VI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Механические и физические свойства почвы.

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Сафарова З.Б. 1

---

1МБОУ СОШ 2

Олейникова О.Н. 1

---

1МБОУ СОШ 2

Работа в формате PDF

2.7 MB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Вследствие разногласий Российского Правительства с представителями многих Европейских стран, председатель комитета Совета Федерации по аграрно-продовольственной политике и природопользованию заявил о необходимости увеличения сельскохозяйственных работ с целью приумножения продовольственной продукции.

Несомненно, для поднятия сельского хозяйства требуется плодородная почва. На территории Российской Федерации 38,1% земли, используемой для сельскохозяйственных угодий. Это число очень не стабильно из-за того, что с каждым годом почва вследствие неправильной обработки теряет свои свойства. Выходит, через некоторое время земля вовсе потеряет свою плодородность и на ней невозможно будет что-либо выращивать. Эту проблему можно решить с помощью агрофизики. Почва и ее плодородие составляют материальную базу и основное богатство страны. Поэтому улучшение почв и повышение плодородия – одна из важнейших народнохозяйственных задач. В решении ее весьма большое значение приобретают комплексный мониторинг, изучение и оценка тенденций изменения физических свойств почв и экосистем. Чем более высокую производительность мы стремимся получить от земли, тем более глубоким и точным должно быть наше знание почв, методов мелиорации, агротехники, агрофизики. Усилия в национальном и международном плане должны быть направлены на изучение, оценку, эффективное практическое использование и сохранение почвенного покрова планеты.

1.1 Актуальность выбранной темы

Изучив физические свойства почвы (плотность почвы, объемную массу почвы, связность, липкость), состав, влажность, кислотность и другие свойства почв, мы сможем предположить, как следует обрабатывать землю, что выгоднее выращивать и на какой почве, а так же как не дать почве потерять свои свойства. Этим вопросом я решила подробно заняться и представить свои исследования в научной работе.

1.2 Гипотеза исследования

Если существуют теоретические утверждения существования механического состава почвы, различных способов определения влажности почвы, солесодержания, кислотности, теплопроводности различных видов почв то проведенные исследования должны это подтвердить или опровергнуть.

1.3 Методы исследования

В работе я использовала различные методы и формы работы: составила план работы, изучила литературную информацию по данному вопросу, спроектировала исследовательскую работу, проанализировала результаты исследований и провела обработку результатов.

1.4 Цель

Расширить свои представления о научных основах ведения сельского хозяйства, а так же показать какую роль играет физика для грамотного ведения сельского хозяйства.

Задачи:

Выяснить, какими физическими свойствами характеризуется почва, и какие факторы влияют на её плодородие;

Определить механический состав почвы микрорайона;

Определить кислотность почвы;

Определить солесодержание в почве;

Изучить процессы, влияющие на теплопроводность и электропроводность почвы.

2.Основная часть

2.1 Информационная часть

ИНФОРМАЦИОННЫЙ ВЫПУСК «О СОСТОЯНИИ ПРИРОДНЫХ РЕСУРСОВ И ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ МОСКОВСКОЙ ОБЛАСТИ»

ГЛАВА 1. КРАТКОЕ ГЕОГРАФИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ

1.1.ОБЩЕГЕОГРАФИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ

Московская область расположена в центральной части Восточно-Европейской (Русской) равнины, где перекрещивается меридиан 38° в.д. с параллелью 56°с.ш. Вместе с Москвой область образует ядро Центрального федерального округа, которое граничит с семью областями: на севере-с Тверской и Ярославской, на востоке–с Владимирской и Рязанской, на юге–с Тульской и Калужской, на западе–со Смоленской. Площадь области составляет почти 46 тыс. км² , что соответствует 0,5% территории нашей страны. Общая протяжённость внешних границ области – около 1200 км.

1.2. ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ

Московская область отличается от многих других территорий страны «умеренностью» природных условий: зимой здесь не так часты трескучие морозы, лето обычно не столь знойное; на просторах области нет гор и бескрайних низменностей; рельеф территории определяется грядами невысоких холмов, широкими долинами рек, оврагами. Природные условия различных частей области имеют свои специфические особенности, что связано с различной историей их формирования. Большая часть области (северная и центральная) расположена в лесной зоне, и лишь крайний юг – в лесостепной.

