XXIV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Влияние рН среды на рост растений

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Полехов Р.О. 1

---

1МАОУ СОШ N 25

Зимина Л.В. 1

---

1МАОУ СОШ N 25

Работа в формате PDF

1.4 MB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

ВВЕДЕНИЕ

Почва является для растений основной средой обитания. Корни растений находятся постоянно в почве, и поэтому свойства почвенного раствора оказывает большое влияние на рост и развитие растения. На плодородие почв влияют механический состав почвы и кислотность

Актуальность работы: здоровая, плодородная почва имеет основополагающее значение для успешного производства сельскохозяйственных культур. Сегодня от аграриев требуют выращивать больше растений с меньшего количества земли, чтобы прокормить растущее население планеты. Это может быть достигнуто только за счет повышения урожайности и улучшения качества продукции растениеводства. Этому мешает основная агрохимическая проблема – повышение кислотности почвы.

Цель работы: изучить состав почвы, её свойства и влияние кислотности почвы на рост растений.

Задачи:

- изучить литературу о рH показателе;

- узнать о методах определения величины рH;

- определить экспериментально величину рH почвенной вытяжки;

- провести опыт по выращиванию растений в разной по кислотности почве;

- проанализировать результаты проведенного исследования.

Объект исследования: почва, растения горох и кукуруза.

Предмет исследования: процесс роста растений в разных почвенных средах.

Методы исследования:анализ литературных источников по данной теме, систематизация и обобщение теоретического материала, опытно-кспериментальный метод, наблюдение, анализ полученных материалов.

По вопросу влияния кислотности почвы на рост растений были рассмотрены статьи в журналах «Юный ученый» за 2016г. и «Старт в науке» за 2019г. Так же использовалась учебная литература под авторством Мануйлова А. В., Середина В.П., Габриеляна О. С., Пасечника В. В.

Понятие рН ввел датский химик Сёрен Петер Лауриц Сёренсен в 1909 г. Водородный показатель достаточно изучен, т. к. он является важной характеристикой среды, в которой протекает химическая реакция и определяет кислотно-щелочной баланс.

В данном исследовании задачи были сформулированы научным руководителем работы, который оказывал консультативное содействие и осуществлял проверку результатов в процессе выполнения работы. Автору работы принадлежат аналитические результаты, разработка методов исследования, алгоритм проведения эксперимента и интерпретация результатов.

Новизна работы: исследование влияния кислотности почвы на всхожесть семян и рост растений гороха и кукурузы в условиях городской квартиры.

1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1. Состав почвы

Среда обитания (среда жизни) – это часть природы, которая окружает живой организм и с которой он взаимодействует. Выделяют четыре основные среды жизни, отличающиеся друг от друга по свойствам и условиям обитания.

Почва – это природное образование, представляющее собой сложную смесь минеральных, органических и органоминеральных веществ. Почва представляет собой верхний тонкий слой поверхности суши, переработанный деятельностью живых организмов. Главное свойство почвы – плодородие. Плодородие – это способность почвы обеспечивать растения необходимым набором и количеством питательных веществ, водой, воздухом. Его повышает особое вещество почвы – гумус (от лат. гумус – земля, почва)[4].

Состав почвы: минеральные вещества; гумус (перегной); животные и растения; почвенная влага; почвенный воздух.

На плодородие, рост и развитие растений сильное влияние оказывает такая характеристика, как кислотность.

1.2. Кислотность почвы

Почва представляет собой сложную кислотно-основную систему. В её состав входят разнообразные компоненты, которые при взаимодействии с водой проявляют свойства кислот, оснований и амфотерных соединений. Кислотность рассматривают, как способность почвы проявлять свойства кислот, а щелочность – как свойства оснований. Почвенная кислотность имеет прямую зависимость от присутствия в субстрате ионов водорода, а также алюминия, который окисляется субстратом. Если преобладают ионы водорода – почва кислая, если ионы гидроксида – щелочная [6].

Латинские буквы рН, сопровождающие показание кислотности, - аббревиатура, которая расшифровывается как pondus hidrogenii (вес водорода).

