X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность обусловлена важностью и ролью почвы в биосфере и жизни человека. Почва ‒ основной источник минерального (корневого) питания растений. Поэтому химический состав почвы является одним из главных лимитирующих жизнеспособность биоты факторов. В нем содержание и формы химических соединений железа играют важную роль.

Железо - микроэлемент, который усваивается растениями в наибольшем количестве, оно имеет ведущую роль среди всех металлов, имеющихся в растениях.

На фоне высокой значимости железа в жизнедеятельности организмов, в частности – растений имеется противоречие, заключающееся в том, что железо в литосфере встречается, в основном, в твердом виде, растение усваивает его в почвенном растворе ;

Другим противоречием является то, что фазовый состав в почве может переходить друг в друга, изменяться, следовательно, этим свойством должно обладать и железо, переходящее из твердой литосферы в почву.

Проблема:

Каковы механизмы изменения состояния железа в различных фазах почвы;

Каковы механизмы поведения железа

Объект исследования: почвы Курганского Дендрария

Предмет исследования: динамика железа в почвах, в системе «почва-растения»

Цель: теоретически обосновать и выявить на практике механизмы изменения состояния железа в различных фазах почвы, механизмы поведения железа, определяющие доступность железа для растений.

Гипотеза: Динамику железа можно проследить, если:

-теоретически обоснованы формы нахождения железа в почве и их связь с почвенными фазами;

-разработана методика выявления различных форм железа в почве и тканях растений;

-определено содержание различных форм железа в почве и растительности;

-в лабораторных условиях подтверждено содержание различных форм железа в почве и растениях (качественно и количественно);

Задачи:

теоретически обосновать возможное различное количественное содержание железа в твердой и жидкой фазе почвы, выявить факторы, влияющие на содержание и доступность железа для растений.

подобрать методику выявления различных форм железа в почве и его содержание

провести эксперимент и выявить содержание железа в различных фазах и горизонтах почвы, проследить территориальную динамику железа.

выяснить, какие механизмы способствуют увеличению доступности железа для растений

Методы исследования: теоретическое обоснование; эксперимент; сравнение и обобщение; выводы.

Значение работы:

Теоретическое – в работе рассматриваются основные аспекты поведения железа в почве: его миграция и факторы, на нее влияющие; миграция железа между почвенными горизонтами; переход железа между почвенными фазами: твердой, жидкой и живой; значение железа для растений и его роль в их жизнедеятельности.

Практическое ‒работа над данной темой позволила разобраться в механизмах различной миграции железа, понять причины и закономерности различного поведения железа в природе. Собранные материалы и полученные результаты могут быть использованы в решении практических вопросов в области агрономии, агрохимии.

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ МЕХАНИЗМОВ ИЗМЕНЕНИЯ СОСТОЯНИЯ ЖЕЛЕЗА В РАЗЛИЧНЫХ ФАЗАХ ПОЧВЫ

1.  
   ФАЗЫ ПОЧВЫ И ПОЧВЕННЫЕ ГОРИЗОНТЫ

Почва — поверхностный слой литосферы Земли, обладающий плодородием и представляющий собой полифункциональную гетерогенную открытую четырёхфазную структурную систему, образовавшуюся в результате выветривания горных пород и жизнедеятельности организмов.

ФАЗЫ ПОЧВЫ

В ее составе выделяют следующие фазы: 1 – твердую, 2 – жидкую, 3 – газовую, 4 – живую. Соотношения их неодинаковые в различных почвах и в различных почвенных горизонтах одной и той же почвы.

Твердая фаза почвы включает минеральную и органическую части. Первая составляет 80–95%, в торфяных почвах – 15–20 %. Источником минеральных веществ являются разнообразные горные породы; первичные и вторичные минералы; источником органических – остатки отмерших растительных и животных организмов, продукты их жизнедеятельности. Эта фаза почвы обеспечивает питание растений, определяет ее водные свойства – влагоемкость, водопроницаемость, поглотительную способность и другое.

Жидкая фаза (почвенный раствор) является активным компонентом почвы. С ее помощью осуществляется перемещение веществ внутри почвы, она обеспечивает растения водой и растворимыми элементами питания. Вода относится к наилучшему природному растворителю и имеет нейтральную реакцию. Но включения (примеси) солей, кислот и щелочей изменяют реакцию почвенного раствора в кислую или щелочную сторону. В почве вода бывает в трех состояниях: парообразном, жидком, твердом. Капиллярная – свободная и доступная растениям, движется по порам диаметром до 8 мм; гравитационная – свободная и доступная растениям, движется под влиянием капиллярных и гравитационных сил.

Газовая фаза (почвенный воздух) заполняет поры, не занятые водой. Количество и состав почвенного воздуха непостоянны и определяются множеством химических и биохимических процессов, протекающих в почве. Газовая фаза поставляет необходимый почвенной биоте кислород. Без воздуха в порах почвы корневая система не развивается, и растения отмирают. Чем ближе химический состав воздуха почвы к атмосферному, тем лучше условия для развития растений.

Живая фаза состоит из почвенных микроорганизмов (бактерии, водоросли, грибы и др.), беспозвоночных (простейшие, черви, моллюски), роющих позвоночных, корневых систем растений. Активная роль живых организмов определяет принадлежность ее к биокостным природным телам.

