Исследовательская работа Определение кислотности почвы соснового леса

Министерство образования и науки Российской Федерации
Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение
Борисоглебского городского округа
Борисоглебская средняя общеобразовательная школа № 13
Областная краеведческая конференция обучающихся«Край родной»
Номинация: «Природное наследие родного края»
Оценка экологического состояния почвы
соснового леса по уровню кислотности
Подготовила:Попова Анна Павловна, ученица 9 класса
МБОУ БГО Борисоглебской СОШ№ 13
397164,Воронежская область, г. Борисоглебск, пер. Куйбышева, д.1
(адрес школы)
397164 Воронежская область, г. Борисоглебск, ул. Фрунзе, 12 «а»
(домашний адрес)
Конт.тел.: 8(915)589-13-34
E-mail:anna.popova.2001.anay@mail.ruРуководитель:Лебедева Ольга Владимировна,учитель химии и биологии
МБОУ БГО СОШ № 13
397160, Воронежская область, г.Борисоглебск, Северный микрорайон, д. 27а, кв.61
Конт.тел. 8(951)859-23-48
E-mail:mp.olga.dolbilina@mail.ruБорисоглебский городской округ - 2016
Оглавление
Введение……..……………………………………………………………...…3
Основная часть………………………………….…………………………….6
Методика исследования …………...…………………………………..……..6
Результаты исследований и их обсуждение…………………………………………………………..………..9
Заключение…………………………………………………………..……….14
Приложения………………………………………….……………..………..16
Список литературы…………………………………………...….………......25
Введение
Почва — это особое природное образование, обладающее рядом свойств, присущих живой и неживой природе. Почва является незаменимым ресурсом сельского и лесного хозяйства, жизни человека, экологического благополучия. Воронежская область расположена на границе лесостепи и степей. Поэтому лесов здесь немного. Они занимают всего 11% ее площади. Второе место после дубрав занимают сосновые боры. На песках имеются посадки сосны, они располагаются сравнительно небольшими массивами преимущественно на песчаных надлуговых террасах, иногда на водоразделах с легкими почвами.
Лес и почва, на которой произрастают растения, составляют единство. Не может быть леса без почвы, а почва под влиянием леса претерпевает определенные изменения. Одним из главных направлений изучения почвы следует назвать проблему почвенной кислотности [7]. Кислотность почвы (Приложение 1) формируется под влиянием двух основных факторов - химического состава древесного опада и химического состава пород, на которых формируется почва. Как правило, под сосновыми лесами верхние горизонты почвы, сформировавшиеся как на кислых, так и щелочных подстилающих породах, имеют кислую реакцию. Это, вероятно, является своеобразной защитной реакцией леса против наступления травянистой, в том числе степной, растительности.
Актуальность. Данная работа актуальна в настоящее время, потому что нарушенная кислотность является одним из факторов риска для леса; новой угрозой массового усыхания древесных пород; размножения насекомых и других вредителей. Сосна обыкновенная (Pínus sylvéstris) увеличивает кислотность преимущественно в верхнем горизонте почвы. Закисление почв – это глобальный процесс, который повсеместно наблюдается в черноземных почвах [1]. Почвенная кислотность в некотором роде является обобщающим экологическим фактором, поскольку она регулирует пищевой режим растений, определяющий их рост и развитие. Кроме того, кислотность в сильной мере определяет развитие микроорганизмов почвы. Кислая реакция среды подавляет жизнедеятельность важнейших групп микроорганизмов, преобразующих органическое вещество в доступные для растений формы [5].
Проблеме кислотности почв посвящены труды: Адерихина П.Г., «Почвы Воронежской области», (дается характеристика происхождения, химического состава и физико-химических свойств основных типов почв, имеющих распространение на территории Воронежской области) [2], Орлова Д.С. «Химия почв» (большое внимание уделяется формированию кислотности и щелочности, окислительно-восстановительным режимам; рассматриваются прикладные проблемы химической мелиорации почв и охраны почв от техногенных нагрузок) [7]. По данной проблеме были проведены исследовательские работы студентами ГОУ ВПО БГПИ на тему «Кислотность пойменных почв среднего течения реки Хопер»[3].
Научная новизна работы определяется тем, что впервые проведены исследования по оценке экологического состояния почв соснового леса по уровню кислотности в г. Борисоглебск, Воронежской области. Мы определили кислотность почвы участкасоснового леса, и выяснили, при каких условиях произрастают сосны и как они влияют на показатель кислотности.
Цель исследования определить кислотностьпочвы участка соснового леса.
Для реализации цели нами были поставлены следующие задачи:
проанализировать информационные источники по проблемам кислотности почв;
изучить эколого-географические особенности района исследования;
определить окраску и гранулометрический составпочвы;
определить кислотность почв участка соснового леса;
оценить экологическое состояние почвы по кислотности;
экологическое просвещение учащихся МБОУ БГО СОШ № 13.
Предмет исследования кислотность, окраска и гранулометрический состав почвы. Объект исследования почва соснового леса.
Практическая значимость результаты работы могут быть использованы в школе при изучении соответствующих тем на уроках биологии и химии,при проведении агротехнических мероприятий по улучшению свойств почвы, в целях экологического просвещения учащихся.
