Методы исследования плодородия почвы

Цель работы: определить экологическое состояние почвы, плодородия почвы пришкольного участка, предложить мероприятия по улучшению ее плодородия.

Задачи:

1. Изучить физико – химические свойств почвы, влияющие на плодородие; исследовать экологическое состояния почвы и сделать выводы об экологическом состоянии пришкольной территории.

2. Изучить физические свойства: плотность, механический состав, структуру; химические свойства: кислотность, засоленность почвы, химический состав: наличие катионов и анионов.

3. Предложить мероприятия по улучшению плодородия почвы школьного участка.

Введение.

Почва - поверхностный плодородный слой земной коры, созданный под совокупным влиянием внешних условий: тепла, воды, воздуха, растительных и животных организмов. Живые организмы способствуют развитию основного свойства почвы-плодородия.

Любая почва состоит из трёх главных составляющих частей, которые находятся между собой в тесном взаимодействии.

Твёрдая фаза почвы состоит на 90% и более из сложных минералов и на 10% из органических веществ, которые играют очень важную роль в плодородии почвы.

Почвенный раствор- наиболее подвижная и активная часть почвы, в которой совершаются разнообразные химические процессы.

Почвенный воздух – служит основным источником кислорода для дыхания корней растений.

Плодородием почвы называют её способность обеспечивать растения необходимым количеством питательных элементов, воды и воздуха.

Почва является как бы живым организмом, внутри которого протекают различные сложные процессы. Для того чтобы поддерживать почву в хорошем состоянии, необходимо знать природу обменных процессов всех её составляющих.

Поверхностные слои почвы обычно содержат много остатков растительных и животных организмов, разложение которых приводит к образованию гумуса. Количество гумуса определяет плодородие почвы.

В нормальных естественных условиях все процессы, происходящие в почве, находятся в равновесии.

Но нередко в нарушении равновесного состояния почвы повинен человек. В результате развития хозяйственной деятельности людей происходит загрязнение, изменение почвы и даже её уничтожение.

Одним из последствий усиления производственной деятельности человека является интенсивное загрязнение почвенного покрова. В роли основных загрязнителей почв выступают металлы и их соединения, радиоактивные элементы, а также удобрения и ядохимикаты, применяемые в сельском хозяйстве.

Для того чтобы определить экологическое состояние, плодородие почвы исследуют следующие показатели: 1) количество перегноя и количество воды;

2) механический состав;

3) воздухопроницаемость;

4) водопроницаемость;

5) кислотность почвы;

6) цвет ; 7) наличие катионов и анионов; 8) наличие химических загрязнителей.

Для проведения физико-химического анализа почвы необходимо правильно провести пробоотбор. Отбор почвенных образцов лучше проводить весной или осенью. Рекомендуется составлять объединённые (смешанные) пробы в разных точках участка площадью от 100 кв. м до 1 га. На практике для отбора почвенных образцов часто используют метод конверта.

Рис. Взятие почвенных образцов методом конверта.

_ точки отбора индивидуальных образцов.

Подготовка почвы к анализу состоит в измельчении материала, удалении посторонних примесей, просеивании через сито с диаметром отверстий 1 мм и сокращения до небольшой массы. Измельчённый материал тщательно перемешивают, получают однородный материал и делают различные вытяжки (водные, солевые, кислотные).

Приготовление водной вытяжки. 20 г воздушно-сухой просеянной почвы помещают в колбу на 100 мл. добавляют 50 мл дистиллированной воды, взбалтывают в течение 5-10 мин. И фильтруют

Методы исследования плодородия почвы.

. Методика исследования содержания в почве перегноя и воды

С глубины 15-20 см взяли образцы весом 100 г, рассыпав тонким слоем на листе фанеры, оставили на 5-6 часов на солнце. После пересыхания взвесили, потом в фарфоровой чашке прокалили до тех пор, пока не перестал выходить дым и снова взвесили. Так определили количество перегноя и воды.

Методика исследования почвы на воздухопроницаемость

Воздухопроницаемость является важным показателем плодородия почвы. Воздух необходим корням растений, как перегной, минеральные удобрения и вода. То, что в почве содержится воздух, можно легко доказать. Если взять горсть сухой почвы и насыпать её в стакан с водой, то заметно, что из почвы выходит большое количество пузырьков газа. Это выделяется воздух. Полученные результаты только визуальны, не имеют цифровых подтверждений.

