Исследовательская работа учащихся "Оценка экологического и агрохимического состояния ландшафта пришкольного участка".

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

средняя общеобразовательная школа № 5 г. Татарска

Школьная научно-практическая конференция «Эврика»

Тема работы

 «Оценка экологического и агрохимического состояния

территории пришкольного участка»

Авторы:

учащиеся 11 класса

Федорова Анна,

Болденкова Анна

Руководитель: учитель биологии

Никитенко О.Д.

Татарск

2013 г.

1. Введение.                                                                                                                

1. Школьный участок и его проблемы.
2. Ландшафтный дизайн пришкольного участка.

2. Проведение исследования

1. Методика исследования.
2. Результаты исследования  их анализ.
3. Выводы.

3. Заключение
4. Источники информации.

С тех пор как человек обрел пахать умение,

Украсить дом и двор он ощутил стремление

И стал вокруг себя сажать для красоты

По вкусу своему деревья и цветы.

Жак Делиль

Введение.

    Учителя и учащиеся   школы № 5 очень любят свой город и родную школу, старейшую в нашем городе. Мы мечтаем, чтобы наша школа стала красивой и незабываемой.

 Проблема благоустройства школьного двора актуально не первый год, именно поэтому мы  решили провести исследовательскую работу по теме «Оценка экологического состояния ландшафта пришкольного участка». Ежегодно проводится большая работа по благоустройству школьного двора: разбиты клумбы перед школой. Сделаны гряды для опытнической работы по биологии и Агрохимии.

Но почва клумб постоянно  почему то приходит в негодность, поэтому мы решили узнать причины данной проблемы.

Цель нашей работы – провести оценку экологического и агрохимического состояния ландшафта и почвы пришкольного участка и территории вокруг школы.

Мы  поставили перед собой следующие задачи:

1). Оценить экологическое состояние ландшафта школы.

2).  Исследовать  физические  и агрохимические  свойства почвы пришкольного участка.

4). Проанализировать антропогенное загрязнение почвы пришкольного участка.

5). Выработать рекомендации по улучшению почвы пришкольного участка.

 Школьный двор и его проблемы.   

Мы исследовали окружающую  школу территорию  и обнаружили следующие проблемы: средняя школа № 5 расположена на улице Комиссаровская, 24, на расстоянии 30 м от дороги  с активным движением автомобилей. Площадь участка приблизительно равна 500 квадратным метров; рядом со школой расположены: стадион «Локомотив», хоккейная коробка, крытый каток «Юность», строится новое здание школы № 5, строится новый дом. Такое расположение приносит нам немало проблем и отрицательно сказывается на экологической ситуации.

     Проблема состояния и благоустроенности школьного двора имеет более глубокое  экологическое значение, как  кажется на первый взгляд. По существующим санитарным нормам каждое учебное, дошкольное или оздоровительное  учреждение должно иметь выраженную буферную зону, ограждающую эти особые по своему назначению объекты от загазованной городской среды. Школьные  дворы должны находиться от проезжей части на расстоянии не менее чем 30 м. В нашем случае эта норма не соблюдается и проезжая часть непосредственно примыкает к границе школьного участка.

      Запрет курения во всех общественных местах   обеспечивает свежесть воздуха и чистоту окружающей среды. С  1 июля запрещено курение во всех общественных местах.  Не соблюдающие  этот запрет, должны  подвергаться штрафу.

     Еще одна проблема  - соседство с продовольственным магазином. Это выбрасываемый и наметаемый ветром на  школьную территорию мусор, упаковки, пластиковые бутылки и т.д.

       Мы считаем, что пора ужесточить меры административного   наказания за загрязнение или засорение общественным мест.

  Все это негативно отражается на почве школьного участка, она  засоряется и будет содержать много токсичных солей, что мы и выяснили в ходе исследования.

     Необходимо решение проблемы грязи и пыли в районе школьного двора, хотя частично эта проблема уже решена, возле школы отремонтировали дорогу и положили асфальт, это очень радует. Школьная территория постоянно убирается, вокруг стало намного чище, чем в прошлые годы.

