VII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

ЧУДО ЛАБОРАТОРИЯ под ногами

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Егоров Д.Г. 1

---

1МОБУ СОШ №7 г. Сочи

Тарасова М.И. 1

---

1МОБУ СОШ №7 г. Сочи

Работа в формате PDF

2.9 MB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

I. Введение

«Четвертое царство». Что это? Я натолкнулся на это определение при изучении, на первый взгляд, обыденной и вполне «земной» темы – земли или почвы. Того, по чему мы ходим, на чем растут растения, на что мы в своей повседневной жизни особо не обращаем внимания. Возникают вопросы: почему почвы поставлены в один ряд с растениями и животными и названы царством? Что в них такого необычного? Почему почвы везде разные? И почему только на почвах растут растения? Однажды задумавшись над этими вопросами, я стал обращать внимание на почвы в разных местах, мне стало интересно, почему на одном месте растут одни растения, в другом же – их нет и в помине. Помимо этого, нельзя не вспомнить и почтительное отношение наших предков: земля-матушка, земля-кормилица, всех кормит, поит, одевает и своим теплом согревает. Все это и определило направление работы для моего исследования.

Объектом исследования была выбрана почва, точнее различные почвенные образцы.

Цель работы - определить, в чем заключается исключительность почвы и почему ее можно назвать ЧУДО лабораторией.

Основные задачи исследования:

Отобрать и проанализировать разные виды почвенных образцов;

Опытным путем определить состав и некоторые физические свойства отобранных почвенных образцов;

Научиться характеризовать и называть почвы исходя из их состава и места распространения;

Исходя из полученных данных, сделать прогноз о плодородии почв;

Экспериментальным путем проверить самое главное свойство почвы – плодородие.

Данным исследованием хотелось бы доказать гипотезу: любую почву можно сделать плодородной путем внесения удобрений.

В ходе исследования были использованы такие методы, как:

Работа с литературными и интернет источниками;

Анализ собранной информации;

Метод измерения – определение количественных значений тех или иных свойств изучаемых почвенных образцов;

Эксперимент – наблюдение в специально создаваемых и контролируемых условиях.

II. Основная часть

2.1. Разграничение понятий «земля» и «почва».

Прежде чем приступить к экспериментальной части исследования, необходимо определить несколько основополагающих вопросов. И первый из них: что такое почва? Почва является одним из наиболее важных планетарных феноменов. Её существование обусловлено тесным взаимодействием биосферы и литосферы при участии водной и воздушной сред. Без существования почв на поверхности Земли была бы невозможна растительная жизнь, а, следовательно – жизнь животных и человека [1, с.2].Во многих источниках понятия почва и земля употребляются в качестве синонимов, но для проводимого исследования важно разграничить эти понятия. И вот почему. Понятие «земля» — это наиболее широкое, имеющее несколько значений слово. Это и планета, на которой мы живем, это и территория, не занятая водой, это и верхний слой литосферы. Когда же мы говорим о почве, мы точно говорим только о поверхностном слое земной коры (литосферы), который ОБЛАДАЕТ СВОЙСТВОМ ПЛОДОРОДИЯ, т.е. способностью обеспечивать растения питательными веществами. Почва – это, пожалуй, одна из самых сложных естественных лабораторий, где постоянно идут физико-химические процессы, биохимические реакции и превращения. И первым высказал догадку о том, что почва – это уникальное, самобытное тело природы, подобное растениям и минералам, наш ученый Василий Васильевич Докучаев. Именно он назвал почву «четвертым царством природы». И именно он является основателем целой науки – почвоведения. Это наука о почве, ее строении, составе, свойствах и географическом распространении. Эта наука на данный момент быстро превращается из науки описательной в науку прикладную [3, с.4].

