XIX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Оценка загрязненности почвы с использованием кресс-салата в качестве биоиндикатора

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Смирнова Д.А. 1

---

1МОУ "Серебряно-Прудская средняя общеобразовательная школа имени маршала В.И.Чуйкова"

Максимова Е.К. 1

---

1МОУ "Серебряно-Прудская средняя общеобразовательная школа имени маршала В.И.Чуйкова"

Работа в формате PDF

656.2 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

За повседневной суетой будничной жизни и недостаточной

информированностью человек не всегда и не в полной мере осознает, что его

личная жизнь, как и сам факт существования жизни на нашей планете Земля,

неразрывно связаны с почвой, с функционированием ее продуцирующей

системы «почва – растения - внешняя среда».

Почва – это самостоятельное естественно-историческое органоминеральное природное тело, возникшее на поверхности Земли в результате длительного воздействия биотических, абиотических и антропогенных факторов, состоящее из твёрдых минеральных и органических частиц, воды и воздуха и имеющее специфические генетико- морфологические признаки, свойства, создающие для роста и развития растений соответствующие условия. Если в сельском хозяйстве почва не является единственным, хотя и основным, средством производства, то в отношении выполнения экологических функций в биосфере почва является незаменимым компонентом; ее функции не могут быть выполнены никакой другой частью биосфере. Экологические функции почв в биосфере базируются на двух основополагающих ее качествах. Во-первых, почва служит средой обитания, базисом и опорой для огромного числа организмов; во-вторых, почва является необходимым и незаменимым звеном регулирования всех биогеохимических циклов; через почву проходят, и почва регулирует круговороты всех элементов биосферы. [8]

Фитотоксичность почвы – это свойство почвы подавлять рост и развитие

высших растений. Необходимость определения этого показателя возникает

при мониторинге химически загрязненных почв. Начало проявления

фитотоксичности связано с ПДК. Уменьшение числа проростков и искривления в побегах и корнях в загрязненной почве, по сравнению с контролем более чем в несколько раз, свидетельствует о значительной деградации почв и снижении ее

продуктивности, потере способности почвы к самоочищению.

Целью нашей работы была оценка уровня загрязнения исследуемых почв, с помощью биологического индикатора (кресс-салат).

Для реализации цели были поставлены следующие задачи:

1. Изучить методику оценки загрязнения почвы, используя в качестве тест-объекта кресс-салата.

2. Выбрать пробные площадки в городском округе Серебряные Пруды.

3. Провести отбор проб почвы.

4. Провести биоиндикацию с наблюдениями.

Мы использовали методы исследования:

1. Теоретический – работа с источниками информации.

2. Практический – биоиндикация.

3. Экспериментальный – проращивание семян кресс-салата.

Практическая значимость: данная работа позволит получить информацию о состоянии почв, и поможет найти ответ на вопрос: можно ли использовать нашу

почву для посадки растений, не несёт ли она в себе какую-либо опасность

Глава 1. Экологическая обстановка городского округа Серебряные Пруды.

1.1.Природа нашего округа

Я живу в городском округе Серебряные Пруды, который расположен на юго-востоке Московской области. Площадь территории нашего округа – 87,6 тыс. гектар. Из этих земель 70,9 тыс. гектар – это земли сельскохозяйственного назначения (80,9% от всех земель). В северной части округа находятся небольшие остатки лесного массива, который до 19 века был сплошным и имел ширину около 10 км. Самый крупный из них, площадь которого около 15 кв.км., находится вблизи р.п. Серебряные Пруды. Это широколиственный лес. В нём преобладают липа и дуб. В этой части округа преобладают тёмно-серые лесные почвы. На правом берегу реки Осетра, которая разделяет наш округ на северную и южную части, начинаются оподзоленные чернозёмы. Такие почвы характерны для лесостепи. Долину реки Осётр поэтому можно считать естественной границей между лесостепной и лесной зонами.

1.2.Экологические проблемы нашего округа

Экологическая обстановка в нашем округе считается хорошей. Но есть у нас и проблемы: заброшенный кирпичный завод, на который свозится весь бытовой мусор и периодически сжигается; заброшенная несанкционированная Семёнковская свалка, на которую много лет свозился бытовой мусор и также поджигался; и еще это полигон КПО «Сплендер», который был запущен в 2016 году. Находится он в непосредственной близости к Серебряным Прудам – всего 11, 5 км.

Этот полигон вызвал очень много различных мнений по поводу его влияния на экологическую обстановку района. Многих тревожил этот вопрос, жители считали, что этот полигон может ухудшить экологическую обстановку нашего района. Местные жители выступали против КПО еще на этапе общественных слушаний, собирая подписи за отмену строительства в водоохраной зоне реки Вязовка и в непосредственной близости от сельскохозяйственных угодий.

