Определение кислотности почвы различными методами

Муниципальное бюджетное образовательное учреждение

средняя общеобразовательная школа села Новогромово

Муниципальная научно-практическая конференция

«Открытие. Успех. Перспектива»

Секция: химия

Определение кислотности почвы различными методами

2023 год

Содержание работы

Введение

Нередко можно услышать такие словосочетания как «кислая почва», «кислотность почвы», «рН почвы» от садоводов, которые грамотно подходят к выращиванию овощей и фруктов. Чаще всего многие садоводы-любители понятия не имеют, что такое кислотность почвы и как ее можно изменить и используют все, как есть, а зря…

Поэтому проблемой нашего исследования является: можно ли с помощью природных индикаторов определять кислотность почвы.

Выбранная нами тема актуальна, так как от этой самой кислотности почвы зависит и ее плодородие, и способность растений противостоять болезням, и количество полученного урожая с этой почвы.

Практическая значимость исследования заключается в том, что полученные результаты дадут возможность определять кислотность почвы на своем участке в домашних условиях.

Объектом исследования являются различные пробы почвы.

Предмет исследования: кислотность почвы в различных почвах.

Цель работы: определить кислотность почвы различными методами.

Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи:

1. проанализировать литературу и другие источники информации по данной теме;

2. получить различные индикаторы;

3. определить кислотность трех проб почвы с разных участков разными методами.

В работе мы выдвинули следующую гипотезу: если растения-антоцианы изменяют цвет в различных средах, то с их помощью можно определять кислотность почвы.

Глава 1. Что такое кислотность и как она влияет на развитие растений?

Влияние кислотности почвы на рост растений

Кислотность почвы – это процент содержания ионов водорода в почве. Водородный показатель (pH) почвенного раствора является одним из тех факторов, от которых зависит урожайность данного вида культурного растения на данной почве. Так, при культивировании в кислых питательных растворах с водородным показателем 5-5,5 проростки ячменя вообще не развиваются, а гибнут, в то время как картофель именно в этом интервале значений дает особенно богатый урожай. Столь ценная луговая культура, как белый клевер, не может произрастать на кислых почвах, и полное отсутствие его среди полевых трав свидетельствует о кислотности почвы. Как и произрастание сорной травы - молочая, который, наоборот, произрастает только на кислых - почвах. На кислых же почвах особенно обильно и роскошно произрастает щавель, подмаренник и папоротник. Ботаническими индикаторами высокой кислотности почвы служат так же едкий лютик, хвощ, мхи и осока. Свободно пасущиеся коровы и овцы предпочитают питаться кормовыми травами, произрастающими на почвах с кислотностью 6,5, и не пасутся в местах, где она меньше 5. Большое, иногда решающее значение водородный показатель почв имеет для жизнедеятельности почвенной микрофлоры. Если непосредственно под травяным покровом луга вместо твердой почвенной поверхности усматривается слой спутавшихся, полусгнивших травянистых стеблей, это признак того, что почва кислая. На кислых почвах микроорганизмы, разрушающие клетчатку и перерабатывающие ее в темный пористый перегной, почти прекращают свою полезную жизнедеятельность, и стебли растений долго не сгнивают. От величины кислотности почвы зависит усвояемость растениями фосфорных удобрений. Средний фосфат кальция легко усваивается растениями только на кислых почвах. Таким образом, определение водородного показателя почв может иметь существенное значение:

• для выбора культурного растения, от которого ожидается на данной почве особенно богатый урожай; так, на кислых почвах плохо растут пшеница, капуста, свекла, клевер, в то время как рожь и овес малочувствительны к кислотности почвы;
• для изменения водородного показателя почвы в сторону, благоприятствующую более высокому урожаю выращиваемой на ней сельскохозяйственной культуры; отсюда становится ясной необходимость составления агрономами карт кислотности почв своего района.

