Исследование почвы города Костромы

XI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Исследование почвы города Костромы

Плаксин А.А. 1Фокина М.М. 2
1структурное подразделение «Детский технопарк «Кванториум»
2Структурное подразделение «Детский технопарк «Кванториум»
Михина Н.В. 1
1структурное подразделение «Детский технопарк «Кванториум»


Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

Проблема. В современном мире процессы урбанизации становятся все интенсивнее, их масштабы постоянно увеличиваются. Все компоненты окружающей среды урбанизированных территорий испытывают постоянное давление техногенного пресса. Состояние почв городских территорий требует особого внимания, так как влияние транспорта, промышленности, процессов строительства приводит к «компрессии» почвенной системы, ведет к изменению практически всех ее компонентов, начиная с агрохимических и физических свойств и заканчивая микробиологическими и биохимическими показателями, лишая почвенный покров в городах способности выполнять экологические функции.

Цель работы: оценить состав и качество почвы города Костромы и Костромской области по биологическим показателям.

Изучен состав, ферментативная активность и паразитологическая характеристика почвы различных районов города Костромы и Костромской области. В работе использованы методы: отбора проб почвы; определение карбонатов (вскипанием), уреазы, целюлозолитической активности (метод аппликации); определения яиц и личинок гельминтов (методы Супряги и Гнединой).

В Костромской области преобладают суглинистые и тяжелосуглинистые почвы коричневого цвета - самый подходящий вид почв для выращивания садово-огородных культур. Она легко поддается обработке, содержит большой процент питательных элементов, имеет высокие показатели воздухо и водопроводимости, способна не только сохранять влагу, но и равномерно распределять ее по толще горизонта, хорошо удерживает тепло. Результаты исследования показали, что скорость разложения мочевины в верхнем слое образцов, изменяется в диапазоне 18,6-26,3 мг NHз/10 г почвы в сутки и может считаться высокой. Показатель уреазной активности почвы играет важную роль в превращении

азотсодержащих соединений, и определяет важные этапы превращения азотосодержащих веществ в почве. В условиях антропогенного процесса возможно изменение активности данного фермента. В результате может произойти нарушение одной из главных функций почв – поддержание экологического равновесия всей урбоэкосистемы. При оценке целлюлозолитической активности почв установили в большинстве проб сильную и очень сильную активность. Разложение целлюлозы является одним из основных звеньев в цепи превращения органических соединений

почвы, зависит от наличия в почве органического вещества и служит характеристикой его трансформации.

При паразитологическом исследовании проб почвы на наличие личинок и яиц гельминтов получены отрицательные показатели.

По результатам проведенной работы составлена карта характеризующая состав и качество почвы г. Костромы и Костромской области.

План исследований

Гипотеза. Микробиота и биохимические параметры почвы под влиянием антропогенного воздействия изменяются в первую очередь, и считаются наиболее чувствительными к загрязнению показателями состояния почвенного покрова.

Для исследования, методом конверта произвели отбор проб почвы из семи различных районов Костромской области. Метод конверта является наиболее распространенным способом отбора смешанных почвенных образцов и чаше всего применяются для исследования почвы гумусового горизонта. При этом из точек контролируемого элементарного участка (или каждой рабочей пробоотборной площадки) берут 5 образцов почвы. Точки должны быть расположены так, чтобы мысленно соединенные прямыми

линиями, давали рисунок запечатанного конверта (длина стороны квадрата может составлять от 2 до 5 – 10 м). Обычно при изучении почвы отбирают

пробы гумусового горизонта с глубины около 20 см., что соответствует штыку лопаты. Из каждой точки отбирают около 1 кг (по объему около 0,5 л), но не менее 0,5 кг почвы. Почвенные образцы упаковывают в полиэтиленовые или полотняные мешочки и прилагают к ним этикетки (сопроводительные талоны).

Определение окраски почвы. Почва может быть разной цветовой категории - основными соединениями, обусловливающими цвет отдельных горизонтов почвы, являются: гумусовые вещества, окрашенные в черные и коричневые тона; окисные соединения железа и соединение марганца, дающие гамму желтых, оранжевых, красных и фиолетовых оттенков; кремнезем, углекислая известь, каолинит; гидрат окиси алюминия и легкорастворимые соли (хлориды и сульфаты), окрашенные в белый цвет; закисные соединения железа, имеющие сизоватую и голубоватую окраску, характерную для глеевых горизонтов болотных почв. Окраска почвы имеет большое агрономическое значение. Мощный темноокрашенный горизонт свидетельствует о высоком плодородии почвы вследствие накопления значительного количества гумуса. Появление белесого мучнистого на ощупь горизонта, лишенного карбонатов кальция, указывает на обеднение почвы элементами питания и развитие подзолообразовательного процесса.

