Влияние природных почв и готовых почвогрунтов на прорастание семян фасоли

Городской информационно - методический центр

Управление по образованию города Тюмени

Городская научно - практическая конференция молодых исследователей

«Шаг в будущее. Юниор.»

Научное направление: биологические науки.

Исследовательская работа по теме:

Влияние природных почв и готовых почвогрунтов

на прорастание семян фасоли.

Выполнили:

Дюкова Елизавета Денисовна,

8Е класс, МАОУ СОШ № 88

Латынцева Анастасия Андреевна,

8Е класс, МАОУ СОШ №88

Руководитель:

Васильева Наталья Александровна,

учитель  биологии, МАОУ СОШ №88

Тюмень

2014г

Аннотация

Статья посвящена исследованию в области почвоведения, в частности, рассмотрен вопрос о влиянии природной почвы и готового почвенного субстрата на прорастание семян красной фасоли. Изучен физический и химический состав представленных образцов почвы: гранулометрический состав, влагоемкость, обогащенность кислородом, измерены рН среды, содержание нитрат – ионов, с целью выяснения наиболее  благоприятных качеств и свойств для прорастания семян опытного растения. Так же поставлен опыт по проращиванию семян фасоли в природной почве и готовом почвогрунте. Данные исследования проводились при помощи специальных методов исследования почвенного состава (физический анализ) и при помощи датчиков цифровой лаборатории «Nova» (химический  анализ), так же путем наблюдения за объектом исследования.

Таким образом, анализируя полученные результаты, пришли  в выводу, что явных преимуществ для выбора в качестве питательной среды для высаживания рассады, посадки комнатных растений, природной почвы или готового покупного почвогрунта, нет.

В перспективе, возможно, продолжить изучение темы, расширив ряд исследуемых объектов, дополнив его образцами природной почвы, взятой из других районов, так же образцами готового почвогрунта иного состава. Возможно заменить или добавить посадочный материал другими видами растений.

Содержание

Введение

Часть 1 .Теоретическая часть.

Часть 2 .Практическая часть:

2.1 Физический анализ образцов почвы

2.2 Химический анализ образцов почвы

2.3 Постановка опыта по проращиванию семян фасоли в образцах  почв

Заключение

Введение

Актуальность. С каждым годом интерес к готовым  почвогрунтам (садовой земле),  уверенно повышается.  Немаловажную роль в этом играет и реклама. В продаже все чаще встречаются специализированные пакетированные субстраты для выращивания комнатных растений, для проращивания рассады в весенний период. Ежегодно садоводы-любители запасаются ими в большом количестве для преждевременной посадки семян. И это понятно, ведь залогом выращивания крепкой, здоровой рассады является не только здоровый сортовой семенной материал, тепло, свет, но и выбор правильной питательной субстанции. С другой стороны, у садоводов-любителей всегда в наличии есть (причем, абсолютно бесплатно) и природная почва на их дачных участках. Так стоит ли платить за то, что уже есть, или, может быть, природная земля не отвечает требованиям, предъявляемым к питательной субстанции. На это и другие вопросы мы решили ответить, выполнив исследовательскую работу.

Цель: выяснить влияние природных почв и готовых почвогрунтов на прорастание семян фасоли.      

Задачи: изучить физический и химический состав образцов природной почвы и образцов готового почвогрунта; сравнить с помощью ряда опытов эффективность прорастания и роста семян в готовом почвогрунте и природной  почве.  

Объект: природная почва и готовый почвогрунт.

Предмет: свойства природной почвы и готового  почвогрунта.

Научная гипотеза: предположим, что готовый  почвогрунт обладает рядом преимуществ перед природной почвой, следовательно, он должен характеризоваться улучшенными физическими и химическими свойствами и более плодотворно (эффективно) влиять на прорастание и рост семян, чем природная почва.    

Методы исследования: анализ состава почвы визуально и с помощью датчиков кислорода, рН, нитрат-ионов цифровой лаборатории «Nova», постановка опыта по выращиванию фасоли в образцах почвы  их сравнение.

