Физико-химические методы исследования почв

Решение современных проблем почвоведения базируется на детальном изучении химических и физических свойств почвы. Вопросы химизации сельского хозяйства и повышения почвенного плодородия, рационального использования земельных угодий и удобрений, природа и генезис отдельных почвенных типов и обширных почвенно-географических зон и провинций — все это требует предварительной химико-аналитической характеристики почв в сочетании с глубоким пониманием закономерностей почвообразования и специфических особенностей химии почв.

В почвоведении с помощью приемов обычного анализа накоплен огромный фактический материал, освещающий химический состав почв и многие ее свойства. Это позволило обосновать нуждаемость почв в удобрениях, описать историю и закономерности образования типов почв. Классические объемные и весовые методы анализа, которые часто сокращенно называют просто химическими методами, останутся и в дальнейшем как один из важнейших приемов изучения состава почв. Существенным недостатком этих методов является их громоздкость и большая трудоемкость; кроме того, их применение сопровождается более или менее сильным воздействием на почву различных реактивов и в силу длительности определения они мало пригодны для изучения динамики почвенных процессов.

Перспективными для изучения почвообразования и плодородия почв являются физико-химические методы анализа. Современные физико-химические методы не отвечают, конечно, всем предъявляемым требованиям и дают ответ далеко не на все вопросы, но их основные принципы и приемы применения близко совпадают с потребностями науки о почвах.

Физико-химические методы анализа — это большая группа методов, в которую часто включают все приемы химических исследований, базирующиеся на количественном измерении физических свойств. Предварительно изученная зависимость состав —свойства позволяет посредством простых физических измерений анализировать любую систему. Если в химическом анализе для определения количественного состава измеряют количество вещества, вступающего в реакцию, или весовое (объемное) количество продуктов реакции, то в физико-химическом анализе непосредственного измерения объема или веса не производят, а количественно определяю/ какое-либо физическое свойство вещества или системы. Поэтому первым этапом разработки и применения любого физико-химического метода является установление зависимости между составом и свойствами, выражаемой математически в виде формулы или графика.

Зависимости, используемые в физико-химических методах анализа, опираются на общие законы физики и химии; специфичность свойств веществ, характер реакций и особенности изучаемых систем находят отражение в величинах параметров уравнений. Это придает физико-химическим методам универсальность, позволяющую применять одни и те же приборы для исследования разнообразных соединений. В связи с этим классификация методов и последовательность их изучения основывается на общности используемых законов (свойств) и применяемой аппаратуры. Вместе с тем специфика состава, структуры и свойств почвы требует уточнения, иногда разработки особых условий проведения исследования, а подчас и новых приемов и деталей аппаратуры. Следует подчеркнуть, что еще далеко не все физико-химические методы исследования в полной мере проверены и приспособлены к изучению состава, структуры и свойств почвы.

Другая особенность физико-химического анализа связана с тем, что свойства вещества или системы не зависят от взятого объема вещества. Любые свойства: окраска, интенсивность излучения, показатель преломления, величина потенциала— определяются только концентрацией, а не абсолютным количеством изучаемого компонента. Это позволяет значительно повысить чувствительность методов количественного определения и вносит некоторые особенности в технику работы по сравнению с обычными химическими методами.

Ряд физико-химических методов позволяет определять такие свойства вещества, или компонента в смеси, которые нельзя изучить обычными приемами: окислительно-восстановительный потенциал, активности ионов, светопоглощение и отражательная способность почвы и т. п.

Разнообразие физико-химических методов столь велико, что сейчас уже трудно установить границы, в пределах которых тот или иной метод следует считать физико-химическим. При почвенных исследованиях наиболее употребительными за последнее время оказались следующие:

1. потенциометрические методы, применяемые в почвоведении для определения рН, окислительно-восстановительного потенциала, активности ионов натрия, калия, хлора и др.;
2. кондуктометрические методы, используемые в почвоведении для определения солесодержания в почвах и почвенных растворах;
3. полярографические методы, нашедшие применение в почвоведении для количественного определения многих катионов и анионов, особенно присутствующих в микроколичествах;
4. фотометрические и нефелометрические методы анализа, позволяющие определять практически любые компоненты почв и почвенных растворов;
5. спектрофотометрический анализ, используемый в почвоведении как для количественных определений, так и для изучения структуры гумусовых веществ и минералов тонкодисперсной фракции;
6. методы пламенной фотометрии, используемые в почвоведении преимущественно для определения содержания в почвах катионов щелочных и щелочноземельных металлов;
7. методы термического анализа, применяемые в почвоведении для изучения минералогического состава почв и почвенных коллоидов.

