XIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2021

ВВЕДЕНИЕ

Современный мир не представляется возможным без исследовательского и научного подхода к изучению объектов. Анализы почвенных образцов позволяет нам не только наглядно познакомиться с поверхностными слоями почвы, но и углубленно, с точки зрения науки.

Одним из важных дисциплин в изучении у студентов-экологов является такой предмет, как почвоведение. На современном этапе данный предмет играет значимую роль. Почвоведение позволяет нам исследовать почвенный покров, обеспечивая нужды городского и сельского хозяйства. Благодаря изучению мы можем не только улучить плодородность почвы, но и даже можем предположить, как она изменялась на промежутках исторического времени.

Одним из немаловажных объектов изучения в дисциплине почвоведения можно выделить - содержание карбонатов в почве. Карбонатность позволяет нам рассмотреть содержание в почве или почвообразующей породе карбоната кальция (СаСО₃). Они рассматриваются не как причина или способ изменения реакции среды, а как почвенная масса, постоянно присутствующая в горизонтах почвенного профиля.

Актуальность изучения карбонатного состояния в почве не имеет сомнений так, как она основывается на выявление плодородности почвы для растений, а также позволяет нам дать информацию о признаках кислотности почвы. Карбонатность выступает необходимым условием для предупреждения негативных условий, что может позволить нам улучить состояние почвенного покрова.

Основная цель работы заключается в выявлении значимости карбонатности на жизнедеятельность растений, сопоставить закономерности распределения карбонатов в почвенном профиле.

Задачи работы включают в себя:

Теоретически обосновать изучение карбонатов в почвенных образцах;

Подобрать необходимую методику исследования почв в направлении карбонатности;

Обработать результаты исследовательской работы на базе почвенных карт;

Выявить закономерности (при наличии);

Сделать выводы.

Значение данной работы позволит нам широко рассмотреть содержания карбонатов в почвенных образцах на большой территории для определения возможности произрастания декоративных и культурных растений на базе Ботанического сада Курганского государственного университета.

Глава 1. Теоретическое обоснование предмета.

Определение карбонатов, главным образом, имеет важнейшее значение для характеристики физико-химических и механических свойств. Содержание большого количества карбонатов во многом связано с высокой карбонатностью материнских пород.

Вследствие разложения органического вещества, выветривания минералов и значительного приноса углесолей с поливной водой преимущественно в форме двууглекислого кальция происходит постоянное пополнение поверхностных горизонтов почв карбонатами. Накопление карбонатов кальция и магния наиболее резко выражено в торфяно-болотных почвах, где содержание их в поверхностных горизонтах может доходить до 50-60% общего веса почвы.[2]

Распределение карбонатов различно. Это связано с условиями формирования почвы и сроков ее использования для орошения. В целинных почвах карбонаты распределены более равномерно по всему почвенному профилю.

Выделяются следующие источники и механизмы поступления карбонатов в почвы:

1.) унаследованность от материнской породы;

2.) осаждение из растворов, образованных в результате выветривания содержащих кальций минералов;

3.) осаждение карбонатов, вызванное увеличением концентрации катионов кальция при дегазации за счет эмиссии углекислого газа;

4.) осаждение карбонатной пыли на поверхность почвы с последующим перемещением карбонатов вглубь профиля в составе растворов;

5.) осаждение в результате объединения катионов кальция, поступающего с атмосферными осадками, с ионами гидрокарбонатов; находящимся в составе почвенных растворов;

6.) привнос с грунтовыми водами

Условно пути поступление карбонатов в почвы можно разделить на две группы:

1.) формирование карбонатов непосредственно в почве;

2.) поступление извне.

В первой группе синтез карбонатов происходит в результате процесса карбонатизации при выветривании содержащих кальций минералов. Следствием этого процесса является появление растворов щелочей и щелочных земель слабых концентраций, которое в присутствии угольной кислоты сопровождается образованием карбонатов и биокарбонатов.

