ПРОЕКТ С ЭЛЕМЕНТАМИ ИССЛЕДОВАНИЯ «Химический анализ почвы в условиях школьной лаборатории»
Онлайн-конференция
«Современная профориентация педагогов
и родителей, перспективы рынка труда
и особенности личности подростка»
Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику
Муниципальное учреждение дополнительного образования
«Центр дополнительного образования» (Халитовский филиал)
Кунашакский муниципальный район
Всероссийский конкурс экологических проектов
С ЭЛЕМЕНТАМИ ИССЛЕДОВАНИЯ
« Химический анализ почвы
в условиях школьной лаборатории »
ученица 6а класса
МБОУ «Тахталымская СОШ»
Руководитель: Хасанова Р.Г.
Цель ра боты –расширить знания о почве и провести анализ некоторых параметров почвы и разработка практических рекомендаций по её улучшению для повышения эффективности выращивания растений.
На уроках географии, биологии я узнала, что почва – это верхний плодородный слой земли. А, также прочитав статьи из энциклопедии, в интернете, я узнала, что над её созданием беспрерывно трудятся солнце и ветер, бактерии и лишайники превращают горные породы в песок и глину. Отмершие остатки растений и животных образуют перегной – самый плодородный слой почвы. Проходит 300 лет, пока появится 1 см такого слоя. Как долго, тщательно трудится природа над созданием почвы! А много плодородной почвы на Земле?
Подбирая материал к проекту, я прочитала рассказ о почве: « Представим, что яблоко – это наша планета Земля. Делим его на 4 части; 3 из них – это вода, а ¼ часть – земля, если эту маленькую часть поделим еще, то получим «кусочек земли», где люди не живут: это пустыни, ледники, вершины гор. А теперь эту маленькую часть делим на 3 части: 2 части – это города, дороги, леса, – землю нельзя использовать. И только последний кусочек мы используем, это и будет слой плодородной почвы.».
А как мы относимся к почве, что мы знаем о почве? Я думаю, что охрана почв – должна быть важнейшей задачей человечества.
При выполнение работы были использованы следующие методы и приёмы исследований:
— Анализ научной литературы;(посещение библиотеки, поиск информации в интернете)
— Химический анализ почвы;
— Анализ полученных результатов.
В работе выяснила, что такое почва, типы почв, типы почв кунашакского района, химический состав почв, изучила методы анализа почвы в условиях школьной лаборатории, провела химический анализ почвы комнатных растений школы и как состав почвы влияет на рост и развитие растений. Пусть проведенные анализы просты в исполнении и выдвинутые пути решения проблемы простые, но иногда простая модель позволяет достичь высоких результатов.
Глава1. Теоретическая часть.
1.1. Что такое почва……………………………………………. 9 стр
1.2 Почвы Челябинской области и Кунашакского района…….13 стр
1.3 Химический состав почвы……………………………………13 стр
1.4. Основные виды загрязнения почвы………………………… 15 стр
1.5. Методики исследования свойств почв……………………..20 стр
Глава 2. Практическая часть…………………………………………….25 стр
2. 1.Взятие почвенных образцов и подготовка их к анализу
2.2. Получение почвенного раствора и его изучение
2.3. Исследования кислотности почвы.
2.4. Определение ионов
2.5. Качественное определение гумуса
2.6. Определение механического состава почвы
2.7. Определение влияния загрязненного грунта от батарейки на рост растений. Определение всхожести семян
· ТИП- ПРОЕКТА : ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
· ЦЕЛЬ ПРОЕКТА : расширить знания о почве и провести анализ некоторых параметров почвы и разработка практических рекомендаций по её улучшению для повышения эффективности выращивания растений.
ПРОВЕСТИ ХИМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПОЧВЫ В УСЛОВИХ ШКОЛЬНОЙ ЛАБОРАТОРИИ
· ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ : ПОЧВА
· ГИПОТЕЗА ПРОЕКТА : ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ПОЧВЫ ВЛИЯЕТ НА РОСТ И РАЗВИТИЕ РАСТЕНИЙ.
