Проектно-исследовательская работа

	Дистанционный этап краевого форума «Молодёжь и наука»
Полное название темы работы	Экологическая оценка состояния почвы пришкольного участка
Название секции форума	Естественнонаучная
Тип работы	Проектно-исследовательская работа
Фамилия имя отчество автора, дата рождения	Злобин М. И., 28.12.2007
Место учёбы	Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Берёзовская средняя общеобразовательная школа №3»
Класс	10 «А»
Место выполнения работы	Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Берёзовская средняя общеобразовательная школа №3»
Руководитель	Лонцих Наталья Вениаминовна, Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Берёзовская средняя общеобразовательная школа №3», педагог - организатор
Научный руководитель
Ответственный за корректуру текста работы
Е-mail автора, контактный телефон	[email protected], 8(923)-365-61-24
Е-mail руководителя, контактный телефон	[email protected], 8(923) -285-17- 09

Аннотация

Злобин Максим Игоревич

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Берёзовская средняя общеобразовательная школа №3», 10 «А» класс

Экологическая оценка состояния почвы пришкольного участка

Лонцих Наталья Вениаминовна, Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Берёзовская средняя общеобразовательная школа №3», педагог организатор

Цель работы: исследование экологического состояния почвы цветника пришкольного участка.

Методы: лабораторное наблюдение, описание, измерение, анализ результатов.

Характеристики почвенных проб и вытяжек определял органолептическим, титриметрическим, визуально-колориметрическим методами.

Выполняя проектно - исследовательскую работу, я использовал методики определения физико-химических свойств почвы: Ашихмина Т.Я. «Школьный экологический мониторинг», (1) Муравьёв А.Г., Каррыев Б.Б., Ляндзберг А.Р. «Оценка экологического состояния почвы». (3)

Прототип работы: «Исследование почвы пришкольного участка» Боровик В., МБОУ «Сновицкая сош им. С.Н. Белкина». (6)

Полученные результаты:

1. Изучил и проанализировал литературу о свойствах и плодородии почвы, методические рекомендации экологической оценки почвы.

2. Провёл отбор и подготовку проб почвы цветника для физико-химического анализа.

3. Сделал физико-химический анализ почвы с помощью портативного оборудования мини-экспресс лаборатории «Пчёлка – У». Определил, что почва серого цвета, влажная, по механическому составу - средний суглинок. Почва слабощелочная (рН - 7,5), малогумусовая (количество гумуса 2% - 2,5%). В почве низкое содержание азота (2.5 мг/кг), почва незасоленная, так как карбонаты отсутствуют, массовая доля хлоридов в сухой почве меньше 0,01%, массовая доля сульфатов в сухой почве меньше 0,1%.

4. Разработал рекомендации по повышению плодородия почвы цветника.

5. Составил смету рекомендуемых работ по повышению плодородия почвы.

Н овизна: за все годы существования пришкольного участка никогда не проводился анализ почвы. Я впервые провёл исследование почвы, применив мини-экспресс лабораторию «Пчёлка – У».

Введение

Тема моей работы: «Экологическая оценка состояния почвы пришкольного участка».

Оценка экологического состояния почвы – это определение соответствия состояния почвы её экологической норме. Позволяет оценить реальный уровень загрязнения, разрушения, плодородия почв. (1)

Эта тема является актуальной, так как изучение и оценка качества почвы является важным этапом в установлении уровня её плодородия, результаты исследований о состоянии почвы позволят разработать мероприятия по повышению плодородия почвы, необходимого для нормального роста и развития растений.

Данная тема является актуальной в мире и в России. Л. И. Присолов предложил выделить экологию почв в самостоятельный раздел почвоведения и ввёл термин «экология почв» (1923). И.А Соколов разработал методологическую основу науки «экология почв» (1993). Методология изучения экологических функций почвы представлена в работах Г.В. Добровольского, Е.Д. Никитина (1986, 2006).

