Влияние города на свойства почв.

 МБОУ СОШ №4 с углубленным изучением отдельных предметов.

Учебно – исследовательская работа

Тема: «Влияние города на свойства почв»

                                                     Автор  работы: 

                                                                       Кумпан Наталья, 11 класс

                                                                                     Руководитель:

                                                                                    Полицковая Лилия Петровна,

                                                                                     учитель географии.

                                             г. Батайск

                                                 2012 г.

Оглавление

Оглавление        

Введение        

1. Знакомство с  городом.        

1.1 Краткая история города        

1.2 Географическое положение        

1.3 Геологическое строение, рельеф и полезные ископаемые.        

1.4 Природные  условия и ресурсы.        

1.4.1 Климатические ресурсы        

1.4.2 Почвенные ресурсы        

1.4.3 Растительный и животный мир.        

1. 5 Экономика        

1. 6 Социальная сфера        

2.  Влияние города на почвообразование и свойства почв        

2.1 Общение с местными жителями        

2.2  Основные типы  чернозема на территории г. Батайска.        

3.1 Химический состав почвы        

3.2   Подготовка   почвы к химическому анализу        

3.2.1. Определение кислотности почвы        

3.2.2. Качественное и количественное определение катионов        

Заключение        

Литература        

Приложение 1. Физическая карта Ростовской области.        

Приложение 2. Геологическое строение, рельеф и полезные ископаемые.        

Приложение 3. Ростовская область. Почвы        

Приложение 4. Ростовская область. Растительность.        

Приложение 5. Фотогалерея города Батайска.        

Приложение 6. Участки отбора проб.        

Приложение 7. Основные типы черноземов города Батайска.        

Приложение 8. Проведение практической работы.        

Приложение 9. Результаты практической работы        

Приложение10. План проведения декадника «Сохраним донские почвы вместе»        

Введение

 Деятельность человека существенно отражается на окружающей среде. Общество вступило в противоречие с природой. Свой вклад в загрязнение окружающей среды вносят многие отрасли промышленности, и даже домашнее хозяйство.

Дальнейшее развитие цивилизации может происходить только в согласии с законами природы, при осознании человеком своей истинной роли в системе биотической регуляции. В 2002 году на 55–й сессии Генеральной Ассамблеи ООН принята Декларация Земли (Хартия Земли). Экологическая ситуация требует трезвого анализа и принятия мер. Сегодня вопросы экологической экспертизы  особенно актуальны.  Конечно, преобразование природы- процесс неизбежный, но он не всегда является положительным. Поэтому, исследование почв нашего донского края, имеет огромное значение. Каждый из нас должен наблюдать за состоянием природы своего города.  Из покон веков земля кормила  батайчан, по рассказам старожил, они занимались растениеводством: выращиванием  овощей,  урожая хватало не только для своей семьи, но и для того, чтобы продать на рынке. В пойме реки были очень сочные, пышные  луга, благодаря которым готовились большие запасы сена для скота на зиму. Но с годами город рос, численность населения увеличивалась, предприятия расширялись, это и привело к   значительным изменениям, и в том числе и почвы. Почвенный покров в городе – это, прежде всего, объект земельно-имущественных отношений, но, в то же время, и важнейшая составная часть окружающей человека среды. Город оказывает на природную среду общее негативное влияние, при этом почва подвергается наиболее значительному воздействию, да к тому же в силу своей консервативности по сравнению с водами, атмосферой, растительным покровом является самой трудно восстанавливающейся средой.   В отличие от воды и атмосферного воздуха, которые являются миграционными средами, почва представляет собой наиболее объективный и стабильный индикатор техногенного загрязнения экосистемы. Она четко отражает эмиссию загрязняющих веществ и их фактическое распределение в компонентах ландшафта. Наиболее крупные промышленные города, образуя обширные зоны загрязнений, постепенно превращаются в сплошные техногенные территории, представляющие серьезную опасность для здоровья, проживающего на них населения. Поэтому изучение особенностей почвообразования в условиях города и свойств городских почв является весьма актуальной проблемой. Предметом контроля почв являются, прежде всего, их изменения, вызванные деятельностью человека. Но многие неблагоприятные изменения свойств почвы могут формироваться естественным путем под влиянием природных факторов почвообразования.

Так и  я не осталась равнодушной к этой  насущей  проблеме и  решила провести связующую нить с прошлым  и настоящим, просмотреть, как город преобразовал почву и какое влияние  оказывает  деятельность человека. Среди всех глобальных общечеловеческих проблем охрана окружающей среды является одной из наиболее актуальных.

        Интенсивное развитие промышленности и транспорта привело к усилению загрязнения атмосферы, воды и почвы на нашей планете.

Выбраны объекты исследования: левобережная  зона, частный сектор, у дороги.

Предмет исследования: почва.

Предположение:  оказывает ли существенное влияние город на свойства почв.

          Цель:  определить,  какие типы черноземов распространены на территории города, исследовать образцы почв, в том числе на наличие тяжелых металлов.

В соответствии с целью поставлены задачи:

1. Провести обзор  научной литературы и получить консультации в ЮФУ на факультете почвоведения о распространении почв на территории города Батайска.
2. Определить непосредственное влияние города на почвообразование.
3. Общение с местными жителями.
4. Выполнить практическую работу «Качественное определение ионов тяжелых металлов в почве»
5. Проведение школьного декадника «Сохраним донские почвы вместе»

Методы исследования: эмпирический и лабораторный.

