Исследовательская работа " Влияние удобрений на рост и развитие растений на примере пшеницы"

Муниципальное казенное общеобразовательное учреждение

Бобровская средняя общеобразовательная школа №1

Проект

Влияние удобрений на рост и развитие растений на примере пшеницы

Авторы: учащиеся 10 «А» класса Зезюков Иван Дмитриевич,                                                                                                                                                                                                                                                                                                 Наговицин Александр Константинович

Научный руководитель: учитель биологии Котова Татьяна Ивановна

Начало работы: 28.01.2016

Конец работы: 27.02.2016

Бобров

2016 г.

Содержание

1. Введение

       1.1. Актуальность

       1.2. Цели и задачи

2. Теоретическая часть

       2.1. Краткое описание пшеницы (Triticum aestivum)

       2.2. Краткое описание удобрений

3. Методика работы

       3.1. Таблица исследований

       3.2. Анализ полученных данных

4. Выводы

       4.1. Вывод об эффективности используемых удобрений

5. Список литературы

Введение

Актуальность проблемы:

В данный момент многими учеными многих стран написано немало литературы про повышение плодородия, но обычно выращивание культур берется в глобальных масштабах, и многие способы мелиорации и удобрения почв не подходят, допустим, для частного участка, или же для домашнего ботанического сада. В нашем же исследовании берутся способы, которые доступны каждому из вас. На примере пшеницы вида пшеница мягкая (лат. Triticum aestivum), мы исследовали влияние различных удобрений на растение, ее рост и развитие. Мы не рассматривали комплексные удобрения (смесь удобрений), но благодаря нашим исследованиям выяснили, какие же удобрения подходят лучше всего для большинства культурных декоративных и агрокультурных (для питания) растений, тем самым выявили с какими удобрениями ваш сад или огород зацветет в еще лучше и красивей. Т.к. пшеницу можно назвать «универсальным» растением, то результаты наших исследований найдут применение в выращивании многих других видов растений.

Методы исследования:

1.     Анализ

2.     Наблюдение

3.     Эксперимент

Предмет исследования: Воздействие солей на рост и развитие растений

Объект исследования: Удобрения

Цель: Выяснить, какие из удобрений лучше всего влияют на рост и развитие растений, и выявить, какие из удобрений безопаснее всего.

Задачи:

1.Изучить теоретическую сторону вопроса
2. Посадить и вырастить растения
3. Провести эксперимент
4. Провести замеры растений после завершения эксперимента
5. Проанализировать полученные данные

Теоретическая часть

Ботаническое описание культуры

Растение достигает высоты 40—100 см, редко до 150 см. Соломина тонкая, полая внутри. Узлы голые или опушены лишь на ранних этапах жизни растения. Листовая пластинка 6—16 мм шириной, сначала мягкая, опушённая, но потом становится голой и жёсткой.

Старые соцветия безостые, 6-18 дюймов длиной, длина по крайней мере в 3 раза больше ширины. Оно густое и квадратное в поперечном сечении. Оси колоса отличаются ломкостью (отсюда название вида — пшеница мягкая). В месте соединения колосков второго порядка с главной осью нет пучков волосков. На верхушке соцветия расстояние между соседними колосками 4—8 мм. Колоски имеют приблизительно равную длину и ширину. Колосковая чешуя около 10 мм длиной, на конце имеют острый киль. Киль представляет собой короткий, тупо заканчивающийся зубец, направленный наружу. Цветковые чешуи безостые и имеют короткий зубец или же имеют ость длиной до 15 см. Опыление перекрёстное или самоопыление.

В процессе созревания плод (зерновка) плотно сжат нижней и верхней цветковой чешуёй, а по созреванию выпадает наружу. Эндосперм белый или стекловидный. Прорастание происходит только при температуре выше 4 °C.

Стандартный хромосомный набор пшеницы мягкой x = 7; у гексаплоидных разновидностей число хромосом 6n = 42.

Краткое описание удобрений

Сульфат аммония Сульфат аммония – удобрение, вносится в качестве основного под различные культуры. Синтетический сульфат аммония белого цвета, а коксохимический – серый, синеватый или красноватый. Удобрение малогигроскопичное и при нормальных условиях хранения практически не слеживается, сохраняя хорошую рассеиваемость.

Физические и химические свойства

Сульфат аммония (NH₄)₂SO₄ – бесцветные кристаллы, плотность – 1,766 г/см³. При температуре выше +100°C разлагается с выделением аммиака NH₃и образованием сначала NH₄HSO₄, а впоследствии (NH₄)₂S₂O₇ и сульфаниловой кислоты.

