X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

Введение

Актуальность данной работы определяется ролью серы и ее соединений в растительном организме и передаче ее по трофическим цепям питания в экосисмемах, в первую очередь СИСТЕМЫ-Ш (ПОЧВЕННАЯ СИСТЕМА). Она заключается и в том, что изучение миграции различных форм серы в почвах Курганского областного дендрария позволит разработать методические рекомендации по поддержанию круговорота серы в биогеоценозе Курганского дендрария.

Для решения данной проблемы необходимо:

- Определить содержание сульфатов, сероводорода в почвах.

- Изучить численность микроорганизмов (хемотрофов) в данных почвах.

- Выявить загрязнены ли почвы дендрария высокими концентрациями данных форм серы.

Это даст возможность для разработки плана мероприятий по дальнейшему использованию почв.

Цель: Теоретически обосновать нахождение различных форм серы в почве и выявить взаимосвязи и взаимодействия между ними, используя допустимые методы определить динамику изучаемых соединений серы в почвах Курганского дендрария.

Объект исследования: почвы Курганского областного дендрария.

Предмет исследования: динамика соединений серы в почве.

Задачи:

1. Диагностическая: проанализировать имеющийся материал о фазах почвы, миграции химических элементов, о различных формах серы в почве.

2.Теоретическая: провести теоретическое обоснование динамики соединений серы в различных фазах почвы.

3. Методическая: подобрать методику определения механического состава почвы, кислотности почв, содержания сульфатов, сероводорода, выявления влияния соединений серы на биоту - учета численности микроорганизмов.

4. Экспериментальная: провести лабораторные исследования по подобранным методикам.

Методы исследования: теоретический анализ литературы, потенциометрический, гравиметрический, йодометрия, метод питательных пластин (метод Коха).

Значение работы:

Теоретическое - провести теоретическое обоснование динамики соединений серы в различных фазах почвы.

Практическое - подобрать методику определения механического состава почвы, кислотности почв, содержания сульфатов, сероводорода, выявления влияния соединений серы на биоту - учета численности микроорганизмов, и проведено исследование по подобранным методикам.

Глава 1. Соединение серы в различных фазах почвы

1.1Фазы почвы

Почва состоит из четырех фаз: твердой, жидкой, газообразной и живой.[12]

Твердая фаза почвы. В состав твердой фазы почвы входят минералы и химические соединения, унаследованные от исходной горной породы и неизмененные при последующем выветривании и почвообразовании – их называют первичными. Твердую фазу почвы формируют разнообразные компоненты вторичного происхождения. Они образуются при выветривании исходной горной породы и почвообразовании. Это: вторичные глинистые минералы, простые соли, оксиды и гидроксиды, растительные остатки и продукты их трансформации типа детрита, гумусовые вещества и их органо-минеральные производные. Эти продукты образуются на месте или же приносятся агентами геохимической миграции — поверхностными, внутрипочвенными и грунтовыми водами, а также аэральным путем.[1]

Твердая фаза почвы характеризуется гранулометрическим, минералогическим и химическим составом, сложением, структурой и пористостью.[2]

Жидкая фаза почвы. Это влага, циркулирующая в пределах почвенного профиля вместе с растворенными в ней разнообразными минеральными, органическими и органо-минеральными соединениями. Она называется почвенным раствором. Почвенный раствор представляет собой исключительно динамичную фазу почвы, он играет важную роль в жизни живых организмов, а также в процессах миграции веществ в почвенном профиле. Динамика почвенного раствора тесно связана с характером атмосферного и грунтового увлажнения почвы, температурным и окислительно-восстановительным режимами, деятельностью живых организмов.[1][2]

Газовая фаза почвы. Представляет собой почвенный воздух, который заполняет разнообразные пустоты (поры, трещины и т. п.), имеющиеся в почве и не занятые водой. Почвенный воздух существенно отличается от атмосферного и динамичен во времени.[2]

Живая фаза почвы. Эта фаза представлена живыми организмами, населяющими почву, которые помимо всего прочего служат важнейшим фактором почвообразования. В состав живой фазы почвы входят разнообразные микроорганизмы (бактерии, грибы, актиномицеты, водоросли), почвенная микро- и мезофауна (простейшие, насекомые, черви и т. д.), корневые системы зеленых растений.[1]

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, т. е. почва — открытая система.[2]

1.2 Миграция химических элементов

Химические элементы различаются по поведению в биосфере. Одни легко образуют химические соединения, вступают в химические реакции и определяют особенности среды миграции (активные мигранты). Другие элементы почти не участвуют в реакциях. Эти неактивные мигранты передвигаются в биосфере ― пассивно при механическом перемещении частиц горных пород и минералов с водой, ледниками, воздушными массами. К неактивным мигрантам относятся цирконий (Zr), гафний(Hf), ниобий (Nb), а также платиноиды - платина (Pt), осмий (Os), иридий (Ir) и др. Инертные газы - гелий (Ge), неон (Ne), криптон (Kr), ксенон (Xe) также неспособны к химическим реакциям, они играют малую роль в биосфере и экосистемах.[3]

