Влияние химического состава почвы на здоровье человека.

VII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Влияние химического состава почвы на здоровье человека.

Соловьёва Д.А. 1
1МБОУ СОШ № 12
Орлова И.Н. 1Заставная О.Е. 1
1МБОУ СОШ № 12
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

Актуальность работы

Сегодня каждый человек стремится следить за своим здоровьем. Здоровый образ жизни набирает популярность. Одной из его составляющих является правильное питание. Те продукты, которые продаются в магазинах, не всегда соответствуют хорошему качеству. Овощи и фрукты могут содержать большое количество ненужных веществ, которые могут опасно отразиться на здоровье человека. Поэтому сейчас предпочтение отдается фермерским продуктам, где якобы используется меньше удобрений и химии при выращивании растений. Около моего дома имеется приусадебный участок, где я могу выращивать растения для их дальнейшего использования, контролируя и понимая, какие вещества могут содержаться в них и в почве.

Я решила этот вопрос рассмотреть более широко, изучив химический состав почвы, которая находиться возле моего дома, и посмотреть, как он будет влиять на растения и на человека.

Гипотеза

Я предполагаю, что химический состав почвы возле моего дома может содержать какие-либо элементы в избыточном количестве, так как мы добавляем туда органические и минеральные удобрения.

Цель работы

Узнать, как влияет химический состав почвы через растения на организм человека.

Задачи

Определить основные методы исследования состава и свойств почвы.

Изучить химический состав почвы.

Изучить влияние химических элементов почвы на растения.

Изучить влияние солей, содержащихся в растениях, на здоровье человека.

Глава 1. Определение химического состава почвы. Методика выполнения работы

Оборудование и реактивы

Проба почвы в чашках для выпаривания, пробирки, фильтровальная бумага, воронка; весы (с точностью взвешивания до 0,1 г) и разновесы, фарфоровая чашечка для выпаривания, штатив, спиртовка, коническая колба (2 шт.), мерный цилиндр, пипетка, пробирки, воронка, фильтровальная бумага, цветовая шкала, лопаточка, электролизер воды; нихромовая проволока, соляная кислота (10%-й раствор), соляная кислота (конц.), 10%-й раствор азотной кислоты, 20%-й раствор хлорида бария, 2%-й раствор нитрата серебра, дистиллированная вода, лакмус, флакон с индикатором измерения уровня нитратов 15 мл, контейнер с порошкообразным веществом.

(Приложение №1)

Изучение механического состава почвы

Работа проводилась в школьном кабинете химии 12 сентября 2018 года.

Перед началом выполнения работы я изучила разнообразие типов механического состава почв.

Таблица № 1

Типы механического состава почв

Характеристика

Глинистая почва

Во влажном состоянии пластична, при скатывании получается шнур небольшой длины.

Суглинистая почва

Во влажном состоянии имеет слабую пластичность, при скатывании получается очень непрочный шнур.

Супесчаная почва

Во влажном состоянии шнур не скатывается, при растирании дает ощущение песчаных частиц.

Песчаная почва

Состоит из песчаных зерен, сыпучая.

Щебенчатая почва (хрящевая)

Наряду с глинистыми или песчаными частицами содержит обломки горных пород (размеры не более 3 мм).

При выполнении опыта, я взяла в руки порцию увлажненной почвы, растерла на ладони и определила, что данная почва относится к суглинистому типу механического состава почв.

(Приложение №2)

Результат исследования занесен в таблицу.

Изучение кислотности почв

Я поместила в пробирку почву (столбик почвы 2 см) и прилила дистиллированную воду, объем которой был в три раза больше объема почвы. Затем я закрыла пробирку и встряхивала в течение 1 минуты, а после профильтровала смесь почвы и воды. Собранный в пробирке фильтрат представлял собой почвенную вытяжку (почвенный раствор). К почвенной вытяжке я добавила несколько капель лакмуса. Цвет жидкости стал темно-синим. По результатам данного исследования я сделала вывод, что данная почва относится к щелочному типу.

(Приложение № 3)

Результат исследования занесен в таблицу.

