Исследовательская работа по теме «Экологический мониторинг почв аг. Полошково»
Онлайн-конференция
«Современная профориентация педагогов
и родителей, перспективы рынка труда
и особенности личности подростка»
Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику
работ исследовательского характера (конференция) учащихся
по учебному предмету
ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ ПОЧВ ОКРЕСТНОСТЕЙ АГ. ПОЛОШКОВО
Автор: Вигуро Анна Николаевна
учащаяся 9 класса
Шалыгина Снежана Игоревна
учитель биологии и химии
ГУО «УПК Полошковский детский
ГЛАВА 2. ПРАКТИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ПОЧВЫ………………………………………………….
2.1. Определение физических свойств почвы……………………………….
2.2. Определение химического состава почвы………………………………
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ………………………………
3.1. Механический состав почвенных образцов………………………….
3.2. Влажность почвенных образцов………………………………………….
3.3. Кислотность почвенных образцов………………………………………..
3.4. Качественный химический анализ почвенных образцов……………..
ГЛАВА 4. ПРИМЕНЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ……….
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ……………………….
Охрана окружающей среды является одной из наиболее актуальных глобальных общечеловеческих проблем. Свой вклад в загрязнение окружающей среды вносят многие отрасли хозяйства. Экологическая ситуация требует принятия конкретных мер. Начинать необходимо со своего родного края. Для нас это — агрогородок Полошково, где мы планируем улучшить экологическую обстановку путём увеличения зелёных насаждений. В связи с этим были определены неблагоустроенные территории, на которых планируется создание сквера, озеленение территории школы. Чтобы данный проект реализовывался успешно, мы решили внести свой вклад, проведя экологический мониторинг почв окрестностей аг. Полошково.
Цель работы: создать индикатор из природного материала для определения кислотности почв неблагоустроенных территорий аг. Полошково и провести экономически выгодную подборку видов растений для озеленения неблагоустроенных территорий.
Создать самодельный индикатор для определения кислотности почв в домашних условиях.
Провести анализ исследуемых образцов почв на кислотность и химический состав в учебной лаборатории.
Осуществить подбор растений, соответствующий химическому составу исследуемых образцов почв.
Объект исследования: образцы почв с территорий по ул.Московская (территория школы — №1), по ул. Центральная (вблизи лесного массива — №2), по ул. Совецкая (№3), по ул. Набережная (№4).
Предмет исследования: анализ кислотности и химического состава исследуемых образцов почв.
Гипотеза : проведя качественный анализ и определив кислотность исследуемых образцов почв, мы сможем подобрать оптимальный состав растений, что будет способствовать более рациональному использованию материальных затрат на благоустройство данных территорий.
Работа носит прикладной (практический) характер, поскольку исследование образцов почв позволяет дать реальную объективную оценку состояния окружающей среды и принять научно обоснованные меры по улучшению экологической ситуации в агрогородке Полошково.
ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОЧВЫ
Почва — верхний корнеобитаемый слой земной коры, из которого растения извлекают необходимые для их жизнедеятельности воды и элементы минерального питания. Почва обладает уникальным свойством – плодородием, способностью обеспечивать растения необходимым количеством питательных веществ, водой, воздухом. Плодородие почвы зависит не только от содержания в ней питательных веществ, но и от плотности, механического состава, влажности, кислотности, засоленности [1].
Цвет почвы варьирует от темно-серого и темно-коричневого до черного. Бурый и красный цвета придают окислы трехвалентного железа. Сизые, голубоватые и зеленоватые тона характерны для минералов, содержащих закисные формы двухвалентного железа. Белую окраску почве придают зерна кварца, известь, карбонаты, хлориды, сульфаты натрия и калия [1,4].
Механический состав почвы – это содержание в ней песчаных и глинистых частиц разного размера. Если много крупных песчаных частиц, то почва — песчаная, а если много мелких глинистых — глинистая [1,4,5].