Методика моей работы заключалась в проведении следующих этапов:

Теоретическая значимость заключается в анализе научной литературы, консультаций в ЮФУ, работа с картографическим материалом.

         Практическая значимость исследования заключается в проведении Качественного определения ионов тяжелых металлов в почве  в западной части города, использовании результатов исследования и методики для дальнейшего исследования,  систематического почвенно-экологического  мониторинга для  нашего города. Для  охраны окружающей среды, рационального природопользования  была проведена агитационная работа с жителями города и школьный декадник «Сохраним донские почвы вместе»

Данное исследование, несомненно, имеет практическую ценность для эффективного геоэкологического воспитания в школе. Способствует формированию целостной картины состояния окружающей среды нашего города, понимания рационального использования природных ресурсов  и охраны почв.

Работа весьма значима и с точки зрения привлечения общественного внимания к проблеме экологического состояния почв,  может вызвать резонанс со стороны электората.

Работа носит прикладной (практический) характер, поскольку исследование образцов почв города Чайковского позволяет дать адекватную объективную оценку состояния окружающей среды и принять своевременно научно обоснованные меры по улучшению экологической ситуации в городе.  

1. Знакомство с  городом.

1.1 Краткая история города

 Название Батайска уходит корнями ко временам Золотой Орды: на месте современного города располагалась одна из ставок Батыя. Отсюда произошло название  речки – Батайсу, т.е. «ручей Батыя». Настоящее название  реки -  Малый Койсуг. По другой версии, имя города происходит от слов Ба-Тай-Су, что по-тюркски означает «влажная низина с ручьём».  

Земли Батайска начали заселяться в период Азовских походов Петра I 1695-1696 гг.  В течение XVIII века земли близ нынешнего Батайска несколько раз переходили от России к Турции и обратно, окончательно войдя в состав Российской Империи по итогам Русско-турецкой войны 1768—1774 годов, после чего на завоёванной территории была образована Азовская губерния. Однако заселение этих земель продолжалось и  в 1769 году крестьяне-великороссы перешли Дон и поселились на берегу реки Койсуг, основав Батайскую слободу. Примерно в это же время ниже по течению поселились запорожцы,  основав Койсугскую слободу. В 1779 году сюда  были переселены жители слободы Полуденка, расположенной на том месте, которое отводилось Екатериной  II  для армянского города Нахичевань.

Мощным толчком в развитии Батайска стало строительство Владикавказской железной дороги. В 1875 году станция Батайск была готова принимать поезда. Особое значение станция приобрела в годы Первой мировой и гражданской войн, став связующим звеном между центром и югом России. В 1927 году село Батайское было преобразовано в рабочий поселок, в 1938 году Батайск становится городом областного подчинения.        

1.2 Географическое положение        

Батайск – город Ростовской области, считающийся спутником областного центра, имеет координаты 47º 08´ с.ш. и 39º45´ в. д. Он расположен в 10 км южнее Ростова-на-Дону на территории площадью 77,68 км². Население Батайска насчитывает 104,8 тысячи человек и является крупнейшим железнодорожным узлом на юге России.  Границы города постоянно расширяются (см. приложение №1) [1].

 1.3 Геологическое строение, рельеф и полезные ископаемые.                                              

Город находится на юго-западе Ростовской области. Он располагается на возрастной структуре Русской древней (допалеозойской) платформы, а  именно на Ростовском своде.  Наибольшее распространение на территории города Батайска получили отложения  древние четвертичные кайнозоя, которые в основном представлены породами  меловой системы (пески, песчаники, глины, мергели , ракушечник, что свидетельствует о существовании теплого мелководного моря).  Территория города расположена на Доно-Егорлыкской низменности. Ее поверхность – плоская, с небольшим уклоном в сторону Азовского моря. Наивысшая  абсолютная высота в центре города 5 метров. Река, протекающая по окраине города, извилистая, с небольшой глубиной, водораздел плоский, с развитыми просадочно - суффозионными формами рельефа и умеренным долинным расчленением.

       Естественный рельеф территории почти не сохранился. В результате выравнивания  резко изменился характер природных  рельефообразующих процессов.  На территории города практически нет полезных ископаемых. Их состав, условия залегания и размещения находятся в тесной связи с  геологическим строением местности.   На территории Батайска имеются запасы глины, используемой для производства кирпича (см. приложение №2) [8].

1.4 Природные  условия и ресурсы.

1.4.1 Климатические ресурсы

 Батайск расположен в зоне умеренного климата. Самый жаркий месяц здесь июль со среднемесячной температурой +23ºС, самый холодный – январь с температурой - 4, - 6ºС. Среднее количество осадков за год составляет 596 мм. Максимальное их количество выпадает в декабре – в среднем до 77 мм, минимальное – в октябре, до 33 мм. Примерно 91 день в году – дождливый, 32 дня – снежные. [1].

  Средняя годовая относительная влажность воздуха составляет 72%. Самая высокая относительная  влажность воздуха отмечается в декабре-январе (86). При засухе относительная влажность может понижаться до 5% (при температуре воздуха  более 30ºС.

 1.4.2 Почвенные ресурсы

Разнообразие почв, особенности их географического распространения объясняются различными условиями их образования в отдельных частях донского края. Условия образования почв (климат, материнские породы, растительность, рельеф местности и возраст) неодинаковы на всей территории области, поэтому образовались почвы, непохожие одна на другую.

