Исследовательская работа «Изучение влияния комнатных растений на состав почвы»

МБОУ «Брянский городской лицей №1 имени »

Международная научно-практическая конференция «Первые шаги в науку»

Исследовательская работа

«Изучение влияния комнатных растений на состав почвы»

Предметная область: химия, экология

Авторы:

ученицы 11 математико-химического класса

Научный руководитель:

, учитель химии

г. Брянск

2014 год

Содержание.

Введение. 3

Обзор источников информации по теме исследования. 4

Аллелопатия. 4

Ионы неметаллов. 4

рН среды. 5

Органические соединения. 6

Исследования. 7

Методики определения ионов: 8

Ионы кальция (Са2+) 8

Хлорид-ионы (Сl-) 8

Сульфат-ионы (SO42-) 8

Выводы. 10

Список литературы. 11

Введение.

Поверхность суши земного шара покрыта растениями. Даже в безводных пустынях, высоко в горах, на ледовых арктических полях встречаются высшие растения и бактерии. Растения образуют своеобразные сообщества. Жизнь каждого растения в них тесно связана с жизнедеятельностью остальных. Мы рассмотрим один из способов взаимного влияния растений – химический способ, или аллелопатию.

Из литературных источников известно, что некоторые комнатные растения не рекомендованы для использования в детских учреждениях и жилых помещениях, так как они вырабатывают вредные или опасные вещества, которые содержатся в млечном соке, листьях (например, диффенбахия, молочай и т. д.). Мы заинтересовались тем, как меняется состав почвы в процессе жизнедеятельности этих растений и как это влияет на всхожесть семян.

Цель работы: сравнение результатов всхожести ростков редиса, посаженных на разных видах почв, на которых произрастают определенные комнатные растения; химический анализ этих видов почв, основанный на качественном определении некоторых ионов и определении влияния этих ионов на всхожесть ростков редиса.

Для решения этой цели были поставлены следующие задачи:

Сравнить всхожесть ростков редиса на почвах, взятых из цветочных горшков определенных комнатных растений. Провести химический анализ используемых видов почв. Теоретически обосновать влияние выделений комнатных растений на всхожесть ростков редиса, выявить взаимозависимость определенных видов растений и определенных ионов, содержащихся в почве. Сделать выводы об изменении состава почвы после произрастания на них определенных видов комнатных растений.

Методы исследования: агрохимические (анализ скорости и дружности прорастания семян) и химические (анализ ионов и органического вещества)

Место исследования: Брянский городской лицей №1 имени

Обзор источников информации по теме исследования

Аллелопатия — свойство одних организмов (микроорганизмов, грибов, растений,

животных) выделять химические соединения, которые тормозят или подавляют развитие других. Также иногда под аллелопатией понимают как отрицательные, так и положительные взаимодействия между растениями.

С самого начала своего существования растение ещё в виде семени выделяет во внешнюю среду продукты своей жизнедеятельности. С момента прорастания семени количество выделений резко возрастает и достигает максимума, когда организм прекращает свою жизнедеятельность. Некоторые вещества растение выделяет активно. В растительных выделениях содержаться очень активные вещества – ферменты, витамины, алкалоиды, эфирные масла, органические кислоты. Некоторые из этих соединений по своим свойствам напоминают гербициды, применяющиеся для уничтожения сорняков. Эти вещества, получившие название «тормозителей», убивают растения или задерживают их рост, подавляют прорастание семян, снижают эффективность физиологических процессов и жизнедеятельности. Важно, однако, заметить, что эти вещества, подобно гербицидам, действуют отрицательно лишь в довольно большом количестве. В слабых концентрациях они будут действовать как ускорители физиологических процессов, т. е. как стимуляторы.

В свою очередь, активные вещества могут оказывать различное влияние на рост растения в зависимости от того, какие ионы содержит вещество.

