изучение состояния почв в лесном массиве 15 мкр г.новоуральска

Министерство общего и профессионального образования
Свердловской области
МБОУ «Средняя общеобразовательная школа № 56 с углубленным
изучением отдельных предметов»
Х Открытые Курчатовские чтения учащихся - 2013
Исследовательская работа
СОСТОЯНИЕ ПОЧВЫ В ЛЕСНОМ
МАССИВЕ 15 МКР
г. НОВОУРАЛЬСКА
Исполнитель: Слышак Анна
Алексеевна , ученица 10А класса,
МБОУ «СОШ № 56»,
Новоуральского городского
округа
Руководитель: Пантелеева
Надежда Анатольевна, учитель
МБОУ «СОШ № 56», первой
кв.категории
Заречный
2013
Содержание
Введение .........................................................................................................................................3
ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР ...........................................................................................................4
Краткая характеристика строения, состава, функций почвы ............................................4
Антропогенные факторы, вызывающие разрушение почв................................................6
ИЗУЧЕНИЕ СОСТОЯНИЯ ПОЧВ В ЛЕСНОМ МАССИВЕ 15 МКР Г.НОВОУРАЛЬСКА 8
Физико-географическая характеристика изучаемой территории .....................................8
Методика исследования ........................................................................................................8
Результаты исследований и выводы ....................................................................................9
АНКЕТИРОВАНИЕ УЧАЩИХСЯ ШКОЛЫ № 56 ПО ТЕМЕ «АНТРОПОГЕННОЕ
ВОЗДЕЙСТВИЕ НА ПОЧВУ» ...................................................................................................12
Заключение...................................................................................................................................14
Литература ...................................................................................................................................15
Приложение ................................................................................. Error! Bookmark not defined.
2
Введение
Почва-кожа Земли.
Эрозия ее разрушает, химия травит,
свалки душат. Без почвы нет и не
будет процветания.
Н.Ф. Реймерс
Данная работа посвящена изучению состояния почвы в 15 МКР г. Новоуральска.
Лесной массив в 15 МКР является местом отдыха жителей микрорайона, учащихся школы
№56. Здесь проходят «Дни здоровья», праздник День рождения школы, экскурсии. В
районе массива находится родник, который пользуется большой популярностью среди
населения.
Уже несколько лет учащиеся школы №56 изучают состояние источника подземных
вод и окружающего его растительного сообщества. По данным, приводимыми в работе
Балуева Ивана, в 2010 году свидетельствует о критической стадии деградации
экосистемы, что является следствием несоответствия благоустройства территории
высокой рекреационной нагрузки.
Цель данной работы: изучить состояние почвы в 15 МКР.
Почему именно почва? Почва является важным компонентом экосистем суши.
Изменения состава и структуры почвы под влиянием деятельности человека оказывает
прямое влияние на состояние растительного сообщества и обитателей почвы. Кроме того,
исследований почвы в данном районе в школе ранее не проводилось.
Для осуществления заданной цели были поставлены следующие задачи:
1. изучить литературу по данной проблеме;
2.
установить состав, свойства исследуемой почвы;
3. выяснить факторы рекреационного воздействия на почву в лесном массиве
15
МКР г. Новоуральска.
4. выявить информированность учащихся 9-ых классов МБОУ « СОШ №56» по
данной теме;
5. предложить меры по снижению антропогенного воздействия на почву лесного
массива 15 МКР г. Новоуральска.
3
ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
Краткая характеристика строения, состава, функций почвы
Почва - особое природное образование, обладающее рядом специфических свойств
и функций. Автор Владыченский [6] считает, что поверхностный слой земной коры,
который возникает в результате воздействия биосферы и атмосферы на литосферу и
обладает плодородием, называется почвой. Любая почва является не только компонентом
природного ландшафта, но и его продуктом.
Почва располагается на поверхности литосферы. Но было бы неправильным
относить ее к минеральным образованиям, так как среди составных частей почвы
содержатся растительные и животные организмы, находящиеся в ней постоянно.