3. Ландшафтный дизайн пришкольного участка.

Красота – это плод постоянного вдохновения,

Порожденного упорным трудом (Делакруа)

     Существует хорошая пословица: «Человека встречают по одежке. Провожают по уму». Поэтому большое значение имеет внешний вид школы  и окружающая его территория, она должна быть не только красивой, но и экологически чистой. Ведь именно здесь мы проводим  большую часть времени. Это и спортивные занятия, и отдых во время перемен, и проведение культурно – массовых мероприятий, и уборка территории. Экологическая обстановка влияет на здоровье и  организм в целом. Выхлопные газы, свалка мусора, неочищенная вода – все это в значительной степени нарушает экологический баланс и приводит  к возникновению различных заболеваний.

     Работа по озеленению школьного двора ведется поэтапно в течение многих лет. Учащиеся  три года подряд занимаются благоустройством школы  в рамках осуществления проекта «Измени мир вокруг себя», разбиты клумбы возле школы, сами выращивают рассаду цветов, высаживают на клумбы.

    Проделана очень большая работа по озеленению школьного двора, ежегодно, весной сажаем  саженцы деревьев  (береза, тополь) и кустарников (акация, ива, сирень, черемуха), но саженцы не приживаются на наших почвах. Поэтому мы решили выяснить качество почвы нашего участка,  так как необходимым условием для роста и развития травяного покрова является плодородие субстрата. Оно заключается  не только в достаточном количестве питательных веществ, но и в благоприятном соотношении воды и воздуха в субстрате. Избыточное увлажнение тоже неблагоприятно, поскольку вода может полностью вытеснить воздух, и корневые системы начнут «задыхаться».

5. Проведение исследования.

Мы решили провести исследование почвы пришкольного участка, но для проведения исследования в школе  нет  оборудования, поэтому обратились за помощью в Ом ГАУ им. П.А. Столыпина  с которым сотрудничаем в рамках Агротехнологического профиля. Провели исследование почвы в лаборатории ОмГАУ. Для проведения исследования нужно было подготовить почву.                

Подготовка почвы к химическому анализу

 Отбор почвенных проб  – весьма ответственная часть почвенных исследований. Небрежность и ошибки при подготовке образцов и взятии средней пробы не компенсируются последующей качественной аналитической обработкой. Образцы почвы, отобранные  на участке, предварительно подсушили на воздухе при комнатной температуре. Хранение сырых образцов ведет к значительным изменениям их свойств и состава, особенно в результате ферментативных и микробиологических процессов. Напротив, температурный перегрев сопровождается изменением подвижности и растворимости многих соединений.

Средняя лабораторная проба                                                                              

      Отбор средней лабораторной пробы провели  методом квартования. При квартовании первичную почвенную пробу помещают на чистый лист бумаги и удаляют крупные корни, включения, новообразования. Для того чтобы средняя проба была более представительной, крупные почвенные агрегаты измельчили  пестиком с резиновым наконечником непосредственно на бумаге или при плотном сложении в фарфоровой ступке до размера 5–7 мм. Затем почву перемешивают, распределяют на бумаге ровным слоем или придали ей форму усеченного конуса и делят шпателем по диагонали на четыре равные части. Две противоположно расположенные части высыпали  в картонную коробку для хранения, а из оставшейся на бумаге средней лабораторной почвенной пробы взяли  аналитические пробы для различных видов анализа.

Лабораторное исследование 1.

Определение сухого остатка водной вытяжки

Сухой (плотный) остаток дает представление об общем содержании в почве минеральных и органических соединений, извлекаемых из почвы методом водной вытяжки. По величине плотного остатка устанавливают степень засоления почвы.

1. Взяли  навеску почвы и поместили в сухую колбу емкостью 500 см3. В колбу с навеской почвы прилили 250 см3дистиллированной воды без СО2, закрыли  резиновой пробкой и встряхнули  в течение 5 мин.

2. Вытяжку отфильтровали  через плотный складчатый фильтр до тех пор, пока он не стал прозрачным.