1.2.1. Эколого-экономическое районирование.

На территории области можно выделить 8 природно-ресурсных комплексов: Верхневолжский, Клинско-Дмитровский, Смоленско-Московский, Мещерский, Шатурский, Московско-Окский, Заокский и Центральный

Центральный – (ближнее Подмосковье) ближе всего находится к г. Москве и включает в себя ряд муниципальных образований и агломераций области, в том числе городские округа: Балашиха, Химки, Домодедово; районы: Ленинский, Красногорский, Люберецкий, Мытищинский, агломерации: Домодедовскую, Ногинско-Электростальскую, Павлово-Посадскую, Пушкинскую, Раменскую, Щелковскую. Территория представляет собой значительно преобразованную природно-техногенную систему. Интенсивное промышленное воздействие при наличии большого числа предприятий, а также очень высокий уровень развития сельского хозяйства привели к истощению и деградации компонентов природной среды

(смыв почвенных горизонтов, обмеление рек, истощение подземных вод, исчезновение многих видов растительного и животного мира).

Основные экологические проблемы связаны с наличием крупных очагов техногенного загрязнения природной среды, которые распространяются в радиальном от Москвы направлении вдоль основных транспортных магистралей.

1.2.2.Эколого-бонитировочная оценка почв сельскохозяйственных угодий

Факультетом Почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова проведена бонитировочная оценка почв сельскохозяйственных угодий Московской области

Рис. 1 Картосхема бонитировочной оценки почв сельскохозяйственных угодий области(по данным ф-та Почвоведения МГУ)

Анализ указанной картосхемы выявляет преобладание для Подмосковья почв, относящихся к четвертому (31 – 40 баллов) и пятому (41 – 50 баллов) классам бонитета, что в целом соответствует проведенным ФГУ ГЦАС «Московский» исследованиям плодородия дерново-подзолистых почв Подмосковья. Корректировка (снижение) бонитировочных баллов загрязненных почв административных районов области была осуществлена посредством определения их показателя потери экологического качества (ППЭК). Определение ППЭК позволяет учесть то, насколько почвы «справляются» с выполнением своих экологических и производственных функций в агроэкосистемах. У Балашихинского, Воскресенского, Ленинского, Павлово-Посадского, Подольского, Раменского и Шатурского районов Подмосковья 2-й (низкий) уровень потери экологического качества почв, что характеризуется достаточно высоким уровнем воздействия на почвенный покров тяжелых металлов.

Таблица № 1. Уровень загрязнения почвы

1.2.3.Почвы

Почвы – не только важнейший компонент ландшафтов и природы в целом, но также важнейшее средство производства.

Экологическое состояние природной среды

Рис. 2

Б ольше всего болотных почв на севере и востоке Подмосковья, но их вкрапления встречаются и в других районах. В Мещерской низменности (Щелковский, Ногинский, Раменский, Балашихинский, Люберецкий, Павлово-Посадский, Bocкресенский, Егорьевский, Орехово-Зуевский, Шатурский, часть Луховицкого и Коломенского районов) распространены заболоченные почвы легкого механического состава, в том числе болотные и торфяные.

Рис. 3 Обобщенная почвенная карта МО

2. 2 Описание работы

Изучив информацию о экологическом состоянии региона, мне стало интересно, как обстоят дела с механическим составом почвы, солесодержанием, кислотности, плодородием в микрорайоне 1 Мая города Балашихи.

2.2.1 Механический состав почвы

При выветривании плотные горные породы превращаются в рыхлую массу, которые называются механическими элементами. Механические элементы близкие по размерам, объединяются во фракции. Совокупность механических фракций представляет механический состав почвы.

Работа 1. «Определение механического состава почвы».

Цель : определить механический состав почвы .

Оборудование: фарфоровая чашка, стеклянная пластинка, таблица, образцы почв, стакан с водой.

Ход работы: Существует сухой и мокрый способ приблизительного определения механического состава почвы.

