XVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Определение загрязнения почвы методом биотестирования

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Яндыкова А.А. 1

---

1МБОУ СОШ №13 г. Йошкар-Олы

Колосова Л.Г. 1

---

1МБОУ СОШ №13 г. Йошкар-Олы

Работа в формате PDF

6.2 MB

Автор работы награжден дипломом победителя I степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

1. Введение.

Биотестирование - это оценка состояния окружающей среды по живым организмам, которых называют биологическими индикаторами.

Биологические индикаторы – это организмы, которые реагируют на изменения окружающей среды своим присутствием или отсутствием, изменением внешнего вида, химического состава, поведения.

При экологическом мониторинге загрязнений использование биологических индикаторов часто даёт более ценную информацию, чем прямая оценка загрязнения приборами, так как биологические индикаторы реагируют сразу на весь комплекс загрязнений. Кроме того, обладая ,,памятью”, биологические индикаторы своими реакциями отражают загрязнения на длительный период.

К таким биологическим индикаторам относится и кресс-салат садовый, иначе называемый Клоповник посевной.

Это однолетнее растение с тонким стеблем и большим количеством зеленых листьев.

Цель: Методом эксперимента определить степень загрязнения почвы на шести опытных образцах, используя кресс-салат в качестве биологического индикатора.

Задачи:

1) Рассчитать всхожесть семян кресс-салата.

2) Заложить эксперимент из шести опытных образцов почвы, взятых в разных местах: Йошкар-Олы, Горномарийского района и двух контрольных образцах.

3) Ежедневный расчёт проросших семян кресс-салата на опытных и контрольных образцах.

4) Изучить морфологические особенности (стебель, корень, листья) проростков с опытных и контрольных образцов почвы, сделать соответствующие выводы.

Актуальность заключается в том, что креес-салат - однолетние овощное растение, обладающее повышенной чувствительностью к загрязнению почвы тяжёлыми металлами, а также к загрязнению воздуха газообразными выбросами автотранспорта. Этот биоиндикатор отличается быстрым прорастанием семян и почти стопроцентной всхожестью, которая заметно уменьшается в присутствии загрязнителей.

Кроме того, побеги и корни этого растения под действием загрязнителей подвергаются заметным морфологическим изменениям (задержка роста и искривление побегов, уменьшение длины и массы корней, а также числа и массы семян).

Практическая значимость: исследовательская работа содержит научную информацию о различных видах биологических индикаторов и простом и удобном методе биотестирования на примере кресс-салата садового. Этот метод доступен для определения загрязнения почвы на огородах, в садах, на дачных участках.

Гипотеза: учитывая территории, где были взяты образцы почвы на определение загрязнений, можно сделать предположение, что максимальное загрязнение будут иметь образцы почвы, взятые у заправок в г. Йошкар-Ола и в Горномарийском районе, а также у дороги Козьмодемьянский тракт 87 км у леса.

II. Обзор литературы.

2.1. Биотестирование – оценка состояния окружающей среды по живым организмам:

1) Биологические индикаторы (Б.и.) – организмы, которые реагируют на изменения окружающей среды своим присутствием или отсутствием, изменением внешнего вида, химического состава, поведения.

При экологическом мониторинге загрязнений использование Б.и. часто даёт более ценную информацию, чем прямая оценка загрязнения приборами, так как Б.и. реагируют сразу на весь комплекс загрязнений. Кроме того, обладая ,,памятью", Б.и. своими реакциями отражают загрязнения за длительный период. На листьях деревьев при загрязнении атмосферы появляются некрозы (отмирающие участки). По присутствию некоторых устойчивых к загрязнению видов и отсутствию неустойчивых видов (например, лишайников) определяется уровень загрязнения атмосферы городов.

