XVII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Выявление факторов формирования дубравы на хребте Кальян территории Нязепетровского района

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Исламова Ю.С. 1

---

1МКОУ "Ситцевская СОШ", 10 класс

Макарова Наталья Михайловна 1

---

1МКОУ "Ситцевская СОШ"

Работа в формате PDF

895.1 KB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Почва – невосполнимый ресурс жизнеобеспечения на планете, именно она может выполнять протекторную роль по отношению к природной воде, к атмосфере и растительности. Почва – основа любого биогеоценоза. В почве сложным образом взаимодействуют следующие основные компоненты:минеральные частицы (песок, глина), вода, воздух; детрит – отмершее органическое вещество остатки жизнедеятельности растений и животных; множество живых организмов – от детритофагоф до редуцентов, разлагающих детрит до гумуса.

Таким образом, почва является биокосной системой, основанной на динамическом взаимодействии между минеральными компонентами, детритом, детритофагами, и почвенными организмами. Каждому типу почв соответствует определенные типы растительных сообществ. Так сосновые боры растут на легких песчаных почвах, а еловые леса предпочитают более тяжелые и богатые питательными веществами суглинистые почвы. Почва является как бы живым организмом, внутри которого протекают различные сложные процессы. Данная работа является логическим продолжением изучения формирующейся дубравы расположенной около деревни Аптряково, имеющая координаты 55 градусов 09 минут северной широты и 59 градусов 35 минут восточной долготы [1,2]. Нами была выдвинута гипотеза об уникальности данного объекта, так как на этой территории происходит активный почвообразовательный процесс за счет различных видов выветривания: физического, химического, биологического. Что способствует формированию биогеоценоза «дубрава». В этом мы видим актуальность темы.

Целью нашей работы явилось изучение физико-географического положения дубравы, особенности её произрастания, выработка задач по изучению уникального объекта и рекомендации по охране изучаемого объекта

В рамках этой цели ставились следующие задачи:

Изучить современное состояние проблемы в научной литературе

Выяснить факторы, способствующие особенности сукцессии на юго-западном склоне хребта Кальян

Провести эксперимент по анализу образцов почвы

Составить сравнительную характеристику дубравы и Шемахинской дубовой рощи

Новизна данного исследования: заключается в даче проверенных данных полученных экспериментальным путем и выработке рекомендаций по охране изучаемых объектов. Впервые были определены примерные координаты неизвестной, неизучаемой, неотмеченной ни на одной из карт формирующейся дубравы естественного происхождения. Сделана попытка объяснения факторов, влияющих на произрастания дубов на территории Нязепетровского района.

Методы исследования: анализ литературы по данной теме (9), морфологическое описание почвенных монолитов (7), проведение эксперимента по анализу образцов, полевые экспедиции в район исследований.

Практическая значимость: На примере почвенных образцов различных участков дубовых насаждений мы можем делать выводы о влиянии почв на формировании биогеоценоза. Работа имеет большое практическое значение, так как направлена на создание новой особо охраняемой природной территории Нязепетровского района Челябинской области, относящейся к Ботаническим памятникам природы.