Все фазы почвы взаимосвязаны, оказывают взаимное влияние друг на друга и существуют как единое целое, между почвой и окружающей средой происходит постоянный обмен веществом и энергией.

ПОЧВЕННЫЕ ГОРИЗОНТЫ

Профиль любой почвы подразделяется на генетические горизонты, которые обозначаются большими буквами латинского алфавита сверху вниз по профилю почвенного разреза. При достаточном различии каждый горизонт может быть подразделен на подгоризонты, для чего используют дополнительные буквенные и цифровые индексы.

Обычно выделяют следующие горизонты.Горизонт аккумуляции органических веществ (А) формируется в верхней части профиля за счет отмирающей биомассы. В зависимости от его характера выделяют:

-А0‒лесную подстилку на поверхности лесных целинных почв (листья, хвоя, ветки и т. д.);

-А ‒гумусово - аккумулятивный горизонт, образующийся в верхней части минеральной толщи почвы, где накапливается гумус и вымываются только некоторые минеральные соли и органические соединения.

-Если наряду с накоплением перегноя происходит разрушение и вымывание минеральных веществ, данный горизонт называется гумусово - элювиальным и обозначается А1;

-Элювиальный горизонт обозначается индексом А2.

-Иллювиальный горизонт обозначается буквой В. Он является переходным между гумусовым горизонтом и материнской породой.

-Горизонт материнской породы обозначают буквой С. Иногда почва развивается на двухслойной материнской породе, тогда второй слой обозначается буквой D.

При значительной мощности и неоднородности генетические горизонты подразделяются на подгоризонты.

Переход одного горизонта в другой может быть резким, плавным и постепенным или иметь вид языков и затеков. В случае плавного перехода, когда границу определить трудно, выделяют переходные горизонты.

1.  
   ФОРМЫ НАХОЖДЕНИЯ ЖЕЛЕЗА В ПОЧВЕ И ОСОБЕННОСТИ ЕГО МИГРАЦИИ

В составе почв в зависимости от кислотно-основных и окислительно-восстановительных условий железо может присутствовать в степени окисления +3 и +2. Принципиально возможно определение количества Fe(III) и количества Fe(II) в почвах, но, как правило, при проведении валового анализа определяют общее содержание железа в почвах.

Благодаря своим способностям менять валентность и образовывать многообразные соединения различной окисленности, весьма различной растворимости, гидратированности, окристаллизованности и геохимической подвижности, а также общей склонности к хелатообразованию с органическими кислотами различные соединения железа играют весьма сложную роль в почвенных процессах, в формировании почвенного профиля, ожелезненных горизонтов, конкреций, кирас, латеритов. Эти процессы называютсяферолиз.

На основе этих данных картина мобилизации, миграции и аккумуляции соединений железа представлена в следующем виде. Горные страны суши и многие горно-холмистые плоскогорья и равнинные плато чаще сложены изверженными магматическими и метаморфическими породами, лавами, покровами пеплов. В таких условиях, выветривание и почвообразование сопровождаются выносом солей, щелочной реакцией, окислением соединений железа, выпадением их большей части в осадок в форме окислов и гидроокислов.

Во влажных субтропиках и тропикахдебазация и десиликация горных пород и почв приводят к образованию кислых остаточных фераллитных и аллитныхкор выветривания и почв (красноземы, бокситы), которые обогащены остаточными формами окисленных соединений железа, марганца, титана, алюминия. В холодных лесных областях их аналогами являются кислые бурые почвы. Эрозия и переотложение смытого ферсиаллитного, фераллитного и аллитногомелкоземного материала приводят к образованию склонового делювия, пролювия, аллювия речных террас, также обогащенных окислами и гидроокислами железа, марганца, алюминия и закрытых покровом фераллитных и аллитных почв (бурых лесных, красноземов, бокситов) с возможными признаками литологической слоистости.

Но этот сравнительно простой процесс осложнен крайней неустойчивостью окислов железа, марганца, алюминия, обусловленной растущей кислотностью среды, присутствием в почвах органических веществ, повышенной влажностью, анаэробностью и деятельностью микрооргагнизмов. Общеизвестно, что в этих условиях, особенно в теплый сезон, периодически или постоянно возникают резко восстановительные условия среды; при этом железо переходит в двухвалентные формы, возникают активные геохимические миграции в виде хелатных соединений, бикарбонатов и, возможно, даже эфемерных сульфидов и сульфатов.

С водными потоками делювиальных, внутрипочвенных грунтовых вод геохимически активные соединения железа, марганца, алюминия мигрируют в нисходящем и горизонтально-боковом направлении по склонам, в низменности, поймы, дельты и устья рек, в озера, моря, океан. Смены теплового и окислительно-восстановительного режимов доступ кислорода, транспирация и испарение влаги, минерализация органики, деятельность железобактерий неизбежно ведут к осаждению значительной части подвижных соединений железа, марганца, алюминия в транзитных и особенно в аккумулятивных ландшафтах.

Этим путем образуются ожелезненные иллювиальные горизонты почв, ортзанды, горизонты конкреций полуторных окислов, ортштейны, железисто-гумусовые прослои и хардпены, железистые погребенные древние горизонты в толще склоновых почв, латеритные горизонты в низменностях, пойменных и надпойменных отложениях. Этим же путем образуются болотные луговые железистые руды в депрессиях, низменностях, торфяниках. Существенная часть геохимических мигрантов уносится подземными водами в Мировой океан.