По способу миграции активные мигранты делятся на воздушные и водные. Воздушные мигранты (H, N, C, О) образуют газообразные соединения, их миграция и накопление определяют важнейшие геохимические особенности среды. Они играют ведущую роль в биосфере, т.к. образуют органическое вещество.[3]

К водным мигрантам относят элементы, мигрирующие преимущественно в почвенных, грунтовых, поверхностных водах в виде ионов, недиссоциированных молекул и коллоидных частиц. Это большая часть элементов: Na, Mg, Al, Si, P, S, Cl, K, Mn, Fe, Co, Ni, V и др. Водные мигранты уступают по значению воздушным.[3]

Миграция химических элементов в биосфере представлена биогенной, физико-химической, механической и техногенной видами миграций.[3]

Биогенная миграция

Биогенная миграция - перемещение химических элементов в природе в процессе жизнедеятельности растений, животных, микроорганизмов[4]. По В.B. Вернадскому, живые организмы не второстепенные участники геологических процессов, лишь оказывающие влияние на общий ход неорганических явлений в земной коре, а главный фактор миграции химических элементов: «...все бытие земной коры, по крайней мере, 99% по весу массы ее вещества, в своих существенных, с геохимической точки зрения, чертах обусловлено жизнью».[3]

Процессы миграции химических элементов при участии живого вещества являются циклическими и называются биологическим круговоротом, который условно состоит из двух процессов:

- образование живого вещества из элементов окружающей среды;

- разложение органических веществ и поступление элементов в среду.[5]

Процессы биогенного образования и разложения органического вещества образуют биологический круговорот химических элементов. Однако часть веществ надолго извлекается из миграции, закрепляясь в почве, часть удаляется в гидросферу, атмосферу или литосферу. Поэтому биогенная миграция химических элементов включает не только циклические, но и направленные процессы, со временем она приводит к изменению химического состава компонентов биосферы, их переходу в новое состояние.[3][6]

Физико-химическая миграция

Физико-химическая миграция происходит или в природных водах, или в атмосфере (приземной и подземной), соответственно ее делят на водную и воздушную миграции.[3]

Физико-химическая миграция осуществляется в ходе процессов растворения, осаждения, сорбции, десорбции, диффузии. Химические элементы мигрируют в ионных, молекулярных и коллоидных растворах.[6]

Интенсивность водной миграции химических элементов зависит от физико-химических параметров вод, особенно от кислотно-щелочных и окислительно-восстановительных условий, измеряемых, соответственно, величиной рН и окислительно-восстановительным потенциалом (ОВП).[8]

Физико-химическая водная миграция химических элементов может происходить и в коллоидной форме. Коллоиды – частицы размером менее 0,0001 мм, обладают высокой поглотительной способностью и несут электрический заряд, обладают способностью переходить из раствора в осадок (коагуляция) и обратно (пептизация). Коллоидными свойствами обладают глинистые минералы, гидроксиды Si, Fe, Al, Mn, гумусовые вещества; есть коллоидные карбонаты, сульфаты, фосфаты, ванадаты. Коллоиды мигрируют в виде коллоидных растворов – золей. Осаждаются в виде студенистых осадков – гелей.[3]

Физико-химическая миграция в воздушной среде включает миграцию газов.[3]

Газы составляют сотые доли % массы земной коры и десятые доли % – гидросферы, однако геохимическая роль газов не пропорциональна их массе: решающее значение имеет высокая подвижность газов, которые мигрируют интенсивнее, чем вещества в твердом и жидком состоянии. В земной коре выделяются газы воздушного, биохимического, химического и радиоактивного происхождения.[3][8]

Миграция газов осуществляется путем фильтрации и диффузии. Основное значение имеет фильтрация, скорость которой определяется проницаемостью пород (тектонические нарушения) и изменяется в сотни тысяч раз.[8]

В оценке миграции газов необходимо рассмотрение такого важного показателя свойств газов как их растворимость. Большинство газов в стандартных условиях плохо растворяются в воде. С увеличением температуры растворимость большинства газов понижается, с увеличением давления – растет.[3][8]

Механическая миграция

Этот вид миграции не зависит непосредственно от химических процессов, особое значение имеют размеры и плотность частиц. Механическая миграция обусловлена «работой» рек, течений, ветра, ледников, вулканов. В результате механической миграции образуется делювий, пролювий, аллювий, морена, лессы и другие осадочные породы. Эта миграция существенна для элементов – пассивных мигрантов, таких как Si, Ti, Zr, Hf и мала для Ni, Co, Mg, Cl, Na. Механическая миграция происходит в водной и воздушной среде.[3]

