XVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Организация мониторинга состояния почв малых городов (на примере г. Усолье-Сибирское)

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Томилова А.Е. 1

---

1Лицей №1

Браташ С.П. 1

---

1Лицей №1

Работа в формате PDF

0.9 MB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Актуальность

Мониторинг — это регулярное наблюдение за процессами, происходящими в окружающей среде. Мониторинг почв позволяет оценить степень техногенной нагрузки на почву, прогнозировать дальнейшее ее влияние и разрабатывать мероприятия по смягчению этого воздействия.

Почва - поверхностный плодородный и трудно возобновляемый ресурс Земли. Она влияет на многое в нашей жизни, её состояние оказывает влияние на воду, которую мы пьём, на пищу, которую мы едим, на воздух, которым мы дышим, значит, состояние почвы влияет на всё живое на Земле.

Актуальность изучения почв состоит в том, что сейчас идёт снижение их плодородия и увеличение загрязнения, из-за неразумной деятельности человека. В результате ряда исследований, выяснилось, что промышленное и сельскохозяйственное развитие влечёт за собой загрязнение почв, поэтому эта проблема остаётся актуальной.

Одним из главных вопросов в Иркутской области является устранение источников загрязнения на промышленной площадке ООО «Усольехимпром» в г. Усолье-Сибирском. Одним из бесхозных объектов находящихся на промышленной площадке ООО «Усольехимпром» является цех ртутного электролиза. Решение проблем загрязнения почв в городе Усолье-Сибирское очень важно для самих жителей т.к. состояние почвы зависит уровень жизни и здоровья жителей города.

Объект исследования: Процесс мониторинга как процесс наблюдения за состоянием почвы

Предмет исследования: Почва города Усолье-Сибирского, её состав

Цель: изучить состояние почвы в городе Усолье-Сибирское, выявить в каком районе необходим регулярный мониторинг почв.

Гипотеза:почва со шламонакопителя будет содержать большее количество загрязняющих веществ, чем почва из жилой зоны.

Задачи:

Изучить основные виды загрязнения почв

Произвести отбор почв на разных территориях г. Усолье-Сибирское

Проанализировать состав отобранных образцов почв

Сравнить состав образцов почв

Оценить текущее состояние почв в г. Усолье-Сибирском

Выводы

Организация мониторинга состояния почв малых городов

(на примере г.Усолье -Сибирское)

Томилова Анастасия

Иркутская область,

город Усолье – Сибирское

учащаяся МБОУ «Лицей № 1»,

8 класс

2. Теоретическая часть

Что такое мониторинг

Мониторинг это регулярное наблюдение за процессами, происходящими в окружающей среде. Мониторинг состояния почв предназначен для регулярных наблюдений за химическим загрязнением почв, их состоянием; обеспечивает сбор, передачу и обработку полученной информации в целях своевременного выявления негативных процессов, прогнозирования их развития, предотвращения вредных последствий и определения степени эффективности осуществляемых природоохранных мероприятий. Мониторинг почв позволяет оценить степень техногенной нагрузки на почву, прогнозировать дальнейшее ее влияние и разрабатывать мероприятия по смягчению этого воздействия. Контроль загрязнения токсичными веществами верхнего горизонта почв осуществлялся в районе городов Иркутск и Шелехов и на прилегающей к ним территории.

В почвенных образцах определялось содержание кислоторастворимых форм соединений восьми наименований тяжелых металлов (железо, свинец, марганец, никель, кадмий, медь, цинк, кобальт) и ртути, сульфатов и водорастворимых фторидов, показатель кислотности рН.

В качестве критериев оценки уровня загрязнения использовались нормативы ПДК [1]ОДК токсикантов [2], кларки элементов (К) (кларк-среднее содержание элемента в почвах мира), территориальные фоновые значения загрязняющих веществ (Ф), определённые в наиболее удалённых от источников загрязнения с учетом преобладающих типов почв и рельефа местности.

Почва и ее состав

Почва - сложное соединение органических и неорганических веществ, верхний слой земной коры.

Состав почвы

Слагается из двух частей - минеральной и органической. Неорганический субстрат составляют глинистые, пылевые и песчаные компоненты, образованные в результате эрозии горных пород. Органическая часть представлена животными и растительными остатками и гумусом.

Гумус представляет собой органический материал, разложившийся до последней степени и остающийся в стабильном состоянии многие годы. Он является источником питательных веществ, необходимых для жизнедеятельности растений.