Кислотность почвы обуславливается наличием в ней положительно заряженных ионов (Н + ), щелочность – наличием отрицательно заряженных гидроксид — ионов (ОН — ). Для характеристики кислотности принято пользоваться одним показателем степени, взяв его с обратным знаком. Это водородный показатель или pH . Многие культуры лучше всего растут на нейтральных или слабощелочных почвах [1,5,7].
В кислых почвах повышается растворимость соединений железа, марганца, алюминия, бора, меди, цинка. При избытке этих элементов продуктивность растений снижается. Кислая среда угнетающе действует на процессы аммонификации, нитрификации, фиксации азота из воздуха, ухудшая азотный режим почвы. Оптимальные условия для развития микрофлоры, определяющей эти процессы, находятся в пределах рН = 6.5 – 8.0.
На щелочных почвах возникает дефицит некоторых микроэлементов (цинка, железа, марганца, меди). При высокой щелочности ухудшаются физические свойства почв. Сильно щелочная реакция неблагоприятна для большинства растений [1,5,7].
Засоленность почвы характеризуется повышенным содержанием легкорастворимых минеральных солей, что неблагоприятно сказывается на её физических и химических свойствах и создает неблагоприятные условия для развития и роста растений. Наиболее вредное влияние оказывают карбонаты, хлориды и сульфаты натрия [1,5,7].
ГЛАВА 2. ПРАКТИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ПОЧВЫ
2.1. Определение физических свойств почвы
2.1.1. Отбор почвенных образцов
Отбор почвенных образцов производят в осенний или весенний период времени, когда растительный покров недостаточно развит, или растения уже собраны с поля (прил. 1). Исследуемую территорию делят на участки. С каждого участка отбирают один смешанный образец. При этом копают небольшую яму на глубине 10 и 30 см, при этом одну стенку её делают отвесной. С неё срезают пласт почвы на всю глубину ямы толщиной 5 см. Из средней части пласта вырезают вертикальный столбик. Это индивидуальный почвенный образец. Его объём должен быть приблизительно 500 см 3 . Когда будут собраны все индивидуальные образцы с элементарного участка, всю почву высыпают на клеёнку, тщательно перемешивают и распределяют тонким ровным слоем. Затем берут из 10-15 мест по горсти почвы и пересыпают в банку. Так получают смешанный почвенный образец [5,6,9].
2.1.2. Определение механического состава почвы
В основе разделения по механическому составу лежит классификация механических элементов. В основе подобного выделения положены пластичность почвы, ее способность к слипанию. По механическому составу почвы делятся на следующие типы: песчаные – состоят из песчаных частиц, сыпучие; супесчаные – шнур не скатывается, при растирании дает ощущение песчаных частиц; суглинистые – во влажном состоянии имеют слабую пластичность, шнур образуют непрочный; глинистые – во влажном состоянии пластичны, при скатывании получается шнур небольшой длины [5,6,9].
2.1.3. Определение плотности почвы
Плотность – степень связанности почвенной массы. Почва может быть рассыпчатая – лопата легко втыкается; рыхлая – лопата втыкается без труда; уплотненная – лопата входит с усилием; плотная – лопата входит с трудом; очень плотная – лопата не входит, «звенит» [5,6,9].
2.1.4. Определение структуры почвы
Под структурой почвы понимают способность её распадаться на отдельные частицы. Они могут иметь разную форму (комки, призмы, пластинки и т.д.). Для определения структуры вырезают образец почвы и подбрасывают его на лопате 1-2 раза, в результате чего образец распадётся на структурные частицы [5,6,9].
2.1.5. Определение окраски (цвета) почвы
При определении окраски почвы всегда следует обращать внимание на степень влажности и силу солнечного освещения. Одна и та же почва в разных условиях может иметь разную окраску [5,6,9].
