Проект "Исследование содержание солей в почве комнатных растений"
проект по биологии (7 класс) по теме

Управление образования города Астана

НП ЦО «Лицей «Столичный»

 Исследование содержания солей в почве комнатных растений.

Направление:                                          Науки о природе

Исполнитель:                                Зипин Никита, 7 «А» класс  

                                              НП ЦО «Лицей «Столичный», г. Астана

                                                       Прутьянова Екатерина,  7 «А» класс НП ЦО

                               «Лицей «Столичный», г. Астана

Руководитель проекта:                   Турпакпаева Инесса Николаевна,  

                                                           преподаватель биологии и химии  

                                                            НП ЦО «Лицей «Столичный»

2012г

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение…………………………………………………………………………..3

Изучение теоретического материала……………………………………………5

Материалы и методика исследований…………………………………………11

 Выводы………………………………………………………………………….17

Заключение………………………………………………………………………18

Список  литературы……………………………………………………………..19

Введение

Актуальность проблемы.

Современный человек отгородился от природы бетонными стенами наших квартир, дышит смогом и выхлопными газами, пьет отфильтрованную воду и лекарства. Если удается вырваться из города, мы всегда замечаем, как хорошо прогуляться по лесу, полежать на травке или побродить по речке. Выращивая комнатные растения, мы переносим частицу живой природы в свой дом. Растения украшают интерьер, делают его теплее и уютнее.

Данная тема заинтересовала нас, потому что в коридорах и кабинетах лицея много различных растений, выращенных  учителями и учащимися. Есть совсем молодые растения, а есть и такие которые растут уже многие годы, радуя нас своей красотой. Однако некоторые из этих растений выглядят «больными» и «уставшими».  Нас заинтересовала причина такого состояния этих растений. Мы выяснили, что это довольно «взрослые»  растения, они посажены 9 лет назад от корневища одного маточного растения. Они  растут в больших керамических горшках, и почва в них давно не подвергалась полной замене.  Изучая различные источники информации по этому вопросу, мы выяснили,  что  «реальные причины болезни и  гибели цветов: засоленность почвы, избыток растворенных в почве солей снижает ее плодородие».  Нас заинтересовал химический состав такой почвы, а точнее содержание  в ней различных солей.  Изучая научную литературу,  мы узнали,  что  засоленность определяется хлоридами натрия, магния, кальция, карбонатом и сульфатом натрия.

Практическая значимость исследования в том, что используя полученные результаты,   мы можем провести мелиоративные мероприятия и снизить засоленность почвы комнатных растений. Так же  создать буклет с рекомендациями по уходу за комнатными растениями,  который распространить среди учащихся и родителей лицея.  

 Цель работы: Исследование содержания солей в почве комнатных растений.

Задачи:

1. Изучить научную литературу  по теме.
2. Провести экспериментальное исследование, в рамках которого:

1. Определить степень засоленности почвы физическим и химическим методом.

1. Провести эксперимент по Обнаружению карбонатов в почве. 
2. Провести эксперимент по Определению наличия хлоридов в почве.
3. Провести эксперимент по Обнаружение сульфатов в почве. 
4. Провести эксперимент по Обнаружение солей натрия. 

2) Сделать вывод о содержании солей в почве.

3. Проанализировать полученные результаты, и сформулировать выводы исследования.

Методы исследования:

1. Анализ литературы
2. Изучение методик
3. Эксперимент
4. Наблюдение
5. Сравнение
6. Обобщение.

Место проведения исследований:

Кабинет химии

Материал исследований

Почва из трех горшков с растениями Nephrolepis, (Нефролепис- многолетний корневищный папоротник).

Время проведения исследования:

октябрь  2011г.  -  июль 2012г.

Изучение теоретического материала

Почвой называется рыхлый поверхностный слой суши, обладающий свойствами плодородия, т. е. способностью обеспечивать растения необходимыми питательными веществами, водой и другими условиями их нормального существования и развития. Почва является субстратом — той химической и физической средой, в которой распространяются корни растений. [2]

Почва может быть засоленной: такой, в которой накопилось чрезмерно много легкорастворимых, чаще всего натриевых солей. Нередко причиной засоления является избыток неграмотных неумеренных поливов. По внешним признакам определить засоленность нелегко. По снижению плодородия (худшему росту),  наличие засоленности можно вычислить только методом исключения — по отсутствию признаков, характерных для нехватки питательных веществ или симптомов заболеваний. Наиболее уверенный результат может дать только химический анализ на наличие избытка солей в почве.