В зависимости от концентрации почвенных элементов меняются физические свойства почвы:

плотность – отношение твёрдого вещества к эквивалентному объёму воды;

объёмная масса – масса кубического сантиметра почвенного вещества, без учёта воды;

пористость – содержание пустот в почве относительно её объёма в целом.

В прямом соответствии этим факторам колеблется насыщенность почвы влагой, воздухом и живыми организмами.

Вода в поверхностном слое земли образует почвенный раствор, являющийся питательной средой для растений. Пустоты, заполненные воздухом, обеспечивают дыхательные процессы жителей плодородного слоя.

Особую часть почвенной системы составляют её непосредственные обитатели – насекомые, черви, микробы. Они играют ключевую роль в сохранении и наращивании своей жизненной среды.

Химический состав почвы

Химический состав почвы это элементный состав минеральной части почвы, а также содержание в ней азота, углекислого газа, гумуса и химически связанной воды. В состав почвы входят большинство известных химических элементов. При изучении полного валового состава почвы в ней определяют: Si, Al, Fe, Ca, Mg, К, Na, S, P, Ti и Mn.

Самыми распространенными в почве являются следующие элементы: кислород (49 %), кремний (33 %), алюминий (7,13%), железо (3,80 %), углерод (2,0 %), кальций (1,37 %), калий (1,36 %), натрий (0,63 %), магний (0,63%), азот (0,10%).

Кроме того, в почве содержится большая группа химических элементов, содержание которых невысоко (10-2–10-5 %), но они играют большую биологическую роль, это – цинк, медь, марганец, бор, кобальт, фтор и др.

О направление процессов почвообразования можно судить по валовому химическому содержанию, Так, например, накопление кремнезема в верхних горизонтах, а железа и алюминия в средней части профиля свидетельствует о разрушении алюмосиликатов и выносе из верхних горизонтов подвижных продуктов разрушения.

Формы нахождения химических элементов в почве могут быть иными – в составе минералов, органического вещества, в форме гидроксидов, оксидов и солей, в составе почвенных коллоидов и др., а значит, доступность их растениям разная. Исходя из этого очень важно определить не валовое содержание элемента в почве, а его доступные растениям количества. С этой целью используют различные растворители (растворы солеслабых кислот, щелочей), в вытяжках которых и определяют содержание элементов питания растений. Поэтому, химический состав почвы можно рассматривать как показатель экологического состояния почвы. Часто это состояние оказывается неудовлетворительным с точки зрения минерального питания растений, земледелец оптимизирует эту экологическую функцию почвы с помощью внесения удобрений.

Основные виды загрязнения почв

Под загрязнением почв понимают увеличение концентраций содержащихся в почве веществ выше предельно допустимого уровня, а также появление в почвах любых веществ, признанных вредными.

Основные загрязнители почв это:

1) Мусором, выбросами, отвалами, отстойными породами. В эту категорию помещаются всевозможные загрязнения смешанного характера, включающие как твёрдые, так и жидкие вещества, не слишком вредные для организма человека, но засоряющие поверхность почвы, и затрудняющие рост растений.

2) Тяжёлыми металлами. Данный вид загрязнений уже представляет значительную опасность для человека и других живых организмов, так как тяжёлые металлы часто обладают высокой токсичностью и способностью к кумуляции в организме. Наиболее распространённое автомобильное топливо - бензин - содержит очень ядовитое соединение - тетраэтилсвинец, содержащее тяжёлый металл свинец, который попадает в почву. Из других тяжёлых металлов, загрязняющих почву, можно назвать Cd(кадмий), Cu (медь), Cr (хром), Ni (никель), Co (кобальт), Hg (ртуть), As (мышьяк), Mn (марганец).

3) Пестицидами. Эти химические вещества в настоящее время широко используются в качестве средств борьбы с вредителями культурных растений и поэтому могут быть в почве в больших количествах. По своей опасности для животных и человека они приближаются к прошлой группе. Именно по этой причине был запрещён для использования препарат ДДТ (дихлор-дифенил-трихлорметилметан), который является не только высокотоксичным соединением, но, также, он обладает значительной химической стойкостью, не разлагаясь в течение десятков лет. Следы ДДТ были обнаружены исследователями даже в Антарктиде! Пестициды губительно действуют на почвенную микрофлору: бактерии, актиномицеты, грибы, водоросли.

