"Сравнительная характеристика почв различных биоценозов Ярцевского района"

В окружающем нас мире много уникальных объектов. Почва – одна из них.
В самом деле, разве не удивительно, что именно этот, невзрачный на первый взгляд, сероватый поверхностный слой Земли, каким обычно кажется почва, является важнейшим и незаменимым условием жизни почти всех растений, многих животных, бактерий, обитающих как на суше, так в водоёмах. Разве не удивительно, что именно этот очень тонкий поверхностный слой суши является главным источником и основой производства почти всех продуктов питания и сырья для многих отраслей промышленности[2]?
Почва – незаменимое достояние и источник богатства человечества. Только при поверхностном взгляде она кажется однообразным малоинтересным объектом. В действительности её мир не менее разнообразен и удивителен, чем мир растений, животных, минералов и горных пород [4]. Даже тот факт, что на нашем огороде почва отличается как по окраске, плотности и растительности, указывает на то, что данный объект далеко не однороден.

А какая же почва в нашем Ярцевском районе? Какие морфологические признаки выделяются для её характеристики? Вообще считается, что по морфологическим (внешним) признакам можно определить почву подобно тому, как определяется минерал, растение или животное. Эти признаки позволяют приблизительно судить о направлении и степени выраженности почвообразовательного процесса, а также, что очень важно, - классифицировать почвы [2]. Так появилась идея создать исследовательскую работу “Сравнительная характеристика почв различных биоценозов

Ярцевского района ”.

Цель исследовательской работы: выявить особенности почв различных биоценозов Ярцевского района.

Задачи:

Изучить научную литературу по теме исследования.
Определить районы изучения почв.
Провести полевые исследования почв в изучаемых работах.
Провести комплекс механических и химических анализов исследуемого материала.

В работе использованы основные методы, такие как наблюдение, сравнение, анализ, фотографирование, работа с увеличительными приборами, постановка эксперимента. Для получения результатов использовались следующие методики.

Определение механического и минерального состава почвы

Возьмите немного почвы, слегка увлажняете её и скатайте в ладонях.
По тому признаку, как почва скатывается, определите её механический состав, пользуясь таблицей 2, приложение 4.
Исходя из типа почвы по механическому составу, определите, что в ней преобладает: кремнезём или глинозём.

Определение структуры почвы

Возьмите немного почвы, разложите её тонким слоем на блюдце и рассмотрите. Отметьте наличие или отсутствие структуры.
Добавьте немного воды. Образовалась ли при этом сплошная вязкая масса?
Сделайте вывод о структуре почвы.

Определение влагоёмкости почвы

Отберите 100 г почвы, поместите её на небольшой металлический поднос и взвесьте для определения массы (m1).
Поместите поднос с почвой на сутки в сушильный шкаф при температуре около 1000С.
Взвесите высушенную почву с подносом, определите их общую массу (m2).
Повторно просушите почву до получения при взвешивании постоянного значения массы (m2).
Рассчитайте процентное содержание воды по формуле:

{(m1 - m2)х100%}:m1=.

Возьмите для сравнения образец другой почвы и проведите аналогичное исследование.
Сделайте выводы о взаимосвязи типа почвы с её влагоёмкостью.

Определение водопроницаемости почвы

Отберите цилиндрический образец почв. Для этого подготовьте консервную банку (удалите в ней крышку м и дно) и вырежьте ею (этим цилиндром) образцы почвы.
Налейте примерно 100 мл воды в широкий сосуд и поместите в него отобранный образец.
Отметьте время, за которое вода полностью впитается в почву.
Возьмите для сравнения образец другой почвы и проделайте аналогичные исследования.
Сделайте вывод о взаимосвязи типа почвы с её водопроницаемостью.

Определение содержания воздуха в почвенном образце

Отберите цилиндрический образец почвы.
Поместите образец в сосуд с водой и наблюдайте, как выделяется из почвы воздух, замещаясь водой. Зафиксируйте :

- время, в течение которого будет выделяться воздух;

- величины пузырьков воздуха (крупные, средние, мелкие);

- интенсивность выделения воздуха (высокая, средняя, слабая).

3. Возьмите для сравнения образец другой почвы и проделайте аналогичные исследования.

VI. Определение рН почвы

Поместите в пробирку 10 г почвы и добавьте туда 25 мл 1N раствора хлорида калия, в результате чего коллоидная глина выпадет в виде хлопьев.
Закройте пробирку пробиркой, энергично встряхните и дайте содержимому отстоятся в течение 5 минут. Несколько раз встряхните содержимое пробирки в течение дня.
На следующий день отфильтруйте содержимое пробирки и определите рН почвенной вытяжки с помощью универсальной индикаторной бумаги.

Определение содержания гумуса в почве

Отберите несколько почвенных образцов из разных зон города (примерно по 59 г) и взвесьте каждый для определения массы (m1).
Поместите образцы в тигли с крышками и прокаливайте их на огне в течение часа для полного сгорания всех органических веществ.
Остудив тигли взвесьте почвенные образцы после прокаливания, получив их массу (m2).
Проведите повторное прокаливание для получения постоянной массы вещества (m2).
Рассчитайте процентное содержание органических веществ по формуле:

{(m1 - m2)х100%}:m1=.