Техногенная миграция

Самая сложная - техногенная миграция, связанная с деятельностью человека и осуществляется при отработке месторождений полезных ископаемых и их транспортировке к месту обогащения и переработки, транспортировке топлива по нефте- и газопроводам, перевоза продовольствия и т.п.[7]

Выделяется два геохимических типа процессов техногенной миграции:

Миграция, унаследованная от биосферы, но техногенно изменённая. Это процессы, связанные с биологическим круговоротом, водной и воздушной миграцией элементов. Для их характеристики можно использовать те же понятия, которые разработаны применительно к процессам биогенной и физико-химической миграции.[15]

Собственно техногенная миграция в формах, чуждых биосфере. Производство веществ, не существующих в природе, использование атомной энергии, перемещения вещества, подчиняющиеся социальным законам. Здесь требуется новый понятийный аппарат, который сейчас находится в стадии разработки.[15]

1.3 Соединения серы

В почве сера в основном находится в составе органических соединений, представленных растительными остатками и гумусом.[11] Существует целый ряд комплексных органических соединений серы (например, сульфатэфиры и соединения с C-S-связями), однако корни растений не могут поглощать серу в данной форме. Сера становится доступной растениям только в сульфатной форме – в процессе минерализации органических соединений, протекающем с участием микроорганизмов.[9]

В результате деятельности микроорганизмов в почве постоянно протекают процессы трансформации серы – превращения между органическими и неорганическими соединениями серы. Сульфатная форма серы образуется в качестве побочного продукта в процессе минерализации органического вещества почвы, протекающем с участием микроорганизмов. Процесс иммобилизации представляет собой включение сульфатной формы серы в микробную биомассу почвы.[9]

Только небольшая часть от валового содержания серы в почве находится в неорганической форме. Сульфатная сера – наиболее распространенная форма среди неорганических соединений серы в почве. Сульфаты входят в состав почвенного раствора, удерживаются поверхностью минеральных частиц почвы, а также находятся в составе таких минералов, как гипс. В затопляемых и слабодренированных почвах могут образовываться минералы группы сульфидов (например, пирит).[9]

Большинство сульфатов хорошо растворимо в воде и передвигается с током почвенной влаги. Они слабо удерживаются (адсорбируются) глинистыми и другими почвенными минералами, особенно при низких значениях pH почвенного раствора. Адсорбированные почвой сульфаты представляют собой важный резерв серы для питания растений, особенно в нижних горизонтах почвенного профиля (глубже 30 см), имеющих кислую реакцию среды.[9]

Среди растворимых сульфатных соединений почв наиболее известны сульфат аммония, сульфат магния, натрия и калия. Эти соединения часто используются в качестве удобрений – источников соответствующих катионов.[10]

Потери серы из почвы в основном происходят за счет вымывания сульфат-ионов из корнеобитаемой зоны при выпадении большого количества осадков и при орошении. Размеры потерь серы от вымывания зависят от почвенно-климатических условий.[13]

В анаэробных условиях сульфаты восстанавливаются почвенными бактериями до целого ряда соединений, которые по большей части не могут поглощаться растениями. Указанные соединения включают сероуглерод, карбонилсульфид, диметилдисульфид, метилмеркаптан и сероводород.[3]

Сероводород H₂S - бесцветный газ, растворим в воде и органических растворителях, является сильным восстановителем. Водный раствор H₂S имеет кислую реакцию, и является слабой кислотой. ПДК сероводорода 0,4 мг/кг почвы.[18]

Соединения серы является важнейшими веществами в производственных химических процессах. Однако предприятия по производству серной кислоты, удобрений вносят в окружающую среду значительную часть выбросов соединений серы. Они попадают в атмосферу и воду, загрязняют в дальнейшем и почву. Поэтому важнейшими показателем загрязненности почвы является концентрация сульфат-ионов. ПДК SO₄^2- = 160 мг/кг.[10]

Теоретический анализ литературы позволил построить теоретическую модель «черного ящика» (Рисунок 1). На формы серы в почве влияют механический состав почвы, структура почвы, кислотность, содержание в подстилающих породах, содержание в органике и в атмосфере. В результате формы серы в почве оказывают влияние на динамику подвижности серы в почве.

Рисунок 1. Теоретическая модель «черного ящика»: Формы серы в почве

Глава 2. Характеристика объекта и методики исследования

2.1 Характеристика объекта

Объектом исследования являются почвы Курганского областного дендрария.

Курганский областной дендрарий

Местоположение объекта: Курганская область, Кетовский район, п. Старый Просвет.[16]

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.[16]

В 2012 году на территории дендрария были высажены первые саженцы лиственницы сибирской, сосны горной, рябины обыкновенной.[16]

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.[16]

На плане Курганского областного дендрария отмечены номера участков, где были взяты образцы почвы.