Место и сроки проведения исследования. Для исследования были выбраны два участка: 1- участок соснового леса, расположенный в 100 м от ул. Корнаковского, 2 – участок соснового леса, расположенный в 450 м от ул. Корнаковского. Исследование проводилось в I четверти 2016-2017 учебного года.
Физико-географическая характеристика района. Город Борисоглебск расположен на левом берегу реки Ворона, вблизи её впадения в Хопёр, положение определяется координатами 51036' – 51022' северной широты и 41008' – 4205' восточной долготы от Гринвича. Исследуемые участки расположены в юго-восточной части города в сосновом лесу. (Приложение 2).
[1]. Абрамова Л.И, Баландин С.А., Березина Н.А. Общая ботаника с основами геоботаники. М.: Академия, 2006. – 414с.
[2]. Адерихин П.Г. Почвы Воронежской области, их генезис, свойства и краткая агропроизводственная характеристика. Издательство Воронежского университета: Воронеж, 1963. -264 с.
[3]. Актуальные проблемы химии и методики ее преподавания: Материалы Российско-Украинской научно-практической конференции, 18 ноября 2010 года. – Нижний Новгород: НГПУ, 2010.-190 с.
[5]. Луганский Н.А., Залесов С.В., Луганский В.Н. Лесоведение: учебн. Пособие. Урал. гос. лесотехн. ун-т. Екатеринбург, 2010. 432 с.
[7]. Орлов Д.С., Садовникова Л.К., Суханова Н.И. Химия почв. М.: Высшая школа, 2005. – 558с.
Основная часть
Методика исследования
Анализ информационных источников. Для анализа информационных источников по проблеме кислотности почвы были использованы ресурсы Муниципального бюджетного учреждения культурыБорисоглебского городского округа Воронежской области"Борисоглебской централизованной библиотечной системы", читального зала I корпуса Борисоглебского филиала ФГБОУ ВПО «Воронежского государственного университета».
Изучение эколого-географической характеристики района исследования. Метод включал в себя: изучение по ресурсам сети Интернет карты г. Борисоглебск, экскурсию, заложение почвенных разрезов, отбор почвенных образцов. (Приложение 3).
Определение окраски и гранулометрического состава.Обработка почвенных образцов в лабораторных условиях: удаление растительных остатков, включений; измельчение почвы в фарфоровой ступке, просеивание через сито диаметром 1 мм.(Приложение 4).Окраску почвы определяли по образцам, находящимся в воздушно-сухом состоянии, при рассеянном дневном освещении по треугольнику цветов С.А. Захарова. (Приложение 5).В лабораторных условиях гранулометрический состав определяли мокрым методом: небольшое количество почвенного материала смочили водой до консистенции густой вязкой массы. Затем эту массу скатали в шарик диаметром 1-2 см. Далее шарик раскатали в шнур, из которого потом сделали кольцо [6].(Приложение 6).
Определение кислотности почв опытным путем
Определение кислотности почвы производилось в лабораторных условиях.
Способ № 1. Индикаторная бумага (лакмус)
Оборудование и реактивы:Стаканы химические (50 мл.), весы, палочка стеклянная, ложечка – дозатор (шпатель), мерный цилиндр или мерная пробирка, почва, дистиллированная вода, воронка, фильтровальная бумага, универсальная бумага со шкалой значений рН.
Ход работы:
1.      На весах отвешиваем навеску почвы 10 г, переносим ее в стеклянный стакан. К навеске прибавляем 25 мл дистиллированной воды (соотношение почва: раствор = 1:2,5). В течение 5 минут перемешиваем стеклянной палочкой и даем раствору отстояться. После чего фильтруем его, используя при этом воронку, фильтровальную бумагу и стеклянный стакан. [8].
2.      Определяем значение рН: возьмем полоску индикаторной бумаги и опустим в вытяжку, вынем индикаторную бумагу через 1-2 сек.,сравним полученную окраску бумаги со шкалой значений рН, определим тип образца почвы (кислая, щелочная, нейтральная).
Способ № 2. Универсальный индикаторный раствор
Оборудование и реактивы:Стаканы химические (50 мл.), весы, палочка стеклянная, ложечка – дозатор (шпатель), мерный цилиндр или мерная пробирка, почва, дистиллированная вода, воронка, фильтровальная бумага, пипетка, лакмоид, этиловый спирт 90%.
Ход работы:
1.      На весах отвешиваем навеску почвы 10 г, переносим ее в стеклянный стакан. К навеске прибавляем 25 мл дистиллированной воды (соотношение почва: раствор = 1:2,5). В течение 5 минут перемешиваем стеклянной палочкой и даем раствору отстояться. После чего фильтруем его, используя при этом воронку, фильтровальную бумагу и стеклянный стакан. [8].
2.      Приготовление универсального индикатора: в пробирку наливаем 20 мл этилового спирта и добавляем 2-3 кристалла лакмоида, перемешиваем стеклянной палочкой [8].
3. Определяем значение рН: в прозрачный фильтрат для каждого образца почвы добавляем универсальный индикаторный раствор, отмечая изменения окраски. Розовая окраска свидетельствует о том, что почва кислая, темно-синяя – нейтральная, голубая – щелочная.
Способ № 3. Народный метод
Оборудование и реактивы:почва, ложка, стеклянный стакан, столовый уксус 9%
Ход работы:
Ложкой насыпаем в стакан образец почвы и приливаем к нему столовый уксус 9%.
Наблюдаем происходящую реакцию: сильное пенообразование – почва щелочная, если умеренное пенообразование – нейтральная, если пенообразования нет – почва кислая [8].
Оценка экологического состояния почв по кислотности
Для оценки экологического состояния почв соснового леса по кислотности, мы использовали данные таблицы «Интервалы рН, соответствующие успешному росту древесных пород» [4].
Таблица 1. «Интервалы рН, соответствующие успешному росту древесных пород».