Кроме перечисленных в почвоведении находят применение рефрактометрия, поляриметрия, люминесценция; все шире используют спектральный эмиссионный атомный анализ, рент-геноструктурный, электронномикроскопический анализ и др. В настоящем руководстве излагаются только те методы, которые наиболее широко применяются в почвенно-химических лабораториях.

Необходимо подчеркнуть, что в большинстве случаев проведение анализа физико-химическими методами требует очень немного времени и, хотя используется часто дорогостоящая аппаратура, все же достигается экономия средств благодаря быстроте определения и малому расходу реактиbob. Вместе с тем по чувствительности и точности определения (особенно малых количеств) физико-химические методы безусловно превосходят обычные объемные и весовые методы анализа. С точки зрения почвоведения особенно важно, что многие почвенные характеристики могут быть получены этими методами без какого-либо нарушения естественного состояния почвы. И, наконец, физико-химические методы позволяют глубоко изучить принципы построения вещества, в том числе таких важнейших компонентов почвы, как тонкодисперсные минералы и органические гумусовые вещества.

Физико-химические приемы анализа осуществимы при наличии специальной, часто дорогостоящей аппаратуры, безотказно работающей только при умелом обращении с ней. Теория самих методов довольно сложна и требует достаточно высокой подготовки сотрудников и умелого толкования получаемых данных. Успех и более широкое использование физико-химических методов в почвоведении зависит прежде всего от подготовки почвоведов в этой области.

Данное руководство должно служить учебным пособием при обучении студентов по специальностям почвоведение и агрохимия, а также для ознакомления сотрудников лабораторий, обслуживающих сельское хозяйство, с физико-химическими методами исследования почв.

Источник

Исследовательская работа по теме «Анализ физико-химического состава почвы учебно-опытного участка Новомалыклинской средней школы»

Работа направлена на изучение путей повышения плодородия почвы на пришкольном участке. Мы надеемся, что работа принесет большую пользу школе, и не только ей, в борьбе за сохранение и повышение урожайности сельскохозяйственных культур с пришкольного участка.

Скачать:

Предварительный просмотр:

МОУ Новомалыклинская средняя общеобразовательная школа

имени Героя Советского Союза

«Анализ физико-химического состава почвы

Новомалыклинской средней школы»

ученицы 11 класса

учитель химии и

с. Новая Малыкла

1. Общая характеристика исследуемого объекта…………4-5

1. Отбор пробы почвы с пришкольного участка…………. 5

1. Физический анализ исследуемой почвы…………………5-6

1. Химический анализ исследуемой почвы…………………7-8

Приложение 1. План-схема территории МОУ Новомалыклинской СОШ имени М. С. Чернова.

Приложение 2. Схема почвенного профиля.

Приложение 3. Результаты исследования физических свойств почвы.

Приложение 4. Результаты исследования химических свойств почвы.

Приложение 5. Выводы по результатам исследования.

Земля — ценнейшее природное достояние народа, место обитания человека. Почвенный покров является объектом труда и средством производства. Он используется для выращивания растений, получения биологической массы разного рода продукции, размещения населенных пунктов, промышленных предприятий, дорог, аэродромов, мест отдыха. Таким образом, почва — одно из важнейших богатств, которым располагает человечество, так как именно почва обеспечивает необходимыми продуктами питания. Все мы, в конечном счете, зависим от ее плодородия.

Вопрос плодородия и урожайности почвы особенно остро стоит в настоящее время. В связи с погодными условиями нынешнего лета урожаи по стране в целом низкие. Это привело к повышению цен на многие продукты питания.

На территории нашей школы имеется достаточно большой пришкольный участок. Благодаря его функционированию, а также наличию рационально организованных хранилищ, стоимость обедов в школьной столовой была традиционно низкой (150-200 рублей в месяц). Но урожайность, к сожалению, с каждым годом уменьшается и влечет за собой увеличение стоимости обедов в школьной столовой.