Мы узнали,  что в случае засоления может помочь гипсование, лучше всего в сочетании с внесением суперфосфата, но даже простое частое рыхление частично снимет проблему: именно к нему лучше всего прибегнуть в случае сомнения.  

Засоление связано главным образом с повышенным содержанием натрия в почве. В зависимости от преимущественного накопления отдельных солей натрия засоление может быть сульфатным, хлоридным, содовым или смешанным. Наиболее вредное влияние оказывают ионы Na+ и СI-. Действие засоления на растительные организмы связано с двумя причинами: ухудшением водного баланса и токсическим влиянием высоких концентраций солей. Засоление приводит к созданию в почве низкого (резко отрицательного) водного потенциала, поэтому поступление воды в растение сильно затруднено. Под влиянием солей происходят нарушения структуры клеток, в частности изменения в структуре хлоропластов. Особенно это проявляется при хлоридном засолении. Вредное влияние высокой концентрации солей связано с повреждением мембранных структур, вследствие чего возрастает ее проницаемость, теряется способность к избирательному накоплению веществ. В этом случае соли поступают в клетки пассивно вместе с током воды.

Высокая концентрация Na+ и (или) Сl- тормозит фотосинтез. Отрицательное действие высокой концентрации солей сказывается раньше всего на корневой системе растений. При этом в корнях страдают наружные клетки, непосредственно соприкасающиеся с раствором соли. В стебле наиболее подвержены действию солей клетки проводящей системы, по которым раствор солей поднимается к надземным органам. [3]

Итак, мы видим, что засоленные почвы не пригодны для культурных растений. Что делать если все же содержание солей в почве повышенно? В такие почвы вносят гипс и известковые удобрения для нейтрализации наиболее вредных солей. Некоторого снижения засоленности почвы можно добиться внесением органических удобрений, посевом многолетних трав, орошением.
В домашних условиях подойдет гашеная известь, скорлупа яиц. [1]

Теперь настала пора вспомнить о тех растениях, которые живут в природных условиях без помощи человека на засоленных почвах. Живут потому, что приспособились к таким условиям в процессе эволюции. И называются такие растения галофитами. 

Исследования по изучению действия избытка солей на рост и развитие растений впервые были проведены еще в 1875—1885 гг. А. Ф. Баталиным. Он экспериментально вызвал резкие морфолого-анатомические изменения у растений под действием сернокислых и хлористых солей. Ему же принадлежит приоритет доказательства приспособления растений к засоленному субстрату в процессе онтогенеза. В дальнейшем фундаментальные исследования в области солеустойчивости были проведены Б. А. Келлером, Н. М. Тулайковым, А. А. Рихтером, В. А. Ковдой, П. А. Генкелем, Б. П. Строгоновым, Штокером (Stocker), Арнольдом (Arnold), Бернстейном (Bernstein) и др.

По отношению к солям можно отличать виды более стойкие (галофиты) и менее стойкие. П. А. Генкель (1950, с. 407) дает следующее определение понятия галофит: Галофитами называются растения засоленных местообитаний, легко приспосабливающиеся в процессе своего индивидуального развития к высокому содержанию солей в почве благодаря наличию ряда анатомо-физиологических особенностей. Все галофиты можно разделить на три группы:

• Соленакапливающие. Или солевые суккуленты. У них мясистые стебли и листья, позволяющие поглощать соль из почвы и накапливать ее в клетках.
  Примеры: сарсазан, солянка .
• Солевыделяющие. Эти растения проницаемы для соли и имеют на листьях специальные клетки, в которых накапливается соль. При достижении предельной концентрации эти клетки лопаются, выбрасывая соль наружу. При этом в остальных клетках растения концентрация соли не увеличивается и их жизнедеятельность не нарушается.
  римеры: кермек, тамариск. 
• Соленепроницаемые. Они защищаются от соли, накапливая углеводы, которые предотвращают избыточное поглощение и накопление солей.
  Примеры: полынь, лебеда.