Показатель рН ввёл датский химик Сёрен Петер Лауриц Сёренсен (1868-1939) в 1909 году.

Водородный показатель определяется как отрицательный десятичный логарифм концентрации водородных ионов, выраженный в молях на литр:

(

Принято измерять уровень рН по 14-цифровой шкале.

pH от 0 до 6,9 - среда кислая.

pH от 7,1 до 14 - среда щелочная.

pH = 7 - среда нейтральная.

Рисунок 1. Эталонная шкала рН

Из этого следует, что чем больше pH, тем меньше кислотность почвы, тем более щелочность почвы. Чаще всего pH почвы колеблется в диапазоне 3,5-8,5.

1.3. Классификация почв по химическому составу

В зависимости от величины рН почва может быть кислой, нейтральной и щелочной. При рН = 4 и менее – сильнокислая; рН = 6 - слабокислая; рН = 7 – нейтральная; рН = 8 и более – щелочная.

Таблица 1

Степень кислотности почв

Многолетний опыт земледелия подтверждает, что чаще растения легче всего усваивают питательные вещества, находящиеся в почве с показателем рН 6,5-7,0 единиц. РН почвы = 7,0 принято считать нейтральным. Все показатели ниже 7,0 считаются кислыми и чем ниже цифровое обозначение, тем выше кислотность. Как и кислотность, на биологические процессы в растениях влияет и щелочность, обусловленная щелочными элементами, содержащимися в почве. Щелочность отражается в рН значениях выше 7,0 единиц [3].

1.4. Влияние рН на развитие и рост растений

От кислотно-основных свойств зависит рост и развитие растений. Но не менее важен и тот факт, что кислотность и щелочность в той или иной мере обуславливают многие другие свойства почв, влияя на подвижность химических элементов в почвах и их доступность растениям.

Катиоонобменная способность почв обуславливает направление почвенных процессов и играет важную роль в корневом питании растений. Поэтому содержание обменных катионов в почве, а также их состав и общая емкость поглощения считаются важным химическим и физическим показателями почвы [6].

Рисунок 2. График усвояемости растениями элементов в зависимости от кислотности почвы.

Кислотность почвы влияет на растворимость, доступность и усвоение растениями питательных веществ. Так, на среднекислых почвах более доступны и лучше усваиваются некоторыми растениями фосфор, железо, марганец, цинк, бор и другие элементы. Если кислотность повысить (рН = 3,5-4,0), то вместо ещё большего усвоения элементов питания будут наблюдаться торможение роста корней и активности их работы, растения заболевают от недостатка необходимых питательных веществ [6].

Щелочная среда так же значительно влияет на многие биологические процессы. Щелочность препятствует усвоению некоторых нужных растениям макро и микроэлементов. Растениям становятся недоступными фосфор, магний, бор и цинк. [3].

Большинство культурных и диких растений предпочитают слабокислые и нейтральные почвы. Но если грунт сильнокислый или щелочной, выращивать даже самые неприхотливые растения на нем будет сложно. Поэтому перед посадкой рекомендуется заранее определить pH профессиональными или народными методами.

1.5. Способы определения величины рН

Наиболее точные данные можно получить, сдав образцы почвы на химический анализ. Если такой возможности нет, примерно можно определить уровень кислотности такими способами:

- используя индикаторы;

- провести измерение pH-метром (кислотомером);

- определить самостоятельно по растениям индикаторам.

Качественно оценить кислотность среды можно с помощью индикаторов. Индикаторы – специальные вещества, которые используют для определения кислоты или основания. Дело в том, что в кислой или щелочной среде индикаторы меняют цвет. Цвета различных индикаторов в растворах кислот и щелочей приведены на рисунке 4. С их помощью определяют кислотность или щелочность раствора[1].

Рисунок 3. Окраска индикаторов в различных средах

Достичь большей точности позволяет применение универсального индикатора. Универсальный индикатор – это смесь различных веществ, которые изменяют окраску в разных интервалах рН. Реагенты подобраны так, что при изменении кислотности цвет раствора постепенно переходит от красного (малинового) к синему (фиолетовому) через желтый и зелёный [5].