Основная часть

2.1 Физико-морфологический анализ почвы

В Челябинской области дубрав единицы наиболее известной является Шемахинская дубовая роща – охраняемый ботанический памятник природы Нязепетровского района. Находится в 19 квартале Шемахинского лесничества. Уникальный участок дубовых насаждений в возрасте 70-200 лет естественного происхождения имеет научное значение. Предполагают, что это остаток мясогутовской (башкирской) лесостепи. Таким образом почвы на данной территории должны в корне отличаться от почвы нашей дубравы, кроме этого для исследований мы возьмем контрольный образец почвы типичного березового леса горно-заводской зоны. Рельеф нашего района сформировался под влиянием горообразовательных процессов в уральских горах (герцинская складчатость), около 250 миллионов лет назад. Основные породы осадочные, обломочные – песчаник. В палеогеновое и неогеновое время на месте Урала существовала система пологих поднятий, реки текли в субмеридиональном направлении. В конце неогена все они приобрели современную ориентировку. Песчаники и их элювий почвообразуют главным образом по склонам коренного берега реки. Элювий песчаников – продукт выветривания горных каменноугольных пород, отлагающихся на месте своего первоначального образования. Песчаники в Нязепетровском районе возникли в разное время. Одни из них более древние и имеют розовый оттенок (например, под дубравой около д. Аптряково), другие более молодые – желто-оранжевого цвета (в Шемахинской дубовой роще). Материнским породам принадлежит большая роль в почвообразовании, поскольку их состав и свойства определяют условия произрастания растений. Почва отличается от породы не только плодородием, но и морфологическими признаками. Наиболее важным морфологическим признаком почвы является ее строение, то есть закономерное изменение почвенной толщи сверху в низ, На первый взгляд напоминающая слоистость. Эта псевдослоистость обусловлена разделение почвенной толщи на генетические горизонты, составляющие почвенный профиль. Генетические горизонты обособляются постепенно в процессе формирования почвы. Принцип расчленения почвенной толщи на генетические горизонты был установлен В.В. Докучаевым, им же введены буквенные обозначения для генетических горизонтов. В различных типах почв типы горизонтов отличаются друг от друга.

Отбор и подготовка образцов к анализу:почвенные образцы первоначально просушивались, отбирались от корешков и новообразований, тщательно просевались через мелкое сито. Исследования химического анализа почвы проводись на базе школы: использована цифровая лаборатория «Архимед» при определении кислотности почвы и проведен качественный анализ ее вытяжки. Анализы почвенных образцов были выполнены следующими методами: Определение гумуса в почве по методике института почвоведения имени В.В. Докучаева(9), кислотность методом рн – метрии и с использованием набора Н.И. Алямовского, содержание хлоридов методом титрометрии и сульфатов с помощью мутномера [5], определение органического вещества по методике А.Г. Муравьева (5)

Данные эксперимента. Объектом исследования стали почвенные образцы различных горизонтов почвенных монолитов взятых в трех точках Нязепетровского района. Кроме этого, была определена засоленность почв и сделан качественный анализ на анионы (результаты эксперимента см. приложение 5, 8). Для удобства сравнения обозначим формирующуюся дубраву в районе Аптряково - Д1, Дубовую рощу – Д2, а почву из березового леса КО (контрольный образец). В почве Д1 не было обнаружено карбонатов. Не обнаружили мы карбонаты и в почвообразующей породе. Методом раскатывания шнура мы определили, что почва суглинистая. В механическом составе наблюдаются камни, хрящи, песок, пыль, присутствуют обломки горных пород. На глубине 40см встречаются мелкообломочные и тонкодисперсные частицы от 1мм и менее 0,001мм. На почвенном монолите хорошо прослеживались горизонты [2]. Монолит позволяет представлять почвы, как предмет исследования и как объект хозяйственного воздействия в максимально приближенном к условиям естественного залегания в виде. В нашем случае монолит получился укороченным Его размеры 40х20х15 см. На глубине 45см - выход скальной породы – песчаника. Песчаник – кварц полевошпатовый, на глубине 40 см имеет черные включения формой куба (кристаллы пирита), по краю горной породы интенсивная окраска означает присутствие железа. Порода крепкая, на глубине 20 см песчаник имеет включения слюду, мусковит, в цементе глинистый материал, охры гидроокислов железа, особенно по внешней стороне. Черные вкрапления – дендриты марганца. В слое А₁ тот же песчаник имеет темно- бурый цвет обусловленный присутствием гидроокислов железа. В этом же слое активно действуют бактерии гетеротрофы, они проводят грандиозный процесс разрушения мертвого органического вещества, ежегодно поступающего в почву. Они же освобождают химические элементы, прочно связанные в составе органических остатков. Тип засоления почвы хлоридно-сульфатный. В Д2 – обнаружены известковые образования, совсем не много обломков песчаника на глубине 30 см. отсутствовали обломочные породы в горизонтах А₀; А₁. В горизонтах А₂ и В обломочные породы менее 1 см карбонатного происхождения. Изучив свойства монолитов исследуемых почв, мы выявили особенности их строения и состава: Все почвенные горизонты исследуемых монолитов имеют разную мощность. Прослеживаются все слои. На объектах Д1 и К горизонт А₂ больше А₁. Это дерново-подзолистые почвы, причем почва К ближе к серным лесным, хотя по содержанию гумуса почва Д1 более богата чем К [6,7,8].Почвы Д2 – оподзоленные черноземы. Они более богаты питательными веществами. Высота почвенного монолита 60-70 см. Почвы под этой рощей доказывают, что когда-то на этом месте простиралась степь (11). Наличие во всех слоях обломочных горных пород в Д1 и К. Однако в Д1 – это песчаники и их производные, а в К встречается известняки, кварц, слюда и большое количество марганцевых вкраплений.Почвы имеют низкую кислотность. Тип засоленности для Д1 хлоридно-сульфатный, для Д2 и К – смешанный.