На территории  города преобладают черноземы.  Черноземные почвы образовались в районах с большим количеством осадков (более400 мм), где развивается более разнообразная степная растительность. Они имеют комковатую структуру, мощный перегнойный горизонт (от 55 до 150) и значительное количество гумуса (4-7%). Принято выделять несколько видов черноземов: южные, предкавказские, приазовские, обыкновенные. В пределах нашего города распространены черноземы Северного Приазовья ,географическое распространение которых приходится на  юго-западную и южную части области.  Это самые плодородные почвы области. Мощность гумусового горизонта – 150-160 см, его содержание 3,3-4,6% гумуса, запасы гумуса составляют 415-485 т/га., Наряду с черноземами распространены луговые почвы, которые расположены в пойме реки Малый Койсуг , а также и городские почвы. Это почвы, имеющие созданный человеком поверхностный слой мощностью более 50 см, полученный перемещением, засыпанием, погребением, загрязнением, строительно-бытовым мусором (см. приложение №3).

 1.4.3 Растительный и животный мир.

Город Батайск находится в районе разнотравно-злаковых  степей. Их отличают более  разряженный травостой,  в котором  преобладают типчак, изредка встречаются тонконог. Основу травостоя составляют корневищные злаки: костер, мятлик узколистый, житняк, степная тимофеевка. Основу травостоя составляют корневищные злаки. Из разнотравья наиболее широко представлены мезофильные степные виды: подорожник, средний, клевер, шалфей луговой, василек кудрявый, частец прямой. Резко уменьшается количество видов разнотравья, с увеличением засушливости исчезают шалфей, люцерна,  тысячелистник, появляется белая полынь, ромашник и другие виды.

Типичная растительность левобережной зоны города – заросли тростника, рогоза, осок, камыша и болотного крупнотравья (ежеголовник, сусак, частуха).

Животный мир нашего края сформировался при сильном антропогенном воздействии. Согласно описаниям путешественников прошлого, здесь паслись огромные стада сайгаков, зубров,  диких лошадей-тарпанов, в изобилии встречались олени, зубры, лоси, медведи. Были обычны степной тетерев, дрофа, стрепет, перепел.

С приходом на Дон постоянного населения, которое занималось охотой, рыбной ловлей, значительно снизилась численность крупных диких животных. Сильное негативное воздействие оказала распашка земель, поскольку с исчезновением естественной растительности истощалась кормовая база, что привело к уничтожению многих видов животных.

Среди млекопитающих преобладают степные виды. Самый многочисленный вид – грызуны: сурки, суслики, тушканчики, мыши, полевки и др. Из зайцеобразных обитает заяц-русак.

Самый многочисленный отряд – воробьиные. Встречается перепел, куропатка, кукушка, удод, жаворонки, дятлы (см. приложение №4) [1].

1. 5 Экономика

Современный Батайск – один из крупнейших транспортных узлов юга России, сохраняющий свой статус «железнодорожных ворот Кавказа». Он расположен на пересечении важнейших железнодорожных и автомобильных магистралей федерального и регионального значения, а также в непосредственной близости к международным морским портам Таганрога и Азова, речному порту и аэропорту Ростова-на-Дону. Выгодное географическое положение и развитая транспортная инфраструктура создают условия для создания в Батайске крупных центров логистики. Промышленный комплекс Батайска представлен целым рядом предприятий – производителей готовых металлических изделий, машин и оборудования. В городе находится крупнейший на юге России пункт сбора металлического лома. Действуют также предприятия легкой и пищевой промышленности. В целом современный город представляет собой один из наиболее активно развивающихся городов Ростовской области. Растут обороты розничной торговли; активными темпами идет строительство недвижимости, в том числе жилой; развивается инженерная инфраструктура города, внедряются новейшие технологии передачи информации. Инвестиционный потенциал Батайска остается весьма высоким. В городе имеются свободные земли под строительство новых жилых комплектов и промышленных предприятий, а местными органами власти оказывается всемерная поддержка развитию бизнеса (см. приложение №5) [8].          

 1. 6 Социальная сфера.

В городе много дошкольных учреждений, 15 средних общеобразовательных школ, 3 профессиональных лицея, железнодорожный техникум, 2 филиала высших учебных заведений – Московского Государственного социального университета, Ростовской – на – Дону экономической академии, есть школа искусств, сеть библиотек, городской культурно-досуговый центр, кинотеатр, дома культуры,  музей истории, один из лучших в области  парк им. Ленина,  драматический театр, а также имеется полиграфическое объединение и книжное издательство, выпускаются две  газеты «Вперед», «Батайское время», радио, ведутся работы по созданию собственного телевидения.

2.  Влияние города на почвообразование и свойства почв

Почвы – зеркало природы, а это значит, что с изменением климата, растительности или рельефа местности изменяются и они. Почва, ее плодородие – продукты развития не только природы, но и деятельности общества. Могучим фактором изменения почв, повышения их плодородия являются производственная деятельность человека. Еще в древности хорошо понимали огромную роль человека в преобразовании природы. Изучение морфологических свойств естественных почв г. Батайска  показало, что по сравнению с зональными почвами (черноземами обыкновенными) их профиль характеризуется рядом существенных особенностей. На территории города    выделено два вида черноземов: мощные и среднемощные. Доминирование  среднемощных видов над мощными черноземами может служить подтверждением тенденции уменьшения протяженности  профиля  городских почв по сравнению с фоновыми.

