XVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Природопользователи г. Усолье-Сибирское. Экологическая составляющая их деятельности и влияние на состав почвы

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Шилова С.С. 1

---

1МБОУ "Лицей №1"

Браташ С.П. 1

---

1МБОУ "Лицей №1"

Работа в формате PDF

1.9 MB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Природопользователь – юридическое или физическое лицо, осуществляющее на территории государства независимо от формы собственности хозяйственную и иные виды деятельности с использованием природных ресурсов и оказывающее воздействие на окружающую среду [2]. Представителей природопользователей существует в наше время много, к примеру сельскохозяйственные предприятия. Они реализуют большое количество жизнеобеспечивающих задач любой страны.

Загрязнение окружающей среды существует в городе Усолье-Сибирское и его районах из-за нескольких сельхоз предприятий: СХАО «Белореченское» и АО «Железнодорожник», находящиеся в нескольких километрах от города. Распространено в районе и частное земледелие на территории «Зеленого городка».

Решение проблемы загрязнения окружающей среды в районе города и окрестностях очень важно для жителей, т.к. от химического состава атмосферы, почвы, воды зависит уровень жизни и здоровья горожан, а также состояние дикой природы.

Объект исследования: влияние деятельности природопользователей г. Усолье-Сибирское и Усольского района на агрохимическое состояние почвы

Предмет исследования: почва с полей г. Усолье-Сибирского и Усольского района.

Цель: изучение влияния природопользователей на химический состав почвы.

Гипотеза исследования: самая экологически чистая почва находится на частном секторе «Зелёный городок».

Задачи: изучить литературу по проблеме; провести отбор образцов почвы; определить содержание катионов тяжелых металлов; установить, где находится более экологичная почва; рассмотреть причины переизбытка вредных веществ в почве; сделать выводы.

1. Теоретическая часть

1.1 Представители природопользователей и их влияние

Представителями природопользователей города Усолья-Сибирского являются Руссоль, Иркутскэнерго- Иркутская энергоугольная компания, АО «Усолье-Сибирский химико-фармацевтический завод, а также сельскохозяйственные предприятия: СХАО «Белореченское», АО «Железнодорожник» и частный сектор «Зелёный городок». Применение химических удобрений оказывает негативное влияние на воду. Это связано с тем, что химикаты просачиваются через почву и попадают в грунтовые воды. Распыленные пестициды имеют свойство испаряться и разноситься на большие расстояния от места их применения, поэтому загрязняют воздух и растения, не находящиеся в зоне распыления удобрений.

В хозяйствах района широко используются минеральные удобрения и пестициды, например, удалось узнать, что один из крупных поставщиков сельскохозяйственной продукции АО «Железнодорожник» применяет хлористый калий (KCl) с осени на поля в норме 200 кг/га. Хлор – антагонист растениям, и поэтому за осенне-весенний период хлор вымывается в нижние горизонты почвы.

При посадке картофеля в картофелесажалки добавляют комплексное удобрение диамофоску (300 кг/га), которое содержит азот (N), фосфор (P) и калий (K). Также весной перед перед культивацией разбрасывают аммиачную селитру (200 кг/га). Летом вместе с гербицидами (баковые смеси) проводится внекорневая подкормка «Ультрамагом».

Весной применяют пестициды: «Кагатник», «Лазурит», «МИУРА».

Против болезней картофеля фитофтороз и альтернариоз проводят обработку фунгицидами: «Ордан» и «Метаксил». И последнее, за 7-10 дней до уборки картофеля проводят контактным препаратом «Суховей» (Реглон) десикацию.

1.2 Почва и ее состав

Почва – сложная полифункциональная и поликомпонентная система в поверхностном слое земной коры.[3] Состав почвы – отношение почвенных компонентов, которое выражается в процентах, объёме или массе. Основную долю состава почвы, за исключением торфяных, формируют минералы или минеральные частицы и органические вещества – совокупность биоценоза и их продуктов жизнедеятельности.[2] Состав почвы определяется по основным физическим фазам:

Твердая

Жидкая

Газообразная

Живая

Твердая фаза считается основой почвы, образующаяся из горной породы, забирая себе её свойства и состав. Гумус – это всё содержание твердой фазы.

