Дом  ->  Квартира и дача  | Автор: | Добавлено: 2015-03-23

Исследование химического состава вод и почв школьной территории

В наше время важно знать какие химические элементы и их соединения входят в состав почвы и воды, особенно на школьном учебно-опытном участке, так как на нём возделывается большое количество сельскохозяйственных растений и чтобы избежать неурожая мы должны следить за составом почвы и воды. В последние годы подобных исследований не проводилось. Не зная состава, наугад, химические удобрения вносить нельзя. Дело в том, что, попадая в почву не своевременно или в избыточном количестве, удобрения могут переходить в труднодоступные для растений химические соединения, накапливаться в почве и воде, попадать в организм человека. Поэтому, нужно разработать рекомендации по улучшению состава почвы школьного двора, рекомендации по улучшению состава почвы школьного участка и рекомендации по внесению минеральных удобрений.

Цель работы:

Изучение качественного состава воды и почвы на территории школы.

Задачи:

1. Произвести отбор образцов почвы и воды.

2. Подобрать химические реакции, с помощью которых будем определять качественный состав почвы и воды.

3. Провести исследования и проанализировать полученные результаты.

4. Выпустить информационные листы для населения с результатами исследования.

5. Разработать рекомендации по внесению необходимых минеральных удобрений и по выбору возделываемых культур.

1. Методы исследования

Качественный анализ почвы и воды.

Полевое обследование почв. Знакомство с физическими свойствами почвы пришкольного учебно-опытного участка.

Цель: научиться осуществлять отбор почвенных образцов, познакомиться с методами определения физических свойств почвы, изучить физические свойства почвы пришкольного учебно-опытного участка.

Оборудование: лопата, ведро, блокнот для полевых записей, пол-литровая банка.

Ход работы:

1. Отбор почвенных образцов.

Отбор почвенных образцов производят в осенний или весенний период времени, когда растительный покров недостаточно развит, или растения уже собраны с поля.

Исследуемую территорию делят на участки, которые называются элементарными. С каждого участка отбирают один смешанный образец.

Способы взятия смешанных образцов.

Образцы отбирают лопатой или буром. При этом копают небольшую яму на глубину пахотного горизонта, при этом одну стенку её делают отвесной. С отвесной стенки срезают пласт почвы на всю глубину ямы толщиной около 5 см. Слой кладут на землю и из средней его части вырезают вертикальный столбик. Это и будет индивидуальный почвенный образец. Его объём должен быть приблизительно 500 см3. Когда будут собраны в ведро все индивидуальные образцы с элементарного участка, всю почву из ведра высыпают на клеёнку, тщательно перемешивают и распределяют тонким ровным слоем. Затем берут из 10-15 мест по горсти почвы и пересыпают в банку. Так получают смешанный почвенный образец.

2. Полевой метод определения влажности.

При изучении почвы важно знать её влажность, т. к. она оказывает влияние на цвет, структуру и другие свойства почвы. Влажность зависит от количества воды, содержащейся в ней и от её механического состава.

В полевых условиях для определения влажности следует взять горсть почвы и сжать её в ладони. При этом следует описать происходящие явления и определить степень влажности почвы.

1) Если почва пылит, не холодит руку, на ощупь не наблюдается присутствие влаги, то почва сухая.

2) Если почва не пылит, холодит руку, при подсыхании немного светлеет, то почва слегка увлажнённая.

3) Если почва при подсыхании светлеет и сохраняет полученную форму, а при взятии почвы рука ощущает влагу, фильтровальная бумага становиться влажной от комочка почвы, то почва влажная.

4) Если почва при сжатии в руке превращается в тестообразную массу, в вода смачивает руку, но не сочиться между пальцами, то почва сырая.

5) Если почва при сжимании в руке выделяет капельно-жидкую воду, просачивающуюся между пальцами, а почвенная масса обнаруживает тягучесть, то почва мокрая.

Результаты этого исследования следует зафиксировать в блокноте для полевых записей.

3. Определение структуры почвы.

Под структурой почвы понимают способность её распадаться на отдельные частицы, которые называют структурными отдельностями. Они могут иметь разную форму (комки, призмы, пластинки, т. д. ).

Для пахотного горизонта большинства почв типична зернистая или комковатая структура. При такой структуре почва распадается на отдельные комочки диаметром 0,5 – 15 мм. Иногда структурные отдельности бывают выражены крайне нечётко или могут совершенно отсутствовать.

Для определения структуры почвы вырежьте образец почвы и подбросьте его на лопате 1-2 раза, в результате чего образец распадётся на структурные отдельности.

