Физико-химический анализ почв села Усть-Бакчар

Исследовательская работа :

«Физико-химический анализ состава почв села Усть-Бакчар».

Автор: Гуренко Наталья Владимировна.

11 класс МБОУ «Усть-Бакчарская СОШ».

Руководитель: Ковалёва Юлия Дмитриевна, учитель химии и биологии.

2022

1. Введение. 2

1.1Обоснования исследовательской работы. 3

2. Теоретическая часть. 5

2.1 Состав почвы 5

2.2 Плодородие почвы. 6

2.3 Факторы почвообразования. 8

2.4 Химический состав почвы. 8

2.5 Почвенный профиль. 8

2.6 Кислотность почвы. 9

2.7 Основные виды загрязнения почвы. 10

3. Практическая часть. 11

3.1 Получение почвенного раствора (почвенной вытяжки). 11

3.2 Определение содержания кислорода в почве. 12

3.3 Определение содержание минеральных солей в почве. 12

3.4 Изучение засолённости почвы. 12

3.5 Обнаружение тяжёлых металлов. 13

3.6 Определение содержания ионов водорода в почве. pH-фактор почвы. 14

3.6 Тип почвы по механическому составу. 15

3.7 Структура почвы. 15

4.Выводы. 17

5.Заключение. 18

6.Список литературы. 19

7.Приложение. 20

-Когда земля больна и заражена, здоровье человека невозможно. Чтобы излечить себя, мы должны излечить нашу планету, а чтобы излечить нашу планету, мы должны излечить себя.

Бобби Маклеод

Все мы знаем, что большая часть Земли покрыта водой и только ¼ часть — это суша. Из этой части лишь 11% пригодны для деятельности человека. Человечество с давних времён возделывает землю, всё наше существование строится на том что земледелец умеет вырастить урожай. Землепашец знает, как правильно посеять зерно, может различить хорошую почву от плохой. Он точно не будет сеять в плохую, а даст ей отдохнуть. Земля это, то с чем мы встречаемся каждый день. Она настолько привычна. Наверное, поэтому учёные только в середине прошлого века ввели новую науку, называемую почвоведенье. Недостаток науки в этой области привёл к истощению почвенных ресурсов, снижению плодородия почти до критического уровня.

Почва представляет из себя особое плодородное тело, образованное факторами живой и неживой природы.

Сейчас главная цель это повышение и сохранение плодородия почв.

Гипотеза: Я полагаю, что вследствие антропогенного воздействия состояние почвы сильно ухудшается, свидетельством чего является физико-химический анализ.

Актуальность работы: Данная исследовательская работа является актуальной и перспективной, она призвана привлечь внимание учащихся к экологическим, экономическим, нравственно – эстетическим и другим проблемам использования земли; овладеть методами слежения и оценки окружающей среды; научить применять эти методы на практике; воспитать чувство любви к родному краю.

Цель работы: Данная исследовательская работа позволит получить информацию о состоянии почвы. Определить физико-химические характеристики исследуемого материала. Привлечь внимание общественности к проблеме загрязнения земли. Даст возможность решить некоторые проблемы с целью увеличить плодородность почвы.

Для достижения этой цели мной решались следующие задачи:

• Изучить большое количество информации из различных источников.

• Овладеть методами слежения и оценки качества почвы в изведываемом регионе, закрепить эти знания на практике, для выявления негативных факторов, влияющих на окружающую среду.

• Расширить и закрепить экологические знания и уметь применять их на практике.

• Сформировать навыки охраны природы и культуры природопользования.

• Исследовать собранные материалы и на их основе оформить исследовательскую работу.

• Создать презентация для демонстрации результатов исследования.

• Поделится информацией со слушателями.

• Выяснить какая почва будет иметь более полезный состав.

В качестве объектов были взяты три пробы:

1. Почва из леса.

2. Почва с домашнего огорода.

3. Почва с пришкольного участка, где выращиваются овощные культуры.

Методы и методики исследования.

Исследуя экологическое качество почвы, я определила pH-фактор, наличие кислорода в почве, содержание минеральных солей, изучила засолённость почвы и содержание тяжёлых металлов. Так же определила механический состав и структуру почвы.

