Почва - поверхностный рыхлый слой литосферы Земли, обладающий плодородием и представляющий собой многофункциональную гетерогенную систему, образовавшуюся в результате выветривания горных пород и жизнедеятельности организмов [1]. Почва - одно из важнейших богатств, которыми располагает человек, так как является основным источником нашего пищевого благосостояния.

Люди и все другие живые организмы питаются растительной пищей и за этот дар природы мы обязаны почве – главной кормилице. Без почвы бы не росли деревья, которые много где используются, не произрастали бы овощи, фрукты, и многие другие растения пригодные в пищу. Но люди никогда не задумывались о том, что всё это исчезнет, если не обращать внимания не загрязнение почвы, так как без почвы вся жизнь на Земле исчезнет. Главным источником загрязнения почвы является человеческая деятельность.

Цель исследования: изучение экологического состояния разных образцов почв.

Задачи:

1. Изучить методики исследования почвы.

2. Изучить основные факторы загрязнения почв.

3. Изучить физико-химические параметры образцов почв, включающие:

определение гранулометрического состава почвы; определение содержания ионов водорода в образцах почв; определение засоленности почв; определение наличия ионов свинца и определение карбонат-ионов.

4.Оценить плодородие почв разных образцов.

Объект исследования: почва, её состав, структура, свойства почвы.

Предмет исследования: механический и химический состав почвы.

Методы исследования: описательный, сравнительный, эксперимент, анализ, обобщение.

Новизна: ранее исследования почвы на клумбе на территории академического лицея не проводились.

Гипотеза: Почвы разных образцов подвергаются антропогенному воздействию, что снижает их плодородие.

1. Теоретическая часть 1.1 Почва и её состав

В почве выделяют четыре фазы: твердая, жидкая, газообразная и живая.

К твердой фазе относятся органические и минеральные вещества. Это частицы разного размера и формы, которые неплотно примыкают друг к другу (глыбы, обломочные породы, глина, песок, пыль и другие). Тем не менее, они создают твердый почвенный каркас, на котором размещаются другие части. Эта фаза определяет гранулометрический состав, структуру, сложение и пористость почвенного покрова. Сама по себе твердая часть является мало динамичной системой. Она же самая объемная – занимает 45-60% покрова. С ней связаны многие физические, физико-химические и химические свойства материала.

Жидкая часть – это вода и растворенные в ней соли. Данная фаза формируется из атмосферных осадков, грунтовых вод, конденсации водяных паров. Она составляет около 25% от всего объема почвенного покрова. Эта фаза считается самой динамичной. Именно из нее растения усваивают питательные вещества. Ведь без достаточного количества влаги нормальное развитие флоры и почвенных микроорганизмов невозможно. Кроме того, жидкая фаза участвует в таких процессах как гумификация и минерализация органических остатков, выветривание, перемещение веществ внутри покрова и формирование почвенного профиля.

Газообразная часть – это почвенный воздух. Он занимает все поры в почве, не занятые водой. Эта фаза, как и жидкая, является динамической. Она покрывает 20-25% от общего объема почвы. В отличие от атмосферного воздуха, почвенный беден на кислород. В нем много углекислот. Это объясняется деятельностью микроорганизмов и растений: чем их больше в почве, тем больше кислорода они потребляют и углекислого газа выделяют

Растения усваивают из почвы азот, фосфор, калий, кальций, магний, железо, серу, микроэлементы.

Основоположником науки о почве был русский ученый-географ Василий Васильевич Докучаев. Он дал научное определение о почве, назвал ее «самостоятельным естественным телом, которое является продуктом совместной деятельности материнской горной породы, климата, растительных и животных организмов, возраста почвы и отчасти рельефа местности» [2]. Докучаев рассматривал почву как «самостоятельное особое природное тело, равнозначное понятиям растение, животное, минерал и т.д., которое возникает, развивается, непрерывно изменяется во времени и пространстве», и этим он заложил прочный фундамент новой науки.

Важным свойством почвы является плодородие. Плодородие – это совокупность свойств почвы, обеспечивающие высокую урожайность сельскохозяйственных растений, а также биологическую продуктивность естественных фитоценозов. [3] Плодородие зависит от определенных факторов. В первую очередь, от содержания в ней гумуса-смеси органических веществ, которые образуются в результате разложения животных и растительных остатков. Также необходимо содержание питательных элементов, увлажнения, определенный показатель кислотности.

1) Азот(N2) - главный ответственный за питание корней элемент. Он участвует в реакциях фотосинтеза, регулирует обмен веществ в клетках, а также способствует росту новых побегов. Этот элемент особенно необходим для растений на стадии вегетации. При нехватке азота рост насаждений замедляется или останавливается вовсе, цвет листьев и стеблей становится бледнее.