Рассмотрите их, определите степень однородности, форму, размер. Результаты наблюдений запишите в блокнот.

Показатели Результат

Степень однородности

Форма структурных отдельностей

Размер структурных отдельностей

Для определения размеров можно воспользоваться миллиметровой бумагой или линейкой.

4. Определение окраски (цвета) почвы.

При определении окраски почвы всегда следует обращать внимание на степь влажности и силу солнечного освещения. Одна и та же почва в разных условиях может иметь разную окраску.

Отчёт по практической работе.

Отчёт следует представить в следующем виде:

1. Тема работы

2. Цель работы.

3. Ход работы

1) План пришкольного учебно - опытного участка с указанием места взятия смешанного образца.

2) Физические свойства почвы.

Определение влажности окраски почвы пришкольного учебно-опытного участка.

Показатели Результат

Влажность

Определение структуры почвы.

Показатели Результат

Степень однородности

Форма структурных отдельностей

Размер структурных отдельностей

4. Вывод о проделанной работе (что делали, какие результаты получили).

Качественное определение химических элементов почвы

Цель: научиться готовить водную и солянокислую вытяжку почвы, проводить качественные реакции на определения содержания карбонат-, сульфат-, хлорид-, нитрат-ионов, оксидов железа (2 и 3).

Оборудование: химическая посуда, весы с разновесами, химические реактивы: 10% раствор азотной кислоты, 10% раствор соляной кислоты, 0,1н раствор нитрата серебра, 20% раствор хлорида бария, раствор дифениламина в серной кислоте (0,2 г дифениламина в 20 мл серной кислоты плотностью 1,84), 4% раствор оксалата аммония, красная кровяная соль кристаллическая, 10% раствор роданида калия.

Ход работы:

1. Приготовление водной вытяжки.

Пробу почвы тщательно разотрите в фарфоровой ступке. Возьмите 25 г почвы, поместите её в колбу ёмкостью 200 мл и прилейте 50 мл дистиллированной воды. Содержимое колбы тщательно взболтайте и дайте отстояться в течение 5-10 мин. , а затем отфильтруйте в колбу ёмкостью 100 мл.

2. Приготовление солянокислой вытяжки.

Почву, оставшуюся после фильтрования водной вытяжки, перенесите в колбу, где находиться исходная масса, налейте в колбу 50 мг 10% раствора соляной кислоты и взбалтывайте содержимое в течение 30 мин, а затем дайте отстояться в течение 5 мин.

3. Качественное определение содержания карбонат-ионов в почвенном образце.

Небольшое количество сухой почвы поместите в фарфоровую чашку и прилейте пипеткой несколько капель 10% раствора соляной кислоты. Если почва соли угольной кислоты, то наблюдается характерное «шипение» - выделение при реакции оксида углерода (4). По интенсивности выделения газа судят о более или менее значительном содержании карбонатов в почве.

4. Качественное определение содержания хлорид –ионов.

В пробирку прилейте 5 мл водной вытяжки и добавьте в неё несколько капель 10% раствора азотной кислоты и с помощью пипетки 1-2 капли 0,1 н раствора нитрата серебра. При наличии хлорид-ионов в почвенной вытяжке в количестве десятых долей процента и более происходит образование белого хлопьевидного осадка. При содержании хлорид-ионов в количестве сотых и тысячных долей процента осадка не выпадает, но раствор мутнеет.

5. Качественное определение содержания сульфат-ионов.

В пробирку прилейте 5 мл водной вытяжки, добавьте в неё несколько капель концентрированной соляной кислоты и с помощью пипетки прилейте 3-3 мл 20% раствора хлорида бария. При наличии сульфатов в водной вытяжке в количестве нескольких десятых процента и более происходит выпадение белого мелкокристаллического осадка. Сотые и тысячные доли процента сульфатов в растворе определяются помутнением раствора.

6. Качественное определение нитрат – ионов.

В пробирку налейте 5 мл фильтрата водной вытяжки почвы и по каплям прибавьте раствор дифениламина в серной кислоте. При наличии нитратов раствор окрашивается в синий цвет.

7. Качественное определение ионов кальция.

К 10 мл фильтрата водной вытяжки почвы добавьте несколько капель 10% раствора соляной кислоты и прилейте 5 мл 4% раствора оксалата аммония. Белый осадок оксалата кальция свидетельствует о наличии нескольких процентов кальция в почве. При наименьшем содержании кальция (сотые и тысячные доли процента) наблюдается лёгкое помутнение раствора.

8. Качественное определение оксидов железа (2 и 3).