Жидкая фаза – вода в почве, почвенный раствор. Считается «кровью» почвенного тела из-за вертикального и горизонтального передвижения воды и вместе с ней в виде суспензий и растворов различный минеральных и органических веществ.

Газообразная фаза – воздух, находящийся в порах почвы. В почвенном воздухе намного меньше кислорода и больше углекислот.

Живая фаза состоит из живых организмов, населяющих почву и участвующих в почвообразовании.

Все фазы почвы сосуществуют в единстве и выполняют работу как единое тело.[3]

1.3 Агрохимические показатели, способы агрохимического исследования почв

Агрохимические показатели плодородия почв – совокупность свойств, описывающие способность почвы снабжать растения питательными веществами и обеспечивать оптимальный режим питания. [9]

К таким показателям относятся:

Способность почвы сохранять и поглощать различные вещества

pH почвы – показатель щелочности или кислотности почвы, измеряющиеся в единицах pH.

Совокупность всех органических веществ в почве.

Гранулометрический состав – механическая структура почвы, обозначающая примерное содержание разных элементов и веществ в зависимости от их состава

Макроэлементы и микроэлементы

Агрохимические показатели можно определить с помощью некоторых способов агрохимических исследований почв:

Контактный (наземный) – может происходить как в лабораторных условиях, так и в полевых (на месте сбора образцов).

Метод нахождения количества легкогидролизуемого азота по М. М. Кононовой и И. В. Тюрину

Метод для определения в почве усвояемых и растворимых фосфатов А. В. Соколова с применением радиоактивной метки (32Р).

Минеральное питание растений можно диагностировать по отдельным частям растения – листьям и жилкам, черешкам, иногда по пасоке.

С использованием водной вытяжки, который основан на получении растворимых солей из проб почвы при отношении вода : почва 5:1 с дальнейшим установлением количества в исследуемой вытяжке электрически заряженных частиц.

1.4 Биогенные элементы в почвах

Биогенные элементы - химические элементы, входящие в состав на постоянной основе во все живые организмы, в том числе и в почву, и выполняющие определенные функции, например, функцию поддержания жизнедеятельности растений и их клеток.[1]

Биогенные элементы делятся на две группы:

Макробиогенные элементы или макроэлементы – элементы и их соединения, содержащиеся в биоте в большом количестве, примерно не превышающее 1% до нескольких десятков процентов.

К ним относятся кислород ( ), углерод (C), водород ( ), азот ( ) – растения могут усваивать только азот в форме азотнокислых и аммиачных солей или в малой степени амиды, предварительно растворившиеся в воде, кальций (K), калий (Ca), кремний (Si), магний (Mg), фосфор (P), сера (S), натрий (Na), хлор ( ), железо (Fe). Играют важную роль в проницаемости питательных веществ через клеточную мембрану. При недостатке фосфора, калия, азота изменяются старые листья, располагающиеся на нижних ярусах. При нехватке серы, кальция и железа страдают совсем молодые листочки и непосредственно точка роста растения.

Микробиогенные элементы или микроэлементы – элементы и их соединения, содержащиеся в биоте в малом количестве, около 1‰.

Эта группа содержит в себе бор (B), марганец (Mn), молибден (Mo), медь (Cu), цинк (Zn), кобальт (Co), йод ( ), фтор ( ). Источники поступления элементов являются: материнские горные породы, использование пестицидов, почвенно-грунтовые воды, разложившиеся растения.[5]. При нехватке железа вызывает изменение корней, что делает их не пригодными для всасывания питательных веществ. Дефицит марганца несёт за собой образование хлоротичных пятен на пластинке листа. Пораженные листочки при развитии заболевания изменяют цвет на бурый. Недостаток молибдена сопровождается стремительным падением аскорбиновой кислоты и нарушением в фосфорном обмене. На листьях растения появляются пятна светлого цвета, ведущие к последующему отмиранию.[7]

1.5 Основные виды загрязнения и загрязнителей почвы

Загрязнение почвы, исходя из образования нежелательных веществ, можно разделить на четыре вида:

Биологическое

Химическое

Радиационное

Механическое

Источники загрязнения [6]:

Жилые дома и коммунально-бытовые предприятия

Промышленные предприятия

Транспорт

Захоронение радиоактивных отходов

Сельское хозяйство

1.6 Загрязнение почвы, воды и воздуха в г. Усолье-Сибирское и его районе

В докладе о состоянии окружающей среды Иркутской области приведены отчеты о состоянии атмосферного воздуха, воды и почвы [4].