Если говорить о нашем регионе, то большую группу растений, приспособившихся к жизни на сильнозасоленных почвах можно встретить в Кургальджинском заповеднике в окрестностях озера Тенгиз (это горько-соленый бессточный водоем): солерос, сарсазан, сведа, кермек, различные виды солянок, кустарник селитрянка.
Кроме того там можно встретить и другие степные растения: тюльпаны Шренка и двуцветковый, лук сине-голубой, иксиколирион татарский, солодка уральская, цмин песчаный, алтей лекарственный, полынь черная, рябчик малый, ковыль Лессинга, шалфей степной. [9]

Мы видим, что исследуемые нами растения – папоротники, совсем не относятся к галофитам- любителям соли.

 Виды и сорта нефролеписа

Известно около 30 видов травянистых многолетников, входящих в этот род. Родиной нефролеписа являются тропические леса обоих полушарий и субтропики Японии и Новой Зеландии.

 Нефролепис возвышенный (Nephrolepis exaltata)

Папоротник с непарноперистыми листьями длиной до 30–40 см светло-зеленого цвета на красных черешках, дуговидно поникающими. Его прямостоячее короткое корневище образует столоны — отпрыски, служащие для вегетативного размножения. Сорусы расположены у края листочков.

Nephrolepis, Нефролепис — многолетний корневищный папоротник с плотными листьями, собранными у земли в розетку. 

Уход за нефролеписом 

Почва должна иметь слабокислую реакцию. Почва - 1 часть легкой дерновой, 1 часть листовой, 1 часть торфяной, 1 часть перегнойной земли и 1 часть песка.

Размещают на окнах или в глубине комнат. Хорошо растет в полутени и тени при комнатной температуре, хотя в зимние месяцы предпочитает более прохладное содержание (+16...+18 °C). Необходимы регулярный полив, весной и летом обильный, зимой умеренный. Подсушивание земляного кома не допускается. Опрыскивание теплой мягкой водой в жаркую погоду и в течение всего отопительного периода.

 С марта по август регулярно раз в 2 недели удобряют органическим удобрением в малых дозах. Пересаживают весной раз в 2-3 года. Для посадки используется почвенная смесь из листовой земли и компоста (1:1) с добавлением костной муки.

 Экология жилища

Нефролепис — одно из самых распространенных растений для оформления интерьеров, так как обладает большим спектром воздействия на экологическую обстановку помещений. Это, в первую очередь, фитонцидная и антибактериальная активность летучих выделений растения. Они также обладают лечебными свойствами: у людей, находящихся в атмосфере этих летучих выделений нефролеписа, повышаются защитные силы организма, нормализуются процессы возбуждения и торможения в коре больших полушарий, повышается работоспособность и выносливость к физическим нагрузкам.

 Эти растения способствуют звукопоглощению и обогащению воздуха биогенными веществами, значительно повышают влажность воздуха. Так, 2–3 растения на 16–20 кв. м способны увеличить влажность до 75%, что является оптимальным для закрытых помещений. Нефролепис способен поглощать из воздуха формальдегид — один из канцерогенных газов, который выделяют ДСП и полимерные отделочные материалы.

 Лечебные свойства

Отвар всех частей папоротников используется в народной медицине: при кровотечении, боли в груди, дизентерии, гепатите, инфекциях мочевых путей, отравлении инсектицидами. В Китае отвар этого растения используют при фурункулезе и геморрое. В Малайзии используют сок листьев, который применяют для лечения кандидозных стоматитов, а сок корней — при воспалении лимфатических узлов. На Филиппинах соком из листьев лечат дизентерию.