Рисунок 4. Универсальный индикатор

Самый точный метод определения рН – использование рН-метра. Этот прибор позволяет измерить концентрацию ионов водорода в воде с точностью до сотых. РН-метр – это прибор, который измеряет разность потенциалов – электродвижущую силу (ЭДС) в электрохимической системе, состоящей из двух электродов и среды между ними. ЭЛС пропорциональна величине рН, а сам прибор представляет собой вольтметр, шкала которого проградуирована в значениях рН. РН-метры используют в производстве для точной количественной характеристики рН среды [7].

Определение кислотности по растениям-индикаторам – один из народных методов. Надо просто посмотреть, какие сорняки растут у вас на участке.

Если огород зарастает одуванчиками, ромашками, папоротниками, клевером, мать-и-мачехой – значит почва кислая. Если участок облюбовал зеленый мох – почва сильнокислая. Об этом так же говорит присутствие конского щавеля, мяты и трехцветной фиалки. Самый хороший прогноз на нейтральный состав даёт наличие крапивы, лебеды, мокрицы, пастушьей сумки [3].

2. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1. Подготовка к проведению эксперимента

Условия проведения эксперимента:

1. Температура воздуха 23-25С;

2. Освещение с прямым попаданием солнечных лучей;

3. Влажность воздуха 40-45%.

Сроки проведения эксперимента: с 01.10. 2024г. По 01.11.2024 г.

Материалы:

1. Стакан для рассады – 6шт.

2. Тест-система «Агрохимик».

3. Грунт универсальный 5л.

4. Семена гороха – 20шт

5. Семена кукурузы – 20шт.

6. Вещества, изменяющие уровень рН в почве (пищевая сода, лимонная кислота).

7. Вода для полива.

8. Измерительная линейка.

9. Стакан одноразовый 0,5л – 3шт.

10. Стакан одноразовый 0,2л – 3шт.

11. Чашка Петри – 6шт.

2.2. Методика проведения эксперимента

Эксперимент проводился в домашних условиях при постоянной температуре воздуха и уровне влажности. Для обеспечения чистоты эксперимента все стаканы с семенами растений находились в одинаковых условиях. Также важным условием было одинаковое количество воды.

Ход работы:

Шаг 1: Проращивание семян. За два дня до посадки семена гороха и кукурузы были помещены во влажную среду (чашки Петри).

Шаг 2. Подготовка грунта. Первый стаканчик оставили без изменений, Во второй стакан добавили лимонную кислоту (1 ч. л. на 1 л грунта). В третий стакан добавили пищевой соды (2 ст. л. на 1 л грунта).

Шаг 3. Определение уровня рН грунта с помощью тест-системы «Агрохимик». (Приложение1) Данные занесли в таблицу 2.

Шаг 4. Посадка семян. В каждый стакан положили 3 шт. проросших семян.

Все горшочки для удобства и соблюдения чистоты эксперимента были обозначены определенным номером (№1 – нейтральная среда, №2 – кислая среда, №3 – щелочная среда).

Шаг 5. Наблюдали, когда прорастут семена, визуально определяли изменения, происходящие с ростками и почвой.(Приложения 2)(Приложение 3) Все наблюдения фиксировали в журнал. (Таблица 5)

Шаг 6. Измерение и взвешивание ростков. На 30 день эксперимента измерили высоту ростков и корней гороха и кукурузы(Таблица 3), взвесили их, данные занесли в таблицу. (Таблица 4)

Шаг 7. Проанализировали все полученные данные, сделали выводы.

Таблица 2

Результаты определения величины рН в почвенной вытяжке

Таблица 3

Размеры ростков гороха и кукурузы

Таблица 4. Масса гороха и кукурузы.

Таблица 5

Дневник наблюдения

2.3. Результаты эксперимента

В результате проведенного эксперимента мною были получены следующие данные:

1. Первые всходы появились в стаканах №1 с нейтральной средой: горох – на третий день, кукуруза – на шестой день;

2. На восьмой день эксперимента проросли семена в стаканах №2 с кислой средой: горох – два из трех, кукуруза – два из трех;

3. На восьмой день эксперимента проростков в нейтральной среде стало три у гороха и три у кукурузы.

