VI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Введение

Большое влияние на повышение плодородия почв оказывают органические удобрения, в частности, навоз. Однако в связи с уменьшением поголовья животных объемы навоза резко сократились, и остро встала проблема поиска нетрадиционных местных удобрений. Существенным резервом для производства органических удобрений являются сапропели. Осадки пресноводных озер, сапропели, содержащие в своем составе от 15 до 85% органического вещества на сухую массу, издавна привлекают внимание исследователей. В настоящее время сапропели широко не используются, так как недостаточно изучены их месторождения, условия формирования, классификация и химический состав. Запасы сапропелей вРоссии по разным источникам оцениваются от 38 до 250 млрд м^{3 [3].}

В Тарногском районе в 2017 году проведена геологоразведочная работа по оценке количественных и качественных запасов сапропеля озера Бобровое, расположенного в 5,5 км к северо-западу от районного центра с. Тарногский Городок (рис.1). По оценке экспертов, запасы озера Бобровое составляют 330 тыс. м³. Очистка от сапропелевых отложений позволит восстановить природные функции озера, а донные отложения использовать в качестве дешевого местного органоминерального сырья.

В растениеводстве и земледелии сапропель используют в качестве высокоэффективного удобрения для всех типов почв и всех видов растений. Внесение сапропеля в почву обеспечивает улучшение ее структуры, рекультивацию и воспроизводство, способствует снижению расхода воды для полива, повышает урожайность, улучшает качество выращиваемых культур, сохраняет свое полезное действие в течение пяти и более лет [ 2].

Урожайность овощей во многом зависит от рассады, поэтому улучшение её качества и сокращение продолжительности рассадного периода имеют большое значение. В этой связи изучение эффективности использования различных компонентов для почвосмесей в технологической схеме выращивания рассады актуально.

Цель работы - определение эффективности использования грунта на основе сапропеля для выращивания рассады овощных культур.

Для достижения цели были поставлены и решены следующие задачи:

1.Выяснить происхождение, классификацию, химические особенности сапропеля и его практическое значение.

2.Определить всхожесть перцев, томатов при их выращивании на почвогрунте с добавлением сапропеля.

3.Проанализировать среднюю всхожесть семян.

4.Изучить особенности роста и развития рассады перцев и томатов на почвогрунте с добавлением сапропеля.

5.Оценить влияние внесения сапропеля в грунт на вегетацию рассады.

Проблема исследования заключается в выявлении влияния сапропеля на выращивание рассады овощных культур.

Объект исследования: сапропель озера Бобровое.

Предмет исследования: изучение возможности использования сапропеля для выращивания рассады овощных культур.

Гипотеза исследования: использование грунта на основе сапропеля окажет эффективное влияние на прорастание семян и развитие рассады.

Практическая значимость исследования заключается в следующем:

1.Установлена эффективность применения грунта на основе сапропеля озера Бобровое при выращивании рассады овощных культур.

2.Выявленные особенности дают основание рекомендовать использование сапропеля при выращивании рассады овощных культур.

Методы исследования: теоретические (анализ литературы по проблеме исследования); эмпирические (наблюдение, постановка опыта, измерение); для измерения биометрических показателей (измерение различных частей растений) использовали компьютерную программу CorelDRAW; статистическая обработка данных эмпирического исследования проводилась с помощью стандартных методов математической статистики. Данные, полученные в ходе исследования, обрабатывались стандартным приложением Microsoft Office Excel 2010.

Работа состоит из введения, двух глав, заключения, списка используемой литературы, приложений. Во введении показана актуальность исследования, определены цели и задачи, объект и предмет исследования, методы исследования, обозначена проблема исследования, определена научно – практическая значимость исследования. В первой главе рассматриваются теоретические вопросы классификации, химического состава и практического применения сапропеля. Вторая глава посвящена методике опыта и результатам исследования. В заключении сделаны выводы по проблеме исследования. Список литературы составляет 12 источников. В приложениях приведены заключение по результатам испытаний сапропеля и фотоотчет по эксперименту (приложение 2).

Рис.1 Озеро Бобровое

Глава 1.Теоретические основы исследования

1.1.Сапропель, его образование, виды

Сапропель — илистые отложения пресных континентальных водоёмов, содержащие свыше 15% (по массе) органических веществ. При меньшем содержании органических веществ отложения относят к минеральным илам [9].

