I Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

ВЫЯВЛЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ПРОТИВОГОЛОЛЕДНЫХ РЕАГЕНТОВ НА РАСТЕНИЯ

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Габов Н.А. 1Шипилова А.С. 1

---

1

Божедомова Н.А. 1

---

1

Работа в формате PDF

167.9 KB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение ……………………………………………………………………………3

Основная часть:

Методика и результаты исследования ………………………………………… 5

Заключение …………………………..……………………………………..……… 9

Библиографический список ……………………………..……… …………….. 10

Приложение 1………………………………………………………..………….... 12

Приложение 2 ………………………………………………..…………………….13

ВВЕДЕНИЕ

Ежегодно мы наблюдаем, что во дворе МБОУ “СОШ №9 ” города Лесосибирска есть участки, а именно – Центральный вход школы (длина –35м) и вход в школу со стороны жилого микрорайона (30-40 м), на которых образуется корка льда. На этих участках дети и взрослые часто получают травмы. Нами было замечено, что очень большое количество снега скапливается возле школьного крыльца, и весной, во время таяния снега, образуется большое количество луж, которые при замерзании образуют покатый слой льда. Изучив литературу [http://www.mosecom.ru/reports/2007/gl6_7.php,http://leda2.ru/articles/protivogololednye-reagenty -vidy-i-osobennosti] по данному вопросу, мы решили заняться данной проблемой – провести эксперименты. Для борьбы с гололедом опасные участки школьного двора посыпают противогололедными реагентами, в качестве которых используется только песок. Использование только песка во время таяния снега приводит к образованию большого количества грязи.

Однако в литературе, и особенно в средствах массовой информации, существуют достаточно противоречивые сведения о влиянии противогололедных реагентов на эколого-геологические условия города: на почвы, на автотранспорт, обувь, на живые организмы и здоровье жителей [1, 2, 4, 5, 7–10]. С целью независимого изучения этого вопроса нами были проведены исследования состава и свойств выпавших атмосферных осадков в результате применения ПГР.

Оценка вредного воздействия ПГР на природные объекты может быть сделана только исходя из исследования всего комплекса воздействий с учетом состава ПГР, технологии их применения и состояния окружающей среды.

Так была определена тема нашей работы – «Выявление влияния противогололедных реагентов на растения».

Мы предположили, что многие соли при растворении выделяют тепло, которое будет использоваться для таяния снега, но также негативно влияют на окружающую среду.

Цель исследования, заключалась в определенииионов наиболее вредных для растений солей, таких как сода (Na₂CO₃), хлориды (NaCl, MgCl₂, CaCl₂) и сульфат натрия (Na₂SO₄).

При выполнении работы были поставлены следующие задачи:

1. Определить состав противогололёдных средств (ПГР) на территории школы № 9.

2. Изучить влияния противогололёдных средств (ПГР) на рост и развитие растений.

3. Сделать выводы о безопасности применения противогололёдных средств (ПГР).

4. Изучить литературу, провести практическое исследование солей в школьной лаборатории.

Объект исследования: выступают снег и состав противогололедных реагентов.

Предмет исследования: ионы кальция (Ca²⁺), хлорид-ионы (Cl^¯).

Актуальность исследования – выигрывая в безопасности во время гололеда на дорогах, мы получаем взамен те или иные негативные последствия. Ситуация альтернативных экономически оправданных способов борьбы с зимней скользкостью не складывается так, что приходится выбирать между тем, чтобы сделать плохо или очень плохо, в свою очередь, может приводить к накоплению нежелательных ионов в объектах окружающей среды. Поэтому требуются постоянные мониторинговые исследования по содержанию в объектах окружающей среды компонентов используемых реагентов.

Методы исследования: эксперимент, наблюдение, анализ базовых понятий, аналитический.

Методика и результаты исследования

Исследуемые пробы снега отбирались на территории «МБОУ СОШ №9» города Лесосибирска, расположенной вдали от автострады, но рядом с автостоянками. Надо подчеркнуть, что в данной работе изучались не исходные реагенты, а измененные из-за присутствия противогололедных реагентов (ПГР) осадки на территории школы (далее — осадки с остатками ПГР). Задачей исследования было дать обоснованную оценку экологических последствий применения ПГР на территории школы.

