XXVI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Определение водородного показателя почв различными методами

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Коберман Е.С. 1

---

1МАОУ "ООШ №28"

Полевая И.И. 1

---

1МАОУ "ООШ №28"

Работа в формате PDF

1.1 MB

Автор работы награжден дипломом победителя I степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

В природе всё стремится к гармонии. Человек тоже предпочитает видеть вокруг себя островки природы, но красиво оформленные и ухоженные. Глядя в окно на территорию, расположенную за школой, возникает желание её облагородить, навести порядок. Что необходимо для этого? Конечно, проект ландшафтного дизайна. Но первоначально нужно изучить почвы, где мы планируем что-либо посадить.

Какие характеристики почвы являются важнейшими для реализации наших замыслов? Очень важно перед началом работ и покупкой растений оценить качество почвы на участке, где решено разбить клумбу или цветник, миксбордер и т. д. Цветущие растения делятся не только на одно– и многолетники, прежде всего они делятся на группы цветов, которые могут расти только при определенном типе почвы и уровне кислотности. Поэтому перед тем, как купить понравившийся цветок, необходимо узнать, какой тип почвы и уровень кислотности ему нужен, после чего провести небольшие исследования на участке. Эта проблема и стала отправной точкой для нашей исследовательской работы.

Мы предположили (гипотеза), что наиболее точно установить кислотность почвы можно, если использовать разные подходы к её определению, поэтому цель работы: научиться определять кислотность почвы различными доступными способами и выявить наиболее точный из них. Таким образом, объектом исследования является водородный показатель почв пришкольного участка на всей его территории, пригодной под посадку растений, а предметом – различные методики его определения.

Для реализации цели необходимо было решить задачи:

1. Изучить и проанализировать литературные источники по теме работы;

2. Подобрать доступные методики для определения рН почв пришкольного участка.

3. Провести исследования по выбранным методикам

4. Составить почвенную картограмму для реализации дальнейших проектов ландшафтного дизайна.

При выполнении работы мы использовали различные методы исследования: 1)биоиндикацию; 2) эксперимент; 3) картографический метод; 4) анализ; 5) синтез, 6) обобщение.

В литературе этот вопрос имеет достаточно большой теоретический фундамент, различные источники предлагают большой спектр методик, но малая погрешность определения водородного показателя не всегда гарантирована.

1. Основная теоретическая часть. Обзор литературных источников.

1. 1. Что такое кислотность почвы.

Кислотность почвы (pH) — важный агрохимический показатель плодородия почвы, который характеризует её способность проявлять (нейтрализовать) свойства кислот и отвечающий за её пригодность для выращивания тех или иных культур.

pH показывает концентрацию ионов водорода, определяющих кислотно-щелочной баланс грунта. Измеряется в единицах от 0 до 14:

pH от 0 до 6,9 — среда кислая (преобладают кислоты);

pH от 7,1 до 14 — среда щелочная (преобладают щелочи);

pH= 7,0 — среда нейтральная (кислоты и щелочи нейтрализуют друг друга). [10]

1. 2. Зачем нужно знать кислотность почвы

Водородный показатель (pH) почв играет важную роль в жизни растений, влияя на доступность питательных веществ и способность растений усваивать их.

Некоторые последствия кислотной или щелочной среды для растений:

1. Замедляется или увеличивается всасывание разных элементов. Это приводит к дефициту разнообразных питательных веществ.

2. Ухудшаются условия для роста и развития корневой системы.

3. Нарушается белковый и углеводный обмен, что негативно сказывается на образовании и развитии плодов.

4. Повышается уровень токсичности некоторых химических веществ. В чрезмерно кислых почвах железо, цинк, медь, марганец становятся опасными для растений.

5. Практически не выживают микроорганизмы. В кислой среде не живут дождевые черви, здесь вяло проходят важные процессы — нитрификации и азотфикации.

6. Водород в чрезмерно кислых грунтах быстро вытесняет кальций, а это повлияет на структуру почвы и возможность поглощать воду. [9]

1.3 Способы определения кислотности почв.

1.3.1 Биоиндикационный.

Определить водородный показатель почв можно по видам сорняков на участке, которые произрастают на почвах с предпочитаемой кислотностью, так называемые индикаторы кислотности.[1]

Растения-биоиндикаторы, определяющие кислотность почв

Таблица 1

Примечания:

ацидофилы – растения кислых почв;

нейтрофилы – обитатели нейтральных почв;

базифилы – растения щелочных почв.

1.3.2 Приборный метод

Наиболее точные показатели в "полевых условиях" дают специализированные приборы – pH-метры. Обычно они представляют собой корпус, оснащенный экраном (аналоговым или электронным) и измерительным стержнем, который при погружении во влажную рыхлую почву передает на экран показатели pH.