Определение степени засоленности почвы

Избыток растворенных в почве солей (засоленность) сильно снижает ее плодородие. Засоленность почвы определяется хлоридами натрия, магния, кальция, карбонатом и сульфатом натрия.

Обнаружение карбонатов в почве

Я добавила к пробе почвы несколько капель 10%-ого раствора соляной кислоты. Под действием кислоты почва начала «вскипать», то есть произошло выделение углекислого газа. Это означает, что данная почва содержит карбонат-ион и относится к карбонатным. Однако «вскипание» было средней интенсивности, поэтому я сделала вывод, что почва содержит небольшое количество карбонат-ионов.

(Приложение № 4)

Результат эксперимента занесен в таблицу.

Определение наличия хлоридов в почве

В начале эксперимента я подготовила почвенную вытяжку. Для этого я поместила 25 г почвы в коническую колбу, добавила 50 мл дистиллированной воды, взболтала содержимое колбы и дала отстояться в течение 10 минут. Затем еще раз взболтала и после отстаивания профильтровала. Я отлила в пробирку 5 мл почвенной вытяжки, добавила несколько капель 10%-го раствора азотной кислоты и после по каплям добавила 2%-й раствор нитрата серебра. Я наблюдала помутнение раствора, это означает, что в почве содержатся сотые и тысячные доли процента хлорид-ионов.

(Приложение № 5)

Результат эксперимента занесен в таблицу.

Обнаружение сульфатов в почве

К 5 мл почвенной вытяжки я прилила несколько капель концентрированной соляной кислоты и 3 мл 20%-го раствора хлорида бария. Раствор слегка помутнел, т.е. стал почти прозрачным. По данному результату я сделала вывод, что в почве содержатся сотые и тысячные доли процента хлорид-ионов.

(Приложение № 6)

Результат эксперимента занесен в таблицу.

Обнаружение солей натрия

Ионы натрия можно обнаружить по ярко-желтой окраске пламени. Для этого я использовала нихромовую проволочку. Я прокалила ее в пламени спиртовки докрасна, а затем внесла в исследуемый раствор, после ­­ — в пламя спиртовки (во внешнюю его часть) и отметила, что ярко-желтая окраска пламени отсутствует. По данному результату я сделала вывод, что соли натрия в данной почве не содержатся.

(Приложение № 7)

Результат эксперимента занесен в таблицу.

Обнаружение нитратов в почве

В мерный стаканчик я поместила 5 мл водной вытяжки, затем добавила 1 лопаточку порошкообразного вещества, закрыла стаканчик крышкой и перемешала содержимое движениями руки в течение 15 секунд. После этого я сняла крышку и к содержимому добавила 7 капель индикатора. Снова закрыла крышкой и перемешала круговыми движениями руки в течение 5 секунд. Я поместила стаканчик с содержимым на белый фон в центре цветовой шкалы на 5 минут, затем сопоставила цвет жидкости в стаканчике с прилагаемой цветовой шкалой и определила, что уровень концентрации нитрат-ионов равен 10 мг/л.

(Приложение № 8)

Результаты исследования занесены в таблицу.

Электролиз водной вытяжки почвы

Электролизер предназначен для выявления примесей солей, находящихся в водной вытяжке почвы. Я провела эксперимент, поместив два электрода в мерный стаканчик, содержащий 5 мл водной вытяжки почвы. Наблюдалось помутнение раствора, и выпадение осадка в виде темно-коричневых хлопьев, который является гидроокисью железа из электродов, координирующих при электролизе. Данный результат указывает на наличие в вытяжке растворимых солей. Раствор почвенной вытяжки после электролиза приобрел оранжевый цвет. Это говорит о том, что в данном растворе содержатся минералы, полезные для организма человека.

(Приложение № 9)

Результаты работы

Результаты наблюдений при проведении исследования почвы.

Таблица № 2

Характеристика почвы

Результаты исследования

Механический состав почвы

Суглинистая

Кислотность почвы

Щелочная

Степень засоленности почвы:

 

Содержание в почве карбонатов

«Среднее вскипание». Небольшое содержание карбонат-ионов.

