XIV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Определение кислотности почвы на школьных клумбах. Разработка рекомендаций по посадке декоративных цветковых растений на клумбах

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Малышева П.О. 1Мерзлякова П.П. 1

---

1Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная школа №33

Клиндухова Л.П. 1

---

1Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная школа №33

Работа в формате PDF

2.5 MB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение.

Жизнь растений тесно связана с почвой. Только воздействуя на почву, на ее свойства, определяющие плодородие, человек может повлиять на рост и развитие растений. Но, чтобы изменить свойства почв в нужном направлении, необходимы знания процессов, совершающихся в почвенной массе, обусловленных как природными факторами, так и сельскохозяйственной деятельностью человека, без этого процесса нормальная жизнедеятельность растений невозможна.

Характеристики почвы, влияющие на плодородие:    механический состав, минералогический и химический состав, физические свойства почвы;  водный, воздушный и тепловой режим почвы, кислотность почвы,  живые организмы и т.д. Реакция почвы играет очень важную роль для роста и развития растений.

Почва пришкольного учебно-опытного участка никогда не исследовалась на кислотность. Мы полагаем, что научное исследование почв на кислотность даст  возможность выяснить особенности почв и разработать правильные рекомендации по улучшению плодородия почв, что в свою очередь приведёт к улучшению вегетации и цветения декоративных цветковых культур.

Цель исследования – опытным путем определить кислотность почвы на школьных клумбах. Выяснить пути возможных улучшений плодородия почв пришкольного участка, для улучшения роста и цветения декоративных растений.

Задачи:

1. Изучить литературу, материалы в сети Интернет, получить информацию из книг о кислотности почвы.

2.  Определить экологическое состояние почвы по кислотности.

3. Составить картограмму кислотности почвы школьного учебно-опытного участка.

4.Определить видовой состав цветковых растений по кислотности почвы для фитодизайна пришкольной территории.

Гипотеза. Мы предполагаем, что почва на территории школы кислая или слабокислая, так как в нашем регионе чаще встречается кислая почва.

Объект и методика исследования

Исследования проводились осенью 2019года. Объектом исследования явилась почва школьных клумб: участок № 1 – правый цветник на газоне, участок № 2 – центральный цветник на газоне, участок № 3 –левый цветник на газоне, участок № 4 -цветочно-декоративный отдел справа от школы, участок №5 - цветочно-декоративный отдел от справа от школы, расположенный ближе к лесу. Приложение 1.рис.1

Актуальность проблемы: реакция почвы играет очень важную роль для роста и развития растений. При научном подходе при работе с землей хорошая питательная почва с нормальной кислотностью является основой для хорошей вегетации, цветения и дизайна цветковых растений. Таким образом, мы считаем, что выбранная нами тема весьма актуальна, наш пришкольный участок достоин этого.

Используемые методы:

1.  Анализ литературы по теме.

2.  Исследование

3. Наблюдение и сравнение.

4.  Обобщение полученных данных.

5. Разработка рекомендаций по внесению необходимых минеральных удобрений и по выбору цветочных культур .

I Теоретическая часть

I. 1. Что означает кислотность почвы (рН фактор)? 

Это показатель значений концентраций ионов водорода в почвенно – поглощающем комплексе (ППК). ППК – это структура почвы, ее скелет: песчинки, гумус, воздух и вода. Это основной состав грунта. Он хорошо связан между собой и слаженно функционирует за счет влаги, в которой растворены основные вещества и элементы, питающие растение и дающие ему жизнь. Вот, как раз они и определяют среду почвы, делают ее кислой, нейтральной или щелочной. И основополагающим компонентом здесь является ион водорода, чем его больше, тем кислее земля. А вода, как кровь, в сосудах человеческого организма, основа всех химических процессов: она и растворитель, и транспортировщик питательных веществ (солей, кислот, щелочей и их ионов) по всему профилю почвы и к корням растений. Таким образом все эти вещества растворены в ней в разных соотношениях и концентрациях, и так или иначе связаны с ионом водорода. Без воды – нет жизни на земле. Выражается кислотность почвы величиной рН раствора (жидкой фазы почвенного горизонта) и варьирует в следующих пределах:

Таблица кислотности почвы

Таблица 1

Как видно, в первых трех показателях преобладает Н+ (ион водорода), в последних трех он связан с кислородом, взаимодействие с которым определяет раствор как щелочной, и центральный показатель – это нейтральная среда (нейтральная кислотность, то есть когда соотношение Н+ и анионов ОН- уравновешивается). Последняя среда самая оптимальная для роста и развития растений. Но встречаются любители почвы с «кислинкой» и с содержанием щелочей. На таких почвах они лучше себя ощущают и дают соответствующие урожаи.