Для исследований отбирались образцы смеси снежной массы или дорожной жижи с остатками ПГР с участков в период 15.10 – 10.11.2015г. Большая часть химических исследований проводилась сразу, в день взятия образца (во избежание разложения нестойких веществ). Все анализы выполнялись в лаборатории школы № 9 с использованием датчиков рН цифровой лаборатории.

В начале исследования, мы предположили, что при растворении солей выделяется энергия, которая должна идти на таяние снега или льда. Для того, чтобы наблюдать за изменениями температуры, мы воспользовались датчиком температуры. Однакобольшая часть солей при растворении не повышала, а наоборот понижала температуру в растворе. Результаты измерений мы отобразили в таблице 1 (Приложение 1).

Наши предположения, что при растворении солей выделяется энергия, которая должна идти на таяние снега или льда оказалась ошибочной. После изучения дополнительной литературы мы решили изменить методику исследования. В следующем опыте мы предположили, что необходимо замерять не температуру в растворе, а время, за которое соль растворит определенное количество льда.

При определении скорости таяния льда под действием солей (в комнатных условиях, t=20⁰С, на улице; t=0⁰C, время 30 минут). По совокупности всех признаков, по которым проходил отбор, лучшие показатели отметили у поваренной соли. (Приложение 1,табл.2)

Выбранные соли в первом эксперименте (смесь брали в пропорции 9 частей песка и 1 часть соли) мы насыпали на опасные участки. Температура на улице была 0⁰C, выпавший снег таял, был гололед (20-24 октября 2015г.). Наблюдения показали, что при данной температуре снег на участке размером 1х1 м² при глубине снега 10 см, посыпанный хлоридом натрия растаял за 6,33мин., хлорид магния за 16,54 мин и хлорид кальция за 22,45 мин.

При взаимодействии с разными солями снег тает за разное время, так как энергия, которую каждая соль передает снегу у всех разная. По совокупности всех признаков, по которым проходил отбор, лучшие показатели отметили у поваренной соли. (Приложение 1, табл. 3) Таким образом, посыпав лед (стабильный при температуре ниже нуля), солью получаем пограничный слой, в котором смесь льда и соли начинает плавиться. Потому что температура замерзания этого слоя ниже. В результате образуется пленка из водного раствора соли, что увеличивает площадь соприкосновения соли со льдом, пока весь лед не растопится, отобрав энергию у воздуха.

Скорость таяния в образовавшемся соляном растворе зависит от диффузии ионов из концентрированного соляного раствора в менее концентрированный. Например, чтобы активизировать процесс растворения хлорида натрия (NaCl), необходима энергия. Процесс растворения NaCl идет с поглощением тепла, протекает медленно и начинается после того, как на поверхности кристалла образуется жидкая пленка.

Процесс растворения химических веществ сопровождается тепловыми явлениями. Тепловой эффект при растворении различных веществ существенно отличен. Тепло противодействует охлаждению исходных материалов и усиливает интенсивность плавления льда. Отмечается некоторая разница в эффективности действия твердых солей в зависимости от их гранулометрического состава. Так, мелкокристаллическая поваренная соль взаимодействует со льдом быстрее, чем крупнозернистая, но с течением времени их плавящие способности выравниваются. Жидкие реагенты обладают более высокой скоростью плавления льда, чем сухие. Проведенные эксперименты по изучению влияния солей на растения, показали, что среда всех исследуемых солей слабощелочная, что дает нам право сделать вывод о том, что pH солей незначительно может, влиять на рост растений. (Приложение 1, табл.5) Как видно из таблицы, в снеговом покрове были обнаружены такие ионы, как ионы кальция (Ca²⁺), хлорид – ионы (Cl¯) и нитрат - ионы (NO₃¯), а сульфат - ионов (SO₄^2-) обнаружено не было.

Влияние ПГР на рост и развитие растений изучали в модельном опыте влияние солей на прорастание семян фасоли. Фитотоксичность растворов оценивали по методике И. Иванова. В четыре чашки Петри на двойной слой фильтровальной бумаги помещали по 50 семян фасоли. Предварительно их промыли в воде и замочили в растворе перманганата калия. Семена увлажняли: в первой чашке водой (контроль), во второй 1% раствором хлорида натрия, в третьей 1% раствором хлорида магния, а в четвертой 1% раствором хлорида кальция и оставили при температуре 15-25 градусов. Ежедневно следили за всхожестью семян, длинной корней, и надземной части проростка. Эксперимент проводили в нескольких повторностях. По истечении семи дней мы замеряли длину надземной и подземной части проростка. Затем находили среднее значение. (Приложение 2, таб.9)

Энергию прорастания семян определяли через 24 – 30 ч. после закладки опытов. Расчёты проводили по формуле. Результаты вносили в таблицу. (Приложение 1-2, табл. 6- 8)

,

где: А – количество проросших семян; 50 – количество семян в опыте.