2.2. Факторы и процесс почвообразования

Почвы Земли начали образовываться тогда, когда первые растительные организмы вышли из океана на сушу и поселились в рыхлых породах. С тех пор в течение миллионов лет идет непрерывный процесс образования почвы. Почвообразовательный процесс – это переход горной породы в новое состояние – почву под влиянием факторов внешней среды. Вначале скальные горные породы в результате выветривания переходят из массивного состояния в раздробленное. При этом породы приобретают рыхлость, пористость, водо- и воздухопроницаемость, влагоемкость. Почвообразовательный процесс начинается тогда, когда на горных породах поселяются зеленые растения и микроорганизмы. Корни растений пронизывают горные породы. Они извлекают из горных пород необходимые для их роста и развития элементы питания, а сами в свою очередь в процессе фотосинтеза образуют углеводы. После отмирания растений их остатки (корни, стебли, листья) откладываются в верхних слоях земной поверхности и в результате деятельности почвенных микроорганизмов преобразовываются в органические и минеральные вещества [3, с.11]. На поверхности образуется сложное специфическое темноокрашенное органическое вещество – ГУМУС. Гумус – это перегной, образовавшийся в результате переработки микроорганизмами отмерших частей растений. Гумус образуется ТОЛЬКО В ПОЧВАХ. Нет почв без гумуса. И именно он является основной кладовой питательных веществ для растений. Чем больше процент содержания гумуса в почве, тем она плодороднее. Хотя процесс формирования почвенного покрова и одинаков, в тоже время исходным материалом для образования каждого типа почвы являются различные виды наземной растительности и различные элементы материнской породы. В.В. Докучаев сформулировал положение о пяти факторах — почвообразователях — климате, материнской породе, растительности, рельефе и возрасте страны, зная характер которых для той или иной местности, «легко предсказать, каковы будут там и почвы» [3, с. 5]. Так, например, в степных зонах с сухим климатом и травянистой растительностью тысячелетиями образовывались почвы совершенно отличные по своим свойствам, составу и качеству от почв, например, образовывавшихся в наших лесах с субтропическим климатом и большим количеством годовых осадков. Или, например, под хвойными лесами никогда не сформируется чернозем, так как он образуется под воздействием степной травянистой растительности.

2.3. Визуальный анализ отобранных для исследования почвенных образцов.

Для проведения исследования были отобраны различные образцы почв, а именно:

Образец №1. Почва под хвойным лесом в Воронежской области;

Образец №2. Чернозем из Воронежской области, «отдохнувший» несколько лет от возделывания;

Образец №3. Чернозем из Воронежской области, который активно возделывается;

Образец №4. Придорожная городская земля;

Образец №5. Грунт с морского побережья;

Образец №6. Глиняные слои речного грунта;

Образец №7. Речной грунт;

Образец №8. Почва лиственного леса в районе Мацесты.

Вначале анализа собранных почвенных образцов был проведен их визуальный осмотр, взвешены одинаковые объемы (спичечный коробок) каждого образца. Каждый тип почв характеризуется своими морфологическими признаками. Это внешние признаки, позволяющие отличать почвы друг от друга, а также от горных пород, приблизительно судить о их происхождении [1, с. 2]. К внешним признакам относятся: окраска и цвет почвы, структура почвы, ее сложение [2, с. 4-5]. Окраска почвы зависит от природных условий, в которых образовывалась почва, от ее химического состава, то есть наличия в ней гумуса, соединений железа, алюминия, марганца и других химических элементов. Окраска отобранных почвенных образцов была определена с помощью треугольника С.А. Захарова.

По окраске можно определить и содержание самого ценного вещества для плодородия – гумуса. Гумус имеет темно-коричневый цвет и количество его в почве придает дополнительную окраску. Чем больше гумуса содержится, тем темнее цвет почвы. В зависимости от этого и производится их классификация на малогумусные, умеренногумусные, среднегумусные, гумусные. Далее почвенные образцы были проанализированы на предмет их структуры. Структура почвы – это совокупность отдельных комков или агрегатов. Частицы почвы могут склеиваться между собой, образовывать структурные комочки – агрегаты, не размываемые водой. Почва с большим количеством агрегатов называется структурной. В структурной почве создается и поддерживается лучший воздушно-водный режим. Бесструктурными почвами называются такие, в которых отдельные механические элементы (песок, пыль) не связаны между собой [1, с. 4]. И еще один признак, который можно определить при внешнем осмотре – это сложение почвы. Это внешнее выражение плотности и пористости почвы. Оно бывает: очень плотное, плотное, плотноватое, рыхлое, рассыпчатое [2, с. 5]. Все результаты внешнего осмотра были занесены в журнал.