При использовании Б.и. важную роль играет способность некоторых видов аккумулировать загрязняющие вещества. Последствия аварии на Чернобыльской АЭС были зафиксированы в Швеции при анализе лишайников. Сигнализировать о повышенном содержании бария и стронция в окружающей среде могут берёза и осина неестественно зелёным цветом листьев. Для выявления разных загрязняющих веществ используются разные виды Б.и.:для общего загрязнения – лишайники и мхи, для загрязнения тяжёлыми металлами – слива и фасоль, диоксидом серы – ель и люцерна, аммиаком – подсолнечник, сероводородом – шпинат и горох, полициклическими ароматическими углеводородами (ПАУ) – недотрога и др.

Используются и так называемые ,,живые приборы” – растения-индикаторы, высаженные на грядках, помещенные в вегетационные сосуды или в специальных коробочках (в последнем случае используют мхи, коробочки с которыми называются бриометрами). ,,Живые приборы” устанавливают в наиболее загрязненных частях города.

При оценке загрязнения водных экосистем в качестве Б.и. могут использоваться высшие растения или микроскопические водоросли, организмы зоопланктона (инфузории-туфельки) и зообентоса (моллюски и др.). В средней полосе России в водоёмах при загрязнении воды разрастаются роголистник, рдест плавающий, ряски, а в чистой воде – водокрас лягушачий и сальвиния.

С помощью Б.и. можно оценивать засоление почвы, интенсивность выпаса, изменение режима увлажнения и т.д. В этом случае как Б.и. чаще всего используется весь состав фитоценоза. Каждый вид растений имеет определённые пределы распространения (толерантности) по каждому фактору среды, и потому сам факт их совместного произрастания позволяет достаточно полно оценивать экологические факторы.

2) Ацидофилы (А.) – растения кислых почв.Типичными А., обитающими на наиболее кислых субстратах (рН 3,5–4,5), являются растения сфагновых болот: клюква, багульник, сфагновые мхи. На сильно кислых почвах растут и вереск, белоус, щучка извилистая, щавелек малый. На среднекислых и слабокислых почвах (рН 4,5–6,5) обитают полевица собачья, щучка дернистая, погремок большой. А. могут использоваться как ндикаторы кислых почв, что имеет практическое применение.

3) Базифильные растения (от греч. – основание, щелочь и люблю…) – обитают на почвах с рН более 7,0 (щелочная среда). Отличительной особенностью вод степных и пустынных ландшафтов является их насыщение кальцием, часто магнием и натрием; низкое содержание органических кислот делает эти воды мало агрессивными и поэтому они имеют щелочную или нейтральную реакцию. К ним относятся преимущественно степные и пустынные виды растений (лебеда, кермек, солянки, полыни, сложноцветные, злаковые, крестоцветные, бобовые и др.).

4) Галофиты (Г.) – растения, приспособленные к произрастанию на засолённых почвах, как правило, встречающиеся в степной и пустынных зонах (исключение представляют некоторые приморские растения). Г.отличаются специальными физиологическими приспособлениями для жизни в условиях засолённых почв и представляют стратегию патиентов. Все приспособления для перенесения растениями стресса высокой концентрации солей в почвенном растворе в той или иной мере связаны с их водным режимом.

5) Кальцефобы – растения, обитающие на почвах, бедных карбонатом кальция, который оказывает тормозящее влияние на их рост (черника, каштан, торфяные мхи и др.).

6) Нейтрофилы (нейтральные виды) – растения, предпочитающие почвы, имеющие нейтральную реакцию (при рН 6,7–7,0), к ним относится большинство культурных растений (клевер, тимофеевка, рожь, ячмень, просо и др.).

7) Нитрофиты – растения, предпочитающие почвы, богатые усвояемыми соединениями азота. К ним относятся: пырей ползучий, полынь горькая, иван-чай, чистотел большой, хвощ лесной, крапива двудомная, лебеда, подорожник большой, хмель вьющийся и др.

