Влияние растворов минеральных солей на микробиологическую

Муниципальная Интернет-конференция учащихся
«Инициатива молодых» : «Мои экологические
исследования»
Творческая работа на тему:
Влияние растворов минеральных солей CuSO4 и
NaHCO3 на микробиологическую активность почвы.
Выполнили
МОУ-СОШ с.Мечётное
Учащаяся 8 класса
Чуркина Наталья
Учащийся 10 класса
МОУ-СОШ с.Мечётное
Павлов Иван
Руководитель:
Оксюта Елена Николаевна.
План.
I.Введение.
1)Антропогенные разрушения почвы.
II.Влияние растворов минеральных солей CuSO4 и NaHCO3 на
микробиологическую активность почвы.
1)Методика лабораторных работ.
2)Методика оценки ЦРА почвы.
3)Методика оценки активности других ( не целлюлозоразрушающих)
микроорганизмов в почве.
4)Влияние воды на целлюлозоразрушающую активность почвенной
микрофлоры.(Вывод)
5) Качественная и количественная характеристики влияния растворов
сульфата меди и гидрокарбоната натрия на разрушающую активность почвы.
6) Влияние Растворов минеральных солей на общую микробиологическую
активность почвы.
III.Заключение.
IV.Список литературы.
Введение.
Антропогенные нарушения почвы.
Антропогенное воздействие на почву носит прямой и косвенный характер и
обычно приводит к нарушениям почвы, выражающимся изменениями в
составе (механическом и химическом) и структуре почвы, в
функционировании агроэкосистем, т.е. в отклонениях от их естественного
состояния и нарушении равновесных экологических процессов.
Почвы можно рассматривать как ненарушенные, т.е. существующие в
естественных природных условиях, и нарушенные – преобразованные и
изменённые человеком. Это, главным образом, сельскохозяйственные угодья,
почвы городов, агропромышленных и др. районов.
По признакам изменений различают 5 основных типов нарушений почвы.
1.Полное уничтожение почвы удаление почвенного слоя, выход на
поверхность почвообразующих пород.
2.Перекрытие почвенного профиля различными материалами – отходами,
дорогами, покрытиями, застройками, затоплением. Только под города и
прочие населённые пункты изъято из естественного биосферного процесса
около 5% почвенного покрова и эта величина неуклонно растёт. Подсчитано,
что ежегодно в мире теряется до 6-7 млн. га почв.
3.Эрозия почв - разрушение почв и вынос рыхлых компонентов почвенного
материала водой и ветром. Водная эрозия происходит под воздействием
поверхностного стока, дождевых и талых вод. Ветровая эрозия представляет
собой выдувание мелкозёма верхних горизонтов, особенно в засушливые
периоды, при сильных ветрах, особенно в условиях отсутствия
растительности.
4. Механические нарушения – уплотнение, переувлажнение, иссушение,
образование плотных корок, пирогенные нарушения (в результате пожаров).
Механические нарушения обусловливают ухудшение физических (воднотепловых, воздушных), химических свойств, замусоривание почв.
5.Загрязнение почв - накопление и распространение в них веществ, не
связанных с почвообразованием: естественных компонентов (соли,
закисляющие вещества, нефть и нефтепродукты, некоторые минеральные
удобрения и др.) и загрязнителей - токсикантов (Тяжёлые металлы,
хлорорганические пестициды, радионуклиды и др.).
В результате загрязнения почв снижается плодородие почвы, а сама почва
может стать губительной средой для существующих в ней и находящихся в
контакте с ней организмов. Загрязнение почв сопровождается
распространением загрязнений в другие среды и объекты окружающей среды
– живой и косной природы.
Почва – это верхний слой земли, образованный под воздействием воздуха и
живых организмов. Основным свойством, по которому оценивается почва с
точки зрения сельскохозяйственного производства, является её плодородие.
Содержание в почвах гумуса – один из важнейших показателей их
плодородия.