Отходы, поступающие на КПО, направляются в бункер на ленту, просеивающую органические отходы. Стекло, пластик, металл и картон, отсортированные друг от друга, отправляются под пресс, а оттуда в виде аккуратных тюков вторсырья – на продажу. Органика уходит в отдельный отсек – цех компостирования, где получается компост. Использовать его можно только в технических целях. Полигон современный. Его дно и стены выстланы суперпрочной мембраной, которая не позволяет мусору соприкасаться с землёй. Этот полигон современен тем, что не нуждается в сборе инфильтрата, в дегазации. И раз на нём нет органических отходов, то вроде бы и нечему пахнуть, течь, выделять газ и гореть. Однако негласно мусор всё-таки сжигается. А ведь рядом находятся сельскохозяйственные земли.

Наш Серебряно-Прудский округ имеет сельскохозяйственную направленность. Меня заинтересовал вопрос о воздействии данных объектов на прилегающие к ним почвы, о их фитотоксичности. Основными землепользователями в районе являются 7 сельхозпредприятий и 181 крестьянских хозяйств. Сельскохозяйственные предприятия района используют 58.4 тыс. га. По производству зерна и кормов район лидирует в области. Я выдвинула гипотезу о том, что почва рядом с загрязняющими объектами может быть загрязнена, что соответственно негативно сказывается на сельскохозяйственной продукции.

Почвы, которые прилегают к этим проблемным объектам, я и исследовала в своей работе. Для проведения исследования была изучена литература, подобрано специальное оборудование, а также мы обратились к интернет – ресурсам. Изучив литературу по данной проблеме, мы предположили, что почва может быть загрязнена токсинами от этих источников. Меня заинтересовал этот вопрос и я решила исследовать почву на фитотоксичность и сравнить её с контрольной группой - семенами, которые выращены на дистиллированной воде.

Полученные данные можно применить для проведения агротехнических мероприятий.

Глава2. Выбор методики исследования и осуществление эксперимента.

2.1. Биоиндикаторы

Растениями-индикаторами называют растения, тесно связанные с определенными экологическими условиями. По их присутствию узнают о содержании определенных микроэлементов и веществ. На изменения окружающей среды растения-индикаторы реагируют изменением внешнего вида и химического состава; количество их может резко возрасти или, наоборот, уменьшиться.

По мнению Меженского В.Н., [3] при оценке механического и химического состава почвы, в поисках пресных вод в пустыне и при разведке полезных ископаемых пользуются растениями-индикаторами. Им отводится важная роль в индикационной геоботанике, экологии, физиологии и биохимии растений, биогеографии, геологии, геохимии, гидрогеологии и других науках. Видовой состав растений свидетельствует о кислотности почвы, степени ее плодородия, наличии или нехватке тех или иных химических элементов.

По состоянию растения, внешнему виду листьев и других органов можно достаточно точно определить состав почвы, наличие в ней питательных веществ. Для нормального роста и плодоношения растениям нужны свет, вода, питательные элементы. Если же их не хватает, то растение сразу же сообщает нам об этом. Умение услышать, точнее, увидеть, что именно говорят нам растения, позволяет вовремя прийти к ним на помощь. Взамен они отблагодарят

нас прекраснейшими цветами или вкуснейшими плодами.

А в качестве биоиндикатора, как утверждает Бондарук М.М., рациональнее использовать кресс- салат. Кресс - салат однолетнее овощное растение, обладающее повышенной чувствительностью к загрязнению почвы тяжёлыми металлами, а также к загрязнению воздуха 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).

Кресс-салат очень удобно использовать в биоиндикации, потому что действие стрессоров можно изучать одновременно на большом числе растений при небольшой площади рабочего места (чашка Петри, кювета или поддон). Эксперимент можно провести в короткие сроки. Семена кресс-салата прорастают уже на третий-четвертый день, и на большинство интересующих вопросов можно получить ответ в течение 10-15 суток.

Прежде чем приступить к эксперименту, мы проверили семена на всхожесть. Мы взяли 5 чашек Петри, насыпали туда небольшой слой промытого речного песка накрыли его диском из фильтровальной бумаги и разместили по 10 семян в каждой чашке.. Затем накрыли ещё одним диском фильтровальной бумаги и увлажнили. Проращивали в Лаборатории кабинета биологии, в котором температура стабильна 20-25 градусов. Из 50 семян проросли все 50! Всхожесть – 100%. Хорошие семена попались! [1]

2.2. Подбор исследуемых объектов.

Для исследований нами были определены участки, находящиеся в непосредственной близости от источников загрязнения.