Содержание в почве хлоридов

Помутнение раствора. В почве содержатся сотые и тысячные доли процента хлорид-ионов.

Содержание в почве сульфатов

Почти прозрачный раствор. В почве содержатся тысячные доли сульфат-ионов.

Содержание в почве солей натрия

Отсутствие ярко-желтой окраски пламени. В почве не содержатся соли натрия.

Содержание в почве нитратов

10 мг/л

Электролиз водной вытяжки почвы

Оранжевая окраска раствора после электролиза. В почве содержатся минералы, полезные для организма человека, а также растворимые соли.

Вывод: почва суглинистая, щелочная, с небольшим содержанием карбонат-, сульфат- и хлорид-ионов. В почве отсутствуют соли натрия. Содержание в почве нитратов равно 10 мг/л. Также в почве содержатся минералы, полезные для организма человека и растворимые соли. Выбранные методы исследования целесообразны, дана точная характеристика почвы.

Глава 2. Влияние химических элементов почвы на растения

2.1. Влияние кислотности почвы на растения

Так как по результатам эксперимента исследуемая мной почва относится к щелочному типу, то ниже я рассматриваю влияние именно этого типа почвы на растения.

Щелочная почва может оказывать определенный отрицательный эффект на растения. В щелочной почве сокращается содержание ряда полезных элементов (железа, магния, марганца, меди, цинка). В щелочной почве рассада плохо развивается, так как корни слабые, листья мелкие и светлые, у кустящихся растений мало побегов, и они плохо развиты. Листья на краях подсыхают, быстро желтеют и опадают, так как неприспособленные к щелочным почвам растения утрачивают способность к образованию хлорофилла. Корневая система быстро чахнет и отмирает.

Большая часть овощных культур растет в почвах с низким уровнем кислотности. Щелочная почва мешает хорошо развиваться таким растениям, как редис, морковь и томат. Особенно страдает картофель. На щелочной почве он сильно поражается паршой, и урожай резко падает. Огурцы, кабачки, тыква, лук, чеснок, салат, шпинат, перец и сельдерей предпочитают слабокислую или нейтральную реакцию почвы.

Для повышения плодородия щелочных почв необходимо вносить в грунт много органических веществ, чтобы улучшить удержание влаги и уровень гумуса в почве. Для повышения кислотности почвы можно вносить торф, хвою, компост и навоз.

2.2. Влияние карбонатов

У растений, произрастающих на карбонатных почвах, усложняется усвоение железа и марганца. Вследствие этого, карбонатные почвы обладают низкой плодородностью.

Так как по результатам исследования изучаемая почва относится к среднекарбонатным (содержит небольшое число карбонат-ионов), то биологическая продуктивность для большинства сельскохозяйственных растений снижается. Однако для таких растений как вишня и слива высокое содержание карбонатов увеличивает биологическую продуктивность.

2.3. Влияние хлоридов

Хлор относится к числу микроэлементов, необходимых для питания растений. Признаки недостатка хлора у садовых растений обнаруживаются чрезвычайно редко по сравнению с признаками его избыточного накопления в листьях этих растений.

Негативное влияние избыток хлора оказывает на красную и белую смородину: пластинки листьев в начале созревания ягод становятся бледно-зелеными, края загибаются вверх, а узкая каемка приобретает коричневую окраску. Также от чрезмерного количества хлора страдает малина: признаки появляются вначале на листьях нижнего, а потом среднего яруса. Бледно-зеленый окрас листьев, по краям которых в виде каемки шириной 1–2 см ткани отмирают, становятся бурыми. Пластинки листьев, загибаясь вниз, принимают куполообразную форму. В жаркую сухую погоду отмирают ткани в центре, и лист преждевременно засыхает. Черная смородина и крыжовник страдают реже, чем красная смородина и малина. Основным признаком вредного избытка хлора является краевой «ожог».

