Инструментальные методы исследований

ПРИМЕРНАЯ ПРОГРАММА
Наименование дисциплины - ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ
ИССЛЕДОВАНИЙ
Рекомендуется для направления подготовки 110400 «Агрономия»
Квалификация (степень) выпускника – магистр
2
1. Цель и задачи дисциплины
Цель - овладение инструментальными методами исследования почвенного
плодородия и продукционного процесса агрофитоценозов.
Задачами дисциплины являются освоение методов отбора проб, подготовки их к анализу и определение базовых агрофизических, агрохимических
биологических показателей плодородия почвы и растений с помощью современных приборов и оборудования.
2. Место дисциплины в структуре ООП:
Дисциплина «Инструментальные методы исследований » входит в базовую часть профессионального цикла учебного плана согласно ФГОС ВПО.
Для ее изучения необходимо знать:
основы физиологии растений, агрометеорологии, почвоведения, агрохимии, земледелия, микробиологии, агрофитоценологии, основы научных исследований.
Знания и умения по данной дисциплине должны быть востребованы при
проведении научных исследований по разработке инновационных технологий управления почвенным плодородием и продукционным процессом агрофитоценоза при производстве растительной продукции.
3. Требования к результатам освоения дисциплины:
Изучение дисциплины направлено на формирование компетенции
- способности самостоятельно организовать и провести научные исследования с использованием современных методов анализа почвенных и растительных образцов.
В результате изучения дисциплины студент должен:
знать:
– сущность современных методов исследования почв и растений;
– инструментальное обеспечение современных методов исследований;
– методику подготовки почвенных, растительных образцов и анализа.
уметь: проводить агрофизические, агрохимические и биологические анализы образцов почв и растений
4.Объем дисциплины и виды учебной работы
Вид учебной работы
Всего часов
Аудиторные занятия (всего)
28
В том числе:
Лекции (Л)
6
Лабораторные работы (ЛР)
22
Самостоятельная работа (всего)
80
Подготовка к лабораторным работам
64
Подготовка к экзамену
16
Общая трудоемкость
часы
108
зачетные единицы
3
Семестр
28
6
22
80
64
16
108
3
3
5.Содержание дисциплины
5.1. Содержание разделов дисциплины
Введение. Общее в инструментальных методах исследований. Основные
технологические процессы в растениеводстве, требующие инструментального контроля. Особенности почвы и растений как объектов инструментального
анализа. Физика, химия и биология среды обитания культурных растений.
Современные методы агрофизического, агрохимического и биологического
исследования (анализа) почвы и растений. Подготовка к анализам. Особенности отбора проб. Технические средства отбора (отбор с регистрацией координат). Картирование электропроводности. Протокол отбора проб. Этикетирование, транспортировка, сушка, просеивание, размол, хранение. Электронные системы учета. Банки данных. Статистические методы обработки результатов. Лабораторные и экспрессные методы диагностики почвы и растений.
1. Инструментальная диагностика физических условий среды обитания растений.
Физика среды обитания растений. Использование агрофизической информации при управлении плодородием почвы. Уровни исследования и показатели. Методы исследований на ионно-молекурном уровне, уровне элементарных частиц, микро и - макроагрегатов. Инструментальные методы
определение базовых характеристик агрофизического состояния почвы. Методы определения плотности сложения, агрегатного состава, водопрочной
структуры. Методы изучения гидрофизических свойств
Концептуальные основы методов. Методические требования к реализации
методов. Примеры интерпретации и типичные ошибки интерпретации.
Методы диагностики переуплотнения почвы. Определение физикомеханических свойств почвы.
2. Биохимические и химические методы исследования растений и
среды их обитания.
Общее в аналитических методах исследований растений и почвы. Значение учета содержания воды в образцах и методы ее определения.
Физико-химические методы анализа: спектральные, электрохимические,
хроматографические, термические. Сущность методов. Понятие об аналитических приборах. Типы аналитических приборов.
Эмиссионный спектральный анализ. Сущность фотометрии. Использование пламенной фотометрии в агрономических исследованиях. Основные
приборы. Достоинства и недостатки метода.
Атомно-абсорбционный спектральный анализ. Сущность метода, достоинство и недостатки с позиции агрономических исследований.
Электрохимические методы. Кондуктометрия и ее использование в точном земледелии. Потенциометрия. Сущность потенциометрии. Применение
потенциометрических методов в агрономии: диагностике рН, ионов Ca, K, Cl,
N03. Примеры электродов первого и второго рода.
4
Метод ядерного магнитного резонанса (ЯМР). Сущность метода. Применение ЯМР в исследованиях.
Хроматографические методы. Сущность метода. Примеры использования
в экологическом земледелии.
