Химический состав почвы на пришкольном участке.

–– РАБОТА ПРЕДСТАВЛЕНА В СОКРАЩЕНИИ. ССЫЛКУ НА ПОЛНЫЙ ТЕКСТ СМОТРИТЕ В САМОМ КОНЦЕ.––

Цель: ознакомление учащихся с наиболее часто употребляемыми методами изучения состава почв; некоторых компонентов вещественного состава, со способами определения ряда физико– химических свойств почв, применение результатов на практике, освоить технику отбора проб, подготовки образцов к анализу, проведения исследований классическими химическими и инстументальными методами.

Задачи проекта:

1. Приобщить учащихся к самостоятельной работе с информацией.
2. Исследовать состав, структуру, тип почв .
3. Формировать навыки исследовательской деятельности.
4. Установить связь между химическим составом почвы и растениями, которые способны компенсировать проблемы пришкольного участка.
5. Обобщить материал по курсам “Экология почв”, “Химия почв”.
6. Развивать учебно–коммуникативные умения.

Практическая часть работы.

Химический состав почвы неоднороден и может существенно изменяться в зависимости от территорий. Почва активно подвергается воздействию со стороны хозяйственной и промышленной деятельности человека. В почву попадает целый ряд опасных загрязняющих веществ (очень распространено загрязнение почвы нефтепродуктами и тяжелыми металлами). Их содержание строго нормируется санитарными нормативами.

Прежде чем приступать к каким либо ландшафтным работам, желательно провести химический анализ почвы. Химический анализ почвы позволяет своевременно выявлять специфические проблемы, связанные с почвой.

Обобщив сказанное выше можно сделать вывод: проведение химического анализа почвы дает возможность установить химический состав и свойства почвы. Он позволяет выяснить общее содержание в почве С, N, Si, Al, Fe, Ca, Mg, Р, S, K, Na, Mn, Ti и др. элементов, дает представление о содержании в почве водорастворимых веществ (сульфатов, хлоридов и карбонатов кальция, магния, натрия и др.), определяет поглотительную способность почвы, выявляет обеспеченность почвы питательными веществами — устанавливает количество легкорастворимых (подвижных), усваиваемых растениями соединений азота, фосфора и калия, определяет находящиеся в почве тяжелые металла (Cd, Zn, Cr, Co и т. д), оказывающие токсическое воздействие на человека; способствует определению групп растений, которые способны прижиться и благополучно произрастать на данной территории

Анализ почвы

1. Пробоотбор и подготовка образцов к химическому анализу.

Для проведения физико–химического анализа вначале проводят пробоотбор, используя метод конверта. Почва изымалась с глубины 10 см, по 800–900 мг каждого образца.

Пробы нужно взять на разных территориях.

Затем почва высушивается и измельчается, из нее удаляются посторонние примеси и частицы при помощи набора сит с отверстиями разного диаметра от 5 до 1 мм и сокращении массы до 500 г. Для сокращения пробы использовали метод квартования: Измельченный материал тщательно перемешать и рассыпать ровным тонким слоем в виде квадрата, разделили его на четыре сектора. Содержимое двух противоположных секторов отбрасывали, а два оставшихся снова смешивали, после многократных повторений оставшуюся пробу высушили до воздушного состояния для получения водных вытяжек.

2. Приготовление водной вытяжки.

Для приготовления водной вытяжки достаточно 20 г воздушно – сухой просеянной почвы. Почву помещали в колбу на 100 мл, добавляли 50 мл дистиллированной воды и взбалтывали в течение 5–10 минут, а затем фильтровали.

3. Определение актуальной кислотности почвы.

Реакция почвы оказывает большое влияние на развитие растений и почвенных микроорганизмов, на скорость и направленность происходящих в ней химических и биохимических процессов. В природных условиях рН почвенного раствора колеблется от 3 до 10. Чаще всего кислотность почвы не выходит за пределы 4–8. Связь между кислотностью почвы и величиной рН приведена в табл. 1.

Актуальная (активная) кислотность – кислотность почвенного раствора. Этот вид кислотности оказывает непосредственное влияние на корни растений и почвенные организмы.

Актуальную кислотность определяют в водной почвенной вытяжке. Для этого необходимо поместить в пробирку или колбу 2 г почвы, добавить 10 мл. дистиллированной воды; полученную суспензию 1: 5 хорошо встряхнуть и дать отстоять осадку; в надосадочную жидкость внести полоску индикаторной бумаги и, сравнить её цвет с цветной таблицей, сделать вывод о величине pH почвы.