Водные вытяжки следует анализировать сразу же после получения предохранять от воздействия паров хлористого водорода и аммиака.

3. Измерили  рН приготовленной водной вытяжки – 7,8.

4. Взвесили  на аналитических весах фарфоровую чашку.

5. В фарфоровую чашку поместили  30 см3 водной вытяжки и выпарили  содержимое  чашки на водяной бане.

6. Чашку с остатком поместили в сушильный шкаф и выдержали при температуре 105 °С в течение 3 ч. Далее охладили  в эксикаторе и взвесили.

7. Оставшуюся водную вытяжку перелили  в подготовленную посуду, закрыли , поместили  в холодильник для последующих анализов.

Массовую долю в % плотного остатка рассчитали по уравнению:

                                    mост.  ·V0  · 100 %

Сухой остаток, % = ─----------------------------

                                          m  ·V  ал.                     

где mост, m – масса плотного остатка и навеска почвы, г; Vал и V0 – объем аликвоты водной вытяжки и общий объем добавленной к почве воды, см3. По величине сухого остатка определили степень засоления, результаты занесли в таблицу.

Таблица 1. Результаты анализа химического состава водной вытяжки.

Примечание:* - в числителе мг  · экв. / 100 г почвы, в знаменателе %.

Лабораторное исследование 2.

Расчет токсичных и нетоксичных солей.

        Порогом токсичности называется то предельное количество солей в почве, выше которого начинается угнетение роста и развития растений. Величина его зависит в первую очередь от состава солей, а затем от механического состава почвы, ее увлажненности, климатических условий, вида растений и др.

К токсичным относят ионы, способные образовывать токсичные соли. Ионы хлора, натрия, магния относят к категории токсичных. Сульфат- и карбонат-ионы токсичны только в том случае, когда они образуют натриевые и магниевые соли.

Содержание токсичных солей нашли расчетным путем по результатам анализа водных вытяжек из почв. При расчете приняли , что ионы Cl-, Na+, Mg 2+ переходят из почв в водные вытяжки главным образом вследствие растворения легкорастворимых, или токсичных солей.

При вычислении массовой доли (%) токсичных солей сначала рассчитали содержание эквивалента токсичных ионов HCO32+, SO 4    и Ca2+ , затем суммировали массовые доли (%) всех токсичных ионов. Содержание эквивалента токсичных солей рассчитали следующим образом: При HCO3-  > Са 2+

   При взаимодействии HCO3 –  с  Са 2+  образуется нетоксичная соль Са(НСО3)2, остаток  HCO3-  даст токсичные соли с Na+  и  Mg2+.

HCO- 3  (токсичный) = HCO -3 (общий в водной вытяжке) –  Ca 2+        

В этом случае сумма токсичных солей,  % [ Na + + Mg2+ +  Cl - + SO2- 4  +    HCO- 3(токс)]

При HCO3 -  < Ca 2+

При взаимодействии  Ca 2+ (общий в водной вытяжке) с HCO -3 образуется нетоксичная  соль Са(НСО3)2 Са 2+  - НСО3- = Са 2+   (остаточный)

Са 2+ (остаточный)  при взаимодействии с SO4 2-  даст нетоксичную соль СаSO4.

SО42- (токсичный) =   SО42-  (общий в водной вытяжке) – Са2+ (остаточный).

Остаток  SO42-  при взаимодействии и с Na+   или с Mg2+ дает токсичные соли.

В этом случае сумма токсичных солей, % = [ Na+   + Mg2+ + Cl-  + SО42-  (токсич.)].

При  HCO3 -   + SО42-  < Са2+

Са2+ (общий в водной вытяжке) - CO3 -   = Са2+ (остаточный)

Са2+ (остаточный) - SО42-  (общий в водной вытяжке) = Са2+ (токсичный)

В последнем случае токсичность кальция связана с образованием токсичной соли СаСl2.  Сумма токсичных ионов будет равна, = % [ Na+   + Mg2+ + Cl-  + Са2+ (токс)]

Результаты расчета токсичных и нетоксичных солей почвы пришкольного  участка приведены в таблице.