Выветривание, переувлажнение и кислотно-анаэробное почвообразование на суше постоянно дополнительно генерируют новые массы подвижных соединений железа, марганца, алюминия и их геохимических спутников. Для железа величина ежегодной мобилизации оценивается разными авторами в 800—820 кг/га в год, что дает в сумме годовой транспорт железа порядка 730 млн. т.

Такого же порядка и количество железа в его вторичных соединениях, выпадающих в толщах почв и наносов долин, депрессий, низменностей. Здесь формируются глобальные области активной абсолютной аккумуляции соединений железа и марганца, алюминия (окислов, гидроокислов, железистых силикатов, глинных железистых минералов, сульфидов, железистых и алюминиевых квасцов).

Таким образом, общая биогеохимическая направленность истории и миграции железа и марганца на поверхности земной коры включает: генерирование подвижных соединений, их транспорт и накопление в транзитных и аккумулятивных ландшафтах.

Немецкий ученый Шпренгель (1750-1816), изучая дерновые и болотные железные руды, связывал их образование с притоком, испарением и аэрацией вод, содержащих в растворе гумус, угольную кислоту и соединения железа. Аккумуляция железа объяснялась процессами его окисления и минерализации органических дубильных веществ. С. Н. Виноградский доказал, что осаждение окислов железа из растворов является бактериальным процессом. Финский почвовед Б. Аарнио, по-видимому, был одним из первых исследователей, экспериментально изучившим роль кислого гумуса в образовании болотных железных руд и скоплений полуторных окислов.

Однако идеи горизонтальной миграции соединений железа и его спутников не были еще сформулированы. Считалось, что соединения железа, марганца, алюминия мигрируют лишь вертикально в нисходящем направлении в глеевых, подзолистых и желтоземных почвах, в солонцах, солодях с образованием светлых, белесых, пепельно-серых элювиальных горизонтов А2 и бурых, коричневых темных иллювиальных горизонтов, обогащенных полуторными окислами. По С.П. Яркову, вынос полуторных окислов из осветленных горизонтов преимущественно связан с временным или постоянным созданием анаэробной обстановки, с образованием двухвалентного железа и марганца, которые иллювиируются вниз и образуют горизонт В. Конечно, процессы вертикальной нисходящей миграции соединений железа и его спутников существуют, но значительно шире представлены в природе процессы боковой горизонтальной миграции органо-железистых соединений.

В результате исследований И. В. Тюрина (1949), В. В. Пономаревой (1949), Л. Н. Александровой (1954), И. С. Кауричева (1965) выяснилось, что решающая роль в мобилизации и миграции соединений железа и алюминия принадлежит фульвокислотам. Железо образует с фульвокислотами подвижные, активно мигрирующие в пространстве комплексные соединения. Фульвокислоты на 1 г углерода могут связывать несколько сот миллиграммов железа в виде хелатных соединений, мигрирующих на значительные расстояния (Лукашев, 1967,1969).

Восстановительные процессы в почвах и образование в них двухвалентных подвижных органо-минеральных соединений железа протекают тем интенсивнее в анаэробных условиях, чем больше содержат эти почвы гумуса.

1.  
   ПЕРЕХОД ЖЕЛЕЗАИЗ ОДНОЙ ФАЗЫ В ДРУГУЮ ИФАКТОРЫ, НА НЕГО ВЛИЯЮЩИЕ

Аэрация почв быстро вызывает переход соединений железа в трехвалентную форму. Осаждение окислов железа сопровождается сорбцией растворенного гумуса в количествах 0,2—3,0 г на 1 г Fe₂O₃. Осаждение двухвалентного железа в виде карбоната происходит при более высоком уровне pH (7,0—8,5). В остальных случаях чаще происходят коллоидно-химические реакции между отрицательно заряженными золями гумуса и положительно заряженными золями гидроокислов железа с образованием изоэлектрических осадков.

Наиболее интенсивно осаждение и аккумуляция соединений железа в верхних горизонтах болотных почв происходят при pH 6,3—7,4. При кислой реакции (pH ниже 5,5) накопление железа в почвенных приповерхностных горизонтах не наблюдалось. Осаждение окислов железа является и функцией окислительно-восстановительного потенциала среды.

В грунтовых водах и в почвенных растворах пойм и дельт всегда присутствуют подвижные соединения железа (особенно если реакция среды слабокислая ), которые аккумулируются близ поверхности почв, в горизонтах скопления корешков травянистой и древесной растительности. В итоге происходит интенсивное новообразование вторичных соединений (конкреций, трубок, прослоев) железа во всей толще почвы над грунтовой водой. Максимум скопления вторичных соединений железа обычно отмечается в верхних 20—30 см почвы, пронизанных и скрепленных корнями.

Также, педохимическая судьба соединений железа в значительной степени зависит от величины Eh*, условий разложения органического вещества и деятельности микроорганизмов.

*Eh—Окислительно-восстановительный потенциал — мера способности химического вещества присоединять электроны (восстанавливаться). Окислительно-восстановительный потенциал выражают в милливольтах (мВ).