Атмосферный воздух

Уровень загрязнения атмосферного воздуха в Усолье-Сибирском достигает черты "очень высокий" Он обусловлен содержанием бенз(а)пирена, диоксида азота, формальдегида, взвешенных частиц, диоксида серы. Их источниками являются транспорт, предприятия химической, строительной и тепловой промышленности. Концентрации тяжелых металлов (хром, марганец, цинк, свинец медь, железо) не превышали санитарные нормы.

Вода

Пробы были взяты в черте и в 2 км ниже г. Усолье-Сибирское. На участке реки Ангара г. Усолье-Сибирское не превышали нормативов. Превышены значения БПК5 (биологическое потребление кислорода) и фенолов, а также с превышением ПДК зафиксированы хлорорганические пестициды альфа – ГХЦГ (гексахлоран). Относятся к условно чистой воде.

Река Белая

Гидрохимические наблюдения проводили в трех створах: в 1,5 км выше и в 12 км ниже п. Мишелёвка; в 4,5 км к СВ от с. Сосновка. Вода реки загрязнена органическими веществам по ХПК (химическое потребление кислорода) и БПК5, сульфатами, фенолами, нефтепродуктами. По комплексу гидрохимических показателей вода в створах наблюдений расположенных в 1,5 выше и 12 км ниже п. Мишелёвка является слабо загрязненной.

Почва

Распределение земель в Иркутской области

Диаграмма распределения земель в Иркутской области. Рисунок 1

На территории располагаются серые лесные почвы (47,2%) и дерново-карбонатные (36,4%). Серые лесные почвы занимают 760,3 тыс. га. Примерное содержание в них гумуса составляет от 3 до 3,5%. Реакция почвенного раствора, как правило, кислая и слабокислая. Дерново-карбонатные занимают 587,0 тыс. га, содержат большое количество карбонатов и слабощелочную среду. Делятся на три группы по наличию в них гумуса: малогумусные – до 4%; средне гумусные – до 4-6% и высокогумусные – 6-8% в соответствии с государственным докладом о состоянии окружающей среды Иркутской области почва Усольского района относится к средне гумусной группе.

Содержание показателей плодородия почв Усольского района.

Таблица 1.

Применение минеральных удобрений в сельском хозяйстве обусловлено естественным извлечением из почвы биогенных элементов – соединений азота, фосфора, калия и др.

Особенно остро стоит проблема восполнения потерь азота. Избыточный азот накапливается в основном в форме нитратов. В этой форме он не сорбируется почвой, легко вымывается из почвы. Хлорорганические пестициды наиболее устойчивы к разложению в почвенных условиях. Большая часть пестицидов остается на поверхности почвы и адсорбируется органическим веществом и минеральными коллоидами почвы. Гумус адсорбирует до 80% пестицидов. Почва полностью очищается от пестицидов только тогда, когда они разлагаются на нетоксичные компоненты.

Специалисты обследовали пахотные горизонты почв Усольского района весной и осенью. Остаточное количество метофоса незначительно превысило нулевой уровень в Усольском районе. Выявлено лишь незначительное превышение ПДК гербицида 2,4-Д кислоты (остаточное количество) ДДЭ; гамма, альфа-ГХЦГ (гексахлорциклогексан). Мониторинг показал наличие суммарного ОХ ДДТ (дихлордифенилтрихлорметилметана) в 10% проб почвы.

2. Практическая часть

2.1 Водная вытяжка

Пробы почвы массой 30 г, взвешенные с погрешностью не более 0,1 г, помещают в конические колбы. К пробам приливают цилиндром по 150 мл дистиллированной воды. Почву с водой перемешивают в течение 3 мин и оставляют на 5 мин для отстаивания (в условиях лаборатории лицея оставляли на два часа т.к. отсутствует магнитная мешалка). Затем вытяжку отфильтровывают через фильтры «синяя лента» и выполняют определения [8].