Методы определения концентрации при инструментальных исследованиях. Метод стандарта (сравнения) и метод калибровочного графика. Ошибки
химического анализа.
Методы исследования химических свойств среды обитания растений. Отбор, этикетирование, транспортировка и хранение проб для анализа. Особенность систем отбора проб неоднородных участков при определении рН, содержания подвижных макро- и микроэлементов в связи с нарушением принципа аддитивности. Статистическая обработка результатов агрохимических
анализов.
Современные инструментальные методы определение базовых характеристик агрохимического состояния почвы. Классические методы определения
кислотности почвы и доступных элементов питания. Определение неорганических вредных веществ (тяжелых металлов).
Методические требования к реализации методов и стандарты. Примеры
интерпретации и типичные ошибки интерпретации. Экспресс методы.
Биохимические методы исследования растений.
Отбор, этикетирование, транспортировка и хранение проб для анализа.
Средние пробы культурных растений и подготовка их к анализу (включая
семян) - отбор с отдельных растений, мелкоделяночных посевов, крупных
делянок.
Общее о классических биохимических методах: определение активности
ферментов (каталазы, пероксидазы, полифенолоксидазы); витаминов (аскорбиновой кислоты, каротиноидов); сахаров, органических кислот, жирных масел; белковых веществ (азота по Кьельдалю).
Определение макро и микроэлементов в растениях методом атомноабсорбционной спектрофотометрии (ААС). Краткая характеристика спектрометра КВАНТ–Z.ЭТА («КОРТЭК»). Управление прибором, обработка результатов анализа, отображение и хранение информации, программное обеспечение QUANT ZEEMAN 1.6.
Определение потребности в подкормке азотом с помощью N –Testera.
Принцип работы и краткая характеристика прибора, управление прибором,
специфика использования в технологиях возделывания зерновых.
3. Инструментальная диагностика биологических свойств среды обитания растений.
Биологические свойства почвы, их значение для растений и возможность
регулирования. Инструментальные методы определение базовых характеристик биологических свойств почвы. Методы определения органического вещества почвы, методы определения дыхания, методы определения микробиологической активности. Концептуальные основы методов. Методические
5
требования к реализации методов и стандарты. Примеры интерпретации и
типичные ошибки интерпретации.
Методы диагностики вредного влияния сорняков: методы измерения биомассы, засоренности почвы семенами, токсического влияния выделений сорных растений.
Методы исследования почвенной биоты: насекомых, червей, фитонематод,
микроорганизмов.
Методы исследования биологической активности почв (метод определения дыхания почвы), активности ферментов.
Методы идентификации возбудителей болезней растений (метод микроскопического анализа) и интенсивности поражения. Устройство и принципы
работы портативного полевого фотометра ПИФ – М. Фитопатологическая
экспертиза ( метод рулонов ГОСТ Р 50459-92).
Методы инструментальной оценки морфофизиологического состояния
растений: массы, площади листьев, состояния развития корневых систем.
Спутниковое дистанционное зондирование состояния фитоценозов, фотограмметрия посевов.
Основные методические подходы определения химической токсичности
почв. Метод биотестов. Экспресс-диагностика по водным экстрактам, содержащих водорастворимые фракции почв. Биотестирование на ракообразных, инфузориях, водорослях (хлореллах), рыбках - гуппи.
5.2.Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечивающими (последующими) дисциплинами
№
Наименование обеспечиваемых
№№ разделов дисциплины,
п/п
дисциплин
необходимых для изучения
последующих дисциплин
1
2
3
1
Интегрированная защита растений
+
2
Научные основы защиты почв от
+
+
эрозии
3
Экологически безопасные техноло+
+
гии
4
Практика и научно+
+
+
исследовательская работа
5.3.Разделы дисциплин и виды занятий
№ Наименование раздела дисциплины
Лекции
п/п
1.
Инструментальная диагностика фи2
зических условий среды обитания
растений
2.
Биохимические и химические мето2
ды исследования растений и среды
Лабор.
работы
8
СРС
Всего
24
34
8
46
56
6
3.
их обитания
Инструментальная диагностика
биологических факторов среды обитания растений
Всего
2
6
10
18
6
22
80
108
6.Лабораторные работы
№
№
Трудоемраздела
Наименование лабораторных работ
кость,
дисцичасы
плины
1
1
Подготовка оборудования и лабораторной посуды
2
для анализа. Отбор образцов. Определение потребности в глубоком рыхлении с помощью пенетрометра
2
1
Диагностика строения пахотного слоя с помощью
2
режущих колец
3
1
Диагностика устойчивости структуры к дезинте2
грирующему действию воды
4
1
Определение водопроницаемости почвы
2
5
2
Определение потребности в известковании с по2
мощью рН-метра
6
2
Определение потребности в подкормке азотом с
2
помощью N -Testera
7
2
Определение обеспеченности доступного фосфо2
ра
8
2
Определение обеспеченности обменным калием
2
9
3
Определение морфофизиологических характери2
стик растений
10
3
Определение физиологического состояния расте2
ний
11
3
Фитопатологическая экспертиза (метод руло2
нов).