Во втором пути поступление карбонатов в почвы соответствует перемещение продуктов выветривания карбонатных пород любыми геологическими агентами. В зависимости от способа переноса и климатических условий источниками карбонатов могут быть осадки, пыль и т.д. [4]

В почвах могут встречаться такие формы карбонатов, как:

Литогенные карбонаты, унаследованные от почвообразующих пород. Часто характеризуются магниевыми составами, более крупными размерами минеральных зерен, тяжелым изотопным составом углерода. В почвах они могут встречаться в виде обломочных включений, концентраций, раковин моллюсков, но чаще всего находятся в дисперсном состоянии. Иногда литогенные карбонаты обнаруживаются в составе педогенных новообразований;[1]

Гидрогенные карбонаты формируютмя за счет привноса боковым или восходящим током капиллярных ратворов от грунтовых вод. Отличия гидрогенных и педогенных карбонатов следующие: прослои гидрогенных карбонатов имеют резкие границы с вмещающей массой как в нижней, так и в верхней частях; толща гидрогенных карбонатов массивна ( в ней отсутствуют горизонты либо они выражены слабо); не содержат вертикальных следов корневых каналов и структурных отдельностей; гидрогенные карбонаты не могут залегать над горизонтом иллювиирования ила.[1]

К педогенным карбонатам относятся аутигенные карбонатные минералы, формирующиеся в почвах. Это карбонаты кальция, магния, натрия и другие, новообразованные или преобразованные в почвах при участии угольной кислоты, продуцируемой при разложении органических остатков и дыхании корней.[1]

Наличие большого количества карбонатов в почвах определяет высокую буферность к водородному иону, состав почвенно-поглощающего комплекса, щелочность почвенного раствора и его кислотность, а также усиленную микробиологическую деятельность, подвижность органического вещества, большое связывание анионов, дающих с кальцием труднорастворимые соединение ( в особенности с фосфатами), содержание почвенных фосфатов в виде основных фосфорно-кальциевых соединений.

Ввиду слабой растворимости карбонатов в воде, их количество изменяется на длительном промежутке времени.

Содержание карбонатов в почве представлены в таблице 1

Таблица 1 - Содержание карбонатов в почве.

Характеристика реакции	Приблизительное содержание карбонатов,%	Степень карбонатности почвы
Очень сильная (бурная)	10	Сильнокарбонатная
Сильная и продолжительная	5-10	Сильнокарбонатная
Заметная, но кратковременная	4-3	Среднекарбонатная
Слабая и кратковременная	3-2	Среднекарбонатная
Очень слабая и малозаметная	2-1	Слабокарбонатная
Отсутствует	1	Некарбонатная

Таким образом, по степени карбонатности почвы можно, исходя из таблицы, можно выявить приблизительное содержание карбонатов.

Глава 2. Методика изучения экологических исследований.

Методика экологических исследований основывается на анализе почвенных образцов в лабораторных условиях.

2.1 Характеристика объекта изучения.

Ботанический сад Курганского государственного университета занимает неотъемлемую часть для его изучения, так как для студентов естественнонаучного направления именно это место является первой практической «платформой».

Ботанический сад создан на базе агробиологической станции. Сад расположен в черте города Кургана.(приложение 1) В его составе находится различные участки на которых распространенны редкие и исчезающие виды растений, лесные культуры, участки водных объектов, и прилегающая к ним прибрежная растительность. За прошедшие несколько лет именно Ботаническому саду уделяется огромное внимание, начиная от студентов, заканчивая преподавательским составом университета. На сегодняшний день в Ботаническом саду насчитывается около 1 тыс. таксонов и с каждым годом это число будет только возрастать.

В недавнее время заработал тепличный комплекс. В нем идет упор на выращивание культурных растений, которые в последующем приобрести любой желающий.

Также стоит отметить и то, что на базе Ботанического сада произрастают множество редких видов растений, внесенные в Красную книгу Курганской области. К примеру, можно привести такие растения, как любка двулистная и ятрышника шлемоносного.

В данной работе для изучения почвенного покрова, а в частности содержания карбонатов в почве, Ботанический сад был разделен на 13 частей. В течении нескольких лет велись активные практические и лабораторные работы, для изучения не только почвы, но и растительности.

2.2 Методика изучения содержания карбонатов в почвенных образцах

Определение карбонатов может иметь место при характеристике основных свойств почв или изменений, происходящих под влиянием мелиоративных мероприятий за несколько лет.