Определяя всхожесть семян, ежедневно следили за ходом опыта, и результаты наблюдений записывали в таблицу. (Приложение 1-2, табл. 6-8). Всхожесть семян определяли по формуле: V= v/n*100 %, где: V– Всхожесть; v- Число проросших семян; n– Общее число семян. Исследования показали, что в контрольном опыте всхожесть составляла 70%, в 1% растворе хлорида кальция показатели снижались до 24%, а в растворе хлорида магния до 18%. В растворе хлорида натрия всхожесть семян отсутствовала. Такая же закономерность наблюдалась при определении энергии прорастания семян. (Приложение 2, рис.1) В растворе хлорида кальция она составляла 24%, в хлориде магния 18%, а в контрольном опыте она была равна 34%. (Приложение 1-2, табл.6-8). Мы так же заметили, что растворы солей ингибировали рост тест – объектов. Неоднозначное влияние соли оказывали на длину корней и надземных частей проростков. В контрольном опыте средняя длина корня проростков составляла 1,1 см., а длина надземной части 1,3 см. Раствор хлорида магния угнетал формирование корневой системы, и среднее значение длины составляло 0,65 см. Формирование надземной части мы так и не увидели. В растворе хлорида кальция корневая система проростков по сравнению с контролем менее развита, но в сравнении с проростками в хлориде магния корни развиты у большего количества проростков, и среднее значение составляет 0,8 см. Надземная часть за время эксперимента сформировалась лишь пяти проростков. (Приложение 2, табл. 9) Угнетение растений под влиянием солей может быть вызвано следующими причинами: токсичным действием отдельных ионов на растения, нарушением условий питания растений. Соли затрудняли поступление воды в растения, особенно это проявлялось в растворе хлорида натрия. Избыток солей отрицательно действует на формирование корней и надземной части растения. Отрицательное действие высокой концентрации солей сказывается раньше всего на корневой системе растений. При этом в корнях страдают наружные клетки, непосредственно соприкасающиеся с раствором соли. Внезапное увеличение концентраций NaCI в среде приводит к скачкообразному увеличению ионной проницаемости корневой системы. [4] Корни растений при избытке солей теряют тургор, ослизняются, приобретают темную окраску. Под влиянием солей изменяется структура клеток, замедляется процесс фотосинтеза. При накоплении натрия будет происходить уплотнение почвы. При высыхании она будет становиться как камень, будет расти значение pH, они будут становиться щелочными. Элементы питания будут переходить в недоступную для растений форму, начнётся хлороз. [6] При ещё большей концентрации солей растения не смогут вытянуть воду из почвы, наоборот вода из корней будет переходить в почву (диффузия), растения засохнут. Хлорид ионы вредны для многих растений, кроме того, они вытягивает ионы кальция в почвенный раствор, а потом промываются водой в нижние слои. Кальций теряется из почвы безвозвратно. Натрий растениями не используется, но тоже вытесняет из почвенно-поглощающего комплекса ионы кальция, магния, железа, так необходимые растениям.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе исследовательской работы предполагаемая нами гипотеза подтвердилась, что соли при растворении выделяют тепло, которое будет использоваться для таяния снега, Процесс растворения химических веществ сопровождается тепловыми явлениями. Тепловой эффект при растворении различных веществ существенно отличен. Тепло противодействует охлаждению исходных материалов и усиливает интенсивность плавления льда. Отмечается некоторая разница в эффективности действия твердых солей в зависимости от их гранулометрического состава. Пескосоляная смесь - самый дешевый и экологически чистый способ борьбы с гололедом. Благодаря своей гигроскопичности соль интенсивно впитывает влагу из воздуха Использование пескосоляной смеси в соотношении 9:1 приводит к быстрому таянию льда, при этом оставляя малое количество грязи.