4) Микотоксинами. Данные загрязнения не являются антропогенными, из-за того что они выделяются некоторыми грибами, но, по своей вредности для организма они стоят в одном ряду с перечисленными загрязнениями почвы.

5) Радиоактивными веществами. Радиоактивные соединения стоят несколько обособленно по своей опасности, прежде всего потому, что по своим химическим свойствам они практически не отличаются от аналогичных не радиоактивных элементов и легко проникают во все живые организмы, встраиваясь в пищевые цепочки. Из радиоактивных изотопов в качестве примера можно отметить один наиболее опасный - ⁹⁰Sr (стронций-90). Данный радиоактивный изотоп имеет высокий выход при ядерном делении (2-8%), большой период полураспада (28,4 года), химическое сродство с кальцием, а, значит, способность откладываться в костных тканях животных и человека, относительно высокую подвижность в почве. Совокупность вышеназванных качеств делают его весьма опасным радионуклидом. ¹³⁷Cs (цезий-137), ¹⁴⁴Ce (церий-144) и ³⁶Cl (хлор-36) тоже являются опасными радиоактивными изотопами.

Влияние загрязненных почв на живые организмы

Через загрязненную почву человек может подхватить инфекционные заболевания – холеру, чуму, дизентерию, сибирскую язву, столбняк, ботулизм, гангрену: они распространяются только через грунт.

Большинство растений не могут расти на загрязненной почве. Полезные микроорганизмы, обитающие в почве, также гибнут, это приводит к значительному снижению урожайности. Неспособность растений расти, в свою очередь, влияет на животных и людей, зависящих от них для пищевых и других нужд. Таким образом, в результате загрязнения почвы страдает вся пищевая цепочка.

История ООО «Усольехимпром»

«Усольехимпром» начал работу в городе Усолье-Сибирское в 1936 году. За полвека вырос в крупнейший за Уралом завод по производству хлора, каустической соды, перекиси водорода, кислорода, азота, лаков и эмалей, бытовой химии, обеспечивая работой в лучшие годы более 10 тысяч человек. 

После развала СССР, в 1993 году предприятие стало акционерным обществом, а в 1998 году на заводе остановил работу цех ртутного электролиза, в технологическом цикле которого находилось около 200 тонн ртути. О начале демеркуризации (ликвидации ртутных отходов) тогда не задумались.

В 2003 году предприятие было признано банкротом и сменило собственника. «Усольехимпром» выкупили новые владельцы, но сократили линейку производства и часть сотрудников. В 2012 году прошла очередная волна кадровых сокращений, а 2017-м завод окончательно разорился. 

После остановки крупнейшего за Уралом химического производства владельцы бросили на произвол судьбы территорию, заполненную токсичными отходами. Ядовитый «труп» химпрома стал излюбленным местом посещения охотников за металлом и головной болью для сотрудников подразделения «Гражданской обороны и чрезвычайных ситуаций» (ГО и ЧС). На данный момент цех ртутного электролиза уже демонтирован. Но что же делать с землёй, пропитанной ртутью?

Практическая часть

Отбор почвы

Объектами исследования являются образец №1 – почва в районе шламонакопителя (около 500 метров от Химпрома); образец №2 - почва в районе бывшего здания учебного корпуса территория Химпрома, образец №3 - почва из района жилой зоны - ул. Крупской; образец №4 – почва из района зелёного городка – ул. Ярославская; Образец №5 – почва из привокзального района, образец №6 – шлам со шламонакопителя.

Водная вытяжка

По методике подготовили водную вытяжку всех образцов почвы[3]

Пробы почвы массой 30 г, взвешенные с погрешностью не более 0,1 г, помещают в емкости в конические колбы. К пробам приливают цилиндром по 150 см³ дистиллированной воды. Почву с водой перемешивают в течение 3 мин и оставляют на 5 мин на отстаивание

Затем вытяжку отфильтровывают через фильтр «синяя лента».

Фото№1 Подготовка водной вытяжки образцов почвы

Фото№2

Фото№3 процесс фильтрации

Определение перманганатной окисляемости в кислой среде

Перманганатная окисляемость является обобщенной характеристикой содержания органических компонентов в воде и водных вытяжках.

