IX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Изучение состава и свойств почвы с целью создания экологически чистой территории

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Заморухова О.А. 1

---

1ГБПОУ МО Дмитровский техникум

Дьячкова Т.А. 1

---

1ГБПОУ МО Дмитровский техникум

Работа в формате PDF

118.3 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Аннотация: В последнее время в мире экологическим проблемам стало уделяться значительно большее внимание, чем раньше. Данный материал представляет собой научно-исследовательскую работу по экологии. Целью данной работы является изучение почв; рассмотрение возможных вариантов улучшения качества почв.

Цель работы – узнать, что такое почва, какое она имеет значение в природе и жизни человека, познакомиться с методиками исследования почвы, изучить состав и свойства почвы выбранного участка.

Задачи:

изучить состояние почвы участка;

научиться определять кислотность почв;

овладеть методикой определения хлоридов, сульфатов в почве;

определить механический состав почвы и её структуру.

Введение

Для меня изучение состава и свойств почвы участка –важная проблема. Ведь для того, чтобы иметь ухоженный и экологически правильно организованный участок необходимо знать химический состав почвы, её тип, структуру.

Меня заинтересовала эта тема, потому, что, по моему мнению, данный проект поможет правильно составить план нашего участка и грамотно выстроить его.

Около нашего техникума есть небольшая территория земли. Для того, чтобы заполнить эту площадь культурными растениями, нужно знать свойства почвы и её состав, чтобы сопоставить их с требованиями тех растений, которые можно выращивать здесь.

Я хочу научиться определять тип почвы, её состав, выяснить, каких веществ не достаточно для того, чтобы она стала плодородной. Также изучение состава почвы поможет определить достоинства и недостатки различных типов почв, какие удобрения вносить, выращивая определённые культурные растения.

В наше время важно выяснить, какова степень загрязнённости на данной территории, как она влияет на растения и почвы данной территории. Именно химический анализ позволит выявить признаки, причины загрязнения почвы. Выявление особенностей состава и свойств конкретных почв позволит определить методы ухаживания за ней для того, чтобы процент плодородности сохранялся достаточно высоким.

Данным проектом я занималась три года. Сначала знакомилась с научно-популярной литературой, изучала энциклопедические данные, методики изучения почв. В первый год их применила на опытном участке. В дальнейшем несколько раз в год повторяла эти исследования. Также я собираюсь изучить и другие территории: вокруг нашего техникума.

Актуальность темы – в современном мире под влиянием деятельности человека происходит изменение естественных экологических систем. Всё меньше остаётся участков природы, не затронутых антропогенным фактором. Это оказывает отрицательное значение, как на саму окружающую природу, так и на человека. Очень важно, чтобы люди благоустраивая свою жизнь на нашей планете, не причиняли ей вреда или оказывали минимальное негативное воздействие на неё. Нам важно жить в экологически чистой обстановке, чтобы продукты, которыми мы питаемся, воздух, которым мы дышим, вода, которую мы используем, были бы безопасными. И если каждый человек даже на маленьком участке сможет создать благоприятные условия для сохранения и приумножения природных богатств, то мы изменим наш дом и сделаем его безопасным для будущих поколений.

Описание объекта исследования.

Объектом исследования является участок на территории техникума. Там есть небольшой сад, место с дикорастущими растениями. Естественная растительность характеризуется травянистыми растениями. Участок плоский, солнечный. На участке есть подвод воды.

1.1 Образование почв и их разнообразие.

Почвы занимают уникальное, но вполне закономерное положение в ландшафте. Они возникают там, где наиболее тесно взаимодействуют между собой живые организма и неорганическая (косная) материя при непосредственном участии водной и воздушной среды, и образуют особые природные системы. Почва оказалась первым типом особого класса природных систем земной коры, которые В. И. Вернадский назвал биокосными. Почва формировалась в течение длительного времени в верхней части коры выветривания в процессе взаимодействия горных пород, рельефа, климата, почвенно-грунтовых вод, растительных и животных организмов, микроорганизмов, деятельности человека.