Экологическое просвещение учащихся
Для того чтобы привлечь внимание к проблеме почвенной кислотности, развитию экологического просвещения учащихся МБОУ БГО СОШ № 13, мы решили создать презентацию в программе MicrosoftPowerPoint.
Результаты исследований и их обсуждение
По проблеме кислотности почвы изучали литературу Муниципального бюджетного учреждения культурыБорисоглебского городского округа Воронежской области"Борисоглебской централизованной библиотечной системы", читального зала I корпуса Борисоглебского филиала ФГБОУ ВПО «Воронежского государственного университета». Информации по данному вопросу очень мало. В библиотеке и читальном зале недостаточно источников, чтобы полностью осветить проблему. Данные, которые имеются, уже устарели, работа в этом направлении давно не проводилась.
Для описания эколого-географической характеристики района исследования мы изучили по ресурсам сети Интернет карту г. Борисоглебска, где наметили участки отбора почвенных образцов. Совершили экскурсию на исследуемую территорию, заложили почвенные разрезы в намеченной территории, произвели отбор почвенных проб. Забор почвенных образцов происходил в теплую, сухую погоду. Почвенные образцы каждого разреза разделили по слоям: 0-10 см, 10-20 см, 20-30 см, 30-40 см; поместили их в полиэтиленовые пакеты с указанием даты, номера разреза и слоя.
В лабораторных условиях почва была обработана. Из полученных образцов удалили растительные остатки, включения (осколки стекла, кирпича, полиэтиленовые пакеты), растерли в фарфоровой ступке, после чего просеяли через сито с диаметром ячеек 1 мм. Результаты определения окраски и гранулометрического состава приведены в таблице 2.
Таблица 2. Гранулометрический состав и окраска почвы 1 и 2 разреза.
№ разреза Глубина, смГранулометрический состав Цветность
1 0-10 Супесь Светло-каштановый
10-20 Супесь Светло-каштановый
20-30 Суглинок легкий Коричневый
30-40 Суглинок легкий Каштановый
2 0-10 Супесь Светло-каштановый
10-20 Суглинок легкий Каштановый
20-30 Суглинок легкий Коричневый
30-40 Суглинок легкий Коричневый
Определение кислотности почвы производилось в лабораторных условиях. (Приложение 7).Полученные результаты для разреза 1 и 2 приведены в таблице 3.
Таблица 3. Кислотность почв 1 и 2 разреза
№ разреза Глубина, смСпособ № 1 Способ № 2 Способ № 3
1 0-10 6 Темно-синий индикатор Пенообразования нет
10-20 6 Темно-синий индикатор Пенообразования нет
20-30 6 Темно-синий индикатор Пенообразования нет
30-40 6 Темно-синий индикатор Пенообразования нет
2 0-10 6 Темно-синий индикатор Пенообразования нет
10-20 6 Темно-синий индикатор Пенообразования нет
20-30 6 Темно-синий индикатор Пенообразования нет
30-40 6 Темно-синий индикатор Пенообразования нет
Приведенные в таблице 3 данные отображены на следующем графике.