Гипотеза исследования: рост и развитие растений зависят от состава почвы
Предмет исследования : почва
Цель данной исследовательской работы : расширить знания о почве и провести анализ некоторых параметров почвы и разработка практических рекомендаций по её улучшению для повышения эффективности выращивания растений.
· что такое почва
· химический состав почвы
· изучить основные методики анализа почвы;
· выбрать методики, приемлемые для школьной лаборатории;
· определить в почвенных образцах кислотность, содержание карбонат- , нитрат-, хлорид-, сульфат – ионов, наличие гумуса; влияние содержимого батареек на рост растений
· что такое плодородие почвы, влияние удобрений на плодородие
· собрать и изучить информацию о почве.
· изучить основные виды загрязнения почвы;
· выяснить какие типы почв преобладают в Кунашакском районе
Почва – одно из самых уникальных творений природы. Изучением почвы занимается специальная наука — почвоведение, причём эта наука является очень молодой. Человечество веками возделывает землю, всё наше существование практически зависит от умения земледельца вырастить хороший урожай. А на почвы до середины прошлого века учёные не обращали серьёзного внимания. Наверное, потому, что слишком обыкновенно и привычно то, с чем мы встречаемся каждый день. Землепашец знает, как подготовить почву к посеву, сколько посеять в неё зерна. Он отличит хорошую почву от плохой, не будет сеять там, где вырастет плохой урожай. Земля кормила человечество без вмешательства науки. И потому ещё сравнительно недавно учёные спорили, для чего растению почва. Отсутствие научно обоснованного подхода, нерациональное использование привело к истощению почвенных ресурсов, снижению плодородия до критического уровня.
Сейчас главное для нас, людей – сохранение и повышение плодородия почвы.
Методики почвенного анализа, нормативные характеристики почвенного плодородия довольно широко освещены в научной литературе по почвоведению и агрохимии. Учитывая начальный этап изучения химии на занятиях кружка и оснащения школьной лаборатории, были совместно с руководителем выбраны доступные методики почвенного анализа.
Приборы и материалы:
2. колбы конические термостойкие на 100 мл
3. воронка стеклянная термостойкая
4. пипетка медицинская
5. фильтровальная бумага
6. фарфоровые чашки
8. стеклянная палочка, стаканы
9. пробирки, штатив для пробирок
- Состав почвы;
- О проблемах почвы и охране;
- работать с дополнительной литературой;
- определять физико-химический состав почвы;
- оформлять результаты своей деятельности согласно плану.
Буду воспитывать в себе:
- любознательность;
- самостоятельность;
- толерантность;
- организованность.
Результаты проектной деятельности:
- Я смогу применять общеучебные навыки и умения, но уже на новом, продуктивном, поисковом уровне: проводить химический анализ почвы, работа со справочной литературой, оформление сообщения согласно плану, публичное выступление.
Что мы знаем о почве? Чаще всего эти знания связаны с её плодородием — необыкновенной, уникальной способностью обеспечивать урожай растений. Действительно, человечество получает основную часть продуктов питания (98%) за счет использования почв, что само по себе не может не вызывать удивления и уважения, если вспомнить, что почва (суша) занимает не более трети поверхности Земли, а на долю собственно пашни приходится лишь десятая часть суши. Почва представляет собой особое природное тело, которое образуется при длительном взаимодействии компонентов живой и неживой природы.
Процесс образования почвы начинается с разрушения горных пород. Затем на горных породах поселяются микроорганизмы и растения. Растения оставляют после себя органические остатки. Животные своими норами разрыхляют почву, улучшая проникновение воды и воздуха. Бактерии, грибы способствуют разложению органического вещества. В результате формируется гумус ( перегной ) — самая важная часть почвы.
Чем больше гумуса в почве, тем она плодороднее .
Любая почва, вне зависимости от места её расположения, включает несколько слоёв и имеет весьма сложный химический состав. В состав почв входят минеральные вещества, гумус, вода, воздух и микроорганизмы.