Наша школа построена 45 лет назад. Одновременно был создан пришкольный участок. Все эти годы силами учителей и учеников проводились мероприятия по его благоустройству и озеленению. Цветники возле центрального входа в школу всегда радовали своей красотой и ухоженностью. Проблема заключается в том, что в последние годы было замечено, что, несмотря на хороший уход, цветы хуже растут и развиваются. Я предположил, что причиной плохого развития растений является ухудшение экологического состояния почвы и как следствие - снижение её плодородия.

Плодородием называют способность почвы удовлетворять потребности растений в питательных веществах, воде, обеспечивать корневую систему воздухом и теплом для нормальной жизнедеятельности. Плодородие почвы характеризуется, прежде всего, содержанием в ней органического вещества (перегноя или гумуса), образовавшегося в результате разложения растительных и животных остатков. (2)

Цель работы: исследование экологического состояния почвы цветника пришкольного участка.

Задачи:

1. Изучить и проанализировать литературу по данной теме.

2. Провести отбор и подготовку проб почвы цветника.

3. Провести физико-химический анализ почвы с помощью портативного оборудования мини-экспресс лаборатории «Пчёлка – У».

4. Разработать рекомендации по повышению плодородия почвы цветника.

5. Составить смету рекомендуемых работ по повышению плодородия почвы.

Выполняя проектно - исследовательскую работу, я использовал следующие научные статьи и методические рекомендации: Ашихмина Т.Я. «Школьный экологический мониторинг» (1), Ермолаева Т., Рещикова А. «Садоводу и огороднику Сибири» (2), Муравьёв А.Г., Каррыев Б.Б., Ляндзберг А.Р. «Оценка экологического состояния почвы» (3), Муравьёв А.Г., Пугал Н.А., Лавров В.Н. «Экологический практикум». (4)

Прототип работы: «Исследование почвы пришкольного участка» Боровик В., МБОУ «Сновицкая средняя общеобразовательная школа им. С.Н. Белкина». (6)

Отличие моей работы от прототипа заключается в том, что я определил влажность, цвет почвы, наличие гумуса, нитрат-анионов в почвенной вытяжке и азота в почве. Кислотность почвы, наличие карбонатов, хлоридов, сульфатов определял двумя способами. Я предложил рекомендации по повышению плодородия почвы и рассчитал финансовые затраты.

Основное содержание

1. Отбор и подготовка объединённой пробы почвы

Цветник расположен возле парадного входа в школу. Площадь цветника составляет 200м². Почва цветника представляет собой искусственное образование. После строительства школы почву завезли для формирования цветников.

Рисунок 1 – Территория цветника 18.11 2023, фото автора

Отбор почвенных проб я проводил методом конверта. (4) Из точек контролируемого участка я отобрал пять точечных проб гумусового горизонта почвы. Точки расположил так, чтобы, мысленно соединённые прямыми линиями, давали рисунок запечатанного конверта. Длина стороны квадрата составила 4 метра. Отбор почвы проводил лопатой с глубины около 20 см.

Почвенные пробы смешал в поддоне, растёр комочки, выбрал из почвы камни, корни и части растений, инородные включения.

Для сокращения пробы пользовался методом квартования. Почву перемешал, рассыпал ровным слоем в виде квадрата, разделил на четыре сектора. Содержимое двух противоположных секторов убрал, а двух соединил вместе. Операцию квартования проводил многократно.

Масса объединённой пробы составила 1кг. Почву разровнял и оставил просушиваться до воздушно-сухого состояния при комнатной температуре в течение суток.

Для получения абсолютно сухой почвенной пробы, почву поместил в сушильный шкаф на 3 часа, при температуре 100^°С.

Высушенный почвенный образец измельчил в фарфоровой чашке и просеял через сито.

2. Определение физических свойств почвы 2.1. Определение цвета почвы

Определение цвета почвы проводил сразу после взятия образца, до момента высушивания. Для определения цвета почвы использовал треугольник почвенных окрасок С.А. Захарова. (3)

Вывод: цвет почвы серый. Это указывает на то, что почва среднеплодородная, малогумусовая.

2.2. Определение влажности почвы

Определение влажности почвы проводил органолептическим методом во время взятия почвенных образцов. (3)

Почва рукой сжималась в комочек, на фильтровальной бумаге после контакта с почвой остался влажный след.