Таблица 2. Расчет токсичных и нетоксичных солей пришкольного участка

МБОУ СОШ №5

Рассчитали  степень  засоления по «суммарному эффекту» токсичных солей, выраженному в мг ·экв. Cl-

2,06 + 0,5/3 + 15,23 / 6 = 4,77 – сильнозасоленная почва.

Лабораторное исследование № 3.

Расчет гипотетических солей водной вытяжки.

   На основе катионного и анионного анализа водной вытяжки был разработан метод расчета токсичных и нетоксичных солей, основанный на связывании ионов в определенной последовательности в гипотетические соли, начиная с менее растворимых к более  растворимым.  В первую очередь связываются катионы и анионы карбонатов в следующем порядке: Na2CO3, MgCO3, Ca(HCO3), NaHCO3, Mg(HCO3)2. 

Далее с анионами  SО42-    в последовательности: CaSO4, Na 2SO4, MgSO4. В последнюю очередь Cl ─-ионы: NaCl, MgCl2, CaCl2.  Рассчитали  гипотетические соли для горизонта 0–4 см.  Состав водной вытяжки следующий:

Са (НСО3)2 – 0,6 мг ·экв./100 г почвы

NaНСО3 – 0,5 мг ·экв./100 г почвы

СаSО4 – 0,4 мг ·экв./100 г почвы

Nа2 SО4 – 15,23 мг ·экв./100 г почвы

MgCl2 – 0,5 мг ·экв./100 г почвы

NaCl – 1,56 мг ·экв./100 г почвы

Лабораторное исследование 4.

Определение нитратного азота

        Теория: содержание нитратов характеризует обеспеченность почвы минеральным азотом и степень выраженности процесса нитрификации. По количеству нитратов можно судить об окультуренности почвы, т.к. для этого процесса наиболее благоприятны условия, характерные для структурных хорошо азотируемых почв. Обеспеченность почвы подвижным нитратным азотом (в мг /100 г почвы) оценивают по шкале:

        Нитраты обладают большой подвижностью, которая служит причиной их исчезновения из пахотного горизонта в условиях обильного увлажнения. Нитраты извлекаются  из почвы с  водой. В водной вытяжке NО3- ион определили  колориметрически с дисульфофеноловой кислотой по желтой окраске, образующейся в щелочной среде.

        Цель работы: научится определять содержание подвижного нитратного азота в почве.

        Материалы и оборудование: 1) конические колбы на 250 мл, 2) фарфоровые чашки на 50 мл, 3) мерные колбы на 50 мл, 4) дисульфофеноловая кислота, 5) 10 % раствор NaOH, 6) нитрат калия(ч.д.а.), 7) фильтровальная бумага, 8) фотоколориметр, 9) лакмусовая бумажка, 10) аналитические и технические весы, 11) водяная баня, 12) ротатор.

        Ход выполнения работы: Навеску 20 г почвы поместили  в колбу на 250 мл, туда же налили  100 мл дистиллированной воды, взболтали  3 минуты и отфильтровали  через складчатый фильтр. Первые минуты порции фильтрата снова сливали на фильтр. Пипеткой взяли 25 - 50 мл фильтрата в фарфоровую чашку и выпарили досуха на водяной бане. В охлажденную чашку по каплям из пипетки добавили 1 мл дисульфофеноловой кислоты, смачивая остаток на чашке. Остаток тщательно растерли стеклянной палочкой. Оставили на 10 мин. Затем пипеткой добавили 15 мл дистиллированной воды, перемешали и довели до щелочной реакции, добавляя NaOH. Жидкость при этом окрасилась в жёлтый цвет. Щёлочь перестали добавлять, когда жидкость приобрела устойчивую окраску или лакмусовая бумажка посинела. Окрашенный раствор перенесли в мерную колбу на 50 мл. Чашку и палочку ополоснули водой и влили в мерную колбу. Объем жидкости водой довели до метки. Колбу взболтали. Определили оптическую плотность  на фотоколориметре  с синим светофильтром (420 нм).