Минеральные вещества состоят из песчаных и глинистых частиц. В зависимости от их содержания выделяют почвы по механическому составу: песчаные, глинистые, супесчаные и суглинистые. Глинистые почвы хорошо задерживают воду и богаты питательными веществами, песчаные — наоборот.
Гумус — это органическая часть почвы. Он образуется в результате преобразования микроорганизмами органических остатков, которые попали в почву после отмирания растений. Гумус можно определить по тёмному цвету. В нём содержатся питательные вещества для растений (калий, азот, фосфор).
Толщина слоя почвы может колебаться от 2 – 3 сантиметров до 2 метров. Самый толстый слой почвы характерен для степей, самый тонкий — для пустынь, гор, приполярных районов.
Почвы состоят из нескольких почвенных горизонтов (слоёв). Эти слои различаются по строению, составу, цвету и происходящим в них процессам. Все вместе они образуют почвенный профиль.
На самом верху залегает подстилка , или дернина , состоящая из свежеопавших листьев или разлагающихся растительных остатков.
Самый верхний горизонт — гумусовый ( перегнойно-аккумулятивный ). Здесь происходит накопление перегноя. Горизонт пронизан корнями растений и содержит много микроорганизмов и насекомых.
Горизонт вымывания беден перегноем, так как растворимые вещества выносятся из него водой и накапливаются в следующем слое, горизонте накопления . Горизонт накопления более тёмного цвета, влажный и плотный.
Материнская порода — самый нижний горизонт почвы, на котором происходят основные почвообразовательные процессы.
Чернозёмные почвы формируются в степях под травянистой растительностью при достаточном количестве тепла и влаги. Чернозёмы — самые плодородные почвы, с мощным гумусовым слоем (от 50 см до 2 м). В условиях недостатка влаги в степях образуются каштановые почвы.
Подзолистые почвы формируются под хвойными лесами в условиях сильного промывания осадками, в результате чего под небольшим слоем гумуса расположен белёсый горизонт промывания, который по цвету напоминает золу.
Бурые лесные почвы формируются под широколиственными лесами с развитым травяным покровом.
Тундрово-глеевые почвы формируются в холодном поясе, в условиях избытка влаги и скудного растительного покрова. Они сильно переувлажнены и обладают низким плодородием.
В пустынях и полупустынях, где осадки редки, а растительность бедна, развиваются бурые пустынные почвы и серозёмы .
В саваннах распространены красные и красно-бурые почвы, в переменно-влажных лесах — краснозёмы и желтозёмы .
Под влажными экваториальными лесами, где выпадает большое количество осадков и круглый год наблюдаются высокие температуры воздуха, формируются красные и жёлтые ферраллитные почвы.
Почва является главным источником продуктов питания и основой для развития сельского хозяйства.
Почва обеспечивает питание и рост растений, является средой обитания живых организмов, накапливает в себе органическое вещество и связанную с ним энергию.
Почвы Челябинской области
Преобладающими почвами Челябинской области являются серые лесные в горно-лесной зоне и черноземы в лесостепной и степной зонах. В нашем Кунашакском районе распространены черноземы обыкновенные и выщелоченные, с высоким содержанием гумуса (6—9%) и достаточно мощным почвенным слоем (30—60 см).
На территории Кунашакского района находится Восточно-Уральский заповедник – единственный в России заповедник, чьи земли впитали радиацию и стали не пригодными для использования.
Химический состав почвы.
