«Определение обменной кислотности и содержания гумуса почвы на участке леса после наводнения».
Целью экспериментального исследования являлось определение кислотности почвы и содержания гумуса на участке леса после наводнения 2002 года.
Задачи исследовательского проекта:
1) Предварительное ознакомление с территорией и площадью и отбор почвенных образцов.
2) Знакомство с методами определения кислотности почв, её видами.
3) Определение обменной кислотности в почвенной вытяжке раствора нейтральной соли KCl.
4) Определение содержания гумуса методом количественного анализа (титрование с солью Мора).
Исследования проводились в осенний период 2003, 2007 и 2010 году учащимися нашей школы: Смирновым Дмитрием (2003), Букарем Евгением (2007) и Букарь Екатериной (2010).
Скачать:
| Вложение | Размер |
|---|---|
 proekt_3.doc | 146.5 КБ |
Предварительный просмотр:
КРАЕВОЙ СМОТР – КОНКУРС
«ЗА СОХРАНЕНИЕ ПРИРОДЫ И БЕРЕЖНОЕ ОТНОШЕНИЕ
К ЛЕСНЫМ БОГАТСТВАМ» («ПОДРОСТ»)
Номинация «лесоведение и лесоводство»
Исследовательская работа:
«Определение обменной кислотности и содержания гумуса почвы на участке леса после наводнения».
Краснодарский край,
Успенский район, село Коноково;
Букарь Екатерина Александровна,
МОУСОШ №4 9 «А» класс.
Руководитель
Букарь Наталья Викторовна,
учитель химии и биологии
МОУСОШ № 4.
2011 год
АННОТАЦИЯ.
Целью экспериментального исследования являлось определение кислотности почвы и содержания гумуса на участке леса после наводнения 2002 года.
Задачи исследовательского проекта:
1) Предварительное ознакомление с территорией и площадью и отбор почвенных образцов.
2) Знакомство с методами определения кислотности почв, её видами.
3) Определение обменной кислотности в почвенной вытяжке раствора нейтральной соли KCl.
4) Определение содержания гумуса методом количественного анализа (титрование с солью Мора).
Исследования проводились в осенний период 2003, 2007 и 2010 году учащимися нашей школы: Смирновым Дмитрием (2003), Букарем Евгением (2007) и Букарь Екатериной (2010).
Данная работа – это обобщение результатов, полученных в течение 8 лет.
Экспериментальные данные по определению кислотности получены с использованием комбинированного измерительного блока, датчика измерения водородного показателя рН.
После ознакомления с территорией леса, подвергшейся наводнению, на правобережье Кубани были взяты смешанные образцы, которые отражают свойства почвы всей площади. По каждому из них приготовлены вытяжки в растворе КС1 и измерено значение водородного показателя.
Для определения содержания гумуса использовали метод количественного анализа (титрование с солью Мора).
Оглавление.
Введение 4
Основная часть
1.1Типы кислотности почвы 6
1.2 Способы определения кислотности 6
2. Экспериментальная часть работы
2.1. Отбор почвенных образцов 8
2.2. Приготовление 1М раствора соли 8
2.3. Приготовление почвенной вытяжки на основе раствора КС1,
измерение рН 8
2.3.1 Вычисления значений рН 9
2.4 Метод определения гумуса в почве
2.4.1 Подготовка почвы для определения гумуса 10
2.4.2.Определение гумуса в почве 11
Выводы 15
Список литературы 16
Приложения 17
Введение.
Земля как планета солнечной системы существует около 4,6 млрд. лет. Считают, что жизнь на ней зародилась 800—1000 тыс. лет назад. За многомиллионные эпохи вода, воздух, а затем и живые организмы разрушали и измельчали каменные породы земной коры. Отмирая, живые организмы образовывали перегной или, как его называют ученые, гумус.