Азот является одним из наиболее значимых для урожайности сельскохозяйственных культур элементов. Он входит в состав белков, формирующих все ткани и органы растений. Особенно важен азот для формирования надземной части растений – листьев и стеблей.

Помимо азота важнейшими элементами питания растений являются фосфор и калий. Фосфор наиболее важен на стадии цветения и плодоношения растений. Калий – обеспечивает развитие подземных органов растений (корней, клубней, корнеплодов). Содержание фосфора в почве не должно превышать 200 мг Р2О5/кг почвы. Этот порог связан с тем, что повышенное содержание свободной фосфорной кислоты растворяет большое количество тяжелых металлов, которые всегда присутствуют в почве в связанном виде.

Хлор содержится в почве на уровне 0,01% и находится в большей части в составе хорошо растворимых соединений и легко поступает в растения. Высокое содержание хлора в почве и легкое поступление его в растения может оказывать негативное влияние на поступление других важных анионов, а при очень высоких концентрациях хлориды могут оказывать и прямое токсическое воздействие на растения. Накопление хлора в поверхностных горизонтах при испарении влаги в сухих районах приводит к хлоридному засолению почв.

Среди прочих показателей качества почвы нужно выделить рН водной и солевой вытяжек. Кислотность почвы – одна из основных характеристик, определяющих протекание всех процессов в почве. рН почвы определяет возможность произрастания определенных сортов сельскохозяйственных растений. Известно, что на кислых почвах растения плохо усваивают элементы минерального питания. Нейтральная реакция почвы соответствует рН 7. Если рН выше 7, то реакция почвы щелочная, ниже — кислая. При этом кислые почвы классифицируются следующим образом:
очень кислые почвы — рН 3,8 - 4,0, 
сильнокислые почвы — рН 4,1 - 4,5,
среднекислые почвы — рН 4,6 - 5,0, 
слабокислые почвы — рН 5,1 - 5,5,
близкие к нейтральной почвы — рН 5,6 - 6,9.

Уменьшение pH на каждую единицу означает увеличение кислотности почвы в 10 раз. Большинство культурных растений хорошо растут и развиваются в условиях слабокислой или нейтральной реакции почвы.
Ионы металлов.

Для развития растений важны не только азот, калий, фосфор и рН среды, но и наличие ионов ряда металлов, таких как кальций, магний, железо, алюминий и другие.

Кальций оказывает многостороннее положительное влияние на растения: влияет на рост и развитие корневой системы, усиливает обмен веществ в растениях, влияет на активность ферментов. Наличие в почве других катионов водорода (H+), натрия (Na+), калия (K+) препятствует поступлению кальция в растения. Наличие в почвенном растворе нитратного азота усиливает, а аммиачного – снижает поступление кальция в ткани растения.

Магний играет важную физиологическую роль в процессе фотосинтеза, входит в состав хлорофилла, влияет на окислительно-восстановительные процессы. При недостатке магния усиливаются процессы окисления в растениях, снижается содержание аскорбиновой кислоты. Недостаток магния тормозит синтез азотсодержащих соединений.

Содержание алюминия в почве составляет 8-15% Al2O3, в основном он содержится в составе алюмосиликатов, гидратов и фосфатов, т. е. в трудно растворимом состоянии. На кислых почвах алюминий может находится и в обменно-поглощенном состоянии. Негативное влияние алюминия на растения связано прежде всего с увеличением кислотности почвы и поступление в растения фосфора и других элементов питания.

Переведенные в подвижное состояние ионы тяжелых металлов воздействуют на растения, снижая количество и, что самое главное, качество урожая. Употреблять в пищу растительный материал, загрязненный ионами тяжелых металлов крайне опасно ввиду их высокой токсичности для человека.

Марганец принимает участие во многих окислительно-восстановительных процессах: фотосинтезе, дыхании, в усвоение молекулярного и нитратного азота, а также в образовании хлорофилла. В почве содержится двух, трех и четырехвалентный марганец, но растениям доступна только двухвалентная форма. На растениях пагубно сказывается как избыток, так и недостаток марганца. Содержание подвижного марганца также сильно зависит от кислотности почвы.