Но, только ли от погодных условий зависит урожайность почвы на пришкольном участке?

Почва – это рыхлый поверхностный слой земли. Он включает в себя твердые, жидкие, газообразные компоненты и формируется в результате сложного взаимодействия климата, растений, животных, микроорганизмов. Поэтому во многом плодородие почвы обуславливается ее определенными физико-химическими свойствами.

Для того чтобы понять, каким образом можно повысить урожайность почвы на нашем пришкольном участке, мы задались целью: в ходе исследования физико-химических свойств почвы установить причину ее низкой урожайности и предложить реальные пути повышения ее плодородия.

Для решения цели мы выдвинули следующие задачи:

1. Изучить различные методики исследования почв. Выбрать те из них, которые возможно реализовать в условиях школьной лаборатории.

2. Провести исследования физических свойств и химического состава почвы пришкольного участка.

3. На основе полученных фактов дать общую характеристику состоянию почвы на пришкольном участке.

4. Предложить способы повышения плодородия почвы на пришкольном участке, не требующие особых материальных затрат и физических усилий.

Благополучие окружающей среды во многом зависит от санитарного состояния почвы. Чистая, здоровая почва — залог чистоты окружающей среды, экологически безопасных продуктов, а значит, и здоровья человека.

Без сохранения почвенного покрова окажется невозможным и сохранение исторически сложившегося круговорота веществ в природе. Поэтому каждому человеку полезно иметь представление о состоянии почвенного покрова в том месте, где он живет. А для человека, живущего в сельской местности, чья жизнь непосредственно зависит от количества собранного урожая, проблема снижения плодородия почвы — одна из самых важных.

Мы надеемся, что наша работа принесет большую пользу школе, и не только ей, в борьбе за сохранение и повышение урожайности сельскохозяйственных культур с пришкольного участка.

1. Общая характеристика исследуемого объекта.

В качестве объекта для исследования почвы нами был выбран учебно–опытный участок МОУ Новомалыклинской средней общеобразовательной школы имени Героя Советского Союза М.С. Чернова.

Площадь участка 0,95 га.

Учебно-опытный участок находиться на территории школы и состоит из двух частей (см. приложений 1). Практически со всех сторон он граничит с территориями частного сектора. С одной стороны к нему примыкает школьный двор. И лишь небольшая часть участка обращена к улице с интенсивным движением транспорта, но отграничена от нее широкой полосой травяной растительности.

Вблизи от пришкольного участка нет промышленных и сельскохозяйственных предприятий, автомобильных трасс, магазинов и других мест скопления людей и транспорта. На территории школы и в окрестностях нет источников поверхностных вод (родников, рек, болота и др.) и других естественных преград.

На учебно-опытном участке школы организованы отделы: полевых, овощных и плодово-ягодных культур, цветочно-декоративный, коллекционный. В отделах полевых и овощных культур выращиваются в системе севооборотов важнейшие культуры данной зоны. Отдел плодово-ягодных культур состоит из сада, ягодника. В цветочно-декоративном отделе выращиваются однолетние, двулетние и многолетние цветочно-декоративные растения. В коллекционном отделе возделываются типичные представители основных сельскохозяйственных и систематических групп растений, распространенные лекарственные, медоносные растения, новые для данной местности культуры. Имеется теплица с защищенным грунтом, овощехранилище.

Большая часть территории школьного двора занята травяной растительностью. Среди них господствуют рудеральные и степные виды. Очень мало древесных форм. На опытном участке древесный ярус представлен плодовыми деревьями (яблонями, 12 шт.) и кустарниками (вишня, слива, черемуха, рябина). По периметру участка проходят защитные полосы травяной растительности.

Учащимися школы регулярно осуществляется уборка территории от мусора. Бытовой и естественный мусор складируется в специально отведенном для этого месте (в дальнем конце школьного двора), затем по мере наполнения емкости вывозится на свалку.

В целом, такие факторы, как отсутствие по близости загрязняющих предприятий, удаленность от автотрасс, регулярная уборка территории, наличие защитных травяных полос благоприятно влияют на состав и свойства почвы учебно-опытного участка школы.

2. Отбор пробы почвы с пришкольного участка.