Благоприятные места для образования сапропелей — стоячие или застаивающиеся водоемы, т.е. озера или пруды, старицы медленно текущих рек, спокойные участки морского побережья. Он слагается из остатков микроскопически мелких растений и животных, преимущественно из планктонных организмов, свободно плавающих в воде. Вследствие недостатка кислорода разложение органических остатков идет медленно, не приводит к полному их распаду, и в течение лета, особенно осенью, отмирая, они падают на дно. Одновременно они перерабатываются мелкими животными, принимающими их в пищу. Некоторое участие в образовании этих отложений на дне водоемов принимают глинистые и песчаные частицы, а также вещества почвенного перегноя, вносимые в озера стекающими в них водами, а кроме того – торфяные частицы, если водоем окружен торфяником. Большую роль в превращении этих отложений в сапропель играют также бактерии и ферменты.

Из растительных организмов, участвующих в образовании сапропеля, на первое место нужно поставить водоросли, которые часто огромными массами развиваются в водоемах и входят существенной частью в сапропель [11]. Наряду с планктоном, большую роль в образовании органического вещества озерных сапропелей играют макрофиты (уруть, рдесты, наяда и др.), присутствующие в литорали или покрывающие всю поверхность дна неглубоких озер, тем самым превращая его в своеобразный подводный луг [3].

Остатки животных тоже очень разнообразны. Из животных планктона можно отметить коловраток, членистоногих, особенно ракообразных. Огромную роль в образовании сапропеля играют трубочник и личинки комара [11].

Внешне сапропель выглядит как желеобразная однородная масса, консистенция которой в верхних слоях приближается к сметанообразной, а в нижних слоях становится более плотной. Отложения не имеют запаха, за исключением отдельных разновидностей с запахом сероводорода. Окраска сапропеля зависит от органического вещества и минеральных примесей. Коричневая, бурая, буро-охристая окраска обусловлена гуминовыми веществами или окисным железом; зеленая, темно-оливковая — присутствием хлорофилла и кремнекислоты; розовая — присутствием каротина; серая, темно-серая — присутствием карбонатов; голубая — примесью закисного фосфорнокислого железа или марганца[10].

Известно, что органическое вещество сапропелей отличается сравнительно однородным составом, в то время как минеральная часть — разнообразным составом компонентов и суммарным содержанием (зольностью) от 5 до 85%. Классификации сапропелей, как правило, создаются с учетом содержания органического вещества и состава минеральных компонентов. Наиболее детально разработанная и чаще других применяемая классификационная схема А.П. Пидопличко предусматривает выделение семи типов сапропелей — глинистые, известковистые, кремнеземистые, смешанные, тонкодетритовые (органические), грубодетритовые, торфосапропели [6].

Глинистые сапропели характеризуются высокой зольностью, залегают обычно в нижних слоях озерных отложений, пластичные, серовато-голубоватого цвета. Нередко встречающееся в этом сапропеле сернистое железо придает ему черный цвет[11].

Известковистые (кальциевые) сапропели характеризуются зольностью выше 30% (50– 65% СаО от зольности), во влажном состоянии серовато-оливкового цвета, при высыхании превращается в малосвязанную беловато-серую массу. Эти сапропели приурочены к выходам грунтовых вод, в значительной степени обогащенных кальцием.

Кремнеземистые сапропели относятся к высокозольным отложениям — выше 30% (более 30% SiO2 и менее 10% СаО от зольности). Этот вид сапропеля образуется в условиях замкнутых котловин конечно-моренного ландшафта и, как правило, залегает на глинистом сапропеле, а над ним лежит слой органического сапропеля. Кремнеземистый сапропель серовато-оливковый, оливковый, нередко имеет прослойки, плотный.

Смешанные сапропели характеризуются высоким содержанием золы (около 70–80%). К ним относят сапропели со значительным количеством кальция и кремнезема, кремнезема и глины, глинистых частиц и кальция, наконец, всех трех компонентов одновременно при наличии органических включений. Смешанные сапропели образуются при участии планктонных организмов и большого количества примесей кальция, кремнезема и глинистых частиц. Окраска сапропелей разнообразная: сероватая, темно-оливковая, голубовато-оливковая, коричневато-серая.

Тонкодетритовые (органические) сапропели характеризуются зольностью выше 30%, окрашены в оливковый цвет, при наличии примеси гумуса появляется коричневато-оливковый оттенок. Образуются в озерах с малым поступлением минеральных веществ.

