Автор: , учитель химии и биологии МБОУ СОШ
№ 10 г. Вязьмы Смоленской области.
Методическая разработка по организации исследовательской деятельности обучающихся по теме «Растения – индикаторы кислотности почв»
Пояснительная записка
Человек давно заметил и оценил способность растений чутко реагировать на изменения окружающей среды. По реакции растений предсказывали погоду и урожай, определяли плодородие почв, ее увлажнение, кислотность. Как оказалось, многие растения очень тонко реагируют и на загрязнения окружающей среды. То есть растения выступают в качестве биологических индикаторов.
Практическое использование индикаторных свойств растений требует решения целого ряда задач, в частности, проведения экспериментальных исследований в лабораторных условиях и тщательных наблюдений за дикорастущими и культурными растениями в природе и агросистеме.
Живые индикаторы имеют существенные преимущества перед дорогостоящими и трудоемкими физико-химическими методами, которые применяются сейчас для определения состояния окружающей среды.
Содержание данного проекта имеет практическую направленность, основанную на экологической оценке окружающей среды с помощью растений-индикаторов. Проект рассчитан на учащихся 7-11 классов всех профилей обучения, так как является актуальным и необходимым в целостной системе образования, и особенно значим для школьников, осваивающих предметы естественнонаучного цикла.
Данная методическая разработка «Растения-индикаторы кислотности почв» служит частью большой и интересной темы «Растения – биоиндикаторы».
Что тут земля принесет и в чем земледельцу откажет:
Здесь счастливее хлеб, а здесь виноград уродится.
Вергилий. Поэма о земледелии.
Методика исследования
Цель работы: определение рН (кислотности) почвы исследуемого участка, используя в качестве индикаторов кислотности растения.
Задачи исследования:
1. Предварительно исследовать площадь участка.
2. Определить с помощью определителя, какие растения растут на данном участке.
3. Оформить гербарий.
4. Провести химический анализ рН почв.
5. Сделать точный анализ кислотности почвы, используя датчик рН.
6. Сделать выводы о кислотности почвы на исследуемом участке.
7. Составить схему участка.
8. При проведении исследования предусмотрено фотографирование, описание почвенного разреза.
Оборудование: Определители растений, весы электронные, лопатка, оборудование для сушки почвенных образцов, стакан на 200 мл, цилиндр мерный на 50 мл, палочка стеклянная, фильтр, воронка, 10 %-ный раствор хлорида калия, универсальная индикаторная бумага, шкала значений рН, штатив с пробирками, контрольные растворы, растворы индикаторов, образцы почвы, дистиллированная вода, датчик рН, колбы.
Определение кислотности почв по растениям-индикаторам
1. Выбрать участок для исследования.
2. Разделить территорию участка на более мелкие участки по произрастанию на них разных видов растений.
3. Определить с помощью определителя, какие растения растут на каждом участке. Записать названия растений. Собрать гербарий растений. Сделать их описание.
4. Проанализировать свои записи. Выяснить, не встречаются ли на этих участках растения, предпочитающие только тот или иной тип почвы.
5. Сделать вывод о кислотности почвы на участке, используя приложение 1.
6. Отметить данные на карте-схеме.