По результатам исследования в изучаемой почве содержатся сотые и тысячные доли процента хлорид-ионов, а значит имеются благоприятные условия для выращивания таких растений как яблоня, груша, слива, черешня, малина и других плодово-ягодных.

2.4. Влияние сульфатов

Основными растворимыми сульфатными соединениями являются сульфат аммония, магния и кальция.

Сульфат аммония широко используется в качестве азотного удобрения. Показано, что применение сульфата аммония оказывает положительное влияние на питание азотом, что в итоге способствует накоплению сухой массы корней и надземной части растений. Сульфат магния влияет на прорастание пыльцевых зерен.

При недостатке сульфатов наблюдается побледнение и пожелтение листьев, снижается скорость роста растений.

Так как по результатам исследования в изучаемой почве содержатся тысячные доли сульфат-ионов, то почва будет благоприятно влиять на выращивание сельскохозяйственных культур.

Однако для повышения плодородия допустимо внесение некоторых сульфатов в строгом соответствии с нормами.

2.5. Влияние солей натрия

В растениях натрий играет главную роль в регулировании жидкостного обмена. Катион натрия участвует в поддержании гомеостаза: ионное равновесие, осмотическое давление в жидкостях организма. Натрий регулирует транспорт углеводов в растениях.

Признаки острой нехватки натрия наблюдаются при выращивании растений на «пустых» искусственных субстратах, при поливе водой со слабой минерализацией. Дело в том, что большое количество натрия в почве нарушает баланс катионов. Этот элемент вытесняет из почвенно-поглощающего комплекса ионы калия и кальция, которые становятся недоступными для растений. При этом быстро развивается такое явление как засолённость почвы или «солончаковый эффект». При недостатке натрия растения не способны поглощать воду даже при усиленном поливе. Кроме того, в такой ситуации резко снижается их устойчивость к морозам: цитоплазма с низкой концентрацией солей промерзает быстрее, чем с нормальной.

Подкармливать содой можно те растения, которые способны активно выносить натрий из почвы: картофель, томаты, свеклу, лук, перец, капусту, чеснок.

По результатам экспериментов, в исследуемом мною образце почвы соли натрия отсутствуют, поэтому некоторые сельскохозяйственные культуры будут плохо произрастать на данном участке.

2.6. Значение нитратов

Азот — это один из самых важнейших химических элементов в жизни растений. Он необходим для синтеза аминокислот, из которых образуются белки. Растение получает азот из почвы в виде минеральных азотных солей (нитратных и аммиачных). Нитраты в основном скапливаются в корнях, корнеплодах, стеблях, черешках и крупных жилках листьев, значительно меньше их в плодах.

По способности накапливать нитраты овощи, плоды и фрукты делятся на 3 группы:

1) с высоким содержанием: салат, шпинат, свекла, укроп, листовая капуста, редис, зелёный лук, дыни, арбузы.

2) со средним содержанием: цветная капуста, кабачки, тыквы, репа, редька, белокочанная капуста, хрен, морковь, огурцы.

3) с низким содержанием: брюссельская капуста, горох, щавель, фасоль, картофель, томаты, репчатый лук, фрукты и ягоды.

Нитраты являются одним из основных источников азотного питания растения. Поступив в него, они проходят ряд сложных превращений, включаясь в состав белков, нуклеиновых кислот и других соединений. Таким образом, нитратный азот является необходимым и естественным компонентом растительного организма. Избыточное же накопление нитратов свидетельствует о том, что растения не успевают их использовать для биосинтеза органических соединений. При этом растения не страдают от этого и могут накапливать большое их количество. Однако для человека, потребляющего в пищу такие растения или продукцию из них, это отнюдь не безобидно.

Вывод: в почве не содержится переизбытков солей, что не представляет опасности для растений, но также недостаток этих солей может отрицательно повлиять на урожайность, поэтому допускается внесение удобрений в соответствии с определенными нормами.

Глава 3. Влияние солей, содержащихся в растениях, на здоровье человека.

3.1. Влияние карбонатов в организме человека

Карбонаты кальция участвуют в свертывании крови, стабилизируют и поддерживают постоянное кровяное давление в организме, регулируют процессы, происходящие внутри клеток.