Полученные результаты:

По величине кислотности почвы можно предсказать наличие тех или иных микроэлементов в почве, а также оценить их подвижность (табл. 3). Наиболее подвижные катионы аккумулируются в тканях растений.

Таблица 3

Подвижность микроэлементов в зависимости от кислотности почвы

ПН – практически неподвижные; СП – слабоподвижные; П – подвижные

4. Качественное определение химических элементов в почве.

Карбонат–ионы. Небольшое количество почвы помещают в фарфоровую чашку и приливают пипеткой несколько капель 10%–го раствора соляной кислоты. Образующийся по реакции оксид углерода (IV) CO₂ выделяется в виде пузырьков ( почва “шипит” ). По интенсивности их выделения судят о более или менее значительном содержании карбонатов.

Сульфат–ионы. К 5 мл фильтрата добавить несколько капель концентрированной соляной кислоты и 2–3 мл 20%–го раствора хлорида бария. Если образующийся сульфат бария выпадает в виде белого мелкокристаллического осадка, это говорит о присутствии сульфатов в количестве нескольких десятых процента и более. Помутнение раствора также указывает на содержание сульфатов – сотые доли процента. Слабое помутнение, заметное лиши на черном фоне, бывает при незначительном содержании сульфатов – тысячные доли процента.

Нитрат–ионы. К 5 мл фильтрата по каплям прибавляют раствор дифениламина в серной кислоте. При наличие нитратов и нитритов раствор окрашивается в синий цвет.

Железо (II и III). В две пробирки внести по 3мл вытяжки. В первую пробирку прилить несколько капель раствора красной кровяной соли K₃[Fe(CN)₆)], во вторую – несколько капель 10%–го раствора роданида калия KSCN. Появившееся синее окрашивание в первой пробирке и красное во второй свидетельствует о наличии в почве соединений железа (II) и железа (III). По интенсивности окрашивания можно судить об их количестве.

Алюминий. К 5 мл почвенной вытяжки прибавляют по каплям 3%–ный раствор фторида натрия до появления осадка. Чем быстрее выпадает осадок, тем больше алюминия содержится в почве.

При проведении анализа выяснилось, что на участке №1 можно предположить содержание ионов в малом количестве: свинца, хрома, никеля, ванадия, мышьяка, кобальта; в достаточном количестве: медь, цинк, кадмий, ртуть, сера. На участках №2 и №3 содержание ионов мышьяка, цинка, серы, ванадия преобладает над содержанием хрома, никеля, кобальта, меди, кадмия и ртути.

Таблица 4

Результаты химического анализа почвенной вытяжки

Катионный обмен почвы. Непрерывное образование водородных ионов H+ происходит при растворении в почвенной воде углекислого газа (CO₂) т. е. образования угольной кислоты. Углекислый газ выделяется корнями живых растений при дыхании, а также при распаде органики (органических удобрений). H+ могут вытеснять в почвенный раствор минеральные катионы, более того, ионы кальция, магния, калия и натрия, находятся в постоянном движении между почвенными частицами, почвенным раствором и корнями растений. Восполнение кальция, магния, калия и натрия происходит за счет распада минеральных почвенных частиц и внесения органических и минеральных удобрений. Высокий уровень катионного обмена характерен для глинистых и органических почв, низкий – для песчаных, т. е. связан с плодородием почв.

Предостережение. При внесении большого количества одного катиона, другие могут быть вытеснены в почвенный раствор, и вымыты в глубокие слои почвы. Такое может происходить при внесении большого количества несбалансированного минерального удобрения. Особенно это опасно на легких песчаных почвах, где мало мельчайших (коллоидных) частиц, поэтому дозы минеральных удобрений там снижают, разбивают на несколько внесений.

Почему почва закисляется. В общем кислые почвы характерны для районов, где количество осадков достаточно высокое, например Нечерноземье, Подмосковье. Дождь и снег повышают количество влаги в почве, и концентрация кальция и магния в почвенном растворе снижается. Ионы кальция и магния с частичек почвы переходят в почвенный раствор и в конечном счете вымываются из почвы. Их место на частичках почвы занимают ионы водорода H+, почва закисляется и требуется повторное внесение извести.

Там, где количество осадков превышает 500 мм в год, ежегодные потери кальция из–за вымывания составляют примерно 55 г/кв. метр. Приблизительно такое же количество кальция выносится из почвы с хорошим урожаем. Внесение минеральных удобрений, например сернокислого аммония или использование серы тоже может подкислять почву.