В состав почв входят почти все элементы периодической системы Менделеева. Однако подавляющее их большинство встречается в почвах в очень малых количествах, поэтому в практике приходится иметь дело всего с 15 элементами. К ним принадлежат прежде всего четыре элемента С, N, О и Н, из неметаллов S, Р, Si и С1, а из металлов Na, К, Са, Mg, AI, Fe и Мn. Количественное содержание в почве этих элементов различно: на первое место надо поставить О и Si, на второе — А1 и Fe, на третье — Са и Mg, а затем — К и все остальные. Обычно растения усваивают из почвы N, Р, К, S, Са, Mg, Fe, Na, Si в достаточно больших количествах и эти элементы называются макроэлементами, а В, Mn, Mo, Сu, Zn, Со, F используются в ничтожных количествах и называются микроэлементами. К важнейшим из них относятся элементы, без которых невозможно образование белков,— N, Р, S, Fe, Mg; такие элементы, как К, Сu, Mg, Na, оказывают огромное влияние на регуляцию работы клеток и формирование различных тканей растений.
Кислород в свободном состоянии находится в почвенном воздухе, а в связанном входит в состав воды, кислот и их солей.
Кремний необходим для образования клеток и тканей более твердых частей растения.
Алюминий входит в состав глины Биологического значения он не имеет.
Железо биологическое значение его велико: с ним связано образование хлорофилла в зеленых растениях.
Кальций очень важен для растений, так как входит в состав стеблей.
Магний, как и кальций важен для растений, так как входит в состав хлорофилла.
Калий является одним из основных элементов питания растений и, в частности, играет большую роль в крахмалообразовании.
Фосфор является одним из основных питательных элементов и необходим для развития растений так же, как и азот.
Азот — исключительно важный для питания растений, входящий в состав молекулы белков основы растительной и животной клетки.
Сера также входит в состав молекулы белков.
Водород входит в состав воды.
Углерод входит в состав растительных остатков и составляет в среднем 45 % их массы. Как основа всех органических соединений он имеет исключительно большое значение. Встречается в почве также и в форме минеральных соединений углекислого газа и солей угольной кислоты.
Марганец , как предполагают, играет роль катализатора. Определенное биологическое значение имеют также и многие другие химические элементы, встречающиеся в почвах в очень малых количествах (например, медь, цинк, фтор, бор и другие), так называемые микроэлементы. Некоторые из них используются в качестве минеральных удобрений. Однако наибольшее значение для питания растений имеют соли калия, кальция, магния, железа и кислот — азотной, фосфорной, серной и угольной.
Для характеристики плодородия почвы наибольшее значение имеет содержание гумуса, азота, фосфора и калия . Определение содержания в почве тех или других химических элементов и форм их соединений является задачей химического анализа почв.
Основные виды загрязнения почвы
Состав и свойства почвы постоянно меняются под влиянием климата, факторов неживой природы, жизнедеятельности растений и других живых организмов. Но в первую очередь на состояние почвы оказывает влияние хозяйственная деятельность человека.
Широко известны случаи, когда высокие концентрации опасных химических веществ в почве стали причиной отравления людей и животных. Так, например, растения, произрастающие, на почвах с высоким содержанием селена, могут накапливать его в количествах до 5000 мг/кг. Высокая концентрация селена в растительных продуктах является причиной болезни, называемой селеновым токсикозом, и отравлений людей, и массовой гибели сельскохозяйственных животных.
Состояние почвы оценивается по следующим показателям:
· загрязнение тяжелыми металлами( хром, марганец, железо, кобальт )
· загрязнение бытовыми и промышленными отходами;
Загрязнение почвы тяжелыми металлами
К тяжелым металлам относится более 40 химических элементов периодической системы Д. И. Менделеева: хром, марганец, железо, кобальт, никель, медь, цинк, молибден, кадмий, олово, сурьма, ртуть, таллий, свинец и другие.
Главным источником тяжелых металлов является химическое производство и автотранспорт. Значительное загрязнение почвы свинцом, цинком и кадмием в первую очередь наблюдается вблизи автомобильных дорог. Это объясняется тем, что наиболее распространённое автомобильное топливо — бензин — содержит в себе ряд соединений металлов, в том числе очень ядовитое — содержащее свинец, который таким образом попадая вместе с выхлопными газами в атмосферу, оседает на почву.
Почва становится мертвой при содержании в ней 2-3 г свинца на 1 кг грунта. Вокруг некоторых наиболее оживлённых дорог содержание свинца в почве достигает 10-15 г/кг, а ширина придорожной территории, где возможна высокая концентрация свинца в почве достигает 100 м и более.