2.2 Определение показателя общая жесткость воды

Реактивы:

Трилон Б (фиксанал 0,1н);

Аммиачный буферный раствор;

Кислотный хром тёмно-синий

Оборудование: бюретка, химический стакан для слива, цилиндр (100мл), цилиндр (10 мл), штатив, коническая колба (100 мл), фильтр, коническая колба (250 мл), воронка, капельница с индикатором.

Анализируемую пробу воды 100 мл помещают в коническую колбу, добавляют 5 мл аммиачной буферной смеси, несколько капель индикатора и титруют розовую или фиолетово-розовую окрашенную жидкость раствором трилона Б. Титрование проводят медленно, капля за каплей, так как образование трилонатных комплексов происходит не мгновенно. Жидкость перемешивают и титруют раствором трилона до перехода окраски из фиолетово-красного в голубую. Конец титрования более заметен, если рядом поставить заведомо перетитрованную пробу.

Далее жёсткость находят по формуле:

Жесткость = VтрБ × N × 1000/100 ( )

VтрБ - объём трилона Б использованный на титрование.

N – 0,1 трилона Б (концентрация).

По значению жёсткости природную воду различают как:

Очень мягкую – с жесткостью до 1,5;

Мягкую – от 1,5 до 4;

Средней жесткости – от 4 до 8;

Жесткую – от 8 до 12

Очень жесткую – свыше 12 ммоль/л.

Пробы были взяты:

Образец №1 –талый снег с территории около Химпрома, образец №2 –талый снег около шоссе P-255, образец №3 –талый снег с лыжной базы «Снежинка», образец №4 – водная вытяжка почвы с территории частного сектора «Зеленый городок» (приложение 1, 2).

Жесткость воды исследуемых образцов. Таблица 2.

Сравнивая результаты титрования четырех образцов и виды жесткости воды видно:

Образцы с территории около Химпрома и лыжной базы являются очень мягкими.

Вода мягкой жесткости только у образца около шоссе P-255.

Водная вытяжка почвы с частного сектора очень жесткая.

Цвет жидкостей 1, 2 и 3 образцов до и после титрования соответствовал заявленному (до титрования с индикатором – розовый, после добавления трилона Б – голубой), кроме 4. Индикатор поменял цвет до процесса титрования с розового на желтый, далее с желтого на серо-зеленый (приложение 3). Причина такой реакции индикатора на жидкость возможна в большом количестве органических веществ и содержания кальция.

2.3 Атомно-адсорбционный метод определения тяжелых металлов в исследуемых образцах снежного покрова с трех точек.

1 точка - снег с территории около Химпрома

2 точка – снег около шоссе P-255

3 точка – снег с лыжной базы «Снежинка» (приложение 4, 5, 6)

Содержание катионов тяжелых металлов в снежном покрове. Таблица 3.

Вывод: по результатам анализов всех трех заборов снега можно увидеть, что:

Ни одна из проб не превысила ПДК.

Cu, Zn, Cd, Ni, Co, Pb, больше около трассы P-255, из-за плотного трафика автомобилей и большого количества выхлопных газов.

В образце с лыжной базы «Снежинка» концентрация Mn выше, чем у остальных проб. Марганец поступает в атмосферу от выбросов заводов машиностроения. Является составляющей промышленной пыли и переносится по ветру. Работающее и по сей день предприятие «Усольмаш» может быть загрязнителем окружающей среды марганцем.

Самый загрязненный снежный покров находится около трассы P-255.

2.4 Определение катионов металлов.

Эксперимент проводился в двух лабораториях.

С полей Железнодорожника и Белореченска на приборе Спектрофотометре атомно-абсорбционном АА-7000F в Федеральном Государственном Учреждении «Иркутская межобластная ветеринарная лаборатория».

Проба с поля частного сектора осуществлялся на эмиссионном спектрометре ICP Spectrometer 6000 Series в лаборатории ИРНИТУ.