Рисунок 2. План Курганского областного дендрария

1.  
   Методика исследования

Определение механического состава почвы

Механический состав определяют сухим или мокрым методом. Определение механического состава сухим методом производят, растирая на ладони сухой образец размером около 3 мм. Обращая внимание на характер структуры почвы.[22]

При определении механического состава почвы мокрым методом ее увлажняют и разминают между пальцами до консистенции теста. Хорошо размятую почву раскатывают на ладони в шнур толщиной около 3 мм и сворачивают в колечко около 3 см.[23]

Для определения механического состава почвы следует пользоваться данными таблицы 1.[23]

Таблица 1

Механический состав почвы мокрым методом

Механический состав	Признаки
Песок	Шнур не образуется. В шарик скатать нельзя
Супесь	Образуются зачатки шнура. Можно скатать в шарик размером с грецкий орех
Легкий суглинок	Раскатывается в шнур, дробящийся при раскатывании
Средний суглинок	Раскатывается в сплошной шнур, который нельзя свернуть в кольцо
Тяжелый суглинок	Раскатывается в сплошной шнур, который сворачивается в кольцо с трещинами
Глина	Раскатывается в сплошной шнур, который сворачивается в сплошное кольцо без трещин

Определение актуальной и обменной кислотности почвы

Оборудование, реактивы, материалы: 1) образцы почвы; 2) технические весы; 3) конические колбы; 4) воронки; 5) фильтровальная бумага; 6) 1 N раствор КСl; 7) рН-метр; 8) буферные растворы для установки рН-метра; 9) бидистилированная вода.[21]

Ход работы

Для определения актуальной кислотности следует на технических весах взвесить 20 г воздушно-сухой почвы. Навеску поместить в колбу и прилить 50 мл дистиллированной воды. Содержимое перемешивать 1-2 мин и оставить стоять 5 мин. Изготовить складчатый фильтр, отфильтровать содержимое. Определить pH инструментальным методом при помощи pH-метра. Предварительно необходимо проверить настройку прибора по буферным растворам.[21]

Для определения потенциальной кислотности к навеске почвы 20 г приливают 50 мл 1N р-ра КСl. Дальнейший ход анализа тот же, что и при определении актуальной кислотности.[21]

Результаты потенциометрического измерения рН почвы оцениваются по стандартным шкалам. В практическом почвоведении используется классификация почв по уровню рН водной вытяжки или солевой вытяжки (Таблица 2).[21]

Таблица 2

Классификация почв по уровню кислотности

Тип почвы	рН
Очень сильнокислые	8,6

Определение сульфат-ионов в почве

Оборудование, реактивы, материалы: 1) аппарат для встряхивания; 2) плитка; 3) бумага фильтровальная; 4) стеклянные воронки; 5) пипетки аликвотные на 10 мл; 6) стакан термостойкий; 7) термостойкие конические колбы; 8) 10% раствор HCl; 9) 10% раствор ВаСl₂.[17]

Ход работы

Для определения SO₄^2- приготавливают водную вытяжку из почвы. Отфильтрованную через бумажный фильтр анализируемую водную вытяжку объемом 100 мл поместить в колбу. В водную вытяжку добавить 3-5 капель индикатора метилового оранжевого, подкислить 1-2 каплями 10% раствора НСl, прибавить 5-10 мл 10% раствора ВаСl₂ и нагреть до кипения. Полученный раствор отфильтровать, фильтр положить на сушку. После высушивания фильтр с осадком взвесить и рассчитать содержание сульфатов по формуле:

[SO₄^2-] = (г/кг)

где m₁ – постоянный вес пустого фильтра (г); m₂ – вес фильтра с осадком (г); 0,4115 – коэффициент пересчета на SO₄^2- ; 1000 – пересчет объема на 1 л; V – объем исследуемой пробы (мл); C – навеска почвы (г).[17][20]

Определение содержания сероводорода в почве

Методика предназначена для определения в почве H₂S в местах, где постоянно имеется загрязнение нефтепродуктами, особенно в прибрежной почве рек и других водоемов, куда сбрасываются сточные воды, загрязненные нефтепродуктами.[18]

Определение основано на окислении сероводорода йодом, выделившимся при взаимодействии йодида калия с КМnО₄ в кислой среде.[18]

Оборудование, реактивы, материалы: 1) аппарат для встряхивания; 2) бумага фильтровальная; 3) коническая колба на 200 мл с пробкой; 4) пипетка на 1мл; 5) бюретки для титрования; 6) воронка; 7) калий перманганат KMnO₄х.ч., 0,01 М раствор; 8) натрий тиосульфат Na_2S2O₃ 0,005 М раствор. Растворяют 0,79 г в колбе вместимостью 1 л в бидистиллированной воде; 9) серная кислота H₂SO₄, пл. 1,84 г/см³, разбавленная 1:3; 10) калий йодид KI, х.ч., 10%-ный раствор; 11) крахмал растворимый, 1%-ный раствор.[18]