2.2. Определение химического состава почвы
2.2.1. Определение кислотности почвенных образцов
В пробирку к 3-4 г почвы приливаем 4-5 см 3 хлорида калия, после чего взбалтываем смесь в течение 3-4 мин, отстаиваем. После того, как раствор посветлел, необходимо взять пипеткой 1 см 3 этого раствора, поместить его в фарфоровую чашку и прилить1-2 капли индикатора – лакмуса. Если раствор окрасится в розовый или красный цвет, то почва кислая, а если в синий или зеленоватый, то – щелочная. Пользуясь цветной шкалой, устанавливается кислотность образцов почвы [8,9].
2.2.2. Качественное определение ионов
Приготовление водной вытяжки (прил. 2). Пробу почвы тщательно разотрите в фарфоровой ступке. Возьмите 25 г почвы, поместите её в колбу ёмкостью 200 см 3 и прилейте 50 см 3 дистиллированной воды. Содержимое колбы тщательно взболтайте и дайте отстояться в течение 5-10 мин., а затем отфильтруйте в колбу ёмкостью 100 см 3 [2,3,7,8].
Приготовление солянокислой вытяжки. Почву, оставшуюся после фильтрования водной вытяжки, перенесите в колбу, где находится исходная масса, налейте 50 мг 10% раствора соляной кислоты и взбалтывайте содержимое 30 мин, а затем дайте отстояться в течение 5 мин [2,3,7,8].
Качественное определение карбонат-ионов. Небольшое количество сухой почвы поместите в фарфоровую чашку, прилейте несколько капель 10% раствора соляной кислоты. Если почва содержит соли угольной кислоты, то наблюдается «шипение» — выделение оксида углерода ( IV ) [2,3,7,8].
Качественное определение хлорид–ионов. В пробирку прилейте 5 см 3 водной вытяжки и добавьте несколько капель 10% раствора азотной кислоты и 1-2 капли 0,1М раствора нитрата серебра. При наличии хлорид-ионов в количестве 10% и более происходит образование белого хлопьевидного осадка, менее 10% – осадок не выпадает, но раствор мутнеет [7,8].
Качественное определение сульфат-ионов. В пробирку прилейте 5 см 3 водной вытяжки, добавьте несколько капель концентрированной соляной кислоты и 3 см 3 20% раствора хлорида бария. При наличии сульфатов в количестве 10% и более происходит выпадение белого мелкокристаллического осадка, менее 10% — помутнение раствора [2,3,7,8].
Качественное определение оксидов железа ( II и III ). В две пробирки внесите по 3 см 3 солянокислой вытяжки. В первую пробирку добавьте красной кровяной соли. Появившееся синеватое окрашивание указывает на присутствие в почве оксида железа ( II ). Во вторую пробирку добавьте несколько капель 10% раствора роданида калия. При наличии оксида железа ( III ) раствор приобретает кроваво-красный цвет [2,3,7,8].
Качественное определение ионов свинца. В пробирку налейте 5 см 3 водной вытяжки почвы и по каплям прибавьте раствор йодида калия . При наличии ионов выпадает жёлтый творожистый осадок или появляется помутнение [2,3,7,8].
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Для исследования были взяты образцы почв со следующих территорий: по ул. Московская (территория школы — №1), по ул. Центральная (вблизи лесного массива — №2), по ул. Советская (№3), по ул. Набережная (№4).
3.1. Механический состав почвенных образцов
Результаты определения механического состава почвенных образцов
Окраска (для сухой почвы)
Влажность (сухая, свежая)
Влажная, на руке остается след
Влажная, на руке остается след
Включения (остатки растений)
Корни растений, иголочки сосны
Опилки, щепки, кора
Корни растений, остатки листьев
Гидроксид железа, плитки бурого цвета
Зерна, шарики, плитки желто- бурого цвета
В ходе исследования было определено, что наименее загрязнённая почва образцов № 1 и 4, на втором месте по загрязнённости стоит образец № 2, и самая загрязнённая №3.