Рис. 1. Кислотность почвы первого разреза

Рис. 2. Кислотность почвы второго разреза
Сосна обыкновенная (Pínussylvéstris), относится к оксифильным породам – произрастающим на кислых почвах, рН менее 6,7. Используя данные таблицы «Интервалы рН, соответствующие успешному росту древесных пород» [4], можно сказать о том, что показатель почвенной водной вытяжки (рН=6) [9] для данного вида оптимальный. Почвы соснового леса слабокислые и в дальнейшем это может привести к закислению верхних слоев. Чтобы этого избежать необходимо будет использовать известкование.
С целью привлечения внимания к проблеме почвенной кислотности, развитию экологического просвещения учащихся МБОУ БГО СОШ № 13, мы разработали презентацию в программе MicrosoftPowerPoint по теме «Оценка экологического состояния почвы соснового леса по уровню кислотности».
[4]. Иванов А.Ф. Рост древесных растений и кислотность почв. Минск, 1970. 218 с.
[6]. Муравьев А.Г., Каррычев Б.Б., Ляндзберг А.Р. Оценка экологического состояния почвы. Практическое руководство, вып. V. Санкт - Петербург: Крисмос+, 2000. – 164с.
[8]. Яблонских Л.А. Полевые и лабораторные исследования при выполнении дипломных работ. Воронеж: Издательство ВГУ, 2003. – 51с.
[9]. Шенников А.П. Экология растений. М., 1950.-375 с.
Заключение
Изучили информационные источники по проблеме исследования и пришли к выводу, что данная проблема является актуальной для современного общества, но данные по этому вопросу очень устарели и их мало для нашего региона.
Изучили карту г. Борисоглебска, наметили участки отбора почвенных образцов; совершили экскурсию на исследуемую территорию, заложили почвенные разрезы, взяли материал для исследования.
В лабораторных условиях определили окраску и гранулометрический состав почвы. Окраска почвы двух разрезов меняется от светло-каштанового (0-20 см 1 разрез 0-10 см 2 разрез) до коричневого (30-40 см). По гранулометрическому составу почва двух разрезов супесчаная и легкосуглинистая.
Почвы первого и второго разреза по результатам исследования слабокислые, о чем свидетельствуют полученные данные. При определении кислотности почвенных образцов при помощи лакмусовой индикаторной бумаги были получены значения рН=6. При добавлении универсального индикаторного раствора (лакмоида), почвенная вытяжка окрашивалась в темно-синий цвет, что говорит о том, что почва нейтральная. В почве возможно содержание ионов гидроксильной группы (ОН-), и ионов водорода (Н+), при добавлении 9%-го столового уксуса пенообразования не было (кислая почва), что обусловлено некоторым преобладанием ионов водорода.
Экологическое состояние почвы соснового леса удовлетворительное. Показатель почвенной водной вытяжки (рН=6) для данного вида древесных пород оптимальный. Почвы соснового леса слабокислые и в дальнейшем это может привести к закислению верхних слоев, что приведет к усыханию деревьев и исчезновению растиительности.
С целью привлечения внимания к проблеме почвенной кислотности, развитию экологического просвещения учащихся МБОУ БГО СОШ № 13, была разработана презентация в программе MicrosoftPowerPoint по теме «Оценка экологического состояния почвы соснового леса по уровню кислотности».
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Кислотностью почвы называют активную реакцию почвенного раствора, которая определяется соотношением Н+ и ОН-. Кислотность выражают числом, представляющим собой отрицательный логарифм концентрации водородных катионов в растворе. рН= -lg[H+].
В настоящее время различают следующие виды почвенной кислотности: 1) актуальная кислотность; 2) потенциальная кислотность, которая подразделяется на обменную и гидролитическую.
Актуальная кислотность – так называют кислотность почвенного раствора, обусловленную растворенными в ней компонентами, а именно, ионами Н+, свободно находящимися в растворе.
Вклад различных компонентов в формирование актуальной кислотности неодинаков, он зависит от степени выраженности кислотных свойств и содержания каждого компонента почвенного раствора.В числе важнейших веществ, обуславливающих актуальную кислотность, следует назвать H2CO3. Ее наличие связано с присутствием СО2 в почвенном воздухе.
Потенциальная кислотность проявляется в результате взаимодействия почвы с растворами солей или оснований. В большинстве случаев выявляется прямая зависимость: чем больше потенциальная кислотность, тем выше кислотность актуальная. Потенциальную кислотность подразделяют на обменную и гидролитическую.
Обменная кислотность обусловлена присутствием способных к обмену ионов Н+ и Аl3+ в почвенно-поглощающем комплексе (ППК), которые высвобождаются путем обменных реакций при взаимодействии ППК с раствором нейтральной соли (обычно используют раствор КСl с концентрацией 1 г-моль /л).
Помимо обменной кислотности, почве свойственна также гидролитическая кислотность, которая обусловлена вытеснением в почвенный раствор дополнительного количества водородных ионов при взаимодействии с растворами щелочей. Гидролитическая кислотность (при отсутствии обменной) не вредна для почвы, но ее нужно учитывать при решении хозяйственных вопросов – например, определении необходимости известкования или иной обработки почвы.При высокой кислотности почвы для оптимального ее использования в сельском хозяйстве необходимо проводить известкование. Известкование является приемом химической мелиорации почв и проводится в тех случаях, когда почва имеет избыточную кислотность по сравнению с оптимальной для выращивания культур. При пониженной кислотности, т.е. при защелачивании почвы, применяют другой метод химической мелиорации – гипсование.
ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Рис. 1. Места отбора почвенных образцов