Каждый из компонентов природы накладывает свой отпечаток на «внешность» почв и «физиологию» протекающих в них процессов, поэтому почву справедливо считают детищем и зеркалом ландшафта. Одним из важных факторов почвообразования в последнее время становится человек. Он может оказывать двоякое – как положительное, так и отрицательное – воздействие на почвы. К сожалению, пока приходится констатировать гораздо больше случаев его негативного влияния на почвенный покров.

Примерно 10 тыс. лет назад человек со­временного типа (прежде его называли кроманьонцем) — первый среди людей, заслуживший название «человека разумного», — совершил так называемую неолитическую ре­волюцию. Находясь перед угрозой голода, он резко изменил способ своего существования. Уничтожив всю съедобную дичь и истощив охотничьи угодья, этот охотник и собиратель был вынужден заняться скотоводством и земледелием, для того чтобы получать достаточное количество продуктов. И тут он впервые встретился с почвой как объектом своего прямого жизненного интереса. В течение столетий стихийно складывались и передавались из поколения в поколение приёмы обработки земли. Впоследствии, эти рекомендации стали записываться и передаваться по наследству, пос­тоянно дополняясь. Они стали отправной точкой для более сложных научных исследований в области земледелия. Таков путь становления агрономии — отрасли науки, имеющей дело с наиболее жизненно важным свойством почвы — плодородием.

Плодородие почвы — это её способность обеспе­чивать сельскохозяйственные растения элемен­тами минерального питания и влагой и в ре­зультате этого давать урожай. Естественным плодородием обладают целинные, не возделы­ваемые человеком почвы. Уровень плодородия может быть повышен человеком путём внесения удобрений, благодаря различным способам обра­ботки, мелиорацией и другими специальными мероприятиями.

Внимательнее всего с древних времён люди изучали самый верхний слой почвы — пахотный, где находятся корни возделываемых растений. Это корнеобитаемый слой почвы — объект агрономиче­ского почвоведения.

Для людей главное было получить урожай, а для этого необходимо разобраться в том, как почва питает растения, какие её свойства благотворно влияют на сельскохозяйственные культуры, а какие, наоборот, затрудняют их жизнь.

1.2Механический состав почвы.

Каждому хорошо известно, как быстро впитывается вода в пляжный песок. Впитывается и тут же, как сито, просачивается вглубь. А посмотрите, как ведёт себя глина: она практически не пропускает воду. Недаром из неё делают посуду, а в древние времена вылепленные сосуды и котлы даже не обжигали на костре.

Дело в том, что песок представляет собой относительно крупные частицы, размером от 0,01 до 3 мм. Из-за относительно больших размеров они не могут плотно прилегать друг к другу, между ними остаются пустоты. По ним, как по каналам, вода быстро просачивается вглубь. Мелкие же частицы глины, размеры которых менее 0, 01 мм, столь плотно «упакованы» в почвенном слое, что по капиллярам между ними вода движется с трудом.

Практически ни одна почва не состоит целиком из песка или целиком из глины. В каждой из почв они присутствуют вместе. По соотношению частиц различного размера судят о механическом составе почвы. Если в ней преобладают крупные песчаные частицы, почвоведы говорят о лёгких песчаных почвах, если много мелких глинистых – о тяжёлой глинистой почве. Если соотношение песка и глины примерно одинаково, то такие почвы называют «суглинистыми» (либо легкосуглинистыми, когда песка всё же немного больше, либо тяжёлосуглинистыми, когда немного больше глины). Механический состав почвы очень сильно влияет на плодородие почвы. Чем больше песка, тем слабее она удерживает воду, но при этом корни растений лучше снабжаются воздухом, необходимым им для дыхания. Наоборот, чем больше глины, тем сильнее удерживается драгоценная влага, но хуже поступает воздух. Поэтому механический состав – одно из первых свойств почв, которые стали изучаться людьми.