Углекислый газ, растворенный в почвенной воде, является мощным растворителем соединений кальция, переводя, в частности нерастворимый карбонат кальция CaCo₃ в растворимый бикарбонат кальция Ca(HCO)2. При возрастании активности почвенных микроорганизмов в почву выделяется много углекислого газа, что ведет к потерям кальция из–за вымывания его из почвы ввиде бикарбоната.

Почему важна кислотность почвы. Чрезмерный высокий (выше 9) или низкий (ниже 4) pH почвы токсичен для корней растений. В пределах этих значений pH определяет поведение отдельных питательных веществ, осаждение их или превращение в неусваиваемые растениями формы.

В кислых почвах (pH 4.0–5.5) железо, аллюминий и марганец находятся в формах доступных растениям, а их концентрация достигает токсического уровня. При этом затруднено поступление в растения фосфора, калия, серы, кальция, магния, молибдена. На кислой почве может наблюдаться повышенный выпад растений без внешних причин – вымочка, гибель от мороза, развитие болезней и вредителей.

Напротив, в щелочных (pH 7.5–8.5) железо, марганец, фосфор, медь, цинк, бор и большинства микроэлементов становятся менее доступными растениям.

Оптимальным считается pH 6.5 – слабокислая реакция почвы. Это не ведет к недостатку фосфора и микроэлементов, большинство основных питательных веществ доступны растениям, т. е. находится в почвенном растворе. Такая почвенная реакция благоприятна для развития полезных почвенных микроорганизмов, обогащающих почву азотом.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЧВЕННЫХ КАРБОНАТОВ

Одним из показателей валового состава почвы является содержание

в ней СО₂ карбонатов. Наличие или отсутствие свободных карбонатов является важным диагностическим признаком почв и их отдельных генетических горизонтов. Присутствие в почве заметных количеств карбонатов препятствует развитию кислотности, а иногда приводит к возникновению щелочности, что оказывает важное влияние на подвижность многих веществ в почве и на агроэкологические особенности почв. Этот показатель нужен также для различных пересчетов, необходи–мых при интерпретации данных о содержании других компонентов валового химического состава почв. Из карбонатов почти во всех видах почв преобладают карбонаты щелочно–земельных элементов и гидрокарбонаты. В жидкой фазе почв содержатся ионы Са²⁺, Mg²⁺, Н⁺, ОН^–. Эта система имеет важное значение для почв при их естественной влажности, определяя кислотно–щелочное равновесие и подвижность многих компонентов почвы.

Количественное определение карбонатов проводят в тех почвах, где они обнаружены качественно (проба с HCl) хотя бы в некоторых горизонтах. Основанием для определения карбонатов является также значение рН >7. О примерном содержании карбонатов и соответственно размерах навески для анализа можно судить по характеру вскипания почвы (пробы) от 2–3 капель 10%–ного раствора HCl (см. табл. 5).

5. Определение гранулометрического состава.

В состав почвы входят следующие гранулы:

Камни – 10 –3 мм.
Гравий – 3–1 мм.
Песок – 1– 0.05 мм.
Пыль – 0.05 – 0.001мм.
Ил – 0.001 – 0.0001мм.
Коллоиды – менее 0.0001мм.

Камни, гравий и песок относят к физическому песку; пыль, ил и коллоиды – к физической глине. Песчаные почвы более рыхлые, водопроницаемы, быстрее прогреваются. Глинистые почвы более влагоёмки, теплоёмки, в них большое содержание питательных элементов. Чтобы определить гранулометрический состав, мы:

1) Взвесили 10 грамм почвы с каждого участка;
2) Пересыпали в пробирку и добавили до? части воды;
3) Взболтали и дали отстояться 3–4 минуты;
4) Повторили операцию 3–4 раза;
5) переместили песок в фарфоровые чашки и поставили сушиться в сушильный шкаф на 30–40 минут;
6) Взвесили песок и вычислили процентное содержание

Таблица 6

Таблица 7

Разновидность почв определяем по следующей таблице:

Вывод

Почвы, взятые для анализа на пришкольном участке нуждаются в улучшении. В результате проведения анализа почв с различных участков пришкольного двора выяснили, что на участке № 1 слабо кислая среда, незначительное содержание карбонат, сульфат ионов, иона железа(III), не содержатся ионы железа(II), алюминия; влажность почвы составляет 50%, содержание гумуса 2,78%, почва зернистая, суглинистая лёгкая. Эта почва требует минерализации.