Методика определения плодородия почвы по её цвету

Одним из главных признаков плодородия почвы является наличие в ней гумусовых веществ, которые обуславливают окраску. По цвету почву можно условно разделить на категории по содержанию гумуса и плодородию:

Цвет Плодородие

Черная гумусная, плодородная

Темно-серая среднегумусная, среднеплодородная

Серая малогумусная, молаплодородная

Механический состав.

Механический состав обусловлен наличием в ней глины, песчаника, мелких камней, биогенных и антропогенных включений. По механическому составу почвы бывают: песчаные, супесчаные, легко-, средне-, тяжелосуглинистые, легко-, тяжелоглинистые. От механического состава зависит водопроницаемость, водоудерживающая и водоподъемная способность почв.

Структура почвы.

Под структурой почвы понимают строение ее агрегатных частиц, а под структурностью – способность почвы при ее рыхлении распадаться на отдельные комочки (агрегаты). В зависимости от величины комочков различают микро- и макроструктуру. Под макроструктурой подразумевают почвенные агрегаты величиной от 0,25 до 10 мм. Комочки больше 10 мм характеризуют глыбистую структуру. Почвы по структуре:

Кубовидный тип

Структурные отдельности простираются по 3 – м направлениям ( х,у,z ): а) глыбистая; б) комковатая (грани ребра обтекаемые), в) ореховая; г) зернистая (грани и ребра выражены четко).

Призмовидный тип.

Структурные отдельности вытянуты по оси У: а) столбчатая ( закругляется вверху и внизу ); б) призматическая (усеченная вверху и внизу).

Плитовидный тип

Структурные отдельности вытянуты по горизонтальной оси: а) плитчатая, б) чашуйчатая.

Для эффективного плодородия наибольшую ценность представляет зернистая и мелкокомковатая структура.

Кислотность почв.

Реакция почвы обусловлена соотношением в почвенном растворе водородных и гидроксильных ионов. Различают почвы: очень сильнокислые – рН меньше 4,0; сильнокислые – 4,1 – 4,5; среднекислые – 4,6 –5,0; слабокислые – 5,1 – 6; нейтральные 6,5 – 7,4; слабощелочные – рН – 7,5 – 8,5; сильнощелочные – 8,5 – 10,0 и резкощелочные – рН –10,1 – 12.

Реакция почвы оказывает разносторонее влияние на свойства почв и растения. В кислых почвах наблюдаются недостаток Са, повышается токсичность ионов А1, Мп, Н, ухудшается физические свойства почвы, снижается ее биологическая активность.

В кислых почвах повышается растворимость соединений железа, марганца, алюминия, бора, меди, цинка. При избытке этих элементов продуктивность растений снижается. В то же время высокая кислотность понижает доступность молибдена.

Усвояемость фосфора максимальна при рН – 6,5, в более кислой (как и щелочной) среде она снижается. Кислая среда угнетающе действует на процессы аммонификации, нитрификации, фиксации азота из воздуха, ухудшая азотный режим почвы. Оптимальные условия для развития микрофлоры, определяющей эти процессы, находятся в пределах рН 6. 5 – 8. 0.

На щелочных почвах возникает дефицит некоторых микроэлементов (Zп, Fe, Мп, Сu). При высокой щелочности ухудшаются физические свойства почв. Сильно щелочная реакция неблагоприятна для большинства растений. Агрономическая оценка одних и тех же показателей кислотности или щелочности почв неоднозначна для различных культур и сортов. Она изменяется также в зависимости от содержания гумуса, механического состава, обеспеченности растений минеральными элементами питания.

Засоленность почвы.

Засоленность почвы характеризуется повышенным содержанием легкорастворимых минеральных солей, что неблагоприятно сказывается на физических и химических свойствах почвы и создает неблагоприятные условия для развития и роста растений. Сильнозасоленные почвы обычно непригодны для выращивания сельскохозяйственных культур. У растений, произрастающих на засоленных почвах, задерживаются набухание семян, цветение, рост, снижается урожайность. Наиболее вредное влияние оказывают карбонаты, хлориды и сульфаты натрия. При выявлении сильного засоления почв сельскохозяйственных угодий необходимо проводить специальные гидромелиоративные мероприятия (орошение, дренаж, промывка).