Определение структуры почвы. Структурой называют отдельности (агрегаты), на которые расчленяется масса почвы. Различные почвы, а в пределах одного профиля и различные горизонты могут иметь неодинаковую структуру. Важным свойством структуры является степень ее водопрочности, то есть устойчивости против размывающего действия воды. Водопрочная структура придает горизонту благоприятные для растений водно-воздушные свойствами улучшает питательный режим. Для определения водопрочности несколько структурных отдельностей помещают в фарфоровую чашечку и заливают воду.

Водопрочные структурные отдельности длительное время (иногда несколько часов) остаются без изменения, неводопрочные структуры распадаются при пропитывании водой

на элементарные частицы песка, пыли, ила. Определение структурности отдельных горизонтов профиля имеет большое значение для установления как типы почвы, так и степени ее плодородия.

Определение солей углекислого кальция в почве. Почва была проверена на вскипание: Вскипание свидетельствует о наличии в почве карбонатов (солей углекислого кальция), разрушающихся при взаимодействии с кислотой по реакции. Углекислый газ выделяется из почвы в виде пузырьков с характерным шипением, а при небольшом количестве – с потрескиванием. Необходимо помнить, что отсутствие в образце видимых невооруженным глазом новообразований углекислой извести еще не дает возможности сделать вывод об отсутствии карбонатов. Карбонаты могут содержаться в почве в виде очень мелких кристаллов, невидимых глазом, равномерно распределенных в массе твердых частиц. Для определения вскипания берут щепотку почвы на часовое стекло или в фарфоровую чашечку, смачивают несколькими каплями воды и обрабатывают несколькими каплями 5 %-ного раствора HCl. Предварительное смачивание почвы водой необходимо для вытеснения из нее воздуха, который, выделяясь с потрескиванием, может имитировать незначительное количество карбонатов.

Определение уреазной активности почвы. Один из надежных индикаторов состояния почв является активность уреазы. Мы использовали «Экспресс-метод» определения уреазы: он позволяет быстро определить биохимический потенциал почв, оценить их самоочищающую способность.

К внутренней поверхности крышки чашки Петри прикрепляется полоска фильтрованной бумаги, пропитанная раствором универсального индикатора. Влажная бумага прочно прикрепляется к стеклу и удерживается долгое время. В чашку Петри помещается навеска почвы массой 50 грамм.

Затем добавляется мочевина (0,25 или 0,5 грамм), предварительно растворенная в воде. Почва и мочевина тщательно перемешиваются, затем увлажняются дистиллированной водой до пастообразного состояния и

равномерно распределяются по дну чашки. Чашку закрывают крышкой. Разложение мочевины сопровождается образованием летучей щелочи – аммиака, поэтому воздушная среда над почвой приобретает щелочную реакцию и цвет индикаторной бумажки изменится в зависимости от интенсивности происходящих в почве процессов. Время экспозиции чашек зависит от биологической активности почв и находится экспериментально. Как показали наши исследования, для городских почв, отобранных в Октябре – до 4 часов. В качестве контроля использовали чашки без почвы, содержащие растворенную в дистиллированной воде мочевину и снабженные прикрепленными к крышкам индикаторными полосками. Время (1,5 часа), при котором установилось определенное значение р. (7,6) по индикаторной бумажке, соответствуют разложению карбамида до аммиака и является показателем биологической активности почв.

Определение целлюлозолитической активность почвы. Скорость разложения целлюлозы в лабораторных условиях определялась модифицированным методом Кристенсена, (по интенсивности разложения фильтровальной бумаги при контакте с почвой). 50 г почвы, предварительно увлажненной до 60% от полной влагоемкости, помещались в чашку Петри, на дне которой был расположен фильтр, а поверх него капроновая ткань. Перед тем как уложить фильтр на дно чашки взвешивался на аналитических весах. Опыт проводился в 2-х кратной повторности. По истечении срока инкубации фильтры извлекались, подсушивались, очищают от почвы и продуктов полураспада, затем повторно взвешивались на аналитических весах. О степени разложения целлюлозы судят по разности между исходным и конечным весом фильтровальной бумаги после инкубации и выражают ее в процентах от исходной массы.

Определение наличие яиц и личинок гельминтов в почве.

Метод Супряги. В химический стаканчик помещают 10 г почвы, заливают теплым (40 °С) физраствором так, чтобы он полностью покрывал пробу. Через 20 минут жидкость сливают в чашку Петри и исследуют под бинокулярным микроскопом МБС.

