Проект "Влияние листового опада на состав и биотоп почвы"
проект на тему

Проект

Влияние листового опада на состав и биотоп почвы

Авторы работы:

учитель биологии ГБОУ Школа № 879 Сусанова Т. Д.,

учитель географии ГБОУ Школа № 879 Сопка Н. В.

Москва, 2014

Актуальность темы

Изучение почв необходимо не только для получения знаний об их естественных свойствах, но для сельскохозяйственных целей, развития лесного хозяйства, инженерно-строительного дела, решения проблем здравоохранения, разведки и добычи полезных ископаемых, организации зелёных зон, парков, скверов. Почва – незаменимый природный ресурс. Она очень важна как компонент всех наземных биоценозов и биосферы Земли в целом.

Тема о влиянии листового опада возникла в связи с тем, что в городских скверах, жилых районах убирают листовой опад, который вероятнее всего играет важную роль в образовании гумуса, т. е. в сохранении химических элементов в почве.

Поэтому мы решили проверить правильность своей гипотезы, исследовав состав и биотоп почв в местах, где листву убирают (сквер) и где она остаётся и перегнивает (Битцевский лес). Для сравнения взяли и контрольный участок.

Цель и задачи работы

Цель работы: выяснить, какое влияние оказывает листовой опад на состав почвы и биологическое разнообразие живых организмов в ней. 

Задачи работы:

1. исследовать физико-химические свойства образцов почвы;
2. провести определение органического вещества в почве;
3. исследовать состояние почв методами биомониторинга (по видовому составу микромицетов, бактерий, беспозвоночных животных, растений);
4. провести сравнительный анализ по полученным данным;
5. сделать вывод о состоянии почв.

Этапы работы

1. обоснование темы;
2. постановка цели и задач;
3. составление обзора литературы и интернет-источников;
4. изучение карты исследуемой территории;
5. определение мест отбора образцов почвы, их координат и высоты;
6. отбор образцов почвы;
7. проведение измерений физико-химических параметров;
8. сбор биологического материала;
9. проведение лабораторных экспериментов;
10. определение видового состава микроорганизмов, грибов;
11. анализ полученных данных;
12. выводы.

Методика выполнения работы

Оборудование и реактивы:

1. образцы почв из разных мест;
2. GPS компас;
3. электронная карта почв Москвы;
4. мини-экспресс-лаборатории «Пчёлка-У/почва», «Пчёлка-У/хим»;
5. набор «Тайны микробиологии – мир грибов»;
6. лабораторные стаканы объёмом 1л, вода чистая, линейка, ложка;
7. набор для проведения микробиологических исследований «Научные развлечения»;
8. набор для выращивания бактерий;
9. микроскоп «Мир Левенгука»

Методика работы

Эксперимент 1

Оборудование и материалы: 3 стакана объёмом 1л, 3 образца почв (контроль, парк, лес), линейка, стеклянная палочка, чистая вода.

1. В стакан объёмом 1 л поместить образец почвы объёмом около 0,3 л. Залить его водой и довести уровень воды в сосуде до объёма примерно 1 л.
2. Содержимое сосуда взболтать перемешиванием для смачивания почвы и выхода пузырьков воздуха.
3. Дать взвеси расслоиться, после чего измерить линейкой значения высоты слоёв отстоявшейся и всплывшей почвы линейкой.
4. Подобные эксперименты выполнить с каждым образцом почвы, подготовленным для сравнения.

Обработка результатов и выводы

1. Опишите наблюдаемое. Объясните, почему часть почвы всплыла, а другая часть опустилась на дно стакана в виде осадка.
2. Результаты измерений высоты слоёв почвы для каждого испытанного образца занесите в таблицу. Рассчитайте величину

Таблица 1

Соотношение слоёв почвы

3. Сопоставьте данные таблицы и сделайте вывод об относительном богатстве испытанных образцов почвы органическим веществом.

С точки зрения биологии почва рассматривается как слой земли, в котором располагаются корни растений. Важнейшую роль в процессах почвообразования играют микроорганизмы, которые разлагают органические остатки, превращая их в плодородный слой. В различных почвах может содержаться от нескольких миллионов до нескольких миллиардов микроорганизмов. Микроорганизмы распределяются по слоям почвы. Мы решили исследовать поверхностный слой почвы, выяснить какие виды бактерий, грибов встречаются.

Эксперимент 2

Для определения грибов и бактерий воспользуемся посевом на питательных средах. Чтобы подсчитать плотность колоний грибов, в питательную среду для них, нужно ввести реактив, который не даст в этих условиях размножаться бактериям. Питательные среды готовятся в тот день, когда будет производиться посев почвенных грибов.

Оборудование и материалы: сухое горючее, три пипетки Пастера, три микробиологических шпателя, керамическая подставка, крышка для сухого горючего, три одноразовых стаканчика, три чашки Петри со стерильной питательной средой, кипячёная вода (в день кипячения), по одной чайной ложке земли из сквера, леса, контроля, три стакана по 0,5 мл, металлическая подложка для сухого горючего, стеклянная палочка.