2) Фосфор(P) - участвует в большинстве протекающих в растениях процессах. Обеспечивает нормальное развитие и функционирование корневой системы, образование крупных соцветий, способствует вызреванию плодов. Нехватка фосфора негативно сказывается на цветении и процессе созревания. Цветки получаются мелкими, плоды часто с дефектами.

3) Калий(К) - Процент калия в растениях больше по сравнению с кальцием и магнием. Этот элемент задействован в синтезировании крахмала, жиров, белков и сахарозы. Он защищает от обезвоживания, укрепляет ткани, предупреждает преждевременное увядания цветков, повышает сопротивляемость культур к различного рода патогенам.

4) Магний(Mg) - участвует в реакциях с образованием хлорофилла. Является одним из его составных элементов. Способствует синтезу фитинов, содержащихся в семенах и пектинов. Магний активизирует работу энзимов, при участии которых происходит образование углеводов, протеинов, жиров, органических кислот. Он участвует в транспорте питательных веществ, способствует более скорому вызреванию плодов, улучшению их качественных и количественных характеристик, повышению качества семян.

5) Сера(S) - является составным элементов протеинов, витаминов, аминокислот цистина и метионина. Участвует в процессах образования хлорофилла. Растения, которые испытывают серное голодание, нередко заболевают хлорозом.

1.2 Основные виды загрязнения почвы

Почва – материальная основа жизни, прежде всего растений, которые своей корневой системой поглощают минеральные вещества земли. Поэтому химический состав почвы отражается в химическом составе пищевых продуктов растительного и животного происхождения, поэтому химический состав любого организма связан с химическим составом земной коры. Состав и свойства почвы постоянно меняются под влиянием климата, факторов неживой природы, жизнедеятельности растений и других живых организмов. Но в первую очередь на состояние почвы оказывает влияние хозяйственная деятельность человека.

Состояние почвы оценивается по следующим показателям:

1) загрязнение тяжелыми металлами (свинец, железо, ртуть и др.);

2) загрязнение бытовыми и промышленными отходами;

3) загрязнение нефтепродуктами;

4) загрязнение пестицидами;

5) радиационное загрязнение.

Основные источники и наиболее распространенные группы веществ химического загрязнения почвы.

Вещества	Источники загрязнения почвы
Вещества	Промышленность	Транспорт	ТЭС, АЭС	Сельское хозяйство
Газы (СО2, SO2, NO2, NO, H2S)	+	+	+	__
Тяжелые металлы и их соединения (Hg, Pb, Cd и др.)	+	+	+	+
Циклические углеводороды, бензапирен	+	+	__	+
Радиоактивные вещества	+	__	+	__
Нитраты, нитриты, фосфаты	__	__	__	+
Пестициды	__	__	__	+

Влияние загрязнённой почвы на здоровье человека

В организме человека находится множество химических элементов и соединений. Значительное количество микроэлементов оказывает непосредственное воздействие на функции органов и систем, отдельных клеток, гормональных желез и различные обменные процессы. Большинство этих микроэлементов содержится в почве и поступает в человеческий организм через растительную и животную пищу. В свою очередь, растения и животные снабжаются микроэлементами из почвы. Таким образом, чем более полноценным составом минеральных веществ обладает почва, тем качественнее организм человека ими снабжается. Чем грозит переизбыток или недостаточное количество микроэлементов в грунте? Такие отклонения от нормы влекут за собой различные нарушения в обменных процессах, синтезе промежуточных соединений и биологически активных веществ, что приводит к появлению заболеваний, определяемых как эндемические. Почему содержание минеральных веществ в почве может быть различным? Дело в том, что химический состав почвы постоянно меняется под воздействием самых разнообразных факторов. Особенно большое влияние на состав почвы оказывает деятельность человека и техногенной цивилизации. Какие заболевания могут возникать при избытке или недостатке микроэлементов? Например, при недостатке йода в составе почвы у человека может развиваться зобная болезнь или умственная неполноценность. При недостаточном количестве фтора в почве значительно повышается вероятность развития зубного кариеса. И наоборот – при чрезмерных количествах фтора, попадающих в организм, может нарушаться структура костной ткани. Избыток азота приводит к нарушениям в работе кровеносной системы. Но наибольшую опасность для здоровья человека представляют тяжелые и радиоактивные металлы, которые могут содержаться в почве. Причиной попадания этих веществ в грунт могут быть радиоактивные выбросы промышленных предприятий или атомных электростанций, радиоактивные осадки, захоронения ядерных отходов.