Медь необходима для жизни растений в небольших концентрациях, однако без нее погибают даже всходы. Медь участвует в процессах окисления, входя в состав ферментов, усиливает интенсивность дыхательных процессов, придает хлорофиллу большую устойчивость, усиливает фотосинтетическую деятельность. Медь играет важную роль в водном балансе растений.  При недостатке меди растения теряют тургор, листья становятся вялыми.

Цинк участвует во многих физиолого-биохимических процессах растений, являясь их катализатором и активатором. Недостаток цинка приводит к нарушению обмена веществ у растений. Нарушаются белковый обмен, углеводный обмен, фосфорный обмен, процесс образования хлорофилла. Наиболее чувствительны к недостатку цинка плодовые деревья.

Для оценки химических свойств почвы используется широкий набор показателей. Одним из наиболее важных показателей химического состояния почвы является содержание в ней органического вещества. По своей сути органическое вещество почвы аккумулирует ряд важнейших элементов питания растений (азот, фосфор), а также способно связывать ряд загрязнителей (ионы тяжелых металлов).

Нефтепродукты. Нефть представляет собой сложную смесь углеводородов и их производных, каждое из этих соединений может рассматриваться как токсичное вещество. Попадание нефтяных углеводородов в районах нефтедобычи и нефтепереработки вызывает интенсивную трансформацию морфологических и физико-химических свойств почвы, приводящих к негативным последствиям. Токсичность нефти объясняется присутствием летучих ароматических углеводородов (толуол, ксилол, бензол). Высокие концентрации нефти в почве приводят к угнетению роста растений, гибели почвенных беспозвоночных и позвоночных организмов. 

Исследования

Практическая часть нашего исследовательского проекта состояла из двух частей. В первой части проводились исследования на всхожесть ростков редиса на различных видах почв. Для этого мы использовали контрольный образец почвы, приобретенный в магазине, предназначенный для выращивания комнатных цветов, который считается «идеальным». Остальные пробы почвы мы набирали из горшков растений, высаженных одновременно 10 лет назад в лицее №1. Все всходы появились одновременно, кроме образца почвы диффенбахии, которые появились на день раньше, и образца почвы пальмы, появившейся на день позже. Вероятно, что выделения в почву из корней пальмы оказались неблагоприятны для прорастания семян, а у диффенбахии образуются некоторые вещества, которые ускоряют прорастание семян.

Вторая часть заключалась в химическом анализе выбранных нами видов почв. В начале исследования мы сделали водные вытяжки каждой пробы почвы по следующей методике:

10 г почвы поместили в коническую колбу с пробкой объемом 250 мл. Прилили двукратное количество дистиллированной воды, закрыли пробкой и встряхивали смесь в течение трех минут. Вытяжку отфильтровали через сухой складчатый фильтр. Перед использованием вытяжку перемешали круговыми движениями.

Далее мы измерили рН водных вытяжек. Результаты показали, что у почвы, взятой из горшка с пальмой, среднекислая среда; с фикусом – слабокислая. Важно отметить, что всхожесть ростков редиса была хуже именно на этих почвах, чем на остальных. У проб из горшков с молочаем, диффенбахией, монстерой, и питательным грунтом среда близкая к нейтральной.

Затем мы провели исследование на 3 иона: на сульфат-ион, хлорид-ион и ион кальция.

Ионы кальция (Са2+)

Определение основано на реакции Са2+ + С2O42- = СаС2O4↓.

В пробирку поместили 5 мл водной вытяжки, подкислили ее каплей 10% раствора СН3СООН и добавили 2-3 капли 4% раствора оксалата аммония (NН4)2С2O4. Смесь перемешали и по таблице определили содержание ионов кальция в почве.