1.Возьмем образцы почвы с микрорайона.

2.Поместим небольшое количество почвы в фарфоровую чашку и смочим водой, разомнем ее пальцами в однородную массу.

3.Определим механический состав, используя таблицу (приложение 1 и приложение 2)

Вывод: Почва №1 скатывается в шарик, который при надавливании растрескивается, значит это супесчаная.

Почва №2 скатывается в шарик быстро. При скатывании шарика образуется короткий шнур с рваными краями значит это среднесуглинистая.

Почва №3 не скатывается, так как там много перегноя, ила и древесины, что характеризует болотистую почву. В мкр.1 Мая, встречается суглинистая почва, по преобладанию той или иной крупности почвы: камни > 3мм, песок крупный 1-0,5мм, ил грубый 0,001-0,0005мм.

Суглинистые почвы: Наиболее пригодными для возделывания различных садовых и огородных культур считаются суглинистые почвы. Такие грунты являются промежуточными между песчаными и глинистыми, а потому обладают достоинствами и тех и других, а также почти не имеют недостатков.

Их основные свойства признаны оптимальными для успешного выращивания растений. Суглинистые почвы отличаются зернисто-комковатой структурой. Они состоят из пылевидных частиц и твердых фракций сравнительно крупного размера. Именно благодаря этому такой грунт достаточно легко поддается обработке. В его толще не формируются тяжелые и плотные комья. К достоинствам суглинистых почв можно отнести высокое содержание компонентов минерального происхождения и питательных элементов, количество которых постоянно увеличивается вследствие жизнедеятельности населяющих такой грунт микроорганизмов и его довольно высоких биологических качеств. Преимуществом суглинистых почв является высокий уровень водопроводимости и воздухопроницаемости. Они обладают способностью сохранять влагу, равномерно распределяя ее по всей толще горизонта, и удерживать тепло. Это, в свою очередь, обусловливает сбалансированный водный и тепловой режимы почвы указанного типа. Чтобы поддерживать нормальное состояние суглинистых почв, необходимо регулярно вносить органические удобрения (компост, навоз). Делать это лучше всего при осенней перекопке участка.

Песчаные почвы: Большую часть в составе песчаных почв занимает, как следует из названия, песок. Другими их компонентами являются фракции минерального происхождения и небольшое количество перегноя. Это так называемые легкие грунты, которые характеризуются рыхлой, сыпучей и зернистой структурой. Песчаную почву легко обрабатывать. Она не способна противостоять эрозии. Среди основных ее качеств, следует назвать повышенную водопроводимость и воздухопроницаемость. Однако песчаные грунты не сохраняют влагу. Кроме того, они быстро и сильно перегреваются днем, а ночью столь же стремительно остывают, утрачивая полученную тепловую энергию. Одним из главных недостатков такого грунта считаются низкие биологические качества и бедная популяция микроорганизмов, которым не хватает питательных компонентов и влаги. Вследствие этого неокультуренные песчаные почвы непригодны для возделывания на них садовых и огородных культур. Даже регулярное внесение органических удобрений зачастую не приводит к существенному повышению плодородия, поскольку такие вещества быстро разлагаются, а затем вымываются, переходя в лежащие ниже слои. В результате корневая система растений не получает достаточного количества питательных элементов.

Супесчаные почвы

Для таких почв характерно большинство качеств песчаных грунтов. Однако они в большей степени пригодны для обработки и выращивания культурных видов растений. Главными достоинствами супесчаников являются воздухопроницаемость, водопроводимость и способность к впитыванию и сохранению влаги. Они хорошо удерживают питательные элементы, столь необходимые для жизнеобеспечения растений и микроорганизмов.

Супесчаные почвы можно по праву назвать благоприятной средой для роста и развития корневой системы садовых и овощных культур. Они хорошо проводят кислород и обладают мощной капиллярной системой, по которой влага, воздух и минеральные вещества транспортируются к подземным частям растений.