8) Псаммофиты (от греч. – песок и …фиты) – растения, произрастающие на подвижных песках (главным образом пустынь). Имеют ряд приспособлений для существования на перевеваемых ветром песках, оголяющих корневую систему или засыпающих растения и затрудняющих произрастание семян. Псаммофиты образуют мощные придаточные корни и побеги при засыпании их стволов песками (саксаул, селин, песчаная акация). Травянистые виды (осока песчаная, осока вздутая) образуют подземные побеги иногда в виде длинных, быстрорастущих корневищ, прорастающие сквозь толщу песка.

2.2. ,,Цветение” вод – процесс эвтрофикации – (накопление в водоемах азота, фосфора, калия).

,,Цветение” вод – массовое развитие (вспышка) фитопланктона, вызывающее изменение окраски вод, от зелёной (зелёные и сине-зелёные водоросли) и жёлто-бурой (диатомовые) до красной (динофлагелляты).

Эти явления известны с глубокой древности, но в последние годы они стали часты и весьма интенсивны в результате вросшего антропогенного воздействия на морские экосистемы. Это обусловлено главным образом, значительным поступлением в водоёмы органических веществ (азота, фосфора, калия и др.).

Эвтрофикация (эвтрофирование, евтрофикация) – повышение биологической продуктивности водоёмов в результате накопления в воде биогенных веществ под воздействием естественных и главным образом антропогенных факторов. Основными причинами является поступление огромных количеств биогенных компонентов (особенно азота и фосфора), которые поставляются в среду сельскохозяйственным производством (применение удобрений), а также различных детергентов (ежегодно в мире используется свыше 30 млн т мыла) и др.

По данным Б. Хендерсон-Селлерса и др. (1990) основными критериями для характеристики процесса эвтрофикации водоёмов являются:

– уменьшение концентрации растворенного кислорода в воде;

– увеличение содержания биогенных компонентов;

– увеличение содержания взвешенных частиц, особенно органического происхождения;

– последовательная смена популяций водорослей с преобладанием синезелёных и зелёных;

2.3. Родина и области распространения кресс-салата.

Родиной кресс-салата принято считать Иран. Широкое распространение продукт получил благодаря римлянам еще в I веке до нашей эры. Жителям Средиземноморского региона понравилась вкусная сочная зелень, неприхотливая к условиям выращивания. В Европе кресс-салат как культурное растение появился в период раннего Средневековья.

Первыми его начали выращивать немцы и французы, они же способствовали его дальнейшему распространению в других странах. В наши дни в диком виде растение можно увидеть в странах северо-восточной Африки, таких как Эфиопия и Египет, а также в Передней Азии.

2.4. Химический состав кресс-салата.

Кресс-салат содержит клетчатку,  медь, кальций, калий, сера, фосфор, магний, железо, йод, витамины группы В, аскорбиновую кислоту, витамины А, Е и К. Продукт способствует укреплению иммунитета, полезен для зрения и нервной системы. Благодаря антиоксидантам, имеющимся в его составе, замедляет процессы старения в организме. В листьях растения содержатся многие необходимые человеку микроэлементы. Особенно кресс-салат богат калием, благотворно влияющим на сердечно-сосудистую систему.

2.5. Кресс-салат – лекарственное растение.

Это низкокалорийный продукт, поэтому он подходит людям, придерживающимся диетического питания. Сок салата используют для профилактики железодефицитной анемии. Кресс-салат не следует употреблять в пищу в случае возникновения индивидуальной непереносимости, а также при обострении язвенной болезни желудка и гастрита.

Использовался кресс-салат как пряно-вкусовое, а также лекарственное растение в Риме, Греции и в Древнем Египте.

Салат улучшает сон, пищеварение, повышает аппетит. Лекарственные свойства – мочегонное, антимикробное действие, снижает кровяное давление, и очень полезен, при болезнях дыхательных путей. Обладает антицинготным действием, корни и надземную часть применяли при лихорадках, листья от анемии, порошок из семян, как горчичники.