Восстановление железа наступает при Eh от +400 до +100 Мв

В автоморфных почвах, особенно в сухие сезоны года, окислительные условия резко преобладают; Сможет подниматься от +700 до +760 мВ. В такой среде 80—90% соединений железа представлено трехвалентными формами. Но чаще в почвах влажных областей, а также в гидроморфных и поливных почвах Eh опускается ниже 600 мВ. В этих случаях практически всегда в почвах постоянно или периодически представлены обе формы железа или же преобладают двухвалентные формы.

1.  
   РОЛЬ ЖЕЛЕЗА ДЛЯ РАСТЕНИЙ

Железо – микроэлемент, усваиваемый растениями в наибольшем количестве, поэтому иногда его называют макроэлементом, однако, по физиологическим функциям это типичный микроэлемент. Железо является функциональной частью ферментативных систем растений. Особенно важна его роль в окислительном и энергетическом обмене, в образовании хлорофилла.Органические соединения, в состав которых входит железо, необходимые для протекания биохимических процессов, происходящих при дыхании и фотосинтезе. Это объясняют очень высоким уровнем их каталитических свойств, которые во много раз превышают неорганические соединения железа.Каталитическое действие железа связано с его способностью менять степень окисления. Атом железа окисляется и восстанавливается сравнительно легко, поэтому соединения железа являются переносчиками электронов в биологических процессах. В основе реакций, которые происходят при дыхании растений лежит процесс переноса электронов. Он осуществляется ферментами - дигидрогеназамы и цитохромами, содержащие железо.

С урожаем культур выносится от 0,6 до 9 кг/га этого элемента. Избыток железа приводит к отмиранию листьев без изменения их темно-зеленой окраски. Кроме того, подавляется рост растений, они образуют мало цветков, вянут, верхушки побегов отмирают.

Любая причина, ограничивающая доступность железа для растений приводит к тяжелым заболеваниям. В случае нарушения и ослабление процессов фотосинтеза и дыхания вследствие недостаточного образования органических веществ, из которых строится организм растений, и дефицита органических резервов, происходит общее расстройство обмена веществ. Поэтому при острой нехватке железа неизбежно наступает гибель растений. У деревьев и кустарников зеленая окраска верхушечных листьев исчезает полностью, они становятся почти белыми и постепенно засыхают.

Характерным признаком недостатка железа в питании растений являются заболевания молодых листьев на хлороз. Они приобретают желто - белый окрас, старые листья становятся светло- зелеными. Растения отстают в росте, цветки формируются мелкие. Валовое содержание железа (Fe₂0₃) в почвах колеблется от 1 до 11%. Тяжелые по гранулометрическому составу почвы содержат его больше. Чаще недостаток железа для растений наблюдается на карбонатных или на переизвесткованых почвах.

ГЛАВА II. ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТА И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТА.

Объектом исследования является Курганский областной дендрарий, расположенный в Курганской области, близ поселка Старый Просвет Кетовского района

Особенностями природно-климатических условий данной местности являются следующие:

Климат региона. Совокупность климатических показателей (свет, тепло, влага), определяющих рост и развитие растений, составляет агроклиматические ресурсы территории. Тепло обеспечивает терморегуляцию живых организмов, свет – процесс фотосинтеза, а влага – растворение и перенос элементов питания.

Влагообеспеченность (водный баланс) определяет отношение количества осадков за вегетационный период к сумме температур выше +10С, уменьшенной в 10 раз. В пределах области влагообеспеченность составляет 1,2-0,8, то есть зона увлажнения засушливая.

Объект исследования ‒ Курганский областной дендрарий ‒ находится вагроклиматическом районе: наиболее теплом и засушливом. Этот агроклиматический район занимает юго-запад и центр области. Сумма положительных температур за вегетационный период с температурой +10С- 2100 – 2256С. Влагообеспеченность 0,8 – 10. Осадков выпадает 175 – 200мм. Безморозный период от 113 до 125 дней. Лето жаркое, средняя температура июля +18,5, +19,5С. Зима холодная, средняя температура -17, -18С. Абсолютный минимум – 48, -49С. Средняя высота снегового покрова в поле 26-30см, продуктивность района пониженная.

Количество осадков. Как правило, в Курганской области зимних осадков выпадает больше, поэтому почва и грунтовые воды подпитываются таянием снега – верховодкой.

Ветер - сила и направление. На большей части территории Курганской области имеется зимнее и летнее направление ветра, так как он формируется воздушными потоками от Черного моря (ветра юго-западные, оттепели зимой) и северных морей (летом), воздушные массы от Ледовитого океана определяют особенности климата (внезапные похолодания).

Почвы региона. Наибольшую площадь занимают черноземные почвы. Они покрывают более трети поверхности области. Среди черноземов различают выщелочные, обыкновенные и солонцеватые.

Основными районами выщелочных черноземов являются приречные участки, где они образуют крупные по площади массивы. Близость рек снижает уровень грунтовых вод. В результате уменьшается возможность засоление почв. Выщелочные черноземы встречаются на равнинных водораздельных участках и в гривных повышениях, где хороший сток атмосферных вод. В северо-западной части и центральной частях области они преобладают. На востоке постепенно уступают место черноземам солонцеватым. А в целом, являются основной зональной почвой области.

Различают несколько разновидностей выщелочных черноземов по мощности гумусового горизонта. По механическому составу они также неоднородны: от глинистых до супесчаных.