Ход работы

Помещают 100 г почвы в коническую колбу, приливают 200 мл бидистиллированной воды, колбу закрывают пробкой и встряхивают 3 мин. Затем раствор фильтруют через складчатый фильтр. Вносят в коническую колбу 100 мл фильтрата, добавляют несколько капель H₂SO₄, приливают 1 мл 10 %-ного раствора КI, взбалтывают и приливают из бюретки 0,01 М раствор КМnО₄ до появления желтой окраски. Избыток йода оттитровывают раствором Na_2S2O₃, приливая к концу титрования несколько капель 1 %-ного раствора крахмала. Разность между объемами прилитого 0,01 М раствора КМnО₄ и раствора Na_2S2O₃, израсходованного на титрование, соответствует количеству 0,01 М раствора йода, израсходованного на окисление H₂S в 100 мл фильтрата. 1 мл 0,01 н раствора йода соответствует 0,17 мг H₂S.[18]

Пример расчета: разность между объемами 0,01 М раствора КМnО₄ и раствора Na_2S2O₃израсходованного на титрование, равна 3 мл. Следовательно, содержание H₂S в 100 мл фильтрата составляет 0,17 • 3 = 0,51 мг. В 200 мг фильтрата, т.е. в 100 г почвы содержится 1,02 мг H₂S. Отсюда: концентрация С в почве H₂S составляет (мг/кг):

Учет численности бактерий в почве методом питательных пластин (метод Коха)

При определении численности бактерий сначала готовят суспензии (методом разведения), которые содержат разные концентрации почвы в 1 мл. Для этого на стерильное часовое стекло стерильным фарфоровым шпателем берут из банки или мешка навеску почвы в 1 г. Часовое стекло, шпатель, ложку обжигают в пламени горелки или фламбируют горящим спиртом. Чтобы при взвешивании в почву не попали бактерии из воздуха, часовое стекло накрывают другим стерильным часовым стеклом.[19]

Навеску почвы, соблюдая условия асептики, вносят в первую колбу на 250 мл с 99 мл стерильной воды. Смесь взбалтывают 5 мин осторожно, не смачивая пробку. Стерильной пипеткой берут 1 мл суспензии, содержащей 10^-2 почвы, и переносят в пробирку с 9 мл стерильной воды. Пипетку промывают, как и в первом случае. Пробирку и вторую колбу взбалтывают 1 мин. В пробирке получают концентрацию клеток 10^-3 г, во второй колбе –10^-4 г.[19]

Аналогично новыми стерильными пипетками переносят по 1 мл суспензии из второй колбы во вторую пробирку с 9 мл и в третью колбу с 99 мл стерильной воды и готовят новые суспензии, содержащие соответственно в 1 мл 10^-5 и 10^-6 г почвы.[19]

Для определения количества живых клеток, содержащихся в 1 мл суспензии каждого разведения, берут 1 мл суспензии из каждого разведения и переносят в стерильные чашки Петри, используя каждый раз новую стерильную пипетку. На крышках чашек восковым карандашом отмечают почву и разведение. Затем в них вливают расплавленный МПА, заранее приготовленные и разлитые в пробирки на 20 мл (2/3 объема) из расчета одна пробирка на чашку.[19]

Температура агар-агара должна быть примерно 45ºC. Осторожным круговым движением чашки, не смачивая крышку, агар-агар перемешивают с суспензией. Чашки с застывшим агар-агаром переворачивают вверх дном, чтобы избежать попадания на его поверхность конденсационной влаги с крышки, и помещают в термостат при 28…30 ºC.[19]

Через 48 часов инкубации чашки вынимают из термостата и предварительно подсчитывают число колоний. Окончательный подсчет делают на пятые сутки. При подсчете колоний чашки просматривают в проходящем свете.[19]

Для сравнения количества бактерий в разных почвах подсчитывают их число на 1 г абсолютно сухой почвы. С этой целью одновременно со взятием навески почвы для приготовления разведений в отдельный бюкс, высушенный до постоянной массы, берут навеску для определения влажности почвы.[19]

Пример расчета. В 1 г сырой почвы содержится 5600 клеток. При влажности почвы 30% это число клеток будет соответствовать 0,7 г абсолютно сухой почвы. Для определения численности клеток в 1 г абсолютно сухой почвы составляют пропорцию:

0,7 - 5600 x = = 8000.

