранные ЭДС – контакт дисперсной породы (почвы) и растворов. Свойства - зависимости от дисперсности, концентраций почвенных растворов. Формулы для выражения ЭДС. Диффузионно-адсорбционные потенциалы (ЭДС) – контакт водонасыщенных сред. Свойства и формулы. Электродные потенциалы. Потенциалы фильтрации, протекания – эффект Квинке. Свойства, формулы, выводы. Понятие двойного электрического поля. (ДЭС). Причины возникновения. Модельные представления. Гельмгольца, Гуи-Чепмена, Штерна-Гельмгольца + Гуи-Чепмена. Дзета-потенциал. ЭДС фильтрации через трехслойную среду. Методы определения дзета-потенциала электроосмотическим путем. Эффект Дорна. Потенциалы фильтрации в реальной природной обстановке.

3. Понятие стационарных электрических полей (СЭП) почв. Понятие о параметрах СЭП. Некоторые фундаментальные свойства СЭП и особенности их проявления в почвах. Основные уравнения стационарных электрических полей и их использование для почв. 1. Уравнение Пуассона. 2. Уравнение Лапласа. 3. Закон Больцмана. Понятие объемной плотности электрических зарядов и связь ее со свойствами почв. Гипотетические модели распределения СЭП в профиле почв основных генетических типов. Гипотетическая модель распределения СЭП при морфонной, горизонтной и профильной организации почв. Гипотетическая модель распределения СЭП на катенном и зональном уровнях организации почвенного покрова.

4. Методы изучения электрических полей почв. Общие положения о методах изучения СЭП почв. Наиболее благоприятные условия измерений параметров СЭП почв с целью изучения их генетических аспектов. Метод изучения естественных СЭП почв. Требования к электродам и приборам при измерении естественных СЭП почв. Неполяризующиеся электроды. Измерительные приборы. Выбор места заземления электрода сравнения и его подготовка. Краткая методика измерений естественных СЭП. Методы изучения искусственных СЭП. Способы создания и измерения различных видов искусственных СЭП в почвах. Плоскопараллельное стационарное электрическое поле. Стационарное электрическое поле единичного источника. Поля Шлюмберже. Стационарное электрическое поле двух разнополярных источников. Различные виды удельных электрических сопротивлений и способы их измерений. Некоторые методические особенности измерения сопротивления, как параметра искусственных СЭП. Методика и процедура измерений электрического сопротивления. Лабораторные измерения удельного электрического сопротивления. Полевые измерения. Горизонтальное и площадное профилирование. Вертикальное электрическое зондирование. Послойное электрическое зондирование.

5. Электрические характеристики почв разных типов Общие представления о влиянии элементарных почвообразовательных процессов (ЭПП) и типов почвообразования на параметры СЭП почв. Влияние элементарных почвообразовательных процессов на СЭП почв. Триада Герасимова: факторы-почвообразовательные процессы-свойства и параметры СЭП почв. Параметры СЭП и профильная организация почв. Параметры СЭП почв подзолистого типа почвообразования. Параметры СЭП в профиле автоморфных дерновоподзолистых почв автономных ландшафтов. Основные закономерности изменения электрических параметров искусственных СЭП в профиле целинных дерново-подзолистых почв. Изменение параметра в профиле целинных дерново-подзолистых суглинистых и песчаных почв. Закономерности профильного изменения параметров естественных СЭП автоморфных и гидроморфных дерново-подзолистых почв. Влияние процесса окультуривания на параметры СЭП дерново-подзолистых автоморфных почв. Влияние процессов гидроморфизма на параметры СЭП в почвах автономных ландшафтов. Параметры СЭП в почвах сопряженных ландшафтов гумидной зоны. Закономерности изменения СЭП в катенном ряду почв сопряженных ландшафтов. Параметры СЭП серых лесных почв. Параметры СЭП почв черноземного типа почвообразования. Параметры СЭП почв каштанового и солонцово-солончакового типов почвообразования. Закономерности профильного изменения параметров естественных СЭП почв каштанового и солонцово-солончакового типов почвообразования. Закономерности в изменении параметров искусственных СЭП солонцово-солончакового типов почвообразования. Параметры искусственных СЭП некоторых коричневых почв горного Крыма. Электрическое сопротивление ВЭЗ некоторых коричневых почв горного Крыма.

6. Электрические характеристики и свойства почв Анализ существующих зависимостей между СЭП и свойствами почв. Общие представления о зависимостях параметров СЭП от свойств различных почв. Взаимосвязь параметров естественных СЭП со свойствами почв гумидной зоны. Взаимосвязь параметров искусственных СЭП почв подзолистого, болотного и черноземного типов почвообразования. Взаимосвязь параметров естественных СЭП почв солонцового и солончакового типов почвообразования. Взаимосвязь параметров искусственных СЭП со свойствами почв солонцово-солончакового типов почвообразования.