Водородные ионы содержатся в почве обычно в абсорбированном виде — в почвенных катионитах. Поэтому для выявления кислотности химическим путем, с помощью индикаторов, почва взбалтывается не с чистой водой, а с раствором хлористого калия, катионы которого вытесняют ионы водорода из катионитов. Степень кислотности, или щелочности, почв оказывает большое влияние на развитие корней и поступление питательных веществ в растение. Чрезмерный высокий (выше 9) или низкий (ниже 4) pH почвы токсичен для корней растений. В пределах этих значений pH определяет поведение отдельных питательных веществ, осаждение их или превращение в неусваиваемые растениями формы. В кислых почвах (pH ) железо, алюминий и марганец находятся в формах доступных растениям, а их концентрация достигает токсического уровня. При этом затруднено поступление в растения фосфора, калия, серы, кальция, магния, молибдена. На кислой почве может наблюдаться повышенный выпад растений без внешних причин - вымочка, гибель от мороза, развитие болезней и вредителей. Напротив, в щелочных (pH ) железо, марганец, фосфор, медь, цинк, бор и большинства микроэлементов становятся менее доступными растениям. Оптимальным считается pH - слабокислая реакция почвы. Это не ведет к недостатку фосфора и микроэлементов, большинство основных питательных веществ доступны растениям, т.е. находится в почвенном растворе. Такая почвенная реакция благоприятна для развития полезных почвенных микроорганизмов, обогащающих почву азотом.
Хотя отдельные виды растений приспособились к существованию в кислой или, наоборот, в щелочной среде, однако большинство растений хорошо развиваются при нейтральной или слабокислой реакции почвы (диапазон pH ). Следует учитывать, что многие из овощей - салат, капуста кочанная и цветная, свекла, огурцы, лук, спаржа, а также клевер и люцерна - при pH и ниже развиваются хуже, чем при реакции близкой к нейтральной. Такую же кислотность предпочитает большинство цветов. Углекислый газ выделяется корнями живых растений при дыхании, а также при распаде органики. Вместе с водой он образует угольную кислоту, которая растворяет соединения кальция и магния, и с дождевыми водами они постепенно вымываются из верхнего слоя почвы в более глубокие слои и почва закисляется. Некоторые минеральные удобрения тоже могут подкислять почву. Как правило, отклонения кислотности почвы от нейтральной или слабокислой связаны с нарушением (или приводят к нарушению) баланса питательных веществ доступных растению и угнетению полезной почвенной микрофлоры. Поэтому так важно следить за кислотностью почвы. Для выражения степени кислотности почвы пользуются показателем рН, величина которого колеблется в разных почвах в пределах от 3,5 до 8,0—8,5. Сильнокислые почвы имеют величину рН 3,5—4,0, кислые — 4,0— 5,0, слабокислые — 5,0—6,0, нейтральные — 6,0—7,0, щелочные — 7,0—8,0, сильнощелочные — 8,0—8,#1054;вощные культуры по-разному реагируют на кислотность почвы. Большинство из них лучше растет и развивается на почвах с реакцией, близкой к нейтральной. По требованиям к кислотности почвы овощные культуры можно разделить на три группы:

первая — рН от 7 до 7,5 (артишок, капуста кочанная и цветная, морковь, свекла, сельдерей, салат, лук репчатый, спаржа, петрушка);

вторая — рН от 6 до 7 (фасоль, баклажаны, чеснок, капуста листовая, брюссельская, редис, кабачки, свекла листовая, репа, томаты, лук-шнитт, лук-шалот, лук-порей, дыня мускатная, цикорий, огурцы, хрен, шпинат, ревень);

третья — рН от 5 до 6 (тыква, картофель, пастернак, щавель).

Проводить анализ кислотности почвы, с целью определения почвенной кислотности, обычно нужно для того, чтобы мы могли создать самые оптимальные условия для роста и жизнедеятельности растений. Анализ кислотности почвы, как и подготовка садовых земель и приусадебных участков, по результатам анализа кислотности почвы, даст гарантию, что растения, как те, что высаживаются в открытом грунте, так и комнатные, декоративные или экзотические растения, получат ту почву, которая будет по кислотности наиболее максимально соответствовать тем природным условиям жизнедеятельности растений, к которым оно привыкло.