Загрязнение бытовыми и промышленными отходами
Значительно обострилась проблема ликвидации твердых промышленных и бытовых отходов, которые существенно влияют на изменение химического состава почвы, вызывая ухудшение её качества. Из общего количества образующихся отходов бытовые отходы составляют 28%, а промышленные 72%. Особое место среди бытовых отходов занимают пластмассы и синтетические материалы, так как они не подвергаются процессам биологического разрушения и могут длительное время находиться в объектах окружающей среды.
Загрязнение нефтепродуктами
Нефтесодержащие отходы представляют значительную опасность для природной среды в городах и пригородах, являясь источником загрязнения почв, грунтовых и поверхностных вод. Этот вид загрязнения связан с расширением парка автотранспорта, увеличение сети АЗС, моек автомобилей, станций технического обслуживания, гаражей, которые в свою очередь также накапливают нефтесодержащие отходы.
Попадая в почву, нефть увеличивает общее количество углерода. В составе гумуса возрастает нерастворимый остаток, что является одной из причин ухудшения плодородия. Это, в свою очередь, наносит ощутимый экономический ущерб земледелию. Естественное восстановление плодородия почв при загрязнении нефтью происходит очень медленно, в течении нескольких десятков лет.
Пестициды как загрязняющий фактор
Пестициды составляют группу искусственно созданных веществ, используемых для борьбы с вредителями и болезнями растений.
При обработке посевов пестицидами основная часть их накапливается на поверхности почв и растений. Они имеют период полураспада до нескольких десятков лет. Накапливаясь в почве, пестициды могут передаваться по цепям питания и вызывать заболевания животных и людей.В настоящее время более 5 млн.т. пестицидов поступает на мировой рынок.
Загрязнение радиоактивными элементами
Радиоактивные элементы — неустойчивые химические элементы, способные к радиоактивному распаду, который сопровождается испусканием энергии. Источником поступления в почву радиоактивных веществ могут быть радиоактивные атмосферные осадки, отходы ядерных энергетических реакторов, лабораторий, научно-исследовательских учреждений, использующие радиоизотопы Радионуклиды, поступившие на почвенно-растительный покров из воздуха, первоначально концентрируются в верхнем слое почвы, а затем начинают мигрировать по ее профилю. Они становятся неотъемлемым звеном пищевых цепей, при этом поражая живые организмы. Поражения организмов может быть, как индивидуальными — развитие злокачественных новообразований, так и генетическими, представляющими большую опасность для будущих поколений.
Загрязнители почвы и их опасность для организма человека
Здоровье человека в значительной степени определятся той средой, в которой он вынужден жить, и, как оказалось, почве в этом вопросе принадлежит немаловажная роль. Хорошее и крепкое здоровье человека во многом зависит от структуры и состава почвы! Это обусловлено тем, что именно от почвы зависит качество пищи, которую человек потребляет.
Давно доказано, что ряд заболеваний связаны с определенными почвенными условиями: избытком или недостатком химических элементов, нарушением их соотношения. Наиболее широко известными примерами из этой области являются заболевания щитовидной железы — зоб и базедова болезнь (при недостатке йода), поражения зубной эмали — кариес и флюороз (при недостатке фтора), но их список очень велик и продолжает расширяться.
Так, имеются сведения о связи с особенностями почвенного покрова и онкологических заболеваний. Изучение онкологами географического распространения рака желудка показало, что в Тунисе, Египте, Афганистане заболеваемость раком желудка значительно ниже, чем в Англии, Франции, США.
Клинические исследования позволили предположить повышенный риск этого заболевания с недостаточным содержанием магния в пище (следовательно, в воде и почвах), а также нарушением соотношения в почвенном растворе между ионами Са, Mg, Mn. Эта закономерность была подтверждена на примере Ростовской области в совместной работе почвоведов и онкологов.