Поскольку средняя проба, взятая для анализа, должна характеризовать все свойства исследуемой почвы, на подготовку образца к взятию этой пробы мы обратили особое внимание.

Из четырех различных мест опытного участка мы взяли приблизительно по 200 г почвы. Методом квадратирования отобрали опытный образец массой примерно 400 г. Около 300 г почвы оставили для проведения опытов по изучению физических свойств почвы. Остальное количество использовали для приготовления почвенной вытяжки.

Очищенный от инородных тел и включений образец почвы высушили на воздухе, расположив почву в кювете слоем толщиной не более 2 см. Затем взвесили пустой чистый стакан на 200 мл. В стакан поместили высушенную почву на 1 / 3 вы соты и снова взвесили его, определив массу почвы (m) в граммах. К почве добавили дистиллированную воду в расчете 5 мл воды на 1 г почвы , приготовив тем самым водную вытяжку. Перемешали содержимое стакана в течение 3-5 мин. с помощью стеклянной палочки. Отфильтровали содержимое стакана через бумажный фильтр, собирая готовую вытяжку в нижний стакан на 50 мл. Первые несколько миллилитров фильтрата удалили, т.к. они собирают загрязнения с фильтра. Получили водную вытяжку почвы, которую использовали для определения засоленности почвы.

1. Физический анализ исследуемой почвы.

Для описания физических свойств мы исследовали почвенный профиль, механический и минеральный состав, структуру, влагоемкость, водопроницаемость и содержание воздуха в почвенном образце.

Опыт №1 «Исследование почвенного профиля».

На территории пришкольного участка мы обнаружили крутой склон, оставшийся после постройки овощехранилища. Этот склон позволяет определить почвенный профиль (приложение 2).

Из схемы почвенного профиля видно, что дернинный и гумусовый слои выражены слабо.

Опыт №2 «Определение механического и минерального состава почвы».

Взяли немного почвы, слегка увлажнили её и скатали в ладонях. Почва скатывается в толстую колбаску, которая ломается при изгибании. Из чего мы сделали вывод, что почва лёгкая суглинистая. И в ней не значительно преобладает глинозём.

Опыт №3 «Определение структуры почвы».

Взяли немного почвы, разложили её тонким слоем на блюдце и рассмотрели. Почва распалась на комочки. При добавлении воды не образовалась сплошная вязкая масса. Проанализировав результаты, мы сделали вывод, что почва имеет структуру.

Опыт №4 «Определение влагоемкости почвы».

Отобрали немного почвы, поместили её на металлический поднос и взвесили. Масса почвы m1= 100г700мг. Поместили поднос с почвой на сутки в духовку при температуре около 100 градусов по Цельсию. Взвесили высушенную почву. Масса почвы стала m2=88г200мг. Рассчитали процентное содержание воды по формуле:

Сделали вывод, что из-за жаркого, сухого лета и осени без дождей в исследуемой почве содержится мало влаги.

Опыт №5 «Определение водопроницаемости почвы»

Отобрали цилиндрический образец почвы. Для этого подготовили пластмассовую баночку (удалили в ней дно) и вырезали этим цилиндром образец почвы. Налили примерно 100 мл воды в широкий сосуд и поместили в него отобранный образец. Отметили время, за которое вода полностью впиталась в почву — 19 мин 28с. Так как исследуемая почва сухая, структурная, то вода достаточно быстро впиталась в неё. Мы сделали вывод, что почва имеет высокую водопроницаемость.

Опыт №6 «Определение содержания воздуха в почвенном образце».

Отобрали цилиндрический образец почвы. Поместили образец в сосуд с водой и наблюдали, как выделяется из почвы воздух, замещаясь водой. Определили:

— 1минута 30секунд –время в течении которого выделялся воздух;

— величины пузырьков – крупные и средние;

— интенсивность выделения воздуха высокая.

Сделали вывод, что аэрация почвы достаточно высокая.

По результатам физического анализа (приложение 3) исследуемого образца мы установили:

а) выраженная структурность, минеральный состав почвы, ее высокая водопроницаемость и хорошая аэрация должны способствовать получению хороших урожаев;

б) но слабо выраженный гумусовый горизонт указывает на недостаточное содержание органических веществ в почве.

4. Химический анализ исследуемой почвы.