Растворимость в воде: при 0°C – 70,5 г/100 г, при +25°C – 76,4 г/100 г, при +100°C – 101,7 г/100 г. Окисляется до N₂ под действием сильных окислителей, например, марганцевокислого калия KMnO₄.

Сульфат аммония содержит:

·         азота по массовой доле в пересчете на сухое вещество – не менее 21 %;

·         воды – 0,2 %;

·         серной кислоты – не более 0,03 %.

Фракционный состав удобрения:

·         массовая доля фракции размером более 0,5 мм – не менее 80 %;

·         менее 6 мм – 100 %.

Рассыпчатость – 100 %.

Массовая доля остатка, не растворимого в воде, не превышает 0,02 %.

Применение

Сельское хозяйство

Сульфат аммония в сельском хозяйстве используют как основное удобрение под различные культуры.

Поведение в почве

При внесении в почву сульфат аммония быстро растворяется, и значительная часть катионов NH₄⁺ входит в почвенно-поглощающий комплекс. Одновременно в почвенный раствор переходит эквивалентное количество вытесненных катионов. При этом ион аммония теряет подвижность. Это устраняет опасность его вымывания при промывном режиме почв.

Находясь в обменно-поглощенном состоянии, ионы аммония хорошо усваиваются растениями. 

Вследствие нитрификации аммонийный азот переходит в нитратную форму. Скорость перехода аммонийного азота в нитратный зависит от необходимых для нитрификации условий: температуры, аэрации, влажности, биологической активности и реакции почвы. Одним из основных факторов, влияющим на скорость нитрификации, является степень окультуренности почв.

Переувлажнение и повышенная кислотность почв тормозят нитрификацию. Известкование кислых почв значительно ускоряет этот процесс. После превращения аммонийного азота в нитратный он приобретает все свойства нитратных удобрений. В результате процесса нитрификации в почве образуется азотная кислота и освобождается серная кислота.

В почве эти кислоты нейтрализуются, вступая во взаимодействие с бикарбонатами почвенного раствора и катионами почвенного поглощающего комплекса.

Нейтрализация минеральных кислот сопровождается использованием бикарбонатов почвенного раствора и вытеснением оснований из ППК водородом. Это ослабляет буферную способность почв и повышает их кислотность.

Однократное внесение сульфата аммония может и не повлиять на реакцию почвы. При систематическом использовании данного удобрения почвенная среда может значительно подкислиться. Степень подкисления увеличивается при меньшей буферной способности почв.

Способы внесения

Сульфат аммония более всего подходит для основного внесения. Но допустимо и применение для поверхностных подкормок озимых зерновых культур, сенокосов и пастбищ, а также фертигации.

Сроки внесения и способы заделки основного удобрения определяются свойствами почвы и климатическими условиями зоны.

Аммиачная селитра Аммиачная селитра – это аммиачно-нитратное удобрение. Гранулированная аммиачная селитра менее гигроскопична, меньше слеживается при хранении, сохраняет хорошую рассеиваемость. Аммиачная селитра выпускается только с применением кондиционирующих добавок, содержащих магний, кальций, сульфат либо сульфат с фосфатом. Добавки с сульфатом и фосфатом требуют присутствия в удобрении поверхностно-активных веществ.

Физические и химические свойства

Гранулированное вещество с гораздо меньшей гигроскопичностью. Размер гранул – 1–4 мм. Удобрение содержит различные добавки для уменьшения слеживаемости. Конденсирующими веществами могут служить тонкоразмолотая фосфоритная мука, гипс, каолинит, нитрат магния и прочее. Эти добавки придают удобрению желтоватый оттенок. Фиксин, вводимый в качестве добавки, придает ему красноватый цвет.

Аммиачная селитра (удобрение) отвечает следующим требованиям:

·         содержание азота в сухом веществе – не менее 34 %;

·         содержание воды – не более 0,2–0,3 %;

·         кислотность 10%-ного водного раствора – 4–5%;

·         статистическая прочность гранул – 5–7 Н/гранулу;

·         рассыпчатость – не менее 100 %.

Аммиачная селитра (удобрение) является окислителем. Пожароопасна. При температуре 210 °C и взаимодействии с серой, серным колчеданом, кислотами, суперфосфатом, хлорной известью и порошковыми металлами разлагается с выделением токсичных окислов азота и кислорода.