Он смешивался с измельченной породой, склеивал и цементировал ее. Так зарождалась почва на нашей планете. Первая почва послужила основой развития последующих более крупных растений, которые, в свою очередь, способствовали новому ускоренному образованию гумуса. Еще с большим ускорением процесс почвообразования стал протекать с появлением животных, особенно населявших почвенный слой. Превращению органического вещества в гумус способствовали различного рода бактерии. Образование и распад органических веществ в почве считается главной причиной почвообразования.
Таким образом, почва состоит из минеральной и органической (гумуса) частей. Минеральная часть составляет от 90 до 99 % и более от всей массы почвы. В ее состав входят почти все элементы периодической системы Д. И. Менделеева. Однако основными составляющими минеральной части почв являются связанные в соединения кислород, кремний, алюминий и железо. Эти четыре элемента занимают около 93 % массы минеральной части. Гумус является основным источником питательных веществ для растений. Благодаря жизнедеятельности населяющих почву микроорганизмов происходит минерализация органического вещества с освобождением в доступной для растений форме азота, фосфора, серы и других необходимых для растений химических элементов. Органическое вещество оказывает большое влияние на формирование почв и изменение ее свойств. При разложении органических веществ почвы выделяется углекислый газ, который пополняет приземную часть атмосферы и ассимилируется растениями в процессе фотосинтеза (2).
Все работы по агрохимическому обследованию почв подразделяют на подготовительные, полевые, лабораторные или аналитические и обработку результатов.
Подготовительные работы включают установление объекта, подлежащего изучению, определение количества почвенных образцов, которые необходимы для последующего анализа, определение места их отбора.
Кислотность почвы — одна из важнейших её характеристик. Высокое значение кислотности неблагоприятно влияет на развитие растений - ухудшается использование растениями питательных веществ из почвы и удобрений. Многие растения и микроорганизмы лучше развиваются при слабокислой или нейтральноii реакции почвы (4).
После наводнения 2002 года свойства грунта изменились, что не могло не повлиять на условия жизни наземных организмов, поэтому мы и поставили перед собой задачу, провести исследования, характеризующие процесс восстановления почвы в течение восьми лет (поздней осенью в 2003, 2007 и 2010 году учащимися нашей школы).
.
Основная часть.
Кислотность почв определяется значением рН т.е концентрацией ионов водорода. Её выражают в виде отрицательного логарифма концентрации активных ионов водорода. Он называется водородным показателем или рН. Цифра при знаке рН показывает степень кислотности. Например, рН=4 означает, что в 1л раствора находится 0,0001 моль водородных ионов.
1.1Типы кислотности почвы.
Различают два вида кислотности почвы - актуальную и потенциальную. Актуальная (или активная) кислотность обусловлена концентрацией ионов водорода, находящихся в почвенном растворе. Она непосредственно влияет на рост растений: чем больше её величина, тем сильнее отрицательное влияние. Однако, показатель актуальной кислотности не является вполне надежным в виду изменчивости почвенного раствора .
Актуальную кислотность определяют в водной вытяжке из почвы.
К потенциальным видам кислотности относят обменную и гидролитическую.
Обменную кислотность устанавливают путем определения количества ионов водорода в почвенной вытяжке после взаимодействия почвы с раствором нейтральной соли (хлорида калия). В состав обменной кислотности входит актуальная кислотность. Гидролитическую кислотность определяют в результате реакции почвы с основной солью. Эта кислотность обуславливается суммой всех видов кислотности ( в ее состав входят обменная и актуальная кислотность). Для любой кислой почвы актуальная кислотность меньше обменной, обменная меньше гидролитической.
Гидролитическую кислотность определяют в тех случаях, когда нужно особенно тщательно обследовать почву на опытных участках : при закладке садов , при приготовлении грунта для теплиц, парников и т.д.(3)
1.2 Способы определения кислотности.
Одним из способов определения гидролитической кислотности является метод по Каппену.