Гумус – это особое органическое вещество почвы, продукт переработки
мёртвых растительных тканей, богатых белками, жирами, углеводами,
солями, витаминами. В гумусе сосредоточенно 98% запаса почвенного азота ,
60% фосфора, 80% калия, 85%кальция, 80% серы, большое количество макро
и микроэлементов. В форме солей гуминовых кислот эти элементы служат
источником питания для растений. Гумус – это хлеб для растений. Именно он
обеспечивает агрономическую ценность и энергетический потенциал почвы.
Гумусовые вещества, особенно гуматы кальция, магния и других тяжёлых
металлов оказывают большое влияние на создание агрономически ценной,
водопрочной и пористой структуры.
Они не вымываются из почвы водой. Так же связываются гуминовыми
кислотами различные металлы и другие элементы, попадающие в почву из
воздуха, с дождём или пылью. Гуматы кальция, натрия легко гидролизуются
ферментами концевых волосков на корнях растений и усваиваются по мере
необходимости. Но гуматы более тяжёлых металлов более устойчивее к
гидролизу ферментами корневой системы растений и не усваиваются ими.
Это и есть главное экологическое свойство гумуса – связывать тяжёлые
металлы в почве и предохранять растения и всё живое от их воздействия. Это
защитное свойство гумуса так же важно для жизни на земле, как и защитное
свойство озонового слоя нашей планеты.
Для повышения плодородия в почву периодически вносят органические,
минеральные удобрения, микроэлементы и бактериальные препараты.
Плодородная почва богата населяющими её организмами.
Микроорганизмов в почве очень большое количество. По данным М.С.
Гилярова, в каждом грамме чернозема насчитывается 2-2,5 миллиарда
бактерий. Микроорганизмы не только разлагают органические остатки на
более простые минеральные и органические соединения, но и активно
участвуют в синтезе высокомолекулярных соединений — перегнойных
кислот, которые образуют запас питательных веществ в почве. Поэтому,
заботясь о повышении почвенного плодородия (а, следовательно, и о
повышении урожайности), необходимо заботиться о питании
микроорганизмов, создании условий для активного развития
микробиологических процессов, увеличении популяции микроорганизмов в
почве.
Влияние растворов минеральных солей CuSO4 и NaHCO3 на
микробиологическую активность почвы.
В нашей работе мы изучали действие минеральных солей CuSO4 и NaHCO3
на состояние почвы, которое оценивали по целлюлозоразрушающей
активности почвы. Целлюлозоразрушающие микроорганизмы – важная часть
экологической целостности почвы. Почвообразование невозможно без
разрушения органических остатков.
Сульфат меди, обладающий токсическим действием на разные виды грибов,
в сельском хозяйстве используют для борьбы с плесневыми грибамифитопатогенами (грибами, повреждающими растения).Этот препарат
разрешен для широкого применения даже в тепличном овощеводстве. При
опрыскивании растений раствором сульфата меди это вещество в больших
количествах попадает в почву. Обычно влияние этого вещества на почву не
рассматривается, т.е. считается, что его действие не может нарушить
экологическое равновесие.
Пищевая сода не токсична для фитопатогенов (во всяком случае, это
вещество для борьбы с ними не используют). Однако существуют данные о
том, что гидрокарбонат натрия составляет существенную долю загрязнения
поверхности почв на обочинах дорог (80 см от края шоссе). Можно ли
сказать, что попадание его на поверхность почвы абсолютно безвредно?
Методика лабораторных работ
Растворы сульфата меди и гидрокарбоната натрия различных малярных
концентраций готовили заранее в школьной лаборатории. Для расчётов
пользовались молярными концентрациями веществ. Каждой концентрации
раствора было присвоено название соответствующей дозы:
ТАБЛИЦА 1.Рабочие растворы.
Молярная
Контроль
NaHCO3
концентрация H2O
0,0003
0,00013
0,00010
-
Доза 1
Доза 2
Доза 3
CuSO4
Доза 1
Доза 2
Доза 3
Методика оценки ЦРА почвы
В керамические чашечки закладывали по 10 г почвы, на которую сверху
помещали одинаковые кусочки фильтровальной бумаги. Каждые 2-3 дня
почву поливали рабочими растворами, указанными в таблице 1 , или чистой
водой.