1 г - x

Таким образом, в 1 г абсолютно сухой почвы содержится 8000 живых клеток.[19]

Глава 3. Результаты исследования

3.1. Результаты изучения морфологических и физико-химических свойств почв

Таблица 3

Механический состав, структура и кислотность почв Курганского областного дендрария

Место взятия пробы	Курганская область, Кетовский район, п. Старый просвет, Курганский областной дендрарий
Участок	№ 1	№ 2	№ 3	№ 4
Механический состав	Супесь	Легкий суглинок	Легкий суглинок	Песок
Структура	Комковато-ореховатая	Комковатая	Комковатая	Бесструктурная
pHактуальная	5,07	7	6,36	4,74
pH обменная	6,82	7,56	6,9	7,46

Почва участка №1 по механическому составу – супесь. Имеет комковатую структуру. Актуальная кислотность составляет 5,07, следовательно, почва слабокислая. По обменной кислотности почва нейтральная, так как pH = 6,82.

Почва участка №2 по механическому составу – легкий суглинок. Структура почвы комковатая. pH актуальная = 7, следовательно, почва нейтральная. pH обменная = 7,56, почва – щелочная.

Участок №3: по механическому составу почва легкий суглинок, структура комковатая. По актуальной и обменной кислотности почва имеет нейтральную среду.

Почва участка №4 по механическому составу песок, бесструктурный. Актуальная кислотность составляет 4,74, следовательно, почва кислая. pH обменная равна 7,46 – почва слабощелочная.

Почвы сходны по механическому составу и структуре, относятся к легким почвам. Но различаются по кислотности почв. По актуальной кислотности почва участка №1 слабокислая, участка №2 и №3 – нейтральная, участка - №4 – кислая. По обменной кислотности почва участка №1 и №3 имеет нейтральную среду, участка №2 – щелочную, участка №4 – слабощелочную.

3.2 Территориальная и вертикальная динамика соединений серы

Таблица 4

А. Территориальная динамика сульфатов и сероводорода

Место взятия пробы	Курганская область, Кетовский район, п. Старый просвет, Курганский областной дендрарий
Участок	№ 1	№ 2	№ 3	№ 4
SO42- общие, подвижные, мг/кг	110	120	190	140
SO42- общие, связанные, мг/кг	120	160	120	160
H2S общие, мг/кг	1,02	4,08	2,38	1,02

Рисунок 3. Территориальная динамика подвижных сульфатов в почве

Содержание подвижных сульфатов в образце почвы участка №1 составляет 110 мг/кг, участка №2 – 120 мг/кг, участка №3 – 190 мг/кг, участка №4 – 140 мг/кг. В почве участка №3 содержание сульфатов превышает ПДК. ПДК SO₄^2- =160 мг/кг.(Рисунок 3)

Рисунок 4. Территориальная динамика связанных сульфатов в почве

Содержание связанных сульфатов в почвах участка №1 и №3 составляет 120 мг/кг, участка №2 и №4 – 160 мг/кг. Превышение ПДК в пробах почв не обнаружено. (Рисунок 4)

Рисунок 5. Территориальная динамика сероводорода в почве

Содержание сероводорода в образце почвы участка №1 составляет 1,02 мг/кг, участка №2 – 4,08 мг/кг, участка №3 – 2,38 мг/кг, участка №4– 1,02 мг/кг. Во всех образцах содержание сероводорода превышает ПДК. ПДК H₂S = 0,4 мг/кг. (Рисунок 5)

Б. Вертикальная динамика

Таблица 5

Вертикальная динамика сульфатов и сероводорода в почвах

Место взятия пробы	Курганская область, Кетовский район, п. Старый просвет, Курганский областной дендрарий
Участок	№ 1	№ 2	№ 3	№ 4
SO42- горизонт А подвижные, мг/кг	250	-	210	160
SO42- горизонт А связанные, мг/кг	80	-	80	210
SO42- горизонт В подвижные, мг/кг	210	-	210	160
SO42- горизонт В связанные, мг/кг	120	-	80	120
H2S горизонт А, мг/кг	1,36	-	1,02	1,36
H2S горизонт В, мг/кг	1,02	-	0,68	0,34

- В образце почвы участка №2 не удалось выделить почвенные горизонты.

Рисунок 6. Вертикальная динамика подвижных сульфатов в почве

Содержание подвижных сульфатов в почвенном горизонте A в образцах почвы участка №1 составляет 250 мг/кг, участка №3 – 210 мг/кг, участка №4 – 160 мг/кг. На участках №1 и №3 обнаружено превышение ПДК.

Содержание подвижных сульфатов в почвенном горизонте B участка №1 и №3 составляет 210 мг/кг, что превышает ПДК. На участке №4 содержание SO₄^2- = 160 мг/кг.

В почве на участке №1 подвижных сульфатов больше в горизонте A. На участках №3 и №4 содержание подвижных сульфатов в почвенных горизонтах A и B находится в равном соотношении. (Рисунок 6)

Рисунок 7. Вертикальная динамика связанных сульфатов в почве

Содержание связанных сульфатов в горизонте A в почве участка №1 и №3 составляет 80 мг/кг. В образце почвы участка №4 содержание SO₄^2- = 210 мг/кг, что превышает ПДК.