Применение

Сельское хозяйство

Аммиачная селитра применяется в качестве удобрения во всех приемах (основное внесение, припосевное внесение, подкормка) и под все сельскохозяйственные культуры.

Поведение в почве

В почве азот из аммиачной селитры легко поглощается микроорганизмами. После минерализации последних азот становится доступным для растений. Одновременно происходит растворение аммиачной селитры в почвенном растворе и вступление в реакцию с почвенно-поглощающим комплексом (ППК).

При обменном поглощении аммоний адсорбируется коллоидами почвы, а NO₃ образует соли щелочных или щелочноземельных металлов. 

При недостатке кальция на кислых подзолистых почвах внесение аммиачной селитры вызывает некоторое подкисление почвенного раствора. На почвах, богатых основаниями (сероземах и черноземах), даже систематическое внесение высоких доз аммиачной селитры подкисления почвенного раствора не вызывает.

Местное подкисление – явление временное, но может оказать отрицательное влияние на растения в самом начале роста.

Аммонийная часть селитры иногда может подвергаться нитрификации, что также приводит к временному подкислению почвы. Последующая денитрификация приводит к переходу части нитратного азота в газообразное состояние (N₂, N₂O, NO).

Способы внесения

Аммиачная селитра подходит для всех способов внесения: основного внесения, припосевного внесения, корневой подкормки и некорневой подкормки.

Поскольку это удобрение хорошо растворимо, его можно использовать и для фертигации – как самостоятельно, так и в водном растворе с другими удобрениями.

Аммофос Аммофос – азотно-фосфорное комплексное сложное минеральное удобрение. Мало гигроскопичное, хорошо растворимое в воде. Применяется в основное и припосевное внесение, а также в качестве подкормки в течение вегетационного периода для различных культур. Получают путем нейтрализации фосфорной кислоты аммиаком.

Физические и химические характеристики

Аммофос содержит 10–12 % азота и 44–52 % фосфора. Массовая доля воды не превышает 1 %. Основной компонент удобрения – однозамещенный фосфат аммония (моноаммонийфосфат NН₄Н₂РО₄). Это наиболее устойчивый фосфат аммония из трех.

Физические характеристики

·         При нагревании до 100–110°C потерь аммиака не наблюдается.

·         Давление диссоциации при 100°C равно нулю.

·         При 20°CC в 100 г воды растворяется 40,3 г.

·         Значение pH 0,1-молярного раствора моноаммонийфосфата равно 4,4.

Рассыпчатость всех марок аммофоса – 100 %. Верхние пределы массовых долей общего азота и усваиваемогофосфора могут быть выше указанных. Для продукта, предназначенного для розничной торговли, прочность гранул и рассыпчатость не определяется и не нормируется.

Для аммофоса, как и для других сложных удобрений, характерна высокая степень концентрации основных питательных веществ – в данном случае азота и фосфора. При этом, балластных веществ нет вовсе. Это приводит к уменьшению общей физической массы удобрения как при транспортировке, так и при внесении в почву.

Внесение удобрения в почву способствует улучшенному снабжению молодых растений нужными элементами питания, в частности, азотом и фосфором. Это достигается благодаря концентрации гранул вокруг семян и корней рассады. Гранулы постепенно растворяются в почвенной влаге, что обеспечивает растения полноценным питанием в течение длительного времени, часто в течение всего вегетационного периода.

Применение

Сельское хозяйство

Аммофос в сельском хозяйстве применяется как азотно-фосфорное удобрение.

Зарегистрированные и допущенные к использованию на территории России в качестве удобрения марки аммофоса находятся в таблице справа.

Недостаток аммофоса

 – значительное превышение массовой доли усвояемого фосфора над долей общего фосфора. Это значительно ограничивает применение аммофоса, поскольку идеальное соотношение азота и фосфора в удобрении должно быть равно единице либо азота должно быть больше фосфора.

Поведение в почве

При внесении в почву основной компонент удобрения, однозамещенный моноаммонийфосфат (NН₄Н₂РО₄), диссоциирует в почвенном растворе на ион аммония – NH₄^+, фосфат-ионы – H₂PO₄^-, HPO₄^2- и PO₄^3-.

Ион аммония вступает в обменные реакции с катионами почвенного поглощающего комплекса.

В поглощенном состоянии аммоний хорошо доступен корневым системам растений. Кроме того, он малоподвижен, что уменьшает потери азота в результате вымывания в условиях обычного увлажнения.