3.2. Значение и влияние хлоридов на организм человека

Хлориды — это наиболее распространенные в организме человека анионы, они играют большую роль в осмотической активности внеклеточной жидкости; 88% хлоридов в организме находятся во внеклеточном пространстве. У здоровых людей происходит почти полное всасывание хлоридов. Хлориды влияют на водно-солевой обмен. Повышение уровня хлоридов в крови приводит к снижению диуреза и перераспределению хлоридов в органах и тканях.

Одним из главных отрицательных значений хлоридов является вызывание угнетения желудочной секреции, в результате чего нарушается процесс переваривания пищи.

3.3. Значение и влияние сульфатов на организм человека

Сульфаты в большем количестве содержатся во внутриклеточном пространстве, входят в состав многих биологически активных веществ. Сульфат — преимущественно клеточный анион. Его процент в плазме очень невелик. Сульфаты необходимы для обезвреживания токсических соединений в печени, образуются при распаде аминокислот, содержащих серу. Основное отрицательное влияние сульфаты оказывают на желудок, тормозя его секреторную деятельность и приводя к нарушению процессов переваривания и всасывания пищи. Минерализация отрицательно влияет также на беременность, на плод и новорожденных, увеличивает вероятность гинекологических заболеваний.

3.4. Влияние натрия на организм человека

В организме человека натрий играет очень важную роль в регуляции осмотического давления и водного обмена. При нарушении водного обмена можно наблюдать следующие признаки: жажда, сухость слизистых оболочек, отечность кожи. Натрий оказывает влияние на белковый обмен, участвует в перемещении сахаров и других элементов к клеткам, несет ответственность за состояние нервных импульсов, сокращений мышц и расширение сосудов.

Натрий содержится в овсянке, томатах и горохе. Около 80% натрия человек получает из продуктов с добавлением поваренной соли.

Основными признаками недостатка натрия являются повышенное газообразование в кишечнике, снижение массы тела, судороги, тошнота.

При избытке натрия в организме наблюдаются следующие симптомы: различные кожные высыпания, колики в кишечнике, диарея, изнеможение, судороги мышц скелета, потеря волосяного покрова. При остром чрезмерном поступлении в организм солей натрия возникает так называемая солевая лихорадка: повышение температуры тела, жажда, повышение артериального давления, судороги.

Причиной избытка натрия является ежедневное употребление продуктов со значительным содержанием этого вещества.

3.5. Влияние повышенного содержания нитратов на организм человека

Нитраты — это соли азотной кислоты, которые накапливаются в продуктах и воде при избыточном содержании в почве азотных удобрений. Нитраты, попадая в человеческий организм с растительной пищей, восстанавливаются до нитритов, которые приводят к образованию метгемоглобина и нарушению транспортной функции крови, а также угнетению нервной системы и процессов тканевого дыхания. Нитраты, в свою очередь, в организме человека, взаимодействуя с другими азотсодержащими производными, образуют различные соединения, обладающие канцерогенными и мутагенными свойствами. Нитраты и нитриты вызывают у человека рак желудка. При употреблении воды и продуктов растительного и животного происхождения с высоким содержанием нитратов или нитритов у человека может произойти отравление. При отравлении поражаются желудочно-кишечный тракт, сердечно-сосудистая и центральная нервная системы. Признаки отравления появляются через 1–6 часов после поступления нитратов в организм. Острое отравление начинается с тошноты, рвоты, поноса. Увеличивается и болезненно реагирует на пальпацию печень. Снижается артериальное давление. Пульс неровный, слабого наполнения, конечности холодные. Отмечается аритмия, дыхание учащается. Появляются головная боль, шум в ушах, слабость, судороги мышц лица, отсутствие координации движений, потеря сознания, кома. В легких случаях отравления преобладает сонливость и общая депрессия.

К растениям, содержащим высокое количество нитратов, относят капусту, морковь, огурцы, кабачки и укроп.