Методы исследования: эксперимент, анализ, изучение литературы и других источников информации.

Минеральные вещества составляют 80-90% от общего объема. Они поступают в почву двумя путями – из материнской породы и при полном разложении живых организмов. Из горной породы в почву попадают первичные минералы. Они имеют кристаллическое строение и практически не усваиваются растениями. Вторичные минералы аморфные, способны набухать и задерживать воду, они являются источником питательных элементов.[2]

Органические вещества составляют от 1 до 15% почвы. Они образуются при частичном разложении растений, животных и микроорганизмов. В состав почвы входят белки, углеводы, смолы, воски, лигнин, липиды и продукты их распада (спирты, аминокислоты, пептиды, моносахариды).

Скорость разложения растительных остатков зависит от содержащихся в них веществ. Так, древесина и хвоя содержат много лигнина, смол и дубильных веществ, но мало белков. Их разложение идет медленно. Остатки же бобовых трав, богатые белками, разлагаются быстро.

Основную часть почвенной органики (80-90%) составляют гуминовые вещества. Они и определяют плодородие грунта.

Помимо соединений, органические остатки всегда содержат некоторый объем зольных элементов. Их количество и состав варьируются в зависимости от вида организмов и условий среды их обитания.

Плодородие почвы — это способность почвы удовлетворять потребность возделываемых растений земными факторами жизни, является результирующем показателем состояния почвенных процессов.

В более широком смысле, плодородие — это способность почвы обеспечивать оптимальные факторы жизни растений, включая достаточное количество питательных веществ в подвижной форме и трансформировать их в почвенный запас и обратно; проявлять фитосанитарные свойства, быть устойчивой к неблагоприятным факторам и пригодной для использования современных технологий возделывания культур.

Плодородие даже одно типа почв определяется большим набором условий, например, рельефом, крутизной и экспозицией склонов, химическим составом почвообразующих пород, гидрологическим режимом и др. Что требует дифференцированного подхода к их использованию.

Количественно плодородие принято оценивать тремя видами показателей: агрофизические, биологические (состав и количество органического вещества), агрохимические.

Агрофизические показатели определяют механические свойства почвы, влияющие прямо или косвенно на все факторы жизни растений и условия почвообработки.

Агрохимические показатели плодородия определяют доступность и обеспеченность питательными элементами, необходимые для роста и развития растений.

К агрохимическим показателям плодородия почв относятся:

• содержание и доступность азота;

• содержание и доступность фосфора;

• содержание и доступность калия;

• содержание и доступность микроэлементов;

• реакция почвенной среды.

Биологический показатель. В большинстве случае важным показателем плодородия является содержание органического вещества. Выбор именно этого показателя объясняется функциональным значением органического вещества в почвообразовательных процессах. Развитие почвы является результатом постоянного процесса синтеза и разрушения органического вещества, обеспечивающего постоянность проявления круговорота веществ и энергии в образовании почв. Органическое вещество оказывает существенное влияние на важнейшие агрономические свойства почвы. Необходимое содержание органического вещества определяется типом почвы.[3]

К основным факторам относят: рельеф, климат, время, растения, животные, человек, вода.

Процесс почвообразования начинается с разрушения горной породы. Затем на это место заселяются микроорганизмы и растения. Грибы и микроорганизмы способствуют образованию гумуса (перегной). Чем больше содержания гумуса в почве, тем она плодороднее.

Под химическим составом почвы обычно понимают элементный состав минеральной части почвы, а также содержание в ней гумуса, азота, углекислого газа и химически связанной воды. В состав почвы входят почти все известные химические элементы.Кислород (O)-49%, Кремний (Si)-33%, Алюминий (Al)-7,13%, Железо(Fe)-3,8%, Углерод (C)-2%, Кальций (Ca)-1,37%, Калий (K)-1,36%, Натрий (Na)-0,63%, Магний (Mg)-0,6%

Формы нахождения химических элементов в почве могут быть иными – в составе минералов, органического вещества, в форме гидридов и оксидов, солей, в составе почвенных коллоидов и так далее. Химический состав почвы можно рассматривать как показатель экологического состояния почвы. [4]

Почвенный профиль – это совокупность всех почвенных горизонтов (слоёв).