Ссылки:  http://nsportal.ru –проект для одаренных детей «Алые паруса» "Анализ физико-химического состава почвы учебно-опытного участка Новомалыклинской средней школы", автор Адениран Чарльз; https://project.1september.ru- «Влияние химического состава почвы на прорастание семян овса и пшеницы», автор Труфанова Ю. А.

Часть 1 .Теоретическая часть.

Почва- это поверхностный слой  литосферы Земли, обладающий плодородием. Самой плодородной является почва, богатая питательными веществами, хорошо проницаемая для воды и воздуха и обладающая способностью впитывать в себя и хранить необходимый запас воды.

Основные факторы почвообразования — климат, материнская порода, растительный и животный мир, рельеф и геологический возраст территории, а также хозяйственная деятельность человека. Климат влияет на характер выветривания горных пород, воздействует на тепловой и водный режимы почвы, обусловливая проходящие в ней процессы и их интенсивность, и в значительной степени определяет растительный покров и животный мир.

Природные почвы бывают нескольких типов:

а). Песчаные, или легкие, почвы характеризуются преобладающим содержанием песка, малой долей глинистых минеральных частиц и незначительным содержанием перегноя. Обладают повышеннойвоздухо и водопроводимостью, но не удерживают влагу, хорошо прогреваются, а также быстро остывают.Растениям питательные вещества, в таком типе почв, поступают в весьма ограниченном количестве из за быстрого вымывания их из почвы.
б). Глинистые, или тяжелые, почвы отличаются большой плотностью, вязкостью, легко слипаются и являются в прямом смысле этого понятия тяжелыми и труднообрабатываемыми. Вследствие уплотненности глинистые почвы характеризуются плохой воздухопроницаемостью, что ограничивает снабжение кислородом корней растений, а также микроорганизмов, обитающих в почве. Отсутствие достаточного количества кислорода замедляет разложение органических веществ на конечные продукты распада, что обедняет почву и лишает растения ценных питательных веществ. Глинистые почвы плохо пропускают воду и не образуют развитой капиллярной системы, в результате чего корни растений с трудом получают необходимую для их жизни влагу. Глинистые почвы чрезвычайно богаты минеральными веществами и микроэлементами.

в). Торфяно-болотные почвы в основном состоят из органического вещества, богаты азотом, который часто находится в малодоступной для растений форме. Эти почвы содержат мало калия и критически мало фосфора. Торфяно-болотные почвы также характеризуются хорошей воздухо- и водопроницаемостью, но зачастую излишним содержанием влаги. Торфянистые почвы медленно прогреваются, так как торф плохо проводит тепло. 

г). Супесчаные почвы, обладающие многими характеристиками песчаных почв, но в более сбалансированном соотношении, благоприятны во всех отношениях для выращивания растений, являясь промежуточным типом почвы. Супесчаные почвы воздухопроницаемы, обладают высокой водопроводимостью, хорошо впитывают и удерживают влагу, связывают минеральные и питательные вещества, не давая им вымываться из почвы.

д). Суглинистые, или средние, почвы относятся к числу благоприятных для садоводства и земледелия. Можно сказать, что в этом типе почв присутствует оптимальный баланс характеристик, необходимых для успешного культивирования различных видов растений. Структура суглинистых почв отличается зернистой комковатостью, в ее составе присутствуют и достаточно крупные твердые почвенные частицы и пылевидные компоненты.  Суглинистые почвы богаты минеральными веществами и элементами, содержат большое количество питательных веществ, запас которых постоянно пополняется благодаря деятельности почвенных микроорганизмов и богатой биологической жизни. Суглинистые почвы характеризуются высокой воздухопроницаемостью и водопроводимостью, хорошо задерживают влагу, быстро и равномерно прогреваются с наступлением тепла и в них, благодаря сбалансированному увлажнению, поддерживается постоянный температурный режим.

