XI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Определение кислотности почв с помощью растительных индикаторов
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Кислотность почвы – это важное свойство почвы, которое характеризуется свойствами различных кислот, от этого зависит рост и развитие растений.
Кислотность почвы можно определить с помощью индикаторов, приготовленных на растительной основе, которые обладают резко выраженной адаптацией к определённым условиям окружающей среды.
Изменение окраски индикаторов обуславливается содержанием в природных материалах окрашенных веществ — антоцианов, способных менять свой цвет в ответ на то или иное воздействие.
Объекты исследования: почва, взятая около дороги; почва, взятая в хвойном лесу; почва, купленная в магазине и природные растения, обладающие свойствами индикаторов.
Предмет исследования: растворы самодельных растительных индикаторов
Актуальность проекта – грамотное и экологически чистое выращивание растений, фруктов и овощей очень востребовано в современном мире.
Кислотность почв играет роль одного из главных факторов для успешного урожая, а также плодородие почвы и способность растений противостоять болезням.
Цель - определить экспериментальным путем возможность использования природных индикаторов для определения кислотности почв.
Задачи:
1. Изучить и систематизировать информацию, полученную в ходе исследования
2. Получить природные индикаторы из доступных природных объектов на основе соков и отваров ягод и овощей
3. Определить кислотность почвы с помощью подготовленных индикаторов
4. Сделать заключения
Методы исследования:
1. Наблюдение.
2. Обобщение и систематизация информации.
3. Химический эксперимент (по Хомутова И.В. Экологическая безопасность. Школьный экологический мониторинг. Практикум. Среднее общее образование. 10 — 11 классы: учеб. Пособие для общеобразоват. организаций.).
4. Сравнение
1. Основная часть
1.1. Понятие и характеристика кислотности почвы
Кислотность почвы — это свойство почвы, характеризующееся присутствием ионов водорода в почвенном растворе и обменных ионов водорода и алюминия в поглощающем комплексе почвы. Почвенная реакция имеет для роста растений решающее значение. Реакция окружающей среды, определяющаяся величиной pH, измеряется в единицах от 1 до 14.
Кислотность играет большое значение для многих сортов культурных растений, так как влияет не только на их рост, но и на качество побегов.
Кислая реакция почв – один из основных факторов, препятствующих получению высоких урожаев большинства сельскохозяйственных культур. Очень немногие культуры хорошо развиваются в условиях кислой реакции среды.
Большая же часть сельскохозяйственных культур, в том числе пшеница, овес, кукуруза, сахарная свекла, подсолнечник, люцерна, многолетние травы и другие, а также плодовые деревья и кустарники, дают наиболее высокие урожаи в условиях слабокислой или нейтральной реакции среды, т.е. в интервале значений рН от 6 до 7. [4,21]
Виды кислотности почвы
Почвы бывают слабо кислыми, нейтрально кислыми, слабощелочными и средне кислыми и это является определяющим при выборе агротехнических культур.
1) сильно-кислые почвы ( pH 3,5 — 4)
2) кислые ( pH 4,6 — 5,3)
3) слабокислые ( pH 5,4 — 6,3)
4) нейтральные ( pH 6,4 — 7,3)
5) слабощелочные ( pH 7,4 — 8)
6) щелочные ( pH 8,1 — 8,5)
В среднекислой почве можно вырастить картофель, подсолнечник, щавель, дыню, кукурузу землянику, гортензию, крыжовник, вишню, яблоню.
В слабокислой почве выращивают розы и лилии.
В нейтральной почве благоприятно развиваются большинство огородных растений: цикорий, абрикос, виноград, черную смородину, сирень, хризантемы, крокусы.
В слабощелочной почве хорошо чувствуют себя морковь, репчатый лук, кочанную и цветную капусту, петрушку, спаржу, сельдерей, артишок, тюльпаны.