Земельный фонд области

Земельные угодья области подразделяются на сельскохозяйственные (пашни, залежь, многолетние плодовые и ягодные насаждения, кормовые угодья: сенокосы и пастбища) и несельскохозяйственные (леса, кустарники, заболоченные земли, земли водохозяйственных объектов; дороги, застроенные территории, прочие земли; овраги, пески, оползни).

1.4 Деградация почв и их охрана

Современное состояние почв Московской области характеризуется проявлением деградации, которая может привести к потере способности выполнять ресурсо- и средовопроизводящие функции. К сожалению, на территории области проявляется целая серия явлений деградации, связанных с различными нарушениями почвенного покрова и процессов, происходящих в них. Вот некоторые из них:

1. 4. 1. Нарушение биоэнергетического режима почв и экосистем:

а) Девегетация почв – потеря почвами лесного кустарникового, травянистого растительного покрова, ведущая к постепенному омертвению почв, снижению биопродуктивности и к утрате экологических функций. Для борьбы с истощением необходимо регулярное внесение удобрений – как минеральных, так и органических. Однако в настоящее время, в связи с общим спадом производства наблюдается уменьшение количества вносимых удобрений. Уменьшение органических удобрений привело к снижению урожайности сельскохозяйственных культур.

б) Дегумификация почв – потеря почвами главного носителя плодородия – гумуса. в)Почвоутомление и истощение почв – это процессы, происходящие в почвах в результате длительного бессменного возделывания одного и того же вида сельскохозяйственных культур. В условиях крупного хозяйства с разработанной системой севооборотов эта проблема менее актуальна. Остро она стоит на личных садово-огородных участках, где возделывается преимущественно картофель. Для оздоровления обстановки необходимо использование в севообороте люцерны, клевера, трав.

1. 4. 2 Деградационные изменения, связанные с патологией по­чвенных горизонтов и профиля почвы:

а) Отчуждение и выключение почв из действующих эко­систем.

б) Эрозия и дефляция почв.

Ученые считают, что в условиях сильной расчлененности тер­ритории, вся система земледелия должна быть почвозащитной.

Чем же отличается культурная почва от целинной? Её пашут, удобряют, орошают или осушают, или делают и то и другое (полив поля с уложенной дренажной сетью). Из этого видно, насколько изменились условия почвообразования? Это можно сравнить с пе­ремещением почвы в другую природную зону, а может быть, и в такие условия, которые не имеют природных аналогов. А отсюда — оригинальные эффективным (плодородие, ко­торое определяется уровнем развития земледелия) и естественным. А в географическом, биоклима­тическом, ландшафтном понимании? Для облег­чения задачи нужно вспомнить распаханное поле. На нём уничтожена естественная растительность, его почвенные процессы, приводящие к оригинальным свойствам; оригинальные свойства приводят к оригинальным горизонтам, те — к оригинальным почвенным профилям, профили — к новым потребностям в номенклатурном, классификаци­онном и картографическом «обслуживании» этих почв. Отсюда возникает необходимость географии типов антропогенных (вызванных человеком) воз­действий на почвы, географии почвенных реакций — «ответов» на эти воздействия. Последние вопросы особенно важны в глобальном масштабе, когда приходится говорить об изменении чело­веком природной среды в целом и пытаться оценить последствия этих изменений.

Итак, в культурных почвах может быть изменено всё — микроклимат, биологический круговорот веществ. В них проявляются процессы перемещения огромных масс внутри почвы при вспашке или их перемещения по горизонтали при выравнивании поверхности. Возможно и удаление значительных почвенных масс за пределы обраба­тываемой территории при ветровой или водной эрозии почв, и даже полное исчезновение почв с выходом на поверхность скального основания при их хищнической эксплуатации.

1. 5 Культурные почвы.