2. Практическая часть

Для проведения опытов надо приготовить почвенные вытяжки.

Мы взяли 3 образца почвы с разныxучастков:

Почва с клумбы территории академического лицея

– образец№1(Рисунок 1)

Почва с дачного участка в Надеждинском районе

образец №2 (Рисунок 2)

Почва с территории парка «Авиатор» образец №3(Рисунок 3)

Рисунок 1

Рисунок 2

Рисунок 3

2.1 Определение гранулометрического состава почвы

По гранулометрическому составу почва подразделяется на:

1) Песчаную

2) Супесчаную

3) Суглинистую

4) Глинистую

Для определения образцы почв нужно просто скатать в шнурок и после попробовать сделать кольцо. Песчаная почва не скатывается в шнурок, у супесчаной появляются зачатки шнура, у суглинистой почвы – сплошной шнур, но при попытке сделать кольцо шнурок рвётся, а у глинистой почвы – сплошной шнурок и цельное кольцо. В результате определения состава почвы у нас следующее:

1 образец – супесчаная почва, цвет светло-серый

2 образец – суглинистая, более темный цвет

3 образец – суглинистая, темный цвет (Приложение рис.1)

Почва с территории парка «Авиатор» содержит много примесей в виде корней травянистых растений.

2.2 Опыт на определение содержания ионов водорода в почве (рН-фактор)

По солевой вытяжке почвы определяются кислотность, или значение рН вытяжки, а в водной вытяжке – концентрации водорастворимых солей (хлоридов, сульфатов, карбонатов).

Для определения степени антропогенного воздействия были взяты заранее подготовленные образцы почв, которые были высушены.

К высушенной почве добавили раствор хлорида калия (5 мл раствора на 2 г почвы). Перемешали содержимое стакана в течении 3-5 мин с помощью стеклянной палочки. Отфильтровали содержимое стакана через бумажный фильтр. Необходимо, чтобы раствор был однородным и не содержать частичек почвы.

Аналогично готовят водную вытяжку, используя вместо раствора хлорида калия чистую воду, в соотношении – 5 мл воды на 1г почвы.

Для определения содержания ионов водорода (рН) мы использовали два способа:

1) Использование лакмусовой бумаги

2) Использовали измерительный прибор «Цифровая лаборатория Сенсор-2»

Результаты использования рН индикаторной лакмусовой бумаги:

Образец почвы №1 – значение рН 5

Образец почвы №2–значение рН 6

Образец почвы №3 – значение рН 6(Приложение рис. 5 - 7)

Так же мы использовали цифровой датчик Сенсор-2рН-метр (рис.11) и мы получили более точные значения:

Образец почвы №1 – значение рН 4,5

образец почвы №2 – значение рН 6,05

образец почвы №3 – значение рН 6,07

Для определения кислая почва, нейтральная или щелочная существует таблица и на основе этой таблицы были вынесены следующее ответы:

образец почвы №1– кислая почва

образец почвы №2 – слабокислая почва

образец почвы №3 – слабокислая почва

Влияние кислой или щелочной среды почвы на зеленых обитателей разнообразно. В кислой почве растения испытывают недостаток одного из важнейших элементов – азота. Причина в том, что бактерии, которые "отвечают" за его накопление и усвоение растениями, в таком грунте погибают. А нет нужных бактерий – нет и достаточного количества азота. В кислой почве не могут жить полезные микроорганизмы.
В кислой почве ухудшается рост корневой системы. Как следствие, растения недополучают питательные вещества. В кислой и щелочной средах увеличивается всасывание одних элементов и уменьшается — других. Значит, у растения появляется дефицит тех или иных элементов. В нашем случае все почвы – кислые, но нормой для растений является рН в диапазоне от 7 до 5,5, значит состояние образцов почвы №2 и №3 в пределах нормы, а образец почвы №1 слишком кислый для выращивания большинства растений
2.3 Определение наличия xлорид- и сульфат- ионов в почве.

Хлориды – это типичные загрязнители почвы. Первичными источниками хлоридов являются магматические породы, в состав которых входят хлорсодержащие минералы (содалит, хлорапатит и др.), соленосные отложения, в основном галит. В увлажненных районах осадки вымывают хлор в грунтовые воды, а в засушливых - он поднимается в поверхностные слои, вызывая их засоление.

Больше всего хлорид ионов в почве встречаются в регионаx расположеныx рядом с морем, xимическими предприятиями, производящие гербициды, инсектициды, соляную кислоту.