2.4. Определение основных свойств исследуемых почвенных образцов опытным путем.

2.4.1. Механический состав почвенных образцов.

После внешнего осмотра был определен механический (гранулометрический) состав почвенных образцов. Механический состав почвы – это относительное содержание и соотношение в почве частиц различного размера, для удобства их делят на три группы: песок, ил, глина. В зависимости от содержания и соотношения данных частиц, устанавливается и разновидность почвы по механическому составу. Механический состав почвы влияет на ее водные свойства и питательный режим, который почва может обеспечить растениям. Лучшими являются почвы средне- и легкосуглинистые. В них создаются наиболее благоприятные условия для растений в отношении водного, воздушного и питательного режимов [2, с.7]. Механический состав образцов определялся двумя способами. Первый — это полевой метод: «мокрый» по Н.А. Качинскому. Для этого каждый образец смачивается водой и раскатывается сначала в шар, а потом, если позволяет почва, то и в жгут. Как видно из фотографии (Приложение 5.1. Первый - «мокрый» способ определения механического состава почвенных образцов) результаты по каждому из исследуемых образцов были разные: это были и песчаный тип почвы, и супесчаный, и легкий суглинок, и суглинок, и глина.

Второй способ – это определение процентного содержания песка, глины и ила в каждом образце. Для этого одинаковый объем почвенных образцов заливается водой, размешивается и оставляются в покое для оседания почвенных частиц. Первыми, в течение 1-2 минут оседают частицы песка, были сделаны соответствующие метки на пробирках, затем, в течение 2-3 часов оседают частицы ила, и, наконец последними оседают частицы глины, но на это потребовалось три дня. По окончании опыта было высчитано процентное содержание каждого элемента и полученные данные отображены на треугольнике Ферре [6]. Место пересечения данных в треугольнике показывает вид почвы по механическому составу. Как можно видеть из журнала, данные, полученные этими двумя способами, сошлись (Приложение 5.2. Второй способ определения механического состава почвенных образцов).

По итогам внешнего визуального осмотра и с учетом места взятия грунта [7], были сделаны выводы о типах и основных характеристиках представленных образцов. Выводы представлены в таблице:

Проанализировав полученные данные, отраженные в таблице, я сделал предварительный вывод о том, что наиболее плодородными будут образцы под номерами 2, 3, 6, 8.

2.4.2. Влагоемкость и водопроницаемость исследуемых образцов

Влагоемкостью почвы называется способность почвы поглощать и удерживать в себе определенное количество воды. Высокой влагоемкость обладают лесная подстилка и почва, наименьшей – суглинистые и глинистые почвы. Оптимальной для растений считается влагоемкость в пределах 50%. Этот показатель у исследуемых образцов был определен опытным путем. Для этого в цилиндр с сетчатым дном, предварительно взвешенным, наполняется почвой, снова взвешивается, а затем погружается в воду, чтобы она пропитала весь образец, и снова взвешивается. После этого производятся расчеты по формуле:

А = 100 (с - в) / (в - а)

где: А – влагоемкость почвы, %; а – масса пустого цилиндра, г; в – масса цилиндра с почвой до погружения в воду, г; с – масса цилиндра с почвой после насыщения водой, г.