1 точка – поле АО «Железнодорожник»

2 точка – поле СХАО «Белореченское»

3 точка – частный сектор «Зелёный городок»

Содержание катионов металлов в образцах почвы. Таблица 4.

Вывод: полученные данные содержание катионов металлов в образцах почвы указывают на то, что:

К значению ПДК меди близок результат почвы с поля «Белореченское». Возможно, такое количество катионов Cu обосновывается тем, что в этом году использовали большое количество удобрений с содержанием этого элемента.

Zn больше всего в образце с поля АО «Железнодорожник», это возможно из-за частого использования внекорневой подкормки «Ультрамаг», который содержит ряд микроэлементов, в списке которого числится цинк.

Cd находится на одну десятую больше в пробе частного сектора.

Ni в почве «Железнодорожника» немного больше, чем у остальных испытуемых. Источники накопления Ni являются предприятия химической промышленности и ТЭЦ. Загрязнение никелем наблюдается на расстоянии от 80 до 100 км от источника выброса. Поля Железнодорожника находятся в 17-17,5 км (приложение 7, 8) от химического завода «Усольехимпром» и Иркутской «ТЭЦ №1»

Концентрация Co выше в образце почвы «Белореченское». Поля находятся рядом с самим поселком Белореченское и проезжими частями населенного пункта. Возможно, из-за транспорта в почву попадает Co.

Pb больше в результате анализа почвы «Белореченское», расположение автомагистрали.

Результат анализа почвы «Белореченское» показывает, что Mn в почве больше, чем в почве «Железнодорожник» (≈в 2 раза) и частного сектора (≈ в 4 раза).

Самая экологически чистая земля по итогам исследования находится на частном секторе «Зелёный городок», следовательно, моя гипотеза оправдалась.

2.5 Выращивание овощной культуры – редиса на исследуемых образцах почвы

Объект исследования – редис. Так как на полях Усольского района один из самых популярных культурных растений — это картофель, но его невозможно вырастить в домашних условиях, а редис является быстрорастущим корнеплодом и удобным для произрастания на подоконнике.

Для проведения опыта понадобились три пластиковых стакана объёмом 500 мл; образцы почвы с трех мест: поле АО «Железнодорожник» (№1), поле СХАО «Белореченское» (№2) и частный сектор «Зелёный городок» (№3); Семена фирмы «Партнер» Редис раннеспелый «Мечта Алисы F1».

Эксперимент проводился строго по инструкции:

В каждый пронумерованный стакан насыпать примерно 400 гр почвы с дренажем (приложение 9). Пикировальной палочкой сделать лунки. Глубина каждой выемки не должна быть более 2 см. В каждое углубление кладется по одному семечку. Посадки засыпают тонким слоем земли или песка. (приложение 10). Верхний слой грунта нужно увлажнить из пульверизатора. Готовые стаканы накрываются пленкой. Полученные «теплички» убирают в теплое освещенное место, пока не появятся всходы. После этого пленку убирают (приложение 11).

Наблюдение велось в течении двух месяцев. Результаты: через 2 дня (11 февраля) появился только один маленький росток на образце 2, сняла плёнку, после взошел образец 3 через 4 дня (15 февраля), 1 был самым последним, но побегов было два, в отличии от двух других экземпляров (16 февраля) (приложение 12). 19 февраля ростки были примерно 1 см. 20 февраля ростки достигли размера 1,5 см. 24 февраля ствол ближе к корню начал краснеть у всех образцов (приложение 13). 29 февраля у побегов появился второй ряд листочков. Далее до 31 марта без изменений не было, кроме произрастания новых ярусов листьев. 4 апреля начали образовываться корнеплоды (приложение 14). Конец эксперимента 11 апреля (приложение 15). Самый крупный редис вырос на почве с поля АО «Железнодорожник» (№1) и поля СХАО «Белореченское» (№2). На земле с частного сектора «Зелёный городок» (№3) корнеплод только начал формироваться. Такое расхождение в размере плодов возможно из-за использования большого количества пестицидов, ядохимикатов на территории полей АО «Железнодорожник» (№1) и СХАО «Белореченское» (№2) и для полного созревания образца на почве с частного сектора нужно больше времени, т.к. удобрялась земля только природными компонентами.