 Энергетика

Папоротник идеально подходит для приведения в гармонию энергетических потоков внешнего мира (окружающего пространства) и внутреннего (собственного вибрационного поля человека). Ни одно другое растение не способно так «интеллигентно» уравновесить два этих энергетических фактора. Кроме того, папоротник способствует проявлению способностей, пробуждая скрытые силы человека. Это растение-амулет, обладающий огромной силой. Он нейтрализует отрицательные энергии и негативные вибрации, привлекая к себе положительные энергии. [9]

Объекты исследования

Материалы и методика исследования.

Приготовление почвенной вытяжки

Информация. Химическое исследование почвы обычно проводится путем подготовки к анализу заблаговременно отобранного образца почвы и определения состава почвенных вытяжек - водной и солевой. От правильности приготовления почвенных вытяжек во многом зависят и результаты исследования почвенного образца. В водной вытяжке определяются концентрации водорастворимых солей (хлоридов, сульфатов, карбонатов и гидрокарбонатов, а также солей жесткости), а в солевой - кислотность, или значение рН вытяжки.

Оборудование: воронка стеклянная, палочка стеклянная, стакан на 50 мл, фильтр бумажный, цилиндр мерный на 50 мл.,  весы учебные, стакан на 200 мл, штатив ШХЛ с кольцом, разновесы, кювета, сушильный шкаф.

Реактивы и материалы:  дистиллированная вода, образец почвы.

Ход работы

1. Высушите отобранный образец почвы в сушильном шкафу или на воздухе, расположив почву в кювете слоем толщиной не более 2 см.

Примечание. Образец почвы необходимо предварительно подготовить; отобрать инородные включения, камни и т.п. Почва для анализа должна быть рассыпчатой.

2. Взвесьте пустой чистый стакан на 200 мл. В стакан поместите высушенную почву на 1/з высоты и снова взвесьте его, определив массу почвы (т) в граммах.

3. Добавьте к почве дистиллированную воду количестве 2,5хт в мл (5 мл раствора на 2 г почвы), приготовив тем самым водную  вытяжку. Объем воды отмерьте с помощью цилиндра.

4. Перемешивайте содержимое стакана в течение 3-5 мин. с помощью стеклянной палочки.

5. Отфильтруйте содержимое стакана через бумажный фильтр, собирая готовую вытяжку в нижний стакан на 50 мл, как показано на рисунке. Обратите внимание на ее внешний вид (цвет, мутность). Вытяжка должна быть однородной и не содержать частиц почвы [6]

1. Изучение засоленности почвы простейшим физическим  методом.

Оборудование: лупа, пипетка-капельница, стекло предметное, фильтр бумажный, спиртовка, штатив с кольцом и огнезащитной прокладкой.

Материалы: водная вытяжка из образцов почвы,  отобранных из вазонов с исследуемыми растениями.

Ход работы

1. Нанесите 1 каплю почвенной водной вытяжки на предметное стекло с помощью пипетки-капельницы.

2.Осторожно нагревайте предметное стекло до испарения влаги, не допуская перегрева стекла во избежание его растрескивания.

3. Рассмотрите сухой солевой остаток на стекле невооруженным глазом и в лупу. [6]

Результаты эксперимента

Проведя данный эксперимент,  мы увидели, что сухой остаток  почвенной вытяжки присутствует на всех трех предметных стеклах. Однако на стекле с каплей почвенной вытяжки из почвы растения  №3 сухой остаток самый большой. Это свидетельствует о том, что почва растения № 3 наиболее засолена, что подтверждается более слабым развитием этого растения, его «болезненным» видом.

2. Определение степени засоленности почвы химическим методом.

Оборудование и реактивы:  штатив, спиртовка, мерный цилиндр, пипетка , пробирки, воронка, фильтровальная бумага, нихромовая проволока; соляная кислота (10%), соляная кислота ( конц.), растворы азотной кислоты (10%), хлорида бария (20%), нитрата серебра (2%), дистиллированная вода.

Ход работы.

1.Обнаружение карбонатов в почве. К пробе почвы добавить несколько капель  10%-й соляной кислоты. Если почва содержит карбонат-ион, то под действием кислоты начнется выделение углекислого газа. Почва как бы «вскипает». Почвы, вскипающие от 10%-й соляной кислоты, относят к карбонатным. Интенсивность «вскипания» (бурное, среднее, слабое), дает предварительную количественную оценку содержания карбонат-ионов в почве.