Приложение 1
Растения – индикаторы кислотности почв
( по , 1956)
Группа | Биоиндикаторы | рН почвы |
Ацидофилы крайние | Сфагнум, зеленые мхи: гилокомиум, дикранум; плаун булавовидный, плаун годичный, плаун сплюснутый, ожика волосистая, пушица влагалищная, подбел многолистный, кошачья лапка, кассандра, цетрария, белоус, щучка дернистая, хвощ полевой, щавелек малый. | 3.0 - 4.5 |
Ацидофилы умеренные | Черника, брусника, багульник, калужница болотная, сушеница, лютик ядовитый, толокнянка, седмичник европейский, белозор болотный, фиалка собачья, сердечник луговой, вейник наземный. | 4.5 – 6.0 |
Ацидофилы слабые | Папоротник мужской, ветреница лютиковая, медуница неясная, зеленчук, колокольчик крапиволистный, колокольчик широколистный, бор развесистый, осока волосистая, осока ранняя, малина, смородина черная, вероника длиннолистая, горец змеиный, орляк, иван – да – марья, кисличка заячья. | 5.0 – 6.7 |
Ацидофильно - нейральные | Зеленые мхи: гилокомиум, плеврозиум; ива козья. | 4.5 – 7.0 |
Нейрофильные околонейтральные | Сныть европейская, клубника зеленая, лисохвост луговой, клевер горный, клевер луговой, мыльнянка лекарственная, аистник цикутный, борщевик сибирский, цикорий, мятлик луговой. | 6.0 - 7.3 |
Нейтрально - базофильные | Мать – и – мачеха, пупавка красильная, люцерна серповидная, осока мохнатая, лядвенец рогатый, гусиная лапка. | 6.7 – 7.8 |
Базофильные | Бузина сибирская, вяз шершавый, бересклет бородавчатый. | 7.8 – 9.0 |
Оценка экологического состояния почвы по кислотности солевой вытяжки.
Приготовление почвенной вытяжки:
1. Отобрать пробу почвы в разных точках участка.
2. Поместить пробы в пакеты. Записать на этикетке номер образца, точку его отбора.
3. Высушить отобранный образец почвы.
4. В стакан поместить 2-3 см3 почвы, прилить 10 мл 10 % раствора хлорида калия.
5. Перемешать содержимое стакана в течение 5 минут с помощью лопатки. Дать отстояться. Несколько раз встряхивать содержимое пробирки в течение дня.
6. На следующий день отфильтровать содержимое стакана через фильтр, собирая готовую вытяжку в нижнем стакане. Обратить внимание на ее внешний вид (цвет, мутность). Вытяжка должна быть однородной и не содержать частиц почвы.
Определение рН почвенной вытяжки с помощью универсальной индикаторной бумаги.
1. Взять полоску индикаторной бумаги, опустить ее в вытяжку, вынуть индикаторную бумагу через 1-2 с, сравнить полученную окраску бумаги со шкалой значений рН, определить тип образца почвы по таблице – классификатору (Приложение 2).
2. Занести полученные результаты в таблицу (Приложение 3).
3. Проанализировать полученные результаты и сделать выводы об экологическом состоянии почвы.
Приложение 2
Таблица – классификатор.
Тип почвы. | Значение рН |
Кислая | 1-5,5 |
Слабокислая | 5,5-6,5 |
Нейтральная | 6,5-7 |
Слабощелочная | 7-8 |
Щелочная | Более 8 |
Приложение 3
№ пробы | Место отбора пробы | Внешний вид солевой вытяжки | рН вытяжки |
Блок 3. Определение рН почвы почвенной вытяжки с помощью химических индикаторов.
1. Приготовить эталонные растворы: 1) раствор кислоты (1:2), 2) раствор кислоты (1:50), 3) раствор щелочи 1-2%, 4) раствор щелочи 0,1%, 5) дистиллированную воду по 3-4 мл в каждую пробирку.
2. Добавить в каждую пробирку по 1-2 капли индикатора – раствора лакмуса. Растворы окрасятся:1) в ярко-розовый (среда кислая), 2) в слабо-розовый (среда слабокислая), 3) в синий (среда щелочная), 4) в слабо-голубой (среда слабощелочная), 5) окраска индикатора не изменилась (среда нейтральная). жение 24)23).почвы на каждом
3. Окрашенные растворы поместить в штативе для пробирок и использовать как эталон для сравнения с ними окраски исследуемых растворов.
4. Занести полученные результаты в таблицу (Приложение 4).
5. Определить тип образца почвы. Сделать вывод о необходимости известкования исследуемой почвы.