При увлажнении вода быстро поглощается грунтом. На его поверхности после высыхания не формируется корка, препятствующая проникновению необходимых компонентов питания в нижележащие горизонты. Супесчаные почвы отличаются способностью удерживать тепловую энергию и сохранять ее в течение достаточно длительного времени.

Мероприятия по окультуриванию: для повышения плодородия супесчаных почв следует регулярно вносить торф, который способствует связыванию твердых частиц, составляющих грунт подобного качества. Нормализовать микрофлору позволит добавление навоза, минеральных веществ и компоста при весенней или осенней перекопке участка. Для достижения ожидаемого эффекта минеральные удобрения нужно использовать в небольшом количестве и достаточно часто.

Работа №2 Определение солесодержания в почве.

Цель: изучить способы определения солесодержания в почве.

Оборудование: Стеклянная пластина, образцы почв, спиртовка, бумажный фильтр, воронка, пробирки.

Ход работы (см. приложение №6)

1.В образцы грунта добавить воду и хорошо перемешать, дать отстояться.

2.Аккуратно слить отстоявшуюся воду в пробирку.

3.Отфильтровать полученную воду через фильтр.

4.Нанести профильтрованную воду на стекло и продержать над пламенем спиртовки до полного испарения жидкости.

5.Рассмотреть следы, оставленные на стекле. Сделать вывод о содержании соли в данном грунте.

Вывод: Почва №1 с большим содержанием соли, на втором месте почва под номером 3 и очень мало содержится соли в почве под №2.

Наиболее вредное влияние на солесодержание оказывают оказывают ионы Na+и СI-. Действие засоления на растительные организмы связано с двумя причинами: ухудшением водного баланса и токсическим влиянием высоких концентраций солей. Засоление приводит к созданию в почве низкого (резко отрицательного) водного потенциала, поэтому поступление воды в растение сильно затруднено. Под влиянием солей происходят нарушения ультраструктуры клеток, в частности из­менения в структуре хлоропластов

Работами Б.П. Строганова показано, что под влиянием солей в растениях нарушается азотный обмен, накапливается аммиак и другие ядовитые продуктом. Последнее приводит к накоплению ряда токсичных продуктов (Н.И. Шевякова).

Работа 3. Определение кислотности почвы

Цель: изучит способы определения кислотности почвы.

Оборудование: образцы почвы, бумажный фильтр, лакмусовая бумага, пробирки с водой.

Ход работы (см. приложение №5)

В образцы грунта добавить воду и хорошо перемешать, дать отстояться.

Слить отстоявшуюся воду в стакан.

Профильтровать воду через бумажный фильтр.

4.В пробирки опустить лакмусовую бумагу.

Вывод: мы пользовались универсальным индикатором кислотности Сравнили полученный цвет индикатора со схемой универсального индикатора и пришли к выводу:почва под №1 РН 6 (зеленоватый цвет, что характеризует нейтральную среду)

почва №2 РН 5 слабокислая бесцветная

почва №3 РН4 среднекислая с розовым оттенком

Кислотность - одно из важнейших свойств почвы. Состав почвенного раствора, в частности содержание в нем минеральных кислот и оснований, обусловливает его реакцию, которая играет существенную роль в жизни растений, в формировании урожая. Повышенная кислотность почвы отрицательно сказывается на росте и развитии растений. В условиях сильнокислой реакции ухудшается усвоение растениями питательных веществ. В почве накапливаются алюминий и ионы водорода, растения плохо развиваются. В канавах, ямах появляется ржавая окраска воды с радужной пленкой на поверхности и выпадает темно-желтый рыхлый осадок. Большинство сельскохозяйственных культур наиболее успешно развивается в условиях слабокислой, нейтральной или слабощелочной среды. К ним относятся из плодовых культур - вишня, слива, абрикос, персик; из овощных - лук, салат, огурцы, свекла, фасоль; из цветов - астра, агератум, левкой, роза, хризантема, пеларгония, примула. Некоторые растения могут успешно развиваться только при кислой реакции среды, а другие, наоборот, при щелочной. Так, для развития чайного куста наиболее благоприятна кислая среда с рН 4,0-5,0. Хорошо развиваются в кислой среде белокочанная, цветная капуста и редис. Переносят повышенную кислотность гортензия, люпин. Малина, земляника лучше растут на среднекислой почве, а вот крыжовник предпочитает слабокислую, рН 5,1-5,5.