Экспериментальное исследование.

Состав почвы определяли органолептическим методом. Для этого брали почвенные образцы методом « конверта». Данный метод используется для исследования почвы гумусового горизонта. При этом из точек контролируемого участка берут пять образцов проб почвы. Точки должны быть расположены так, чтобы мысленно соединенные прямыми линиями, давали рисунок запечатанного конверта. Из каждой точки отбирают не менее 0,5 кг почвы.

Ход работы

Определение механического состава почвы.

В основе разделения по механическому составу лежит классификация механических элементов. В основе подобного выделения положены пластичность почвы, ее способность к слипанию. Для этого используем тест, выполняемый «методом шнура», или называемый пробой на скатывание.

Название почвы Определение на ощупь Скатывание влажной почвы Проба на резание влажнойПроба на плотность сухой почвы почвы

Песчаная Заметно ощущаются Не скатывается в шарик При резании ножом почва Почва рыхлая песчинки рассыпается

Супесчаная Ощущаются песчинки, Плохо скатывается в шарик При резании ножом Почва состоит из небольших, но очень немного мажется поверхность среза непрочных комочков шероховатая

Сугли Мажется, песчинки едва Скатывается в шарик и в «колбаску» Поверхность среза слегкаПочва состоит из довольно плотных нистая прощупываются (легкосуглинистые), при сгибании в шероховатая комочков кольцо ломается (среднесуглинистые),

Кольцо с крупными трещинами

(тяжелосуглинистые)

Глинистая Мажется, песчинок Хорошо скатывается в «колбаску», Поверхность среза Комочки почвы очень плотные, трудно незаметно которая при сгибе не ломается блестящая разминаются.

Проведя исследование, выяснила: почва на пришкольном участке – среднесуглинистая.

Определение плотности почвы.

Плотность – степень связанности почвенной массы.

Плотность почвы определяем на пришкольном участке с помощью ножа или лопаты.

Почва может быть:

• Рассыпчатая – лопата легко втыкается;

• Рыхлая – лопата втыкается без труда;

• Уплотненная – лопата входит с усилием;

• Плотная – лопата входит с трудом;

• Очень плотная – лопата не входит, «звенит».

Проведя исследование, выяснила, почва на пришкольного участка – уплотненная.

Определение структуры почвы

По сухому образцу определяем структуру почвы.

Проведя исследования, выяснила: почва пришкольного участка имеет комковатую структуру.

Исследование содержания в почве перегноя.

Взвесила 40 г сухой почвы, потом в фарфоровой чашке прокалила до тех пор, пока не перестал выходить дым, и снова взвесили. Так определила количество перегноя. Масса почвы составляла 38 г.

Исследования показали, что в почве содержится достаточно перегноя.

Химический состав почвы.

Исследование кислотности почвы.

Кислотность почвы пришкольного участка определяла следующим образом.

В пробирке к 3-4 г почвы приливали 4-5 см хлористого калия, после чего взбалтывали смесь в течение 3-4 мин, затем отстаивали.

После того как раствор посветлел, брали пипеткой 1 см этого раствора, помещали его в фарфоровую чашку и приливали 1-2 капли индикатора – лакмуса. Если раствор окрашивается в розовый цвет, то почва является кислой, а если в зеленоватый, то – щелочной. Пользуясь цветной шкалой, устанавливается кислотность в выбранных образцах.

По результатам исследования кислотность почвы пришкольного участка от рН -7 до рН- 7,5 ( от нейтральной до слабощелочной).

2. Определение засоленности почвы.

Засоленность определяется присутствием легко – и среднерастворимых соединений в почве. Содержание в верхней части почвенного профиля легкорастворимых солей в количестве, превышающем 0,2%, свидетельствует о засоленности почвы. Отрицательное влияние легко- и среднерастворимых солей на плодородие неодинаково. Наиболее вредными для растений солями являются карбонаты и сульфаты натрия, хлориды натрия, магния, кальция. Избыток таких солей снижает плодородие почвы. Легкорастворимые соединения, повышающие плодородие почв, - нитраты. Из среднерастворимых соединений безвредными солями являются карбонаты кальция и магния, а также сульфат кальция (гипс).