Исследование почвы на её засолённость:

А. Обнаружение карбонатов в почве. Для этого на пробу почвы нанесите несколько капель 10%-ного раствора соляной кислоты. Если почва содержит карбонат-ион, то под действием кислоты начинается выделение углекислого газа. Почва как бы «вскипает». Молекулярное уравнение данной реакции:

Na2CO3+2HCl = 2 NaCl + CO2 + H2O

Почвы, вскипающие от 10%-ной соляной кислоты, относят к карбонатным. Интенсивность выделения углекислого газа, то есть интенсивность «вскипания» (бурное, среднее, слабое) даёт предварительную количественную оценку содержания карбонат-иона в почве.

В. Определение наличия хлоридов в почве. Отлейте в пробирку 5 мл почвенной вытяжки, добавьте несколько капель 10%-ной азотной кислоты и по каплям 0,1 м раствора нитрата серебра. Если хлориды присутствуют, то образуется хлопьевидный белый осадок хлорида серебра, который на свету темнеет и не растворяется в азотной кислоте.

AgNO3+NaCl = AgCl + NaNO3

Если признаком реакции при анализе образца будет хорошо различимый белый творожистый или хлопьевидный осадок, то данный образец содержит десятые доли процента хлорид-ионов. Если раствор только мутнеет, то есть теряет прозрачность, то в почве содержаться сотые и тысячные доли процента хлорид-ионов.

С. Обнаружение сульфатов в почве. К 5 мл почвенной вытяжки прилейте хлорида бария. Если почва содержит сульфат-ион, то проявляется белый тонкодисперсный, или, как говорят, молочный осадок сульфата бария. О концентрации его в почвенной вытяжке можно судить по степени прозрачности полученной смеси (густой осадок, мутный или почти прозрачный раствор).

BaCl2 + NaSO4 = BaSO4 + 2NaCl

D. Подготовка водной вытяжки почвы. Для этого возьмите 25 г почвы, поместите её в колбу, добавьте 50 мл дистиллированной воды. Взболтайте содержимое колбы, дайте отстоятся в течение 5-10 мин. Ещё раз взболтайте и после отстаивания профильтруйте.

VIII. Использование кресс-салата как биоиндикатор

Кресс-салат – однолетнее овощное растение, обладающее повышенной чувствительностью к загрязнению почвы тяжёлыми металлами, а также загрязнению воздуха газообразными выбросами автотранспорта. Этот биоиндикатор отличается быстрым прорастанием семян и почти стопроцентной всхожестью, которая заметно уменьшается в присутствии загрязнителей.

1. Перед постановкой эксперимента по выявлению загрязнения почвы, необходимо проверить партию семян на всхожесть.

2. Необходимо чашки Петри заполнил на половину почвой из исследуемых районов. Далее увлажнить почву до признаков насыщения.

3. В каждую чашку поместил одинаковое количество семян.

4. Накрыть семена той же почвой, аккуратно разровняв поверхность.

5. Увлажнить верхние слои до влажности нижних.

6. Наблюдение за прорастанием семян проводить в течение 10 дней.

Оборудование:

Вода; воронка; дистиллированная вода; духовой шкаф; колба с пробкой; лопата; лупа; мерная пипетка; мерный цилиндр; микроскоп электронный; предметное стекло; припаровальная игла; пробирка; противень; спиртовка; универсальная индикаторная бумага; химические реактивы (5%-ный раствор хлорида калия; 10%-ный раствор соляной кислоты HCl; 10%-ный раствор азотной кислоты HNO3; концентрированный раствор соляной кислоты HCl; 20%-ный раствор хлорида бария BaCl2; 1,5%-ный раствор нитрата серебра AgNO3); фарфоровая чашечка для прокаливания; фильтровальная бумага; фотоаппарат; шкала значений рН; штатив; электронные весы.

Районы взятия почвенных проб:

I. Почвы в естественных биоценозах (ненарушенные почвы)

Березняк вблизи микрорайона Яковлево.
Еловый лес вблизи микрорайона Яковлево.

II. Почвы в нарушенных биоценозах (нарушенные почвы)

Многолетняя тропинка около школы № 1.
Садовый участок в частном секторе пристанционного микрорайона.
Часто затопляемая территория в жилом микрорайоне.

Гипотеза: почвы, испытывающие антропогенную нагрузку, отличаются от почв природных биотопов.

Объект исследования – почва.

Предмет исследования – характеристика почв.

Период проведения исследования: март-сентябрь 2015 года.

С почвами, как природным объектом, я познакомилась на уроках окружающего мира в начальной школе. Однако изучение морфологических признаков почвы для меня новое направление.

Проживая в частном секторе и помогая родителям на приусадебном участке в весенне-осенний период, я отметила для себя не только различие в почве даже на небольшом участке, но тот факт, что культурные растения растут и развиваются при относительно одинаковых абиотических факторах на разных участках огорода по-разному. Тема для меня актуальна. Предполагаю, во-первых, что знания о составе почвы, навыки определения тех или иных параметров, морфологических признаков почв, позволят в дальнейшем правильно распределить культурные и овощные растения на приусадебном участке, уменьшить или повысить положительные характеристики почвы. Во-вторых, почвенные исследования помогут разобраться в происхождении и истории развития экосистем той или иной территории, а также оценить перспективы развития её растительности, водного режима, фауны [2].

Все фотоматериалы авторские.

ХАРАКТЕРИСТИКА ПОЧВ

Особенности состава почвы

Почва – одно из важнейших богатств, которым располагает человек. Все мы зависим, в конечном счёте, от её плодородия… Почва – поверхностный слой литосферы Земли, обладающий плодородием и представляющий собой полифункциональную гетерогенную открытую четырёхфазную (твёрдая, жидкая, газообразная фазы и живые организмы) структурную систему, образовавшуюся в результате выветривания горных пород и жизнедеятельности организмов[5].