Оценка ЦРА проводилась визуально по изменениям фильтровальной
бумаги. Отмечали:
-цвет поверхности бумаги;
-появление плесени;
-характеристику плесневых процессов (цвет, скорость развития);
-скорость разрушения бумаги.
Методика оценки активности других (не целлюлозоразрушающих)
микроорганизмов в почве.
На питательной среде выращивались колонии микроорганизмов,
оставшихся в почве после окончания опыта. В качестве питательной среды
был выбран обычный мясной бульон.
На поверхность питательной среды наносили каплю раствора, полученного
разбавлением водой вытяжки из каждой чашки с почвой. Чашки Петри
размещали в школьной лаборатории. Развитие колонии происходило в
течении 3 дней при температуре 23оС. Оценка интенсивности развития
микрофлоры заключалась в замерах площади чашки Петри, занятой
колониями микроорганизмов.
Все опыты были проведены в трёхкратной повторности.
При составлении схем опытов главным принципом был принцип
единственного различия между вариантами, т.е. варианты различались по
одному фактору.
Результаты экспериментов.
Влияние воды на целлюлозоразрушающую активность почвенной
микрофлоры.
Опыт состоял в определении скорости разрушения фильтровальной бумаги
на поверхности тёмно-каштановых почв. Для этого в керамические чашечки
закладывали по 10 г почвы. Часть чашек (3 чашки) постоянно поливали,
доводя почву до влажного состояния, а другую часть (также 3 чашки) не
поливали. В течении всего опыта (4 недели) вели записи наблюдений за
изменениями, происходящими на поверхности бумаги.
В чашках, которые поливали водой, наблюдалось активное развитие
плесневых грибов уже на 4-7-й день. На 14-й день развивались различные
группы плесневых целлюлозоразрушающих микроорганизмов; колонии
имели различные цвета – от чёрного до розового. К концу опыта бумага с
поверхности почвы исчезла.
В чашках, которые не поливались, процессов разрушения бумаги не
наблюдалось.
За три недели на поверхности увлажненной почвы фильтровальная бумага
разлагалась полностью. Вода является необходимым фактором
существования в почве микрофлоры, обладающей ЦРА.
Качественная и количественная характеристики влияния растворов
сульфата меди и гидрокарбоната натрия на разрушающую активность
почвы.
Схема опыта:
1 Контроль:
2 NaHCO3 – Доза 1 ;
3 NaHCO3 – Доза 2 ;
4 NaHCO3 – Доза 3 ;
5 CuSO4– Доза 1 ;
6 CuSO4– Доза 2 ;
7 CuSO4– Доза 3 ;
Растворы исследуемых веществ изменяли разрушающую деятельность
почвы. Сульфат меди оказался настолько токсичным для
целлюлозоразрушающих организмов, что развитие плесеней вообще не
наблюдалось. В течении всего эксперимента бумага не разрушалась, хотя и
находилась на поверхности влажной почвы (табл. 2)
ТАБЛИЦА 2.Влияние разных доз CuSO4 на ЦРА почвы.
Вариант
День
1-й 7-й
14-й 21-й
Контроль +
+
Доза 1
Доза 2
Доза 3
-
На бумаге в вариантах с поливом растворами питьевой соды появились
разрушающие процессы. Они шли намного медленнее, чем при поливе
чистой водой, но шли. Бумага разрушалась по-другому чем в контроле:
Она становилась сначала тёмно – коричневого цвета, а затем медленно
разрушалась. А в контроле (вода) разрушение бумаги сопровождалось
бурным развитием плесени.(табл.3)
ТАБЛИЦА 3.Влияние разных доз NaHCO3 на ЦРА почвы.
Вариант
Контроль
Доза 1
Доза 2
Доза 3
1-й
-
День
7-й
14-й
21-й
+
Появление Развитие
плесени
плесени
+
+
+++
+
+
++
+
+
+
В таблицах знаком (+) обозначено наблюдаемое разрушение бумаги. Число
знаков отражает степень разрушения.