3. Определение содержания в почве ионов: Cl- , SO42- , SO32- , CO32- , NO3- , Fe3+ , Pb2+

Обнаружение карбонатов в почве.

Выполнение анализа.

Из образца берут небольшое количество почвы, переносят фарфоровую чашку. На почву из пипетки капают несколько капель 10 % соляной кислоты. Если почва содержит карбонат – ион, то под действием кислоты начинается выделение углекислого газа:

Nа 2СО3 + 2НСI = 2NаCI + CO2 ↑ +Н 2О

Кислоту добавляют до прекращения выделения пузырьков углекислого газа. По интенсивности выделения углекислого газа и по количеству израсходованной соляной кислоты судят о более или менее значительном содержании карбонатов.

Проба № 1 наблюдаем выделение пузырьков газа

Проба № 2 наблюдаем выделение пузырьков газа

Проба № 3 наблюдаем выделение пузырьков газа

Вывод: карбонат - ионы в почве обнаружены.

Определение сульфатов в почве.

При наличии сульфатов происходит реакция:

Nа 2SО4+ ВаСI2 =2 NаСI +Bа SO4 ↓

Сульфат бария выпадает в виде белого осадка. Образование ясно видного белого осадка свидетельствует о содержании сульфатов в количестве нескольких десятых процентов и более. Сильная белая муть указывает на содержание сульфатов в количестве сотых долей процента. Слабая муть, заметная лишь на черном фоне, образуется при содержании сульфатов в количестве тысячных долей процента.

Обнаружение сульфат –ионов (SO42-)в почве.

Выполнение анализа.

В пробирку внести 10 мл пробы, 0,5мл соляной кислоты (1:5) и 2 мл 5% раствора хлорида бария. По характеру выпавшего осадка определяют ориентировочное содержание сульфат- ионов. При отсутствии мути концентрация сульфат - ионов менее5 мг/л, при слабой мути, появляющейся не сразу , а через несколько минут - 5-10мг/л. При концентрации сульфат - ионов более10мг/л выпадает белый осадок: Ba2+ + SO42-= BaSO4↓

Вывод: Проба №1 – помутнение

Проба №2 – помутнение;

Проба №3 – помутнение.

Вывод: явного осадка не обнаружено, а обнаружено слабое помутнение, что свидетельствует о том, что сульфат – ионы обнаружены в количестве сотых долей процента.

Обнаружение - ионов натрия в почве.

Ионы натрия легче всего обнаружить по характерной окраске пламени ярко желтого цвета.

Для этой цели использовала железную проволочку. Ее вначале прокаливают в пламени спиртовки докрасна, затем вносят в исследуемый раствор, и вновь в пламя спиртовки и отмечают цвет пламени. Цвет пламени окрасился в жёлтый цвет

Вывод: ионы натрия в исследуемом образце почвы обнаружены.

Обнаружение хлорид - ионов (Cl-) в почве.

Выполнение анализа.

К 10мл почвенной вытяжки прибавить 3-4 капли азотной кислоты (1:4) и прилить 0,5мл. нитрата серебра (AgNO3).

NaCI +AgNO3 = AgCI ↓ + NaNO3

Белый осадок выпадает при концентрации хлорид - ионов более100мг/л:

Cl- +Ag+ = AgCl ↓

Помутнение раствора наблюдается, если концентрация хлорид – ионов более 10мг/л, опалесценция – более 1мг/л. При добавлении аммиака NH3 раствор становится прозрачным.

Вывод: Проба№1- помутнение;

Проба №2- помутнение;

Проба №3 – помутнение.

Вывод: помутнение раствора свидетельствует о том, что обнаружены хлорид – ионы, и данный образец содержит сотые доли % хлоридов.

Обнаружение сульфит – ионов (SO32-).

Выполнение анализа.

В пробирку внести 10 мл пробы, добавить 3 мл слабого раствора перманганата калия. При содержании сульфит – иона розовый цвет раствора исчезает.

3SO32-+ 2MnO4-+ H2O -2Mn(OH)2 + 3SO42-+ 2OH-

Вывод: Проба№1 – не обнаружен

Проба№2 – не обнаружен

Проба№3 – не обнаружен

Качественное обнаружение катионов тяжелых металлов в почве.

1. Обнаружение свинца (Pb2+).