В коническую колбу добавили 100мл исследуемой воды, прилили 5мл H₂SO₄ и нагрели. В начале кипения добавили 20мл раствора перманганата калия и после этого кипятили 10минут. После окончания времени колбу остужали и добавляли 0,5г иодистого калия и титровали раствором тиосульфата натрия, пока жидкость не приобретала слабо-жёлтый цвет. Затем добавляли 1мл раствора крахмала и титровали до исчезновения синей окраски. Затем произвели расчёт по формуле [4]

C=8*M(V1-V2)/V

Где С это перманганатная окисляемость

M – концентрация тиосульфата натрия 0,1М

V1- объём рабочего тиосульфата натрия, затраченного на титрование

V2 -объём рабочего тиосульфата натрия, затраченного на титрованиехолостой пробы

V- объём анализированной пробы

Рассчитали и составили таблицу

Таблица №3 Результаты определения пеманганатной окисляемости

Как видно из результатов, представленных в таблице, показатель перманганатной окисляемости не сильно изменяется в разных пробах, что говорит о достаточно однородном содержании органических компонентов в почвах в местах отбора проб.

Фото№4 приготовление к титрованию пробы

Определение ионов металлов водной вытяжки из почвы

Фото№5 прибор на котором проводилось определение ионов металлов – эмиссионный спектрометр

Таблица №2 Результаты определения ионов металлов водной вытяжки из почвы

Вывод: больше всего в почве содержится цинка, мышьяка и марганца. В кислых почвах соединения тяжёлых металлов более подвижны и доступны для растений. Поэтому следует регулярно раскислять почву, переводя тяжёлые металлы в недоступную для растений форму. Кроме того, нейтральная реакция почвы более благоприятна для растений.

Таблица№3 Санитарные нормы допустимых концентраций химических веществ в почве, мг/кг:

Сравнив определенные значения содержания тяжелых металлов в почвах с их предельно-допустимыми значениями, можно сделать вывод о том, что содержание тяжелых металлов в исследованных образцах водных вытяжек не превышает предельно-допустимых значений в почвах.

Заключение

По результатам определения тяжелых металлов в образцах почв, наибольшее их содержание отмечено в образцах Шлам со шламонакопителя и Почва с района шламонакопителя, следовательно моя гипотеза подтверждена.

Высокое содержание тяжелых металлов в образцах почв из других районов города Усолье-Сибирское свидетельствует о значительном влиянии промышленных предприятий и автомобильных дорог на экологию города.

Определение перманганатной окисляемости в водных вытяжках из почв с различных территорий города Усолье-Сибирское показало достаточно схожие значения этого показателя, что может косвенно характеризовать однородность состава почв в городе.

По результатам проведенной работы хотелось бы предложить организовать постоянный мониторинг почв в таких районах города Усолье-Сибирское, как район шламонакопителя и в привокзальном районе. Так как именно эти точки города подвержены максимальному воздействию антропогенных и техногенных источников загрязнения.

Список используемой литературы

ГН 2.1.7.2041−06 Гигиенические нормативы. Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в почве.- М.: Федеральный центр гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора, 2006.],

ГН 2.1.7.2042−06 Гигиенические нормативы.Предельно допустимые концентрации (ОДК) химических веществ в почве

ГОСТ 26423-85 Почвы. Методы определения удельной электрической проводимости, рН и плотного остатка водной вытяжки

ГОСТ Р 55684-2013 (ИСО 8467:1993) Вода питьевая. Метод определения перманганатной окисляемости

Кабата-Пендиас, А., Пендиас, Х. Микроэлементы в почвах и растениях. – Москва: Мир, 1989. 439 с.

Naprasnikova E. The Ecological State of the Soils of the Industrial City of Usolye-Sibirskoye. Ecology and Industry of Russia. 2021;25(6):68-71. (In Russ.)

 Н.В. Русаков, И.А. Крятов, Н.И. Тонкопий, Ж.Ж. Гумарова, Н.В. Пиртахия (ГУ НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды им. А.Н. Сысина РАМН)

Самофалова, И.А. Химический состав почв и почвообразующих пород [Текст]: учебное пособие. И.А. Самофалова, М-во с.-х. РФ, ФГОУ ВПО «Пермская ГСХА». – Пермь: Изд-во ФГОУ ВПО «Пермская ГСХА», 2009. – 132 с. – 250 экз. – ISBN

Агрохимия. Учебник/В.Г. Минеев, В.Г. Сычев, Г.П. Гамзиков и др.; под ред. В.Г. Минеева. — М.: Изд-во ВНИИА им. Д.Н. Прянишникова, 2017. — 854 с.

URLhttps://ecoplanet777.com/zagryaznenie-pochvy/

URLhttps://www.kp.ru/putevoditel/spetsproekty/usolekhimprom/