Общее количество карбонатов в основном определяется путем разрушения их разведенной соляной кислотой и последующего учета выделившиеся углекислоты весовым или объемным способом. Он широко распространен для проведения лабораторных практик.

При массовых анализах применяют более быстрый метод определения карбонатов – ацидиметрический. Он основан на разрушении карбонатов титрованным раствором соляной кислоты при суточном настаивании. [1]

Ход проведения анализов следующий:

В зависимости от ожидаемого содержания карбонатов 2 – 5г почвы помещают в склянку или плоскодонную колбу вместительностью 0,7-1,5 л.

В колбу наливают 500-1000 мл 0,02н. соляной кислоты и оставляют на сутки, периодически взбалтывая.

По прошествии суток лакмусовой бумагой определяют реакцию вытяжки. Если она кислая, вытяжку отфильтровывают через складчатый фильтр; в противном случае доливают 100-200 мл 0,02 н. соляной кислоты и процедура настаивания и кзбалтывания повторяется.

Помещают в химический стакан 25 мл отфильтрованной вытяжки, приливают 2 – 3 капли метилрота и титруют 0,02н. раствором едкого натра от перехода фиолетово-красной окраски раствора в бледно-желтую. Титровать легче при добавлении избытка щелочи и обратном титровании соляной кислоты до фиолетово-красного окрашивания.

Результаты подсчитываются по формуле:

Где х – содержание карбонатов в процентах на абсолютно сухую почву; а – количество вытяжки, взятой для титрования, мл; ф – поправка на нормальность кислоты; b - количество щелочи, пошедшее на титрование 25 мл, мл; ф1 – поправка на нормальность щелочи; р – объем кислоты, которым заливалась навеска почвы,мл; Н – навеска почвы,г; 0,00044 – коэффициент перевода на CO₂ ; К – поправка на влажность. [1]

Если содержание углекислоты окажется меньше 4 – 5%, анализ необходимо провести вновь, но по методу Кнопа. При высоких количествах углекислоты (более 18-20%) вытяжку надо поставить вторично, залив почву 250 мл 0,2н. соляной кислоты.

Примерное разделение карбонатов кальция и магния в незасоленных почвах достигается анализом этих элементов в фильтрате.

Для данного метода используются следующие реактивы: соляная кислота 0,02н; соляная кислота 0,2н.; едкий натр 0,02н.; метилрот;[1]

Все результаты анализов записываются в таблицу.

В нашей работе содержание карбонатов представлены в морфологических свойствах почвы, часть которого являются новообразования. Именно в этой части мы исследовали содержание карбонатов.

Органические карбонаты мы определяли путем реакции почвенной пыли с концентрированной соляной кислотой. Именно выделение газа нам показывало содержаться карбонаты в данных образцах или нет.

Глава 3. Результаты исследования.

По результатам исследования почвенных образцов ботанического сада можно сказать, что содержание карбонатов на всей территории различно. На некоторых участках общее его содержание не прослеживается.

3.1 Результаты проведенной работы.

Работа по изучению содержания карбонатов в почве проводилась на базе Ботанического сада Курганского государственного университета. Исследуемая территория была разделена на 13 участков. На каждом и участков были взяты по три образца почвы для составления полного проекта территории. Пробы почв различаются по многим показателям и имеют свою уникальную структуру. (приложение 1.2)

Таблица 2 – Результаты по содержанию карбонатов в почвенных образцах.

Номер поля	Номер участка	Содержание карбонатов в почве	Примерное содержание в %
1	1	Карбонаты отсутствуют	1
	2	Карбонаты отсутствуют	1
2	2	Небольшое количество карбонатов	2
	3	Большое количество карбонатов	5
3	2	Карбонаты отсутствуют	1
	3	Карбонаты отсутствуют	1
4	3	Карбонаты присутствуют	3
5	3	Карбонаты присутствуют	3
6	1	Карбонаты присутствуют	4
6	2	Карбонаты присутствуют	3
	3	Карбонаты отсутствуют	1
7	1	Карбонаты отсутствуют	1
	2	Большое количество карбонатов	10
	3	Карбонаты отсутствуют	1
9	1	Карбонаты отсутствуют	1
10	3	Карбонаты отсутствуют	1
11	1	Карбонаты присутствуют	2
	2	Карбонаты присутствуют	4
12	3	Карбонаты присутствуют	4

Исходя из теоретического обоснования, поля и их участки можно соотнести к определенной степени карбонатности почвы, пользуясь результатами проделанной работы, которая указана в таблице.