Но естественный почвенный покров на большей части города уничтожен или претерпел кардинальные изменения. Поэтому  наряду с островками естественных почв (черноземов) основной фон городской территории представлен естественно-антропогенными почвами (урбо-черноземами), антропогенно-преобразованными почвами (урбаноземами) и техногенными поверхностными почвоподобными образованиями (урботехноземами).

При изучении экологической  обстановки в городе нельзя не учитывать повсеместное распространения такого явления, как «запечатывание» дневной поверхности – перекрытие почвы непроницаемыми  субстратами, такими как смола, бетон или фундамент зданий.

Нужно отметить, что   влияние города на почвы изначально шло по двум противоположным направлениям. С одной стороны – посадка деревьев и, как следствие,  радикальное изменение круговорота веществ под лесной растительностью. С другой стороны, запечатывание под асфальтом и другими видами твердого покрытия, переуплотнение  и частичная или полная срезка почвенного покрова.   Также следует отнести  загрязнение бытовым и строительным мусором (как твердые, так и жидкие вещества, преимущественно не очень вредные для организма человека, но засоряющие поверхность почвы, затрудняющие рост растений), загрязнение химическое за счет промышленных выбросов и автомобильных выхлопов (тяжелые металлы, бензапирен, нефтепродукты). Но самый масштабный урон наносится почвенному покрову за счет отчуждения под строительные объекты и дороги, когда нарушается целостность почвенного профиля, происходит погребение его под насыпными слоями или даже плотным покрытием типа асфальта, каменной кладки, тротуарной плитки.  Немаловажной причиной преобразования почв является то, что  большая часть территории города  подтоплена. Одной из причин подъема уровня грунтовых вод считается ввод в эксплуатацию оросительных систем. В настоящее время на юге Ростовской области эксплуатируются крупные оросительные системы, играющие важную роль в сельскохозяйственном производстве. Фильтрационные воды стали причиной подтопления поселков и ценных сельхозугодий, расположенных в непосредственной близости к оросительным каналам, проблема эта остро коснулась и городских поселений, в том числе и нашего города. В целях борьбы с этим явлением  разработана и внедрена система дренажных каналов, построена насосная станция, назначение которой – понижение основного зеркала водной глади.

Очевидно, что каждое из этих вмешательств приводит к своим особым изменениям как морфологических, так и физико-химических ее свойств, поэтому для  качественного определения ионов тяжелых металлов в почве в западной части города, мною  были определены следующие участки исследования :1 на пересечении улиц Цимлянской и  Грузинской ( у дороги)

 А) глубина 25 см  Б) глубина 50 см  В) поверхность; 2) левобережная зона( луг) А) глубина 25 см  Б) глубина 50 см  В) поверхность; 3) частный сектор А) глубина 25 см  Б) глубина 50 см  В) поверхность (см. приложение №6) [9].

2.1 Общение с местными жителями 

  Одной из важнейших задач, которую я ставила при написании исследовательской работы, являлась встреча с коренными жителями для сбора достоверной информации. Краткий вывод из диалога с  одной из местных жительниц Зоей Ивановной Михайленко.

Зоя Ивановна Михайленко родилась в 1938 году, коренная койсужанка.

Всю свою жизнь прожила на улице Крымской, 99. Более 40 лет проработала швеей в местном ателье. Вырастила двух дочерей, которые в настоящее время работают в средней  школе №4. Зоя Ивановна рассказала мне, что было на правом берегу во время Великой Отечественной войны, что происходило после нее и какие меры принимались для восстановления почв берега.

Михайленко З. М: «Во время Отечественной войны на правом берегу реки колосились высокие травы, пестревшие ромашками, васильками, росла трава по грудь, без сорняков - чистое сено. В детстве мы переправлялись через реку накосить травы к  празднику «Троице». Летом коров старались не пускать  в поле, чтобы они не испортили сено. А осенью колхозные машины косили его и складывали в высокие стога, весь луг был в огромных копнах. Зимой, когда река становилась, сено переправляли  на левый берег реки и кормили им скот.

Позже луг вспахали и с полкм от реки засадили помидорами, так было в течение 2 лет. С  приходом к власти Хрущева, большое внимание стали уделять царице полей «кукурузе». Это коснулось и нас. Весь правый берег реки засеяли кукурузой. Но после распада колхозов луг забросили. Десятилетия там пасутся коровы селян. Сейчас по лугу интенсивно  распространяется камыш и маленькие деревца, похожие на кустарники»

В 90-е годы местные жители (семья Кузуб) высадили молодые саженцы деревьев (около 200), чтобы создать молодую рощу, но они не принялись. Рощу  сажали и учащиеся школы №4, но молодые деревья не принимались (см. приложение №6).      

2.2.  Основные типы  чернозема на территории города.

Основываясь на изучение научной литературы и консультации с сотрудниками кафедры почвоведения биологического факультета ЮФУ (профессором, доктором биологических наук Ольгой Степановной  Безугловой, доцентом, доктором биологических наук  Татьяной Михайловной Минкиной), я делаю вывод,  что в городе находятся следующие типы чернозема:

( см. приложение №7).