Нельзя считать почву и продуктом только деятельности растительных и животных
организмов. Не случайно, основоположник учения о биосфере Н.И. Вернадский относил
почву к биокосному веществу [10].
Почва является особым естественноисторическим образованием, самостоятельным
природным телом, и находится в беспрерывном изменении во времени и пространстве.
Это природное тело, очень сложное по составу.
Строение почвы. Основа почвы - почвенные минералы составляют 80-90% веса.
Они, как правило, содержат почти всю таблицу Менделеева, но в форме не доступной
растениям.
Мельчайшие частицы или хлопья минералов образуют глинистые почвы, более
крупные - суглинки, еще более крупные - супеси и пески. Самые мелкие частицы,
образующие глинистые минералы, имеют форму хлопьев, поэтому их суммарная
поверхность огромна, и они способны удерживать на своей поверхности ионы элементов,
в доступной для питания растений форме. Глина - потенциально плодородная почва.
Другая составляющая часть почвы - органическое вещество, причем наиболее
ценная его часть - гумус - мельчайшие волокнистые частицы органики, имеющие еще
большую поверхность и еще лучше удерживающие ионы элементов, в доступной для
питания растений форме. Гумус является хранилищем основных элементов питания.
Мелкие глинистые и гумусные частицы образуют соединения глино-гумусного
комплекса, удерживающего питательные вещества. Поэтому так важно добавлять в
компостную кучу немного суглинка.
Третья составляющая почвы - ее живой компонент, то есть сообщество разных
почвенных микроорганизмов - бактерий, грибов, инфузорий, амеб, водорослей,
4
микроскопических червей и др. Их биомасса в верхнем 25 см слое почвы может достигать
1,0-1,5 кг/кв. метр почвы и более. Почвенным микроорганизмам принадлежит основная
роль в формировании плодородия почвы.
Химический состав почвы. Способность живого вещества, в первую очередь
растений, избирательно поглощать элементы формирует химический состав почв,
отличный от такового почвообразующей породы.
Главнейшая особенность химического состава почв – значительное содержание в
них органического углерода и азота, полностью отсутствующих в породе (за редким
исключением тех пород, которые исходно содержат органическое вещество). Благодаря
концентрированию растений и микроорганизмов в почве накапливаются и другие
биофильные элементы: фосфор, сера, калий, кальций, магний и т.д. [11].
Важной характеристикой почвы является реакция почвенного раствора, которая
определяется концентрацией ионов Н+ и ОН-. В почвенных условиях рН колеблется в
пределах 3-8, реже достигает 9 и очень редко 10. Обычно оптимальное развитие
сельскохозяйственных растений отмечается при определенной реакции водной среды. В
настоящее время в России считается, что диапазон рН 5,5-6,5 наиболее близок для
обеспечения благоприятных условий для произрастания сельскохозяйственных культур.
Почвенная кислотность является одной из причин угнетения растений [1].
Экологическая функция почвы. Почва, являясь функцией внешних по
отношению к ней факторов, в то же время оказывает влияние на другие компоненты
биосферы, литосферы и атмосферу. Иными словами, представляя собой один из
компонентов биосферы, почва выполняет в ней определённые функции [6].
Набор биосферных функций широк. До недавнего времени её единственной
функцией считали обеспечение живых организмов водой, элементами питания и
механической опорой.
Функции почв в биосфере очень разнообразны. Наиболее подробно они
охарактеризованы в работах Г.В. Добровольского и Е.Д. Никитина. Этим авторам
принадлежит впервые данная обстоятельная характеристика функций почвы в биосфере и
биогеоценозах, более кратко называемых экологическими функциями почвы.
Всё многообразие известных на настоящий момент экологических функций почвы
представлено в таблице № 1.
5
Таблица №1
Экологические функции почвы (по Добровольскому Г. В., Никитину Е. Д.)