История открытия природных индикаторов

Впервые вещества, меняющие свой цвет в зависимости от среды, обнаружил в 17 веке английский химик и физик Роберт Бойль. Чтобы понять, как устроен мир, Бойль провел тысячи опытов. Вот один из них. В лаборатории горели свечи, в ретортах что-то кипело, когда некстати зашел садовник. Он принес корзину с фиалками. Бойль очень любил цветы, но предстояло начать опыт. Он взял несколько цветков, понюхал и положил их на стол. Опыт начался, открыли колбу, из нее повалил едкий пар. Когда же опыт кончился, Бойль случайно взглянул на цветы, они дымились. Чтобы спасти цветы, он опустил их в стакан с водой. И – что за чудеса - фиалки, их темно- фиолетовые лепестки, стали красными. Случайный опыт? Случайная находка? Роберт Бойль не был бы настоящим ученым, если бы прошел мимо такого случая. Ученый велел готовить помощнику растворы, которые потом переливали в стаканы и в каждый опустили по цветку. В некоторых стаканах цветы немедленно начали краснеть. Наконец, ученый понял, что цвет фиалок зависит от того, какой раствор находится в стакане, какие вещества содержатся в растворе. Затем Бойль заинтересовался, что покажут не фиалки, а другие растения. Эксперименты следовали один за другим. Лучшие результаты дали опыты с лакмусовым лишайником. Тогда Бойль опустил в настой лакмусового лишайника обыкновенные бумажные полоски. Дождался, когда они пропитаются настоем, а затем высушил их. Эти хитрые бумажки Роберт Бойль назвал индикаторами, что в переводе с латинского означает «указатель», так как они указывают на среду раствора. Индикаторы - это вещества, которые изменяют свой цвет в зависимости от среды раствора. С помощью индикаторов качественно определяют реакцию среды.

Глава 2. Определение кислотности почвы различными методами

Мы взяли три пробы почв:

Образец №1. Почва из школьного огорода. Мы давно заметили, что в том месте, где была взята проба почвы, очень плохо растут растения: помидоры быстро загнивают, капуста, баклажаны, морковь замирают в росте.

Образец №2. Почва из цветочного горшка. Этот горшочек вместе с цветком нам подарили. Ухаживали за цветком так же, как и за другими растениями. Но в скором времени цветок засох. В эту же землю мы посадили другой цветок, затем – третий. Результат один и тот же: ни одно растение в этой почве не растет.

Образец №3. Почва из огорода Гавриловой Валерии на наш взгляд самая лучшая. Ведь в огороде все растения чувствуют себя прекрасно.

Из всех трех проб мы сделали вытяжку. (Приложение 1. Рисунок 1)

Определение кислотности почвы по растениям (сорнякам)

Самый легкий и полностью бесплатный способ определения кислотности почвы — это посмотреть, какие дикорастущие растения (проще говоря, сорняки) растут на участке.

Если почва кислая, то у вас должны расти дикий (конский) щавель, подорожник, кислица, а также лютик едкий (ползучий), вероника дубравная, хвощ, мокрица (другие названия — звездчатка средняя или мокричник), осока.

Для нейтральных почв характерны ромашка, клевер, тысячелистник, манжетка и мать и мачеха. Если почва у вас щелочная — полынь, лопух, лебеда, дрёма белая, мак, вьюнок полевой. При этом в расчет нужно брать только многочисленные растения (заросли). Если это какой-то одиночный случай, то, возможно, семена попали на участок случайно и в следующем сезона на этом месте уже ничего подобного расти не будет.

Однако, отнюдь не каждый начинающий или даже опытный дачник сможет правильно определить эти растения-индикаторы (тот же хвощ или осоку), тем более результат будет более чем примерным, а значит, способ едва ли можно назвать показательным.

Об этом способе мы узнали на уроках ботаники: некоторые растения называют индикаторами почвы. Например, хвощ полевой «любит» кислую почву, а клевер и ромашка – нейтральную. Результаты наблюдений мы занесли в таблицу «Результаты определения кислотности почвы при помощи сорняков». (Приложение 2. Таблица 1)

Исходя из результатов наблюдений нами сделан вывод, что на школьном огороде почва щелочная, а в огороде Гавриловой Валерии – нейтральная. В пробе из цветочного горшка мы не смогли предположить рН почвы, так как ни одно растение в ней не растет. Так как в горшочке изначально был посажен сингониум ножколистный, который «любит» кислые почвы (рН=5,5-6,6), а затем рос плющ ромбовидный, который предпочитает нейтральные или слабокислые почвы (рН=6,0-7,5), то можно сделать вывод о том, что почва в горшочке скорее щелочная (рН больше 7,5). Или сильнокислая (рН меньше 5,5).