По отношению к окружающей среде и человеку почва выполняет еще одну важную роль – протекторную. Обладая способностью поглощать и удерживать в себе различные загрязняющие вещества, в том числе и радионуклиды, связывая их химическим и физическим путем, почва тем самым служит своеобразным фильтром, предотвращающим поступление этих соединений в природные воды, растения, и далее по пищевым цепям – в животные организмы и человека. Однако возможности почвы в этом отношении не безграничны, а уровень техногенного прессинга все возрастает, поэтому все чаще наблюдаются случаи опасного загрязнения почв и последующего отравления людей.
1.Методика исследований.
1.Взятие почвенных образцов и подготовка их к анализу
Агрохимическое исследование почвы начинается с взятия почвенных образцов. Как сказано в соответствующей литературе, взятие почвенных образцов – очень важный момент, поэтому ему должно быть уделено самое серьёзное внимание. Если образцы были отобраны неправильно, результаты анализов, как бы тщательно их не выполняли, не отразят природных свойств почвы и могут привести к неправильным заключениям.
В дальнейшем их необходимо подсушить непосредственно в мешочке в сухом проветриваемом помещении.
2.Получение почвенного раствора и его изучение
- Поместите кусочки почву в стакан, прилейте дистиллированной воды, объем которой в 3 раза превышает объем почвы Профильтруйте полученный раствор через бумажный фильтр в чистую пробирку (фильтрат — почвенная вытяжка).
- Несколько капель почвенного раствора поместите на стеклянную пластинку, с помощью держателя подержите над спиртовкой до выпаривания воды (ОСТОРОЖНО!). Сделайте вывод, о чем могут свидетельствовать результаты этого опыта.
3. Определение кислотности почв
Необходимость определения данного параметра обусловлена тем, что реакция почвенной среды влияет на рост и развитие сельскохозяйственных культур, являясь важным условием почвенного плодородия.
При рН 4-4,5 реакция сильнокислая,
при рН 4,6-5,0 среднекислая,
при рН 5,1-5,5 слабокислая,
при рН 5,6 – 6,0 близкая к нейтральной,
при рН 6,1-7,0 нейтральная,
при рН 7.1-8,0 слабощелочная.
Как установлено почвоведами, культурные растения не переносят кислой реакции и хорошо растут только на нейтральных и близких к ним по значению реакции среды почвах (Цуриков, 1986). Такая почвенная реакция благоприятна для развития полезных почвенных микроорганизмов, обогащающих почву азотом.
Для определения кислотности почвы мы взяли методику, описанную в учебнике «Химия 8 класс» И.И. Новошинского, Н.С. Новошинской. Лабораторная работа № 6 «Определение рН среды» включает опыт 2 -Получение почвенного раствора и определение его рН.
«В пробирку поместите почву (высота столбика почвы должна быть
2-3 см). Прилейте 5-7 см³ прокипячённой (для удаления углекислого газа) воды. Закройте пробирку пробкой и встряхивайте в течение 2-3 минут. Дайте раствору отстояться 1-2 минуты. Затем приготовьте бумажный фильтр, вставьте его в воронку, закреплённую в кольце штатива. Поставьте под воронку сухую чистую пробирку и осторожно профильтруйте, не взбалтывая осадка, полученную смесь почвы и воды. Почва останется на фильтре, а собранный в пробирке фильтрат представляет собой почвенный раствор (почвенную вытяжку). Нанесите стеклянной палочкой или пипеткой почвенный раствор на индикаторную бумагу» [3, 206].
4. Качественное определение карбонат – ионов
Наличие в почве карбонатов устанавливают с помощью 10%-ной соляной кислоты. Небольшое количество почвы помещают в фарфоровую чашку и приливают пипеткой несколько капель кислоты. При наличии в почве карбонатов с её поверхности начинают выделяться пузырьки углекислого газа. По интенсивности их выделения судят о более или менее значительном содержании карбонатов (Фридланд, 1977).
Определение величины навески почвы для определения карбонат — ионов.
Источник