Выводы

По итогам проведенного исследования можно сделать следующие выводы:

Изучена литература о состоянии окружающей среды в Иркутской области.

Проведен анализ проб почв с разных точек на определение катионов тяжелых металлов. Показатели не превышают ПДК.

Проведен анализ на определения общего показателя жесткости воды с четырех точек. Очень жесткая вода была у образца с водяной вытяжки частного сектора «Зеленый городок».

Проведен эксперимент выращивание овощной культуры – редиса на исследуемых образцах почвы. Хорошо редис себя показал на почвах АО «Железнодорожник» и СХАО «Белореченское». На частном секторе «Зеленый городок» корнеплод только начал формироваться.

Подтверждение гипотезы о самой экологичной земле на территории частного сектора «Зеленый городок».

Заключение

По результатам анализа почв сельских хозяйств Усольского района удалось установить, что по содержанию тяжелых металлов ПДК превышено лишь по отдельным компонентам и в отдельных точках отбора проб, так, например, концентрация меди на полях СХАО «Белореченское» близка к ПДК, а цинка больше всего в почве АО «Железнодорожник», что связано с использованием удобрений.

Повышенное содержание никеля в почвах отмечено на полях АО «Железнодорожник», что связано с расположением этого хозяйства на расстоянии 17-17,5 км от бывшего химического завода «Усольехимпром» и Иркутской «ТЭЦ №1».

Концентрация кобальта выше в образце почвы «Белореченское». Поля находятся рядом с самим поселком и проезжими частями населенного пункта. Скорее всего, повышенное содержание кобальта связано с автотранспортом.

По результатам исследований можно сделать вывод, что почва с минимальным содержание тяжелых металлов находится в районе частного сектора «Зелёный городок», следовательно, моя гипотеза оправдалась.

Литературный обзор

«Биогенные элементы. Комплексные соединения»: учебно-методическое пособие. Краснодар, КГМУ, 2009. – 194 с.

URL https://gruntovozov.ru/chasto-zadavayemiye-voprosy/sostav-pochvyi/

В. А. Ковды, Б. Г. Розанова. Почвоведение. Ч.1 Почва и почвообразование/Г. Д. Белицина, В. Д. Васильевская, Л. А. Гришина и др. — М.: -Высш.-Шк.,-1988.-—-400-с:

Государственный доклад "О состоянии и об охране окружающей среды в Иркутской области" 2021г.

Земледелие. Учебник для вузов/Г.И. Баздырев, В.Г. Лошаков, А.И. Пупонин и др. — М.: Издательство «Колос», 2000. — 551 с.

К. Е. Малышев «Антропогенное загрязнение почв»

Ореховская М.В., Корганова Н.Н Болезни овощных культур и меры борьбы с ними. – М.: Росагропромиздат, 1989. – 64 с.: ил.

Резников А. А., Муликовская, И. Ю. Соколов Методы анализа природных вод. – Изд. 3-е, переработ. И доп. М., изд-во «Недра», 1970, 488 с.

Ягодин Б.А., Жуков Ю.П., Кобзаренко В.И. Агрохимия/Под ред. Б.А. Ягодина. — М.: Колос, 2002. — 584 с.: ил.

Приложение

Приложение 1. Водные вытяжки образцов почв.

Приложение 2. Определение жесткости воды.

Приложение 3. Определение точки эквивалентности.

Приложение 4. Подготовка проб снега.

Приложение 5. Фильтрование.

Приложение 6. Отбор снега с точки «Зеленый городок».

Приложение 7. Точка отбора почвы п. Железнодорожный.

Приложение 8. Точка отбора проб ОО Усолье Химпром.

Приложение 9. Подготовка почвы для выращивания редиса.

Приложение 10. Результаты выращивания через 2 дня.

Приложение 11. Подсыпка грунта при появлении корнеплодов.

Приложение 12. Результаты выращивания через 5 дней.

Приложение 13. Результаты выращивания через 13 дней.

Приложение 14. Результаты выращивания через 50 дней.

Приложение 15. Результаты выращивания.