Влияние кислотности почвы
На кислотность почвы влияет климат местности и растущие растения, непосредственный уход за землей, добавление в почву неправильных удобрений, недостаток воды или ее переизбыток, а также многие другие факторы.
Значение кислотности
Кислотность почвы нужно постоянно отслеживать для поддержания хороших урожаев и здоровья растений, которые произрастают на данной почве.
1.2. Способы определения кислотности почвы
Кислотность почвы можно определить лабораторно. Это самый эффективный вариант, помогающий получить точные и достоверные сведения о кислотности грунта. Специалист дает конкретные рекомендации по улучшению условий для тех или иных культур и участка земли, но имеет единственный недостаток – это дороговизна.
Кислотность почвы можно определить также народными методами.
1. Индикаторная бумага
Необходимо выкопать ямку глубиной 30 см, смачиваем водой, индикаторную бумагу помещаем в мокрую землю.
Цвет бумаги изменится в зависимости от кислотности: красный цвет – это сильная кислотность, розовый – средняя кислотность и желтая – слабая кислотность. Если кислотности нет, то бумага окрасится в зеленый цвет.
2. Сорняки
На кислотной земле обычно растут хвощ, васильки, подорожники, осока.
На почве с небольшой кислотностью растет крапива, ромашка и лебеда.
3. Уксус
Нужно положить на стекло небольшой кусок земли и смочить уксусом. Если почва вспенится – это значит, что она очень закислена, если реакции не будет – значит, кислотность в норме.
4. Соляная кислота
В выкопанную ямку влить 5% соляной раствор. Если реакция отсутствует или слабая, значит, земля слабокислая или кислая. Шипение и кипение присуще щелочному грунту.
4. Использование сока определённых растений
2. Методика и проведение исследования
2.1.Изготовление индикаторных отваров и индикаторной бумаги
Кислотно-основные индикаторы бывают не только химическими, для определения среды растворов можно успешно применять самодельные индикаторы из природного сырья.
Определенные ягоды, овощи и цветы содержат в своем составе природные красители, способные изменять свой цвет под воздействием щелочи или кислоты.
Эти природные индикаторы содержат окрашенные вещества (пигменты), способные менять свой цвет в ответ на то или иное воздействие. И, попадая в кислую или щелочную среду, они наглядным образом сигнализируют об этом.
Такими пигментами являются, прежде всего, антоцианы. Они имеют (преимущественно) красный цвет в кислой среде и синий или зеленый - в щелочной. Сок столовой свеклы в кислой среде изменяет свой рубиновый цвет на ярко-красный, а в щелочной – на желтый.
Природные индикаторы находят применение во многих областях человеческой деятельности: в медицине и экологии, в сельском и народном хозяйстве, в пищевой промышленности и в быту.
«За счет способности антоцианов менять свою окраску можно наблюдать изменение цвета клубней картофеля в зависимости от применения минеральных удобрений и ядохимикатов. При внесении фосфорных удобрений картофель становиться белым, сульфат калия придаёт розовый цвет. Окраска клубней меняется под влиянием ядохимикатов, содержащих медь, железо, серу, фосфор и другие элементы». [2,17]
Такими свойствами обладают и другие растения, содержащие природные индикаторы, что позволяет оценить экологическую обстановку. При экологическом мониторинге загрязнений, использование растений содержащих природные индикаторы часто дает более ценную информацию, чем оценка загрязнения приборами.
К тому же такой способ мониторинга состояния окружающей среды проще и экономичнее.
В качестве природных индикаторов были отобраны ягоды черной смородины, свекла, морковь.
Для изготовления индикаторной бумаги нам понадобились обычная бумага, сок черной смородины и отвар моркови, свеклы, спирт, вода.
К сожалению, у природных индикаторов есть один недостаток: их отвары довольно быстро портятся – скисают или плесневеют, поэтому при изготовлении индикаторной бумаги мы использовали спирт.
Изготовленные индикаторы необходимо было хранить в тёмном месте.