Для определения хлорид и сульфат ионов мы приготовили почвенную водную вытяжку, объем которыx равен 10мл, после чего мы добавили пару капель раствора нитрата серебра (AgNO3) и получили следующие результаты:

образец почвы №1– выпадение белого осадка (Приложение рис.8)

образец почвы №2– раствор стал мутноватым (Приложение рис.9)

образец почвы №3 – выпадение белого осадка (Приложение рис.10)

Реакция NaCl + AgNO3 = AgCl + NaNO3

Вывод: в образце почвы №2 содержание хлорид ионов незначительное, а в образце почвы №1 и №3 хлорид ионы присутствуют в большем количестве.

Так же мы провели опыт на определение сульфат ионов, но результат свидетельствовал об иx отсутствии. В качестве реактива был использован раствор хлорида бария.

2.4 Определение засоленности почвы простейшим методом.

Засоленность почвы характеризуется повышенным содержанием легкорастворимых солей, что неблагоприятно сказывается на физических и химических свойствах почвы и создает неблагоприятные условия для развития и роста многих растений.

Использовали методику приготовления водной почвенной вытяжки из образцов почв, отобранных в разных местах. Нанесли каплю почвенной вытяжки на предметное стекло с помощью пипетки. Осторожно нагрели предметное стекло до испарения влаги. Рассмотрели сухие солевые остатки трех образцов.

Результаты:

Образец №1 Солевой остаток мутный с краями коричневатого цвета.

Образец №2 Солевой остаток менее мутный без коричневых краев.

Образец №3 Солевой остаток менее мутный без коричневых краев.

Вывод: в почве образца №1, взятого с клумбы на территории академического лицее повышенное содержание минеральных солей (хлориды), что возможно негативно повлияет на развитие декоративных растений, высаженных весной.

2.5 Определение наличия ионов свинца в почве

Для определения ионов свинца необходимо было приготовить кислотную вытяжку из почвы. В стакан на 50 мл поместили почву на 1/3 высоты. Залили раствором азотной кислоты в соотношении 1:3. Необходимо было хорошо перемешать в течении 3 минут. Отфильтровали в колбу на 50 мл. В качестве реактива использовали раствор хлорида натрия.

Результаты.

Образец почвы №1. Появление мутного осадка в очень малом количестве

Образец почвы №2. Появление более интенсивного мутного осадка.

Образец почвы №3. Появление мутного осадка в очень малом количестве.

Вывод: в всех образцах почвы обнаружены катионы свинца, но в образце почвы №2 содержание катионов свинца повышенное.

2.6 Определение содержания карбонат - ионов

Карбонат - ионы. Небольшое количество почвы помещают в фарфоровую чашку и приливают пипеткой несколько капель 10% раствора соляной кислоты. Образующийся по реакции диоксид углерода выделяется в виде пузырьков (почва «шипит»). По интенсивности выделения можно судить о более или менее значительном содержании карбонатов.

Результаты определения карбонат - ионов

Образцы почвы	Признаки реакции (выделение пузырьков газа)
Образец почвы №1	Незначительное выделение пузырьков газа диоксида углерода
Образец почвы №2	Выделение пузырьков газа более интенсивное
Образец почвы №3	Выделение пузырьков газа более интенсивное

Вывод: все образцы почв можно отнести к группе карбонатных почв.

2.7 Метод измерения скорости распада целлюлозы

Этот метод был рекомендован академиком Е. Н. Мишустиным. Для проведения исследований берут тонкую суровую льняную ткань. Определяют массу 1 дм^2 этой ткани, затем ее полосы пришивают к полимерной пленке. В почве вырывают разрезы, в которые помещают полосы тканей, разрез присыпают. Верхняя грань ткани должна на 3,5 см погружена в почву. Через определенное время ткань извлекают из разреза, отмывают и взвешивают. Потеря массы характеризует интенсивность разложения клетчатки. Для оценки интенсивности разложения клетчатки (%) используется шкала:

Очень слабая меньше 10%

Слабая 10-30%

Средняя 30-50%

Сильная 50-80%

Очень сильная больше 80%

Мы взяли небольшие кусочки льняной ткани (длиной 1 см и шириной 5 мм) с полимерной пленкой (массой 50гр) и поместили в разрезы почвенных образцов.

Результаты:

Образцы почв	Масса кусочка ткани через 3 дня	Масса кусочка ткани через 10 дней	Масса кусочка ткани через 31 день
Образец почвы №1	50гр	49гр	45гр
Образец почвы №2	50гр	48гр	46гр
Образец почвы №3	50гр	48гр	45гр

Вывод: процесс разложения льняной ткани происходит благодаря почвенным бактериям, значит они присутствуют в этих образцах почвы.