Грубодетритовые сапропели накапливается в озерах, где, помимо планктонных организмов, изобилуют высшие водные растения, остатки которых в значительном количестве сохраняются в сапропеле. Грубодетритовые сапропели малозольные, имеют темно-оливковую окраску, визуально заметные остатки растений. Залегают они обычно на толще сапропелей других видов.

Торфосапропели образуются на контакте торфяной залежи с озером или при зарастании эвтрофного водоема в мелководной зоне. Они представляют собой промежуточное образование между сапропелем и торфом; характеризуется буроватым, коричневатым или темно-коричневым цветом. Различимы остатки высших растений (тростника, осок, хвоща, вахты и др.). Характерны невысокие зольность (8–10%) и степень разложения (около 25–30%). Торфосапропели залегают небольшим пластом между торфяной залежью и сапропелем.

1.2.Химические особенности сапропеля и его практическое значение

Сапропель состоит из илового раствора, скелета и коллоидного комплекса. В иловый раствор входит вода и растворенные в ней вещества — минеральные соли, низкомолекулярные органические соединения, витамины и ферменты. Скелет сапропеля представляет собой неразложившиеся остатки растительного и животного происхождения, а коллоидный комплекс — сложные органические вещества, которые придают сапропелю желеобразную консистенцию [12]. Свойства сапропелей определяются тремя главными составляющими: вода, зольная часть (карбонаты, фосфаты, кремнезем, соединения железа и др.) и органические вещества сложного и неоднородного состава. Естественная влажность сапропелевых отложений составляет 84–96% (в среднем — 88,4%). Чем больше органического вещества в сапропеле, тем выше его влажность. Органическое вещество в сапропелях представлено битумоидами, углеводным комплексом (гемицеллюлозы и целлюлозы), гуминовыми веществами (гуминовыми кислотами, фульвокислотами), негидролизуемым остатком. Содержание органического вещества в сапропелях составляет 15–95% массы сухого вещества. Разнообразие первичных источников поступления органического вещества обусловило появление осадков с различным составом органического вещества. Гуминовые кислоты являются основной группой биологически активных веществ в сапропелях, их содержание в сапропелевых осадках изменяется в больших пределах — от 4–9 до 50–60% от органического вещества. Также в составе органического вещества найдены каротины, хлорофилл, ксантофиллы, стерины, органические кислоты, спирты, гормоноподобные вещества, ферменты, витамины группы В (В1, В2, В6, В12), С, Е, Р и другие соединения. Количество азота в сапропелях различных типов составляет 2,7–6,0% от содержания органического вещества, 25–50% азота входит в состав аминокислот сапропелей. В сапропелях содержание золы от сухого вещества колеблется в широких пределах- от 7% до 56% и зависит от типа сапропеля. В золе сапропелей содержатся макроэлементы (кальций, фосфор, калий, сера и др.) и микроэлементы (медь, цинк, марганец, кобальт, йод, бор, молибден, хром, никель, барий, титан, бериллий, серебро и др.,) [12,7].

Области применения этих органогенных осадков и продуктов их переработки очень широки. Перечислим некоторые из них. Из сапропелевых отложений производятся высококачественные органоминеральные удобрения, пригодные для всех типов почв и видов растений с целью увеличения содержания в почве гумуса, азота и микроэлементов. Сапропели повышают плодородие почвы, улучшают ее механическую структуру, снижают избыточную кислотность, увеличивают содержание в почве подвижных форм фосфора и калия.

Урожайность зерновых, овощей и корнеплодов после внесения этого натурального биостимулятора возрастает на 40–50%. Удобрения на такой основе обладают рядом преимуществ по сравнению, например, с компостами животного происхождения, поскольку не содержат семян сорных растений, не заражены болезнетворными бактериями флорой. В отличие от многих химических удобрений экологически чистый сапропель не оказывает вредного токсичного воздействия на людей и животных, а наоборот, сокращает содержание нитратов, нитритов, солей, тяжелых металлов. Благодаря замедленной растворимости биоактивных вещество обеспечивает сбалансированное питание растений всеми биогенными элементами [3].