Мы получили насыщенный фиолетовый отвар у сока смородины, менее насыщенный цвет у сока свёклы, также мы получили цветные индикаторы с отварами сока овощей свеклы и моркови, путем подогрева на водяной бане.
Как только бумага приобрела бледно-сиреневый цвет, доставали листы и раскладывали для подсыхания в темном шкафу.
2.2. Исследование окраски растительных индикаторов в различных средах
Для проведения исследования мы приготовили три образца почвенного грунта: почва, взятая около дороги; почва, взятая в хвойном лесу; почва, купленная в магазине.
Изготовление индикаторов.
Для приготовления растительных индикаторов мы измельчили овощи, добавили 100 мл воды и прогревали на водяной бане в течение 1-2 минут.
(Приложение № 1)
Это приводит к разрушению мембран клеток, и антоцианы свободно выходят из клеток, окрашивая воду. Полученные отвары были охлаждены и профильтрованы. Кроме отваров изготовили соки свеклы и чёрной смородины. С целью предохранения от порчи, в полученный фильтрат добавили спирт в соотношении 2:1.
В конце мы имели отвар из моркови и свёклы, отвар из черной смородины, сок из черной смородины, сок свекольный. (Приложение № 2)
В каждую жидкость мы положили несколько полосок бумаги и оставили пропитываться на пару минут. (Приложение № 3)
После этого мы положили их на стеклянную поверхность для подсушивания, с маркировкой и убрали в шкаф. (Приложение № 4)
Затем я занялась подготовкой почвы для определения её кислотности. (Приложение № 5)
Водородные ионы содержатся в почвах обычно в абсорбированном виде – в почвенных катионитах. Поэтому для выявления кислотности почв химическим путём, с помощью индикатора, почва смешивается не с чистой водой, а с раствором хлорида калия, ионы которого вытесняют ионы водорода из катионов.
В три ёмкости я положила три вида почвы и перемешала с 7 % раствором хлорида калия, оставила отстаиваться на 8-10 минут. Потом я собрала пипеткой жидкость из каждого образца и перелила в другие ёмкости, куда я положила индикаторы. Большинство индикаторов поменяло свой цвет в растворе так, что можно было заметить и сделать выводы. (Приложение № 6)
Итак, в почве из хвойного леса образец № 3 показал окраску в рыжеватые оттенки, что говорит нам о повышенном уровне кислотности.
В почве, взятой около дороги, образец № 1 цвет вышел грязновато-желтым, что говорит о слабой кислотности.
А в почве из магазина образец № 2 цвет индикатора получился бледно-зеленоватым, что говорит о нейтральной кислотности. (Приложение № 6)
Используя природные индикаторы, я проверила, какую окраску они имеют в разных почвенных грунтах, все индикаторы изменили свой цвет. Лучше себя показали индикаторы из свеклы и чёрной смородины. Не все вещества обладают ярко выраженными индикаторными свойствами, такие как морковь. (Приложение №7)
Общие результаты исследования
Изучив литературу по данной теме, я изготовила индикаторы из растительного сырья. Оказалось, что чаще всего используемые индикаторы относятся к кислотно-основной группе индикаторов. Они необходимы для определения среды растворов, попадая в кислую или щелочную среду, индикаторы меняют свой цвет.
В растениях существуют особые вещества – пигменты (антоцианы) которые отвечают за окраску растений. Растения с этими веществами могут проявлять свойства кислотно-основных индикаторов.
Приготовив природные индикаторы, мы убедились в этих свойствах растений. В результате эксперимента мы узнали, что почти все растения, из приготовленных нами (чёрная смородина, свекла, морковь) можно использовать как индикаторы. Но отвар из моркови нежелательно использовать как индикатор, потому что его изменения незначительны. Природные индикаторы также точны, как и химические. Природные индикаторы имеют короткий срок хранения, но зато они безопасны и могут быть изготовлены в домашних условиях.