Вывод: почва влажная.

2.3. Определение механического состава почвы

Механический состав является одним из важнейших показателей при характеристике почв. В зависимости от механического состава складывается определённый водный, воздушный и тепловой режим почв.

Механический состав определил методом шнура. (3)

Небольшое количество почвы смочил водой до консистенции густой вязкой массы. Эту массу скатал на ладони в шарик диаметром 1-2 см. Шарик раскатал в шнур диаметром около 3 мм, который затем свернул в кольцо. Шнур при сгибании разломился, кольцо распалось на отдельные кусочки.

Вывод: образец почвы является средним суглинком.

Рисунок 2 – Определение механического состава почвы методом шнура, фото автора

3. Определение химических свойств почвы 3.1. Приготовление водной вытяжки

В стакан поместил 30 г заранее подготовленной пробы почвы. Добавил к почве дистиллированную воду 150 мл (из расчёта 5 мл воды на 1 г почвы). Перемешал содержимое стакана стеклянной палочкой. Профильтровал вытяжку и собрал в колбу. (4)

3.2. Приготовление солевой вытяжки

В стакан поместил 20 г пробы почвы. Добавил к почве раствор хлорида калия 50 мл (из расчёта 5мл раствора на 2 г почвы). Перемешал содержимое стакана. Вытяжку отфильтровал и собрал в коническую колбу. (4)

3.3. Определение pH почвенной вытяжки, и оценка кислотности почвы

Кислотность почвы – важный экологический фактор, определяющий условия жизнедеятельности почвенных организмов и растений, а также накопление и подвижность загрязнителей в почве (в первую очередь металлов). При высокой кислотности угнетается рост и развитие многих культур, подавляется жизнедеятельность микроорганизмов.

Кислотность почвы определяют, измеряя величину рН солевой вытяжки.

Для определения pH почвенной вытяжки я налил в две пробирки по 5 мл солевой почвенной вытяжки. В первую пробирку добавил 5 капель раствора индикатора универсального. (4) Окраска раствора стала зелёной. Сравнил окраску раствора с цветной шкалой. Окраска соответствует pH = 7,5.

Во вторую пробирку пинцетом опустил полоску pH-индикаторной бумаги. Результаты определил по цветной шкале значений pH. Окраска также соответствует pH = 7,5.

Вывод: pH = 7,5 - почва слабощелочная.

Рисунок 3 – Определение кислотности почвенной вытяжки, фото автора

3.4. Определение свободной щёлочности в почвенной вытяжке

Для определения свободной щёлочности провёл определение карбонат-иона двумя способами.

1. Небольшое количество почвы поместил в стакан и добавил пипеткой несколько капель 10%-ного раствора соляной кислоты. Образовавшийся при реакции оксид углерода СО₂, выделился в виде пузырьков. Почва слабо «шипит» непродолжительное время при взаимодействии с 10%-ным раствором соляной кислоты. Такая реакция свидетельствует об очень малом количестве карбонат-иона в почвенном образце. (1)

2. Налил в склянку пробу водной почвенной вытяжки 10 мл. Добавил пипеткой 3 капли раствора фенолфталеина.

Раствор перемешал круговыми покачиваниями. Раствор не окрасился.

Вывод: можно считать, что карбонат-ион в почвенной вытяжке отсутствует (рН пробы меньше 8,3). (4)

3.5. Определение сульфатов в почвенной вытяжке

Наличие сульфатов в почвенной вытяжке определял двумя способами:

1. К 5 мл водной почвенной вытяжки добавил несколько капель концентрированной соляной кислоты и 3 мл 20%-ного раствора хлорида бария. (1) Произошло слабое помутнение раствора. Это указывает на содержание сульфатов в почвенной вытяжке.

2. Налил в мерную склянку 2,5 мл водной почвенной вытяжки и внёс 0,2 г катионита. Содержимое склянки встряхивал в течение 3 минут. Довёл рН пробы по универсальной индикаторной бумаге до рН 4 раствором соляной кислоты. Добавил в склянку с вытяжкой раствор ортанилового калия до метки 5мл. Закрыл склянку пробкой и перемешал раствор. По каплям титровал содержимое склянки хлоридом бария до появления неисчезающей голубой окраски. Определил объём хлорида бария (мл), израсходованного на титрование по формуле: V = V₀ – V_к, где V₀ – исходный объём, V_к – конечный объём.