2.2 Химический анализ

В процессе почвообразования происходит закономерное перераспределение химических элементов. При этом часть элементов распределяется сравнительно равномерно в почвенной массе каждого генетического горизонта; другая часть образует соединения, имеющие тенденции к обособлению. Морфологически хорошо сформированные четко обособленные от почвенной массы минералы, возникшие в процессе гипергенеза и почвообразования, носят названия новообразований.

Конкретные новообразования приурочены к определенным видам почв. Изучение новообразований в почвах Нязепетровского района позволяет понять процессы, совершающиеся в современных почвах. Объективно судить о характере погребенных почв можно главным образом на основании изучения реликтовых образований. Особенности минерального состава отложений обуславливают их химический состав, так как при выветривании разрушаются все породообразующие минералы за исключением кварца, то в плейстоценовых отложениях кремния содержится больше чем в исходных горных породах. Разрушение силикатов сопровождается окислением закисного железа в окисное. Присутствие железа было обнаружено на объектах Д1 и К. Причем размеры новообразований различны в Д1 марганцевые и железные вкрапления в материнской породе, в К1 это крупные обломки изъетые кислотами почвы, последних карбонатных отложений. В Д2 все обломочные породы не имели красных и черных оттенков, визуально эти новообразования обнаружены не были. Чтобы характеристика почв была более полной, я провела химический анализ всех образцов. Исследования по изучению химического состава почв проводились на базе школы; использована цифровая лаборатория Архимед, набор Н.И. Алямовского при определении кислотности почвы и проведен качественный анализ ее вытяжки. Анализы почвенных образцов были выполнены следующими методами: кислотность методом рН-метрии; качественный анализ титрометрическим способом; содержание органического вещества по методике А.Г. Муравьева; количественный анализ засоленности почвы