Определение кислотности почвы при помощи листьев черемухи и смородины

В журнале «1000 советов» №3 за 2015 год мы наткнулись на следующий способ определения кислотности почвы: «Положите в стеклянную посуду 3-4 листа черной смородины или черемухи и залейте их стаканом кипятка. Когда вода остынет, бросьте в нее комочек земли. Если почва кислая, то цвет раствора должен измениться на красный (приобрести красновато-желтый) оттенок, если нейтральная — зеленый, щелочная — синий». (Приложение 1. Рисунок 2.). Результат опыта мы отобразили в таблице 2. (Приложение 3. Таблица 2).

По результатам анализа во всех трех пробах примерно одинаковый цвет раствора, почва кислая (pH меньше7).

Определение кислотности почвы при помощи антоцианов свеклы

Этот способ мы нашли в Интернет-источниках. Как же определить кислотность почвы при помощи антоцианов?

Для начала нам нужно взять овощ или ягоду с большим количеством антоцианов, при этом лучше всего остановиться именно на краснокочанной капусте или свекле (также можно использовать различные ягоды — голубику, ежевику, чернику, черную смородину, вишню).

Далее нашинковать (тонко нарезать) 100 грамм краснокочанной капусты или свеклы, и размять руками. Залить 500 мл воды и дать настояться в течение 2-3 часов, в итоге у вас должен получиться темно-фиолетовый раствор.

Теперь нужно приготовить почвенный раствор: взять 100 грамм почвы и залить 200-250 мл воды (желательно дистиллированной), опять же дать настояться пару часов, в конце профильтровать через марлю. Влить/смешать 20-50 мл темно-фиолетовый антоциановый раствор краснокочанной капусты (свеклы) с почвенным раствором и посмотреть на изменение его цвета:

- Чем более розовым будет раствор, тем он кислее.

- Чем более синим и зеленым, тем более щелочная реакция.

Если говорить более конкретно, то розовый цвет — pH 5-6, фиолетовый — pH 7, синий — pH 8, зеленый — pH 9.

Результаты опыта «Определение кислотности почвы при помощи свеклы» мы занесли в таблицу 3. (Приложение 4. Таблица 3).

По итогам исследования сделан вывод, что во всех трех пробах примерно одинаковый цвет раствора, почва кислая (pH=5-6). На наш взгляд, метод не очень точный и достаточно грубый, но определить, какая примерно у вас почва- кислая, нейтральная или щелочная, вполне можно.

Определение кислотности при помощи индикаторов

Четвертый метод – определение кислотности с помощью химических индикаторов. (Приложение 8. Таблица 7). Мы использовали готовые растворы следующих индикаторов: лакмус, метиловый оранжевый, фенолфталеин, которые появились в нашей лаборатории благодаря тому, что наша школа вошла в проект «Точка роста». Итак, мы провели исследование и получили следующие результаты, которые мы занесли в таблицу 4. (Приложение 5. Таблица 4)

Получилось следующее: метиловый оранжевый показал во всех пробах нейтральную среду, лакмус – тоже нейтральную, а вот фенолфтолеин, совершенно точно, указал, что почва в цветочном горшке щелочная.

Определение кислотности при помощи лаборатории Архимеда

Пятый способ определения кислотности самый научный и самый точный– с помощью датчиков рН лаборатории Архимеда. Опыт мы проделали 3 раза. Количество замеров 10 в 1 секунду, всего делали 100 замеров за каждый опыт. Результаты оказались практически одинаковыми. Результаты опыта мы занесли в таблицу 5. (Приложение 6. Таблица 5)

Предварительно мы приготовили раствор почвы, добавив в него хлорид калия, для того чтобы ионы К+ смогли вытеснить ионы Н+ в раствор, так как кислотность раствора и определяется наличием ионов Н+.

Вывод: Самая кислая почва находится в пробе №3. Ее рН=6,8. В пробе №1 почва из школьного огорода со значением рН=7,1. В пробе №2 находится почва из школьного горшка. Ее рН=7,3.

Заключение. Выводы

Цель и задачи нашей работы: определить кислотность почвы различными методами, достигнуты.