Общая мощность профиля у всех разновидностей выщелочных черноземов колеблется от одного до полутора метров. Перегнойный горизонт составляет 12-25 (иногда около 40) см. Это наиболее плодородные почвы Курганской области. Степень выщелочности этих почв характеризует большая глубина вскипания от соляной кислоты. Наиболее часто вскипание обнаруживается в интервале глубин 60-90 см, углубляясь на легких почвах до 120-140 см. В направлении с севера на юг в пределах области наблюдается уменьшение мощности перегнойного горизонта.

Черноземы обыкновенные не образуют в пределах области сплошных массивов. Они встречаются в сочетании с солонцеватыми черноземами, солонцами. Больше всего распространены в южных районах области. Материнскими породами для них служат четвертичные суглинки желто-бурых оттенков разного механического состава: от тяжелых до легких, с высоким содержанием карбонатов. Формируется в условиях хорошего стока атмосферных вод , как правило, на вершинах пологих склонов и гривных возвышений. Перегнойный горизонт колеблется от 15 до 25 см, вскипание начинается с глубины от 30 до 50 см.

Серые лесные почвы формируются в области алюминиевых и эоловых песков и супесей древних террас рек. Имеют слабо развитый перегнойный горизонт. Мощность его около 15 см, у темно-серых лесных – до 40 см.

На серых лесных почвах в природных условиях произрастают сосновые боры. Корневая система сосны надежно закрепляет почвы. Для сохранения серых лесных почв необходимо тщательно охранять сосновые леса от вырубки.

ОПИСАНИЕ КУРГАНСКОГО ОБЛАСТНОГО ДЕНРАРИЯ

В 2010 году недалеко от Просветского дендрария для продолжения опытных работ по выращиванию древесно — кустарниковых пород был основан Курганский областной дендрарий на площади 11,6 гектаров.

Проект создания областного дендрария разрабатывался Уральским государственным лесотехническим университетом и Курганским государственным университетом.

В 2012 году на территории дендрария были высажены первые саженцы лиственницы сибирской, сосны горной, рябины обыкновенной.

Работы по благоустройству Курганского областного дендрария продолжаются и в настоящее время. Ежегодно пополняется общее количество древесных и кустарниковых растений в его коллекции. В работах по озеленению дендрария традиционно принимают участие члены Правительства Курганской области и Глава региона.

Во всех работах по закладке дендрария принимали участие студенты Курганского государственного университета, которые являются членами региональной общественной организации «Чистая земля». Лесопосадочные работы и уход за Курганским областным дендрарием осуществляет ГКУ «Территориальный государственный экологический фонд Курганской области».

Территория переданного участка лесного фонда на 53 % представлена лесными землями (6,1 га), вся она непокрыта лесом (вырубка). Оставшиеся 47 % территории – это нелесные земли (пастбища, пески, воды, пашни и противопожарные разрывы).

Леса участка по целевому назначению отнесены к защитным лесам (100 %), а именно – к защитным полосам лесов, расположенным вдоль железнодорожных путей общего пользования, федеральных автомобильных дорог общего пользования; автомобильных дорог общего пользования, находящихся в собственности субъектов РФ (91 %) и ценным лесам, расположенным в лесостепной зоне (9 %). (Приложение 1).

Данный участок леса предоставлен в постоянное (бессрочное) пользование с целью создания Курганского областного дендрария. Образовательная деятельность заключается в проведении большого количества экскурсий, консультаций, лекций на территории данного лесного участка. Поэтому большую часть в охране лесов от пожаров занимают профилактической работы с населением, включающей: организацию экологического просвещения, в том числе распространение знаний о лесных пожарах и противопожарной безопасности в дошкольных учреждениях, школах, техникумах, вузах; противопожарную пропаганду. Кроме этого в целях обеспечения пожарной безопасности на данном участке планируется: -создание минерализованной полосы с внешней стороны ограждения дендрария; -установка противопожарных аншлагов; -содержание в надлежащем состоянии пункта сосредоточения противопожарного инвентаря. Планируется создание минерализованной полосы по периметру лесного участка, чтобы не нарушать структуру закладывающегося дендрария.

Также, на территории лесного участка, передаваемого в постоянное (бессрочное) пользование ГКУ «Экофонд», имеются водные объекты. Это водохранилище, расположенное в кв. 74 выд. 14 (площадь – 0,1 га), и пруд, расположенный в кв. 74 выд. 35 (площадь – 0,1 га). На территории, непосредственно прилегающей к водным объектам, планируется создание участка околоводной растительности Курганского областного дендрария.

ПРЕДМЕТ ИССЛЕДОВАНИЯ

Образцы почвы были взяты с четырех участков, которые расположены в Курганском областном дендрарии.

План участков представлен в приложении 2.

Точки отбора проб обозначены красными точками

Точка №1: расположена на участке №3 «Опушка 1», растительность представлена в основном злаковыми растениями, такими как мятлик луговой и осока ранняя, являются лекарственными растениями; древесный ярус представлен такими растениями как сосна лесная и береза крылова, единичные деревья; также произрастают подросты сосны лесной (38шт) и липы сердцелистной.