Содержание связанных сульфатов в горизонте B участка №1 и №4 составляет 120 мг/кг, участка №3 – 80 мг/кг. Превышение ПДК во всех образцах почвы не обнаружено.

В почве на участке №1 содержание связанных сульфатов больше в горизонте B. На участке №3 сульфатов в почвенном горизонте A и B одинаковое количество. В образце почвы участка №4 связанных сульфатов больше в горизонте A. (Рисунок 7)

Рисунок 8. Вертикальная динамика сероводорода в почве

Концентрация сероводорода в образце почвы участка №1 и №4 составляет 1,36 мг/кг, участка №3 – 1,02 мг/кг. Во всех образцах почвы в почвенном горизонте A обнаружено превышение ПДК.

Содержание H₂S в почвенном горизонте B участка №1 составляет 1,02 мг/кг, участка №3 – 0,68 мг/кг, участка №4 – 0,34 мг/кг. Превышение ПДК обнаружено в почве участка №1 и №3.

В почвенном горизонте A сероводорода содержится больше, чем в горизонте B. Это можно объяснить тем, что в горизонте A много органического вещества. (Рисунок 8)

3.3. Динамика почвенной микробиоты

Таблица 6

Место взятия пробы	Курганская область, Кетовский район, п. Старый просвет, Курганский областной дендрарий
Участок	№1	№2	№3	№4
Микроорганизмы (хемотрофы)	1200 клеток	20 клеток	230 клеток	10 клеток

Рисунок 9. Динамика почвенной микробиоты

Во всех исследуемых образцах почвы были обнаружены микроорганизмы – хемотрофы. В образце почвы участка №1 содержится 1200 живых клеток, участка №2 – 20 клеток, участка №3 – 230 клеток, участка №4 – 10 клеток. (Рисунок 9)

Заключение

В ходе исследования были решены поставленные задачи:

1. Была проанализирована и изучена литература о фазах почвы, миграции химических элементов, о различных формах серы в почве:

- Почва состоит из четырех фаз: твердой, жидкой, газообразной и живой.

- Миграция химических элементов в биосфере представлена биогенной, физико-химической, механической и техногенной видами миграций.

- В почве сера находится в составе органических и неорганических соединений.

2. Провели теоретическое обоснование нахождения соединений серы в почве:

- В результате деятельности микроорганизмов в почве постоянно протекают процессы трансформации серы – превращения между органическими и неорганическими соединениями серы.

- В почвах содержатся несколько видов сульфатных соединений. Среди них – как труднорастворимые соединения, так и ряд легкорастворимых соединений, которые и составляют основное количество сульфатов водной вытяжки из почвы.

- В анаэробных условиях сульфаты восстанавливаются почвенными бактериями до целого ряда соединений, которые по большей части не могут поглощаться растениями. Указанные соединения включают сероуглерод, карбонилсульфид, диметилдисульфид, метилмеркаптан и сероводород.

3. Была подобрана методика, которая включает определение механического состава и кислотности почвы, а также содержание сульфат-ионов, сероводорода и учет численности бактерий методом питательных пластин в почве.

4. Были проведены лабораторные исследования по подобранным методикам и получены результаты:

- В почве на участке №1 подвижных сульфатов больше в горизонте A. На участках №3 и №4 содержание подвижных сульфатов в почвенных горизонтах A и B находится в равном соотношении.

- В почве на участке №1 содержание связанных сульфатов больше в горизонте B. На участке №3 сульфатов в почвенном горизонте A и B одинаковое количество. В образце почвы участка №4 связанных сульфатов больше в горизонте A.

- В почвенном горизонте A сероводорода содержится больше, чем в горизонте B. Это можно объяснить тем, что в горизонте A много органического вещества.

- Во всех исследуемых образцах почвы были обнаружены микроорганизмы – хемотрофы. В образце почвы участка №1 содержится 1200 живых клеток, участка №2 – 20 клеток, участка №3 – 230 клеток, участка №4 – 10 клеток.

Значение работы:

Теоретическое - проведено теоретическое обоснование динамики соединений серы в различных фазах почвы.

Практическое - подобрана методика определения механического состава почвы, кислотности почв, содержания сульфатов, сероводорода, выявления влияния соединений серы на биоту - учета численности микроорганизмов, и проведено исследование по подобранным методикам.