Плодородие почвы обуславливается её определёнными физико-химическими свойствами. В состав почвы входят следующие структурные компоненты: минеральная основа (50-60% общего состава почвы), органические вещества (до 10%), воздух (15-25%), вода (25-35%). Кроме того, в состав почвы входят живые организмы – биотический компонент. Таким образом, почва включает в себя твёрдые, жидкие, газообразные компоненты и формируется в результате сложного взаимодействия климата, растений, животных, микроорганизмов.

Почвы городов существенно отличаются от природных. Чаще всего в городе можно встретить перемешанные и насыпные почвы с высокой степенью уплотнения. Городские почвы сильно загрязнены, так как поглощают и удерживают значительные количества токсичных веществ, поступающих из воздуха и талых вод. Применение соляных смесей против дорожного обледенения способствует их засолению [3].

Микрофлора почв города и видовой состав почвенных животных (беспозвоночные и беспозвоночные) очень бедны, в том числе и потому, что количество перегноя в городских почвах существенно меньше, чем в природных. Можно говорить, что почвы городов обладают низким плодородием [4].

Особенности состава почвы

Под строением почвы в целом понимают общий внешний облик полного почвенного профиля, сложенный из генетических почвенных горизонтов, различных по цвету, механическому составу, макро- и микроструктуре, сложению, включениям, новообразованиям и другим морфологическим признакам. Строение почвы определено типом почвообразования и является внешним выражением ее, четко отражая различия почв, подтипов, видов и разновидностей почв. Одним из основных морфологических признаков почвы является характер строения почвенного профиля [4].

Верхний генетический горизонт окрашен перегноем в более темный цвет. Граница перехода перегнойного горизонта в нижележащие горизонты может быть ровной, но чаще она извилистая, волнистая в виде вклиниваний сверху карманов, языков и углов. В срединной части профиля почвы находятся скопления окислов, карбонатов и сульфатов в виде пятен, которые, сливаясь, могут обусловливать образование соответствующих подгоризонтов. Почва расчленяется на горизонты, сочетание которых составляет профиль почвы (приложение 1 рис.1):

А0 – слой, образованный листовым опадом и дерниной;

А1 – гумусовый горизонт; он имеет тёмный цвет и содержит много органических веществ (перегноя). Этот слой в основном определяет плодородие почвы;

А3 – горизонт вмывания; он малоплодороден и имеет светлый оттенок из-за интенсивного вымывания частиц гумуса;

В – горизонт вымывания. В него вымываются и накапливаются здесь вещества из вышележащих горизонтов. Этот горизонт плотный, обогащён глинистыми частицами. Если в его состав входят соединения железа и алюминия, то он имеет бурый цвет.

В крупных городах естественный почвенный профиль видоизменён. Обычно поверхностный слой земли представлен толщей культурных наслоений, которые не являются почвой с её физической и химической структурой, с горизонтальным сложением. Естественное сложение почвы в городской среде сохраняется там, где не было застройки, в старых парках, в районах окраинных пустырей (где прежде возделывали землю), вдоль рек, оврагов [3].

Общая характеристика почв Смоленской области

Почвенный покров Смоленской области (приложение 2, карта 1) отличается большим разнообразием и значительной пестротой, особенно в северо-западной её части. Господствующими почвами являются дерново-подзолистые, занимающие 40% территории. Подзолистые, дерновые, болотные и бурые лесные почвы встречаются значительно реже [6].

Широко распространены на территории области в разной степени избыточно-увлажнённые почвы, чаще дерново-подзолисто-глеевые и глеевые. Большая пестрота почвенного покрова связана, главным образом, с различными сочетаниями факторов почвообразования, к которым относятся материнские породы, рельеф, климат и растительность большую роль в формировании почвенного покрова играет неодинаковый возраст отдельных участков территории области, а также хозяйственная деятельность человека.

Преобладающие в области дерново-подзолистые почвы формируются на положительных формах рельефа под лиственными и смешанными лесами, лугами и пашней на различных материнских породах. В зависимости от степени выраженности и соотношения размеров гумусового и подзолистого горизонтов в их составе выделяют дерново-сильноподзолистые, дерново-среднеподзолистые и дерново-слабоподзолистые почвы.

Дерново-сильноподзолистые почвы формируются, как правило, на относительно ровных, хорошо дренируемых поверхностях и имеют мощный подзолистый горизонт, который превышает гумусовый и простирается до глубины 35-50 см. У наиболее широко распространённых дерново-среднеподзолистых почв подзолистый горизонт, по сравнению с гумусовым, имеет меньшую мощность, и обычно не распространяется на глубину более 35 см. формируются они чаще всего на склонах.

Дерново-слабоподзолистые почвы не имеют сплошного подзолистого горизонта. В поймах рек формируется богатые органическими веществами пойменные почвы. Их главной особенностью является слоистость, которая образуется за счёт ежегодного осаждения ила во время половодья.

Одним из главных факторов почвообразования является материнские (почвообразующие) породы, от которых существенно зависят многие свойства почв, такие как механический состав, плотность, водопроницаемость, содержание химических элементов, плодородие и др. среди почвообразующих пород наибольшие площади на территории области занимают лессовидные суглинки, мощность которых колеблется от 1,5-2 до 5 м. отсутствуют они лишь на северо-западе области – в зоне валдайского оледенения. Почвы, формирующиеся на этих породах, имеют благоприятные свойства и относительно плодородны. Менее широко распространены (преимущественно на северо-западе области) мореные суглинки. Почвы на таких породах обладают рядом неблагоприятных свойств: слабой водопроницаемостью, каменистостью, повышенной кислотностью и др. наименее плодородные в области почвы. Образующиеся на песках и супесях, тяжёлых суглинках и глинах. Наиболее плодородными являются пойменные дерновые почвы, формирующиеся на аллювиальных и особенно карбонатных породах.