1) полевое название: чернозем обыкновенный солончаковый среднемощный легкоглинистый на лессовидной глине это почва темно-серая с бурым отливом, переход между горизонтами – ясный, с глубины 25 см наблюдаются выцветы солей. Гранулометрический состав – легкая глина по всему профилю;  

2) полевое название: урболуговая почва на аллювиально слоистых отложениях в верхних горизонтах почва влажная, с глубиной свежая, окраска неоднородная: светло-серая с палевым оттенком, с ржавыми пятнами оксидов железа, почва среднесуглинистая по всему профилю, в верхнем горизонте структура комковато-зернистая, наблюдаются многочисленные бусы, густокорешковатая;                                                                                      

  3) полевое название: урбоогородная почва на погребенном черноземе это почвы насыпные, сильно урбанизированные,  является ярким примером кардинального нарушения естественного строения и сложения почвы при городском строительстве;

4) полевое название: аллювиально-луговая супесчаная почва это вид почвы имеет легкий гранулометрический состав (супесь) и слоистость аллювиальных отложений. Она сформировалась под покровом пышной луговой растительности , в которой преобладали влаголюбивые осоки;

5) полевое название: чернозем обыкновенный карбонатный на лѐссовидных суглинках, окраска темно-серая, постепенно буреющая к нижней части профиля, переходы между горизонтами постепенные, структура комковато-зернистая, почва тяжелосуглинистая по гранулометрическому составу, с 80 см наблюдается карбонаты в виде белоглазки. [10].

 3. Практическая часть. Качественное определение ионов тяжелых металлов в почве.

3.1 Химический состав почвы

Химический состав минеральной части почвы определяется составом почвообразующих пород, возрастом почвы, особенностями рельефа, климата и т.д. В состав минеральной части почвы входят Si, Al, Fe, K, N, Mg, Ca, P, S и некоторые микроэлементы Cu, Mo, I, B, F, Pb  и другие. Подавляющее большинство химических элементов в почве находиться в окисленной форме. В почвах распространены также соли угольной, серной, фосфорной, хлористоводородной и других кислот. На основных породах почва более богата Al, Fe, щелочноземельными и щелочными металлами, а на породах кислого состава Si. В засоленных почвах преобладают кальций, магний, натрий, хлориды и сульфаты.

В гумусе содержится углерод, водород, кислород, азот, определенное количество фосфора, кальция, серы и других химических элементов, в том числе и редких. В состав органического вещества помимо гумуса входят соединения, содержащие в большом количестве в растительных и животных остатках: белки, углеводы, органические кислоты, жиры, лигнин, дубильные вещества и др. В сумме они составляют 10-15% от всей массы органического вещества в почве. При разложении органических веществ содержащийся в них азот переходит в формы, доступные растениям.

Почва  содержит различные соли, в том числе угольной кислоты – углекислый натрий, углекислый магний, углекислый кальций и др. некоторые из перечисленных солей и прежде всего натриевые соли значительно ухудшают плодородие почвы. Химический состав почвы может включать тяжелые металлы  -  это группы металлов, включающие Cu, Ni, Co, Pb, Sn, Zn, Cd, Bi, Sb, Hg. Тяжелые металлы применяют как в элементарном состоянии, так и в виде разнообразных сплавов с другими металлами. Тяжелые металлы - металлы, имеющие высокий удельный вес, например: медь, свинец, цинк.

В наибольшей степени загрязнению подвергается самый верхний слой атмосферы - почва. Тяжелые металлы поступают в почву преимущественно из атмосферы с выбросами промышленных предприятий, а свинец и цинк - выхлопными газами автомобилей. Наиболее типичные тяжелые металлы - свинец, кадмий, ртуть, цинк, молибден, никель, кобальт, олово, титан, медь, ванадий. Из атмосферы в почву тяжелые металлы «опадают»  чаще всего в форме оксидов, где постепенно растворяются, переходя в гидроксиды, карбонаты или в форму обменных катионов.

        О степени экологической опасности химические вещества, попадающие в почву различными путями, делят на 3 класса:

1- кадмий, ртуть, свинец, цинк, фтор, мышьяк, селен, бенз(а)пирен;

2- кобальт, молибден, бор, медь, никель, сурьма;

3 - ацетофенон, вольфрам, марганец, ванадий, стронций.

3.2   Подготовка   почвы к химическому анализу

Определение химического состава почвы  проводила в апреле на базе ЮФУ на кафедре «Почвоведение» при помощи аспиранта Литвинова Юрия Алексеевича. Лабораторные исследования проходили в несколько этапов. Первый этап   подготовка почвенной вытяжки.

        Подготовка почвы к анализу состоит в измельчении материала, удалении посторонних примесей, просеивании через сито с диаметром отверстий 1мм  сокращении до небольшой массы. Для сокращения пробы пользуются разными методами, я использовала  метод квартования.  Измельченный материал тщательно перемешиваем, рассыпаем ровным тонким слоем в виде квадрата или круга, делим на четыре сектора. Содержимое двух противоположных секторов отбрасываем, а двух остальных соединяем вместе. Водную почвенную вытяжку используют чаще всего для определения водорастворимых   соединений,   а   также   для   определения актуальной кислотности   почвы.

Для   её   приготовления   20   г   воздушно – сухой просеянной почвы помещаем в колбу на 100 мл, добавляем 50 мл дистиллированной воды, взбалтываем в течение 5 - 10 мин и фильтруем.