Список литературы

1. Почвоведение. Учеб. для ун-тов. В 2 ч./Под ред. В. А. Ковды, Б. Г. Розанова. Ч. 1. Почва и почвообразование/Г. Д. Белицина, В. Д. Васильевская, Л. А. Гришина и др. — М.: Высш. шк., 1988. — 400 с : ил. / URL: http://www.bsu.ru/content/page/1415/hecadem/kovda/kovda1.pdf (дата обращения 06.05.17)

2. Основы почвоведения и географии почв: Учебное пособие. Пшеничников Б.Ф., Пшеничникова Н.Ф. – Владивосток: Изд-во ВГУЭС, 2006. – 200 с. / URL: http://www.studfiles.ru/preview/5798234/ (дата обращения 06.05.17)

3. Учение о биосфере. Организованность биосферы и биогеохимические циклы: учеб. пособие / О.З. Ерёмченко; Перм. гос. ун-т. – Пермь, 2010. 104 с. / URL: http://docplayer.ru/31346284-Glava-i-zakonomernosti-migracii-himicheskih-elementov-v-biosfere.html (дата обращения 06.05.17)

4. Биогенная миграция это: / URL: http://dic.academic.ru/dic.nsf/bse/69359/Биогенная (дата обращения 07.05.17)

5. Биогенная миграция / URL: http://www.studfiles.ru/preview/4388735/ (дата обращения 12.05.17)

6. Виды миграции химических элементов / URL: http://geograf-stud.ru/landshaftovedenie-lektsii/368-vidy-migracii-himicheskih-jelementov.html (дата обращения 12.05.17)

7. Техногенная миграция / URL: http://www.studfiles.ru/preview/3912419/page:4/#8 (дата обращения 12.05.17)

8. Миграция газов / URL: http://www.studfiles.ru/preview/3912419/page:3/#5 (дата обращения 12.05.17)

9. Сера в почвах и серосодержащие удобрения / URL: http://eeca-ru.ipni.net/article/EECARU-2256 (дата обращений 19.05.17)

10. Сульфатные соединения в почве / URL: http://biofile.ru/geo/8068.html (дата обращения 19.05.17)

11. Сера в NO-TILL / URL: http://www.zerno-ua.com/journals/2009/yanvar-2009-god/sera-v-no-till (дата обращения 17.05.17)

12. Почва / URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Почва (дата обращения 11.05.17)

13. Сера / URL: http://sinref.ru/000_uchebniki/04800selskoe/000_00_agrohimia_mineev/026.htm (дата обращения 18.05.17)

14. Общие закономерности миграции химических элементов / URL: http://www.kgau.ru/distance/ebtf_01/mahlaev/geohimiya-bad/02_01.html ( дата обращения 20.05.17)

15. Техногенная миграция химических элементов. Отличие от других видов миграции / URL: http://ifreestore.net/5063/27/ (дата обращения 20.05.17)

16. Курганский областной дендрарий / URL: http://zaural.pro/pr-io-0002/ (дата обращения 24.05.17)

17. Методы экологического мониторинга качества сред жизни и оценка их экологической безопасности: учебное пособие / О.И. Бухтояров, Н.П. Несговорова, В.Г. Савельев, Г.В. Иванцова, Е.П. Богданова. – курган : Изд-во Курганского гос. ун-та, 2015. – 239 с.

18. Практикум по экологии и охране окружающей среды: Учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений. – М.: Гуманит. изд. центр ВЛАДОС, 2001. – 288 с.: ил.

19.Практикум по микробиологии / Е.З. Теппер, В.К. Шильникова, Г.И. Переверзева. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Колос, 1993. – 175 с.: ил. – (Учебники и учеб. Пособия для васш. учеб. заведений).

20. Определение сульфат-ионов в почве / URL: http://www.studfiles.ru/preview/1971110/page:23/#50 (дата обращения 03.04.17)

21. Определение кислотности почвы / URL: http://www.studfiles.ru/preview/1905395/page:10/#26 (дата обращения 29.05.17)

22. Определение механического состава почвы / URL: https://docviewer.yandex.ru/view/0/?*=8bzzITQoUAde1%2F1koSdxDxCJAZZ7InVybCI6Imh0dHA6Ly9hbXVyemV0LXByLXVjaDcudWNvei5ydS9tZXRvZF9yYXpyYWJvdC8yMDE0L3Nib3JuaWtfbGFib3JhdG9ybm8tcHJha3RpY2hlc2tpa2hfcmFib3RfcG9fZGlzY2lwLmRvYyIsInRpdGxlIjoic2Jvcm5pa19sYWJvcmF0b3Juby1wcmFrdGljaGVza2lraF9yYWJvdF9wb19kaXNjaXAuZG9jIiwidWlkIjoiMCIsInl1IjoiMzcwMzg0Nzk4MTQ3Njc5NTE4MyIsIm5vaWZyYW1lIjp0cnVlLCJ0cyI6MTQ5OTAwNDc0ODQ0MH0%3D&lang=ru (дата обращения 29.05.17)

23. Определение гранулометрического состава почв / URL: http://lib.ssga.ru/fulltext/UMK/020804%20PDF/3%20семестр/Почвоведение/020804%20Сборник%20лабор.%20работ%20Почвоведение%202011.pdf (дата обращения 29.05.17)

Код для цитирования: Скопировать