На участке № 2 близкая к нейтральному, содержит незначительное количетсво карбонат, сульфат ионов, иона железа(III), алюминия, влажность почвы составляет 44%, содержание гумуса 4,12%, почва суглинистая лёгкая. Суглинистые почвы – “средняя” почва. Она достаточно зерниста и имеет определенный запас питательных веществ, который, однако, нужно постоянно восполнять.

На участке № 3 нейтральная почва, содержит только ионы алюминия, сульфат ионы, влажность составляет 19%, содержание гумуса 3,7%, почва, суглинистая средняя. Требует минерализации, внесения песка.

Для улучшения качества почв с незначительно повышенной кислотностью осуществляют известкование: вносят соли кальция. На слабокислых 1–2 т. на гектар пашни, причем надо следить затем, чтобы соль была хорошо измельчена и тщательно перемешана с почвой. Известкование действует на почву многосторонне: улучшает деятельность клубеньковых и азотфиксирующих бактерий, повышает коагулирующую способность почвенных коллоидов, а потому на 30–40% повышает эффективность минеральных удобрений; улучшает структуру почв, их водный и воздушный режим; способствуют развитию корневой системы растений.

Основное известковое удобрение – молотый известняк СаСО₃. Нерастворимый в воде карбонат кальция под действием углекислого газа (продукта жизнедеятельности микроорганизмов) и воды превращается в растворимый гидрокарбонат кальция:

СаСО₃ + Н₂О + СО₂ –> Са(НСО₃)₂

НСО^–₃ + Н₂О –> Н₂СО₃ + ОН^–

Образующийся гидроксид–анион ОН^– и нейтрализует избыток катионов водорода Н+ в кислых почвах.

Кроме известняков применяют, в качестве известковых удобрений применяют другие карбонатные минералы: известковый туф, мергель, доломит, мел.

Нужно вносить в них также минеральные удобрения: соединения калия, фосфора и особенно азота. Очень важно удобрять их навозом, что создает условия для энергичной деятельности микроорганизмов. Мало в почве азота – поселяют в них азотобактерии, мало фосфора – фосфоробактерии. Без них и навоз, и другие удобрения могут пролежать в почве без пользы для растений. Огромную роль в снабжении растений азотом играют различные бактерии, которые превращают аммиак в азотную кислоту. Она образует в почве различные соли, при усвоении которых растения получают азот.

NH₃ + 3O₂ = 2HNO₂ + 2H₂O + 663.6 Кдж

2HNO₂ + O₂ = 2HNO₃ + 176,4 Дж

Хотя отдельные виды растений приспособились к существованию в кислой или наоборот в щелочной среде, однако большинство растений хорошо развиваются при нейтральной или слабокислой реакции почвы (диапазон pH 6.0–7.0). это такие растения как бархатцы, гайлария,: агератум, акроклинум, анютины глазки, бегония, василек, гвоздика, гипсофилла, клеома

Следует учитывать, что многие из овощей – салат, капуста кочанная и цветная, свекла, огурцы, лук, спаржа а также клевер и люцерна – при pH 6.0 и ниже развиваются хуже, чем при реакции близкой к нейтральной. Такую же кислотность предпочитает большинство цветов: эшольция, годеция, цинерария, целозия, портулак, петуния (не слишком питательная). Известковая: астра однолетняя, гипсофилла, левкой, шалфей серебристый (сальвия).

Большинство растений любит солнце и почву средней плодородности, поэтому не стоит сажать их в тени деревьев и кустарников, лучше сажать их группами, а не отдельными растениями, которые могут затеряться в зелени растений.

В результате проведенной исследовательской работы мы рекомендуем для посадки следующие однолетники: годеция, гайлардия, гипсофилла, бессмертник, кларкия, лен, настурция, нигелла, портулак, бархацы, петуния, флоксы, рудбекия, целозия, цинерария, эшольция.

Мы придерживаемся данных рекомендаций и стараемся работать под девизом: “Каждый ухоженный клачок земли ответит вам улыбкой зелени, веселым шелестом ветвей, чистотой воздуха и радостным чувством сделанного хорошего, полезного дела – дела, украсившего нашу жизнь!

Авторы: ученицы 11 А класса

Мухаметгареева А. Р.,
Пенкина М. В.

Научные руководители: Усманова А. В.– учитель биологии
Тайгильдина Т. С.– учитель химии

МОУ СОШ №79 Орджоникидзевского района г. Уфа

Полный текст работы: http://static.livescience.ru/pochva1/pochva.pdf
Презентация: http://static.livescience.ru/pochva1/presentation.ppt