В две пробирки внесите по 3 мл отфильтрованной солянокислой вытяжки. В первую пробирку добавьте красной кровяной соли. Появившееся синеватое окрашивание указывает на присутствие в почве оксида железа (2).

Во вторую пробирку добавьте несколько капель 10% раствора роданида калия. При наличии оксида железа (3) раствор приобретает кроваво-красный цвет.

Отчёт по практической работе.

Отчёт следует предоставить в следующем виде:

1. Тема работы.

2. Цель работы.

3. Оборудование.

4. Ход работы:

1)Таблица, определяющая ход эксперимента.

Вытяжка Наличие ионов

CO32- Cl- SO42- NO3- Ca2+ Fe2+, Fe3+

водная солянокислая

2)Напишите уравнения всех происшедших в ходе эксперимента реакций в молекулярном и сокращённом ионном виде.

5. Вывод о проделанной работе (что делали, какие результаты получили).

2. Краткая теория:

Как известно, в процессе жизнедеятельности растения поглощают из почвы большое количество минеральных солей. Об этом можно судить по таким цифрам. В сутки растения, произрастающие на площади одного гектара, в среднем поглощают: азота-1-2кг, фосфора-0,25-0,5кг, калия-2-4кг и других элементов-2-4кг. Хотя также известно, что вода и органические вещества составляют 99 процентов от веса растения. Значит, на долю солей приходится всего 1 процент. Но без этого процента нормальная жизнедеятельность растений невозможна.

Минеральные удобрения являются наиболее крупным резервом подъёма урожайности и повышения плодородия почв. В настоящее время в общем балансе вносимых в почву питательных удобрений, на минеральные приходится около 60%. Минеральные удобрения подразделяются на простые, содержащие один элемент питания, и комплексные (сложные, комбинированные и смешанные), содержащие два-три макроэлемента, а также микроэлементы.

Азот - один из основных элементов питания растений. Он входит в состав белков, нуклеиновых кислот, хлорофилла, алкалоидов, ферментов, других важных для жизни растений органических веществ. В растительных белках его содержится от 15 до 10%.

Условия азотного питания оказывает большое влияние на развитие растений. При недостатке этого элемента их рост резко ухудшается, стебли становятся хрупкими, слабо ветвятся, листья преждевременно желтеют, что отрицательно сказывается на урожае плодов.

Главный источник азота в почве – гумус. В нём содержится около 5% этого элемента. Но непосредственно на питание растений он не расходуется. Медленно, в результате ряда микробиологических превращений азот гумуса становится доступным для питания растений. Однако для выращивания высокого урожая этого азота мало, потому что за год минерализуется обычно только 1% азота гумуса. Запасы гумуса в значительной мере зависят от типа почв.

Основной способ пополнения запасов азота в почве – внесение азотосодержащих удобрений. Азот в таких удобрениях находится в нитратной NO3-, аммонийной NH4+ и амидной NH2- формах.

Нитратный азот NO3- быстро поступает в растение. Он тормозит поступление в растение хлорид – ионов. Это благоприятно для растений, так как хлорид – ионы отрицательно влияют на формирование и качество урожая овощных культур. Нитратный азот NO3- может накапливаться в растениях в больших количествах, не вызывая их отравления. Азот нитратов используется в синтезе органических веществ в растении после восстановления нитратной формы азота NO3- до аммонийной NH4+.

К группе минеральных удобрений также относятся фосфорные и калийные.

Фосфор в растениях содержится в минеральных и органических соединениях. Минеральные соединения фосфора представлены в них в виде кальциевых, калиевых, магниевых солей ортофосфорной кислоты. Наиболее важную роль играет фосфор в органических соединениях. Он входит в состав нуклеиновых кислот, которые участвуют в основных процессах жизнедеятельности: синтезе белков, росте и размножении, передаче наследственных свойств организма. Также способствует образованию и накоплению углеводов в растениях. Фосфор содержится в ферментах, витаминах, фосфорпротеидах, фосфатидах, фитене, других органических соединениях.

Фосфор оказывает многостороннее влияние на жизнедеятельность растений. При хорошем фосфорном питании значительно повышается урожай и улучшается качество сельскохозяйственной продукции. У злаковых культур возрастает доля зерна в общем урожае, в овощах, плодах и корнеплодах увеличивается содержание сахара, в клубнях картофеля-крахмала.

Оптимальное фосфорное питание способствует повышению зимостойкости растений, ускоряет их развитие и созревание. Так, под влиянием фосфорных удобрений сроки созревания зерновых культур сокращаются на 5-6 дней, что особенно важно для районов с непродолжительным периодом вегетации растений.