Определение рН имеет важное значение в практической деятельности. Этот показатель широко используют в лабораторных исследованиях, промышленности, сельском хозяйстве и садоводстве. Существуют различные способы определения рН раствора. Для более точного определения рН служат электронные приборы, которые называют иономерами или рН – метрами. Примерную оценку кислотности водных растворов электролитов можно провести с помощью особых веществ -  индикаторов (лакмуса, фенолфталеина, метилового оранжевого, универсального индикатора)

I. 2 Характеристика почв

Все почвы делятся на сильнокислые, среднекислые, слабокислые, нейтральные, слабощелочные, щелочные, сильнощелочные. (Приложение 1). Большинство растений лучше произрастает при нейтральной или слабокислой реакции почвы. Как кислая, так и щелочная реакция почвы губительны для растений. Кислотность почвенного раствора оказывает большое влияние на развитие растений и жизнедеятельность микроорганизмов. Обычно при усилении кислотности угнетается рост и развитие большинства культурных растений и бактериальной микрофлоры.

Различают актуальную и потенциальную кислотность почвы. Актуальная кислотность – это превышение концентрации протонов водорода над ионами гидроксида в почвенном растворе. Она определяется содержанием в почвенном растворе кислот – угольной, щавелевой, лимонной и т.д. Плодородию почв и биологической продуктивности растений (количество зеленой массы, величина и форма соцветий, число цветков в соцветии и т.д.) серьезный ущерб наносит появление кислотности в почве, вызванное, с одной стороны, условиями почвообразования, с другой – антропогенной деятельностью. В первом случае кислые продукты ежегодно образуются при разложении микроорганизмами опавшей листвы, хвои, коры деревьев.

Антропогенная деятельность – это и выбросы промышленных предприятий, вызывающие появление кислотных дождей, и минеральные удобрения, при внесении в больших количествах, подкисляющие почву. Поэтому умение определять кислотность почвы крайне важно при выращивании растений.

Концентрация растворов солей зависит от климатических условий и от времени года. В зависимости от содержания солей и кислот почвенный раствор по своей химической реакции может быть или нейтральным, или щелочным, или кислотным. Нейтральный раствор характеризуется наличием в почве щелочей нейтрализующих почвенную кислоту.

Излишки извести вызывают щелочную реакцию, наоборот, недостаток ведет к повышению кислотности почвы. В почвоведении принято считать три вида кислотности: активную, обменную и гидролитическую.

В почве могут находиться в свободном состоянии как органические, так и неорганические кислоты. От их присутствия и зависит наличие активной кислотности. Увеличение степени кислотности почвы зависит также от содержания СО₂ в почвенном воздухе, наоборот, сокращению кислотности способствует наличие в почве карбонатов и бикарбонатов.

Для обозначения реакции почвенного раствора пользуются показателем рН. Чем меньше его значение, тем выше кислотность и наоборот. Большинство растений предпочитают слабокислые или нейтральные почвы, но есть и такие, которые хорошо растут в кислых и щелочных почвенных субстратах. Если почва кислая, она требует известкования (внесения в нее известняка или золы).

При анализе почвы в зависимости от величины рН  устанавливают степень кислотности. Наибольшей кислотностью обладают почвы, имеющие рН=3, с увеличением рН падает кислотность, а при рН=7 почва имеет нейтральную реакцию. Далее щелочность нарастает в пределе от рН=8 до рН=14. При очень кислой реакции почвы (рН=4) можно предполагать наличие в ней сильных минеральных кислот. При определении кислотности или щелочности прибегают к титрованию в присутствии индикаторов. Вытяжки кислых почв титруют щелочами, щелочных – кислотами. При анализе выясняется количество находящейся кислоты или щелочи в определенном объеме титруемого почвенного раствора и тем самым в почве.

1.3 РН почвы влияет на поглощение питательных веществ растениями?

Уровень РН почвы прямо или косвенно влияет на способность растений усваивать питательные вещества из почвы. В экстремальных ситуациях уровень PH почвы может быть от 3 до 9,5. Значения PH выше 8,5 и ниже 5 представляют собой жесткие условия для выживания растений.

Уровень рН показывает кислотность или щелочность путем измерения концентрации ионов водорода (H +) и ионов гидроксида (ОН-). Шкала рН охватывает значения от 0 до 14, от чрезвычайно кислотные (0) проходит через нейтральную (7) до очень щелочные (14)

Лучший рН для поглощения азота, фосфора и калия составляет от 6,5 до 7,5 . 
Поглощение фосфора уменьшается с рН ниже 6, так как алюминий и железо блокируют его, а при рН выше 7,5 блокируется кальцием.