V = 2,0 – 1,8; V = 0.2 мл.

Рассчитал концентрацию сульфатов (С_с мг/л) в анализируемой пробе по формуле: С_с = 48,03 × V × С_б × 1000 / V_п, где 48,03 – молярная масса эквивалента сульфат-иона, г/моль; V - объём хлорида бария, израсходованного на титрование; С_б – концентрация раствора хлорида бария, используемого для титрования, 0,02 моль/л эквивалента; 1000 – коэффициент пересчёта единиц измерений из граммов в миллиграммы; V_п – объём пробы, взятой для титрования, 2,5 мл. (4)

С_с = 48,03 × 0,5 × 0,02 × 1000 / 2,5; С_с = 76,9 мг/л.

Для расчёта массовой доли сульфатов в почвенном образце необходимо полученное значение концентрации в вытяжке умножить на коэффициент 5 × 10^-4. Значение этого коэффициента определяется величиной коэффициента отношения воды к почве (5:1) и коэффициента перевода единиц измерения из мг/л (в вытяжке) в массовые проценты (в сухой почве). (5)

Содержание сульфатов в сухом образце почвы составляет: 76,9 × 0,0005 = 0,038%.

Вывод: в почвенной вытяжке присутствуют сульфаты в количестве 76,9 мг/л, в почвенном образце сухой почвы сульфаты составляют 0,038%.

Рисунок 4 – Определение сульфатов в почвенной вытяжке, фото автора

3.6. Определение хлоридов в почвенной вытяжке

Наличие хлоридов в почвенной вытяжке определял двумя способами:

1. Налил в пробирку 5 мл водной почвенной вытяжки. Прибавил по каплям 10% раствор нитрата серебра (0.17 г/10 мл воды). (3)

Появилось лёгкое помутнение раствора. Это указывает на присутствие в образце хлорид-ионов в незначительном количестве.

2. Количественное определение хлоридов в почвенной вытяжке:

В склянку налил 10 мл водной почвенной вытяжки. Добавил 3 капли раствора хромата калия. Закрыл склянку пробкой и встряхнул, чтобы перемешать содержимое. Провёл титрование пробы. Для этого к содержимому склянки добавлял раствор нитрата серебра. Титрование проводил до появления неисчезающей оранжево-бурой окраски. Определил объём раствора, израсходованного на титрование. V_хл = 0,2 мл.

Рассчитал массовую концентрацию хлорид-иона (С_хл, мг/л) по формуле:

С_хл = V_хл × С_нс × 35,5 × 1000 / V_а, где V_хл - объём раствора, израсходованного на титрование; С_нс – молярная концентрация раствора нитрата серебра (0, 05 моль/л эквивалента); 35,5 – эквивалентная масса хлорид-иона; 1000 – коэффициент пересчёта единиц измерений из г/л в мг/л; V_а – объём пробы, взятой на анализ (10мл). (4)

С_хл = 0,2 × 0,05 × 35,5 × 1000 / 10; С_хл = 35,5 мг/л.

Для расчёта массовой доли хлоридов в почвенном образце необходимо полученное значение концентрации в вытяжке умножить на коэффициент 5 × 10^-4.

Содержание хлоридов в сухом образце почвы составляет: 35,5 × 0,0005 = 0,018%.

Вывод: в почвенной вытяжке присутствуют хлорид-ионы в количестве 35,5 мг/л, в почвенном образце сухой почвы хлориды составляют 0,018%.

Рисунок 5 – Определение хлоридов в почвенной вытяжке, фото автора

3.7. Определение нитрат-анионов в почвенной вытяжке

Приготовил реактив на нитрат-анион. Для этого отмерил с помощью градуированных пробирок по 2 мл растворов альфа-нафтиламина и сульфаниловой кислоты, и смешал их во флаконе для приготовления реактивов.