Для снижения кислотности в почву вносят известь в виде следующих известковых удобрений: известняки - твердые осадочные породы, содержащие 75-100% углекислой извести; негашеная известь - твердая глыбистая порода, получаемая после обжига известняка, содержит до 100% извести. Доза внесения извести зависит от кислотности почвы, ее механического состава и степени насыщенности почвы основаниями. Нейтральнуюреакциюимеютчерноземныепочвы, кислую - дерново-подзолистые, болотные.

Работа 4. Сравнение теплопроводности образцов почв

Основными тепловыми свойствами почвы являются теплопоглотительная способность, теплоемкость и теплопроводность.

Теплопоглотительная способность обеспечивает поглощение почвой лучистой энергии Солнца. О способности почв поглощать лучистую энергию судят по альбедо –числу показывающему ,какую часть лучистой энергии отражает данная поверхность.

Теплоемкость - способность почвы удерживать тепло. Она измеряется количеством тепла (вДж), которое необходимо для нагревания на1°С почвы 1г (весовая теплоемкость) или 1см³ (объемная теплоемкость). Составные части почвы имеют неодинаковую теплоемкость: вода— 4,2; торф— 2,5; глина— 2,4; песок— 2,1; почвенный воздух— 0,001. Средняя теплоемкость почвы 2,1-2,5 Дж.Теплоемкость почвы зависит от ее механического состава, содержания в ней влаги и перегноя. Чем больше в почве воды, тем больше тепла требуется для ее нагревания. Песчаные почвы быстрее нагреваются, чем глинистые. Поэтому песчаные почвы считаются теплыми, а глинистые холодными. Весной легкие песчаные и супесчаные почвы можно обрабатывать значительно раньше, чем тяжелые глинистые; всходы сельскохозяйственных культур на таких почвах появляются раньше (и дружнее), чем на холодных глинистых почвах. Чем больше в почве перегноя, тем выше ее теплоемкость. Почвы структурные, рыхлые имеют теплоемкость выше, чем почвы бесструктурные, плотные.

Теплопроводность— это способность почвы проводить тепло от более нагретых слоев к более холодным. Она измеряется количеством тепла (вДж), которое проходит в1с через 1см² почвы толщиной 1см при разности температур в1°С. Теплопроводность почвы зависит от химического и механического состава, влажности, содержания воздуха, плотности и температуры. Знания тепловых свойств почвы, её теплового баланса позволяют использовать различные приемы влияющие на тепловой режим.

Оборудование : два теплоприемника, 2 открытых жидкостных манометра, кольцо из картона, образцы почв, сосуд калориметра с горячей водой.

Ход работы: на теплоприемник насыпают образцы почвы 1-2 см .На поверхность каждой почвы одновременно ставят сосуды с горячей водой , взятой в равных объемах и при одинаковой температуре. Уровни жидкости в манометрах , соединенных с теплоприемниками изменяются , что свидетельствует об изменении давления воздуха в теплоприемниках, происходящем изменении температуры воздуха за счет количества теплоты , переданного через слой почвы. По показаниям манометров судим о различной теплопроводности образцов почвы.

Вывод: Теплопроводность супесчаной больше, чем среднесуглинистой; влажной больше , чем сухой; плотной больше , чем рыхлой.

Работа 5. Электропроводность почвы.

Измерение электропроводности почвы проводится в непосредственно в почвенных образцах , приведенных к одинаковой влажности ,исключается влияние «общих» свойств почв, т.е. различий в их минералогическом составе и гумусировании, так как почвенные минералы и органические вещества являются диэлектриками и не влияют на электропроводность почвы. Электропроводность измеряется двумя методами по силе тока или по обратной величине омического сопротивления. Составляем электрическую цепь : источник постоянного тока низкого напряжения , миллиамперметр и измерительная ячейка. Делая анализ приходим к выводу , что дерново-подзолистые почвы обладают низкой электропроводностью , что говорит о низком её плодородии. Таким образом сравнительная оценка удельной электропроводности почвенных образцов свидетельствует о зависимости её эффективного плодородия почв .