Самые точные данные можно получить путем лабораторного анализа: образцы почвы отдают для исследования специалистам, которые с помощью высокоточных приборов в идеальных условиях определяют кислотность. Из-за высокой стоимости прибегают к этому способу редко, да это и не нужно – показаний бытовых pH-метров достаточно.

1.3.3 Индикационные химические методики

Лакмусовая бумага.

Это несколько бумажных полосок, пропитанных специальным раствором-реагентом. Полоски меняют окраску в зависимости от кислотности среды, в которую их погружают. На упаковке, как правило, напечатана таблица с соответствием цвета и показателя pH[5].

Листья смородины, черемухи или вишни.

Несколько листьев нужно бросить в ёмкость и залить крутым кипятком. Когда раствор остынет, в него бросают небольшое количество грунта с участка, который нужно проверить. Раствор меняет цвет в зависимости от кислотности почвы: красный — почва кислая, синий — слабокислая, зелёный — нейтральная.

1. 4. Как управлять кислотностью почвы?

Для регулирования pH почвы используются следующие подходы:

• Известкование (добавление доломитовой муки или известняка) помогает снизить кислотность, повышая pH.

• Кислотные добавки (например, сульфат алюминия или элементарная сера) применяются для снижения щелочности.

• Органические вещества, такие как торф или перегной, могут смягчить колебания pH, улучшая структуру и микробиологическую активность почвы.

Важно учитывать, что любые изменения pH происходят постепенно, и для поддержания стабильного уровня кислотности необходимо проводить регулярный мониторинг.

2. Выполняем исследование

Биоиндикационный метод позволяет рассчитать величину кислотности по дикорастущим на участке сорнякам. Сравнить результаты этого метода можно. Используя приборный анализ и измерение кислотности почв с помощью химических индикаторов жидких и нанесённых на тест полоски. В домашних условиях используют другие способы (свекольный сок, отвар смородинового листа и различные окрашенные растворы соков из растительного сырья, являющиеся природными индикаторами)

Для проверки кислотности почв биоиндикационным методом мы воспользовались данными таблицы Раменского и методики по определению кислотности почв из пособия Ашихминой, сравнили с показателями рН-метра, а также включили в своё исследование бытовой способ. Используя сухие концентраты свекольного и смородинового соков

2.1 Разделение пришкольной территории на элементарные участки

Вся территория пришкольного участка (кроме спортивной площадки) с помощью метровой линейки была разделена на квадраты для забора проб и исследования дикорастущей флоры. В среднем каждый квадрат составлял 100 м². Было обследовано 20 элементарных участков (рисунок 1)

2.2Биоиндикация элементарных участков пришкольной территории с помощью дикорастущей флоры

1. Для определения видового состава растений был использован гербарий (приложение 8), созданный для работы предварительно в период их цветения и программа электронного определителя видов травянистых растений.

2. На каждом элементарном участке был создан список всех представителей.

3. Для всех видов определена предпочтительная кислотность.

4. Сделаны выводы о показателях рН на элементарных участках.

2. 3. 1. Определение водородного показателя с помощью рН-метра

1. На участках произвели замеры в 5 ти точках методом конверта по схеме

2. Определили среднее значение кислотности.

3. Сравнили результаты с показателями, полученными методом биоиндикации.

2. 3. 1. Исследование значений кислотности почв с помощью химических индикаторов

1. На участках взяли пробы почв методом конверта. Все пробы «конверта» перемешали, поместили в мешки, подписали участки.

2. Почвы размяли, убрали камни, остатки корней и побегов растений и просеяли.

3. По каждому образцу сделали навеску 10 г и засыпали в химические стаканчики.

4. Навески почв залили дистиллированной водой объёмом 50 мл и добавили 10 мл 1 М раствора хлорида калия (KCl) , оставили на сутки.

5. Почвенные растворы профильтровали.

6. Для определения кислотности использовали индикатор из набора «Агрохимик»

7. На стекло капали 3 капли почвенного раствора и добавляли каплю индикатора. После перемешивали стеклянной палочкой.

8. Результат реакции сравнивали с эталонной шкалой индикатора по цвету.

9. Для сравнения использовали показатели взаимодействия с универсальным индикатором (тест-полоски индикаторной бумаги).

2. 3. Обсуждение результатов исследования.