В качестве параметров для химического анализа использовались следующие: оценка кислотности почвы, оценка богатства почвы органическими веществами, определение засоленности почвы, определение присутствия тяжелых металлов (см. приложение 4).

Опыт №1 «Определение рН почвенной вытяжки».

Используя солевую почвенную вы тяжку, определили рН двумя способами: а) раствором индикатора универсаль ного, добавив в первую пробирку 3-5 ка пель раствора индикатора; б) pH-индикаторной бумагой, опустив конец бумажной полоски пинцетом во вто рую пробирку.

Оба теста показали, что рН исследуемой почвы колеблется в пределах 7-8. Из чего мы сделали вывод о том, что среда почвы слабощелочная.

Опыт №2 «Определение содержания гумуса в почве».

Содержание органических веществ в почве мы определили, используя две методики:

а) отобрав образец почвы, мы взвесили его на весах. Масса (m1) почвы 5,500г. Поместили образец в тигель с крышкой и прокалили его на огне в течении часа для полного сгорания всех органических веществ. Остудили тигель в эксикаторе, взвесили почвенный образец после прокаливания (m2). Получили 3,600 г. Затем рассчитали процентное содержание органических веществ по формуле:

б) в банку поместили образец почвы объемом около 0,3 л. Залили его водой и довели уровень воды в сосуде до объема пример но 1 л. Содержимое банки взболтали перемешива нием для смачивания почвы и выхода пузырьков воздуха. Дождались расслоения взвеси, после чего измерили линейкой значе ния высоты слоев отстоявшейся и всплывшей почвы линейкой.

Рассчитали h верхн/ h нижн *100%= 0,5 см/1,5 см * 100%= 33,3%

Из чего сделали вывод, что почва содержит небольшое количество органических веществ.

Опыт №3 «Изучение засоленности почвы».

А) Обнаружение карбонат-ионов: в пробирку с исследуемой почвой добавили концентрированную соляную кислоту (68%). Наблюдали «вскипание» почвы (неинтенсивное выделение пузырьков). Это свидетельствует о наличии в почве карбонат-ионов.

2Н + + СО 3 2 — = Н 2 О + СО 2

Б) Обнаружение сульфат-ионов: в пробирку с почвенным раствором добавили по каплям раствор соли бария. Видимых изменений не обнаружили.

В) Обнаружение сульфит-ионов: в пробирку с почвенным раствором добавили по каплям спиртовой раствор йода. Видимых изменений не обнаружили.

Г) Обнаружение хлорид-иона: в пробирку с почвенным раствором добавили по каплям раствор нитрата серебра. Видимых изменений не обнаружили.

Из проведенных опытов сделали вывод об отсутствии засоленности почвы.

Опыт № 4 «Обнаружение тяжелых металлов в почве».

А) Обнаружение ионов свинца: в пробирку с почвенным раствором добавили 1 мл раствора йодида калия. Видимых изменений не обнаружили.

Б) Обнаружение ионов меди: в пробирку налили на 1/4 ее высоты раствор почвы, прилили в нее 2-3 мл (избы ток) раствора аммиака, перемешали содер жимое пробирки. Видимых изменений не обнаружили.

В) Обнаружение ионов железа: в пробирку с почвенным раствором пипеткой налили 3-4 мл роданида калия. Видимых изменений не обнаружили.

Исходя из проделанных опытов, убедились, что исследуемый образец почвы не загрязнен тяжелыми металлами.

5. Результаты исследования.

Таким образом, в ходе проведения ряда опытов мы выяснили:

1. Удаленность учебно-опытного участка школы от различных источников антропогенного загрязнения благотворно влияет на сохранение плодородия его почвы.

2. Такие физические свойства как структурность, минеральный состав, высокая водопроницаемость и хорошая аэрация почвы должны способствовать получению хороших урожаев с пришкольного участка.

3. Так же положительно на плодородие почвы влияет отсутствие тяжелых металлов и вредных солей в ней.

4. Основной проблемой почвы на учебно-опытном участке школы является недостаточное содержание органических веществ и избыточное содержание карбонат-ионов, что обуславливает слабощелочную среду почвенного раствора и снижает урожайность.