Когда рН меньше 5 алюминий и марганец становятся токсичны, и когда рН выше, чем 7,5 марганец, железо, цинк и медь нерастворимы и становятся недоступными для растений, в результате чего появляется дефицит микроэлементов. В результате они плохо развиваются, листья у них начинают желтеть, цветы мелкие, медленно распускаются. Многие полезные для растений бактерии также прекращают свою деятельность.

I.4 Рекомендуемые цветковые растения при разных уровнях кислотности почвы

Таблица 2

1.5 Как изменить кислотность почвы?

Зачем  изменять кислотность почвы? Дело в том, что кислая почва менее плодородна, чем нейтральная, многие цветковые растения растут на ней плохо и много болеют, корни ветвятся и развиваются плохо, особенно важна кислотность почвы в начале развития растения, сразу после помещения в землю. Поэтому нам нужно стараться сделать почву как минимум слабокислой, а лучше стремиться к нейтральности. Для понижения кислотности почвы применяется известкование почвы. Известкование – это внесение в почву известковой пыли, муки, мела или других известковых удобрений, которые продаются в магазинах. Также можно сделать почву нейтральной, снизив ее кислотность. Раскисление почвы можно произвести с помощью таких веществ как: известь-пушонка, доломитовая (известняковая) мука, озерная известь (гажа), мел, торфяная зола, древесная зола, сидераты, комплексные препараты-раскислители.

II Практическая часть

1. Отбор проб почвы для анализа

Объектом исследования явилась почва школьного учебно-опытного участка: участок № 1 – правый цветник на газоне, участок № 2 – центральный цветник на газоне, участок № 3 –левый цветник на газоне, участок № 4 -цветочно-декоративный отдел справа от школы, участок №5 - цветочно-декоративный отдел от справа от школы, расположенный ближе к лесу. Приложение № 1рис.1

2. Первый способ - определение с помощью рН-метра на участке

Прибор Мегеон создан для анализа свойств почвы ( кислотности и влажности), наделен чувствительными электронными датчиками, способными определять характеристики грунта и химический состав почвы. Измерительный прибор Мегеон не требует для своей работы батареек и других элементов питания. Точность измерений приборов очень высокая. Отклонение показаний приборов от дорогостоящих лабораторных анализов не более 3%.

Измерительные приборы очень простые в использовании. Перед началом работы выбрали на приборе переключателем опцию рН.  Для измерения PH  обильно полили почву в том месте, куда будем погружать прибор по 100 мл воды. С помощью шпателя вода была смешана с почвой. Затем погрузили щуп прибора в грунт на глубину 10-15 см (не прикладывая чрезмерных усилий). Подождали 1-2 минуты и сняли показания с прибора. 

Сделали по 3 измерения. Посчитали среднее арифметическое. Это и будет точным значением PH почвы. Погрешность прибора ± 0,5. После каждого измерения очищали зонды приборов дистилированной водой. Приложение 2. рис.1-8

3. Второй способ. Определение с помощью рН-метра в лаборатории.

Оборудование и реактивы:

Стаканы химические (100 мл.), палочка стеклянная с резиновым наконечником, ложечка – дозатор (шпатель), мерный цилиндр (10 мл.) или мерная пробирка, почва (в стакане), дистиллированная вода.

Ход работы:

В стаканы шпателем набрали по 4 сантиметра почвы и налили по 30мл воды. Размешали стеклянной палочкой почву, чтобы получить однородную массу. Затем опустили щуп прибора и подержали 1-2 минуты. Когда стрелка зафиксировалась, мы сняли показания. Проделали по 3 измерения с каждой пробой и среднее арифметическое внесли в таблицу.

Приложение 3.рис.1,2

4. Третий способ - определение с помощью индикаторной бумаги.

Оборудование и реактивы:

Стаканы химические (100 мл.), палочка стеклянная с резиновым наконечником, ложечка – дозатор (шпатель), мерный цилиндр (10 мл.) или мерная пробирка, почва (в стакане), пробирки, фильтровальная бумага, воронка, дистиллированная вода, универсальный индикатор, образцы почвы.