2.6. Употребление кресс-салата в пищу.

Использовался кресс-салат как пряно-вкусовое, а также лекарственное растение в Риме, Греции и в Древнем Египте.

Листья кресс-салата сочные, имеют освежающий горьковато-острый вкус, напоминающий редьку или хрен, но все же более пикантный, и достаточно заметный резкий запах.

Кресс-салат употребляют в составе различных салатов, используют как гарнир к мясным и рыбным блюдам, с ним делают бутерброды. Продукт входит в состав некоторых супов, гармонично сочетается с картофелем. Сок, полученный из листьев кресс-салата, можно добавлять к другим овощным и фруктовым сокам, использовать для приготовления витаминных коктейлей.

Срезанные листья кресс-салата хранят при температуре +4…+8 ℃, поместив в пластиковый контейнер или полиэтиленовый пакет. Срок хранения 2–3 дня.

III. Методика проведения исследовательской работы.

Методика для проведения эксперимента по определению загрязнения образцов почвы, была использована из учебного пособия ,,Школьный экологический мониторинг”, под редакцией Ашихминой Т.Я.

IV. Материалы и методы исследования.

Материалом для исследования послужили 6 образцов почвы и 2 контрольных образца почвы, приобретённых в магазине, а также семена однолетнего кресс-салата садового.

При выполнении работы использовались методы: закладка эксперимента, ежедневные подсчёты, ведение дневника наблюдений, анализа и сравнения полученных результатов, составления таблиц, гистограмм, работа с литературой, измерение и изучение морфологических особенностей проростков, умение делать выводы.

V. Результаты работы и их обсуждение.

Работа проводилась в октябре – декабре месяце 2022 г. Для эксперимента были взяты образцы почвы:

1) Пришкольный участок, у дороги по ул. Клара Цеткин.

2) Дорога Козьмодемьянский тракт 87 км у леса.

3) Левый берег реки Волги, Горномарийский район, Коротни паромная переправа.

4) Берег реки Малая Кокшага, в черте микрорайона Ширяйково.

5) Заправка Горномарийский район, ,,промзона” города Козьмодемьянск (объездная гор. Козьмодемьянск) ,,Татнефть”.

6) Заправка город Йошкар-Ола, объездная гор. Йошкар-Ола, 9 микрорайон ,,Лукойл”.

Для контроля приобретена почва двух видов: торфо-навозный грунт, универсальный грунт ,,Terra-vita’’ с перлитом. Была определена всхожесть семян кресс-салата, который в данной работе использовался как биологический индикатор.

Для этого семена кресс-салата проращивают в чашках Петри, в которые насыпают промытый речной песок слоем в 1 см. Сверху семена закрывают фильтрованной бумагой и на нее раскладывают определенное количество семян (50 штук). Перед раскладкой семян песок и бумагу увлажняют до полного насыщения водой. Сверху семена закрывают фильтрованной бумагой и неплотно накрывают стеклом. Проращивание ведут в лаборатории при температуре 20-25 . Нормой считается прорастание 90-95% семян в течение 3-4 суток. Процент проросших семян от числа посеянных называется всхожестью.

Всхожесть семян составила 98%.

В 6 чашках Петри были помещены образцы почв и посажено по 50 семян кресс-салата. Две чашки Петри с купленной землёй были взяты за контрольные образцы. Ежедневно в течение 15 дней велись подсчёты всходов кресс-салата во всех 8 образцах почвы. Вёлся дневник наблюдений. В течение всего периода эксперимента результаты фотографировались.

Результаты занесены в таблицу №1 и №2. Составлены сравнительные гистограммы. Дневник наблюдений проведения эксперимента с фотографиями даны в приложении .

Таблица №1. Загрязнение почвы опытных образцов.

По методике эксперимента существует 4 уровня загрязнения почвы:

1. Загрязнение отсутствует.