3.2.1. Определение кислотности почвы

Второй этап определение кислотности. Существует несколько способов определения кислотности почвы. Самый простой и быстрый это определение кислотности с помощью индикаторной бумаги.

Оборудование и реактивы: стакан химический (50 мл) или чашка фарфоровая, палочка стеклянная с резиновым наконечником, ложка-дозатор (шпатель), мерный цилиндр (10 мл) или мерная пробирка, почва (в банке, стакане), 10%-ный раствор хлорида калия, универсальная индикаторная бумага со шкалой значений РН.

        Ход работы по определению значения рН:

—        возьму полоску индикаторной бумаги и опущу в вытяжку;

—        вынимаю индикаторную бумагу,  через 1—2 сек.;

—        сравниваю полученную окраску бумаги со шкалой значений рН;

—        определяю тип образца почвы (кислая, щелочная, нейтральная).

При значениях рН: от 1 до 5 — почва кислая; от 5,5 до 6,5 — слабокислая; от 6,5 до 7 — нейтральная; от 7 до 8 — слабощелочная; выше 8 — щелочная.

Индикатор лакмус - красный кислоту укажет ясно.

Индикатор лакмус - синий, щёлочь здесь - не будь разиней,

Когда ж нейтральная среда, он фиолетовый всегда ( см. приложение № 8).

3.2.2. Качественное и количественное определение катионов

  Третий этап работы определение катионов  качественное и  количественное. Для исследования образцов почв города при выполнении аналитических реакций были использованы визуальный метод,  макро и полумикрометоды качественного химического анализа. Химические реакции проводились в обычных пробирках и на предметных стеклах (капельных пластинках) при нормальных условиях в химической лаборатории кафедры « Почвоведения».

Анализ проведен в небольшом объеме, что объясняется ограниченной доступностью в реактивах. В работе использованы наиболее простые методики качественного химического анализа, что связано с ограниченными возможностями. Качественный анализ проведен с помощью химических реакций, сопровождающихся заметными внешними изменениями.

При выполнении анализа использовала следующее лабораторное оборудование:

1. пробирки;
2. штатив для пробирок;
3. склянки;
4. конические, мерные и круглодонные колбы  × 100 мл, 250 мл;
5. стеклянные палочки и трубочки;
6. технохимические весы;
7. часовые стекла;
8. предметные стекла;
9. химические воронки;
10. мерный цилиндр × 50 мл, 100 мл;
11. фильтровальная бумага;
12. восковой карандаш для стекла;
13. электроплитка.

В ходе работы пользовалась  индикаторами  и реактивами:

1. универсальный бумажный индикатор;

1. медная проволока;
2. стальная проволока;
3. K3[Fe(CN)6];
4. KI;
5. H2SO4;
6. NH4 SCN;
7. дистиллированная вода.

 Обнаружение Fe2+ :

Реаген( Р): гексацианоферрат (Ш) калия K3[Fe(CN)6]

Аналитический сигнал (АС): образование темно-синего осадка "турнбулевой сини", нерастворимого в кислотах, но растворимого в щелочах. Реакция идет по уравнению:

Fe2+ + [Fe(CN)6]3- →Fe3+ + [Fe(CN)6]4-

 4Fe3+ + 3[Fe(CN)6]4-  →Fe4[Fe(CN)6]3↓

Способ выполнения (СВ): в пробирке. В пробирку с анализируемым раствором  прибавляют несколько капель раствора реагента. В присутствии  ионов железа (II) образуется темно - синий осадок. Чувствительность реакции:  m =0,6мкг Fe 2+

Обнаружение Fe3+: Р: роданид аммония NH4SCN

АС: образование роданида железа (Ш) кроваво-красного цвета:

Fe3+ + SCN- → Fe (SCN)3↓

Cпособ выполнения: в пробирке. В пробирку с анализируемым раствором прибавляют несколько капель раствора реагента. В присутствии ионов железа(Ш) появляется кроваво-красная окраска раствора. ЧР: m= 0,125мкг Fe3+

Обнаружение РЬ2+  : Р: иодид калия KI

АС: образование желтого творожистого осадка РbI2 Ь2+ + 2I-   → PbI2 ↓

Способ выполнения: на капельной пластинке. К капле анализируемого раствора на предметном стекле прибавляют каплю раствора реагента. В присутствии ионов свинца образуется желтый осадок. ЧР: m=0,075мкгPb2+

Обнаружение Hg2+ : P: медная проволока Сu

АС: образование серебристого налета ртути на проволоке:

Hg2+ + Сu0 →Hg° + Сu2+

СВ: в пробирке. В пробирку с анализируемым раствором опускают медную проволоку и ждут некоторое время. В присутствии ионов ртути образуется серебристый налет.

Обнаружение Cu2+ : Р: стальная проволока

АС: образование розового налета меди на проволоке:

CuSO4 + Fe → Cu↓ + FeSO4

СВ: в пробирке. В пробирку с анализируемым раствором опускают стальную  проволоку и ждут некоторое время. В присутствии ионов меди образуется налет с розовым оттенком.