Ход работы:

В пробирку поместили почву (столбик почвы должен быть 2-3 см), прилили дистиллированную воду, объем которой должен быть в три раза больше объема почвы. Закрыли пробирку пробкой, тщательно встряхивали в течение 1-2 минут. Приложение 4. рис.1- 7 Профильтровали полученную смесь почвы и воды. Почва осталась на фильтре, а собранный в пробирке фильтрат представляет собой почвенную вытяжку (почвенный раствор). Взяли универсальный индикатор, нанесли на  него палочкой почвенный раствор. Приложили индикаторные полоски с нанесенной почвенной вытяжкой к шкале измерения рН. Определили по окраске универсального индикатора рН почвенного раствора и результаты занесли в таблицу. Если универсальный индикатор окрашивается в красный цвет, то почва является сильнокислой,  если в розовый – среднекислая, желтый – слабокислая, зеленый –близка к нейтральной. Приложение 5.рис.1- 3

5. Проведение исследований анализа почвы на щелочную среду.

Оборудование и реактивы: почвенная вытяжка в пробирках, пипетки, фенолфталеин, капельная планшетка.

Ход работы:

На капельную планшетку пипеткойналиваем несколько капель почвенной вытяжки и добавляем фенолфталеин. При щелочной среде появляется розовая окраска раствора. Все пробы не изменили свой цвет, значит на всех участках нет щелочной среды в почве.

Приложение 6 рис.1-4

7. Анализ результатов

Таблица 3

Проанализировав полученные результаты, мы видим, что на 1 и 2 участках почва слабокислая, а на участках 3,4,5 - среднекислая.

6. Рекомендации по посадке декоративных цветковых растений на клумбах

После проведенного анализа результатов, мы составили таблицу

табл.4

Используя таблицу мы представили проект фитодизайна цветочных клумб на территории школы.

Участок №1

На данном участке слабокислая почва, и в соответствии с кислотностью почвы, можно оставить многолетние цветы: лилейники, ирисы, астры многолетние. Из многолетних композицию можно дополнить тюльпанами. По периметру мы предлагаем украсить клумбу яркой геранью.

Участок №2

На данном участке почва также слабокислая. Так как эта клумба находится в центре, мы предлагаем из многолетних посередине посадить папоротник, а вокруг расположить колокольчики. По периметру мы предлагаем высадить астры однолетние и завершить композицию цветами портулака.

Участок №3

На данном участке почва среднекислая. Данная клумба располагается зеркально по отношению к клумбе №1, поэтому для этого участка, мы должны подобрать сходные цветы. Мы также здесь оставим лилейники, ирисы, астры многолетние. Из многолетних композицию можно дополнить нарциссами. По периметру из-за кислотности мы не можем высадить герань, поэтому, разместим там не менее красивые цветы бегонии.

Участок №4 и №5

На данных участках почва также среднекислая, поэтому мы предлагаем оставить из многолетних цветов рудбекию и аквилегию, и дополнить люпином. А по периметру высадить неприхотливый тагетес.

Заключение

Работа по исследованию кислотности почвы проведена, цель достигнута.

В результате наших исследований можно сделать следующие выводы.

Выводы:

- составили картограмму кислотности почвы школьных клумб;

- установили, что на 2-х участках почва слабокислая, а на 3-х участках почва среднекислая;

- предложили способы раскисления почвы, как улучшение плодородия почв пришкольного участка;

- определили видовой состав цветковых растений по кислотности почвы для фитодизайна пришкольной территории.

Наша гипотеза подтвердилась.

Наша работа имеет большое практическое значение, так наши рекомендации могут быть использованы при озеленении пришкольного участка.

Список литературы

1. Ашихмина Т.Я. Школьный экологический мониторинг- Москва: АГАР, 2010

2. Ганичкина О. А. Моим огородникам. – Москва: славянский дом книги, 2012.

3. Нифантьев Э.Е. Внеклассная работа по химии с использованием хроматографии. –      М.: Просвещение, 2016.

4. Рудзитис Г.Е.2009

5. Ходаков Ю.В. Общая и неорганическая химия. -  М.: Просвещение, 2010

6.Штемплер Г.И. Химия на досуге. – М.: Просвещение, 2001

7. http://www.planetseed.com/ru

П

2

1

3

риложение 1

Рис.1

5

4

5

Рис.2

Приложение 2.

Рис.1 рис.2

Рис.3 Рис.4

Рис.5 Рис.6

Рис.7 Рис.8

Приложение №3

Рис.1

Приложение №4

Рис.1

Рис.2 Рис.3

Рис.4 Рис.5

Рис.6 Рис.7

Приложение №5

Рис.1 Рис.2

Рис.3

Приложение №6

Рис.1 рис. 2

Рис.3 рис.4