Физические
Жизненное
пространство
Жилище и
убежище
Механическая
опора
Дело семян и
других зачатков
Химические и
физикохимические
Источник
элементов питания
Стимулятор и
ингибитор
биохимических
процессов
Депо влаги,
элементов питания
и энергии
Сорбция вещества
и микроорганизмов
Информационные
Сигнал для
биологических
процессов
Регуляция
численности, состава
и структуры
биогеоценозов
Пусковой механизм
некоторых сукцессий
«Память»
биогеоценоза
Целостные
Аккумуляция и
трансформация
вещества и энергии
Санитарная функция
Буферный
биоценотический
экран
Условия
существования и
эволюция организмов
Итак, почва самостоятельное естественно-историческое природное тело, которое
характеризуется специфическими чертами присущими только ей и не характерны для
других природных тел. Она представляет собой продукт взаимодействия внешних по
отношению к ней факторов: климата, рельефа, почвообразующих пород, организмов,
времени почвообразования. В то же время почва сама постоянно воздействует на другие
компоненты биосферы, литосферу, атмосферу, гидросферу, выполняя тем самым в
качестве самостоятельного природного тела ряд экологических функций. Функции почв в
биосфере не могут быть выполнены никаким другим её компонентом.
Антропогенные факторы, вызывающие разрушение почв
К важнейшим антропогенным факторам, вызывающим разрушение почв, относятся
следующие:
1. добыча полезных ископаемых (особенно открытым способом, выводящим большие
количества веществ на поверхность Земли);
2. эксплуатация нефтепромыслов, сопровождающая загрязнением почвы нефтью;
3. промышленные выбросы в атмосферу химических соединений, оседающих на
поверхность Земли;
4. неправильное (избыточное) применений удобрений и ядохимикатов;
6
5. загрязнение поверхностного стока, интенсивно взаимодействующего с отходами
животноводства и кормопроизводства;
6. попадание в почву больших количеств неочищенных или недостаточно очищенных
жидких и твёрдых отходов;
7. коренное изменение почвы под искусственно создаваемыми объектами в процессе
развития инфраструктуры урбанизированных зон [1].
Характеристика различных типов нарушений почвы [1] представлены в таблице
№2.
Таблица № 2
Группы антропогенных нарушений почвы
Группы нарушений
В чём выражается нарушение
Сельскохозяйственные
Перекрытие почвенного профиля
Лесохозяйственные
Эрозия почв (ветровая, водная)
Промышленные
Транспортные
Загрязнение почв (засоление, закисление, загрязнение
нефтепродуктами, удобрениями, тяжёлыми металлами,
радионуклидами)
Механическое
нарушение
(уплотнение,
переувлажнение, иссушение), замусоривание, пожарища
Перекрытие и уплотнение почвенного слоя
Рекреационные
Уплотнение, замусоривание, пирогенные нарушения
Строительные
Рекреационные нарушения связаны с воздействием человека на почву во время
отдыха. Интенсивность воздействия зависит от рекреационной нагрузки (количество
человек, посетивших единицу площади за промежуток времени).[4]
К рекреационным воздействиям относится замусоривание бытовыми отходами. По
оценкам ученых, скорость разложения обычной бытовой бумаги в природных условиях –
около 2 лет, металлической консервной банки – 90 лет, полиэтиленового пакета – до 200
лет, пластмассовой бутылки – 500 лет, а стеклянной – 1000 лет [7].
Пирогенные нарушения возникают на местах разведения костров. Каждому
знакома картина горящего в лесу мусора. Установлено, что при горении бытового мусора
в воздух попадает множество токсичных веществ, в том числе принадлежащих группе
диоксинов. Эти и родственные им соединения – современные яды, способные длительное
время оставаться в природной среде, сохраняя природную токсичность.
7
ИЗУЧЕНИЕ СОСТОЯНИЯ ПОЧВ В ЛЕСНОМ МАССИВЕ 15 МКР
Г.НОВОУРАЛЬСКА
Физико-географическая характеристика изучаемой территории
Район
исследования – лесной массив
естественного происхождения 15 МКР
г.