Точка №2: расположена на участке №15 «Поляна», Произрастают сосна обыкновенная, береза Крылова, тополь дрожащий ‒ единичные деревья, древесный ярус не представлен широко, так же имеются подросты сосны, осины и березы в значительном количестве (до 100 штук), единичные ‒ яблоня ягодная, шиповник, смородина декоративная, жимолость культурная; травянистый ярус представлен такими растениями: фон ‒ звездчатка малая, осока, клевер луговой, клубника, представлены в большом количестве лекарственные растения, такие как: василистник, тысячелистник (фон), чабрец, брусника, купена лекарственная, подорожник, иван-чай, зверобой. Также на данной территории произрастают василек, ветреница, смолевка, чина желтая.

Точка №3:расположена между 5 и 7 участками, возле тропы. Растительность представлена в основном травяным ярусом: подморенник северный ‒ фон, хвощ полевой, осока, нивяник, репейник, мать-и-мачеха, одуванчик, земляника, бодяг полевой, лобазник, чина луговая, мятлик. Древесный ярус включает в себя: береза крылова, в количестве 38шт, сосна сибирская ‒ 15шт, кустарниковый ярус ‒ ива (7шт).

Точка №4: расположена на участке №6, растительность: заросли шиповника и малины, яблоня ягодная в количестве 10шт, смородина декоративная (3шт), единично представлены сосна лесная и рябина декоративная; травяной ярус представлен, в основном, лекарственными растениями, такими как: чабрец, кровохлебка лекарственная, девясил высокий, душица обыкновенная, иван-чай широколиственный; также произрастают кизильник обыкновенный, клевер красный, клубника зеленая, вербенник.

2.2. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Методы, используемые в работе:

-теоретический ‒ сбор информации, ее анализ;

-эксперимент ‒ в лабораторных условиях выявление территориальной динамики железа, т.е. его содержания на каждом из четырех участков отдельно; выявление динамики железа по горизонтам (А, В, А0 - в корнях растений); выявление динамики железа в различных фазах почвы (в твердой фазе, в жидкой - почвенном растворе, в живой – наземной части растений);

-сравнение и обобщение.

Качественное определение содержания железа в почве

Для выявления территориальной динамики железа необходимо определить количественное содержание общего железа на всех четырех участках отдельно, сравнить результаты, выявить закономерности, сделать выводы.

Определение содержания общего железа используется метод определения с помощью роданида аммония.

Для выявления динамики железа по горизонтам необходимо разделить имеющийся почвенный профиль на горизонты и найти количественное содержание железа в каждом горизонте, также необходимо отделить имеющиеся корни растений, сжечь их и найти содержание железа в них методом роданида аммония.

Для выявления динамики железа в различных фазах почвы необходимо найти содержание железа в самой почве, в почвенном растворе и в растениях, произрастающих на данной территории.

Количественное определение содержания железа в почве и растениях

Суть методики определения подвижных форм железа с помощью роданида аммония

Навеску воздушно-сухой почвы 5 г, просеянной через сито с отверстиями 1 мм, помещают в колбу и приливают 250 мл 0,2 Н раствора HCL, перемешивают и настаивают в течение суток.

Суспензии фильтруют, пипеткой отбирают 5 мл фильтрата в колбу на 100 мл и приливают 5 мл HNO₃, затем перемешивают и по каплям добавляют раствор KMnO₄ с м.д. 0,3% до образования неисчезающей слабо-розовой окраски от одной капли, затем добавляют 80-90 мл дистиллированной воды и 5 мл аммония роданистого. Доводят водой до метки и колориметрируют.

Из рабочего раствора соли Мора готовят эталонные растворы. Для этого в колбы на 100 мл наливают количество раствора по таблице 2, доливают дистиллированной воды около 80 мл, приливают 5 мл аммония роданистого, доводят водой до метки, перемешивают колориметрируют сразу в течение 15 – 30 мин.

№ колбы	Объем раствора соли Мора, мл	Масса Fe в 100 мл эталонного раствора, мг
1	1	0,1
2	2	0,2
3	4	0,4
4	8	0,8
5	16	0,16
6	24	0,24
7	32	0,32

Таблица эталонных растворов для проведения анализа

По результатам фотометрирования эталонных растворов строят градуировочный график. По оси абсцисс откладывают массу железа в миллиграммах, соответствующую объему соли Мора в эталонных растворах, а по оси ординат ‒ соответствующие им показания прибора. Пользуясь градуировочным графиком, по результатам анализа определяют массу железа в анализируемых пробах.

Для вычисления массы подвижных форм железа при натуральной влаге используют следующее уравнение:

Fe% =m*250*100/V*m1

Где m ‒ масса Fe по градуировочному графику; 250 ‒ объем HCl, приливаемый к навеске; V ‒ объем вытяжки, взятый на определение, в мл; m1‒ масса навески в г.

Для вычисления массы подвижных форм железа в пересчете на оксид железа при натуральной влаге используют следующее уравнение:

Fe% =m*250*1, 43*100/V*m1

Где 1,43 ‒ коэффициент пересчета на оксид железа

ГЛАВА III. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

3.1. МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ПРИЗНАКИ ПОЧВЫ

Основными морфологическими признаками почвенного профиля являются: строение, мощность слоя почвы и ее отдельных горизонтов, окраска, структура, сложение, новообразования, включения.