        Построение калибровочного графика: для приготовления образцового раствора нитрата используют ч.д.а. КNО3. На аналитических весах отвесили 0,722 г КNО3, перенесли в мерную колбу на 1 литр, растворили в дистиллированной воде, довели до метки (1 мл раствора содержит 0,01 мг NО3-). Затем 20 мл раствора поместили в колбу на 1 литр, т. е. разбавили в 50 раз. Рабочий раствор содержит 0,002 мг NО3- в 1 мл. Выпарили в фарфоровых чашках отмеренное количество образцового раствора (табл. 12). Чашки сняли с бани, когда в них осталось еще несколько капель жидкости. После охлаждения провели такую же обработку, как описано выше. Окрашенные растворы в мерных колбах колориметрировали.

Приготовление шкалы образцовых растворов КNО3

        Содержание нитратного азота рассчитали по формуле:

Х = а • в-1 ,

где Х - содержание NО3-, мг/100г почвы; а - отсчет по графику, мг/в колбе; в - навеска почвы,  соответствующая количеству фильтрата, взятого для колориметрирования.  Результаты занесли в таблицу. (см.ниже табл. 3)

Лабораторное исследование 5.

Определение подвижного фосфора

        Теория: для определения подвижного фосфора в кислых подзолистых почвах широко применяют метод Кирсанова. Метод основан на извлечении фосфора из почвы 0,2 N раствором соляной кислоты при отношении почвы к раствору 1:5 с последующим определением фосфора на фотоэлектроколориметре.

        Цель работы: научится определять содержание подвижного фосфора в почве.

        Материалы и оборудование: 1) колбы на 100 мл, 2) мерные цилиндры на 100 мл, 3) мерные колбы на 100 мл, 4) соляная кислота 0,2 N, 5) сульфатмолибденовая жидкость, 6) двухлористое олово, 7) фосфорнокислый калий двухзамещенный, 8) фильтровальная бумага, 9) фотоколориметр,  10) аналитические и технические весы, 11) ротатор.

        Ход выполнения работы: 10 г почвы взвесили на технических весах и пересыпали в колбу на 100 мл. Туда же прилили 50 мл 0,2 N НСl. Взбалтали 1 мин. Дали отстояться 15 мин. и отфильтровали через складчатый фильтр. Взяли  пипеткой 5-10 мл фильтрата в мерную колбу на 100 мл, долили до половины водой, затем добавили 4 мл сульфатмолибденовой жидкости, 6 капель раствора хлористого олова и довели  до метки водой. Перемешали, оставили стоять 5 мин и колориметрировали на фотоэлектроколориметре через красный световой фильтр (605 нм).

В оставшемся фильтрате определили  К2О на пламенном фотометре.

        Построение калибровочного графика: навеску 0,1917 г КН2РО4 растворили в 1 литре дистиллированной воды. Полученный раствор содержит 0,1 мг Р2О5 в 1 мл. Из этого раствора приготовили рабочий раствор: взяли  25 мл образцового раствора, добавили до 1 литра дистиллированной водой. Полученный раствор фосфата содержит 0,0025 мг Р2О5 в 1 мл. Из этого раствора в мерных колбах на 100 мл приготовили шкалу образцовых растворов (табл. 13).

Приготовление шкалы образцовых растворов КН2РО4

        Содержание фосфора рассчитывается по формуле:

Х = а • в-1•100 ,

где Х - содержание Р2О5 в мг на 100 г воздушно-сухой почвы; а - отсчет по графику; в - навеска почвы, соответствующая количеству фильтрата, взятого на анализ; 100 - коэффициент для пересчета на 100 г почвы. Результаты занесли в таблицу 3.

Лабораторное исследование 6.

Определение подвижного калия

        Теория: подвижный калий (по Кирсанову) определяют на пламенном фотометре в вытяжке 0,2 N НСl, полученной для определения фосфора.

