IV Международный конкурс
научно-исследовательских и творческих работ учащихся
«СТАРТ В НАУКЕ»
 
     

БИОТЕСТИРОВАНИЕ СНЕЖНОГО ПОКРОВА В СЕЛЕ ЧАСТЫЕ (ПЕРМСКИЙ КРАЙ)
Жуланова А.А.
Текст научной работы размещён без изображений и формул.
Полная версия научной работы доступна в формате PDF


Введение

В настоящее время хозяйственная деятельность всё чаще становится основным источником загрязнения биосферы. В природную среду во все больших количествах попадают газообразные, жидкие и твёрдые отходы производств. Различные химические вещества, находящиеся в отходах, попадая в почву, воздух или воду проходят по экологическим звеньям из одной цепи в другую попадая, в конце концов, в организм человека [3].

Попадая в организм человека токсические вещества, отрицательно влияют на здоровье человека [4].

Очень важно уметь определять токсичность окружающей среды. В этом человеку могут помочь тест – объекты.

Гипотеза: семена растений могут быть тест - объектами токсичности снежного покрова.

Цель: изучение токсичности снежного покрова в селе Частые методом биотестирования.

Задачи:

1. Проанализировать литературные данные о загрязнении окружающей среды.

2. Определить источники химического загрязнения в селе Частые

3. Методом биотестирования определить степень загрязненности снежного покрова в селе Частые.

1.Загрязнение окружающей среды.

Загрязнение – привнесение в окружающею среду или возникновение в ней новых физико-химических и биологических агентов, оказывающих вредные воздействия на природную экосистему и человека [1].

Различают природное и антропогенное загрязнения. Природное загрязнение возникает в результате естественных причин: извержение вулканов, землетрясений, катастрофических наводнений и пожаров. Антропогенное загрязнение-результат деятельности человека [4].

Существуют три типа загрязнения:

1.Физическое.

-Тепловое.

-Шумовое.

-Электромагнитное.

-Световое.

-Радиоактивное.

2. Химическое.

-Аэрозоли.

-Химические вещества.

-Пестициды.

-Пластмассы.

3. Биологическое.

-Биологическое (биогенное)

-Микробиологическое.

- Генная инженерия [1, 6].

1.1. Химическое загрязнение окружающей среды.

Химическое загрязнение среды связано с изменением ее химических свойств.

Химическое загрязнение - увеличение количества химических компонентов определенной среды, а также проникновение (введение) в неё химических веществ, не свойственных ей или в концентрациях, превышающих норму. Наиболее опасным для природных экосистем и человека представляют именно химическое загрязнение, поставляющее в окружающую среду различные токсиканты (аэрозоли, химические вещества, тяжёлые металлы, пестициды, пластмассы, детергенты) [1].

1.2. Автотранспорт - источники химического загрязнения.

Второе место по загрязнению атмосферы воздуха занимает автотранспорт [9].

Химический состав автомобильных выбросов зависит от вида и качества топлива, технологии его производства, способы сжигания в двигатели и его технического состояния.

Выхлопные газы содержат оксиды углерода, азота, а также альдегиды, обладающие резким запахом и раздражающим действием, бенз(а)пирен -отравляющее вещество канцерогенного характера.

В результате не полного сгорания топлива в двигателе автомобиля часть углеродов превращается в саж, содержащую смолистые вещества. Особенно много сажи и смол образуются при технической неисправности мотора и в моменты, когда водитель форсирует работу двигателя. При движений и особенно при торможении стираются тысячи тонн резины, которая затем в виде мельчайшей пыли поднимается в воздух.

Подсчитано, что один легковой автомобиль в течение суток может выбрасывать до 1кг выхлопных газов, в составе которых содержатся около 3%оксида углерода, 0,6% оксидов азота, 0,5% углеводородов, 0,006% оксидов серы. В автомобильном топливе содержится и соединения свинца, также попадающие в воздух. Тяжёлые металлы поступают в придорожное пространство как в результате работы собственного автотранспортных средств, так и при стирании дорожного полотна. Кадмий поступает в природную среду в результате износа шин и стирания асфальтобетона. Никель и хром – продукты из носа покрыты из кузовов, железо-продукт истирания цилиндров двигателя.