ПРИЛОЖЕНИЕ 3
Рис. 2. Отбор почвенных образцов
ПРИЛОЖЕНИЕ 4

Рис. 3. Подготовка почвенных образцов к исследованию (удаление растительных остатков)

Рис. 4. Подготовка почвенных образцов к исследованию (перетирание почвы в ступке)
ПРИЛОЖЕНИЕ 5

Рис. 5. Треугольник Захарова для определения названия окраски почвы.

Рис. 6. Определение окраски почвы по треугольнику Захарова
ПРИЛОЖЕНИЕ 6

Рис. 7. Определение гранулометрического состава
ПРИЛОЖЕНИЕ 7

Рис. 8. Определение кислотности почвы (универсальная лакмусовая бумага)

Рис. 9. Определение кислотности почвы (лакмоид)
ПРИЛОЖЕНИЕ 7 (продолжение)

Рис. 10. Определение кислотности почвы домашним методом
Список использованной литературы
Абрамова Л.И, Баландин С.А., Березина Н.А. Общая ботаника с основами геоботаники. М.: Академия, 2006. – 414с.
Адерихин П.Г. Почвы Воронежской области, их генезис, свойства и краткая агропроизводственная характеристика. Издательство Воронежского университета: Воронеж, 1963. -264 с.
Актуальные проблемы химии и методики ее преподавания: Материалы Российско-Украинской научно-практической конференции, 18 ноября 2010 года. – Нижний Новгород: НГПУ, 2010.-190 с.
Иванов А.Ф. Рост древесных растений и кислотность почв. Минск, 1970. 218 с.
Луганский Н.А., Залесов С.В., Луганский В.Н. Лесоведение: учебн. Пособие. Урал. гос. лесотехн. ун-т. Екатеринбург, 2010. 432 с.
Муравьев А.Г., Каррычев Б.Б., Ляндзберг А.Р. Оценка экологического состояния почвы. Практическое руководство, вып. V. Санкт - Петербург: Крисмос+, 2000. – 164с.
Орлов Д.С., Садовникова Л.К., Суханова Н.И. Химия почв. М.: Высшая школа, 2005. – 558с.
Яблонских Л.А. Полевые и лабораторные исследования при выполнении дипломных работ. Воронеж: Издательство ВГУ, 2003. – 51с.
Шенников А.П. Экология растений. М., 1950.-375 с.