Вытяжку из почвы готовят на основе 1 м. раствора ацетата натрия CН3COONa . Затем оттитровывают 0,1 м раствором гидроксида натрия в присутствии 2 или 3 капель фенолфталеина до появления устойчивого розового цвета раствора. Чаще определяют обменную кислотность в почвенной вытяжке с 1 м. раствором КС1. Один из: способов - колориметрическое определение рН по Алямовскому. В исследуемый образец 5мл добавляют 0,3 мл комбинированного индикатора. Жидкость взбалтывают и сравнивают со стандартной цветной шкалой прибора Алямовского, которая представляет из себя ряд запаянных пробирок, заполненных окрашенными растворами. В ней находят пробирку, наиболее совпадающую по цвету с испытуемым раствором и определяют значение рН.
Другой способ определения обменной кислотности — с помощью рН- метра со стеклянным электродом.
Почвенная вытяжка готовится на основе 1м раствора KCL. Этот способ позволяет проводить измерение рН в прозрачном отстое, фильтрате и даже в суспензии.
Перед работой рН- метр настраивают по буферным растворам согласно инструкции.
После электроды промывают дистиллированной водой и погружают в исследуемый образец. Спустя 1,5 минуты по шкале прибора снимают значения рН .
Простейшим способом определения рН является исследования с помощью индикаторной бумаги. Этот метод не обладает высокой точностью и зависит целиком от остроты зрительного восприятия исследователя . Но подобное исследование можно проводить непосредственно в поле.(4)
2. Экспериментальная часть работы.
В представленной работе определение значения водородного показателя осуществлялось с использованием датчика измерения рН, комбинированного измерительного блока. Данный метод прост в исполнении, приборы обладают высокой чувствительностью и незначительной погрешностью измерений, что позволяет провести анализ с большой точностью.
2.1. Отбор почвенных образцов.
Отбор почвенных образцов проводился поздней осенью (3 декада ноября, через 800 -1000 м).
При этом копают небольшую яму на глубину пахотного горизонта и одну стенку её делают отвесной. С отвесной стенки срезают лопатой пласт почвы (на всю глубину ямы) толщиной слой почвы кладут на землю и из средней его части вырезают вертикальный столбик.
Это индивидуальный почвенный образец. Когда в ведро собраны все индивидуальные образцы с элементарного участка, всю почву высыпают на клеёнку и перемешивают.
Затем берут из 5 - 10 мест по горсти почвы и пересыпают в банки (0,5 л). Получают смешанный образец.
В нашей работе площадь была разделена на 6 частей, т.е. получено 6 смешанных образцов.
2.2. Приготовление 1М раствора соли.
Объём мерной колбы, т.е. раствора, мл | 500 | 250 | 200 |
Количество колб | 4 | 5 | 3 |
Масса KCL, г в 1 колбе | 37,25 | 18,625 | 14,9 |
2.3. Приготовление почвенной вытяжки на основе раствора КС1,
измерение рН.
40 г почвы помещали в колбу и туда же приливали мерным цилиндром 100 мл 1М раствора KCL. Колбу закрыли резиновой пробкой и раствор с почвой хорошо взболтали.
Когда почва в пробирке осела, через 10-15 минут после взбалтывания, мутную жидкость, которая задерживается между стенками и пробкой пробирки, сливали, открыв колбу, наклоняя её и поворачивая вокруг оси, смыли со стенок частицы почвы отстоявшейся жидкостью, через 10 минут этот приём повторили.
На следующий день осторожно, чтобы не взмутить осадок, взяли пипеткой пробу 25-30 мл и перенесли её в стакан. Далее определение рН почвенной вытяжки проводили с помощью датчика измерения рН, комбинированного измерительного блока (фото1).
2.3.1. Вычисления значений рН.
Рассчитываем по формулам
а) среднее х : 
б) стандартное отклонение S
в) стандартное относительное отклонение
г) стандартное отклонение
д) используя значение t-критерия при числе степеней свободы 1= п-1 =5-1=4 и вероятности 0.95 (t=2,78) определяем доверительный интервал t*Sx=Sx*t 0.95
е) представляем полученный результат с доверительным интервалом.