      1. Анализ результатов по определению кислотности почв биоиндикационным методом

Обобщённые результаты по определению кислотности почв биоиндикационным методом

Таблица 2

№ участка	Интервал разбега показателей кислотности	Доминирующие виды	Примерный показатель кислотности
1	4,5 – 6,0	Герань лесная Мятлик луговой Тимофеевка луговая Звездчатка средняя	4,5 – 5,0
2	5,0 – 6,5	Горошек мышиный Одуванчик лекарственный Мятлик луговой	4,5 – 5,0
3	4,5 – 6,0	Звездчатка средняя Мятлик луговой	5,0 – 6,0
4	4,5 - 6,0	Овсянница луговая Мятлик луговой Горец змеиный	5,0 – 6,0
5	5,0 – 6,0	Герань гибридная Мятлик луговой	5,0 – 6,0
6	5,0 – 6,0	Овсянница луговая Герань лесная	5,0 – 6,0
7	5,0 – 6,5	Тимофеевка луговая Мятлик луговой	5,0 – 6,0
8	6,0 – 7,0	Клевер ползучий Мятлик луговой Герань луговая	6,0 – 7,0
9	5,0 – 7,0	Клевер ползучий Клевер луговой	5,5 – 6.5
10	5,0 – 6,5	Звездчатка средняя Мятлик луговой Одуванчик лекарственный	5,0 – 6,0
11	6,5 – 7,5	Клевер ползучий Клевер луговой	6,5
12	6,0 – 7,0	Мятлик луговой Тысячелистник обыкновенный Клевер ползучий	6,0 – 7,0
13	6,5 – 7,5	Подмаренник мягкий Льнянка обыкновенная Мятлик луговой	7,0
14	6,5 – 7,5	Подмаренник мягкий Мятлик луговой	7,0
15	6,5 – 7,5	Герань луговая Мятлик луговой	7,0
16	6,5 – 7,5	Герань луговая Мятлик луговой	7,0
17	6,5 – 7,5	Подмаренник мягкий Тысячелистник обыкновенный	7,5
18	6,5 – 7,5	Подмаренник мягкий Лисохвост луговой	7,5
19	6,5 – 7,5	Герань луговая Мятлик луговой	7,0
20	6,5 – 7,5	Тысячелистник обыкновенный	7,0

Выводы:

2. 3. 1. 1. Биоиндикационный метод достаточно трудоёмок в определении кислотности почв ввиду большого видового разнообразия дикорастущей флоры

         2. Некоторые растений могут произрастать в широком интервале водородного показателя (рН).

         3. Установить кислотность методом биоиндикации можно лишь примерные.

         4. Более кислыми оказались почвы элементарных участков пришкольной территории, расположенных у фасада школы, нейтральными и близким к нейтральным оказались почвы за зданием. Наиболее кислыми являются почвы у забора школы, приближенные к автомобильной трассе.

      2. Измерения водородного показателя почв рН -метром.

П о показателям измерения была составлена столбцовая диаграмма

Выводы: В результате использования рН метра на всех элементарных участках были определены конкретные показатели кислотности.

1. Удалось обнаружить 3 участка с повышенной кислотностью почв (1-3) (рН = 4,5), 3 участка со слабокислой средой (рН = 5,0), 6 участков со средой близкой к нейтральной (рН = 6,0), 3 участка со слабощелочной почвой (рН = 8,0)

2. 3. 3. Результаты проверки кислотности с помощью химических индикаторов

Проведение эксперимента с помощью тест-полосок универсального индикатора и с помощью набора «Агрохимик» (Приложение 2)

Проведение измерений с помощью сухих концентратов для приготовления напитков на основе сырья из свёклы и чёрной смородины. (бытовой способ)

Выводы:

1. Измерения почвенных растворов показало, что 1-6 участки (рН = 5,0 – 5,5) и 7 (рН = 5,5) участок имеют кислую и слабокислую среду, 8 участок (рН = 6,0) , 13,15,17 и 19 (рН = 7,0) ( – нейтральную или бликую к нейтральной среду, 11, 14,16,18 и 20 слабощелочную (рН = 7,5 – 8,0)

2. Подтвердились результаты предыдущих исследований относительно повышением кислотности почв при приближении к автотрассе.

3. Бытовой способ менее информативен, результаты мало наглядны.

2. 3. 4. Обобщение результатов.

Сводная таблица результатов

Таблица 3

№ уч.	Результаты биоиндикации	Показания рН- метра	Измерения индикатором Агрохимик	Значение Тест-инд. полоски	Обобщённое значение
1	4,5 – 5,0	4,5	5,0	5,0	5,0
2	4,5 – 5,0	4,5	5,0	5,0	5,0
3	5,0 – 6,0	4,5	5,5	5,0	5,0
4	5,0 – 6,0	5,0	5,5	6,0	5,5
5	5,0 – 6,0	5,0	5,5	6,0	5,5
6	5,0 – 6,0	5,0	5,5	6,0	5,5
7	5,0 – 6,0	6,0	5,5	6,0	5,5
8	6,0 – 7,0	7,0	6,5	6,0	6,5
9	5,5 – 6.5	6,0	6,0	6,0	6,0
10	5,0 – 6,0	6,0	6,0	6,0	6,0
11	6,5	7,0	8,0	7,0	7,5
12	6,0 – 7,0	7,0	7,0	7,0	7,0
13	7,0	7,0	7,0	7,0	7,0
14	7,0	8,0	8,0	8,0	8,0
15	7,0	7,0	7,0	8,0	7,0
16	7,0	8,0	8,0	7,0	7,5
17	7,5	7,0	7,0	7,0	7,0
18	7,5	8,0	8,0	8,0	8,0
19	7,0	7,0	7,0	7,0	7,0
20	7,0	8,0	8,0	8,0	8,0

