XIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Оперативная диагностика функциональной стойкости почв под действием различных нагрузок

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Липатов М.А. 1

---

1МБОУ СОШ №4 с УИОП

Насирова Н.А. 1

---

1МБОУ СОШ №4 с УИОП

Работа в формате PDF

1.6 MB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Цель: провести диагностику состояния почв с различной антропогенной нагрузкой для определения е функциональной стойкости

Задачи:

Дать определение почвы

Изучить методы диагностики почв. Выбрать те, которые можно использовать в условиях школьной лаборатории.

Проанализировать методы диагностики почв, предложенные А.С. Холодной и К.А. Десятником

Произвести забор почв

Провести диагностику функциональной стойкости почв окрестностей Койсуга

Методы:

аналитический

сравнительный

практический

Объект исследования: влияние антропогенной нагрузки на состояние почв

Предмет исследования: почва окрестностей Койсуга с различной антропогенной нагрузкой

Актуальность данного исследования заключается в том, что ежегодно увеличивается антропогенная нагрузка на почву, приводящая к снижению ее функциональной устойчивости

Современное определение почвы

Почва — это сложная полифункциональная открытая четырехфазная структурная система в поверхностной части коры выветривания горных пород, являющаяся комплексной функцией горной породы, организмов, климата, рельефа и времени и обладающая плодородием.

Знание свойств почв необходимо для их использования в сельскохозяйственной деятельности, добычи полезных ископаемых, организации зеленых зон в черте города и т.д.

Почва – один из важнейших компонентов биосферы. Она обладает большим комплексом экологических функций. Все функции разделяют на две группы: экосистемные (биогеоценотические) и глобальные (биосферные).

Новое определение почвы, совершившее переворот в науках о Земле, дал В. В. Докучаев — основоположник генетического почвоведения. Им был разработан новый подход к определению этого понятия:

1) почва является самостоятельным телом, т.е. природным телом, таким же, как и другие природные тела: растения, животные, горные породы, воды;

2) почва — это историческое явление, имеющее свой возраст и историю образования, свой генезис, в результате которого в процессе длительной эволюции исходная горная порода превращается в новое природное тело — почву;

3) почва в своем происхождении и географическом распространении закономерно связана со всеми другими природными телами и явлениям

В последнее время стремительно растет антропогенная нагрузка на почву в связи с расширением территорий, используемых для сельскохозяйственной деятельности. Все чаще для сохранения и увеличения показателей урожайности используются физиологически кислые удобрения. пестициды и гербициды. Вышеперечисленные факторы обуславливают подкисление почв. Еще одним из стрессовых факторов является изменение климата.

В традиционной системе диагностики состояния почв используется:

Субстативный подход. Изучается состав и структурная организация почвы

Функциональный подход. Изучает жизнь почв, т.е. процессы, протекающие в них в настоящее время и дает возможность ответить на следующие вопросы: как живет почва, как происходит обмен веществом и энергией внутри почвы и между почвой и другими компонентами ландшафта. 

Генетический подход. Отвечает на вопросы: каким образом сформировалась почва, какие механизмы и процессы привели к появлению наблюдаемых свойств, какие стадии прошла почва в своем развитии

Данные исследования являются трудоемкими и длительными.

Методы диагностики А.С. Холодной и К.А. Десятника.

В нашей работе мы использовали методы предложенные А.С. Холодной и К.А. Десятником. Они считают, что использование этих методов является удобными, ресурсоохранными, дешевыми и предназначены для оперативной диагностики.

Процессы нарушения функционирования почв тесно с ее составом.

Одним из основных показателей плодородия почвы является ее кислотно-основное состояние.

Кислотно- основное равновесие поддерживается щелочными и щелочноземельными катионами. Именно баланс этих катионов определяет направление подкисления или ощелачивания почвенной среды, так как они являются антагонистами водорода.

Кислая реакция почв – один из основных факторов, препятствующих получению высоких урожаев большинства сельскохозяйственных культур. Очень немногие культуры (например, чайный куст, некоторые овощные культуры) хорошо развиваются в условиях кислой реакции среды.

При низких значениях рН заметно снижается активность многих микроорганизмов, в результате чего замедляется разложение растительных остатков и освобождение из них азота, фосфора, серы и многих микроэлементов.

Почвенные микроорганизмы являются пионерами почвообразовательного процесса. Они одними из первых реагируют на изменения окружающей среды и могут служить индикаторами «здоровья почвы». Для индикации наличия микроорганизмов можно использовать изучение наличия ферментов в почве, которые накапливаются в ней в процессе жизнедеятельности микроорганизмов.

Деградационные процессы почвы являются дуалистическими – природными и антропогенными. В настоящее время происходит не только деградация почв сельскохозяйственного назначения, но и почв городских массивов. введен даже специальный термин – урбаноземы, поэтому в своем исследовании мы изучаем почвы и городского массива. В прошлом веке большое внимание уделялось определению протеазной активности почв. Существующие методики трудоемки и требуют применения достаточно большого количества реактивов и приборов. А.С. Холодной и К.А. Десятником усовершенствован метод определения протеазной активности. Преимуществом данного метода является простота диагностики и скорость получения результатов.

Методы исследования

Для изучения свойств почвы нами были использованы методы, применение которых доступно в школьной лаборатории.

Для сбора образцов используем метод конверта.

Выбираем участок 100 кв.м (10x10 метров). Собираем из пяти точек с помощью лопатки образцы. Смешиваем их, высушиваем. Таким способом отбираем три образца почвы с различной антропогенной нагрузкой. Приложение №1

Опыт №1 Изучение pH почвы

Для изучения pH почвы мы решили использовать традиционные и народные способы.