Анализ повторяем 6 раз. Отдельные результаты в такой серии параллельных измерений (выборки) редко совпадают. Для количественной оценки полученных значений используется термин « воспроизводимость », которая характеризуется отклонением экспериментальных данных (единичного варианта серии) от среднеарифметического значения х.
Значение xi-x, сильно отличающееся от других, можно отбросить и расчёт ведём по оставшимся пяти измерениям.
Таблица 1 Значение рН почвы и математическая обработка результатов (2003г).
№ образца | Xi | х | (Xi-x) | (Xi-x)A | S | Sx | t*Sx |
1 | 5.40 | 5.48 | 0.08 | ||||
2 | 5.45 | 5.48 | 0.03 | 0.0009 | 0.029 | 0.188 | 0.52 |
3 | 5.49 | 5.48 | 0.01 | 0.0001 | 0.029 | 0.188 | 0.52 |
4 | 5.50 | 5.48 | 0.02 | 0.0004 | 0.029 | 0.188 | 0.52 |
5 | 5.52 | 5.48 | 0.04 | 0.0016 | 0.029 | 0.188 | 0.52 |
6 | 5.50 | 5.48 | 0.02 | 0.0004 | 0.029 | 0.188 | 0.52 |
I | 0.0034 |
pH=5.48+0.52 pH=5.48 - 0.52
Таблица 2. Значение рН и математическая обработка результатов (2007 г.).
№ образца | Xi | х | (Xi-x) | (Xi-x)A | S | Sx | t*Sx- |
1 | 6.56 | 6.54 | 0.02 | 0.0004 | 0.032 | 0.209 | 0.58 |
2 | 6.47 | 6.54 | 0.07 | ||||
3 | 6.58 | 6.54 | 0.04 | 0.0016 | 0.032 | 0.209 | 0.58 |
4 | 6.55 | 6.54 | 0.01 | 0.0001 | 0.032 | 0.209 | 0.58 |
5 | 6.56 | 6.54 | 0.02 | 0.0004 | 0.032 | 0.209 | 0.58 |
6 | 6.50 | 6.54 | 0.04 | 0.0016 | 0.032 | 0.209 | 0.58 |
I | 0.0041 |
pH=6.54+0.58 pH=6.54 - 0.58
Таблица 3 Значение рН и математическая обработка результатов (2010 г).
№ образца | Xi | X | (Xi-x) | (Xi-x)A | S | Sx | t*Sx |
1 | 7.14 | 7.12 | 0.02 | 0.0004 | 0.0255 | 0.182 | 0.50 |
2 | 7.05 | 7.12 | 0.07 | ||||
3 | 7.12 | 7.12 | 0 |
| 0.0255 | 0.182 | 0.50 |
4 | 7.14 | 7.12 | 0.02 | 0.0004 | 0.0255 | 0.182 | 0.50 |
5 | 7.15 | 7.12 | 0.03 | 0.0009 | 0.0255 | 0.182 | 0.50 |
6 | 7.15 | 7.12 | 0.03 | • 0.0009 | 0.0255 | 0.182 | 0.50 |
I | 0.0026 |
pH=7.12+0.50 pH=7.12-0.50
2.4 МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГУМУСА В ПОЧВЕ.
2.4.1 Подготовка почвы для определения гумуса.
Ход анализа. 1. Отбираем из почвенного образца среднюю пробу для определения гумуса. Для этого почву из коробки пересыпаем на чистый лист бумаги и разровняем тонким слоем (шпателем или ложкой измельчаем крупные комки). Возьмём небольшие порции почвы из разных мест так, чтобы масса средней пробы была 25—30 г.
- Отобранную среднюю пробу высыпаем на лист чистой бумаги и разровняем ее (Фото 2). Пинцетом удалим из почвы все видимые органические остатки и корни.
- Комочки почвы осторожно разотрём фарфоровым пестиком и снова удалим все видимые органические остатки.
- После этого возьмём еще раз среднюю пробу (приблизительно 10 г), разотрём ее в фарфоровой ступке и просеем через сито с отверстиями 0,25 мм. Оставшиеся на сите комочки почвы после первого просеивания снова разотрём и просеем.