        Обеспеченность подвижным калием (в мг/100 г почвы) почв :

        Принцип работы пламенного фотометра основан на том, что введенный в пламя элемент дает типичный для него спектр, интенсивность которого зависит от концентрации элемента. Наиболее характерная часть спектра пропускается через светофильтр на фотоэлемент, в котором лучистая энергия превращается в электрическую. По силе тока судят о концентрации определяемого элемента.

        Цель работы: научится определять содержание подвижного калия в почве.

        Материалы и оборудование: 1) мерные колбы на 250 мл, 2) хлористый калий, 3) вытяжки, полученные в Лаб. работе № 20, 4) аналитические весы.

        Ход выполнения работы: в аликвотах из вытяжки, полученной при выполнении Лаб. работы № 20, определяется содержание калия на пламенном фотометре.

        Построение калибровочного графика: навеску 0,7915 КСl растворили в 1 литре дистиллированной воды. Полученный стандартный раствор содержит 0,5 мг К2О в 1 мл. Из этого раствора приготовили шкалу образцовых растворов. Для этого в мерные колбы на 250 мл вносли следующие количества стандартного раствора в мл: 1, 2, 4, 5, 10, 20, 40, и 50. Содержимое колб доводят до метки водой. Соответственно концентрация К2О в данных колбах, выраженная в мг/л, равняется 2, 4, 8, 10, 20, 40, 80, 100. По этим данным помтроили  калибровочный график.

        Содержание подвижного калия в почве рассчитали по формуле:

Х = (А •10-3) • (Р • 102 • m-1) ,

где Х - содержание К2О в мг на 100 г почвы; А - концентрация К2О, найденная по калибровочному графику (мг/мл); Р - объем раствора вытеснителя (50 мл); m - навеска почвы в г (10 г); 1000 - коэффициент для перерасчета концентрации К2О на 1 мл; 100 - коэффициент для пересчета на 100 г почвы. Результаты приведены в таблице 3.

Таблица 3. Агрохимическая характеристика почвы МБОУ СОШ № 5

4. Выводы.

Почвы школы МБОУ СОШ  № 5 сильно засолены, что показали исследования расчета гипотетических солей. Так же почва содержит токсические соли, что отрицательно сказывается на растениях, которые при концентрации почвенного раствора 0,3 – 0,5 %  погибают, а в нашем случае показатели превышают о, 5. Особенно неблагоприятные условия складываются для растений, если соли находятся в верхнем слое, т.е. в зоне расположения корневых систем. На засоленных участках затрудняется поглощение воды растениями, нарушается питьевой режим и в целом их водно-солевой баланс.

Рекомендации  по рекультивации и использованию засоленного участка.

  Засоленный участок небольшой площади улучшить:

• внесением в почву органических удобрений,
• увеличением мощности несоленого слоя землеванием (нанесение гумусового слоя с другого места),
• рыхлением,
• внесением песка,
• промыванием пресной водой с последующим рыхлением,
• отведением промывочных вод.

Все эти мероприятия мы проводим на нашем пришкольном участке: ежегодно завозим землю из леса, органические удобрения и др.  

За последние три года  ландшафтный дизайн участка возле школы  дает значительные успехи.  (Презентация).

Литература

Основная

1. Теория и практика химического анализа почв / под ред. Л. А. Воробьевой. – М. :

ГЕОС, 2006. – 400 с.

Дополнительная

2. Воробьева, Л. А. Химический анализ почв / Л. А. Воробьева. – М. : Изд-во МГУ,

1998. – 272 с.

3. Орлов, Д. С. Химия почв : учеб. / Д. С. Орлов, Л. К. Садовникова, Н. Суханова. –

М. : Высшая школа, 2005. – 558 с.

4. Мякина, Н. Б. Методическое пособие для чтения результатов химических анализов

почв / Н. Б. Мякина, Е. В. Аринушкина. – М. : Изд-во МГУ, 1979. – 63 с.

5. Руководство по лабораторным методам исследования ионно-солевого состава ней-

тральных и щелочных минеральных почв. – М., 1990. – 232 с.