Фосфат–ионы постепенно переходят в состав различных фосфорных соединений, характерных для конкретного типа почв. Из них наиболее доступен растениям фосфор, поглощенный твердой фазой почвы обменным (коллоидно-химическим) путем, а также соли ортофосфорной кислоты, поглощаемые растениями биологическим путем.

Кальциевая селитра Кальциевая селитра (нитрат кальция, азотнокислый кальций) – нитратное удобрение (азот содержится в нитратной форме), содержащее 13–15 % азота. Кристаллическая соль белого цвета, отличается хорошей растворимостью в воде и высокой гигроскопичностью. Применяется под предпосевную культивацию, для подкормки растений во время вегетации. В настоящее время выпускается гранулированная кальциевая селитра, которая не гигроскопична и на воздухе не расплывается.

Физические и химические свойства

Кальциевая селитра (безводная соль) – бесцветные кристаллы с кубической решеткой.

Физические характеристики

·         Плотность – 2,36 г/см³.

·         Безводная соль плавится при температуре 561°C. При температуре 500°C начинается разложение с выделением O₂ и образованием нитрита кальция Ca(NO₂)_2, который затем распадается на CaO и NO₂.

·         При температуре до 42,7°C кристаллизуется четырехводный кристаллогидрат, выше 54,6°C – безводный нитрат кальция.

·         Растворимость в воде:

o    при 20°C – 56,3 %,

o    при 51,6 °C – 78,2 %.

·         Как безводная соль, так и кристаллогидраты нитрата кальция сильно гигроскопичны и расплываются на воздухе.

·         Давление пара над 50%-ным раствором азотнокислого кальция в диапазоне температур от 70 до 110°C возрастает от 135 до 730 мм рт. ст, а над 75%-ным раствором в диапазоне 90–140°C возрастает от 90 до 740 мм рт. ст.

·         Раствор концентрацией 77,9 % Ca(NO₃)₂ кипит при 143,3 °C под нормальным давлением и при 117°C под давлением 300 мм рт. ст.

Применение кальциевой селитры

Сельское хозяйство

Кальциевая селитра (безводная соль, гранулированная, четырехводная, жидкая и прочие формы) используется в качестве предпосевного удобрения и подкормокразличных овощных, плодовых и декоративных культур.

Особенности кальциевой селитры

Кальциевая селитра в форме безводной соли и кристаллогидратов нитрата кальция сильно гигроскопична и расплывается на воздухе.

Для уменьшения гигроскопичности кристаллическую соль смешивают с гидрофобными добавками (в частности, парафинистым мазутом).

Улучшение физических свойств кальциевой селитры достигается путем добавления к его концентрированному раствору в процессе производства 4–7% аммиачной селитры.

Гранулированные формы кальциевой селитры с добавлением аммонийного азота сохраняют все положительные качества безводной соли и кристаллогидратов. При этом уменьшается гигроскопичность удобрения и повышается массовая доля азота в составе удобрения.

Поведение в почве

Кальциевая селитра – физиологически щелочное удобрение. Растения в большем количестве потребляют анионы NO₃^-, чем катионы Ca⁺. Последние, оставаясь в почве, сдвигают реакцию в сторону подщелачивания. 

Катионы кальция быстро переходят в обменно-поглощенное состояние.

Анион NO₃^– образует с вытесненными из ППК комплексами азотную кислоту или различные растворимые соли. NO₃^-связывается в почве только путем биологического поглощения, что происходит исключительно в теплый период. Осенью и зимой биологическое поглощение отсутствует, и анион NO₃^– легко вымывается из почвы.

Способы внесения кальциевой селитры

Кальциевую селитру в форме безводной соли и кристаллогидратов нитрата кальция вносят в почву как в сухом виде, так и в качестве низкопроцентного раствора для некорневой, корневой подкормок, а также при фертигации в течение вегетационного периода. Концентрация раствора зависит от исходного состава и марки удобрения. При приготовлении раствора следует придерживаться рекомендаций производителя.

Кальциевая селитра гранулированная рекомендуется для корневых подкормок, некорневых подкормок и фертигации всех культур открытого и закрытого грунта как через системы капельного полива и дождевальные установки, так и для сухого внесения с использованием туковых сеялок и разбрасывателей. Некорневые подкормки проводят с применением опрыскивателей различной модификации.