В Ярцевском районе наблюдаются пойменные, дерново-сильноподзолистые и дерново-среднеподзолистый почвы [3].

Характеристика почв районов исследования

4.1. Описание районов исследования

Для определения экологической оценки почв Ярцевского района я выбрала пять участков (приложение 2, карта 2), отличающихся по расположению, растительному покрову, антропогенной нагрузки (приложение 4, табл.1). Это:

Часто затопляемая территория в жилом микрорайоне.
Садовый участок в частном секторе пристанционного микрорайона.
Многолетняя тропинка около школы № 1.
Березняк вблизи микрорайона Яковлево.

5) Еловый лес вблизи микрорайона Яковлево.

Часто затопляемая территория в жилом микрорайоне – это небольшая ровная площадка (приложение 3, фото 1). Однако во время сильных дожей, в период таяния снега она заполняется на долгий промежуток водой. Причиной такого явления может быть близкое залегание подземных вод.

В летнее время на этой территории произрастают осоки, злаковые, достигая высоты до 80 см, лютик едкий. Территория в летний период иногда выкашивается, тогда на ней играют дети в футбол.

В период взятия почвенных образцов хорошо просматриваются куртинки осоки, мать-и-мачеха (приложение 3, фото 2). Почва на этом участке очень плотная, тяжёлая, переувлажнена, на ощупь маслянистая, неоднородная по окраске: на светло-коричневом фоне видны и совсем светлые, и голубовато-серые вкрапления. Это единственная почва, в которой при взятии образца были обнаружены два дождевых червя и одно насекомое.

Садовый участок в частном секторе пристанционного микрорайона (приложение 3, фото 4). Многолетний приусадебный участок, используется севооборот. Однако на протяжении трёх лет не вносились органические удобрения. Два года назад вносилась доломитка, вещество для раскисления почв.

Из растительности в момент взятия почвенного образца взошла пшеница. Почва влажная, лёгкая, рыхлая, комковатая, однородная по окраске (приложение 3, фото 5). В почвенном образце обнаружены четыре дождевых червя.

Многолетняя тропинка около школы № 1 (приложение 3, фото 6). Располагается в зелёной зоне школы. Растительность отсутствует (приложение 3, фото 7). Для взятия образца почвы пришлось приложить усилие. Почва очень плотная, влажная, не одинаковая по окраске: на тёмно-коричневом фоне видны светлые песочные вкрапления (приложение 3, фото 8). В образце почвы виден кусочек полиэтиленового пакета, бумаги. Это включения. Включениями называют присутствующие в почве предметы органического или минерального происхождения, образование которых не связано с почвообразовательным процессом. Животные не обнаружены.

Березняк вблизи микрорайона Яковлево (приложение 3, фото 9,10). Светлый лес, редкий древостой. Из растительности уже в начале апреля наблюдаются осоки, земляника, разнообразные мхи, небольшие ели и сосны (приложение 3, фото 11, 12, 13). На поверхности почвы наблюдается много кротовин. Почва песчаная, рыхлая, влажная, однородная по окраске (ярко-жёлтая) и по структуре (приложение 3, фото 14,15). Животные обитатели не обнаружены.

Еловый лес вблизи микрорайона Яковлево (приложение 3, фото 16-21). Древостой густой. Из растительности в верхнем ярусе присутствует дуб, во втором бересклет и орешник. На поверхности почвы мощная подстилка из хвойных игл, пожухлой листвы, веточек. Нижний ярус представлен кислицей, встречается копытень европейский, папоротники, зеленчук жёлтый, мхи, ветреница дубравная, грибы.

Почва влажная, рыхлая, однородная по структуре, по окраске светло-серая, сизая. Животные не обнаружены.

Итак, почвы всех исследуемых районов отличаются по расположению, внешнему виду, растительности.

4.2. Определение механического и минерального состава почвы

Механический состав почвы – важнейшее физическое свойство почвы. Механический состав – это относительное содержание в ней механических элементов различного размера. Механические элементы почвы представляют собой отдельные зёрна минералов и обломки горных пород (первичных и вторичных).

По размерам различают следующие механические элементы: камни (более 10 мм в диаметре), хрящ (крупный – 10-5 мм, мелкий – 3-5 мм), песок (крупный – 3-1 мм, средний – 1-0,5 мм, мелкий – 0,5-0,25 мм, пылеватый – 0,25-0,05 мм, тонкий – 0,05-0,01 мм), пыль (средняя – 0,01-0,005 мм, тонкая – 0,005-0,001), ил (мельче 0,001 мм).

Механический состав почвы определяется, в основном, соответствием в почве физического песка и физической глины. По этому признаку выделяют четыре основных разновидности: песчаные, супесчаные, суглинистые, глинистые [2]. От механического состава зависит плотность, водопроницаемость почвы, влагоёмкость, аэрация, теплоёмкость, теплопроводность. Наиболее плодородными почвами являются суглинки и супесчанники [5]. Песок – основной почвенный минерал, который состоит, главным образом, из кремнезёма SiO2. Кремнезём служит источником силикат-ионов (SiO2), которые соединяются с ионами алюминия Al3+ железа – Fe 2+, Fe3+ и образуют силикаты – кристаллические соединения. Песчаные почвы сложены из крупных частиц, они сухие, так как плохо задерживают влагу.