Эти слои различаются по составу, цвету, строению и происходящим в них процессам.

На самом верху залегает подстилка или дернина, состоящая из опавших листьев и разлагающихся растительных остатков.

В первом горизонт – гумусовый (перегнойно-аккумулятивный). Там происходит накопления перегноя. Этот слой пронизан большим количеством корней и в нём проживает самое большое количество организмов.

Второй горизонт - это вымывания. Из него вымываются все растворимые вещества, поэтому он беден перегноем. Эти растворимые вещества накапливаются в следующем горизонте накопления. Этот горизонт более тёмный и увлажнённый.

Материнская порода – последний горизонт и как правило она участвует в почвообразовании. [6]

Кислотностью почвы называют агрохимический параметр, который характеризует ее пригодность к выращиванию тех или иных видов растений. Уровень рН указывает на состояние земли, при котором она приобретает кислотные свойства.

Реакция среды почвенного раствора — это соотношение концентрации Н+ и OH—ионов почвенного раствора, выраженное в виде pH водной или солевой вытяжки.

По реакции среды (рН) почвы деляться на:

• очень сильнокислые —

• сильнокислые — 4,1-4,5

• среднекислые — 4,6-5,0

• слабокислые — 5,1-6,0

• нейтральные — 6,1-7,4

• слабощелочные— 7,5-8,5 (рНвод)

• сильнощелочные — 8,6-10,0,

• резкощелочные — 10,0

Для большинства возделываемых культур благоприятна нейтральная почва. Однако большинство сельскохозяйственных угодий не благоприятны, к счастью это можно исправить внесением удобрений. [7],[8]

Состав и свойства почвы постоянно меняются и часто виною этого является деятельность человека. Известны случаи отравления человека и животных химическими веществами через продукты питания.

Загрязнение тяжёлыми металлами.

Главным загрязнителем являются химические производства и автотранспорт. Значительное загрязнение свинцом, цинком и кадмием наблюдается возле автомобильных дорог. Это объясняется тем что в бензине содержатся ряд соединений с тяжёлыми металлами, они вместе с выхлопными газами попадают в атмосферу и со временем оседают на землю.

Например, почва становится мёртвой при содержании в ней 2-3 грамм свинца на 1 килограмм земли. Учтём количество и протяжённость дорог. В наиболее оживлённых местах количество металла может достигать 15-20 г/кг. Это очень плачевно.

Загрязнение бытовыми отходами. В последнее время обострилась проблема ликвидация твёрдых бытовых отходов (ТБО). Они очень сильно влияют на химический состав почвы. К тому же не всегда эти отходы могут быстро разлагаться. Например, возьмём полиэтиленовый пакет, который разлагается миллионы лет.

Загрязнение нефтепродуктами. Попадая в почву нефтесодержащие продукты увеличивают концентрацию углерода в гумусе, из-за этого возникает нерастворимый осадок, который, в свою очередь, приводит к уменьшению плодородия, а значит и к уменьшению экономического состояния. Причина всему увеличение автопарков, сети АЗС, моек автомобилей, станций технического обслуживания. Нужно отметить что при загрязнении нефтепродуктами восстановление плодородия естественным путём затягивается на десятки лет.

Загрязнение пестицидами. Пестициды часто используются в сельскохозяйственной отросли, избавится от вредных насекомых и болезней у различных культур. У этих веществ большой срок полураспада, они накапливаются на верхнем слое почв. Передаваясь через цепи питания могут вызывать серьёзные болезни.

Здоровье человека определяется тем в какой окружающей среде он живёт. И почва играет одну из главных ролей. Крепкое здоровье зависит от того что мы едим. Один из главных источников пищи для нас это сельскохозяйственная продукция.