е).Чернозем — это тип почвы, встречающийся в луговой и степной зонах, характеризуется повышенным содержанием гумуса и высоким уровнем природного плодородия. Гумус накапливает всебе азот, который затем дозирование поставляет растениям. Именно гумус определяет темную окраску, зернистую структуру и повышенное плодородие чернозема.

Покупной почвогрунтпредставляет из себя смесь оптимально необходимых для лучшего прорастания растений разных почв.

Сейчас существует множество видов почвогрунта для разных типов растений: для орхидей, кактусов, пальми др. То есть разделение почвогрунта происходит по растениям, которым он больше подходит для роста.

Механический и химический состав универсальногопочвогрунта:Для выращивания плодово-овощных культур, ягод, цветов, в тепличном хозяйстве, для формирования газонов, спортивных площадок, укрепления дорожных откосов необходим заменитель естественной почвы — специальный грунт. Основные его характеристики — это глубина плодородного слоя, цвет, структура и механический состав. Цвет плодородногопочвогрунта обычно несколько темнее, чем цвет нижележащих пород, и колеблется от темно-коричневого до серого.

Механический состав почвогрунта — это содержание в нем таких составляющих, как глина, песок, супесь, суглинки. Оптимальным для выращивания большинства садовых и декоративных растений и цветов является легкий и средний суглинок. В случае, если на участке преобладающими являются глины и тяжелые суглинки, необходимо добавление в почвогрунт песка в пределах 30-40% от объема. Если почва представляет собой песок или супесь, то для увеличения влагоудерживающих свойств необходимо добавить суглинистого слоя примерно 20-30% от объема почвы.

Оптимальная для почвогрунта структура — комковатая. В таком почвогрунте есть место и воде, и воздуху; при этом растения беспрепятственно потребляют углекислый газ из воздуха и воду из почвы. Агрохимический анализ почвы делается в специальных лабораториях и позволяет определить количество органической составляющей, уровень кислотности и содержание в почвогрунте таких важных минеральных элементов, как азот, фосфор и калий. В хорошем почвогрунте содержание органики обычно находится в пределах 4-12%, а кислотность — близка к нейтральной.

Вывод по теоретической части: изучив научную литературу по исследуемой теме, мы пришли в выводу, что дана темы изучена достаточно хорошо, но только по отдельным ее направлениям, например, достаточно изучен вопрос о физическом и химическом составе различных типов почв, в том числе и готовых субстратов, но работы по изучению готовых субстратов и природных почв в сравнительном плане нам в научной литературе не встречался на уровне работ школьников.

Часть 2 .Практическая часть.

С целью выяснить влияние природных почв и готовых почвогрунтов на прорастание семян фасоли,  были  проведены следующие исследования: физический, химический анализ природных почв и готовых почвогрунтов, также проведен опыт по прорастанию семян фасоли в данных образцах  почв.

Образцы природной почвы были взяты на дачном участке в д. Головино, Тюменского района, Тюменской области. Образцы готового почвогрунта – универсальный почвогрунт,  куплены в магазине.

2.1 Физический анализ.

Физический анализ почвы был проведен по следующим показателям: гранулометрический состав, влагоемкость, содержание кислорода, структура почвы, водопроницаемость.

а) Гранулометрический (механический) состав.

        Почва состоит из частиц различной величины. Встречаются в ней крупные  частицы –камни, остатки горных пород и минералов, размеры которых могут варьировать от 2-3 см в диаметре, до 10-12 cм. Большую часть занимают мелкие частицы, которые не видны вооруженным глазом. Имеются частицы, которые можно заметить только в микроскоп при увеличении в сотни раз. И есть еще меньшие частицы, различаемые только в электронном микроскопе. Единой классификации частиц не существует. В российском почвоведении принята шкала Н. А. Качинского. Характеристика гранулометрического (механического) состава почвы даётся на основании содержания фракции физической глины (частиц менее 0,01 мм) и физического песка (более 0,01 мм) с учётом типа почвообразования. Анализ проводится путем смачивания образца почвы водой, после чего выясняется, может ли образец скатать в шарик или шнур. Свойства почвы, ее богатство и плодородие в значительной мере зависят от состава почвы и величины частиц.