Глинистые минералы имеют вид микроскопических плоских кристаллов шестиугольной формы. Каждый кристалл включает в себя силикаты и гидроксиды алюминия и железа. Кристаллы глины по объёму очень малы, а площадь их поверхности, граничащая с пустотами между ними, велика. К поверхности кристаллов прикрепляются молекулы воды и элементов питания. Вот почему глинистые почвы плохо пропускают воду, затрудняя её доступ к растениям [4]. В общем случае, чем меньше частицы почвы, тем больше их способность удерживать воду и химические вещества, и наоборот (приложение 1, рис.2).

Для определения механического и минерального состава я взяла немного материала из образцов изучаемых почв (приложение 3, фото 22). Далее по очереди слегка увлажнила и скатала в ладонях (приложение 3, фото 23-26). Используя методику определения разновидности почв (приложение 4, табл.2), определила механический состав почвенных образцов. Результаты представлены в приложении 4, таблица 3.

Вывод: исследуемая почва различна по механическому составу: затопляемая почва – это тяжёлая суглинистая почва с преобладанием глинозёма; почва садового участка и тропинки – это суглинистая почва с преобладанием кремнезёма, почва березняка и ельника – лёгкая суглинистая почва с преобладанием кремнезёма.

4.3. Определение структуры почвы

Механический состав почв во многом определяет её структуру. Под структурой почвы понимают её способность распадаться на отдельные комочки различной величины и формы [2].

Структурная почва комковатая или зернистая, состоящая из комочков до 10 мм в диаметре. Эти комочки включают минеральные частицы, склеенные гумусом. В таких почвах много воды и воздуха, которые вместе с органической составляющей обуславливают плодородие [4].

Бесструктурные почвы состоит из очень мелких частиц – до 0,001 мм в диаметре. Поглощая воду, такие почвы образуют сплошную липкую массу (приложение 1, рис.3).

Для определения структуры исследуемых почв я взяла небольшое количество материала, разместила на предметное стекло электронного, рассмотрела (приложение 3, фото 27) .

Далее рассмотрела в электронный микроскоп при 10, 60, 200-кратном увеличении (приложение 3, фото 28-30).

После этого добавила к исследуемому материалу немного воды (приложение 3, фото 31-33), внимательно рассмотрела. Результаты представлены в приложении 4, таблица 4.

Вывод: почвы затопляемого участка, садового участка, ельника, березняка – структурные; почва тропинки – не имеет структуры.

4.4. Определение влагоёмкости почвы

Влагоёмкость – способность почвы вмещать и удерживать то или иное количество воды. Как указывалось выше, влагоёмкость тем больше, чем меньше частицы почвы. Максимальной влагоёмкостью обладают глинистые почвы [4].

Для определения влагоёмкости я взяла по 100 г изучаемого материала (m1), разместила на металлическом подносе (приложение 3, фото 34). В свою очередь, поднос поместила на обогреватель. Спустя сутки все образцы почв я взвесила (m2) (приложение 3, фото 35).

Используя формулу:

Результат: наибольшая влагоёмкость наблюдается у почвенного образца с затопляемой территории, наименьшая – в ельнике (приложение 4, табл.5). Причина такого результата? Почва на затопляемом участке даже по внешней оценке содержит больше глины, чем в других почвенных пробах. В почвах березняка и ельника преобладает кремнезём, неспособный удерживать влагу.

Однако необходимо учитывать тот факт, что тропинка около школы сильно уплотнена. Могу предположить, что именно фактор сильного уплотнения, а также отсутствие почвенной структуры, не позволили почве быстро «отдавать» влагу.

Вывод: наибольшая влагоёмкость в почвенной пробе затопляемого участка, наименьшая – в ельнике.

4.5. Определение водопроницаемости почвы

Водопроницаемость – способность почвы пропускать через себя воду. Чем мельче частицы, тем меньше её водопроницаемость. Максимальной водопроницаемостью обладает песчаные почвы [4].

Для данного исследования я подготовила цилиндр (пластмассовая банка из-под йогурта, в которой удалены дно). В широкий сосуд влила около 100 мл воды и поместила в неё отобранные образцы почвы (поочерёдно). Параллельно засекала время, за которое вода полностью впитывается в почву (приложение 3, фото.36,37). Результаты представлены в приложение 4, таблице 6.

Вывод: наибольшая водопроницаемость наблюдается у почвы затопляемой территории, что выше водопроницаемости почвы тропинки в 7 раз! К почвам с высокой водопроницаемостью я отнесла почвы березняка. Средняя влагоёмкость наблюдается у почв садового участка и ельника. Почва тропинки обладает наименьшей водопроницаемостью. Причина – антропогенная нагрузка, вытаптывание.

4.6. Определение содержания воздуха в почвенном образце

Аэрация – насыщенность почвы воздухом. Способность к такому насыщению – важная почвенная характеристика. Атмосферный воздух проникает в почву, создавая условия для прорастания семян, развития корней и корневых систем, окисления веществ. Степень аэрации зависит от количества и величины пустот между комочками почвы. Менее всего аэрация выражена у глинистых почв, максимально – у песчаных [4].