Метод Гнединой. Почву в количестве 10 г помещают в химический стакан, затем его наполняют водой и тщательно перемешивают содержимое палочкой. Отстаивают 5 мин, после чего верхний слой сливают в другой стакан, а к осадку вновь добавляют порцию воды. Процедуру отмывания продолжают до тех пор, пока над осадком в стакане не будет прозрачная вода. Затем промывную воду центрифугируют, а осадок микроскопируют. Промывную воду можно профильтровать через плотную ткань (через перкаль), а затем смыть осадок.

Основная часть

Почва – важнейший компонент всех наземных биоценозов и биосферы Земли в целом, через почвенный покров Земли идут многочисленные экологические связи всех живущих на земле и в земле организмов (в том числе и человека) с литосферой, гидросферой и атмосферой.

Роль почвы в хозяйстве человека огромна. Изучение почв необходимо не только для сельскохозяйственных целей, но и для развития лесного хозяйства, инженерно-строительного дела. Знание свойств почв необходимо для решения ряда проблем здравоохранения, разведки и добычи полезных ископаемых, организации зеленых зон в городском хозяйстве, экологического мониторинга и пр.

Для изучения состава и качества почвы города Костромы и Костромской области по биологическим показателям произвели отбор проб почвы методом конверта из семи различных районов Костромской области представленные в таблице 1.

Таблица 1

Районы отбора проб почвы.

№ п\п

Район отбора проб

1

Улица Индустриальная (ТЭЦ-2)

2

Деревня Юрьево (Красно-сельский район)

3

Улица Транспортная (район Черноречье)

4

Некрасовское шоссе

5

Улица Локомотивная

6

Деревня Просвещения

7

Улица Никитская

Основными соединениями, обуславливающими цвет отдельных горизонтов почвы являются: гумусовые вещества, окрашенные в черные и коричневые тона; окисные соединения железа и соединения марганца, дающие гамму желтых, оранжевых, красных и фиолетовых оттенков; кремнезём, углекислая известь, гидрат окиси алюминия и легкорастворимые соли (хлориды и сульфаты), окрашенные в белый цвет; закисные соединения железа, имеющие сизоватую и голубоватую окраску, характерную для глеевых горизонтов почв.

Окраска почв имеет большое агрономическое значение. Мощный темноокрашенный верхний горизонт свидетельствует о высоком плодородии почвы вследствии накопления значительного количества гумуса.

Таким образом с помощью оценки цвета мы выяснили, что в большинство образцов гумусовые, плодородные. Результаты представлены в таблице 2.

Таблица 2

Цвет проб почвы из различных районов Костромской области.

Район отбора проб

Цвет почвы

Улица Индустриальная (ТЭЦ-2)

темно- коричневая

Деревня Юрьево (Красносельский район)

Коричневая

Улица Транспортная (район Черноречье)

черная

Некрасовское шоссе

коричневая

Улица Локомотивная

коричневая

Деревня Просвещения

темно-коричневый

Улица Никитская

светло-коричневая

Структурой называют отдельности, на которые расчленяется масса почвы. Важным свойством структуры является степень её водопрочности, т.е. устойчивости против размывающего действия воды. Данные по водопрочности представлены в таблице 3.

Таблица 3

Водопрочность проб почвы из различных районов Костромской области

Район отбора проб

Водопрочность

Улица Индустриальная (ТЭЦ-2)

Водопрочная

Деревня Юрьево (Красно-сельский район)

средневодопрочная

Улица Транспортная (район Черноречье)

Водопрочная

Некрасовское шоссе

Неводопрочная

Улица Локомотивная

водопрочная

Деревня Просвещения

Водопрочная

Улица Никитская

средневодопрочная

Из данной таблицы мы видим, что слабой водопрочностью обладает проба почвы, взятая с улицы Транспортной. В остальных образцах почва водопрочная, устойчивая против размывания водой, что является положительной характеристикой.

Гранулометрический состав представляет собой важнейшую характеристику, на основании которой устанавливаются низшие таксономические подразделения почв, так называемые «разновидности», выделение которых очень важно для их характеристики. Результаты представлены в таблице 4.

Из данной таблицы видно, что четыре образца почвы относятся к суглинистому типу почвы, один образец песчаный и два образца почвы тяжелосуглинистые. Данные почвы хорошо поддаются сельскохозяйственной обработке и подходят для посадки культурных растений.

Таблица 4

Типы почвы из различных районов Костромской области.