В пробирку с почвенной пробой внести 1мл 50% раствора уксусной кислоты, перемешать. Добавить 0. 5мл 10% раствора дихромата калия. При наличии в исследуемой пробе ионов свинца выпадает желтый осадок свинца. Содержание катионов свинца более 100мг/л:

Если наблюдается помутнение раствора то концентрация катионов более 20мг/л, а при опалесценции –0,1мг/л.

Вывод: Проба№1 – нет

Проба№2 – нет

Проба№3 – нет

Вывод: ионов свинца в почвенной вытяжке не обнаружено

2. Обнаружение катионов железа (Fe3+).

В пробирку с 10 мл почвенной вытяжки добавить 1 каплю концентрированной азотной кислоты, затем добавить 2-3 капли пероксида водорода и 0,5 мл раствора роданида аммония. При содержании железа 0,1мг/л появляется розовое окрашивание, а при более высоком - красное.

Fe3++ 3CNS-= Fe(CNS)3

Вывод: Проба №1 – окрашивания нет

Проба№2 – окрашивания нет

Проба№3 – окрашивания нет

Катионов железа не обнаружено.

3. Обнаружение катионов меди (Cu2+).

В фарфоровую чашку помещают 3-5мл почвенной пробы, осторожно выпаривают досуха и наносят на периферийную часть пятна каплю концентрированного раствора аммиака. Появление интенсивно-синей или фиолетовой окраски свидетельствует о присутствии ионов меди Cu2+:

Cu2++ 4NH4OH- [Cu(NH3)4]2++ 4H2O

Вывод: Проба№1 - окраски нет

Проба№2- окраски нет

Проба№3 - окраски нет

Катионов меди не обнаружено.

Результаты исследования наличия катионов и анионов в почве.

Ионы Путь выявления в растворе Результаты в пробе

Катионы

№1 №2 №3

SO42- проба+(2-3мл)HCl+(0,5мл)BaCl2 + + +

=BaSO4 ↓ белый осадок

SO32- проба+(2-3мл)KMnO4 розовый цвет исчезает нет нет нет

Cl- проба+(3-4мл)HNO3 +(1мл)AgNO3 =AgC ↓ белый осадок Помутнение-опал+ +

есценция значит

Сl- >1мг/л

Fe3+ проба+(1мл)HNO3 +H2O2+(1мл) NH3CNS = NH(CNS)3 красный осадок нет нет нет

Na+ проба 2-3мл на пламя спиртовки – пламя пожелтеет + + +

Cu2+ проба+ NH4OH =[Cu(NH3)4] соль синего цвета нет нет нет

Pb2+ проба+(1мл)K2СrO4= PbСrO4 – желтый осадок нет нет Нет

CO32- Nа 2СО3 + 2НСI = 2NаCI + CO2 ↑ +Н 2О + + +

Результаты исследования.

В ходе исследования выяснила:

Механический Плот структура Кислот Засоленность состав ность ность хлориды карбонаты сульфаты Ионы натрия

Среднесуглинистыеуплотненная комковатая рН 7 -7,5 + + + +

различимый белый Сильное вскипание Сильная муть творожистый осадок

Вывод: почва пришкольного участка уплотненная, содержит достаточно перегноя, слабощелочная, средняя засоленность; среднесуглинистая. Кислотность близка к нейтральной, в почве обнаружены хлориды, карбонаты, сульфаты. Почва нашего участка структурированная : с хорошей аэрацией и инфильтрацией.

Экспериментально выяснила, что в почве не содержится ионов железа, свинца, меди, что свидетельствует об отсутствии химических загрязнителей на территории школы. Из этого следует, что экологическое состояние микрорайона школы соответствует норме. Наша территория экологически чистая.

Рекомендации по улучшению плодородия почвы.

Улучшение газообмена почвы. С этой целью применять глубокую вспашку на глубину 30- 35 см. , своевременно рыхлить почву. Рыхление проводить после дождя или полива на глубину 2 – 3 см в зависимости от культуры. Поверхность почвы после рыхления должна быть выровнена.

Вносить органические и минеральных удобрения, тем самым повышая плодородие почвы. Внесение органических удобрений способствует улучшению питательного режима, физико-химических, водных, воздушных и тепловых свойств почв.

Внедрять и строгое соблюдать правила севооборотов с посевом многолетних Использовать в севооборотах бобовые культуры.