Для работы я воспользовалась цилиндром для получения цилиндрических проб исследуемых почв. В сосуд с водой поочерёдно размещала цилиндрические пробы почв. Наблюдала за тем, как выделяется из почвы воздух (приложение 3, фото 38,39). Я фиксировала:

время, за которое выделяется воздух;
величины пузырьков воздуха (крупные, мелкие, средние);
интенсивность выделения воздуха (высокая, средняя, слабая).

Все результаты представлены в приложении 4 в таблице 7.

Выводы: наибольшая степень аэрации наблюдается в почве березняка, где больше кремнезёма, средняя – в почве затопляемой территории (удивительно, ведь в его составе преобладает глинозём), слабая – у почв ельника, садового участка, тропинки.

4.7. Определение pH почвы

Химические свойства почвы зависят от содержания в ней минеральных веществ, которые находятся в виде растворённых в воде гидратированных ионов.

Одной из важнейших характеристик химического состава почв является реакция её среды, то есть кислотность почвы. В среднем pH почв близко к нейтральному значению. Такие почвы наиболее богаты обитателями. Известковые почвы имеют pH=8-9, то есть они слабо щелочные; торфяные имеют pH=4-6, то есть они слабо кислые. Соответственно, основные и кислые почвы имеют специфический, приспособленный к тем или другим состав почвенных организмов.

При значении pH<3 (сильно кислые почвы) и больше 9 (сильно щелочные почвы) из-за высоких концентраций ионов водорода или гидроксид-ионов повреждается клетки живых организмов. Кроме этого, pH почвы сказывается и на степень доступности биогенных элементов. При pH<4 почва содержит так много ионов алюминия Al3+, что она становится высокотоксичной для большинства растений. При ещё более низких значениях pH в токсичных концентрациях могут содержаться ионы железа Fe3+, марганца Mn2+. При высоких значениях pH ионы железа Fe3+, марганца Mn2+, а также фосфат-ионы Po оказывается связанными в малорастворимые соединения (фосфаты и гидроксидфосфаты) – тогда растения страдают от их недостатка [4].

Оборудование и реактивы: образцы почвы; 5%-ный раствор хлорида калия; большая стеклянная пробирка или колба с пробкой; воронка; универсальная индикаторная бумага; шкала значений рН [4].

Для определения кислотности (рН) почвы, я поместила в пять пробирок по 10 г изучаемых почв. Потом я энергично встряхнула все закрытые пробирки. Содержимое отстаивалось в течение 5 минут. Такую манипуляцию я проводила несколько раз в течение дня. На следующий день содержимое пяти пробирок я отфильтровала (приложение 3, фото 40). С помощью универсальной индикаторной бумаги, таблицы 8 «Значение рН», я определила кислотность почвенных вытяжек (приложение 3, фото 41-44). Результаты представлены в приложении 4, таблица 9.

Вывод: по показателю кислотности почва березняка и садового участка относится ближе к нейтральному (рН=6,0). Почвы тропинки и затапливаемого участка – нейтральные (рН=7,0). Сильнокислой оказалась почва ельника (рН=3,0).

4.8. Определение содержания гумуса в почвенных образцах

Гумус, или перегной – органическое вещество почвы, образующееся при разложении отмерших организмов и продуктов их жизнедеятельности. Он состоит из смеси органических молекул (главным образом, гуминовых кислот), представляющих собой коллоид, который взаимодействует с частицами глины, склеивая их в комочки, – почва приобретает комковатую структуру. Такая почва обладает значительно более высокий, чем глинистая, способностью удерживать воду и питательные элементы, хорошо водопроницаема, содержит много воздуха. Гумус придает почве темную окраску, способствуя поглощению солнечных лучей, то есть нагреву. Поэтому почвы, богатые гумусом, обладают высоким плодородием [4].

Оборудование: образец почвы; электронные весы; нагревательный прибор (духовка и противень).

Для проведения эксперимента по выявлению содержания гумуса я отобрала по 50 г исследуемых почв (m1). Поместила исследуемые образцы на противне в духовой шкаф на один час при температуре 250 С0 для полного сгорания всех органических веществ (приложение 2, фото 45,46). Остывшие образцы почвы я вторично взвесила (m2).

Процентное содержание органических веществ я рассчитала по формуле:

В итоге получились следующие результаты (приложение 4, табл.10).

Результат: наибольший процент содержания гумуса определён в почвенной пробе затапливаемой территории, наименьший в почве березняка. Причина малого процентного содержания гумуса в песчаных почвах березняка понятна – большой процент песка, неплодородного субстрата. Однако почему в подтопляемой почве оказалось больше гумуса, чем в той же почве огорода? Первая причина – в почву садового участка давно не вносили органические и минеральные удобрения, земля истощенна.

В почве затопляемого участка активно протекает процесс почвообразования (в летне-осенний период на этой территории высокий и густой травостой). Невысокий процент гумуса в почве ельника можно объяснить сильной кислотностью почвы, малым травостоем, большой затенённостью территории из-за темнохвойных пород.

Вывод: наибольший процент гумуса содержится в почве затопляемого участка, наименьший в почве березняка.

4.9. Исследование почвы на её засолённость

Избыток растворённых в почве солей (её засолённость) снижает её плодородие. Такими солями являются, например, хлориды натрия, магния, кальция, карбоната и сульфата натрия. Я проведу определение относительного количества этих солей.

Оборудование и реактивы: электронные весы; штатив; спиртовка; колба; мерный цилиндр; мерная пипетка; пробирка; воронка; фильтровальная бумага; 10%-ный раствор соляной кислоты HCl; 10%-ный раствор азотной кислоты HNO3; концентрированный раствор соляной кислоты HCl; 20%-ный раствор хлорида бария BaCl2; 0,1 мл 1,5%-ного раствора нитрата серебра AgNO3 [3].