Район отбора проб

Тип почвы

Улица Индустриальная (ТЭЦ-2)

Суглинистая

Деревня Юрьево (Красно-сельский район)

Суглинистая

Улица Транспортная (район Черноречье)

Тяжелосуглинистая

Некрасовское шоссе

Песчаная

Улица Локомотивная

Тяжелосуглинистая

Деревня Просвещения

Суглинистая

Улица Никитская

Суглинистая

Вскипание свидетельствует о наличие в почве карбонатов (солей углекислого кальция), разрушающихся при взаимодействии при взаимодействии с кислотой.

Углекислый газ выделяется из почвы в виде пузырьков с характерным шипением, а при небольшом количестве – с потрескиванием. Во всех исследуемых пробах были обнаружены кристаллы солей углекислого кальция, невидимые глазом, равномерно распределенные в массе почвы.

Определение целлюлозолитической способности почв методом аппликации даёт ценную информацию о превращении лабильной фракции органического вещества, круговороте углерода, активности целлюлозолитического комплекса.

Результаты нашего опыта представлены в рисунке 1.

Рисунок 1 - Целлюлозолитическая активность

Согласно таблице 5 в четырех пробах мы можем наблюдать сильную и очень сильную целлюлозолитическую почвенную активность, что характеризует хорошую специфику функционирования микробиоты данных образцов.

Таблица 5

Оценка целлюлозолитической активности почвы

Выраженность процесса разрушения

Оценка

< 10

Очень слабая

10-30

Слабая

30-50

Средняя

50-80

Сильная

> 80

Очень сильная

Также одним из надежных индикаторов состояния почв является активность уреазы. Это фермент, играющий важную роль в этапах превращения азотсодержащих веществ в почве. В данном работе мы использовали метод, который хорошо зарекомендовал себя при проведении комплексных исследований. Полученные результаты показаны в таблице 6. Активность уреазы по различным типам почв оказалась в пределах нормы.

Таблица 6

Активности уреазы почвы из различных районов Костромской области, через 1,5 часа

Район отбора проб

Показатель

Улица Индустриальная (ТЭЦ-2)

Желто-зелёный (pH 8)

Деревня Юрьево (Красно-сельский район)

Желто- оранжевый (pH 6)

Улица Транспортная (район Черноречье)

Желто-оранжевый (pH 6)

Некрасовское шоссе

Зелёно-желтый (pH 8)

Улица Локомотивная

Желто-оранжевый (pH 6)

Деревня Просвещения

Зелёно-желтый (pH 8)

Улица Никитская

Зелёный (pH 9)

Многочисленные научно-экологические изучения ведущими учеными доказывают, что самой загрязненной средой гельминтами является почва и её исследование на яйца и личинки гельминтов считается чрезвычайно важным мероприятием, проводимом на государственном уровне. Поэтому мы включили исследование почвы на яйца и личинки гельминтов двумя методами: методом Супряги и методом Гнединой. Во всех отобранных образцах почвы яиц и личинок гельминтов нами обнаружено не было.

По результатам проведенной работы составлена карта характеризующая состав и качество почвы г. Костромы и Костромской области.

Заключение

Выводы:

1) По составу и качеству почва в городе Костромы и Костромской области пригодна для выращивания садовых культур, т.к преобладают суглинистые и тяжелосуглинистые почвы, которые легко поддаются обработке.

2) Установили, что целлюлозолитическая активность почв, показали сильную и очень сильную активность, что является хорошим показателем превращения органических соединений почвы.

3) Результаты исследования уреазной активности показали, что скорость разложения мочевины: достаточно высока, что играет важную роль в превращении азотосодержащих элементов.

4) При паразитологическом исследовании проб почвы на наличие личинок и яиц гельминтов получены отрицательные показатели.

5) По результатам проведенной работы составлена карта характеризующая состав и качество почвы в Костроме и Костромской области.

Список использованных источников и литературы

1. Методические материалы «Вводного модуля» «Биоквантум»

2. МУК «Санитарно-паразитологические исследования» https://library.fsetan.ru/doc/muk-422661-10-metodyi-sanitarno-parazitologicheskih-issledovanij/

3. Постановление Правительства Российской Федерации от 24 июля 2000 г. N 554 "Об утверждении Положения о государственной санитарно-эпидемиологической службе Российской Федерации и Положения о государственном санитарно-эпидемиологическом нормировании".

4. Постановление Правительства Российской Федерации от 30 июня 2004 г. N 322 "Об утверждении Положения о Федеральной службе по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека".

5. «Студопедия» lhttps://studopedia.ru/4_21339_otbor-prob-pochvi.htm

6. Федеральный закон от 30 марта 1999 г. N 52-ФЗ "О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения".

Просмотров работы: 71