Календарь опыта

Продолжительность опыта: 10-14 дней.

Приготовление почвенной суспензии.

Проветрить помещение. Взять чайную ложку почвы, измельчить её и насыпать в одноразовый стаканчик. Туда же налить 4-5 чайных ложек кипячёной воды и хорошо перемешать стеклянной палочкой. Получается жидкая масса (консистенция как у кефира или молока). Подождать, пока суспензия отстоится.

Посев почвенных микроорганизмов.

Зажечь сухое горючее и поставить рядом приготовленные для посева чашки Петри с застывшей средой. Поставить рядом ступку с перетёртой землёй. Вскрыть стерильную пипетку Пастера (не трогать её кончик). Набрать 1-1,5мл кипячёной воды (той, из которой готовилась почвенная суспензия) и впрыснуть её на поверхность питательной среды. Стерильным микробиологическим шпателем равномерно распределить жидкость по поверхности среды. Закрыть крышку, заклеить её парафильмом и надписать «контроль».

После этого набрать в ту же пипетку около 1 мл жидкости с почвенным образцом из сквера и точно также внести в другую чашку Петри. Взять тот же микробиологический шпатель и равномерно распределить им жидкость по поверхности среды. Закрыть крышку, запечатать её парафильмом. Подписать «сквер».

Аналогично готовим образец почвы из леса и вносим в третью чашку Петри. Пипетку и шпатель берём новые. Запечатываем и подписываем «лес». После окончания работ чашки ставим в термостат, не забыв потушить сухое горючее.

Наблюдение за ростом грибов.

Через 2-4 дня можно заметить начальный рост микромицетов. Необходимо обращать внимание на то, в каких чашках появились колонии грибов, а в каких – нет. Должна ли в идеальных условиях появиться грибница в контроле?

Через 8-14 дней колонии вырастут и начнут спорулировать. Рассмотреть цвет, форму и другие признаки колоний грибов.

Таблица 2

Свойства выделенных грибов

Изучить грибы под микроскопом набора «Мир Левенгука», используя марлевую повязку для защиты органов дыхания (при желании учащихся).

После завершения опытов все чашки Петри завернуть в пакеты и вынести в мусор.

Эксперимент 3

Собственно, бактерии преобладают над всеми остальными обитателями почвы. На 1 г почвы приходятся десятки миллионов бактерий. Они участвуют во множестве процессов, происходящих в почве, в том числе и в разложении органических остатков растений, т. е. разложении листового опада. Поэтому нужно определить какие виды бактерий в этом участвуют, и в каком количестве они встречаются.

Для этого необходимо, как и в опытах с грибами, приготовить питательную среду МПА, обработанную реактивом против роста грибов.

Оборудование и материалы: микробиологические петли, стерильные пробирки, стерильные пипетки, шпатели, колба на 200 мл, сухое горючее, керамическая и металлическая подставки для сухого горючего, крышка для сухого горючего, пинцет, маркер, кипячёная вода, весы, чашки Петри с МПА.

Приготовление почвенной суспензии

Отвесить на весах 1г почвы (для контроля), поместить в колбу ёмкостью 200 мл, содержащую 100 мл кипячёной воды, хорошо встряхивать в течение 5 мин. Приготовить серию разведений водной суспензии. Затем с помощью стерильной пипетки вблизи горящего огня внести 0,1 мл жидкости разведённой суспензии. Для этого аккуратно левой рукой приподнять крышку чашки Петри и впрыснуть разведённую пробу в щель между крышкой и дном на поверхность питательной среды. Стерильным микробиологическим шпателем равномерно распределить жидкость по поверхности среды. Закрыть чашку, написать на ней «контроль». Так же приготовить чашки Петри для почвы из сквера и леса, используя каждый раз новую пипетку. Подписать «сквер», «лес». Все образцы делать в двойном количестве, чтобы можно было выбрать. Поместить чашки в термостат при температуре 37ºС на 1-2 суток. Рабочую поверхность обработать дезинфицирующим средством.

Через 2 дня рассмотреть признаки колоний различных видов бактерий и результаты внести в таблицу.

Предполагаемые результаты

1. Объясните, почему часть почвы всплыла, а другая часть опустилась на дно стакана в виде осадка.
2. Результаты измерений высоты слоёв почвы для каждого испытанного образца занесите в таблицу. Рассчитайте величину

Таблица 1

Соотношение слоёв почвы

3. Сопоставьте данные таблицы и сделайте вывод об относительном богатстве испытанных образцов почвы органическим веществом. Заполните таблицу 2.

Таблица 2

Свойства выделенных грибов

4. Подсчитайте количество различных колоний грибов, т.е. плотность. Определите по определителям виды образовавшихся грибов. Заполните таблицу 3.

Таблица 3

Частота встречаемости грибов разных видов

5. Подсчитайте количество различных колоний бактерий, т.е. плотность. Заполните таблицы 4 и 5.