Способ 1. Определение кислотности с помощью индикаторной бумаги

Сделаем водную вытяжку образцов почв. Она служит для определения воднорастворимых органических веществ, ионного состава легкорастворимых солей, рН

Для этого необходимо поместить в пробирку или колбу 2 г. почвы, добавить 10 мл дистиллированной воды; полученную суспензию хорошо встряхнуть в течении 3 минут и дать отстояться.

В пробирку наливаем 5 мл почвенного раствора. Помещаем в нее индикаторную бумагу и сравниваем со шкалой кислотности

Значение кислотности соответствует определенным видам почв

Способ 2. Определение кислотности с помощью листьев (смородины, вишни, черемухи)

В стеклянную емкость помещаем 4-5 листков на стакан воды и заливаем кипятком. После остывания воды поместить в раствор образцы почв. Если раствор поменяет цвет на красный — почва кислая, на синий — слабокислая, на зелёный — нейтральная.

Вывод: в результате исследования нами было выявлено повышенная кислотность образца №3.

Опыт №2. Изучение засоленности почвы

А) Обнаружение сульфат – ионов.

В водную вытяжку почвы добавляем соли бария. Следим за появлением осадка.

Вывод: в образцах №2 и №3 присутствуют сульфат - ионы

Б) Обнаружение карбонат – ионов.

В водную вытяжку почвы добавляем концентрированную соляную кислоту. Следим за «вскипанием» почвы.

2Н+ + СО32- = Н2О + СО2

Вывод: карбонат – ионы не обнаружены в образцах. Возможно это связано с недостаточной концентрацией соляной кислоты.

В) Обнаружение хлорид – ионов.

Добавляем в водную вытяжку почвы нитрат серебра. Наблюдаем за выпадением осадка

Вывод: хлорид – ионы обнаружены в образцах №2 и №3

Опыт № 3 Определение ферментативной активности

Определение ферментативной активности по показателям активности протеазы выполнено модифицированным методом фотоавтографии.

Для определения протеолитической активности мы использовали:

Почвенные образцы (50 г)

Чашки Петри

Фотопленка

Дистиллированная вода

В чашку Петри кладут отрезок пленки желатиновым слоем вверх. на пленку помещают максимально гомонизированные образцы почвы по 50 грамм. увлажняют ее дистиллированной водой. Приложение №2

Цель: определить скорость полного разложения желатинового слоя пленки.

Пленки вынимают через 3-5 дней, осторожно промывают дистиллированной водой, высушивают и прикрепляют на картон. полученные пленки сканируют. За контроль принимают пленку с неразложившимся желатином. Отсканированное изображение открывают с помощью графического редактора AdobePhotoshop По соотношению площадей вариантов с разложенным желатином к контрольному образцу получаем величину общей биологической активности почвы.

Протеазная активность

Вывод: Наивысшая протеазная активность нами определена в образце №1, наименьшая в образце №3

Результаты исследования

Таким образом, определение каких – либо показателей почвы непосредственно в поле значительно быстрее и менее затратный. Так как исключает расходы времени и материальных ресурсов. в ходе исследования и проведения ряда опытов мы выяснили:

Кислотность почвы соответствует норме в образцах с низкой антропогенной нагрузкой

Засоленность почвы выявлена в образцах со средней и высокой антропогенной нагрузкой

Высокая ферментативная активность выявлена в образце с отсутствием антропогенной нагрузки

Высокой функциональной стойкостью обладает образец№1 с наименьшей антропогенной нагрузкой, так как его кислотность соответствует норме, в нем обнаружен низкий уровень засоленности и высокая протеазная активность

Заключение

В настоящее время в связи с интенсивным ростом антропогенного давления человека на окружающую среду основными критериями диагностики функциональной устойчивости почв является простота, низкая стоимость и оперативность, что позволит своевременно принимать административные решения по сохранению и восстановлению почв.

Проведенная исследовательская работа подтвердила нашу гипотезу о негативном влиянии антропогенного воздействия на почву.

Был осуществлен информационный поиск по проблеме исследования, проанализирована и систематизирована полученная информация по видам почв и элементному составу. Различные методики позволили нам определить с помощью ряда опытов, состояние почв в окрестностях Койсуга. Сделан вывод о ее функциональной устойчивости. Конечно, мы понимаем, что наша работа в условиях с школы не может носить глубокого фундаментального характера. Но, тем не менее, исследовательская работа, проведенная нами, позволяет надеяться, что ее результаты будут учтены и применены на практике. Результаты нашей исследовательской работы можно использовать на уроках географии при изучении свойств почв; на уроках биологии при изучении экологии и негативного влияния деятельности человека на почву; во внеурочной и кружковой деятельности.

Список литературы

Мансурова С. Е., Кокуева Г. Н. Школьный практикум. Следим за окружающей средой нашего города. 9-11 классы. – М.:Гуманитарный издательский дом ВЛАДОС, 2014.

А. Г. Муравьев, Н.А. Пугал, В.Н. Лаврова  Экологический практикум: Учебное пособие с комплектом карт-инструкций / Под ред. к. х. н. А.Г.Муравьева. – СПб.: Крисмас+, 2003

Попова Т.А. Экология в школе: Мониторинг природной среды: Методическое пособие. – М.: ТЦ Сфера, 2005г

А. С. ХОЛОДНАЯ, К. А. ДЕСЯТНИК Оперативная диагностика функциональной стойкости почв. Журнал Белорусского государственного университета. Экология. 2018. № 2. С. 48–56

Яськов М.И. Полевая практика по почвоведению: учебно-методическое пособие. - Горно-Алтайск: РИО ГАГУ, 2009

Приложение №1

Приложение №2