2.3 Анализ воздействия почвообразующей породы на развитие дубравы

Проанализировав результаты химического анализа, изучив морфологию почвы, мы вновь обратились к научным работам экологов и почвоведов [3,4,9,10].Что же кормит наш дуб? Почвенный горизонт небольшой(Д1), гумусовый – 1-2 см, А1 -2-10см. Почвообразующим минералом является песчаник. Песчаники произошли из залежей песка, образовавшегося при выветривании горных пород и впоследствии окаменевшего в сплошную массу вследствие связывания его зёрен каким-либо природным цементирующим веществом, осаждавшимся в промежутках между песчинками при фильтрации воды сквозь песчаные слои. Цементирующими веществами служат глинистый материал, оксиды железа, карбонаты кальция и кремнезем. В зависимости от цвета цемента песчаники имеют белую, серую, бурую, розовую, красную и даже зелёную окраску. Песчаные частицы обычно хорошо окатаны и состоят преимущественно из кварца. Строение песчаников слоистое. Песчаник является осадочной породой обломочного, механического происхождения. Песчаники и их элювий почвообразуют главным образом по склонам коренного берега реки. Элювий песчаников- продукт выветривания гонных каменноугольных пород, отлагавшихся на месте своего первоначального образования. Более крупные оседают выше по склону, наиболее мелкие- у подножья склонов. Протяжённость и крутизна склонов оказывает на степень проявления водной и ветровой эрозии. Увеличение длины склона вызывает возрастание массы воды, поступающей к нижней части склона, в связи с чем увеличивается разрушительная энергия потока Ветровая эрозия возникает при любой форме рельефа, ветер разносит продукты разрушения в различном направлении и даже вверх по склону. В дубраве(д1) склон западный с наветренной стороны. Разрушение горных пород усиливается горным выветриванием. При переходе жидкого в твёрдое состояние вода разрушает горные породы до обломков. Физическое выветривание под воздействием солнечных лучей приводит к расширению и сжатию составных частей горных пород. Средняя температура января, характерная для нашей местности =-16⁰, минимальные температуры достигают -40⁰ и ниж, температура июля +16⁰, максимальная свыше +32⁰ осадков до 500мм. Тип климата умеренно-континентальный, способствующий произрастанию дуба. Температурный и водный режим способствует активному разрушению горных пород. Химическое выветривание выражается в разрушении и изменение горных пород под влиянием химического воздействия на них газов, солей и органических кислот, содержащихся в воде. При этом происходят такие явления, как растворение, окисление, гидратация, гидролиз и другие. Это приводит к частичному или полному преобразованию исходных горных пород и возникновению совершенно новых минералов горных пород. Практически в воде растворяются все минералы, но степень растворимости разных минералов естественно неодинакова. В почве верхних слоев присутствует хлорид - анионы и сульфат - анионы. Первые растворимы лучше, чем вторые. Цементирующими веществами служат глинистый материал, оксиды железа и кремнезём. Наш песчаник имеет розоватую окраску. Снаружи более темную, чем внутри. Это указывает на активный почвообразовательный процесс. Чем выше расположены обломки этой породы в монолите, тем темнее и легче. Налицо химическое выветривание. В почве верхних слоев присутствую хлорид – анионы и сульфат - анионы. Мы уверенны, что песчаник, как почвообразующая порода имеет в своем составе сульфаты кальция, которые легко разрушаются, поэтому на глубине 40см обломки песчаника нам встречаются 5 см, на глубине 19 см – 2-3 см, под гумусовым слоем – лесной подстилкой – 5 мм. Преобразование исходных горных пород приводит к возникновению совершенно новых минералов и увеличение богатство почвенного слоя. Проанализировав образцы почв взятых в дубраве около деревни Аптряково, в Шемахинской дубовой роще и в березовом лесу расположенном около деревни Ситцева мы пришли к выводу, что охраняемая дубовая роща – это остаток месогутовской лесостепи. Это доказывают морфологическое описание почвы и химический анализ, который подтверждает, что почвы в дубовой роще – оподзоленные черноземы.

Дубрава около д.Аптряково формируется на западном делювиальном слое, определенной, характерной для данной местности коре выветривания. При взаимодействии всех факторов, в том числе и высоких перепадов давления и температурного режима, нередко при избыточном увлажнении и ураганных ветрах. Уникальность данного объекта состоит в том, что в таких неблагоприятных климатических условиях, казалось бы, на очень каменистом щебенистом слое формируется вторичный лес, где дубы занимают доминирующее положение, вытесняя березу и осину.

Почвы березового леса более бедные по содержанию гумуса и химических элементов, поэтому дубы на этой почве не приживаются. Попытки лесников и местных жителей вырастить дубы в питомнике или в своих подворьях не увенчались успехом.

Выводы

Проанализировав образцы почв, взятых в дубраве около деревни Аптряково, в Шемахинской дубовой роще и в березовом лесу расположенном около деревни Ситцева мы пришли к выводу, что охраняемая дубовая роща – это остаток мясогутовской лесостепи. Это доказывают морфологическое описание почвы и химический анализ, который подтверждает, что почвы в дубовой роще – оподзоленные черноземы.