2.4.2.Определение гумуса в почве.
Реактивы
1. 0,133 М раствор хромовой кислоты.
(20 г измельченного К2Сг207 или 1,6 г СгО3 растворяют в 300—400 мл дистиллированной воды (без подогревания), переносят в мерную колбу емкостью 500 мл и доводят дистиллированной водой до метки. Раствор из этой колбы переливают в термостойкую колбу емкостью 2—3 л или в большой фарфоровый стакан и добавляют 500 мл концентрированной серной кислоты (р= 1,84 г/см3). Кислоту приливают очень осторожно!).
2. 0,05 М раствор соли Мора.
(40 г соли Мора растворяют в 500—700 мл воды, содержащей 20 мл концентрированной серной кислоты (р 1,84 г/см3). После растворения соли объем доводят до 1 л).
3. 0,2 г фенилантраниловой кислоты растворяют в 100 мл 0,2-процентного раствора Na2C03 (раствор соли добавляют каплями).
Метод (1) основан на окислении органического вещества почвы раствором дихромата калия в серной кислоте при кипячении. В общем виде этот процесс можно представить так:
2K2Cr2О7 + 8H2SO4 +3С = 2K2SO4 + 2Сг2(SО4)3 +8Н2О + 3CО2
О количестве дихромата калия, израсходованного на окисление органического вещества, судим по разности между количествами дихромата калия, взятого для анализа, и оставшегося после окисления. Концентрация его определяется титрованием солью Мора. (Титр раствора соли Мора устанавливаем по 0,02 М раствору перманганата калия. Для этого в коническую колбу из бюретки наливаем 10 мл раствора соли Мора, добавляем 1 мл концентрированной серной кислоты, содержимое колбы разбавляем кипящей дистиллированной водой до 30— 40 мл. Горячую жидкость титруем 0,02 М раствором КМпО4 до слабо-розовой окраски. По количеству перманганата калия вычисляем титр).
(NH4)2SО4•FeSО4 • 6Н2О в присутствии фенилантраниловой кислоты как индикатора:
K2Сr2О7 + 6FeSО4 + 7H2SО4= Сr2(SО4)3 + 3Fe2(SО4)3 + K2SО4 + 7H2О
Ход анализа.
1. В сухую пробирку поместим 0,2 - 0,3 г почвы.
Эту пробирку вместе с почвой взвесим на аналитических весах, затем осторожно пересыпаем почву на дно конической колбы.
2. В колбу прильём из бюретки 10 мл хромовой смеси.
3. Осторожно, вращая колбу круговыми движениями, смачиваем хромовой смесью почву и распределим ее возможно, ровным слоем по дну колбы.
4. Колбу закроем маленькой воронкой для предохранения от разбрызгивания хромовой смеси и испарения кислоты во время дальнейшего кипячения.
5. Колбу с содержимым поставим на электрическую плитку с закрытой спиралью. В начале нагревания жидкости выделяются мелкие пузырьки газа — оксида углерода (IV), затем жидкость закипает. Кипение должно продолжаться ровно 5 мин и проходить без активного выделения пара.
При взаимодействии дихромата калия с органическим веществом почвы оранжево-красный цвет раствора переходит в зеленый раствор сульфата хрома. Для полного окисления гумуса в растворе всегда должен быть избыток дихромата калия. Поэтому, если раствор в колбе после кипячения приобрел' зеленый цвет, анализ необходимо повторяем, уменьшив навеску почвы.
6. После кипячения охладим колбу с раствором. Возможно меньшими количествами воды (из промывалки) смоем с
воронки капли хромовой кислоты в колбу добавим туда 4-5 капель фенилантраниловой кислоты и оттитруем раствор солью Мора.
Титрование 0,05 М раствором соли Мора ведём из бюретки, начиная каждое новое титрование от нуля,
7. По объему раствора соли Мора, израсходованной на титрование, определим количество дихромата калия, оставшегося после взаимодействия с органическим веществом почвы. Когда раствор окрасится в синий цвет, то титруем очень осторожно, прибавляя раствор соли Мора по одной капле и тщательно размешивая жидкость
( Фото 3).