Сапропель применяют как в чи­с­том виде, так и в виде компостов с на­во­зом, фе­ка­ли­я­ми и другими орга­ни­чес­ки­ми ве­ще­ства­ми. Как удобрение, сапропель применяют особенно на кислых и лёгких песчаных и супесчаных почвах. При упот­реб­ле­нии в чи­с­том виде ил перед вне­се­ни­ем про­вет­ри­ва­ют с пе­ре­ло­па­чи­ва­ни­ем и про­мо­ра­жи­ва­ют (что­бы со­дер­жа­щи­е­ся в нем вред­ные за­кис­ные со­еди­не­ния пре­вра­ти­лись в окис­ные). Доза под зерновые культуры 300-400 кг/сотка, под овощные, картофель и кормовые корнеплоды 60-700 кг/сотка. В дер­но­во-под­зо­ли­с­тые и пес­ча­ные по­чвы ил вно­сят в ко­ли­че­стве 3–6 кг на 1 кв.м[5].

Перспективны сапропели и для минимизации вредного влияния отходов промышленных производств на почвы. Содержащиеся в органогенных осадках гуминовые кислоты образуют прочные соединения с ионами металлов и, следовательно, служат мощным геохимическим барьером для потенциально опасных веществ.

Применяются сапропели и в виде минерально-витаминных добавок в комбикорма, а также при получении гранулированных их видов на основе травяной муки, выполняя при этом связующую роль и выступая антиокислителем биологически ценных компонентов.

Если говорить об организме человека, то сапропели и препараты на их основе положительно влияют на нервную, эндокринную, сердечно-сосудистую системы, улучшают состояние опорно-двигательного аппарата, стимулируют процессы метаболизма в печени. Присутствие в сапропелях антибиотиков и отсутствие патогенных микроорганизмов обеспечивают быстрое прекращение воспалительных процессов и хорошее излечение экзем, дерматитов, ожогов за счет усиления фагоцитарной активности лейкоцитов в крови, регенерации ткани. Успешно лечатся различные фурункулезы, хронические гастриты, язвенные болезни желудка и двенадцатиперстной кишки [3] .

Глава 2.Методика и результаты исследования

2.1.Методика опыта

Для опыта использовали сапропель озера Бобровое. Сапропель проходил этап замораживания в естественных природно–климатических условиях. Сапропель озера Бобровое по физико-химическим показателям (по содержанию азота, кальция, железа, органического вещества -45,0±0,8,рН -5,5±0,3) относится к органоглинистому типу (ГОСТ Р 54000- 2010).Химический состав сапропеля представлен в приложении 1.

При проведении исследования использовали семена перца сладкого сорта Мишка на Севере и томата сорта Примадонна. Выбор томата и перца сладкого при исследовании был определен тем, что эти овощные культуры достаточно популярны и имеют большое значение в питании населения.

Схема опыта включала два варианта: 1(контроль) – садовая земля; 2 – грунт с добавлением сапропеля. Для получения грунта смешали почву с сапропелем в соотношении 3:1. Повторность опыта трехкратная. Опыт проводился в 2018 году. Посадку овощных культур проводили в оптимальные сроки – 25 февраля (сладкий перец) и 25 марта (томаты).

Степень влияния сапропеля оценивали по всхожести семян и биометрическим показателям рассады. Всхожесть семян в процентах определяли как соотношение количества всходов к количеству высеянных семян. В процессе вегетации проводили фенологические наблюдения за ростом и развитием рассады. Наступление фаз устанавливали глазомерно. Отмечали фазы развития рассады при наличии признаков у 10% растений, а полную фазу – при наличии признаков у 75% растений. Измерения параметров рассады на стадии 2 настоящих листьев выполнялись с помощью графической программы CorelDRAW. Для этого растения вынимались из емкостей, укладывались на сканер, проводилось сканирование с сохранением размера полученного изображения. Полученные картинки переводились в программу CorelDRAW, где с помощью специальной линейки измерялись параметры растений в мм (высота растений, длина корней, длина и ширина листовой пластинки). Высоту растений перед высадкой рассады в грунт измеряли линейкой от уровня грунта до точки роста. Определили площадь листовых пластинок методом линейных измерений. Измерили длину и ширину (в наиболее широкой части) листовой пластинки. Площадь измеренных листьев рассчитали по формуле S = Д_ср.*Ш_ср.* К , где К – расчетный коэффициент.

Семена обеззараживали в 1% растворе перманганата калия и сеяли в емкости.

До всходов емкости установили в теплом месте при температуре 22- 24 ^°С и укрыли бумагой. С появлением всходов температуру снижали до 12 - 13^°С, помещая емкости на подоконник. Снижение температуры необходимо для образования крепких корней и во избежание вытягивания стебля. Для выращивания рассады растениям нужно много света, поэтому их устанавливали на подоконниках на южном окне. Полив производили один раз в 5-7 дней.