Обнаружение СО32- : P: серная кислота H2SO4

АС: выделение углекислого газа СО2:

2Н+ + СО32- →Н2О + СО2↑

СВ: в пробирке. В пробирку с анализируемым раствором прибавляют несколько капель раствора реагента. В присутствии карбонатов выделяется углекислый газ в виде пузырьков. Качественный анализ на определение ионов проводила дважды. При первом проведении качественных реакций на определение катионов Fe2+,  Fe3+, Cu2+, Pb2+, Hg2+  и анионов CO32-, Cl-   с отфильтрованными водными почвенными вытяжками результаты реакций во всех пробах были отрицательными.

Поэтому  решила провести концентрирование проб. Для этого  взяла по 100 мл каждой из трех проб и упарила эти количества до объема по10 мл (см. приложение 8). Учитывая, что в третьей пробирке появился осадок бурого цвета, вытяжку с детской площадки  профильтровала повторно (см. приложение 8).

Затем провела химический анализ с концентрированными водными почвенными вытяжками. Качественный анализ с концентрированными почвенными вытяжками начала делать  с реакций на обнаружение ионов двухвалентного железа. Для этого в три пробирки  №1, 2, 3 отобрала   почвенные вытяжки объемом по 1 мл,  добавила по 5 капель гексацианоферрата (III) калия. Осадка не обнаружила ни в одной пробирке.

Для обнаружения в пробах ионов трехвалентного железа в чистые сухие пробирки №1, №2, №3 налила концентрированные почвенные вытяжки в объеме по 1 мл. В каждую пробирку добавила по 5 капель роданида аммония. Окрашивания раствора не наблюдала ни в одной пробирке.

Для обнаружения ионов свинца в почвенных образцах использовала метод капельного анализа. На рабочем столе разложила три предметных стекла. На отдельные стекла нанесла по 1 капле каждой вытяжки. Так как капли оказались прозрачными, то хлоридов свинца в вытяжке нет (Cl- не обнаружен). Затем к каждой капле вытяжки добавила по капле реагента KI.  На всех пластинках обнаружено выпадение осадка в виде желтых хлопьев. Осадок более заметен в пробе №1. В пробе №2  осадок чуть меньше, чем в пробе №1. В меньшем количестве замечены следы  ионов свинца в пробе №3.

Для обнаружения ионов ртути  в три пробирки с водными почвенными вытяжками опустила медные проволоки (предварительно зачищенные).  Через 10 мин серебристого налета на медной проволоке в каждой из трех пробирках не наблюдала.

Для обнаружения ионов меди в три пробирки с водными почвенными вытяжками опустила стальные проволоки (предварительно зачищенные).  Через 15 мин розового налета на стальной проволоке в каждой из трех пробирках не наблюдала.

Для обнаружения в пробах ионов СО32- в чистые сухие пробирки №1, №2, №3 налила концентрированные почвенные вытяжки в объеме по 1 мл. В каждую пробирку добавила по 2 капли концентрированной серной кислоты. Выделение углекислого газа не наблюдала ни в одной пробирке.

 Результаты химического анализа образцов почв в концентрированных пробах приведены в таблице (см. приложение 9).  

Выводы:

Было исследовано три образца почв г. Батайска, взятые из разных мест: пересечение улиц Цимлянская-Грузинская (проба №1), левобережная зона (проба №2) и  частный сектор   (проба №3). При исследовании  трех образцов обнаружено разное окрашивание фильтратов почвенных вытяжек: фильтрат с автотрассы имел слабо – желтый оттенок, лесной фильтрат был с соломенным оттенком, фильтрат  детской площадки имел желто – коричневый оттенок. Это говорит о разном химическом составе исследуемых проб. Изучение кислотно – основных свойств почв с помощью универсальной индикаторной бумаги зафиксировало различные показатели рН почвенных образцов:  пересечение улиц – 7, частный сектор – 6,5, левобережная зона - 6.  Однако значения рН не имеют большой разницы. Все три показателя соответствуют требованиям к оптимальным свойствам городских почв. Оптимальные значения рН почв свидетельствуют о благоприятных экологических условиях.  Проведение качественных реакций на определение катионов металлов Fe2+,  Fe3+,  Cu2+,  Pb2+,  Hg2+,  анионов CO32-, Cl-   во всех трех  пробах отфильтрованных водных почвенных вытяжек дали отрицательный результат.  Это можно объяснить очень незначительным содержанием определяемых ионов в почве, а, возможно, и наличием труднорастворимых солей в исследуемых образцах, которые осели на фильтре (например, хлорид ртути, карбонат ртути, карбонат железа двухвалентного, хлорид свинца). Хлориды в большинстве своем легко растворимы, и отрицательная качественная реакция на токсичный хлорид анион, вызывающий засоление почвы,  свидетельствует об экологическом благополучии. Отсутствие избытка анионов хлора предупреждает интенсивное поглощение почвой тяжелых металлов.

В шурфах первого и  третьего участка наблюдается сильная антропогенная нагрузка в результате вытаптывания  растительного покрова. Почва сильно уплотнена, нарушена ее структура. Почва относится к антропогенным глубоко преобразованным почвогрунтам. рН почвенной вытяжки первого – третьего шурфов среда варьирует от кислой до слабощелочной – от 4  до 7, причем следует отметить, что с глубиной кислотность снижается,  более подвержены загрязнению верхние слои до глубины 50 см.

В ходе проведения  химического анализа установили, наибольшее антропогенное влияние прослеживается на участки у дороги,  в  почвенной вытяжке обнаружены все типы тяжелых металлов: железо, медь, свинец и содержание их достаточно высокое (глубина 25 и 50 сантиметров), по степени удаления от дороги проведенные исследования показали снижение содержания тяжелых металлов в остальных шурфах, объяснение этому отсутствие автомобильного транспорта.