Мы проанализировали литературу и другие источники информации по данной теме и сделали вывод, что для определения кислотности почвы можно использовать подручные природные материалы.

Мы получили различные индикаторы: вытяжку из корнеплодов свеклы, вытяжку из листьев черемухи и черной смородины. И определили с их помощью рН-показатель почвы (во всех трех случаях почва кислая).

Нами была определена кислотность трех проб почвы с разных участков разными методами и сделали выводы. Наиболее точный метод (при помощи лаборатории Архимеда) показал нам численное значение рН. На втором месте оказался способ определения кислотности почвы при помощи сорняков и химических индикаторов. По результатам всех четырех методов мы построили таблицу 6. (Приложение 7. Таблица 6). После всех, проведенных нами опытов, возник вопрос, почему такие разные результаты? Скорее всего, это зависит от разной чувствительности индикаторов.

Результаты моей работы можно использовать на уроках химии, биологии, экологии, кружке «Удивительное рядом» и других видах деятельности естественнонаучной направленности. В работе мы выдвинули следующую гипотезу: если растения-антоцианы изменяют цвет в различных средах, то с их помощью можно определять кислотность почвы. Наша гипотеза не подтвердилась.

Список используемой литературы

1. Байкова В.М. «Химия после уроков»/ В.М. Байкова – Петрозаводск.: Карелия, 1976 г. с. 95.
2. Балаев И.И. «Домашний эксперимент по химии»/ И.И. Балаев – М.: Просвещение, 1977, 127 с.
3. Детская энциклопедия. Т. 3. Вещество и энергия: [в 12 т.]: для среднего и старшего возраста / Академия педагогических наук РСФСР; [гл. ред. А. И. Маркушевич]. – 2-е издание. – Москва: Просвещение, 1966. – 575 с.
4. Использование системы домашних экспериментов при обучении химии в 8–9-х классах средней школы. [Электронный ресурс]. URL: (Дата обращения: ).
5. Леенсон И.А. «Занимательная химия»/ И.А.Леенсон - М.: Аванта, 1996г. с. 500.
6. «Мир индикаторов" — творческая лаборатория. [Электронный ресурс]. URL: / (Дата обращения: ).
7. Назарова Т.С, Грабецкий А.А. «Химический эксперимент в школе»/ Т.С. Назарова, А.А. Грабецкий - М.: Просвещение, 1987 г., 240 с.
8. Пилипенко А.Т. «Справочник по элементарной химии»./ А.Т. Пилипенко – Киев: «Наукова думка», 1973 г., с.164 -167.
9. Поделимся опытом /Журнал «1000 советов», №5, 2015 , с.30.
10. Первое сентября: учебно–методическая газета для учителей химии, №22, 2007 г., 6 с.
11. Химия для школьников: научно – практический журнал, №4, 2007г. стр.60-61.

Приложения

Приложение 1. Фотографии автора

Рисунок 1. Растворы различных проб почвы.

Рисунок 2. Определение кислотности с помощью листьев черемухи и смородины.

Рисунок 3. Приготовление раствора индикатора из свеклы.

Рисунок 4. Подготовка к работе с лабораторией Архимеда.

Рисунок 5. Исследование почвы из школьного огорода

Рисунок 6. Среднее значение почвы из школьного огорода рН=7,1

Рисунок 7. Исследование почвы из школьного горшка

Рисунок 8. Среднее значение почвы из цветочного горшка рН=7,3

Рисунок 9. Исследование почвы из огорода Гавриловой Валерии

Рисунок 10. Среднее значение почвы из огорода Гавриловой Валерии рН=6,8

Приложение 2. Таблица 1. Результаты определения кислотности почвы при помощи сорняков.

Приложение 3. Таблица 2. Результаты определения кислотности при помощи листьев смородины и черемухи.

Приложение 4. Таблица 3. Результаты определения кислотности почвы при помощи свеклы

Приложение 5. Таблица 4. Результаты определения кислотности при помощи индикаторов

Приложение 6. Таблица 5. Результаты определения кислотности почвы с помощью лаборатории Архимеда

Приложение 7. Таблица 6. Сводная таблица результатов определения кислотности разными методами.

Приложение 8. Таблица 7. Цвет индикаторов в разных средах

Приложение 9. Таблица 8. Шкала определения кислотности