Индикаторы имеют большое значение. Ведь при помощи их можно определить кислотность почвы для повышения её урожайности.
Данное исследование нам показало, что в природе существуют такие растительные объекты, которые меняют свою окраску в зависимости от кислотности среды. Поэтому мы можем назвать их природными индикаторами. Изучая данную тему, я узнала много новой и полезной информации для себя. Мне было интересно и познавательно заниматься данным исследованием.
Индикаторы имеют большое значение. Ведь при помощи их можно определить кислотность почвы для повышения её урожайности.
Заключение
Кислотность почвы – это процент содержания ионов водорода в почве. Водородный показатель почвенного раствора является одним из тех факторов, от которых зависит урожайность данного вида культурного растения на данной почве.
От уровня кислотности почвы на участке зависит многое: кислая почва менее плодородна, растения на ней могут сильно угнетаться, возрастает риск накопления в тканях растений тяжелых металлов, такие почвы содержат избыток алюминия, железа и марганца в форме ядовитых соединений.
Таким образом, определение водородного показателя почв может иметь существенное значение:
1) для выбора культурного растения, от которого ожидается на данной почве особенно богатый урожай
2) для изменения водородного показателя почвы в сторону, благоприятствующую более высокому урожаю выращиваемой на ней сельскохозяйственной культуры
Для большинства огородных и садовых растений оптимальной будет реакция почвы, близкая к нейтральной. Есть разные способы определения реакции почвы.
Актуальность работ в этой области в настоящее время особенно велика, т.к. ареал распространения кислых почв на планете имеет тенденцию к расширению, несмотря на широкие масштабы известкования почв. Поэтому нами бали разработаны практические рекомендации. (Приложение 8)
Эта тенденция объясняется совокупным влиянием ряда факторов, прежде всего антропогенных, из которых наиболее важными являются ежегодное отчуждение с высокими урожаями большого количества оснований и кислотные атмосферные выпадения.
Список используемой литературы
1. Хомутова И.В. Экологическая безопасность. Школьный экологический мониторинг. Практикум. Среднее общее образование. 10 — 11 классы: учеб. Пособие для общеобразоват. организаций.
2.В.Г. Минеев, В.Г. Сычев, Г.П. Гамзиков и др.; под ред. В.Г. Минеева. Агрохимия. — М.: Изд-во ВНИИА им. Д.Н. Прянишникова, 2017. — 854 с.
3. Н.Н.Третьяков. Третьяков Н.Н., Ягодин Б.А., Туликов А.М. и др.
Под. ред. Н.Н.Третьякова. Основы агрономии. Изд-во: Москва, ИЦ «Академия». Год издания: 2003.- 360 с
4. Ягодин Б.А., Жуков Ю.П., Кобзаренко В.И. Агрохимия/Под ред. Б.А. Ягодина. Агрохимия. — М.: Колос, 2002. — 584 с.: ил.
5. Почвенная кислотность. Кислотно-основная буферность почв. Соединения алюминия в твердой фазе почвы и в почвенном растворе. Изд. 2-е, испр. и доп. – Тула: Гриф и К, 2012. – 124 с.
Приложение
П риложение 1. Изготовление отваров из ягод и овощей на паровой бане.
Приложение 2. Подготовленный сок из моркови, свеклы. Отвар из свеклы, смородины.
Приложение 3. Пропитывание индикаторных полосок в соке и отварах.
Приложение 4. Подсушивание индикаторных полосок и их маркировка.
Приложение 5. Калия хлорид, перемешенный с образцами почвы.
почва, взятая около дороги;
почва, взятая в хвойном лесу;
почва, купленная в магазине.
Приложение 6. Реакция индикаторов.
почва, взятая около дороги;
почва, взятая в хвойном лесу;
почва, купленная в магазине.
Приложение 7. Интенсивность окраски индикаторов.
Приложение 8. Практическое руководство для садоводов по раскислению почвы