Таблица 4

Свойства выделенных бактерий

Таблица 5

Частота встречаемости бактерий разных видов

Общие выводы

Список литературы:

1. Докучаев В. В. Дороже золота русский чернозём. – М.: Изд-во МГУ, 1994.
2. Зенова Г. М., Степанов А. Л., Лихачева А. А., Манучарова Н. А. Практикум по микробиологии почв. Учебное пособие. – М.: Издательство МГУ, 2002. – 120с.
3. Звягинцев Д. Г. Почва и микроорганизмы. – М.: Колос. 1987.
4. Муравьев А. Г., Каррыев Б. Б., Ляндзберг А. Р. Оценка экологического состояния почвы. Практическое руководство. – Крисмас+, Санкт-Петербург, 2008.
5. Смирнов И.А., Евсеенко М. С. Тайны микробиологии. Царство грибов. Научные развлечения. Руководство для родителей и руководителей микробиологических кружков. – М.: Издательство Ювента, 2010.
6. Шлыкова Д. С., Струкова Е. Н. Методическое пособие к набору для проведения микробиологических исследований «Научные развлечения». – М.: «Научные развлечения», 2013. – 60с.
7. http://www.mosecom.ru/soil/,
8. http://www.protown.ru/russia/city/articles/2866.html,
9. http://www.etomesto.ru/map-eco_pochva/,
10. http://www.ecofactor.ru/articles/issledovaniepochvi/
11. http://www.zna1.ru/prisposoblyaemost-rassteniy-k-zasolennosti-pochv

Обзор литературы

Почва обладает специфическими физическими свойствами, рыхлостью сложения и агрегатным состоянием или структурой. Почва отличается особыми химическими свойствами. Одно из них – накопление в верхней части почвы гумуса (перегноя)- продукта существования и отмирания растений, почвенных животных, микроорганизмов. Гумус является материальной и энергетической основой для жизнедеятельности почвенных организмов. Почва – это и среда обитания живых организмов, она тесно связана с их деятельностью. Верхняя часть профиля почвы пронизана огромным количеством корней, которые растут, отмирают, разлагаются и при этом разрыхляют её, восстанавливают структуру, делая пригодной для жизни почвенных организмов. Особенно много здесь скапливается различных микроорганизмов, мелких животных. Почва создаётся совместной жизнедеятельностью множества организмов. В почве обитает огромное количество червей, клещей, членистоногих, роющих позвоночных животных, млекопитающих. Все они в поисках пищи перекапывают, перемешивают, переносят в другие места почву, улучшают условия для прорастания корней растений. Выделения их пищеварительных систем повышают плодородие почвы. Растения изменяют почву внутри, благодаря корневой системе, и снаружи – ежегодно сбрасывая листву, растения образуют слой мёртвого органического вещества (растительный опад), который является средой обитания множества организмов и источником почвенного плодородия. Почва – насыщенная жизнью среда.

Древесные растения оказывают существенное влияние на растительность нижних ярусов, изменяя водный, тепловой, световой режим биогеоценоза. Однако этим не исчерпывается их биогеоценотическая роль. Древесные растения также формируют значительное количество листового опада, вместе с которым в почву возвращаются химические соединения, принадлежащие к разнообразным классам. Эти вещества вымываются из отмерших листьев, образуются при разложении растительных остатков грибами и бактериями. Химические соединения, присутствующие в опаде, служат не только пищевым субстратом для гетеротрофов-редуцентов, но и влияют на окружающие растения, изменяют свойства почвы, создают определенные условия для формирования группировок микроорганизмов. С другой стороны, сами древесные растения зачастую оказываются в неодинаковых условиях местообитания, испытывая воздействие различного увлажнения, температуры, своеобразных условий почвенного субстрата. Кроме того, комплекс экологических условий места произрастания определяет и формирование определенного микробоценоза, который также будет влиять на растительность. Исходный химический состав опада обладает видовой специфичностью. Скорость разложения опада в условиях различных ценозов также в значительной степени связана с его видовым химическим составом. В начальный период разрушения опада разлагаются легкорастворимые и подвижные соединения, на следующих стадиях биохимические процессы замедляются и с этого времени пул подвижных соединений значительно сокращается. Сравнительно быстро подвергаются деструкции целлюлоза и гемицеллюлоза, лигнин разрушается гораздо медленнее с образованием фенольных соединений. На ход и интенсивность разложения и минерализации растительных остатков влияет также гидротермический и воздушный режимы конкретного биогеоценоза.

Можно предполагать, что в ряду экологических факторов, оказывающих влияние на изменение химического состава опада в процессе его деструкции, должны быть названы количество свободной влаги и микробная деятельность. Последняя, в свою очередь, определяется экотопическими условиями (рельеф, увлажнение, термический режим, свойства почвы). Кроме того, химический состав опада будет, вероятно, зависеть и от растительного окружения.