Проблемы повышения эффективного плодородия волновали человека с тех пор, как он взялся за ручку примитивного копательного орудия на краю своего поля. Постепенное улучшение обрабаты­ваемых земель — наиболее распространённый спо­соб сельскохозяйственного освоения территорий. Внесение минеральных удобрений для повышения запасов минеральных элементов питания или ор­ганических — для увеличения содержания гумуса, глубокая вспашка для создания мощного корнеобитаемого горизонта, химическая мелиорация для приведения реакции почвенного раствора к оптимальным значениям и прочие улучшающие мероприятия постепенно формируют культурную почву, отвечающую в своих свойствах и плодоро­дии передовому уровню земледелия.

Культурная почва по своим свойствам — довольно устойчивое образование, длительное вре­мя сохраняющее высокий уровень плодородия даже без постоянных поддерживающих мероприя­тий. Этого нельзя сказать об окультуренной почве, преобразуемой человеком и находящейся между естественной и культурной стадиями. В ней ещё не сформированы устойчивые структурное и гу­мусовое состояния, и такая почва с лёгкостью теряет эффективное плодородие при снижении культуры возделывания.

Наиболее устойчивые в своём высоком плодоро­дии почвы настолько сильно отличаются от исходных естественных, что получили название агрозёмов. В качестве примера агрозёмов можно назвать рукотворные почвы голландских польде­ров или почвы огородов, возделываемые ручным трудом. Получение высокого урожая не обязательно связано с высокой степенью окультуренности почвы. Культур­ная же почва позволяет получать устойчивые высокие урожаи без усиленных воздействий на неё. Окультуривание почвы находится в прямой зави­симости от уровня культуры общества в целом.

2. Практическая работа. Исследование почвы .

2.1 Определение механического и минерального состава почвы
Механический состав почвы, т. е. содержание в ней частиц различной величины – важнейшее физическое свойство почвы. По механическому составу почвы делят на песчаные, супесчаные, суглинистые, глинистые. От механического состава зависит плотность, водопроницаемость почвы, влагоёмкость, аэрация, теплоёмкость, теплопроводность. Наиболее плодородными являются суглинки и супесчаники. Песок – основной почвенный материал, который состоит, главным образом, из кремнезёма SiO₂. Кремнезём служит источником силикат-ионов (SiO₃^2-), которые соединяются с ионами Al³⁺, железа - Fe²⁺, Fe³⁺ и образуют силикаты – кристаллические соединения. Песчаные почвы сложены из крупных частиц, они сухие, т. к. плохо задерживают влагу.

Глинистые минералы имеют вид микроскопических плоских кристаллов шестиугольной формы. Каждый кристалл, включает в себя силикаты и гидроксиды алюминия и железа. Кристаллы глины по объёму очень малы, а площадь их поверхности, граничащая с пустотами между ними, велика. К поверхности кристаллов прикрепляются молекулы воды и элементов питания. Вот почему глинистые плохо пропускают воду, затрудняют её доступ к растениям

В общем случае, чем меньше частицы почвы, тем больше их способность удерживать воду и химические вещества, и наоблорот.³

Ход работы.

Взяли немного почвы, увлажнили её и скатали в ладонях.

По тому признаку, как почва скатывается, определили её механический состав, пользуясь таблицей:

Вывод: данные образцы почвы являются тяжёлыми суглинистыми.

2.2 Определение структуры почвы

Механический состав почв во многом определяет её структуру. Структурная почва комковатая или зернистая, состоящая из комочков до 10 мм в диаметре. Эти комочки включают минеральные частицы, склеенные гумусом. В таких почвах много воды и воздуха, которые вместе с органической составляющей обуславливают плодородие.
Бесструктурные почвы состоят из очень мелких частиц – до 0, 001 мм в диаметре. Поглощая воду, такие почвы образуют сплошную липкую массу.

Ход работы.

Взяли немного почвы, разложили её тонким слоем на блюдце и рассмотрели. Отметили наличие структуры.

Добавили немного воды. Сплошная масса при этом не образовалась.

Вывод:
- исследуемая почва структурированная,
- для неё характерна прекрасная аэрация и инфильтрация.

2.3 Определение рН почвы

Химические свойства почвы зависят от содержания в ней минеральных веществ, которые находятся в виде растворённых в воде гидратированных ионов.