4. В стакане №3 с высоким содержанием щелочи у гороха ростки так и не появились. Извлеченные из земли семена потемнели и замерли в развитии.

5. В стакане №3 у кукурузы проросли из трёх семян два, но к концу эксперимента они погибли.

6. По окончанию эксперимента наиболее интенсивный рост побегов, согласно таблице 2, отмечен стаканах №1 с нейтральной средой.

7. Произошли изменения во внешнем виде почве, в зависимости от рН-фактора: в горшках с щелочной средой появился черный налет; в горшках с кислотной средой – белый налет.

8. Выявлено, что лабораторная всхожесть семян так же зависит от рН-фактора почвы и в нейтральной почве процент всхожести выше.

9. Установлено влияние рН среды на длину стебля и размер листьев. В кислой среде внешний облик и строение корней меняются.

ВЫВОДЫ

1. Из литературных источников мы выяснили, что рН фактор – важный фактор, определяющий условие жизнедеятельности растений. Это свойство обусловлено определенной концентрацией водородных ионов в почве.

2. Мы узнали, что кислотность почвы можно определить в домашних условиях с помощью тест-системы «Агрохимик».

3. В ходе эксперимента мы вырастили семена гороха и кукурузы в домашних условиях в разной по кислотности почве. В нейтральной среде выросли крепкие и здоровые растения, в кислой среде растения отставали в развитии, а в щелочной – погибли.

4. В результате мы пришли к выводу, что для нормального роста растениям нужна нейтральная среда и при несоответствии кислотности почвы у растений нарушается нормальный процесс питания.

Полученные выводы подтверждают выдвинутую гипотезу и позволяют утверждать, что перед посадкой растений надо обязательно измерять рН почвы.

СПИСОК ИСТОЧНИКОВ

1. Габриелян, О. С. Химия. 8 класс: учеб. Для общеобразоват. Учреждений/О. С. Габриелян. – 2 изд., стереотип. – М.: Дрофа,2019. – 284 с.

2. Майнулов, А. В., Родионов В.И. Основы химии. Интернет-учебник. URL: https://hemi.nsu.ru/ (дата обращения 20.09.2024)

3. Мандурова, В. В. Кислотность почвы. Как определить и раскислять // www.botanichka.ru — URL: https://www.botanichka.ru/article/kislotnost-pochvyi-kak-opredelit-i-raskislit/ (дата обращения 22. 09.2024)

4. Пасечник, В. В. Биология. 5 класс: учеб. Для общеобраз. Учреждений/ В. В. Пасечник, С. В. Суматохин, З. Г. Гапонюк, Г. Г. Швецов. – М.: Просвещение, 2023. – 160с.

5. Романцева, П. А. Привет, это мы — индикаторы / П. А. Романцева, Л. В. Давыденко. — Текст : непосредственный // Юный ученый. — 2020. — № 4 (34). — С. 79-81. — URL: https://moluch.ru/young/archive/34/2023/ (дата обращения: 11.09.2024)

6. Середин, В.П. Показатели и методы оценки кислотно-основных и катионообменных свойств почв: учеб. Пособие/В.В. Середин, В. З. Спирина. – Томск: ТГУ, 2009. – 130с

7. Что такое рН метр и как его использовать URL: https://rusautomation.ru/articles/chto-takoe-ph-metr-i-kak-ego-ispolzovat/ (дата обращения 23.09.2024)

Приложение 1

Определение кислотности грунта.

Рисунок 5. Приготовление почвенной водяной вытяжки.

Рисунок 6. Фильтрование почвенной вытяжки.

Рисунок 7. Сравнение образцов с эталонной шкалой.

Приложение 2

Ф отоотчет. Выращивание гороха.

04.10.2024 г.

18.10.2024 г.

01.11.2024 г.

01.11.2024 г.

18.10.2024 г.

06.10.2024 г.

Приложение 3

Фотоотчет. Выращивание кукурузы.