Рассмотрим некоторые из них:

-Цвет почвы

Цвет почвы является важным внешним признаком, отличающим одни типы почв от других, а также горизонты и подгоризонты друг от друга. Достаточно сказать, что многие почвы получили название по их цвету: черноземы, красноземы, желтоземы, сероземы и др. Окраска почв зависит от ее химического состава, условий почвообразования, влажности. Верхние горизонты окрашены гумусом в темные цвета. Чем больше гумуса содержит почва, тем темнее окрашен горизонт. Наличие железа придает почве голубоватый оттенок, а включения более высоких концентраций железа имеют бурые, охристые, красные тона. Белесые, белые тона предполагают наличие процессов оподзоливания (вымывания продуктов разложения минеральной части почвы), осолодения, засоления, окарбоначивания, т. е. присутствие в почве кремнезема, каолина, углекислого кальция и магния, гипса и других солей.

Таким образом, для определения окраски почвенного горизонта необходимо: а) установить преобладающий цвет; б) установить насыщенность этого цвета (темноокрашенный, светлоокрашенный); в) отметить оттенки основного цвета (например, буровато - светло - серый, коричневато - бурый, светлый, серовато - палевый и т. д.). Почва во влажном состоянии и в крупных комках всегда имеет более темную или интенсивную окраску, чем в сухом и растертом состоянии.

Окраска исследуемых образцов:

Точка №1: серо-коричневая;

Точка №2: серо-коричневая, светлая;

Точка №3: черная, с голубоватым оттенком;

Точка №4: темно-серая, почти черная;

Структура почвы

Под структурностью почвы подразумевают ее способность естественно распадаться на структурные отдельности и агрегаты, состоящие из склеенных перегноем и иловатыми частицами механических элементов почвы. Форма структурных отдельностей зависит от свойств почвы.Каждому типу почв и каждому генетическому горизонту свойственны определенные типы почвенных структур. Для гумусовых горизонтов характерна зернистая, комковато-зернистая, порошисто - комковатая структура; для элювиальных горизонтов - плитчатая, листовая, чешуйчатая, пластинчатая; для иллювиальных - столбчатая, призматическая, ореховатая, глыбистая и т. д.В зависимости от наличия и степени выраженности структуры различают структурные и бесструктурные почвы. Бесструктурные - это большей частью песчаные и супесчаные почвы, нередко пахотные слои суглинистых и глинистых почв, распыляющиеся при обработке. Между структурными и бесструктурными почвами выделяют переходные почвы со слабо выраженной структурой.

Чем лучше почва структурирована, тем железо меньше вымывается из почвы, т.е. его динамика замедляется.Структура исследуемых образцов и механический состав:

Точка №1: комковато-ореховатая, супесь;

Точка №2: комковатая, легкий суглинок;

Точка №3: комковатая, легкий суглинок;

Точка №4: бесструктурная, песок.

Все морфологические признаки исследуемых образцов для наглядности представлены в таблице 1 (приложение 3)

Выводы:

- рассматриваемые почвы уже по окраски не однородны. Окраска почв меняется от светло-серо-коричневой (на участке №2) до черной с голубоватым оттенком (на участке №3);

- в гранулометрическом составе почв также наблюдается динамика – он меняется от песка (участок 4) до легкого суглинка, который преобладает на данной территории;

-что касается структуры почвы, то почва с самым легким гранулометрическим составом бесструктурна, на остальных участках непрочно-комковатая.

3.2. ТЕРРИТОРИАЛЬНАЯ ДИНАМИКА ЖЕЛЕЗА

В ходе лабораторного исследования были получены следующие результаты:

Содержание общего железа на каждом участке по отдельности:

Точка №1 ‒ 2,92%

Точка №2 ‒ 0,78%

Точка №3 ‒ 26,89%

Точка №4 ‒ 6,27%

Для наглядности результаты представлены в виде диаграммы (приложение 4)

Отсюда можно сделать вывод, что на разных участках содержание железа в почве различно, и колеблется от 0,78% до 26,89 %. Это обусловлено следующими факторами: точки расположены не рядом друг с другом, между ними нет горизонтального переноса вещества, поэтому значения настолько различны. В точке 3 наблюдается повышенное содержание железа, можно предположить, что в почву поступление железа происходит из подстилающей породы, вымывания не происходит, следовательно происходит накопление железа. А в точке 2 наоборот пониженное содержание железа, это объясняется тем, что на участке с точкой №2 почва является карбонатной, значение рН имеет низкое значение, реакция щелочная, а при щелочной реакции на карбонатных почвах происходит вытеснение ионов железа ионами кальция.

Следовательно, нет никакой взаимосвязи между участками, они полностью автономны друг от друга и территориальной динамики железа в Курганском областном дендрарии не наблюдается.

3.3. МИГРАЦИЯ ЖЕЛЕЗА В ПОЧВЕ

МИГРАЦИЯ ЖЕЛЕЗА МЕЖДУ ПОЧВЕННЫМИ ГОРИЗОНТАМИ.

На трех участках мною был проведен анализ содержания железа в почвенных горизонтах А и В отдельно.

Результаты представлены в таблице 2

Таблица 2: Cодержание железа в почвенных горизонтах А и В на разных участках, %

Точка отбора проб	Горизонт А	Горизонт В
Точка №1	0,921	0,922
Точка №3	7,486	12,265
Точка №4	2,591	2,203

Результаты представлены в виде диаграммы (приложение 5)

Исходя из полученных результатов, можно сделать выводы, что:

В точке №1 содержание железа в почвенном горизонте А и в горизонте В практически не отличается, то есть динамика железа между горизонтами почвы присутствует в нисходящем и восходящем направлениях, сохраняется баланс между содержанием железа в верхнем и нижнем горизонте почвы

В точке №3содержание железа в горизонте В значительно превышает содержание железа в горизонте А, то есть происходит динамика в нисходящем направлении в результате вымывания железа из верхнего горизонта и осаждения в нижнем горизонте.