3.6. Возможные результаты электролиза водной вытяжки почвы и оценка их влияния на организм человека

Таблица №3

Цвет воды после электролиза

Загрязняющие вещества

Влияние на организм человека

Розовый

Оксид железа (медянка)

Рвота, понос

Синий

Сульфат алюминия

Опасно для нервной системы

Фосфорорганические вещества (пестициды, моющие средства)

Неблагоприятно для печени и почек

Зеленый

Медный азот (медянка)

Страдают почки и ЦНС

Соединения хлора

Канцерогенные вещества

Белый

Магниевые и кальциевые соединения

Понос, рвота

Асбест

Канцерогены

Коллоидные бактерии, вирусы, водоросли

Инфекционные заболевания

Черный

Соединения тяжелых металлов

Опасно для печени, почек, ЦНС, сердца. Накапливаются в организме.

Желтый, оранжевый

Минералы

Необходимые организму минералы (1%)

Вывод: Так как в ходе экспериментов я выяснила, что в данной почве содержание карбонат-, сульфат- и хлорид-ионов небольшое, то отрицательное влияние на организм человека будет отсутствовать. Однако отсутствие солей натрия может вызвать снижение массы тела и тошноту.

Заключение

Поставленные цели и задачи достигнуты.

Цель моего проекта заключалась в том, чтобы узнать, как влияет химический состав почвы через растения на организм человека.

В ходе работы я узнала, как влияет химический состав почвы через растения на организм человека.

Поставленные задачи в ходе работы были решены:

Я определила основные методы исследования состава и свойств почвы.

Я изучила химический состав почвы.

Я изучила влияние химических элементов почвы на растения.

Я изучила влияние солей, содержащихся в растениях, на здоровье человека.

Перед началом исследования я выдвинула гипотезу: химический состав почвы возле моего дома может содержать какие-либо элементы в избыточном количестве, так мы добавляем туда органические и минеральные удобрения.

Эта гипотеза не подтвердилась, так как в ходе исследования я выяснила, что в почве содержатся небольшие доли карбонат-, сульфат- и хлорид-ионов.

Перспективы использования работы

Теоретическая значимость работы заключается в том, что я узнала, как определять химический состав почвы и его влияние на растения.

Практическая значимость заключена в определении влияния химического состава почвы через растения на здоровье человека.

Данная работа может быть использована на практике лично для меня и моей семьи, а также на уроках географии, экологии, химии.

Список литературы

Шапошникова И. А. Металлы в живых организмах. Метапредметный лабораторный практикум. Москва: Бином, 2013. 408с.

Габриелян О.С. Химия. 11 класс: Учебник для общеобразовательных учреждений. Габриелян О. С., Лысова Г. Г. 4-е изд., стереотип. Москва: Дрофа, 2004. 418с.

Романенко В.Н., Орлов А.Г., Никитина Г.В. Книга для начинающего исследователя - химика. Ленинград: Ленинградское отделение, 1987. 280с.

Очкин А.В., Фадеев Г.Н. Химия защищает природу. Книга для внеклассного чтения. Москва: Просвещение, 2004. 315с.

Новиков Ю.В. Экология, окружающая среда и человек. Москва: ФАИР - Пресс, 2006. 380с.

Ганичкина О., Ганичкин А. Новейшая иллюстрированная энциклопедия садовода и огородника. Москва: Эксмо, 2019. 288с.

Распопов Г. Экодача. Как выращивать продукты для здоровья. Москва: Эксмо, 2019. 192с.

Юдин А.М. Химия в нашем доме. Справочное издание, 2-ое издание. Стер. - Москва: Химия, 1990. 345 с.

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение №1

Оборудование и реактивы

Приложение № 2

Определение механического состава почвы

Приложение № 3

Изучение кислотности почв

Приложение № 4

Обнаружение карбонатов в почве

Приложение № 5

Определение наличия хлоридов в почве

Приложение № 6

Обнаружение сульфатов в почве

Приложение № 7

Обнаружение солей натрия

Приложение №8

Обнаружение нитратов

Приложение № 9

Электролиз водной вытяжки почвенного раствора

Просмотров работы: 933