Доказано что есть ряд заболеваний, связанный с избытком или недостатком химических элементов в почве. Например, заболевание щитовидной железы (зоб или базедова болезнь) при нехватке йода в организме. В местности где я живу трудно получить йод другим путём, поэтому важно, чтобы в пище было достаточное количество этого элемента. Так же поражение зубной эмали связано с недостатком фтора, фосфора, кальция и других элементов. Конечно этот список примеров очень велик и продолжает расширятся.[9][10],

Кусочек земли поместим в стакан и прильём дистиллированной воды, объёмом в 3 раза больше чем объём почвы. Взболтаем. Дадим смеси настоятся. Далее нужно ещё раз взболтать смесь и профильтровать через бумажный фильтр в чистую пробирку. Фильтрат - это и есть почвенная вытяжка. Повторим это действие со всеми образцами. По итогу у меня получилось три различных фильтрата (приложение 1).

В чистую пробирку нужно положить небольшое количество исследуемого образца и прилить воды. Через некоторое время мы можем наблюдать выделение пузырьков воздуха. В зависимости от количества пузырьков, выходящих из почвы, можно сделать вывод насколько почва обогащена кислородом. Он необходим для дыхания.

Вывод: Во всех образцах был обнаружен кислород (приложение 2)

Для этого опыта мне понадобились: почвенная вытяжка, предметное стекло, держатель, спиртовка.

На предметное стекло капаем 1-2 капли почвенного раствора. При помощи держателя подносим стёклышко над спиртовкой, ждём пока со стекла выпарится вся вода. Если на стекле появился белый налёт, то в почве присутствуют минеральные соли. Они необходимы растениям для полноценного роста и развития.

Вывод: Во всех исследуемых образцах присутствуют минеральные соли (приложение 3)

1. Определение карбонат-ионов.

В пробирку с исследуемой почвой добавили концентрированную соляную кислоту (68%). Наблюдали «вскипание» почвы. Это свидетельствует о наличии в почве карбонат-ионов.

2Н⁺ + СО₃^2- = Н₂О + СО₂

Вывод: Пришкольный участок средняя интенсивность «вскипания».

Лесная почва средняя интенсивность «вскипания».

Дом слабая интенсивность «вскипания». (Приложение 4)

1. Определение сульфит-ионов.

В чистую пробирку нальём 10 мл фильтрата почвенной вытяжки. При помощи пипетки по каплям добавляем спиртовой раствор йода.

Вывод: видимых изменений не обнаружено (приложение 5).

1. Определение сульфат-ионов.

В пробирку с почвенным фильтратом добавляем раствор хлорида бария.

Вывод: видимых изменений не обнаружено (приложение 6).

1. Определение хлорид-ионов.

В чистую пробирку нальём 10 мл почвенного раствора и начнём по каплям добавлять раствор нитрата серебра (AgNO₃).

C l^- + Ag⁺ NO₃^- = AgCl +NO₃^- .

Вывод: Хлорид ионы присутствуют в каждой пробе в достаточном проявлении (приложение 7).

Нужно отметить что данная реакция весьма чувствительна. Выпадение белого хлопьевидного осадка свидетельствует о содержании хлоридов в количестве десятых долей процента и более.

Хлор необходим растениям в небольшом количестве, он совместно со щелочными ионами положительно влияет на клетки растений. При этом зачастую хлор вреден для растений, потому что находится в избытке. Молодые и активные растения особенно чувствительны к этому микроэлементу, так как он влияет на ферментативные системы и приводит к нарушению развития растений. Симптомы отравления хлором представляют собой высыхание верхушек и краев листьев с последующим потемнением и опаданием.

1. Ионов свинца.

В чистую пробирку с почвенным раствором добавляем 1 мл раствора йодида калия (KI).

Вывод: Видимых изменений не наблюдается (приложение 8).

1. Ионов меди.

В чистую пробирку наливаем почвенную вытяжку на ¼ от высоты пробирки, и добавляем 2-4 мл раствора аммиака (NH₃). Перемешиваем.

Вывод: видимых изменений не обнаружено (приложение 9).

Для определения этого показателя я воспользовалась цифровой лабораторией.