Фосфорные удобрения смягчают отрицательное действие засухи, существенно снижают коэффициент водопотребления. Кроме того, при оптимальном фосфорном питании лучше развивается корневая система растений, что также повышает их засухоустойчивость.

Фосфор не оказывает отрицательного влияния на растения даже при внесении очень высоких доз фосфорных удобрений.

Калий – один из важнейших элементов питания растений. Он способствует нормальному течению фотосинтеза, накоплению в растениях ряда витаминов, активизирует работу многих ферментов. Установлено, что более 60 различных ферментных систем растений могут нормально функционировать только при достаточном уровне калийного питания. Калий увеличивает поступление воды в клетки, повышает осмотическое давление и тургор, снижает процент испарения воды.

При хорошем калийном питании увеличивается содержание сахара в плодах и овощах, крахмала в картофеле, повышает зимостойкость культур, устойчивость хлебов к полеганию. Правильное применение калийных удобрений улучшает качество продукции, увеличивает в ней содержание белков и углеводов.

3. Результаты исследования.

1. Качественный состав почв.

Для исследования были взяты образцы почв с территории школьного учебно-опытного участка (№1), с территории огорода по адресу ул. Молодёжная д. 9, кв. 2 (№2), с территории огорода по адресу ул. Курганская, д. 36 (№3), с территории огорода по адресу ул. Первомайская, д. 8 (№4).

В ходе исследования мы определяли механический состав почв. По механическому составу образцы однородны, относятся к типу суглинистых почв. Почва имеет чёрный цвет, характерную комковатую структуру.

Качественных химический анализ образцов показал наличие в почвенной вытяжке различных анионов: хлорид-, сульфат- ионов. Действуя на сухую почву раствором соляной кислоты, мы определили наличие карбонат – ионов в каждом почвенном образце. В ходе приготовления солянокислой вытяжки обнаружилось выделение сероводорода, что говорит о наличие в почве сульфид-ионов. В солянокислой вытяжке всех образцов почв наблюдается содержание солей железа (2 и 3).

Визуального отличия в количественном содержании в почвенных образцах вышеназванных анионов не отмечается. А вот содержание ионов железа (2 и 3) в различных пробах разное. Наибольшее количество ионов железа (2 и 3) отмечается в пробе №4, в пробах № 1 и 3 его содержание примерно одинаково, в пробе №2 содержание ионов железа наименьшее (о количестве ионов судили по интенсивности цвета образовавшегося комплексного соединения гексацианоферрата железа (3)). Незначительное количество ионов железа, обнаруженных в пробе №2 возможно связано с тем, что территория этого огорода значительно «моложе», т. е. разрабатывается с целью возделывания сельскохозяйственных культур примерно в течение 20 лет, тогда как огород, с которого взят образец №4 используется человеком с момента первых поселений на территории села. Несомненно, что на содержание солей железа (2 и 3) влияет антропогенный фактор: чем старше огород, тем большее содержание в нем минеральных веществ. Кроме этого территория, с которой взят образец почвы №2, находится в пойме реки Тобол. Это возможно приводит к периодическому вымыванию растворимых солей железа (2 и 3).

2. Качественный состав вод.

Для определения путей проникновения в почву обнаруженных катионов и анионов была предпринята попытка осуществить качественный анализ талых снеговых вод на содержание тех же ионов. Для исследования были взяты образцы снега с территории, прилегающей к фельдшерско-акушерскому пункту (№1), с территории школьного учебно-опытного участка (№2), с территории стадиона (№3), с территории, прилегающей к магазину «Шанс» (№5). Отбор образцов был произведён в марте 2006 года. Контрольным образцом в серии данных экспериментов стал образец талых снеговых вод (№4), собранный с территории школы 5 апреля 2006 года. Чистота данного образца от загрязнения частицами почвы и соответственно минеральными веществами гарантирована временем выпадения снежных масс (снег выпал во время забора образца).

Для определения качественного состава водных образцов были использованы те же методики, что и для определения содержания ионов в почве (Приложение 1). Наличие ионов в талых водах можно свести в таблицу, которая отражает наличие тех или иных катионов и анионов в исследуемых образцах.

№ пробы Наличие ионов хлорид-ионы сульфат-ионы ионы железа (2,3)

1 (ФАП) + - +

2 (участок) + - +

3 (стадион) + + +

4 (свежий снег) - - +

5 (магазин) + + +

Практически во всех талых водах, кроме контрольной пробы, отмечено наличие небольшого количества хлорид-ионов. Причём степень помутнения за счёт выпавшего осадка хлорида серебра варьирует следующим образом: наибольшее количество хлорид-ионов в талых водах у магазина «Шанс», чуть меньше – в водах с территории школьного стадиона и пришкольного участка. Очевидно, что попадение в снеговые воды хлорид-ионов связано с «приземным» загрязнением: хлориды почвы «растворяются» в снеговых массах и обнаруживаются при исследовании. Это говорит о том, что содержание хлоридов в почве достаточно велико.