Выводы
1. CuSO4 подавляет почвенную ЦРА во всех исследованных дозах.
2. NaHCO3 не препятствует развитию, но изменяет проявление ЦРА почвы: в
отличие от контроля плесень не появляется, но бумага меняет цвет и
структуру.
3. В присутствии NaHCO3 ЦРА почвы проявляется в побурением
фильтровальной бумаги, причём с увеличением дозы NaHCO3 интенсивность
цвета увеличивалась.
4. Увеличение дозы NaHCO3 способствует развитию одной (или нескольких)
групп микроорганизмов, обладающих ЦРА.
Влияние Растворов минеральных солей на общую микробиологическую
активность почвы.
При определении площадей, занятых колониями в чашках Петри, засеянных
микроорганизмами из почвенных вытяжек, оказалось, что активность
микрофлоры в вытяжках из почвы, загрязнённой сульфатом меди, выше, чем
в вытяжках из почвы, загрязненной гидрокарбонатом натрия.
Этот результат на первый взгляд кажется удивительным. Однако
загрязнители могут оказывать такое действие (например, эвтрофикация
водоёмов). Поэтому был сделан следующий вывод: в тех почвах, где данный
фактор оказывает негативное влияние на какую-либо группу
микроорганизмов, создаются благоприятные условия для более активного
развития микроорганизмов, на которые он влияет.
Заключение.
Целью наших исследований было:
1.Определить роль воды для развития целлюлозоразрушающей активности
(ЦРА) почвы.
2.Оценить влияние CuSO4 и NaHCO3 на ЦРА почвы.
3. Оценить влияние доз CuSO4 и NaHCO3 на ЦРА.
4.Изучить влияние изучаемых солей на динамику развития ЦРА
микроорганизмов в почве.
5.Определить влияние изучаемых солей на микробиологическую
нецеллюлозоразрушающую активность почвы.
Экспериментальная часть была проведена таким образом, чтобы можно было
выбрать одну из следующих альтернатив:
- под влиянием низких концентраций изучаемых солей почвенные процессы
изменяются несущественно
- изменение почвенных процессов существенно и требует ответственного
отношения человека к использованию указанных веществ.
Наши выводы:
1. Вода является необходимым фактором для проявления
целлюлозоразрушающей активности почвы. Подобная почвообразующая
деятельность микроорганизмов очень важна и имеет большое экологическое
значение.
2. Сульфат меди во всех исследованных концентрациях подавлял процессы
разрушения бумаги, что позволяет говорить о подавлении активности группы
целлюлозоразрушающих микроорганизмов.
3. Гидрокарбонат натрия во всех изученных дозах оказывал существенное
влияние на ход почвенных процессов. Он является неблагоприятным
фактором для некоторых, но не для всех, групп целлюлозоразрушающих
микроорганизмов.
4. В тех почвах, где CuSO4 оказывает негативное влияние на группу
целлюлозоразрушающих микроорганизмов, создаются благоприятные
условия для более активного развития других микроорганизмов. На которые
не влияет.
5. Влияние сульфата меди и гидрокарбоната натрия на изученные почвенные
процессы существенно, но в обоих случаях в почве остаются альтернативные
группы микроорганизмов, для которых создаются тем более благоприятные
условия, чем сильнее подавлялась активность целлюлозоразрушающих
микроорганизмов.
Список литературы:
Одум Ю. Экология. – М.: Мир, 1986
Орехов Д.А., Карамышева О.П., Пеллипенко А.А., Морозов О.В. Список
пестицидов, разрешенных к применению в РФ / приложение к журналу
«Защита и карантин растений» - М.: Колос 1997,№ 3.
Филлипов А.Л, Орлова Л.П., Миграция техногенных элементов в дерновоподзолистых почвах.
Боева А.И., Пересланцев А.А. Влияние удобрений на почвенную
микрофлору/ Научные труды Воронежского сельскохозяйственного
института. – 1974.
Берестецкий О.А. Биологические основы плодородия почвы. – М.: Колос. –
1984.
Миронова Т.А. Биоконверсия органических отходов – актуальная проблема в
земледелии/ Сб. научных трудов красноярского региона. – 1995, №3.