Сначала соберём штатив с лапкой и закрепим в ней прибор для измерения pH. В измерительный стакан нальём дистиллированной воды, она нужна нам для промывки прибора. Так результаты будут более точными. Возьмём три мерных стаканчика с почвенным фильтратам. В первом стаканчике вытяжка лесной почвы. Во втором стаканчике фильтрат из почвы с пришкольного участка. В третьем стаканчике находится почвенный раствор из земли с домашнего огорода.

Поочерёдно опускаем прибор для изменения в каждый стакан не забывая промывать в дистиллированной воде.

Результаты исследования:

Пришкольный участок pH – 7,20

Лесная почва pH – 6,96

Почва с домашнего огорода pH – 7,25

Вывод: pH исследуемой почвы находится в пределах нормы реакции (приложение 10).

Взяли немного почвы, увлажнили её и скатали в ладонях.

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

Вывод:

1. Пришкольный участок – суглинистая почав.

2. Лесная почва – лёгкая суглинистая почва.

3. Домашняя почва – лёгкая суглинистая (приложение11).

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.

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

Добавили небольшое количество воды.

Вывод:

В почве из пришкольного участка имеются как комки, так и мелкие частицы, при добавлении воды липкая масса не образуется.

На почве из леса очень хорошо видна структурность, при добавлении воды однородная масса не образуется.

На почве из домашнего огорода имеется структура, но также есть много мелких частиц, при добавлении воды однородная липкая масса не образуется.

После проведения исследований я сравнила полученные результаты.

Вывод: Все почвы пригодны для возделывания культур.

Почва великое сокровище для человека. Зачастую мы даже не замечаем её, ведь она так привычна, она всегда перед глазами. Но во все времена почитали землю-матушку, она была главной кормилицей. В наше время стало редкостью уважение к земле, не редко мы загрязняем почву твёрдыми бытовыми отходами, пестицидами и другими опасными вещами. Человек не может восстановить почву, а на её самовосстановление требуется очень много лет.

Исследуя окружающую среду своей деревни, я пришла к выводу, что что наша деревня расположена в благоприятном месте. У нас нет больших заводов, фабрик, большого количества автомобильного транспорта, которые сильно загрязняют атмосферу в городах. Самый большой вред окружающей среде приносим мы сами. Мы не думаем о том, что после нас будут жить следующие поколения, и мы должны позаботиться о нашей земле.

Итог проведенной работы:

Поставленные цели и задачи исследовательской работы нашли своё отражение в проведённых исследованиях. Результатом всего этого стали приобретённые навыки:

• Расширение экологических знаний и умений

• Применять их на практике

• Работы с различными источниками информации

• Совершенствование мыслительной деятельности;

• Формирования приёмов охраны природы и культуры природопользования.

1. Алексеенко В., Алексеенко А. Химические элементы в городских почвах.- Издательство ЮФУ, Ростов-на-Дону, 2013 г.

2. Добровольский В.В. Практикум по географии почв.- М.: Владос, 2001 год.

3. Добровольский В.В. География почв с основами почвоведения.- М.: Владос, 1999 год.

4. Добровольский Г.В. Философские аспекты генетического почвоведения.- http://www.viems.ru/asnti/ntb/ntb504/zemres1.html.

5. Зоммер К., Вюнш К.Х., Цеттлер М. Химия: Справочник школьника и студента.- М.: Дрофа, 2000 год.

6. Левит А.И. Южный Урал: География, экология, природопользование.- Челябинск: Южно-Уральское книжное издательство, 2001 год.

7. Муха В.Д., Картамышев Н.И., Муха Д.В. Агропочвоведение- КолосС, 2003 год.

8. Энциклопедия Кругосвет, научно-популярная онлайн-энциклопедия- почва.- http://www.krugosvet.ru/node/37961

9. https://ru.wikipedia.org/wiki/Почва

10. https://m-strana.ru/articles/vidy-pochv/

Приложение1 Приложение 2

Приложение 3 Приложение 4

Приложение 5 Приложение 6

Приложение 7 Приложение 8

Приложение 9 Приложение 10

Приложение 11