4.9.1. Обнаружение карбонатов в почве

Для этого исследования на каждую из пяти почвенных проб я нанесла несколько капель 10%-ного раствора соляной кислоты. При наличие карбонатов почва как бы «вскипает» (приложение 3, фото 47,48). Молекулярное уравнение этой реакции имеет следующий вид:

Na2CО3 + 2HCl = 2NaCl + CO2 + H2O

Краткое ионное уравнение этой реакции:

CО + 2H+ CO2 + H2O

Результаты представлены в приложении 3, таблица 11.

Выводы: бурное вскипание наблюдается в почве тропинки – карбонатная почва. Слабое вскипание в почве садового участка, значит в ней небольшое содержание карбонат-ионов. В почвах березняка, ельника, затопляемого участка карбонат-ионы не обнаружены.

4.9.2. Определение наличия хлоридов в почве

Для определения наличия хлоридов в почве мне необходимо было приготовить водную вытяжку почвенных образцов. Для этого я взяла по 25 г исследуемых почв, поместила их в отдельные колбы, добавила 50 мл дистиллированной воды. После интенсивно взболтала, дала отстояться в течение 5-10 минут. Ещё раз взболтала и после отстаивания профильтровала. После приготовления водной вытяжки почв (приложение 3, фото 49,50), перешла к самому исследованию.

В пять пробирок я отлила по 5 мл почвенных вытяжек исследуемого материала, добавила несколько капель 10%-ной азотной кислоты и по каплям 0,1 мл раствор нитрата серебра (приложение 3, фото 51). Уравнения (молекулярное и краткое ионное) происходящей реакции выглядят так:

AgNO3 + NaCl = AgCl + NaNO3

Ag+ + Cl- AgCl

Если хлориды присутствуют, то образуется хлопьевидный белый осадок хлорида серебра, который на свету темнеет и не растворяется в азотной кислоте (приложение 3 табл.12).

Вывод: во всех почвах, кроме садового участка, присутствуют сотые и тысячные доли процента хлорид-ионов.

4.9.3. Определение сульфатов в почве

К 5 мл почвенных вытяжек я осторожно прилила несколько капель концентрированной соляной кислоты и 3 мл 20%-ного раствора хлорида бария (приложение 3, фото 52).

Если почва содержит сульфат-ион, то появляется белый тонкодисперсный, или, как говорят, молочный осадок сульфата бария. О концентрации его в почвенной вытяжке можно судить по степени прозрачности полученной смеси (густой осадок, мутный или почти прозрачный раствор) уравнение качественной реакции на сульфит-ион:

BaCl2 + Na2SO4 = BaSO4 + 2NaCl

Ba2+ + SO BaSO4

Результаты представлены в приложении 4, таблица 13.

Вывод: во всех почвах присутствует сульфат-ионы.

5. Экологическая площадка

5.1. Исследование поведения проростков кресс-салата на почвенных образцах

Для изучения различных по составу, внешним признакам образцов почв я обратилась к приёму создания экологической площадки, при котором одинаковые объёмы почвенных проб исследуемых районов с высеянными в них семенами помещаются в абсолютно одинаковые абиотические условия (температура, освещение, увлажнение). Цель данного приёма – проследить поведение проростков (рост и развитие), находящихся в одинаковых климатических условиях, но произрастающих на разных почвенных субстратах. В качестве контрольного почвенного субстрата был взят универсальный плодородный грунт для посева семян.

Исследуемые семена – семена кресс-салата (по 30 семян), место прорастание – парник; период – с 10 по 20 сентября 2015 года.

Кресс-салат – однолетнее овощное растение, семена прорастают уже на 3-4 день [1].

Чашки я заполнила почвой из исследуемых районов. Далее увлажнила почву до признаков насыщения. В каждую чашку поместила по 30 семян. Накрыла семена той же почвой, аккуратно разровняв поверхность. Увлажнила верхние слои до влажности нижних (приложение 3, фото 53). В течение 10 суток я наблюдала за прорастанием семян (приложение 3, фото 54). В результате получены следующие результаты (приложение 4, табл.14).

Все семена проросли на почве подтопляемого участка. Проростки на этом участке самые большие, длина достигает 6 см. Данный результат можно объяснить тем, что в результате подтопления происходит накопление и гниение растительной массы, что повышает плодородие неиспользуемой в хозяйственной деятельности человеком почвы.

29 семян из 30 проросли на плодородном грунте, который использовался в качестве контроля. Однако по длине проростки не превышали 4 см.

На почвенной пробе тропинки проросло 23 семени кресс-салата, и длина их достигла 6 см. Удивительно, но на почве уплотнённой, испытывающей ежедневную нагрузку семена так дружно и хорошо проросли!

На почвенной пробе березняка также проросло 23 семени. Однако максимальная длина всего 3 см, 48% проростков по длине не превысили 1 см. Возможной причиной угнетённого развития проростков является повышенная кислотность почвы.

На почве огорода проросло 18 семян: 3 проростка достигли 4 см, 40% проростков не превысили по длине 1 см. Данный результат показывает обеднённость ежегодно используемой почвы огорода, которая требует внесения удобрений.

Итак, наибольшее количество проростков на почве подтопляемого участка (100%), наименьшее – на почве ельника (57%).

5.2. Изучение проростков кресс-салата как биоиндикатора почвы (второе исследование в рамках экологической площадки).