Одной из важных характеристик химического состава почв является реакция её среды, т. е. кислотность почвы. В среднем рН почв близко к нейтральному значению. Такие почвы наиболее богаты обитателями. Известковые почвы имеют рН = 8-9, т. е. они слабо щелочные; торфяные имеют рН = 4-6, т. е. они слабо кислые. Соответственно, основные и кислые почвы имеют специфический, приспособленный к тем или другим состав почвенных организмов.

При значении рН меньше 3 (сильно кислые почвы) и больше 9 (сильно щелочные почвы) из-за высоких концентраций ионов водорода или ионов гидроксид-ионов повреждаются клетки живых организмов. Кроме этого, рН почвы сказывается и на степени доступности биогенных элементов. При рН меньше 4 почва содержит так много ионов алюминия, что она становится высокотоксичной для большинства растений. При ещё более низких значениях рН в токсичных концентрациях могут содержаться ионы железа Fe³⁺, марганца Mn²⁺ . При высоких значениях рН ионы

железа Fe³⁺, марганца Mn²⁺ , а также фосфат-ионы PO₄^3- оказываются связанными в малорастворимые соединения (фосфаты и гидрофосфаты) – тогда растения страдают от их недостатка.³

Ход работы

Поместили в колбу 10 г почвы.

Добавили в колбу 25 мл дистиллированной воды.

Закрыли колбу пробкой, энергично встряхнули и дали отстояться содержимому в течение нескольких часов.

Отфильтровали содержимое колбы и определили рН почвенной вытяжки с помощью универсальной индикаторной бумаги. Лакмусовая бумажка приобрела красный цвет в воде с размешанной почвой.

Определили, к какому типу кислотности относится данный почвенный образец, сравнив с данными таблицы:

6) Назвали растения, которые могут произрастать на исследуемых почвах.

Растения – индикаторы почв

Наличие таких организмов, как проволочник и растений – пырей ползучий, хвощ полевой, свидетельствуют о кислотности почв.

Ацидофилы крайние (рН 3,5-4,5) - сфагнум, плаун, хвощ полевой, щавель малый.

Первый способ.

Залив 3-4 листа средних размеров черной смородины стаканом крутого кипятка, дали остыть и бросили в неё щепотку почвы. Вода покраснела, следовательно почва кислая.

Второй способ.

Прокипятили землю в воде. Раствор охладили и профильтровали до прозрачности. В раствор добавили сок фиолетовых ирисов. Он стал красным, почва кислая.

Вывод:

pH 3-4,5 Среда сильнокислая.

По результатам анализа почв, приняли решение о внесении золы.

Древесная зола является хорошим калийным и фосфорным удобрением для кислых почв. Помимо калия и фосфора, которые находятся в золе в легкодоступной для растений форме, зола содержит кальций, магний, железо, серу и цинк, а также многие микроэлементы, необходимые овощам, многолетникам, а также плодовым и декоративным деревьям. На суглинистых почвах вносят золу под перекопку осенью и весной. Мы это сделали осенью. Норма внесения – по 100-200 г на квадратный метр. Зола удобряет и ощелачивает почву, создаёт благоприятные условия для жизнедеятельности почвенных микроорганизмов, особенно азотфиксирующих бактерий. Внесение в почву золы повышает жизнестойкость растений, они быстрее приживаются при пересадке и меньше болеют. Действие золы продолжается до 2-4 лет после внесения в почву.

В 1 столовой ложке содержится 6 г золы, в гранёном стакане – 100 г, в пол-литровой банке – 250 г, в литровой банке – 500 г золы. Хранить собранную золу нужно в сухом месте, так как влага приводит к потере калия и микроэлементов.