Наиболее опасными загрязнителями природной среды среди тяжёлых металлов традиционно считается свинец и кадмии

Главным загрязнителем атмосферного воздуха свинцом в Российской Федерации в настоящее время считается автотранспорт, использующий этилированный бензин: от 70% до 87% общей массы свинца, по различным оценкам. Оксиды свинца образуются в отработанных газах карбюраторных двигателей, когда используется этилированный бензин. При сжигании одной тонны этилированного бензина в атмосферы выбрасывается приблизительно от 0,5 до 0,85 кг оксидов свинца. Установлено, что 75% свинца, содержащегося в топливе двигателя внутреннего сгорания, выделяется воздух в составе аэрозолей в сочетании с ионами хлора и брома и рассеивается. Наиболее крупные фракции свинца оседаю на поверхностном слое почвы в близи дорог (расстояние 5-7м). Соединение более мелкой фракции отличаются хорошей растворимостью и поэтому, большей токсичностью, зона действия свинца этой фракции составляет от 30 до 100м от края полотна. Наиболее мелкие частицы третий фракции свинца с током воздуха переносятся на большие расстояния, поэтому их распределение связано, прежде всего, с метеоусловиями. Загрязнители вступают с компонентами атмосферного воздуха в физическое, химическое и фотохимическое взаимодействие [7].

1.3. Влияние химического загрязнения на природные сообщества

Экологическое действие загрязняющих агентов может проявлять по-разному; оно может затрагивать либо отдельные организмы(проявляться на организменном уровне), либо популяции биоценозы, экосистемы и даже биосферу в целом.

На организменном уровне могут происходить нарушения отдельных физиологических функций организмов, изменение их поведения, снижение темпов роста и развития, снижение устойчивости к воздействиях иных неблагоприятных факторов внешней среды.

На уровне популяций загрязнение может вызвать изменения их численности и биомассы, рождаемости и смертности, а также изменения структуры, годовых циклов миграций и ряда других функциональных свойств.

На биоценотическом уровне загрязнение сказывается на структуре и функциях сообществ. Одни и те же загрязняющие вещества по-разному влияют на разные компоненты сообществ. Соответственно меняются количественные в биоценозе, вплоть до полного исчезновения одних форм и появления других[4].

1.4. Влияние химического загрязнения на организм человека

Здоровьем считают состояние полного физического, духовного и социального благополучия [2]

Вещества, загрязняющие природную среду, очень разнообразны. В зависимости от своей природы, концентраций, времени действия на организм человека они могут вызывать различные неблагоприятные последствия. Кратковременное воздействие небольших концентраций таких веществ может вызывать головокружение, тошноту, першение в горле, кашель. Попадание в организм человека больших концентрации токсических веществ может привести потере сознания, острому отравлению и даже смерти. Примером подобного действия могут являться смоги, образующихся в крупных городах в безветренную погоду, или аварийные выбросы токсичных веществ промышленными предприятиями в атмосферу.

Реакции организма на загрязнения зависит от индивидуальных особенностей человека: возраста, пола, состояния здоровья. Как правило, более уязвимы дети, пожилые и престарелые, больные люд.

При систематическом или периодическом поступлении в организм сравнительно небольших количеств токсичных веществ происходит хроническое отравление

Признаками хронического отравления являются нарушение нормального поведения, привычек, а также нейропсихические отклонения: быстрое утомление или чувство постоянной усталости, сонливость или, наоборот, бессонница, ослабление внимания, рассеянность, забывчивость, сильные колебания настроения [3].

2.Снег.

Снег-это один из основных факторов, оказывающих влияние на жизнь и деятельность людей в умеренных и полярных широтах в течение значительной части года [8].

2.1. Процесс образование снега.

Формирование снежных осадков в атмосфере зависит от многих факторов, но главным образом от температуры окружающей среды и наличия не переохлаждённой воды. Первоначально в результате конденсации водяных паров в восходящей тёплой воздушной массе формируется облако. Как только температура в облаке опускается ниже 0 градусов, создаются условия, благоприятные для образования снега. При температуре около -5 градусов ядра кристаллизации, присутствующие в атмосфере, формируют в процессе льдообразования мельчайшие кристаллы льда. С ледяного кристалла начинается формирование снежного кристалла. Форма очень простая: облако это шестиугольная пластинка, которая в процессе роста и усложнения превращается в снежинку. Нередко в результате слипания снежинок образуются снежные хлопья [8].