Новоуральска. Массив находится вдоль улицы Октябрьской ниже жилых построек 15
МКР. На его территории расположен родник, но отсутствуют специальные дорожки,
характерные для рекреационных зон.
Массив
расположен
на
правом
склоне
реки
Бунарка.
Климат
умеренно
континентальный. У подножья склона, где вклиниваются водоносные слои, расположен
ключ, не пересыхающий в течение всего года.
Основу массива составляет лес с преобладанием на разных участках пихты, сосны,
березы с примесью лиственницы, ели, липы, осины. В подлеске-рябина, малина, калина. В
травянистом ярусе доминируют на разных участках кислица, хвощ, копытень, щитовник.
Методика исследования
Для определения свойств почвы в исследуемом районе использовали пособие по
полевой экологии, описанное в статье Бобылевой Л.Д.[2]. Различные параметры почвы
определяли с помощью растений-индикаторов .
рН почвенного образца определяли по методике, описанной в экологическом
практикуме школьника [1]. Для взятия проб были выбраны следующие участки: на
тропинке у родника, под костром, под пихтой в 10 м от родника. Пробы брали с 3-кратной
повторностью.
В пробирку помещали 1 см почвы и 1 см сульфата бария, в результате чего глина
выпадала в виде хлопьев. Добавляли 10 см дистиллированной воды и 5 см раствора
универсального индикатора. Закрывали пробирку пробкой, энергично встряхивали и
давали отстояться в течении 5 минут. По цветной таблице сравнивали цвет жидкости в
пробирке с цветами индикатора и определяли соответствующее рН.
При описании антропогенных нарушений почвы применяли методику, описанную
в экологическом практикуме школьника [1]. На выбранном участке местности учитывали
различные группы антропогенных нарушений почвы [Таблица №2].
8
Результаты исследований и выводы
Для изучения видового состава растительного сообщества в исследуемом районе
была заложена пробная площадка в 10 метрах от родника на юго-запад от источника.
Бланк описания площадки помещен в Приложении №1. На площадке были обнаружены
такие растения-индикаторы, как копытень европейский, земляника лесная, хвощ лесной,
крапива двудомная, мох плевроций, щитовник мужской.
Выявленные виды-индикаторы указывают на следующие свойства почвы: в районе
родника преобладают легкие глинистые почвы и суглинки со средним содержанием
питательных веществ, среда почвы кислая.
Результаты исследования представлены в таблице № 3.
Таблица № 3
Показатели почвы, выявленные по растениям-индикаторам
Определяемый показатель
Растения-индикаторы
1. Почвенное плодородие
- среднее содержание питательных веществ
2. рН почвы
- кислая реакция ( рН < 7)
Земляника лесная, щитовник
Хвощ лесной, щитовник
мужской, мох плевроций
3. Содержание химических элементов в почве
- повышенное содержание азота в почве
Крапива двудомная
4. Тип почвы
- мягкие глинистые почвы и суглинки
Копытень европейский
Химический анализ почвенного раствора подтвердил слабокислый характер почвы.
В пробах взятых под пихтой в 10 м от родника рН=5,8; на тропинке вблизи родника
рН=6,6; под костром рН=7. Нейтральный характер почвы под костровищем можно
объяснить повышенным содержанием золы. Результаты исследования
рН почвенной
вытяжки приведены в таблице №4.
9
Таблица №4
Кислотность почв в различных пробах в лесном массиве 15 МКР
Место взятия
Проба №1
Проба №2
Проба № 3
Средний
пробы почвы
показатель
В 1 м от
рН=7
рН=7
рН=6
рН=6,6
рН=7
рН=7
рН=7
рН=7
рН=6
рН=5
рН=6
рН=5,8
родника
Под костром
Под пихтой ( в
10 м от
родника)
При исследовании антропогенного воздействия на почву в 15 МКР г. Новоуральска
была
выявлена
группа
рекреационных
нарушений:
уплотнение,
замусоривание,
пирогенное воздействие.