7. Стационарные электрические поля и энергетика почвообразования Термодинамические представления о СЭП почв. Модельные представления о генерировании стационарных электрических полей естественной природы в почвах. Модельные представления о распределении стационарных электрических полей искусственной природы в почвах. Стационарные электрические поля и организация почвенных профилей основных зональных типов почв. Модели почвенно-электрических профилей основных генетических типов почв. Модели почвенно-электрических профилей почв подзолистого, болотного и черноземного типов почвообразования. Почвенно-электрические профили почв солонцового и солончакового типов почвообразования. Общие закономерности в поведении СЭП на катенно-ландшафтном и зональном уровне организации почвенного покрова. Модельные представления о СЭП на катенно-ландшафтном уровне организации почвенного покрова. Модельные представления о СЭП на зональном уровне организации почвенного покрова.

8. Применение методов электрофизики для решения задач почвоведения и мелиорации. Общие положения о применении методов СЭП с практическими целями. Изучение направленности, интенсивности протекания процессов почвообразования, их идентификация, диагностика и оценка энергетики почвообразования методами СЭП. Применение методов СЭП для полевого обследования почв с целью изучения СПП. Использование параметров СЭП для комплексного, детального обследования почв и их крупномасштабного картирования. Общие положения о использовании параметров СЭП для комплексного мелиоративного обследования почв. Опыт картирования торфяных пойменных почв гумидной зоны методами СЭП. Опыт использования етодов СЭП для идентификации гидрологической обстановки при мелиоративных обследованиях в гумидной зоне. Установление трассы и мест разгрузки потоков методами естественного электрического поля. Применение методов СЭП для почвенно-мелиоративных исследований в аридной зоне. Определение уровней залегания грунтовых вод и процессов подтопления методами СЭП в аридной зоне. Оценка степени засоления почв методом ВЭЗ. Использование методов СЭП для наблюдения за динамикой свойств почв. Определение мощности иссушения на торфяных почвах методом ВЭЗ. Наблюдение за картиной распределения влажности почвы в зоне действия дрены с помощью метода ВЭЗ. Наблюдения за динамикой промерзания торфяных почв методом ВЭЗ. Решение некоторых других прикладных задач методами СЭП. Использование метода ВЭЗ для оценки скелетности почв. Применение электрических методов для оценки загрязнения почв при нефте и газодобыче.

9. Влияние электрических полей в почвах на рост и развитие растений.

10. Состояние полевой электрофизики почв за рубежом.

11. Практические занятия.

Примерный перечень экзаменационных вопросов. Контактные ЭДС. Природа и виды естественного электрического поля в почвах Праметры СЭП в почвах гумидной зоны на разных уровнях организации почвенного покрова. Применение методов СЭП для решения практических задач в почвоведении. Фундаментальные свойства СЭП почв. Методы сопротивления. Параметры СЭП в почвах гумидной зоны. Уравнения электромагнетизма и их проявления и реализация в почвах. Параметры СЭП почв аридной зоны. Интерпретации данных СЭП. Понятие о стационарных электрических полях почв. Параметры СЭП почв основных генетических типов. Зависимости параметров СЭП от свойств почв гумидной зоны. Модельные представления о СЭП почв основных генетических типов. Взаимосвязь параметров СЭП со свойствами почв различных типов почвообразования. Почвообразование и стационарные электрические поля почв. Применение методов СЭП в почвоведении. Основные положения теории СЭП и закономерности их распределения в почвах. Методики измерения СЭП. Применение методов СЭП в почвоведении. иФундаментальные свойства СЭП почв. Почвообразование и стационарные электрические поля почв. Применение методов СЭП в почвоведении. Уравнения электромагнетизма и их проявления и реализация в ипочвах. Параметры СЭП почв аридной зоны. Методы сопротивления. Контактные ЭДС. Природа и виды естественного электрического поля в почвах. Праметры СЭП в почвах гумидной зоны на разных уровнях организации почвенного покрова. Применение методов СЭП в почвоведении. Почвообразование и стационарные электрические поля почв. иФундаментальные свойства СЭП почв. Методы сопротивления.

Литература

  1. Гордеев А.М., Шешнев В.Б. «Электричество в жизни растений» М.: Наука, 1991, 160 с
  2. Поздняков А.И., Позднякова Л.А., Позднякова А.Д. «Стационарные электрические поля в почвах». М.: КМК SIENTIFIC PRESS, 1996, 358 c.
  3. Поздняков А.И. «Полевая электрофизика почв» МАИК «НАУКА\ИНТЕРПЕРИОДИКА».