Итого
22
7.Примерная тематика курсовых работ – не предусмотрено
8.Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины:
а) основная литература:
1. Пискунов А.С. Методы агрохимических исследований. М.: Колос С
2004. – 312с.
2. Васильев И.П., Туликов А.М. и др. Практикум по земледелию. М.: Колос С, 2004.
7
3. Практикум по агрохимии (под ред. В.В. Кидина). М.: КолосС, 2008. 599
с.
4. Биоиндикация загрязнителей наземных экосистем / под ред. Р. Шуберта/. М.: Мир, 1988, 350с.
б) дополнительная литература:
1. Яшин И.М., Шишов Л.Л., Раскатов В.А. Почвенно-экологические исследования в ландшафтах. МСХА, 2000, 557с.
2. Тяжелые металлы в системе почва-растение - удобрение. (Под ред.
М.М. Овчаренко) М. ЦИНАО, 1997
3. Методы биохимического исследования растений. / Под. ред. А.И. Ермакова/ -3-е изд. Перераб. и дополн. – Л.: Агропромиздат, 1987, 430с.
4. Кретович В.Л. Биохимия растений. Учебник для биолог. факультетов
ун-тов.- М.: Высшая школа. 1980, 445с.
5. Бабьева И.П., Зенова Г.М. Биология почв. Учебник.-2-е издание, МГУ,
1989, 336с.
6. Прикладная нематология. /Н.Н. Буторина и др. М.: Наука, 2006, 350с.
7. Петрова Л.Н. и др. Биотестирование агроландшафта путем оценки качества зерна. // Плодородие, 2007, № 1, с. 35
8. Отбор проб ГОСТы 17.4.3.01.-83; 17.4.4.02; 28168-89
9. Стурман В.И. Экологическое картографирование «АспектПресс» 2003,
251с.
в) программное обеспечение
Пакеты прикладных программ по статистике: ”STRAZ”, “STATISTICA”
“EXELL”, “STATGRAPHICS Plus for Windows”
г) базы данных, информационно-справочные и поисковые системы
Для нахождения информации, размещенной в Интернете, чаще всего
представленной в формате HTML помимо общепринятых «поисковиков»
Rambler, Yandex, GOOGLE можно рекомендовать специальные информационно-поисковые системы:
GOOGLE Scholar – поисковая система по научной литературе,
ГЛОБОС – для прикладных научных исследований,
Science Tehnology – научная поисковая система,
AGRIS – международная информационная система по сельскому хозяйству и смежным с ним отраслям,
AGRO-PROM.RU – информационный портал по сельскому хозяйству и
аграрной науке
Math Search – специальная поисковая система по статистической обработке,
Базы данных:
Agro Web России – БД для сбора и представления информации по сельскохозяйственным и научным учреждениям аграрного профиля,
8
БД AGRICOLA – международная база данных на сайте Центральной
научной сельскохозяйственной библиотеки РАСХН,
БД «AGROS» – крупнейшая документографическая база данных по проблемам АПК, охватывает все научные публикации (книги, брошюры, авторефераты, диссертации, труды сельскохозяйственных научных учреждений)
«Агроакадемсеть» – базы данных РАСХН
9.Материально-техническое обеспечение дисциплины
Для проведения курса необходимы: полевые опыты по изучению влияния
основных регулирующих воздействий (удобрения, обработка почвы, известкование и.т.п.) на агрономические свойства почвы и урожайность полевых
культур или отобранные образцы. Лабораторное помещение с оборудованием: лопаты, буры, пакеты, этикетки, коробки, фарфоровые ступки с пестиками, наборы сит, цилиндры, ванны для насыщения, колбы для растворов реактивы. Приборы: для определения водопрочной структуры, пенетрометры,
электронные весы, ионометры. Аудио и видеофильмы по экспериментальному оборудованию.
10.Методические рекомендации по организации изучения дисциплины
Дисциплина реализуется традиционными технологиями с использованием
активных и интерактивных методов. Текущий контроль может проводиться
по результатам выполненных индивидуальных заданий, а промежуточная аттестация – в виде экзамена при обязательном выполнении лабораторных работ.
Разработчик:
РГАУ-МСХА
имени К.А.Тимирязева
профессор,
кафедры
земледелия и МОД
Н.Ф.Хохлов
Эксперт:
РГАУ-МСХА
имени К.А.Тимирязева
зав. кафедрой луговодства, профессор
Н.Н.Лазарев