Содержание сульфат ионов отмечено только в снеге, взятом со стадиона и с территории, прилегающей к магазину. Наличие этого факта можно объяснить присутствием в нашем селе мощного экологического загрязнителя – котельной на твёрдом топливе. В исходящих из труб газах присутствуют оксиды серы (6 и 4), которые на определённом удалении от самой котельной превращаются в соли серной кислоты или в саму кислоту, выпадая на поверхность. Их присутствие мы обнаруживаем только в некоторых образцах (№3 и №5). Роза ветров в нашей местности такова, что в течение года просматривается преимущественное направление ветра с юго-запада на северо-восток, поэтому положительную реакцию на сульфат –ионы дают только, те образцы, забор которых осуществлялся в этом направлении. Талые воды свежего снега не имеют в своём составе ни хлорид,- ни сульфат-ионов.

Однако в нем отмечается наличие небольшого количества ионов железа (2 и 3). Такое же количество этих ионов визуально отмечается и в других исследуемых образцах. Присутствие солей железа даже в вновь выпавшем снеге вероятно также можно связать с присутствием антропогенного загрязнителя – котельной. Известно, что при сжигании угля выделятся соединения железа, 10% которых загрязняют атмосферу. Поэтому очевидно мы отмечаем присутствие солей железа и в почве, и в талых снеговых водах. Следует учесть ещё и тот факт, что достаточно большое содержание железа отмечено и в подземных, грунтовых водах. Следовательно, общий фон железосодержания в нашей местности достаточно высок.

Заключение:

1. Качественный анализ почвенных и водных образцов, взятых в районе школы и с прилегающих территорий, показал наличие в них достаточно большого количества разнообразных ионов: хлорид, сульфат-, карбонат,- сульфид-ионов, катионов железа (2 и 3).

2. Содержание избыточного количества солей железа (2 и 3) в почве приводит к её уплотнению и заболачиванию. Этот факт усугубляется ещё и механическими свойствами данного вида почв, т. к. на территории школьного учебно-опытного участка почва суглинистая, тяжёлая. Несмотря на необходимость железа для жизнедеятельности растения (входит в состав хлорофилла), ионы железа (2 и 3) в избытке способны образовывать сложные комплексные соединения преципитаты, которые влияют на процессы обмена веществ на клеточном уровне: уменьшается проницаемость мембран, происходит разрушение клеточных стенок. Фитотоксичность ионов железа возможно будет усиливаться в присутствии хлорид- и сульфат-ионов.

3. Избыточное содержание хлорид-ионов в почве и грунтовых водах также пагубно сказывается на жизнедеятельности растений, особенно овощей: картофеля, томатов, огурцов. Ионы хлора включаясь в обмен веществ, приводят к хлорозам – разрушению хлорофилла в клетках растений, что, несомненно, сказывается на качестве овощной продукции. В клубнях картофеля при избыточном содержании хлорид-ионов нарушается процесс накопления крахмала.

4. Поступление минеральных солей в почву и воду обусловлено рядом антропогенных и естественных факторов. Для снижения загрязнения почвы и воды следует перейти на другой вид топлива (с угля на газ). Эта работа в нашем селе уже проводится.

5. Для снижения уплотнения и вероятной заболачиваемости почвы на школьной учебно-опытном участке мы рекомендуем использовать такие агротехнические приёмы, которые улучшают структуру почвы: многократное рыхление (не реже 2-3 раз в 10 дней), мульчирование. Причём мульчирование следует осуществлять материалами, которые легко разлагаются в верхних слоях почвы. К таким материалам относится солома, которая легко доступна в нашей местности и при правильном применении является хорошим удобрением. Хорошей мульчёй может случить лиственная земля, образованная при разложении компостных куч.

6. Для уменьшения отрицательного влияния хлорид-ионов следует применять удобрения, содержащие нитратный азот, т. е. все виды селитр – калийную, аммиачную и другие.

7. Для поглощения из атмосферы соединений серы имеет смысл на территории школьного двора выращивать растения, их улавливающие. Такими способностями обладают немногие деревья и кустарники. Мы предлагаем включить в список проекта озеленения школьного двора тополь, бузину, осину.

Комментарии


Войти или Зарегистрироваться (чтобы оставлять отзывы)