Исследованный нами образец  готового почвогрунта, основываясь на вышеприведенных показателях (в шарик скатывается с трудом, в шнур вообще не скатывается), является по механическому составу  - супесчаным (супесь). Супесчаные почвы лучше по своим качествам. Они воздушны, хорошо прогреваемы, их легко обрабатывать, хорошо пропускают воду. После дождя они быстро просыхают, не образуется корка. Минеральные удобрения также вносятся небольшими дозами, но часто, так как такие почвы бедны питательными веществами. Вносят торф, навоз, мульчируют. Такие почвы задерживают воду и хорошо связывают минеральные питательные вещества.

Исследованный нами образец природной почвы, основываясь на вышеприведенных показателях (скатывается в шарик, при раздавливании дает крупные трещины, в шнур скатывается легко) является  по механическому составу  суглинистым (суглинок легкий).  Суглинистые почвы – это промежуточные между песчаными почвами и глинистыми. Такие почвы содержат частицы пыли, обладают большим запасом питательных веществ, доступных растениям, отличаются подходящей зернистой структурой и легко обрабатываются. Если почва не кислая и богатая гумусом, она дает богатый урожай.

Вывод: гранулометрический состав образцов обоих почв является благоприятным для роста растений, хотя преимущество остается за суглинистой почвой природного происхождения.

Б. Определение влагоемкости почвы.

Влагоемкостъ почвы (влагоудержание) — это способность почвогрунта вмещать или удерживать при определенных условиях некоторое количество влаги. Она зависит от состояния увлажненности, пористости, температуры почвы, концентрации и состава почвенных растворов, степени окультуренности почвы и др. С повышением температуры почвы и воздуха влагоемкость уменьшается, за исключением почв, обогащенных перегноем.

Для определения влагоемкости почвы, проводим следующие исследования: образец почвы помещаем на металлический поднос и взвешиваем.  Помещаем поднос с почвой на сутки в духовку при температуре около 100 градусов по Цельсию.  Взвешиваем высушенную почву. Рассчитываем процентное содержание воды.

Результаты:

1 образец –готовый почвогрунт

Масса почвы до сушки m1= 100г 700мг.

Масса почвы  после сушки m2=60г200мг.    

Процентное содержание:  {( m1-m2)*100%}:m1=100700-60200*100%:100700=40%

2 образец – природная почва .

Масса почвы до сушки m1= 100г 700мг.

Масса почвы  после сушки m2=88г200мг.    

Процентное содержание:  {( m1-m2)*100%}:m1=100700-88200*100%:100700=12%

Вывод: природная почва имеет влагоемкость 12%, а готовый почвогрунт 40%, следовательно, по данному показателю наиболее благоприятна для выращивания растений готовая почвенная смесь.

В. Определение содержания воздуха в почве.

Почвенный воздух отличается от атмосферного прежде всего меньшим содержанием кислорода и большей концентрацией углекислого газа. Так, по данным сельскохозяйственной академии им. К. А. Тимирязева, содержание кислорода в почвенном воздухе колеблется от 17 до 20,7 %.Содержание кислорода в почве зависит от возделываемой культуры. Наличие воздуха является необходимым условием жизни всех живых организмов. Все организмы, заселяющие почву, дышат. Для растений кислород необходим начиная с прорастания семян и до конца периода вегетации. При недостатке кислорода в почве, например при заболачивании, растения резко снижают урожай, а иногда и гибнут.

Для определения содержания воздуха в почвенных образцах, были проведены следующие исследования: взяли стеклянную мензурку, налили в нее дистиллированную воду и положили 10 г  природной почвы. В этот же момент  в жидкость был опущен датчик кислорода цифровой лаборатории « Nova».  Тоже было проделано и с образцом готового  почвогрунта.