2.Определение наличия хлоридов в почве. Отлить в пробирку 5мл почвенной вытяжки, добавить несколько капель 10%-й азотной кислоты. По каплям добавить раствор нитрата серебра. Если хлориды присутствуют, то образуется хлопьевидный  белый осадок хлорида серебра. В этом случае  образец содержит десятые доли процента хлорид - ионов. Если раствор только мутнеет, т.е. теряет прозрачность, то в почве содержатся сотые и тысячные доли процента хлорид – ионов.

3.Обнаружение сульфатов в почве. К 5мл почвенной вытяжки прилить несколько капель концентрированной соляной кислоты и 3 мл хлорида бария. Если почва содержит сульфат – ион, то появляется белый  тонко дисперсный осадок сульфата бария. О концентрации его в почвенной вытяжке можно судить по степени прозрачности полученной  смеси (густой осадок, мутный или почти прозрачный раствор).

4.Обнаружение солей натрия. Ионы натрия обнаруживают по ярко-желтой окраске пламени. Для этой цели используют нихромовую проволоку. Ее прокаливают в пламени спиртовки докрасна, затем вносят в исследуемый раствор, а после -  в пламя спиртовки (во внешнюю его часть) и отмечают цвет пламени. [4]

Результаты эксперимента

Выводы:

1.Карбонат-ионы содержатся в образцах почвы №2 и, наибольшее количество в образце почвы  №3. Содержание карбонатов в образце №1 незначительно, или в пределах нормы.

2.Сотые и тысячные доли процента ионов хлора содержатся в образцах № 1 и № 3.

3. Сульфат – ионы содержатся в образце № 3.

4. Ионы натрия – в образцах №1 и  №3.

Выводы.

Проведя ряд экспериментальных исследований, мы обнаружили прямую зависимость роста и развития комнатного растения  Nephrolepis от  качества почвы, а именно от количества содержащихся в ней солей. Засоленность почвы негативно влияет на растение, оно хуже растет, часто болеет. Внешне растение, растущее на засоленной почве,  имеет меньшие размеры,  окраска листьев бледная, на них множество коричневых пятен. Именно так выглядит растение № 3.

Заключение.

Проведя исследование по данной теме, мы обнаружили прямую зависимость между составом почвы и ростом и развитием комнатного растения Nephrolepis. Узнав избыток каких ионов содержит почва растения мы можем исправить ситуацию проведя ряд мелиоративных мероприятий.  Мы планируем продолжить наши исследования, ведь еще так много комнатных растений, возможно,  нуждается в нашей помощи.  В дальнейшем мы планируем провести исследование состава почвы на пришкольном участке.

Используя полученные результаты,   мы проведем  мелиоративные мероприятия по снижению  засоленности  почвы  растения №3. Для этой цели мы используем скорлупу куриных яиц, так как она содержит ионы кальция в органической форме и не принесет вреда растению.  По результатам нашей работы мы выработали рекомендации по уходу за комнатными растениями, в которых особое внимание уделили контролю за состоянием почвы.  Рекомендации распространили среди педагогического состава, учащихся и родителей лицея.  

Список информационных ресурсов.

1. Пичугина Г.В. Химия и повседневная жизнь человека.– М.; Дрофа, 2004.
2.  Сергеев Б. «Жизнь лесных дебрей». Москва, Молодая гвардия, 1988.
3. Агрохимия. - 2-е изд., перераб. и доп. под ред. Смирнов П.М., Муравин Э.А
4. Н.Я Логинов «Исследовательский метод химического состава почвы»
5. Дорофеева Т.И. Эти двуликие нитраты // Химия в школе.– 2000.– № 5
6. Фёдоров Е.И., Экология в экспериментах, учебное пособие для учащихся 10-11 классов общеобразовательных учреждений., Москва     Издательский центр  «Вентана-Граф» 2007.
7. Бобров Р.  «Беседы о лесе». Москва, Молодая гвардия, 1979.
8. Трайтак Д.И.. «Книга для чтения по ботанике». Москва, Просвещение, 1985.
9. Интернет ресурсы.