Приложение 4
№ пробы | Место отбора пробы | Окраска раствора | рН вытяжки |
1. | Раствор кислоты 1:2 | Ярко-розовая | Кислая |
2. | Раствор кислоты 1:50 | Слабо-розовая | Слабокислая |
3. | Раствор щелочи 2% | Синяя | Щелочная |
4. | Раствор щелочи 0,1% | Слабо-голубая | Слабощелочная |
5. | Дистиллированная вода | Не изменилась | Нейтральная |
6. | |||
7. |
Определение кислотности почвы с помощью датчика рН.
Датчик состоит из электрода стеклянного комбинированного (щупа) ЭСК 10608, который с помощью кабеля соединяется со схемой согласования. Электрод представляет собой стеклянную трубку, на конце которой расположен стеклянный шарик – чувствительный элемент. Внутри трубки находится загущенный электролит и хлорсеребряный электрод сравнения. Возле шарика находится небольшое отверстие, заполненное асбестом. Оно соединяет внутреннее пространство электрода с внешним объемом для создания электролитического контакта. Потенциал на стеклянной мембране прямо пропорционален рН. Измерение потенциала мембраны происходит относительно хлорсеребряного электрода сравнения. Схема согласования обеспечивает требуемый уровень выходного сигнала. Датчик подключен к компьютерному измерительному блоку. Получение данных и вывод их на экран осуществляет компьютерная программа.
Электрод погружается в исследуемую жидкость. На экране компьютера высвечивается графический показатель рН и его цифровой показатель. Электрод ополоснуть в дистиллированной воде, промокнуть фильтровальной бумагой, опустить в следующий раствор. Данные занести в таблицу (Приложение 5).
Сделать выводы об экологическом состоянии почвы. Сравнить с данными химического анализа.
Приложение 5
Растение | Показатель рН - метра | Среда |
К работе можно приложить: бланк геоботанического описания почвы (Приложение 6), карту-схему исследуемого участка, гербарий и фотографии растений, электронную презентацию, практические советы огородникам – любителям по известкованию почв и требования культур к кислотности почвы (Приложение 7, 8).
Приложение 6
Бланк геоботанического описания.
1. Дата геоботанического описания
2. Автор:
3. Величина исследуемого участка:
4. Геоботаническое положение:
5. Рельеф:
6. Условия увлажнения:
7. Описание почвы:
8. Описание почвенного разреза:
9. Строение почвы:
А0 – Слой, образованный листовым опадом и дерниной;
А1 - гумусовый горизонт мощностью …см, он имеет темный цвет и содержит много органических веществ (перегноя), комковато – порошковатой структуры, рыхлый. Этот слой в основном определяет плодородие почвы.
А2 - горизонт вымывания; он малоплодороден и имеет светлый оттенок из – за интенсивного вымывания частиц гумуса. Горизонт А2 - …см.
В – горизонт вмывания (…см) В него вымываются и накапливаются здесь вещества из вышележащих горизонтов. Этот слой плотный, обогащен глинистыми частицами. Красно – бурого цвета из-за соединений железа и алюминия. Резко переходит в почвообразующую материнскую породу.
11. Механический состав почвы:
Приложение 7.
Практические советы огородникам – любителям.
Требования культур к кислотности почвы.
По отношению к кислотности почвы культурные растения делятся на пять групп:
1. Хорошо растут на кислых почвах: щавель, гортензия, рододендрон, люпин, вереск, можжевельник, многие хвойники. Под них вносят листовой перегной, верховой торф (рН 3,5- 4,5) и подкисляющие удобрения.
2. Переносят умеренную кислотность (рН 5,2-6,5): картофель, томат, кабачки, редис, редька, морковь, ревень, бобы, тюльпаны, нарциссы, гладиолусы, розы, хризантемы, малина, груша (Они хорошо отзываются на внесение золы в приствольный круг).
3. Нуждаются в слабокислой и нейтральной почве с рН 6,2-7: цветная капуста, огурцы, фасоль, горох, салат, лук – порей, шиповник, примула, колокольчик, редька, брюква, репа, редис, тыква, ревень.