Результаты: готовый почвогрунт – 8.3 мг/сек.,  природная почва – 6.5 мг/сек.\

Вывод: готовый почвогрунт содержит большее количество кислорода, а значит, более благоприятен для выращиваемых в нем растений.

2. Химический анализ почвы.

А. Определение кислотности почвы.

Кислотность почвы – это важный показатель анализа почвы. Он выражают величиной рН. в единицах от 0 до 14.
Кислотность почв можно разделит на три вида: слабокислая (выше рН7, например рН9), нейтральная (рН7), кислая (ниже рН7, например рН4).
Кислотность зависит от наличия и количества извести в земле. Если в земле мало извести – то почва становится кислой.
Большинство растений лучше всего произрастает при нейтральной или слабокислой реакции почвы.

Для определения рН была приготовлена почвенная вытяжка: взяли образца каждой почвы и положили их в стеклянные мензурки и залили их дистиллированной водой. После этого полученные растворы тщательно размешали, пропустили через фильтровальную бумагу. В полученный раствор был опущен датчик кислотности цифровой лаборатории « Nova».  

Результаты: готовый  почвогрунт – 6.6 рН., природная почва – 6.8 рН

Вывод: оба образца  почвы  с нейтральной реакцией среды, что не благоприятно, хотя не критично,  для выращивания в ней  фасоли, так как фасоль предпочитает почву слабокислую, с реакцией среды выше 7.

Б. Определение содержания нитратов ионов в почве.

Многие химические элементы таблицы Д. И. Менделеева входят в состав живого вещества растения, но особое место среди них занимает азот - важный строительный материал для аминокислот, белков, нуклеиновых кислот и других соединений. Без него жизнь растительного организма была бы невозможна. При недостатке азота в почве уменьшается содержание зеленых пигментов, бледнеют листья, замедляется рост растения.

Азот воздуха становится доступным для растений благодаря азотфиксирующим бактериям, которые живут в симбиозе с бобовыми

Для определения содержания нитрат ионов в образцах почвы была приготовлена почвенная вытяжка: взяли образца каждой почвы и положили их в стеклянные мензурки и залили их дистиллированной водой. После этого полученные растворы тщательно размешали, пропустили через фильтровальную бумагу. В полученный раствор был опущен датчик нитрат ионов цифровой лаборатории   «Nova».  

Результаты: готовый почвогрунт – 0.16%о, природная почва – 0.11 %о, норма – 0.14%о

Вывод: содержание азота (нитрат ионов) в обоих образцах близко к норме. Следует отметить, что для выращивания фасоли недостаток азота не является критичным, так как растение не требовательно к содержанию данного элемента в почве, благодаря азотфиксирующим бактериям,  живущим на корнях бобового растения.

3. Постановка опыта по проращиванию семян фасоли в образцах  почв.

В качестве посадочного материала были выбраны семена фасоли, так как это растение неприхотливо, достаточно быстро всходят семена. Хотя осенью вырастить фасоль до появления плодов не получится, в связи с плохим освещением. В нашем случае достаточным для получения определенных выводов  будет рассада до периода цветения.

Семена посажены одновременно в горшки с разными образцами почв: готовый субстрат и природная почва – 18 октября 2013 г. Горшки стояли на подоконнике и были в одинаковых условиях освещения и полива. Затем велись наблюдения и фиксировались результаты по следующим  показателям: появление ростка на поверхности земли, появление первого, второго листа, затем измерялась длина проростков, последующее появление листьев, толщина стебля.

Первым росток  появился на 4 день - 21.10.13 г -  в готовом почвогрунте, 22.10 в природной почве.

Далее замеры провели на 8 день - 25.10.13 г., рост фасоли в готовом почвогрунте достиг 7 см, в природной почве - 5 см. Визуально толщина стебля в природной почве была гораздо выше, размер и количество листьев был одинаков.