2.4 Обнаружение сульфатов в почве

Определение химического состава почвы чаще всего начинается с анализа водной почвенной вытяжки, т.к. хорошо растворимые соединения почвы в первую очередь поглощаются растениями. Преимущественное накопление микроэлементов происходит в верхней части корнеобитаемого слоя почв. Избыток растворенных в почве солей (более 0,2% от массы сухой почвы) создает повышенную концентрацию соответствующих ионов в почвенном растворе, а это снижает ее плодородие. Такими солями являются, например, хлориды натрия, магния, кальция, карбонат и сульфат натрия. ³

Ход работы:

1) Взяли 25 г почвы, поместили в колбу, добавили 50 мл дистиллированной воды.

2) Взболтали содержимое колбы, дали отстояться в течение 5-10 мин.

3) Еще раз взболтали и после отстаивания профильтровали.

4) К 5 мл почвенной вытяжки прилили несколько капель концентрированной соляной кислоты и 3 мл 20%-ного раствора хлорида бария.

5) Наблюдали появление слегка мутного раствора.

Уравнение качественной реакции на сульфат- ион:

BaCl₂ + Na₂SO₄ = BaSO₄ + 2NaCl

Вывод: содержание в образцах почвы сульфатов незначительное. Такое количество не будет снижать плодородие почвы.

2. 5 Определение наличия хлоридов в почве

Определение химического состава почвы чаще всего начинается с анализа водной почвенной вытяжки, т.к. хорошо растворимые соединения почвы в первую очередь поглощаются растениями. Преимущественное накопление микроэлементов происходит в верхней части корнеобитаемого слоя почв. Избыток растворенных в почве солей (более 0,2% от массы сухой почвы) создает повышенную концентрацию соответствующих ионов в почвенном растворе, а это снижает ее плодородие. Такими солями являются, например, хлориды натрия, магния, кальция, карбонат и сульфат натрия.

Ход работы:

1) Взяли 25 г почвы, поместили в колбу, добавили 50 мл дистиллированной воды.

2. Взболтали содержимое колбы, дали отстояться в течение 5-10 мин.

3. Еще раз взболтали и после отстаивания профильтровали.

4. Отлили в пробирку 5 мл почвенной вытяжки, добавили несколько капель 10%-ной азотной кислоты и по каплям 1,5% раствор нитрата серебра.

5. Наблюдали помутнение раствора.

Уравнение протекающей реакции выглядит так:

AgNO₃ +NaCl = AgCl+ NaNO₃

Вывод: в исследуемых образцах почвы содержатся сотые и тысячные доли процента хлорид-ионов. Такое количество не повлияет на снижение плодородия почвы.

Результаты работы:

По изменению окраски универсальной индикаторной бумаги – кислотность почвы высокая.

Требуется известкование почвы.

На участке умеренно применяются минеральные и органические удобрения. Преимущественно используются органические удобрения животного происхождения (навоз), а так же перегной, зола, яичная скорлупа.

Механический состав почвы – тяжёлая суглинистая.

Исследуемые образцы почвы относятся к структурным комковатым.

7. Содержание в почве сульфат-ионов и хлорид-ионов незначительное, оно не снижает плодородия.

Выводы и рекомендации:
В результате данной работы была изучена литература, которая содержит информацию о почвах.

Я познакомилась с различными методиками исследования состава, свойств, структуры почвы. Некоторые методики были применены при исследованиях почв.

Мною была определена структура почвы, её механический состав, рН, содержание сульфатов и хлоридов.

Особенности данной почвы позволяют использовать её для выращивания сельскохозяйственных и декоративных растений.

Со своими результатами я ознакомлю своих одногруппников, и весной мы будем высаживать растения с учётом полученных мною результатов.

Также необходимо весной продолжить исследования и определить другие параметры, методики которые я изучала. Также необходимо проводить подобные исследования и в других местах. Я планирую исследовать территории техникума, некоторые места в городе и области, чтобы составить мониторинг почв и сравнить данные этого и последующих годов.

Список литературы

Энциклопедия для детей. Аванта +: Том 3. География. – М.: Аванта+, 1994.

Мансурова С. Е., Кокуева Г. Н. Школьный практикум. Следим за окружающей средой нашего города. 9-11 классы. – М.:Гуманитарный издательский дом ВЛАДОС, 2014.

Интернет – ресурсы.