Отмерил 6 мл солевой почвенной вытяжки, довёл объём дистиллированной водой до 11 мл, перемешал. Добавил к содержимому пробирки 2,0 реактива на нитрат-анион, закрыл пробирку пробкой и встряхнул для перемешивания раствора. Прибавил в пробирку 0,2 г порошка восстановителя. Закрыл пробирку пробкой и перемешал, встряхивая пробирку. Оставил раствор на 5 минут для полного протекания реакции, периодически встряхивая пробирку. Перелил раствор в склянку для колориметрирования.

Провёл визуальное колориметрирование пробы, поместив склянку рядом с контрольной шкалой. Окраска раствора слабо-розовая, соответствует значению концентрации нитрат-аниона 1мг/л почвенной вытяжки. Для определения содержания нитратов в почве воспользовался таблицей тест-комплекта. Концентрация нитрат-аниона 1мг/л в почвенной вытяжке соответствует 2,5 мг нитратов /кг почвы. (5)

Вывод: в почвенной вытяжке присутствуют нитрат-анионы в количестве 1 мг/л, в почве содержание азота составляет 2.5 мг/кг, что указывает на недостаточное количество азота в почве (ПДК 130мг/кг). (5)

Рисунок 6 – Определение нитратов в почвенной вытяжке, фото автора

3.8. Определение гумуса в почвенном образце

Наличие органического вещества в почве определял двумя способами. (4)

1. В стакан поместил образец почвы высотой 8 см, залил его водой. Содержимое стакана хорошо перемешал стеклянной палочкой. Дождался расслоения взвеси, после чего измерил линейкой значения высоты слоёв отстоявшейся и всплывшей почвы. Высота нижнего слоя составила 7,8 см, верхнего – 0,2 см. Верхний слой – органическое вещество (гумус). В отличие от минеральных частиц, которые тонут при погружении образца почвы в воду, частицы органического вещества всплывают к поверхности, приводя к расслаиванию взвеси. Отношение высоты гумусового слоя к высоте почвы в стакане составило 2,5%.

Рисунок 7 – Определение гумуса в почве, фото автора

2. В жаропрочную фарфоровую чашку поместил образец абсолютно сухой почвы весом 5 г. Чашку разместил на кольце штатива. Почву прокаливал над пламенем спиртовки до тех пор, пока не прекратилось выделения дыма. Почву остудил и взвесил. Вес почвенного образца составил 4,9 г. Вес сгоревшего органического вещества 0,1 г, что составляет 2%.

Вывод: почва малогумусовая, т.к. количество гумуса составило 2% - 2,5%.

Рисунок 8 – Определение гумуса в почве, фото автора

4. Рекомендации по повышению плодородия почвы цветника пришкольного участка

В результате исследования почвы я выяснил, что почва цветника малоплодородная, так как в ней мало гумуса (около 2 – 2,5%), мало азота (2.5 мг/кг), почва слабощелочная (рН 7,5).

Для повышения плодородия необходимо увеличить количество гумуса. Для этого я предлагаю весной перед вспашкой внести перегной в количестве 5кг / м².

Перегной не только восполнит недостаток гумуса, но и улучшит структуру почвы, сделает её более лёгкой, воздухопроницаемой, водопроницаемой. Это важно, так как почва цветника достаточно плотная (средний суглинок). В почве богатой гумусом будут лучше развиваться полезные почвенные бактерии, дождевые черви. Внесение перегноя слегка повысит кислотность почвы. Это благоприятно скажется на почве цветника, так как она является слабощелочной. При разложении органики повысится количества азота, необходимого для роста растений.

Для сокращения финансовых затрат на ежегодное приобретение перегноя предлагаю каждую осень из опавшей листвы готовить компост. Для этого необходимо всю опавшую листву складировать в кучу, пересыпая небольшим количеством почвы, хорошо утрамбовать. Через два года получится компост богатый органикой.

Весной предлагаю внести в почву комплексное минеральное удобрение «Аммофоска» 25 г/м². Это удобрение содержит фосфор 15%, азот 12%, калий 15%, сера 14%, кальций 0,5%, магний 0,5%.