2. 3. 5. Составление схемы-картограммы кислотности почв.[11]

Составили схему-картограмму кислотности почв по методике Сударкиной А.А. (Приложение 1)

Для этого было необходимо.

1. Нанести контуры почвенных участков взятия смешанных образцов почвы.

2. На эскизе указывают значения рН, полученные в результате исследования.

3. Когда все результаты анализов обследуемой площади будут перенесены на план землепользования, то элементарные участки с одинаковыми значениями рН в пределах одной группы закрашивают одним цветом. (Приложение).

Заключение

Для определения водородного показателя почв пришкольного участка мы использовали целый комплекс доступных нам методик, которые могут быть в арсенале начинающего исследователя: биоиндикационный, приборный и химический анализ и сделали следующие выводы:

1. Садоводы могут для установления кислотности почв на своём участке использовать биоиндикационный метод, но лишь в том случае, когда явно прослеживается доминирование отдельных видов. В нашем исследовании это было сделать достаточно сложно, потому что разнообразие диких видов нередко мешало точно установить уровень кислотности на отдельных элементарных участках.

2. Выбирая приборный метод, необходимо подробно познакомиться с техническими характеристиками рН-метра. Наш прибор проявил себя хорошо. Благодаря ему нам удалось скоординировать результаты различных измерений.

3. Химические тест системы также довольно точно способны оценить уровень кислотности почв, особенно специализированные, например «Агрохимик».

4. Подручные индикаторы, полученные из растительного сырья, не дают точной картины измерений. Они позволяют установить только показатели почв сильно закисленных или защелаченных.

5. Наши почвы имели разную кислотность, расположенные ближе к дороге имели более высокие показатели кислотности, расположенные за зданием нейтральную, слабокислую или слабощелочную реакцию среды.

6. Большинство почв слабокислые или кислые, поэтому при подборе растений для посадки требуется учитывать этот фактор.

7. В одородный показатель почв на элементарных участках пришкольной территории имеет показатели от 5,0 до 8,0

8. Учитывая проведённые исследования, мы создали почвенную картограмму, которая может быть использована для ландшафтной работы на участке пришкольной территории

Список литературы

1. Ашихмина Т.Я. Экологический мониторинг: УМП. – М.: «Академический проект», 2006. // https:// djvu.online/file/aTvQKU7rOEEbt?ysclid=lyfdwso..

2. Биология 9 класс. Проектная деятельность./Сост. В.И.Цыбасова. – Волгоград:ИТД «Корифей». – 96 с.

3. Булохов А.Д. Экологическая оценка среды методами фитоиндикации. Брянск, 1996.

4. Корнелл Дж. Давайте наслаждаться природой вместе с детьми: настольная книга по восприятию природы для учителей и родителей. Пер. с англ. Владивосток: ИСАР – Дальний Восток, 1999.

5. Методики полевых экологических исследований (отв. за выпуск Калинина Г.Н.) Кострома, 1997.

6. Муравьёв, А.Г. Оценка экологического состояния почвы: Практическое руководство. Муравьёв. А.Г., Каррыев Б.Б., Лянлзберг А.Р. /под ред. к.х.н. А.Г. Муравьёва.-СПб.: Крисмас+, 2015г.

7. Просто замечательная выставка! – М.: ЭкоЦентр “Заповедники”, 1999.

8. Сударкина А.А. и др. Химия в сельском хозяйстве (Основы агрохимии): Учеб. Пособие по факультатив. Курсу для учащихся 9 кл. сред. Шк. /А.А. Сударкина, И.И. Евсеева, А.Н. Орлова. – 4-е изд., перераб.- М.: Просвещение, 2023 -144 стр.

9. Что такое рН? [Электронный ресурс].URL: http://svetisad.ru/poleznaya_informaciya/article_post/chto-takoe-ph (дата обращения: 10.09.2024).

10. Энциклопедия для детей. Том 17. Химия\ Глав. ред. В. Володин; вед. науч. ред. И. Леенсон. – М.: Аванта+, 2015. – 640 с.

Приложение

Приложение 1

Приложение 2

Исследование кислотности почв с помощью набора «Агрохимик»