Всхожесть семян достигает 90-100%, всходы дружные, проростки крепкие, ровные. Эти признаки характерны для контроля, с которым следует сравнивать опытные образцы.

2. Слабое загрязнение.

Всхожесть 60-90%. Проростки почти нормальной длины, крепкие, ровные.

3. Среднее загрязнение.

Всхожесть 20-60%. Проростки по сравнению с контролем короче и тоньше. Некоторые проростки имеют уродства.

4. Сильное загрязнение.

Всхожесть семян очень слабая (20%). Проростки мелкие и уродливые.

По результатам эксперимента загрязнение является 1 и 2 уровня, т.е. 1 уровень – загрязнение отсутствует под №3,4,8 и 2 уровень – слабое загрязнение под №2,6,1,5,7.

По результатам эксперимента были составлены сравнительные гистограммы.

Наибольшее загрязнение почвы имеют опытный образец торфо-навозный грунт и у заправки Горномарийского района. Можно предположить, что опытный образец, купленный в магазине был некачественный. Основными загрязнителями почвы у заправки послужили: выхлопные газы, содержащие свинец, угарный газ, бензин, масла. Основной загрязнитель и почвы и воздуха – транспорт.

Почвы пришкольного участка, дороги, заправки г.Йошкар-Олы так же имеют загрязнители соответственно 84%, 88%, 80% и большая часть приходится на автотранспорт.

Таблица №2.Загрязнение почвы опытных образцов.

Опытный образец почвы торфо-навозный грунт имеет слабое загрязнение – 78%. А грунт универсальный ,,Terra-vita’’ с перлитом имеет 100%, т.е. загрязнение отсутствует.

Из полученных результатов напрашивается вывод, что для выращивания рассады овощных и цветковых растений рекомендуется универсальный грунт ,,Terra-vita’’ с перлитом, который не имеет загрязнителей и имеет 100% всхожесть.

Использование торфо-навозного грунта может привести к гибели рассады, т.к. загрязнение грунта составляет 78%.

Следующий этап работы – морфологическая характеристика вегетативных органов (стебель, листья, корень) всходов кресс-салата во всех образцах почвы. Из каждого образца почвы осторожно произвольно берут по одному всходу кресс-салата и измеряются длина корня, стебля, листьев, окраска листьев.

Полученные данные занесены в таблицу №3, №4.

Таблица №3. Морфологическая характеристика всходов кресс-салата в различных образцах почвы.

Таблица №4. Характеристика всходов кресс-салата в опытных и контрольных образцов почвы с фотографиями.

По результатам морфологической характеристики всходов кресс-салата в опытных образцах почвы, можно сделать следующие выводы:

1) Здоровые, хорошо развитые вегетативные органы у всходов в образцах почвы пришкольного участка и берега реки Волги.

2) Хорошо развиты всходы – берег реки Малая Кокшага.

3) Неудовлетворительное состояние всходов в образце почвы, взятой у дороги Козьмодемьянский тракт 87 км у леса.

4) Удовлетворительное состояние проростков в оставшихся образцах почвы (заправка Горномарийский район, ,,Татнефть”; заправка г. Йошкар-Ола)

5) Всходы кресс-салата в контрольных образцах не отличались длиной корня, стебля, размерами листьев от опытных образцов.

VI.Выводы по работе.

По результатам проведенного эксперимента по определению загрязнений почвы опытных и контрольных образцов методом биотестирования, можно сделать следующие выводы:

1) Всхожесть семян кресс-салата садового, который использовался в качестве биологического индикатора, составила 98%.

2) Проведён эксперимент по определению загрязнению почвы на шести опытных и двух контрольных образцах почвы:

1. Пришкольный участок, у дороги по ул. Клара Цеткин.

2. Дорога Козьмодемьянский тракт 87 км у леса.

3. Левый берег реки Волги, Горномарийский район, Коротни паромная переправа.