Следующие замеры были проведены на 13 день - 30.10.13 г . В готовом  почвогрунте рост фасоли достигал 12 см,  в то время как в природной почве рост фасоли составил -10 см. Толщина стебля, размер листьев и их количество не различалось.

При последующих наблюдениях различий выявлено не было. Опыт прекращен – 08.11.13 г.

Вывод: скорость прорастания семени и интенсивность роста растения  выше в готовом почвогрунте до 13-15 дня наблюдения,  по остальным показателям существенных различий не обнаружено. После 15 дня наблюдений – различий не обнаружено.

Вывод  по практической части работы: анализируя полученные результаты, приходим в выводу, что явных преимуществ для выбора в качестве питательной среды для высаживания рассады, посадки комнатных растений, природной почвы или готового покупного почвогрунта,  нет.

Заключение

В результате проведенных исследований были сделаны следующие выводы:

1. Изучив научную литературу по исследуемой теме, мы пришли в выводу, что данная темы изучена достаточно хорошо, но только по отдельным ее направлениям, например, достаточно изучен вопрос о физическом и химическом составе различных типов почв, в том числе и готовых субстратов, но работы по изучению готовых субстратов и природных почв в сравнительном плане нам в научной литературе не встречался на уровне работ школьников.
2. В ходе исследования физического состава образцов природной почвы и готового почвогрунта определили:

- гранулометрический состав образцов обеих почв: супесь и суглинок, является благоприятным для роста растений, хотя преимущество остается за суглинистой почвой природного происхождения;

- природная почва имеет влагоемкость 12%, а готовый почвогрунт 40%, следовательно, по данному показателю наиболее благоприятна для выращивания растений готовая почвенная смесь;

- готовый почвогрунт содержит большее количество кислорода, а значит, более благоприятен для выращиваемых в нем растений.

3. В ходе исследования физического состава образцов природной почвы и готового почвогрунта определили:

- оба образца  почвы  с нейтральной реакцией среды, что неблагоприятно, хотя не    критично,  для выращивания в ней  фасоли, так как фасоль предпочитает почву слабокислую, с реакцией среды выше 7.

- содержание азота (нитрат ионов) в обоих образцах близко к норме; следует отметить, что для выращивания фасоли недостаток азота не является критичным, так как растение не требовательно к содержанию данного элемента в почве, благодаря азотфиксирующим бактериям,  живущим на корнях бобового растения.

4. В ходе постановки и проведения опыта по проращиванию семян красной фасоли определили: скорость прорастания семени и интенсивность роста растения  выше в готовом почвогрунте до 13-15 дня наблюдения,  по остальным показателям существенных различий не обнаружено. После 15 дня наблюдений – различий не обнаружено.

Таким образом, анализируя полученные результаты, приходим в выводу, что явных преимуществ для выбора в качестве питательной среды для высаживания рассады, посадки комнатных растений, природной почвы или готового покупного почвогрунта, нет.

В перспективе, возможно, продолжить изучение темы, расширив ряд исследуемых объектов, дополнив его образцами природной почвы, взятой из других районов, так же образцами готового почвогрунта иного состава. Возможно заменить или добавить посадочный материал другими видами растений.

Список литературы

1. А. Г. Муравьев, Н.А. Пугал, В.Н. Лаврова  Экологический практикум: Учебное пособие с комплектом карт-инструкций / Под ред. к. х. н. А.Г.Муравьева. – СПб.: Крисмас+, 2003
2. Методы контроля качества почвы: Учебно-методическое пособие для ВУЗов. – Воронеж, 2007
3. Н. Г. Федорец, М. В. Медведева  Методика исследования почв  урбанизированных территорий (учебно-методическое пособие для студентов  и аспирантов эколого-биологических специальностей). -  Петрозаводск, 2009
4. www.ecosystema
5. www.nsportal.ru
6. wikipedia.org
7. http://prirodazelitel.ru/category/zemlya