Дубрава около д.Аптряково формируется на западном делювиальном слое, определенной, характерной для данной местности коре выветривания. При взаимодействия всех факторов, в том числе и высоких перепадов давления и температурного режима, нередко при избыточном увлажнении и ураганных ветрах. Уникальность данной дубравы состоит в том, что в таких неблагоприятных климатических условиях, казалось бы на очень каменистом щебенистом слое, дубы растут и размножаются.

Почвы березового леса более бедные по содержанию гумуса и химических элементов поэтому дубы на этой почве не приживаются. Попытки лесников и местных жителей вырастить дубы в питомнике или в своих подворьях не увенчались успехом.

Заключение

В результате исследования дубравы около деревни Аптряково, Шемахинской дубовой рощи и березового леса было сделано полное морфологическое описание почвенных монолитов. Проведен анализ почвенных образцов и изучено влияние микроорганизмов на почвенный процесс. Мы познакомились с литературой по геологии и почвоведению, провели новые экспедиции в дубраву и дубовую рощу и пришли к следующим выводам:

1)И дубраву и дубовую рощу надо охранять

2)Основным фактором, влияющим на формирование дубравы на скалистых участкаххребта является активный почвообразовательный процесс за счет различных видов выветривания: физического, химического, биологического. На территории Шемахинской дубовой рощи преобладает физическое и биологическое выветривание.

В березовом лесу идет активный процесс разрушения плейстоценовых карбонатных отложений. Почвы на территории Нязепетровского района на склонах хребтов и возвышенностей – дерново-подзолистые, а не серые лесные.

Почвы в Шемахинской дубраве – черноземы, отголосок далекого прошлого.

Список используемой литературы

В.А. Бакунин, В.Н. Варонцов и др. Особо охраняемые природные территории Челябинской области. Южно-уральское книжное издательство Челябинск 1993г.-стр. 43,48,83.

В.Ф. Гайсина. Особенности формирования биогеоценоза «Дубрава» на западном склоне хребта Кальян территории Нязепетровского района/Сборник научных докладов лауреатов//Научные труды молодых исследователей программы «Шаг в будущее»- М.:НТА «АПФН»,2012.-т.15-стр.94-96

А.И Левит. Южный Урал. Южно-уральское книжное издательство Челябинск 2001г.-стр. 64,213,225.

М.А. Андреева, А.С. Маркова. География Челябинской области Южно-уральское книжное издательство Челябинск 2002г.-стр. 256, р.5, стр. 288 ,р. 17.

Е.В. Аринушкина. Руководство по химическому анализу почв. Издательство Московского университета. Москва 1970г.-стр.130,387-421.

А.Г.Муравьев, В.Н.Лаврова, Н.А.Пугал. Экологический практикум. Издательство «Крисма+» 2003г. -стр64,96-98.

Методика изучения почвенного профиля nsmelaya.narod.ru/ecopraktika.htm

Методика взятии почвенного монолита soilmuseum.narod.ru/fond/metodika.htm · 87 КБ

Сборник сообщений, докладов, рефератов. Издательство «Трион». Санкт-Петербург 2002г.-стр.267.

В.В. Добровольский. География почв с основами почвоведения. Москва «Просвещение» 1976г.-стр. 8,11,42-47,59,61.

Н.Я. Логинов, А.Г. Воскресенский, И.С. Солодкин. Аналитическая химия. Издание 2 переработанное. Москва «Просвещение» 1979г.

Южноуральская панорама событий и достижений. Книга для чтения по краеведению. «АБРИС» 2006г.

Приложение №2 Оценка кислотности почвы

Приложение №3 Относительное богатство испытанных образцов гумусом

Приложение №4 Степень засоленности почвы

Таблица 5 Определение анионов (качественный анализ)

Приложение 5. Сравнительная характеристика дубрав Нязепетровского района