Методика работы

После того, как пшеница была посеяна, мы поливали ее обычной водой в течение 10 дней. На 11 день начался полив растений удобрениями. Была выбрана 4,5% концентрация (9 грамм соли на 200 мл. воды). Полив продолжался 20 дней. На 30 день эксперимента были проведены измерения ростков пшеницы, оценено их состояние. На основании полученных нами данных была составлена таблица, в которой мы отобразили состояние особей, таблица размеров проростков, а также диаграмма, основанная на данной таблице.

Начало эксперимента

Спустя 1 неделю

Спустя 2 недели

Результаты исследования

Таблица исследований

В представлен

ной ниже таблице показаны размеры (в см.) проростков пшеницы. (по горизонтали показан порядковый номер проростка, а по вертикали- идентификационный номер удобрения)

	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20
0	15	15	20	21	22	22	23	24	24	25	25	26	26	28	28	29	29	30	32	36
1	13	14	14	15	16	16	17	17	18	19	19	19,5	20	20	20	20	20	20	21	21
2	7	10	10	10	10	10,5	11	11	12	12	12	13	13	13	14	14	14	16	16	17
3	16	18	18	19	19	20	20	20	20	21	21	21	22	22	23	23	24	25	26	29
4	9	11	11	12	12	14	14	14	16	16	16	17	17	17	17	17	17,5	18	18	18

Анализ полученных данных

№	Удобрение	Ср. высота	Стебель	Листья	Цвет	Примечание
0	- (Вода)	25 см.	Слабый	Широкие	Салатный	Неравномерное развитие
1	Сульфат аммония	17,95 см.	Средний	Средние	Темно-салатный
2	Аммиачная селитра	12,3 см.	Слабый	Широкие	Салатный
3	Аммофос	20,9 см.	Сильный	Широкие	Темно-зеленый	Развитые внутренние органоиды
4	Кальциевая селитра	15,075 см.	Сильный	Узкие	Зеленый	Были признаки обезвоживания

Результаты анализа

1-    Аммофос, самое подходящее удобрение для растений, т.к. он образовал крепкие, высокие стебли с развитыми внутренними органоидами (можно судить по цвету)

2-    Сульфат аммония, средней крепости стебли, темно-салатный цвет, и средние листья.

3-    Без удобрений, высокие стебли, но неравномерное развитие, тем самым широкие, но слабые стебли и светлый цвет.

4-    Кальциевая селитра, узкие стебли, средний размер, темный цвет, но были характерные признаки обезвоживания.

5-    Аммиачная селитра, слабые и небольшие стебли, салатный цвет, широкие листья.

Выводы

Как вы видите, самыми эффективными являются аммофос и сульфат аммония, они безопасны в определенных количествах и используются как удобрения в большинстве стран мира. Конечно в нашем черноземе тоже много питательных веществ, и не зря вода стоит на третьем месте в рейтинге. Осторожнее всего надо применять удобрения, в которых содержится кальциевая селитра, т.к. она может приводить к обезвоживанию и к гибели растения. Ну и конечно же стараться избегать или же очень осторожно применять аммиачную селитру, во-первых, потому что данный нитрат в отличие от аммофоса может крепко «осесть» в растении, а во-вторых крайне сложно рассчитать нужное количество, так как вещество может разлагаться в земле и образовывать уже вредные соединения.

Таким образом, мы можем с точностью сказать, что подойдет для огородных и декоративных растений в вашем саду, и какие удобрения применять, чтобы подкармливать растения. Как видите, для каких-либо видов растений не все удобрения полезны. Руководствуясь медицинской и агрономической литературой, мы выяснили, что в данных дозах удобрения безвредны для человеческого организма. Мы надеемся, что, покупая комплексные удобрения, вы будете руководствоваться нашей исследовательской работой, чтобы у вас были красивые и безопасные растения в вашем доме.

Список литературы

1.     Зезюков Н.И. Научные основы воспроизводства плодородия черноземов ПГР, Воронеж, 1993 год.

2.     Зезюков Н.И. Сохранение и повышение плодородия черноземов, полиграфическая фирма «Воронеж», Воронеж, 1999 год.

3.     Гончаров Н.К, Кондратенко Е.Е. Происхождение, доместикация и эволюция пшениц, типография при институте цитологии и генетики СО РАН, 2008 год.

4.     Минович М.А. Соли азотной кислоты, «Просвещение», Москва, 1964 год.

5.     Олевский В.М. Технология аммиачной селитры, «Просвещение», Москва, 1978 год.