3. Заключение

Эффективность и простота методов позволяют провести самостоятельно данные эксперименты. Проверить истинность, выявленных в ходе моего исследования, значений и сравнить свои выводы с теоретическими, представленными в данной работе. Выполнив данную работу, я сделала для себя много открытий, касательно физических свойств почвы. Благодаря проведению различных экспериментов, сумела еще больше развить свои исследовательские навыки, научилась лучше работать с различными источниками информации, анализировать полученные результаты и делать выводы .Показатели плодородия почвы обусловлены рядом природных и социально-экономических факторов. Урожайность зависит не только от условий естественной среды, но также проводимых агротехнических мероприятий.

На основе экспериментального исследования подтвердила, что плодородие почвы зависит: от содержания влаги;.от внесения удобрений, а эффективность удобрений зависит от физических свойств почвы, содержания в ней элементов питания влаги, а также от уровня агротехники;. от механического состава и содержания механических элементов; от содержания солей;. от кислотности; теплопроводности; электропроводности.

Степень плодородия обусловлена мероприятиями, которыми регулируется содержание в почве микроэлементов, азотистых и зольных веществ, а также позволяют оптимизировать воздушный , температурный и водный режимы

В микрорайоне 1 Мая по моим данным почва относится - по составу: к суглинистой, болотистой, средне супесчаной. По кислотности: нейтральная, среднекислая, слабокислая. По солесодержанию: средняя. По теплопроводности: теплопроводность супесчаной больше, чем среднесуглинистой; влажной больше, чем сухой; плотной больше, чем рыхлой. Людям, имеющим дачные участки, на которых они проводят посевные работы, я бы хотела посоветовать изучить свойства почвы методами, представленными мной в данной научной работе, что позволит рационально использовать земельный участок для выращивания строго определенных культур, которые лучше произрастают на данном виде почвы.

Список литературы

1. Булгаков Д.С. Концепция моделей плодородия почв с учетом почвенно-экологического районирования // Почвоведение. 1989. № 127 С. 118-124.

2. Карта состояния окружающей среды Московской области, отв. ред. В. В.Куртеев,1999.

3. Оценка экологического состояния почвенно-земельных ресурсов и окружающей природной среды Московской области/Под общей редакцией академика РАН Г.В. Добровольского, члена-корр. РАН С.А. Шобы. М.: Изд-во МГУ, 2000. -221 с.

4.Доклад. Министерство экологии и природопользовании Московской области информационный выпуск «О состоянии природных ресурсов и окружающей среды Московской области в 2012г»

5.Методическая программа. Электив 9: Физика. Химия. Биология: Конструктор элективных курсов (Метапредметных и предметно-ориентированных)

6. Почвенный покров. Его улучшение, использование и охрана”, В.А.Ковда. Издательство «Наука», Москва,1981 г.

7. Истоки плодородия”, М.И.Калинин. Издательское объединение «Вища школа», 1986 г.

8.http://www.ecorodinki.ru/moskovskaya_oblast/pochvi/

9.Диссертации о Земле http://earthpapers.net/bonitirovochnaya-otsenka-pochv-selskohozyaystvennyh-ugodiy-s-uchetom-ih-zagryaznennosti-tyazhelymi-metallami#ixzz4497bMxuI

10.Диссертации о Земле http://earthpapers.net/bonitirovochnaya-otsenka-pochv-selskohozyaystvennyh-ugodiy-s-uchetom-ih-zagryaznennosti-tyazhelymi-metallami#ixzz449850S4R

Приложение№1

Таблица 1 .Классификация механических элементов почв (проф.Н.А.Качинский)

Приложение 2

Таблица для определения механического состава почвы

Мокрый способ определения механического состава почв

Приложение 3

Определение механического состава почвы

Приложение 4

Определение механических элементов почвы

Приложение 5

О пределение кислотности почвы

Приложение 6

Определение солесодержания в почве

Приложение 7

Определение теплопроводности почвы