4. Берег реки Малая Кокшага, в черте микрорайона Ширяйково.

5. Заправка Горномарийский район, ,,промзона” города Козьмодемьянск (объездная гор. Козьмодемьянск) ,,Татнефть”.

6. Заправка город Йошкар-Ола, объездная гор. Йошкар-Ола, 9 микрорайон ,,Лукойл”.

7. Торфо-навозный грунт.

8. Универсальный грунт ,,Terra-vita’’ с перлитом.

3) Проводился ежедневный подсчёт проросших семян кресс-салата на опытных и контрольных образцах почвы.

4) Согласно методике Т.А. Ашихминой, были определены уровни загрязнений почвы:

1 уровень – Загрязнение отсутствует – 100% – образцы почв у реки Волга, реки Малая Кокшага и универсальный грунт ,,Terra-vita’’ с перлитом.

2 уровень – Слабое загрязнение – 78-88% – образцы почв торфо-навозный грунт, у заправки Горномарийский район, пришкольный участок, у заправки гор. Йошкар-Ола, у дороги Козьмодемьянский тракт.

5) Изучены морфологические особенности проростков в опытных и контрольных образцах почвы. Всходы кресс-салата в контрольных образцах не отличались морфологическими особенностями от опытных образцов.

6) Выдвинутая гипотеза частично подтвердилась, т.к. слабое загрязнение имеют образцы почвы не только у заправки Горномарийский район, у заправки гор. Йошкар-Ола и у дороги Козьмодемьянский тракт но и образец почвы с пришкольного участка и контрольный образец торфо-навозного грунта.

VII.Библиография.

1) Анастасова Л.П. и др.

Человек и окружающая среда: Учеб. Для дифференцир. обучения: 9 кл./ Л.П. Анастасова, Д.П.Гольнева, Л.С.Короткова. – М.:Просвещение, 1997. – 320с.

2) Ашихмина Т.Я.; Школьный экологический мониторинг; изд. Агар, 1999г.; 385 (155-157).

3) Вронский В.А. Экология: Словарь – справочник. Изд. 2-е, Ростов н/Д: Феникс, 2002. – 576с.

4) Камерилова Г.С.

Экология города: урбоэкология: Учеб. для 10-11 кл. шк. естеств.-науч. профиля. – М.: Просвещение, 1997. – 192с.: ил, карт. –

5) Криксунов Е.А. и др.

Экология: 9 класс: Учеб. для общеобразоват. учеб. заведений/ Е.А. Криксунов, В.В. Пасечник, А.П. Сидоркин. – М.: Дрофа, 1995. – 240с.: ил.

6) Мамедов Н.М., Суравечина И.Т., Глазачов С.Н. Основы общей экологии. Федеративный учебник для старших классов общеобразовательной школы. –

М.: ,,МДС”, 1998. – 272с.: илл.

7) Миркин Б.М., Наумова Л.Г.

Популярный экологический словарь. /Под редакцией А.М. Гилярова. – М.: Устойчивый мир, 1999. – 304с.: илл.

8) https://darvin-market.ru/encyclopedia/ovoshchi/116167/

VIII.Приложение.

8.1. Всхожесть.

Исследование проводилось в течение 5 дней: с 23.10.2022 год по 27.10.2022 год

8.2. Прорастание кресс-салата на почве с пришкольного участка.

8.3. Прорастание кресс-салата на почве у дороги.

8.4. Прорастание кресс-салата на почве у реки Волги.

8.5. Прорастание кресс-салата на почве у реки Малая

Кокшага.

8.6. Прорастание кресс-салата на почве у заправки Горномарийский район.

8.7. Прорастание кресс-салата на почве у заправки город

Йошкар-Ола.

8.8. Прорастание кресс-салата на купленной почве

(Торфо-навозный грунт).

8.9. Прорастание кресс-салата на купленной почве

(Грунт универсальный с перлитом

,,Terra-vita’’).