2.2.Результаты исследования и их анализ

Всхожесть семян – один из важнейших показателей качества посадочного материала, который выявляет способность семян давать за установленный срок нормальные проростки или всходы. Данные исследования показаны в таблице1.

Таблица 1

Биологическая активность грунта на основе сапропеля

№	Варианты	Количество семян	Прорастание (число суток от посева до массовых всходов)	Количество проросших семян	Всхожесть %
Перец сладкий
1	Вариант 1 (контроль)	30	8	28	93
2	Вариант 2 (грунт с сапропелем)	30	6	29	97
Томат
3	Вариант 1 (контроль)	30	8	26	87
4	Вариант 2 (грунт с сапропелем)	30	5	27	90

Анализ полученных в ходе исследований результатов свидетельствует о положительном влиянии сапропеля на сокращение сроков прорастания и всхожесть семян.

На пятый и шестой день после посева наблюдается прорастание семян томатов и перцев в варианте с сапропелем и на восьмой день - прорастание семян в контрольном варианте. Процент проросших семян в контрольном варианте составляет 93% (перец сладкий) и 87% (томаты), в варианте 2 -97% (перец сладкий) и 90% томаты.

Эффективность внесения сапропеля в грунт оценили по биометрическим показателям растений перца и томата на стадии двух настоящих листьев (результаты отражены на рис.2) и перед высадкой в теплицу (таблица 2).

Рис.2

Биометрические показатели рассады (мм)

При изучении биометрических показателей рассады на стадии двух настоящих листьев установлено, что более высокие показатели отмечаются на грунте с сапропелем. Длина побегов в среднем составляет 57 мм (перец сладкий) и 50 мм (томат), что выше контрольного варианта на 58% (перец сладкий) и 47% (томат). Длина листовой пластинки превышает контрольный вариант на 12% (перец сладкий) и 27% (томат). У экспериментальных растений ширина больше на 21-27%. Длина корней во втором варианте превышает контроль на 31% (перец сладкий) и на 7% (томат).

Таблица 2

Эффективность применения грунта на основе сапропеля при выращивании рассады перца сладкого и томата

Вариант опыта	Высота растения		Число листьев			Площадь листовой пластинки
	см	%		шт	%		см2	%
	Перец сладкий
Вариант 1 (контроль)	45	100		10	100		39	100
Вариант 2 (грунт с сапропелем)	49	109		14	140		50	128
	Томат
Вариант1 (контроль)	35	100		7	100		38	100
Вариант 2 (грунт с сапропелем)	41	117		8	114		48	126

Фенологические наблюдения за ростом и развитием растений перца и томата в период вегетации показали, что наиболее интенсивный рост и развитие наблюдается в варианте с внесением сапропеля в грунт. Высота растений перца сладкого и томата (перед высадкой) на 9 -17% превышает контрольный вариант. Содержание сапропеля в грунте увеличивает площадь листовой пластинки в среднем на 28% (перец сладкий), 26% (томат) по сравнению с контролем.

Время наступления фенологических фаз (бутонизация, цветение) у экспериментальной группы растений перца сладкого отмечалось на 4-5дней раньше, чем в контрольной группе. Стадия начала плодоношения наступила у 30% растений экспериментальной группы. В контроле растения не достигли стадии плодоношения. У томатов стадии бутонизации, цветения, плодоношения не достигла ни одна группа.

Заключение

В ходе проведенного опытао влиянии сапропеля озера Бобровое на качество рассады овощных культур (перец сладкий и томат) сделаны следующие выводы:

1.Сапропель озера Бобровое по физико-химическим показателям относится к органоглинистому типу.

2.Применение сапропеля ускоряет появление всходов рассады овощных культур на 2-3 дня и увеличивает процент проросших семян.

3.На грунте с сапропелем растения овощных культур интенсивнее растут и развиваются. Высота растений перца сладкого и томата (перед высадкой) на 9 -17% превышает контрольный вариант. Площадь листовой пластинки в среднем на 28% (перец сладкий), 26% (томат) больше по сравнению с контролем.Время наступления фенологических фаз (бутонизация, цветение) у экспериментальной группы растений перца сладкого отмечалось на 4-5дней раньше, чем в контрольной группе. Это связано с тем, что сапропель содержит широкий спектр полезных для развития растений микро- и макроэлементов, а также значительное количество органических веществ.

На основании биометрических исследований можно рекомендовать сапропель озера Бобровое использовать для внесения в грунт в качестве органоминерального удобрения.