2.2. Значение снега.

Многообразная роль снежного покрова в жизни растений. Он изменяет термический и водный режимы среды обитания растений, оказывает на них непосредственное механическое воздействие. Снежный покров предохраняет их от вымерзания (особенно почки возобновления) и ветрового иссушения в зимний период [5].

Под действием снеговых нагрузок лиственные деревья изгибаются так, что их верхушки склоняются почти до земли и становятся источником пищи для животных, например для зайца-беляка. Вовремя малоснежных зим или зим частыми отеплениями (когда аккумулируется мало снега или отсутствует вовсе) зайцы вынуждены искать другие источники пищи и часто без успешно.

Снег влияет на особенности питания птиц, так как глубокий, плотный снежный покров ограничивает возможность поиска пищи. Поведенческая адаптация в этом случае проявляется в том, что птицы начинают искать корм на нижних ветвях деревьев. Либо мигрируют в те области, где растения свободны от снега (например, обдуваемые ветром холмы), даже не смотря на то, что виды растительности, условия экспозиций и другие факторы могут быть для них менее благоприятными [8].

В суровые морозные зимы в снег прячутся многие птицы: тетерева, рябчики, куропатки, глухари. Прячутся мыши под снегом. Залегают в спячку медведь и барсук. В снегу укрываются в непогоду заяц. На дне глубоких водоёмов в зимнее время температура ниже 4 градусов [10].

2.3. Источники загрязнения снега.

Снежный покров накапливает в своём составе практически все вещества, поступающие в атмосферу. Антропогенные источники загрязнения среды - это, прежде всего, транспорт, промышленные предприятия, теплоэлектростанции. Вредные вещества, выбрасываемые промышленными предприятиями, автомобильные выхлопы накапливаются в снегу и с талыми водами поступают в открытые и подземные водоёмы, загрязняя их. Существенным образом изменяется состав снега. И снег в этом случае можно рассматривать как своеобразный индикатор загрязнения окружающей среды [7].

3. Биотестирование

Под биотестированием обычно понимают, процедуру установления токсичности седы с помощью тест-объектов, сигнализирующих об опасности независимо от того, в какие вещества и в каком сочетании вызывают изменения жизненно важных функции организма.

Достоинство этого метода заключается в том, что при его низкой себестоимости:

1. Появляется возможность оценить исследуемый образец непосредственно по реакции на него живого организма;

2. дать комплексную оценку состояния окружающей среды при наличии в ней двух и более загрязнения.

3. Метод биотестирования не отменяет инструментальные исследования, а дополняет их, позволяя проводить экологически мониторинг наиболее полно и достоверно, показывая реальное состояние окружающей среды, как в данный момент времени, так и в динамике.

Благодаря простоте, оперативности и доступности биотестирование получило широкое признание во всём мире, и его всё чаще используют наряду с методами аналитической химий.

Биотестирование как метод оценки токсичности водной среды используется:

- при проведении токсикологической оценки сточных промышленных, бытовых, сельскохозяйственных, дренажных загрязнённых природных и прочих вод с целью выявления потенциальных источников загрязнения;

- в контрольных процедурах аварийных способов высокотоксичных сточных вод;

- при проведении оценки степени токсичности сточных вод на разных стадиях их формирования при проектировании локальных очистных сооружений;

- при контроле токсичности сточных вод, подаваемых на очистные сооружения биологического типа, с целью предупреждения проникновения опасных веществ для биоценозов активного ила;

- при определении уровня безопасного разбавления точных вод для гидробионтов с целью учёта результатов биотестирования при корректировке и установлений предельно доступных сбросов веществ, поступающих в водоёмы со сточными водами;

- при проведении экологической экспертизы новых материалов, технологии очистки проектов очистных сооружений.