4. Предпочитают нейтральную и слабощелочную почву (рН 6,6-7,2): капуста белокочанная, свекла, лук, сельдерей, чеснок, шпинат, мак, земляника, смородина. Все косточковые культуры более требовательны к известкованию почвы, чем семечковые.
5. Растения мало реагируют на рН, растут в широком диапазоне кислотности почвы, например ирга.
6. Наиболее чувствительны к повышению кислотности почвы свекла, капуста всех видов, лук, чеснок, огурец, салат, шпинат, сельдерей, особенно в молодом возрасте. Эти растения не переносят кислых почв и требуют нейтральной или слабощелочной реакции почвенной среды.
7. Несколько повышенную кислотность почвы переносят картофель, щавель.
Приложение 8.
Практические советы огородникам – любителям. Известкование почвы.
Для снижения кислотности почвы проводят известкование – вносят известь, которая улучшает структуру почвы и усиливает жизнедеятельность почвенных организмов. Самыми отзывчивыми на известкование почвы являются кочанная капуста, свекла, лук, чеснок, шпинат, сельдерей, горох, которые существенно прибавляют в урожае при известковании даже слабокислых почв, затем – морковь, огурец, фасоль, репа, цветная капуста, брюква. Меньше нуждаются в известковании редис, кабачок, томат, щавель: им известкование необходимо только на сильнокислых почвах. Для проведения известкования очень важно определить норму извести в соответствии с особенностями почвы и выращиваемой культуры.
Дозы извести на разные почвы (г/кв. м)
рН | песчаная | супесчаная | суглинистая | глина |
4,5 | 300 | 350 | 550 | 700 |
4,8 | 200 | 250 | 450 | 600 |
5,0 | 150 | 200 | 400 | 550 |
5,5 | 100 | 150 | 300 | 450 |
Известь вносят в зависимости от почвы раз в 3-5 лет, после чего снова проверяют кислотность почвы и при необходимости повторяют известкование. Известковые материалы нельзя вносить в почву одновременно с навозом, поскольку это увеличивает потери азота.
Кроме извести можно применять и другие известковые удобрения.
Характеристика известковых удобрений.
Удобрение | Нейтрализующая способность, % |
Молотый мел | 100 |
Известковая мука | 95-85 |
Гашеная известь | 130 |
Печная зола | 65-50 |
Молотая яичная скорлупа | 95-90 |
Примечание. Больше всего золы вносят под капусту, морковь, свеклу, брюкву, сельдерей, салат, лук репчатый, петрушку. Можно несколько снизить норму, если на этом участке выращивать огурцы, лук порей, репу, помидоры, кабачки, редис, баклажаны, дыни, фасоль, чеснок, хрен, ревень. Зола не только разделается с кислотой – зола прекрасно удобрит почву. Ведь зола содержит более 30 элементов питания. Золу вносят осенью и весной.
Темы исследовательских работ.
1. Ацидофилы – растения кислых почв.
2. Нейтрофилы – растения нейтральных почв.
3. Базофилы – растения щелочных почв.
4. Растения – индикаторы на дачном участке.
5. Дикорастущие растения – индикаторы кислотности почв.
Литература.
1. , , Гущина практикум школьника. Самара: Учебная литература, 2005.
2. Иванова окружающей среды. Смоленск: Издательство СмолГУ, 2007.
3. Журнал «Биология в школе», 2005-2006.
4. . Кокуева практикум. М.: Владос, 2001.
5. Огород с молитвой. С. П.: Благовест, 2002.
6. Онегов юннатов. М.: Детская литература, 1982.
7. Природа Смоленской области. Под редакцией Шкаликова : Универсум, 2001.
8. Травянистые растения СССР. Т.1. Определитель. Ответственный редактор М.: Мысль, 1971.
9. Травянистые растения СССР. Т.2. Определитель. Ответственный редактор М.: Мысль, 1971.
10. Электронные уроки и тесты. – МЕДИА, 2005.
11. Энциклопедический словарь юного натуралиста. М.: Педагогика, 1982.