Описание антропогенных нарушений почвы в лесном массиве 15 МКР дано в
таблице №5.
Таблица №5
Виды антропогенных нарушений почвы в лесном массиве 15 МКР
Вид
Площадь
антропогенного
распространения выявленных
нарушения
Признаки
Стадия
Возможные пути
нарушения
устранения
Развитая
Проложить
нарушений
Густая сеть
65%
Вытаптывание,
тропинок
вытоптанной
уплотнение
асфальтированные
площади вокруг
верхнего слоя
дорожки или из
родника
почвы
камней
Число
Выжигание
костровищ-32
верхнего слоя
разведение
почвы
костров на
Костровища
Развитая
Запретить
территории
города
Замусоривание
Число мелких
свалок-19
Бытовой мусор
Развитая
Уносить мусор с
собой
10
Все эти факторы ухудшают экологическое состояние почвы и как следствие
нарушаются физические, химические и экологические функции почвы.
Изучение состава бытовых отходов позволило обнаружить красители, растворители,
лекарства, текстиль, пластмассы, стекло, батарейки, бумагу, полиэтиленовые пакеты
[Приложении №2].
Составление плана сети тропинок [ Приложении № 3 ] и учет посетителей родника,
позволили рассчитать процент вытоптанной площади в радиусе 15 метров от источника65% и рекреационную нагрузку на данном участке-32 человека на площади 1400 кв. м за 1
час (в дневное время суток).
11
АНКЕТИРОВАНИЕ УЧАЩИХСЯ ШКОЛЫ № 56 ПО ТЕМЕ «АНТРОПОГЕННОЕ
ВОЗДЕЙСТВИЕ НА ПОЧВУ»
Опрос учащихся школы проводился 26 сентября 2012 года.
Цель опроса: выяснить информированность учащихся по теме «Антропогенное
воздействие на по почву». Участникам опроса была предложена следующая анкета:
АНКЕТА
1) Какие виды антропогенного воздействия на почву вам известны?
а) МУСОР
б) КОСТЁР
в) ВЫТАПТЫВАНИЕ
г) КИСЛОТНЫЕ ДОЖДИ
2) Часто ли вы отдыхаете среди природы (в лесу)?
а) ДА
б) НЕТ
3) После похода в лес вы оставляете после себя мусор?
а) ДА
б) НЕТ
4) Каким образом вы предпочитаете уничтожать за собой мусор?
а) ЗАКАПАЕТЕ
б) СОЖГЁТЕ
в) ДРУГОЕ (укажите)
5) Какие, на ваш взгляд, меры должен принимать школьник по очистке леса от
бытового мусора?
а) УЧАСТВОВАТЬ В ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПОХОДАХ
б) ВЫСТУПАТЬ В СМИ И НА ТЕЛЕВИЗЕОННЫХ ПРОГРАММАХ С
ПРОБЛЕМОЙ
в) СОЗДАВАТЬ ИНФОРМАЦИОННЫЕ ЛИСТОВКИ
г) НЕ МУСОРИТЬ
6) Приходилось ли вам участвовать в мероприятиях по очистке леса от мусора?
а) ДА
б) НЕТ
В анкетировании приняло участие 48 человек. В ходе опроса были получены
следующие результаты:
1. Учащиеся знают виды антропогенного воздействия на почву в лесу (см. диаграмму
№ 1).
2. В лесу часто отдыхает 52 % опрошенных.
3. После похода в лес оставляют мусор 25 % участников, 75 % - забирают мусор с
собой.
4. Среди опрошенных 12,5 % закапывают мусор, 56,3 % - сжигают в костре.
5. Среди мер по очистке леса от мусора 45,8 % отметили участие в экологических
походах, 14,5 % - выступления в СМИ и по телевидению, 18,7 % - создание
информационных листов, 75% выбрали ответ не мусорить.