При оценке экологического воздействия противогололедных средств на растения мы пришли к выводу, что засоление важный фактор, лимитирующий продуктивность сельскохозяйственных культур, который оказывает глубокое воздействие на все стороны жизнедеятельности растений

Наибольший стресс у растений вызывает соль хлорид натрия. Поэтому необходимо применять дозированное соотношение песка и соли в качестве противогололедного реагента

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Аббасова З. И., Алиахвердиев С. Р., Зейналов Э. М., Гучейнова Н. Б. Конформационные изменения митохондрий при солевом стрессе.//Третий съезд Всероссийского общества физиологов растений: тезисы докладов, - Санкт-Петербург, - 1993., - 464 с.

2. Балконин Ю. В., Строганов Б. П. Значение солевого обмена в солеустойчивости растений.//Проблемы солеустойчивости растений, - под ред. акад. ВАСХНИЛ Имамалиева А. И., - Ташкент, - изд-во «ФАН» Узбекской ССР, - 1989., - с. 45-64

3. Глинка, Н. Л. Общая химия [Текст] / Н. Л. Глинка; ред. А. И. Ермакова. – М.: Интеграл-Пресс, 2001. – 728 с.

4. Клышев Л. К. Биохимические и молекулярные аспекты исследования солеустойчивости растений.//Проблемы солеустойчивости растений, - 1989., - 195 с.

5. Лосева А. С., Петров-Спиридонов А. Е. Устойчивость растений к неблагоприятным факторам среды. – М.: - изд-во МСХА, - 1983., - 47 с.

6. Луценко Э. К., Федюкина Е. М. Функционирование меристем и накопление ионов у растений при разных уровнях засоления.//Известия Северо-Кавказского научного центра высшей школы. Естественные науки, - 1987., - №3, - с. 17-18

7. Михайловская И. С. Строение растений в связи с условиями жизни: учеб. Пособие для студентов-заочников биологических факультетов пединститутов. - изд. 2-е, перераб. и доп. – М.: Просвещение, 1977, - с. 81-86.

8. Некрасов Б.В. ,«Основы общей химии», том 1. Москва, «Химия»,1973 г.

9. Нифантьев И.Э., П. В. Ивченко «Практикум по органической химии». Москва, 2006 г.

10. Полевой В. В. Физиология растений: Учебник для биол. Спец. Вузов. – М.: Высш. Шк., 1989, – с. 428-430.

11. Рудзитис Г.Е., Ф. Г. Фельдман «Химия 9 класс. Учебник для общеобразовательных организаций с приложением на электронном носителе». Москва, «Просвещение», 2014 г.

12. Строганов Б. П. Метаболизм растений в условиях засоления // 33-е Тимирязевское чтение. – М.: 1973, - 51 с.

13. Строганов Б. П., Кабанов В. В., Шевяков Н. И., Лапина Л. П., Комирезко Е. И., Попов Б. А., Достанова Р. Х., Приходько Л. С. Структура и функции клеток при засолении. – М.: Наука, - 1970., 318 с.

14. Федорова, А.И. Практикум по экологии и охране окружающей среды. [Текст] / А. Федорова, А. Никольская – М.: Владос, 2001. – 288 с.

15. Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона. Санкт-Петербург, «Брокгауз-Эфрон», 1996 г.

Источники, представленные в Internet:

1. Доклад о состоянии окружающей среды в городе Москве в 2007 году [Электронный ресурс] / URL: http://www.mosecom.ru/reports/2007/gl6_7.php (дата обращения: 01.04.15)

2. Противогололедные реагенты: виды и особенности [Электронный ресурс]/URL: http://leda2.ru/articles/protivogololednye-reagenty-vidy-i-osobennosti (дата обращения: 22.12.14)

3. Транспорт Москвы. Противогололедные реагенты [Электронный ресурс]/URL: http://www.zr.ru/articles/55784 (дата обращения: 20.12.14)

Приложение 1

Таблица 1

Влияние солей на снег

Таблица 2

Скорость таяния льда под действием солей

Таблица 3

Скорость таяния снега под действием солей

Таблица 4

Скорость таяния снега с песком и солью

Таблица 5. Содержание определяемых ионов в снеговом покрове

Таблица 6. Опыт №1

Приложение 2

Таблица 7. Опыт №2

Таблица 8. Опыт №3

Таблица 9

Влияние различных солей на размеры проростков.

Рисунок 1. Определение энергии прорастания семян и их всхожести