Кресс-салат обладает повышенной чувствительностью к загрязнению почвы тяжёлыми металлами, а также загрязнению воздуха газообразными выбросами автотранспорта. Этот биоиндикатор отличается быстрым прорастанием семян и почти стопроцентной всхожестью, которая заметно уменьшается в присутствии загрязнителей [1] (приложение 3, фото 54).

Побеги и корни под действием загрязнителей подвергаются морфологическим изменениям (задержка роста, искривление побегов, уменьшение длины и массы корней, а также числа и массы семян) (приложение 4, табл.15).

Используя методику определения степени загрязнения тяжёлыми металлами (приложение 4, табл. 15), отсутствие загрязнения наблюдается в почве подтопляемого участка и плодородном грунте (100% и 97% соответственно прорастания семян) (приложение 4, табл.16). Слабое загрязнение наблюдается в почвах березняка и тропинки (77%). Объяснить такой результат можно удалённостью данных участков от автомагистралей и автодорог.

Почвы ельника и огорода средне загрязнены – 57% и 60% прорастания семян кресс-салата. Прочему почва огорода имеет среднее загрязнение? Рядом с огородом располагается стоянка легкового автомобиля. Предполагаю, что ежедневная эксплуатация автотранспорта (прогрев машины, её ремонт) на протяжении 6 лет позволила накопиться в почве вредным соединениям из выхлопных газов.

Итак, почвы отличаются и по степени загрязнения: почвы подтопляемой территории плодородный грунт не имеют загрязнения тяжёлыми металлами. Среднее загрязнение наблюдается в почвах огорода и ельника.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Обратив внимание на почву, я открыла для себя интереснейший природный объект неживой природы, очень доступный, разнообразный и неоднородный. В Ярцевском районе встречаются дерново-сильноподзолистые и дерново-среднеподзолистые почвы [3]. Для изучения разнообразия почв, а значит их морфологических характеристик, я выбрала несколько участков, отличающихся по расположению, растительному миру.

Исследуемые образцы почв я отнесла к тяжёлым суглинистым, суглинистым, лёгким суглинистым почвам.

Почва многолетней тропинки около школы № 1 испытывает сильную антропогенную нагрузку, как результат – это единственная почва без структуры. Наибольшая влагоёмкость в почвенной пробе часто затопляемой территории в жилом микрорайоне, так как в составе преобладает глинозём, наименьшая – в ельнике, так как преобладает кремнезём.

Наибольшая водопроницаемость наблюдается у почвы часто затопляемой территории, что выше водопроницаемости почвы тропинки в 7 раз! К почвам с высокой водопроницаемостью я отнесла почвы березняка.

Наибольшая степень аэрации наблюдается в почве березняка, где больше кремнезёма, средняя – в почве часто затопляемой территории (удивительно, ведь в его составе преобладает глинозём), слабая – у почв ельника, садового участка, тропинки.

По показателю кислотности почва березняка и садового участка относится ближе к нейтральному (рН=6,0). Почвы тропинки и подтапливаемого участка – нейтральные (рН=7,0). Сильнокислой оказалась почва ельника (рН=3,0).

Наибольший процент гумуса содержится в почве подтопляемого участка, наименьший в почвах березняка и ельника.

Почвы как природных участков (ельник, березняк, подтопляемый участок) так и почвы, испытывающие антропогенную нагрузку засолены:

Карбонат-ионы обнаружены в почвах садового участка и тропинки.
Во всех почвах, кроме садового участка, имеются сотые и тысячные доли процента хлорид-ионов.
Сульфат-ионы присутствуют во всех почвах.

Вывод: знания о почвах позволит каждому из нас разобраться в вопросах правильного ведения приусадебного хозяйства, учитывая структуру, кислотность, водопроницаемость, влагоёмкость, засолённость почвы.

Почвенные исследования помогают разобраться в происхождении и истории развития экосистем той или иной территории, а также оценить перспективы развития её растительности, водного режима, фауны.

Почвы исследованных биоценозов Ярцевского района отличаются по своим морфологическим характеристикам.

Гипотеза не подтвердилась. Все исследуемые почвы отличаются между собой по внешнему виду, физическим и химическим показателям. Засоления имеют как почвы в естественных биоценозах (ненарушенные почвы), так и почвы в нарушенных биоценозах (нарушенные почвы). Возможно круговорот веществ, а значит те же самые кислотные осадки, результат деятельности человека, внесли в почвы Ярцевского района ионы солей.

СПИСОК ИНФОРМАЦИОННЫХ РЕСУРСОВ

Ашахмина Т.Я. Экологический мониторинг. – М.: Просвещение, 2006.
Боголюбов А.С., Кравченко М.В. Простейшая методика описания почв. Методическое пособие. – М.: Экосистема, 1998.
Катровский А.П. География Смоленской области. Учебное пособие.- Издание четвёртое, переработанное и дополненное. – Смоленск, 2000.
Мансурова С.Е., Кокуева Г.Н. Школьный практикум. Следим за окружающей средой нашего города. 9-11 классы. – М.: ВЛАДОС, 2001.
Ошмарин А.П., Ошмарина В.И. Экология. Школьный справочник. Ярославль: Академия развития, 1998.
Учебно-методический материал по географии Смоленской области. - Смоленск: Универсум, 2004.
https://ru.wikipedia.org/wiki/

Рисуем ананас акварелью

Какая бывает зима

"Морская болезнь" у космонавтов

Сочинение

Император Акбар и Бирбал