12
6. В мероприятиях по очистке леса от мусора приняло участие 77 % опрошенных.
Диаграмма № 1
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
Замусоривание
83,3
Костровище
72,9
Вытаптывание
20,8
10,4
Кислотные
дожди
13
Заключение
В ходе работы я попыталась определить некоторые показатели, характеризующие
состояние почвы в 15 МКР г. Новоуральска. Были установлены некоторые свойства
почвы по растениям-индикаторам, проведена работа по определению рН почвенного
раствора, описаны антропогенные нарушения в исследуемом районе. По полученным
данным можно предположить, что существующее антропогенное давление на этом
участке неблагоприятно сказывается на экологическом состоянии почвы.
В результате опроса учащихся я выяснила, что они достаточно информированы по
данной теме. Школьники активно участвуют в мероприятиях по очистке леса от мусора.
Каковы же возможные пути снижения рекреационной нагрузки в лесном массиве?
Прежде всего, необходимо, чтобы каждый житель нашего города осознал, что
экологическая угроза исходит не от безымянного человечества, а от конкретного человека.
От общественной активности и экологической культуры отдыхающих во многом зависит
станет лес памятником разрушительной деятельности человека или комфортной зоной
отдыха.
Я думаю, что продолжением этой работы станет новый исследовательский проект о
влиянии состава и свойств почвы на растительный и животный мир.
14
Литература
1.Алексеев С.В., Груздева Н.В., Гущина Э.В., Экологический практикум школьника:
Учебное пособие для учащихся.-Самара:
Издательство « Учебная литература»,2005.
2. Бобылева Л.Д., Мониторинговые исследования учащихся в природе./ Биология в школе2006/
3. Боголюбов А.С., Панков А.Б., Простейшая методика геоботанического описания леса:
методическое пособие.-М.: Экосистема, 1996.
4. Большаков В. Н., Таршис Г.И. и др. Региональная экология: Учебник. 10-11-х Кл.Екатеринбург: « Сократ», 2000
5. Большаков В. Н., Таршис Г.И. и др. Региональная экология: Пособие для учителя.Екатеринбург: « Сократ», 1998
6. Владыченский. Почва, Ее место и роль в биосфере Земли. /Биология в школе-2006-№5\
7. Подольская Т.Н., Шарова Е.М. Биологическая игра « Бытовые отходы.»/ Биология.2003-№12/
8. Самкова В.А., Прутченков А.С. Экологический бумеранг:Практические занятия для
учащихся 9-10 классов.-М: Новая школа,1996.
9.Чернова Н.М. и др. Основы экологии: Проб.учеб. для общеобразоват. Учреждений.-М.:
Просвещение,1995.
10. Экологический вестник России.-1998-№3
11. Экологический вестник России. « Свалки.»-1998-№1
15
Приложение № 1
Бланк описания участка растительного покрова на пробной площадке.
Дата: 10.10.2007 г.
Географическое и местное положение:
Свердловская область, г. Новоуральск, 15 Мкр, 140 метров к югу от дороги ( ул.
Октябрьская), 10 метров на восток от родника, ниже тропинки.
Положение в рельефе: правый склон реки Бунарка.
Окружение: пихтовый лес, на западе вытоптанный участок вокруг родника, выше и ниже
по склону тропинки.
Описываемая площадь: 10мх10м
Название сообщества: пихтовый с подростком пихты рябиновый кислично-хвощевой лес.
Древесный и кустарниковый ярусы:
Пихта
Липа
Рябина
Малина
Травяно-кустарничковый ярус:
Хвощ лесной-преобладает
Очиток (кислица)-много
Грушанка круглолистная
Вероника длиннолистная
Копытень европейский
Медуница мягкая
Звездчатка средняя
Сныть обыкновенная
Моховой ярус:
Щитовник мужской
Плевроций
Крапива двудомная
Злак (вид не определен)
Земляника лесная
16
Приложение № 2
17
Приложение 3
18