Осадок	Содержание ионов кальция
мг/100 мл вытяжки	г/100 г почвы (%)
Большой, выпадающий сразу	50	Десятые доли
Муть при перемешивании		Сотые доли
Слабая муть при стоянии	1,0-0,1	Тысячные доли

Хлорид-ионы (Сl-)

Определение основано на реакции Сl - + Ag+ = AgCl↓.

5 мл водной вытяжки подкислили раствором HNО3, прибавили несколько капель 5% раствора AgNО3. Содержание хлорид-ионов определили по таблице.

Осадок	Содержание ионов кальция
мг/100 мл вытяжки	г/100 г почвы (%)
Большой хлопьевидный	Более 10	Десятые доли
Сильная муть	5-10	Сотые доли
Опалесценция	1,0-0,1	Тысячные доли

Сульфат-ионы (SO42-)

Определение основано на реакции SO42- + Ва2+ = BaSO4↓.

5 мл водной вытяжки подкислили 2-3 каплями 10% раствора НCl, перемешали, добавили 3 капли 5% раствора ВаСl2. Перемешали и определили содержание сульфат-ионов в почве по таблице.

Осадок	Содержание ионов кальция
мг/100 мл вытяжки	г/100 г почвы (%)
Большой, быстро оседающий на дно	50	Десятые доли
Муть, появляющаяся сразу	10-1,0	Сотые доли
Медленно появляющаяся слабая муть	1,0-0,5	Тысячные доли

Полученные результаты приведены в таблице:

Проба	Растение	Дата всходов	Наличие хлорид-ионов	Наличие сульфат-ионов	Наличие ионов кальция	рН среды
1	Молочай	5 декабря	Тысячные доли	Не обнаружено	Десятые доли	5,7
2	Диффенбахия	4 декабря	Тысячные доли	Тысячные доли	Десятые доли	6
3	Пальма	6 декабря	Сотые доли	Сотые доли	Сотые доли	4,9
4	Монстера	5 декабря	Тысячные доли	Тысячные доли	Сотые доли	6,4
5	Питательный грунт	5 декабря	Сотые доли	Сотые доли	Сотые доли	5,9
6	Фикус	5 декабря	Сотые доли	Сотые доли	Сотые доли	5,4

Анализ ионов показал, что у образцов пальмы и идеального грунта одинаковое содержание хлорид-, сульфат - ионов и ионов кальция. У образца почвы диффенбахии содержание хлорид и сульфат ионов ниже по сравнению с идеальным образцом почвы, а содержание ионов кальция выше. И это явилось основанием для быстрого произрастания семян.

Особенно хочется отметить, что произрастание семян на образцах «вредных» растений (молочая и монстеры) было таким же по срокам и по дружности, как и у идеального грунта, откуда можно сделать вывод о том, что выделяемые вещества в почву не влияют на всхожесть и прорастание семян.

Выводы.

1. Как и ожидалось, выделения разных комнатных растений оказало разное действие на ростки редиса. Ускорение роста оказывали выделения диффенбахии и молочая, а замедление - пальма и фикус.

2. Хуже всего ростки редиса произрастали на почве, которая имела среднекислую (пальма) и слабокислую (фикус) среду, а на нейтральных почвах ростки были более высокие.

3. В почвах с повышенным содержанием ионов кальция ( диффенбахия) ростки появились быстрее и были выше, чем у остальных. Это говорит о благоприятном влиянии ионов кальция на ростки растений.

Список литературы.

1. , , и др., Химический анализ почв, – СПб: -Петербургского университета, 1995

2. , Теория и методы химического анализа почв, - М.: Издательство МГУ, 1995

3. , , Круглякова практикум. Качественный анализ природных объектов, - Архангельск: изд-во ПГУ, 2000.

4. Интернет-энциклопедия «Викпедия» - www.ru.wikpedia.org

5. Сайт о химии «ХиМиК» - http://www. *****/