Вещества, загрязняющие природную среду, очень разнообразны. В зависимости от своей природы, концентраций, времени действия на организм человека они могут вызывать различные неблагоприятные последствия. Кратковременное воздействие небольших концентраций таких веществ может вызывать головокружение, тошноту, першение в горле, кашель. Попадание в организм человека больших концентрации токсических веществ может привести потере сознания, острому отравлению и даже смерти. Примером подобного действия могут являться смоги, образующиеся в крупных городах в безветренную погоду, или аварийные выбросы токсичных веществ промышленными предприятиями в атмосферу. Реакции организма на загрязнения зависит от индивидуальных особенностей человека: возраста, пола, состояния здоровья. Как правило, более уязвимы дети, пожилые и престарелые, больные люди.

При систематическом или периодическом поступлении в организм сравнительно небольших количеств токсичных веществ, происходит хроническое отравление

Признаками хронического отравления являются нарушение нормального поведения, привычек, а также нейропсихические отклонения: быстрое утомление или чувство постоянной усталости, сонливость или, наоборот, бессонница, ослабление внимания, рассеянность, забывчивость, сильные колебания настроения [5].

4. Биотестирование снежного покрова на территорий села Частые.

4.1. Методика биотестирования.

Приготовить чашки Петри: в предварительно стерилизованные чашки уложить стерильную вату и закрыть их.

Поместить по паре семян, хорошо прорастающих налить на дно чашки воду и подписать, откуда взята проба.

В качестве контроля использовать дистиллированную воду.

Чашки Петри поставить на хорошо освещённый подоконник.

Вести наблюдения за семенами примерно 7-9 дней. Не давать семенам и проросткам высохнуть, добавлять по мере необходимости тот же раствор.

По скорости прорастания семян и суммарной длине проростков сделать вывод о степени общей химической токсичности снега с разных территорий[5].

4.2. Биотестирование снежного покрова на территории села Частые.

Произвели забор образцов снега в селе Частые на расстоянии ид дороги 5м,50и, 500м в трехлитровые банки. Снег растаяли [Приложение 1, фото 1,2,4].

Приготовили 8 чашек Петри: в предварительно стерилизованные чашки уложили стерильную вату и закрыли их.

На вату поместили по паре семян редиса, огурца и гороха. налить на дно чашки № 1 налили дистиллированную воду, № 2 талую воду из снега на расстояний 5 метров от дороги, № 3 талую воду из снега на расстояний 50 метров от дороги, № 4 талую воду из снега на расстояний 500м от дороги на берегу р.Кама, № 5 воду из ручья, № 6 водопроводную воду, № 7 0,1% раствор ацетата свинца, №8 0,1% раствор хлорида хрома (III) [Приложение 1, фото 4,5].

В качестве контроля использовали дистиллированную воду.

Чашки Петри поставили на хорошо освещённый подоконник [Приложение 1, фото 6].

Наблюдение за семенами проводили 7 дней [Приложение 1, фото 7,8]. Эксперимент был заложен 15 января, 22 января измеряли длину проростков [Приложение 1, фото 9,10,11,12]. Данные приведены в таблице № 1.

Таблица 1

Результаты биотестирования снежного покрова

№ пробы

Семена растения

Число не проросших семян

Число проросших семян

Средняя длина проростков, см

Суммарная длина проростков, см

1

Редис

0

2

6,6

13,2

Огурцы

0

2

8,6

17,2

Горох

0

2

9,45

18,9

2

Редис

1

1

0,15

0,3

Огурцы

2

0

0

0

Горох

1

2

1,05

2,1

3

Редис

1

1

0,4

0,8

Огурцы

0

2

0,4

0,8

Горох

1

1

1,95

3,9

4

Редис

0

2

5,3

10,6

Огурцы

0

2

5,05

10,1

Горох

0

2

6,45

12,9

5

Редис

0

2

4,8

9,6

Огурцы

0

2

7

14

Горох

0

2

5,7

11,4

6

Редис

0

2

2,75

5,5

Огурцы

0

2

5,25

10,5

Горох

0

2

1,5

3

7

Редис

2

0

0

0

Огурцы

0

2

0,3

0,6

Горох

2

0

0

0

8

Редис

2

0

0

0

Огурцы

0

2

0,3

0,6

Горох

2

0

0

0

Проведенные исследования показали, что самая благоприятная среда для прорастания семян – дистиллированная вода (контроль). Проростки имеют наибольшую суммарную длину, зеленую окраску.