По степени экологической опасности можно выделить два участка по содержанию тяжелых металлов:

- особо опасный: у дороги (содержится в больших количествах свинец, цинк)

– менее опасный: луг (содержится свинец, медь)

 – не опасный: частный сектор  (содержится железо)

 В местах проведенных исследований нельзя собирать фрукты и употреблять в пищу, так как накопленные элементы, попав в круговорот веществ, могут вызвать нарушение  здоровья у человека.

Заключение

Много лет стремясь покорить природу и господствовать над ней, человек неожиданно для себя оказался на грани экологической катастрофы. Нехватка чистой воды, загрязнение Мирового океана - это проблемы, ставшие перед человечеством, грозя гибелью и требуя немедленного решения. Но для этого требуются совместные усилия всех людей, независимо от места жительства и рода занятий, необходимо соответствующее перераспределение средств, отказ от некоторых материальных благ в пользу экологических программ, перестройка не только производственных технологий, но и образа жизни и мышления.  Почвы являются важнейшим компонентом окружающей природной среды, возобновляемым, ограниченным и уязвимым природным ресурсом, используются и охраняются в Российской Федерации как основа жизнедеятельности народов, проживающих на ее территории, обеспечивают экономическое, социальное, экологическое благополучие населения, существование живого и растительного мира.

Подводя итоги исследовательской работы, хочу сказать, что предположение подтвердилось:  город оказывает огромное влияние на  свойства почв, а именно  загрязнение бытовым и строительным мусором,  загрязнение химическое за счет промышленных выбросов и автомобильных выхлопов.  Но самый масштабный урон наносится почвенному покрову за счет

отчуждения под строительные объекты и дороги.

Чтобы предотвратить трагедию загрязнения почв,  необходимо в первую очередь жителям не сваливать мусор и бытовые отходы , так как это тоже имеет весьма сильное влияние на санитарно-гигиеническое состояние.  Необходимо шире использовать альтернативные виды топлива при эксплуатации  автомобильного транспорта. Необходимо вести постоянный контроль за химическим состоянием биосферы (мониторинг), анализировать эволюцию химических загрязнений, работать над повышением уровня экологической культуры личности, беречь и охранять окружающую среду. Целесообразно проведение экологических конференций. Отходы необходимо перерабатывать в экологически чистые органические и органоминеральные удобрения.

 Немалая роль в охране  окружающей среды от загрязнения по праву принадлежит  школьникам.

  Я решила вынести проблему преобразования   почв города   на всеобщее обозрение в  школе. На Совете старшеклассников мною было выдвинуто предложение СИСТЕМАТИЧЕСКИ  проводить 2 раза в год декадник на тему «Сохраним донские почвы вместе», который включал следующие мероприятия: выпуск школьной газеты – «Влияние города свойства почв»; классный час «Земля донская»; конкурс рисунков среди младших классов на тему «Знай свой край», заседание круглого стола с представителями кружка «Чароит»; экскурсия на побережье реки, а также  была проведена совместная работа  с Эколого-биологическим центром. Проведена агитационная работа в школе и среди местного населения (см. приложение № 10)  Предлагаю систематизировать вывоз мусора и уборку левобережной зоны; продолжить высадку деревьев.  

 В перспективе планирую   вести наблюдения за состоянием почв города, и систематизировать свою  работу в почвенно-экологический  мониторинг  для регулярных наблюдений за химическим загрязнением почв, их составом;  прогнозировать их развитие, предотвращать вредные последствия и определять степень эффективности осуществляемых природоохранных мероприятий.

 Хотелось бы, чтобы у каждого жителя нашего города, области было горячее желание сохранить красоту природы, сберечь ее богатство для будущих поколений, для наших детей.

Литература

1. Алексеенко В.Н., Мартынова М.И., « География Ростовской области», Терра  2005 г.;
2. Корнакова Н.В., «Мой Дон. Природа, история, хозяйство, города Ростовской области», Барро-Пресс 2009г.;
3. Комитет по охране окружающей среды и природных ресурсов администрации ростовской области, « Особо охраняемые природные территории Ростовской области» г. Ростов-на-Дону 2006г.;
4. Нагорный Б. «Твой край родной». Ростов/Дон 1988. Ростовское книжное издательство;
5. Данилова В.И. «Экологические проблемы»;
6. Д.П. Никитин, Ю.В. Новиков «Окружающая среда и человек», издательство «Высшая школа», 1986 г.
7. А.И. Воронцов, Н.Г. Николаевская «Вопросы экологии и охраны окружающей среды», Москва, 1986 г.
8. Хрусталев Ю.П, Смагина Т.А., «Природа, хозяйство и экология Ростовской области», Ростов-на-Дону 2002г.;
9. Безуглова О.С., «Экология города Ростова-на-Дону. Экологические проблемы антропогенных ландшафтов Ростовской области», Ростов-на-Дону. Издательство СКНЦ ВШ 2003 г
10. Безуглова О. С.,  «ВЛИЯНИЕ ГОРОДА НА СВОЙСТВА ПОЧВ

(НА ПРИМЕРЕ Г. БАТАЙСКА)» Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации, № 3(03), 2011 г.