2.8 Определение плодородия почвы по всхожести семян

Для изучения плодородия почвы были использованы семена микро-зелени редиса. Было взято одинаковое количество семян. Образцы почвы находились в одинаковых условиях: полив, освещение, температурный режим. Всходы появились через несколько дней. Наибольший процент всхожести наблюдали в образце почвы №2 и №3. В образце почвы №1 плохая всхожесть семян, предположительно связана с небольшим содержанием гумуса, недостаточным содержанием минеральных веществ, с плохим водно-воздушным режимом, присутствием механических частиц (полиэтилена).

Скорость прорастания семян микрозелени редиса

Образцы почв	Число проросших семян, % (3 сут.)	Число проросших семян, % (4 сут.)	Число проросших семян,% (5 сут.)
Образец №1	7%	15%	20%
Образец №2	45%	65%	70%
Образец №3	45 %	55%	65%

Вывод: лучший показатель всхожести семян показал образец почвы №2, взятый на дачном участке.

2.9 Мероприятия по улучшению почв

Для нейтрализации излишне кислой почвы на приусадебных участках чаще всего используют:

мел,

известь,

доломитовую муку,

золу,

посев некоторых сидератов (фацелии, горчицы белой, люцерны, донника).

Слабокислые грунты следует раскислять 1 раз в 5-8 лет, кислую почву – 1 раз в 3-4 года.

Нормы внесения известь содержащих препаратов зависят еще и от состава почвы. Легкие грунты требуют меньшие дозы препаратов в сравнении с тяжелыми глинистыми почвами. При этом на глинистых и суглинистых почвах лучше использовать известь. На песчаной земле, где обычно мало магния, рекомендуется применять известняк или доломитовую муку.

Хорошо перемолотый мел вносят в почву осенью или весной при перекапывании, удалив с поверхности всю растительность, рассыпав вещество по поверхности, а затем заделав его на глубину 25-30 см. При высоких показателях кислотности на 1 кв.м следует вносить 0,5-0,7 кг мела; если уровень средний – 0,2-0,6 кг; при низком – 0,1-0,4 кг. Уровень pH будет увеличиваться постепенно, в течение нескольких лет.

Гашеная известь (пушонка) вносится по осени таким же образом, но "работает" гораздо быстрее. При повышенной кислотности на 1 кв.м вносят 0,5-0,7 кг извести, при средней степени кислотности – около 0,3 кг, а при слабой – 0,2 кг.

Можно применить мульчирование. Мульчирование создает благоприятные условия не только для растений, но и для почвенных обитателей, количество которых тоже ведет к улучшению структуры и повышению плодородия почвы (копролиты червей). Активизируется положительная микросреда, которая угнетает болезнетворную микрофлору и оздоравливает почву. Постоянное мульчирование участка является эффективным способом структурирования почвы и повышения плодородия.

Почву на клумбах необходимо нейтрализовать для уменьшения кислотности. Можно использовать золу или доломитовую муку.

Для повышения плодородия почвы следует осенью под перекопку внести опавшие листья для получения перегноя. Готовый перегной можно вносить и весной, и осенью из расчета 1-2 ведра на 1 квадратный метр участка.

Можно порекомендовать высаживать на клумбах растения, хорошо чувствующие себя в слабокислой почве. Это такие виды как: многолистный люпин, примулы, гвоздику-травянку, незабудки, аквилегию, анациклус, ирисы, лилии, пеларгонии, арктотис. Также можно предложить многолетнее вечнозеленое растение высотой 5-20 см, камнеломку Арендса. Цветение хоть и недолгое, но продолжительное время остается декоративным, устилая землю густым ковром. [Приложение, рис.12]

Выводы:

Наше исследование показало, что почва клумб, находящихся возле академического лицея филиала ВВГУ имеет повышенную кислотность, так как в этом образце обнаружены хлорид - ионы, что отрицательно повлияет на плодородие почвы и отразится на развитии декоративных растений. Эта почва должна подвергнуться известкованию.

Почвы образцов № 1, №2, №3 в нормальном состоянии. В образце почвы №1 повышенное содержание хлорид-ионов. Но в образце почвы, взятой с дачного участка обнаружены соединения свинца. Возможно, источником являются выхлопные газы автотранспорта. Все это говорит о том, что почвы подвергаются антропогенному воздействию.

Воздействие антропогенного фактора на состоянии почв трех образцов очевидно.

Заключение

В ходе выполнения работы были освоены методики исследования почв.

Изучили механический и химический состав почв.

Выработали рекомендации по улучшению почвы на клумбах территории возле здания академического лицея.

Внесли предложения по улучшению качества почвы на клумбах и озеленению.