Водопроницаемость почвы – это, наоборот, способность почвы проводить воду из верхних слоев в нижние. При поступлении воды в почву сначала происходит поглощение ее верхними слоями и прохождение от одного слоя к другому, ненасыщенному водой. Потом, когда все почвенные поры полностью наполнятся водой, начинается ее фильтрация, то есть процеживание, через всю толщу почвы. Водопроницаемость лесных почв выше, чем полевых [8]. Для растений наиболее оптимальной будет средний показатель водопроницаемости. Чрезмерно высокая водопроницаемость приводит к быстрому выводу воды за пределы плодородного слоя грунта, а наоборот, чрезмерно низкая может привести к застаиванию воды на поверхности почвы, к стокам ее по склонам, смывам и размывам почвы. Для определения водопроницаемости почвенных образцов необходима трубка с сетчатым дном, она наполняется почвой (в проведенном опыте – 11 см) и вливается вода, при этом засекается время, когда вода пройдет через весь слой почвы и упадет первая капля [4].

Результаты этих двух опытов были занесены в журнал (Приложение 5.3. Определение влагоемкости и водопроницаемости), а, чтобы было нагляднее видно, какие почвенные образцы имеют наиболее оптимальные водные свойства, были составлены диаграммы.

Как видно из диаграмм наиболее оптимальной для роста растений влагоемкостью обладают образцы №2, 3, 8, а водопроницаемостью - №2, 3.

Сопоставив ранее полученные данные внешнего осмотра почвенных образцов с данными, полученными опытным путем, я пришел к выводу, что самыми благоприятными для растений являются образцы №2 и №3, так же стоит отметить и образцы под номерами 8, 6 и 1. Образцы под номерами 4, 5 и 7 по своим свойствам наименее подходящие для произрастания на них растений.

2.5. Эксперимент.

После исследования исходных данных всех отобранных почвенных образцов, был проведен эксперимент для подтверждения выдвинутой гипотезы: любую почву можно сделать плодородной. Для высаживания были выбраны семена пшеницы. Из каждого образца почвы было сделано по три пробы: первый стаканчик — это просто собранный грунт; во второй стаканчик – на дно положил очистки картофеля. Разлагаясь, очистки будут выделять азот и углекислый газ. Азот идет на образование белка, а углекислый газ создает парниковый эффект. Третий стаканчик поливался жидким органическим удобрением – искусственно созданным гумусом. Все почвенные пробы были засеяны предварительно подготовленными для выращивания семенами пшеницы и поставлены на окно. Таким образом, световой и воздушный режимы были одинаковые для всех, различия были только в почве. Уже на первый день после посадки в образцах №2 и 3 пшеница хорошо пустила корни и дала первые росточки. Также корневая система начала формироваться и в образцах под номерами 8, 7, 5. В четвертом образце наблюдалось слабое формирование корней. Различия в образцах, обычных и дополнительно удобренных гумусом на этом этапе не было. Первые ростки появились сначала в образцах 2 и 3 (утром 13 ноября), причем во всех: в обычном и в удобренном грунте. Вечером появились росточки и в других образцах, однако же не во всех: здесь четко можно было проследить закономерность: ростки появились только во вторых и третьих стаканчиках, то есть удобренных, причем всхожесть в почвах удобренных гумусом была больше. В четвертом образце, взятом у дороги, ростки появились только в удобренном гумусом стаканчике. В образце под номером 6 ростки появились вдоль стенки, там, где появлялись трещины в почвенном слое, так как в основном все пространство было закрыто плотным слоем глинистой почвы, сквозь которую растениям было трудно прорасти. Такая же тенденция сохранилась и на 14 ноября – отсутствие ростков в образцах 4.1.; 6.1. – и большая всхожесть во всех образцах под номерами 2 и 3. Через несколько дней результаты по всхожести немного выравнялись, то есть ростки уже появились во всех образцах, однако же по росту и количеству проросших зерен сохранилась та же тенденция – образцы за номерами 2 и 3 показывали стабильно высокий и хороший процент всхожести, в остальных образцах заметно лучшие результаты наблюдались в образцах, удобренных гумусом. В образцах 4, 6, 7 всхожесть была самой низкой (Приложение 5. Эксперимент). Таким образом, по окончании эксперимента были сделаны следующие выводы:

Почвы, изначально богатые гумусом и имеющие оптимальную структуру, механический состав, физические свойства являются плодородными и показывают большую урожайность и без добавления в них дополнительных удобрений. В моем случае это были два образца с черноземом, который недаром В.В. Докучаев назвал эталоном среди всех видов почв;

Плодородность почв, обедненных гумусом, можно улучшить за счет внесения органических удобрений, причем эффективнее внесение готового органического удобрения – гумуса, но в домашних условиях можно использовать растительный перегной из отходов от растений, например, кожура от картофеля или лука;

Для некоторых почв недостаточно только внесения удобрений для улучшения их плодородных свойств, необходимо улучшение или изменение ее механического состава и структуры. В моем эксперименте это были образцы с желтоземно-глеевой и песчаными почвами. Первой необходимо изменение ее структуры: дополнительное постоянное рыхление, вторым – внесение в почву большего количества частиц физической глины.

III. Заключение

Сделанные выводы показывают, что выдвинутая в начале исследования гипотеза: любую почву можно сделать плодородной путем внесения удобрений - верна лишь частично. На плодородие оказывает влияние еще и ее структура, и ее механический состав.

Вся проделанная работа в ходе исследования заставила меня задуматься над тем, как мы, к сожалению, большей частью очень бездумно относимся к тому, что дает нам природа, забывая, что все природные ресурсы не бесконечны. Почва – это абсолютно уникальное по своей природе явление, которое нам дается природой в пользование. И даже мы, школьники, может внести свой вклад в её сохранение. Самое простое, но очень важное, что мы можем сделать – это не загрязнять самим и очищать от бумаги, пластиковой посуды, пластиковых бутылок, стеклянной тары леса, дороги. Чтобы обратить на это внимание моих одноклассников, я разработал для моих одноклассников памятку-буклет о защите почвы (Приложение 5.5. Листовка «Берегите почву»). Мы не должны забывать, что у нас под ногами работает уникальная, сложная ЧУДО лаборатория и в наших силах поддерживать и дальше её работу.

IV. Список источников и литературы.

Прудникова Т.И., Леонтьев Д.В., Неделько О.П. Почвоведение.
Методические рекомендации к лабораторным занятиям для студентов биологического факультета. – Харьков: ХНУ, 2010.

Т. С. Бибик, А. А. Вахромеева. Почвоведение: метод. указания к лаб. занятиям по курсу «Биологические основы сельского хозяйства» для бакалавров направления 050100 естественно-географического факультета / Владим. гос. ун-т имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых. – Владимир: Изд-во ВлГУ, 2013.

Морина О.М., Дербенцева А.М., Морин В.А. Почвоведение. - Хабаровск: Изд-во ТОГУ, 2013.

Докторова И.Н., Козлов В.В., Душкин В.В., Исаева Ю.В. Лабораторный практикум с методическими указаниями по зоогигиене. – Ульяновск: ГСХА, 2005.

http://agropraktik.ru/blog/People/298.html

http://cad-ogorod.ru/pochvy/opredelenie-mekhanicheskogo-sostava-pochvy.html

http://www.ecosystema.ru/08nature/soil/205.htm

http://biofile.ru/geo/8138.html

Приложение 5.1. Первый - «мокрый» способ определения механического состава почвенных образцов.

Раздел 1. Опорная схема-помощник

Раздел 2. Результаты опыта

Приложение 5.2. Второй способ определения механического состава почвенных образцов

Раздел 1. Подготовка и ход опыта

Раздел 2. Результаты опыта

Раздел 3. Обработка результатов.

Раздел 4. Формирование выводов. Треугольник Ферре

Приложение 5.3. Определение влагоемкости и водопроницаемости

Приложение 5.4. Эксперимент

Приложение 5.5. Памятка-буклет «Берегите почву»