Таким образом, поле № 1 с его участками относятся к некарбонатным почвам. Также в эту категорию можно расположить поле № 3, №6 ( с участком № 3), № 7 ( с участками 1 и 3); поля № 9 и № 10.

Отличительными участками в исследовательской работе можно выделить такие, как поле № 2 (с участком) 3 и поле №7(с участком 2). Именно эти показатели указывают на большое количество карбонатов в почве. Они относятся к сильной степени карбонатности почвы.

Присутствие карбонатов на оставшихся исследуемых участках относятся к среднекарбонатным почвам.

Более наглядный вид можно продемонстрировать на графике представленный в приложении 1.1.

3. 2 Заключительные выводы

Для подведения итоговых выводов стоит отметить закономерности. Так, можно сказать, что содержание карбонатов тесно связано с материнской породой и водными объектами. Следуя из этого, участки почв, которые близко расположены к водоемам отличаются значительным количеством содержания карбонатов. Так, как карбонатность зависит и от положения грунтовых вод, то на некоторых участках, предполагается, что подземные воды расположены достаточно близко.

Рассматривая содержания карбонатов почвы, с точки зрения плодородности почвы следует сделать вывод о том, что исследуемые участки достаточно плодородны. Одним из самых распространенных растений, которые могли бы произрастать на карбонатных почвах является виноград. При остальных положительных аспектах, при исследовании почвы других свойствах почвы, на базе Ботанического сада можно выращивать именно эту культуру.

Так, как содержание карбонатов активно может свидетельствовать о кислотности почвы, то вполне достаточно сделать вывод о том, что на малых территориях Ботанического сада, почвы относятся к щелочным. На щелочных почвах могут расти такие виды растений, как барбарис, брючина, боярышник и другие. Если подойти с точки зрения плодородности и медицины, то на данных участках также могут расти бурачник лекарственный, девясил высокий и кмин тминовый.

Заключение

В процессе изучения было проведено теоретическое обоснование предмета исследования. Методические указания позволили углубленно изучить процесс нахождения карбонатов почвы несколькими методами, а также раскрыть суть быстрого метода определения их содержания.

Из предоставленных результатов смогли сделать выводы, которые направлены на плодородность исследуемой территории. Также они позволили нам выделить определенные закономерности, касающиеся карбонатности почв.

Подводя итоги работы, выяснили значимость изучения содержания карбонатов почвы, что и подтверждает актуальность работы.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1.) В.А. Голубцов, Статья ,Вестник Томского государственного университета. Биология – Агрохимия и почвоведение, - 2017.

2.) Иванова, Т. Г. География почв с основами почвоведения : учеб. пособие для академического бакалавриата / Т. Г. Иванова, И. С. Синицын. — М. : Издательство Юрайт, 2019. — 250 с.

3.) М.А. Мазиров, Т.А. Трифонова, Практикум по агроэкологии: ч.2 Агрохbмия/ Владим. гос.ун-т. Владимир,2001.137с.

4.) Мамонтов, В. Г. Общее почвоведение. Учебник / В.Г. Мамонтов, Н.П. Панов, Н.Н. Игнатьев. - М.: КноРус, 2017. - 538 c.

5.)Минеев В.Г. Агрохимия: учебник .В.Г. Минеев - 3-е _М.МГУ . Наука ,2006. – 89с.

6.) https://scicenter.online/ekologiya-pochv-scicenter/karbonatnost-vyischelochennost-pochv-165345.html

Приложение 1

Рисунок 2 – снимок Ботанического сада, взятый со съемки

спутниковой карты

Приложение 1.1

Рисунок 2 – График предположительного содержания карбонатов в почве

Приложение 1.2

Рисунок 3 - Схематичное изображение карты по содержанию карбонатов

Код для цитирования: Скопировать