В точке №4 содержание железа в верхнем и нижнем горизонтах практически не отличается. Наблюдается баланс содержания железа между горизонтами.

СОДЕРЖАНИЕ ЖЕЛЕЗА В РАЗЛИЧНЫХ ФАЗАХ ПОЧВЫ

Также мною был проведен анализ содержания железа в различных фазах почвы: в твердой (сама почва), жидкой (почвенный раствор) и живой (корнях растений и в наземной части растений), чтобы определить растворимость железа в данных образцах почвы и доступность для растений.

Результаты исследования представлены в таблицах 4 и 5:

Таблица №4: содержание железа в почвенном растворе в горизонтах А и В, %

Участок	Горизонт А	Горизонт В
Точка №1	0,0576	0,1728
Точка №3	0,0719	0,0202
Точка №4	0,1728	0,0288

Из полученных результатов можно сделать выводы, что в почвенном растворе содержание железа не велико, значит железо на данных участках находится в нерастворенном виде, в форме соединений (оксидов, окислов и хелатов) На растворимость железа влияет значение рН: минимальные содержания растворимого железа отмечаются при щелочных значениях рН, поэтому кислые почвы более обогащены растворимым неорганическим железом, чем нейтральные и щелочные.

У исследуемых образцов содержание растворенного железа низкое, следовательно можно сделать вывод, что в Курганском областном дендрарии почвы имеют щелочную или нейтральную реакцию рН.

3.4. ДОСТУПНОСТЬ ЖЕЛЕЗА ДЛЯ РАСТЕНИЙ

Подвижность и доступность для растений растворенного железа определяется из значений содержания железа в растениях, произрастающих на участках с данной почвой.

Мною был проведен анализ содержания железа в растениях: в корнях и в наземной их части. Результаты представлены в таблице и для наглядности в виде диаграммы (приложение 7)

Таблица 5: Содержание железа в наземной части растений и в корнях, %

Участок	Содержание железа в корнях растений	Содержание железа в наземной части растений
Точка №1	12,496	‒
Точка №3	11,92	0,92
Точка №4	2,131	0,864

Из результатов анализа видно, что в растениях содержание железа достаточное, то есть железо доступно для растений, причем в корнях содержание железа выше, чем в наземной части, это можно объяснить тем, что корни, находясь непосредственно в почве, всасывают почвенный раствор с растворенным в нем железом и аккумулируют его в себе, а в наземную часть передается столько железа, сколько необходимо для жизнедеятельности растения. Таким образом, дефицита этого химического элемента растения не испытывают.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

Итак, в данной курсовой работе были рассмотрены такие темы как:

-строение почвы, почвенные горизонты, фазы почвы;

-формы нахождения железа в почве и особенности его миграции;

-переход железа из одной фазы в другую и факторы, на него влияющие;

-роль железа для растений.

Также, были получены следующее результаты:

-рассмотрены морфологические признаки почвы с исследуемых участков, такие как окраска почвы, структура и механический состав;

-выявлена территориальная динамика железа по участкам Курганского областного дендрария;

-выявлена миграция железа в почве: между горизонтами и в различных фазах почвы (твердой, жидкой и живой);

-обосновано значение железа для растений и его доступность.

Таким образом, в моей работе решены следующие задачи:

-теоретически обосновано возможное различное количественное содержание железа в твердой и жидкой фазе почвы, выявлены факторы, влияющие на содержание и доступность железа для растений;

-подобрана методика выявления различных форм железа в почве и его содержания;

-проведен эксперимент и определено содержание железа в различных фазах и горизонтах почвы, выявлена территориальная динамика железа;

-выяснены механизмы, способствующие увеличению доступности железа для растений.

Собранные материалы и полученные результаты могут быть использованы в решении практических вопросов в области агрономии и агрохимии, а также для проведения занятий для учащихся школы и университета и для расширения кругозора интересующихся данной темой.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Фазы почв/URL:http://uchilok.net/geografia/110-fazy-pochvy.html (дата обращения 26.03.2017)

Фазы почвы/URL: http://studopedia.ru/1_105274_fazi-chasti-pochvi.html (дата обращения 26.03.2017)

Миграция и аккумуляция соединений железа, марганца, алюминия в почвах/URL:http://www.activestudy.info/migraciya-i-akkumulyaciya-soedinenij-zheleza-marganca-alyuminiya-v-pochvax/ (дата обращения 14.04.2017)

Морфология почвы/URL:http://enc.sci-lib.com/article0001041.html (дата обращения 3.05.2017)

Науменко Н. И. Просветский дендрарий (Курганская область, ...Чучалина А. А. Видовой состав растений ранних этапов послепожарных сукцессий в Центральной ...

Курганский областной дендрарий | ПРО ЗАУРАЛЬЕ/URL:http://zaural.pro/pr-io-0002/ (дата обращения 31.05.2017)

Железо для растений | AgroCounsel/URL:http://www.agrocounsel.ru/zhelezo-dlya-rastenij (дата обращения 2.06.2017)

Код для цитирования: Скопировать