8. Для установления общего объема соли Мора, идущего на титрование, проведём контрольный анализ. В этом случае вместо навески почвы в колбу возьмём небольшое количество прокаленного песка (или почвы) и соблюдаем все необходимые условия анализа (описанные в пп. 2-7).
9. Результаты анализа вычисляем по формуле:
где х - гумус (в % от воздушно-сухой почвы), V1 — объем раствора соли Мора (в мл), которая пошла на титрование в контрольном определении; V2 — объем раствора соли Мора (в мл), израсходованной на титрование дихромата калия, оставшегося после окисления гумуса навески почвы (в г); т — навеска почвы (в г); k — коэффициент перевода в гумус; принято, что 1 мл точно 0,05 М раствора соли Мора соответствует 0,00052 г гумуса; К=0,96—поправка к концентрации раствора соли Мора.
Результаты анализа:
Таблица 4. Содержание гумуса в почве (2003 г).
Номер образца | Навеска почвы (в г) | Объем раствора (в мл) соли Мора, израсходованной на титрование | Содержание гумуса (в %) | |
после окисления гумуса | при контрольном определении | |||
1 | 0, 3 | 7,5 | 2,3 | 0,87 |
2 | 0, 3 | 7,45 | 2,3 | 0,86 |
3 | 0, 3 | 8,0 | 2,3 | 0,95 |
4 | 0, 3 | 7,7 | 2,3 | 0,89 |
5 | 0, 3 | 7,7 | 2,3 | 0,89 |
6 | 0, 3 | 7,2 | 2,3 | 0,98 |
Таблица 5 Содержание гумуса в почве (2007 г).
Номер образца | Навеска почвы (в г) | Объем раствора (в мл) соли Мора, израсходованной на титрование | Содержание гумуса (в %) | |
после окисления гумуса | при контрольном определении | |||
1 | 0,25 | 9,5 | 1,7 | 1,55 |
2 | 0,25 | 9,45 | 1,7 | 1,55 |
3 | 0,25 | 10 | 1,7 | 1,66 |
4 | 0,25 | 9,7 | 1,7 | 1,60 |
5 | 0,25 | 9,7 | 1,7 | 1,60 |
6 | 0,25 | 10,2 | 1,7 | 1,70 |
Таблица 6. Содержание гумуса в почве (2010 г).
Номер образца | Навеска почвы (в г) | Объем раствора (в мл) соли Мора, израсходованной на титрование | Содержание гумуса (в %) | |
после окисления гумуса | при контрольном определении | |||
1 | 0,2 | 17,0 | 1,3 | 3,92 |
2 | 0,2 | 18,3 | 1,3 | 4,24 |
3 | 0,2 | 18,5 | 1,3 | 4,29 |
4 | 0,2 | 19,5 | 1,3 | 4,54 |
5 | 0,2 | 20,0 | 1,3 | 4,67 |
6 | 0,2 | 19,5 | 1,3 | 4,54 |
Выводы.
Согласно полученным экспериментальным данным после наводнения 2002года в течение 8 лет в лесном сообществе происходило постепенное снижение кислотности почвы, что привело к восстановлению растительной массы и микроорганизмов, которые, в свою очередь, способствовали новому образованию гумуса. Нарушенный лесной биоценоз постепенно восстанавливается.
Список литературы.
1. Зенчик В.П. Аналитическая химия . -М: Медицина, 1971.
2. Кукушкин Ю.Н. Химия вокруг нас. – М.: Высшая школа, 1992.
3. Мишкин В.П. Полевое обследование почв. - М; Химия, 1983.
4. Сударкина А. А. и др. Химия в сельском хозяйстве. - М. Просвещение, 1986.
Нора Аргунова. Щенята
Почему люди кричат, когда ссорятся?
Как нарисовать небо акварелью
Загадка Бабы-Яги
Сказка на ночь про Снеговика