Выявленные проблемы (см. приложение 5) показали, что основной задачей для руководителей опытного участка является повышение содержания органических веществ в почве и уменьшение ее кислотности. Для того чтобы в почве образовывался гумус, в нее необходимо вносить всевозможные органические остатки. Но очень часто использование органических удобрений сопряжено с большими финансовыми затратами. Поэтому мы предложили методы повышения плодородия почвы на пришкольном участке без особых материальных усилий.

Во-первых, почву необходимо мульчировать остатками отмерших растений и опавшей листвой. Мульча выполняет ряд полезных функций:

— под действием аэробных микроорганизмов мульча минерализуется, и почва пополняется минеральными элементами,

— задерживает рост сорняков,

— предотвращает излишнее испарение влаги из почвы,

— благодаря мульче верхний слой почвы всегда рыхлый,

— мульчирующий слой играет роль шубы: днем почва не перегревается и не пересыхает, ночью — не переохлаждается,

— мульча уменьшает глубину промерзания почвы зимой,

— мульчипокров защищает почву от вымывания,
— мульчипокров обеспечивает питанием почвенную микрофлору и животных, которые в процессе жизнедеятельности выдыхают углекислый газ, необходимый для углеродного питания растений.

Для создания мульчипокрова можно применять: сорняки, лопухи, крапиву, скошенную траву, послеуборочные остатки, перемолотые кору и ветки деревьев. Их можно оставлять после прополки на междурядьях. Так же их можно измельчать и вносить в почву в период осенней копки.

Во-вторых, мы рекомендуем производить посев сидеральных растений. Сидератами являются любые однолетние растения, которые выращивают весной до основных посадок, осенью после сбора урожая или летом для восстановления плодородия почвы. При выращивании сидеральных растений минеральные элементы почвы служат их питанием. Таким образом, неорганическое вещество преобразуется в органическое. Затем сидераты подрезают, оставляют перегнивать на грядках или закладывают в компостную кучу. При разложении корневой системы в глубине почвы образуется гумус, который восстанавливает плодородие почвы. Надземная часть растений большей частью минерализуется и пополняет почву минеральными элементами. В качестве сидератов могут использоваться любые однолетние растения, обладающие мощной корневой системой и надземной частью: фацелия, люпин, рожь, овёс, подсолнечник, рапс, кормовые бобы, горох, клевер, донник и т. д.

В-третьих, желательно компостировать органические отходы. Лучше всего компостировать органические отходы прямо на грядке или на дорожках. В этом случае обеспечивается максимальное восстановление плодородия почвы при минимальных трудозатратах. Лучше всего иметь 2-3 компостные кучи. В одну органические остатки вносятся, в другой они уже перегнивают, в третьей компост уже готов и вносится на грядки. Очень нежелательно годами складывать органические вещества в одну компостную кучу. Для компостирования применяются следующие органические остатки:
1. Домашний мусор органического происхождения.
2. Кухонные и пищевые отходы.
3. Свежий навоз и птичий помет.
4. Листва, измельченные ветки.
5. Солома, кора, ботва, трава.
6. Опилки, стружка.
7. Бумага, картон, х/б ткань
8. Древесная зола.

В–четвертых, мы рекомендуем осуществлять севооборот — ежегодное чередование культур, выращиваемых на одной грядке.

В-пятых, возможно организовать ферментацию пищевых отходов в домашних условиях. Пищевые отходы, обычно выбрасываемые нами на помойку, могут стать замечательным сырьем для производства ферментированного компоста в домашних условиях. Ферментированный компост можно складировать в подвале, овощехранилище, гараже и даже на морозе.

И, наконец, для нейтрализации кислотности почвы рекомендуется вносить в почву древесную золу. Так как большинство огородных растений и полезных почвенных микроорганизмов хорошо развиваются при кислотности почвы ph=6,5-7,0 — слабокислой или нейтральной реакции почвы.

Различные методики исследования почв позволили нам провести комплексный анализ физических свойств и химического состава почвы на школьном учебно-опытном участке. В результате мы не только дали общую характеристику состоянию почвы, но и предложили способы повышения ее плодородия, не требующие особых материальных затрат и физических усилий.

Конечно, мы понимаем, что наша работа в условиях средней общеобразовательной школы не может носить глубокого фундаментального характера. Но, тем не менее, исследовательская работа, проведенная нами, позволяет надеяться, что ее результаты будут учтены и применены на практике.

Источник