5. Смета рекомендованных работ по улучшению плодородия почвы цветника

Площадь цветника 200 м². Перегноя потребуется 1000 кг. Из расчёта 5 кг / м².

Цена 1 м³ перегноя составляет в среднем 1500 рублей.

1 м³ перегноя – 500 – 800 кг. Соответственно потребуется 1,5 м³ перегноя, стоимость которого составит 2250 рублей.

Минерального удобрения «Аммофоска» потребуется 5 кг / 200 м². Из расчёта 25 гр / 1 м². Цена 1кг удобрения «Аммофоска» составляет 83 рубля. Соответственно для приобретения 5 кг данного удобрения потребуется 415 рублей.

Вывод: общие затраты на приобретение перегноя и удобрений составляют 2 665 рублей.

Заключение

Выполняя проектно-исследовательскую работу, я доступными средствами и методами изучил экологическое состояние почвы цветника пришкольного участка. Считаю, что цель, поставленная мной перед началом работы, достигнута.

Для достижения цели я выполнил все поставленные задачи:

1. Изучил и проанализировал литературу о свойствах почвы, о её плодородии. Изучил методические рекомендации экологической оценки почвы.

2. Провёл отбор и подготовку проб почвы цветника для физико-химического анализа.

3. Сделал физико-химический анализ почвы с помощью портативного оборудования мини-экспресс лаборатории «Пчёлка – У». Определил, что почва серого цвета, влажная, по механическому составу - средний суглинок. Почва слабощелочная (рН - 7,5), малогумусовая (количество гумуса 2% - 2,5%). В почве низкое содержание азота (2.5 мг/кг), почва незасоленная, так как карбонаты отсутствуют, массовая доля хлоридов в сухой почве меньше 0,01%, массовая доля сульфатов в сухой почве меньше 0,1%.

4. Разработал рекомендации по повышению плодородия почвы цветника. Для этого я предлагаю весной перед вспашкой внести перегной в количестве 5кг / м² и комплексное минеральное удобрение «Аммофоска» 25 г/м². Для сокращения финансовых затрат на ежегодное приобретение перегноя предлагаю каждую осень из опавшей листвы готовить компост.

5. Составил смету рекомендуемых работ по повышению плодородия почвы. Общие затраты на приобретение перегноя и удобрений составят 2 665 рублей.

Я считаю, что данная работа имеет большое практическое значение, так как результаты исследований и рекомендации по повышению плодородия почвы будут использованы при подготовке почвы для создания цветника. Повышая плодородие почвы, можно добиться пышного цветения растений в цветнике, что сделает школьный двор более красивым и привлекательным.

Я планирую продолжить изучение почв пришкольного участка с использованием метода биологической индикации.

Список литературы

1. Ашихмина Т.Я. Школьный экологический мониторинг: учебно-методическое пособие. М.: Агар, 2000. 386 с.

2. Ермолаева Т., Рещикова А. Садоводу и огороднику Сибири: Красноярск: РИМП «Вита», 1994. – 496с.

3. Муравьёв А.Г., Каррыев Б.Б., Ляндзберг А.Р. Оценка экологического состояния почвы: Практическое руководство / Под ред. к. х. н. А.Г.Муравьёва. – Изд. 4-е, перераб. и дополн. – СПб.: Крисмас+, 2015. – 208с., ил.

4. Муравьёв А.Г., Пугал Н.А., Лавров В.Н. Экологический практикум: Учебное пособие с комплектом карт-инструкций / Под ред. к. х. н. А.Г.Муравьёва. – Изд. 4-е, перераб. и дополн. – СПб.: Крисмас+, 2014. – 176 с., ил.

5. Руководство по применению мини-экспресс-лаборатории «Пчёлка-У» и её модификаций при учебных экологических исследованиях / Под ред.к.х.н. А. Г. Муравьёва. Изд. 4-е, перераб. и дополнн. – СПб.: Крисмас⁺, 2012. – 144с., ил.

6.https://урок.рф/library/issledovatelskaya_rabota_po_agroekologii_issledo_203219.html?ysclid=lr8osi9npd952700707 (11.01.2024)

17