3.2. Влажность почвенных образцов
Влажность образцов почвы мы определили методом гравиметрии [8]. Взвесили пустой стакан – 102 грамма. Взвесили массу стакана с почвой (с глубины 30 см) – 312 гр. Высушили почву в течение 5 суток в теплом помещении. Повторное взвешивание (сушим до постоянного веса) – 167 гр. Проводим расчет процентного содержания воды от веса сухой почвы по формуле: С = (в – б) / (б – а) х 100%, где, а – масса стакана, б – постоянный вес, в – первоначальная масса, С – влажность почвы (процентное содержание воды от веса сухой почвы): С = (312 – 187) / (187 – 102) *100%= 1,47*100% = 147%
Результаты исследования влажности почв методом гравиметрии
Масса пустого стакана
Первичное взвешивание почвы с глубины 30 см
Повторное взвешивание после 5 суток сушки
Процентное содержание воды от веса сухой почвы
С = 125/ 85 = 1,47*100% = 147%
В результате исследования мы выяснили, что самая сухая почва с территории №3. Менее сухой оказалась почва на участках №1 и №2. Самая влажная почва на участке №4.
3.3. Кислотность почвенных образцов
Кислотность почв можно определить с помощью стандартных лабораторных индикаторов (например, лакмуса), рН-метра или титрованием растворов (табл. 3.3.1). Но это возможно только в лаборатории, ни в магазине, ни в аптеке подобных индикаторов или приборов не приобрести. В связи с этим мы поставили себе задачу: создать действующий индикатор в домашних условиях из доступных каждому человеку средств.
Мы выяснили, что исходным сырьем для создания самодельного индикатора могут служить отвары цветов, плодов, ягод, листьев и корней растений. Они содержат вещества, способные менять свой цвет при попадании в кислую или щелочную среду [5,8,10].
Для получения природных индикаторов мы использовали красную свёклу, красный лук, ягоды облепихи, красной рябины, черноплодной рябины, клюквы, черники, винограда, вишни. Полученные отвары мы проверили на изменение окраски в растворах соляной кислоты, уксусной кислоты, соды, гидроксида натрия. Для чистоты эксперимента эталоном химического индикатора был лакмус (приложение. 2).
Результаты исследования показали, что растительные отвары ягод и овощей из меняют свой цвет в зависимости от значения рН. Это говорит о возможности использования растительного материала для изготовления индикаторов в домашних условиях. Наиболее чёткое изменение окраски зафиксировано у отваров лука, черноплодной рябины, черники и винограда. Эти индикаторы чётко реагировали на разные показатели кислотности среды. В основном в кислой среде отвары имели красную окраску, а в щелочной – от синей до зелёной. Совершенно не пригодны для определения кислотности среды отвары ягод облепихи. Растительные отвары необходимо готовить непосредственно перед определением. По истечении нескольких часов они портятся и становятся непригодными к использованию. Проанализировав полученные данные, мы сделали универсальный индикатор, который даёт заметное изменение окраски в широких пределах кислотности и может долго храниться, сохраняя свои свойства.
Методика приготовления: 1 стакан черноплодной рябины, 15 листиков черной смородины + 500 см 3 воды. Кипятим 15 минут на огне. Затем раствор необходимо остудить, отжать и отфильтровать. После этого добавляем 100 см 3 96% этилового спирта. Полученный раствор наливаем в герметично закрытую стеклянную посуду, чтобы не улетучивался спирт и не разлагались действующие вещества, и даём настояться 7-10 дней. В итоге получаем индикатор насыщенного бордового цвета. В растворе кислоты он светлеет и становится красным, в растворе щёлочи приобретает синюю окраску.
Таким образом, мы в домашних условиях получили самодельный «лакмус», который имеет следующие преимущества:
Его легко приготовить в домашних условиях (что не требует материальных затрат).
Он долго хранится, сохраняя свой свойства.
Этот индикатор может определять кислую и щелочную среду, подобно лабораторному индикатору.
Результаты определения кислотности образцов почвы
Источник