Растворы с известной концентрацией солей свинца и никеля оказались наиболее губительными для семян всех видов: корешки не были обнаружены у семян редиса и гороха, семена огурца проросли, длина корешков до 0,3см.

В образце снега, взятом на берегу р. Кама (подобен ключевой воде), по сравнению с дистиллированной содержится определенное количество примесей, которые незначительно мешают прорастанию.

Вода, полученная из талого снега, взятого в 5м и 50м от дороги, содержит примеси тяжёлых металлов, которые мешают прорастанию семя взятых растений.

Водопроводная вода, обеззараженная хлором, также плохо влияет на прорастание семян.

Заключение

В природную среду попадают газообразные, жидкие и твёрдые отходы производств. Различные химические вещества, находящиеся в отходах, попадая в почву, воздух или воду проходят по экологическим звеньям из одной цепи в другую попадая, в конце концов, в организм человека. Попадая в организм человека токсические вещества, отрицательно влияют на здоровье человека. Для определения токсичности окружающей среды человек использует тест – объекты.

В январе 2015 года нами было проведено биотестирование снежного покрова в селе Частые. В качестве тест - объектов использовали семена растений (редис, огурец, горох).

Проведенные исследования показали, что самая благоприятная среда для прорастания семян – дистиллированная вода (контроль). Проростки имеют наибольшую суммарную длину, зеленую окраску.

Растворы с известной концентрацией солей свинца и никеля оказались наиболее губительными для семян всех видов: корешки не были обнаружены у семян редиса и гороха, семена огурца проросли, длина корешков до 0,3см.

В образце снега, взятом на берегу р. Кама (подобен ключевой воде), по сравнению с дистиллированной содержится определенное количество примесей, которые незначительно мешают прорастанию.

Вода, полученная из талого снега, взятого в 5м и 50м от дороги, содержит примеси (свинец, никель), которые мешают прорастанию семя взятых растений.

Водопроводная вода, обеззараженная хлором, также плохо влияет на прорастание семян.

Гипотеза подтверждается – семена растений (редиса, огурцов, гороха) можно использовать для оценки токсичности окружающей среды, содержащей тяжёлые металлы.

Литература

1. Вронский. В.А. Прикладная экология: учебное пособие. Ростов н/д; издательство «Феникс»-, 1996. – 512 с.

2. Зверев И.Д. – Книга для чтения по анатомии; физиологии и гигиене человека, М.:”Просвещение ”,1989.-220с.

3. Криксунов Е.А., Пасечник В.В., Экология: 9 класс: Учеб. Для общеобразоват. учеб. заведений. М.: Дрофа-1995.- 238с.

4. Криксунов Е.А., Пасечник В.В., Экология. 10 (11) класс: учеб. для общеобразовательных учреждений. М.: Дрофа-2008. - 256с.

5. Лыгин С.А, Пурина Е.С., Хазимуллина Ю.Ф. К реализации практико-ориентированного проекта.// Химия в школе.– 2014.–№5

6. Мамедов Н.В., Суравегина И.Т. Экология: Учебное пособие для 9- 11 классов общеобразовательной школы-М.: Школа-Пресс. - 1996. - 464с.

7. Марчукова О.Л. Влияние автотранспорта на окружающую среду.// Химия в школе.– 2013.–№7

8. Снег. Под редакцией Д.М.Грея и Д.Х. Мэйла. Ленинград: Гидрометеоиздат, 1986.- 751с.

9. Экология пермской области на рубеже 21 века, Пермь: ”Книжный мир”. - 2004.- 64с.

Приложение 1

Фото 1. Отбор пробы снега в 5м от дороги

Фото 2. Отбор пробы снега в 50м от дороги

Фото 3. Отбор пробы снега в 500м от дороги

Фото 4. Опыты 1-4

Фото 5. Опыты 5-8

Фото 6. Опыты 1-8 на подоконнике

Фото 7. Наблюдение за прорастанием семян

Фото 8. Наблюдение за прорастанием семян

Фото 9. Проростки в опыте 1 (контроль)

Фото 10. Проростки в опыте 4

Фото 11. Проростки в опыте 7

Фото 12. Измерение длины проростков штангенциркулем

 

21