Мы взяли пробы почвы с этих территорий: заброшенный кирпичный завод, полигон КПО «Сплендер» и свалка в Семёнково, по одной простой причине, что эти объекты могут нести вред окружающей среде. По нашим данным, именно эти участки были подвержены негативным антропогенным воздействиям: сжиганию мусора, выбросам отходов, которые содержат опасные химические вещества. [5]

Также мы выяснили, что почва рядом с исследуемыми объектами - оподзоленный чернозём. Черноземы оподзоленные получили свое название

из-за наличия незначительного воздействия подзолистого процесса – разрушение

почвенных минералов и накопление неблагоприятных для плодородия

кислот. Почвенная реакция пахотного горизонта слабокислая (рН5,5–6,5). Они обладают меньшей структурностью, подвержены заплыванию, образуют более мощную корку, сроки спелости заметно короче. Черноземы типичные характеризуются наиболее высоким плодородием. В пробе № 6 мы обнаружили наличие серых лесных почв. Серые лесные почвы, почвы, формирующиеся на суглинистых отложениях под пологом высокопродуктивных широколиственных или мелколиственных лесов в условиях периодически промывного водного режима, характеризующиеся большой мощностью (2,5–3,0 м) и сложным строением почвенного профиля.

Водная вытяжка почвы

Затем подготовили водную вытяжку. Пробу почвы массой 30г взвесили, поместили в сосуд и прилили 150мл. воды. Почву перемешали и оставили для отстаивания. Через двойной складчатый фильтр профильтровав раствор до прозрачного состояния, мы использовали этот раствор для проращивания семян кресс-салата в чашках Петри на фильтровальной бумаге. (ГОСТ 26423-85)

2.3 Функция розы ветров в переносе загрязняющих веществ.

Роза ветров - векторная диаграмма, характеризующая в метеорологии и климатологии режим ветра в данном месте по многолетним наблюдениям. Выглядит как многоугольник у которого длины лучей, расходящихся от центра диаграммы в разных направлениях.

Характер переноса и рассеивания примесей в основном зависит от режима ветра, а также от источника выброса.

Для низких и неорганизованных источников выбросов формирование повышенного уровня загрязнения воздуха происходит при слабых ветрах за счет скопления примесей в приземном слое атмосферы, а при очень сильных ветрах происходит убывание концентраций за счет быстрого переноса. Мы составили розу ветров для нашего городского округа на 2022год. (Приложение 5).

Из диаграммы мы можем увидеть, что на территории нашего района направления ветра различные. А это значит, что выброс вредных веществ мог распространиться в любую сторону. Но преобладающим является западный ветер. Возможно, этот факт может влиять на распространение вредных веществ

2.3 Методы и результаты исследования

Метод проращивания семян на фильтровальной бумаге.

Суть метода состоит в следующем:

1. В чашки поместить диски из фильтровальной бумаги и смочить водной вытяжкой почвы.

2.. В чашки Петри поместили по 10 штук семян испытуемого растения. В каждой пробе – по 3 чашки Петри (всего 30 семян).

3. Семена проращивали в течение 10 дней при постоянной температуре и влажности, диски фильтровальной бумаги увлажняли равным количеством воды (5-10 мл).

4. При учете результатов фиксировали морфологические изменения у проростков, измеряли длину побегов, корней, число проросших семян.[4]

2.4.Результаты

Результаты за 10 дней эксперимента

Результаты за 10 дней эксперимента

Уровень загрязнённости почвы по количеству проросших семян с учётом морфологических изменений

В зависимости от результатов опыта субстратам присваивают один из трех уровней загрязнения: слабое, среднее, сильное.

1, 4 и 7 пробы: всхожесть 80 — 85%. Побеги и корешки проростков развиты хорошо, но имеются искривления в области корешков. среднее загрязнение.

3, 6, 8,9,10,11 12 пробы: Всхожесть семян достигает 90 — 100%, всходы дружные, проростки крепкие, но есть искривления в области корешков.

Слабое загрязнение

В пробах № 1 и №10 искривлённость корешков была особенно сильно заметна.

Проростки из группы контроля были самые маленькие. Но искривлений корешков и проростков у семян контрольной группы не было.

Мы сделали вывод о том, что даже в загрязненной почве есть определенные микроэлементы, которые способствуют росту и развитию проростков. Но это, к сожалению, не всегда говорит о ее полезности, так как проростки действительно отличались искривленностью, что естественно скажется на будущем развитии растений. Влияние «Розы ветров»…

Заключение.

В ходе исследования были получены следующие результаты: Кресс-салат является хорошим биоиндикатором, поскольку он реагирует на изменения в состоянии окружающей среды изменением фенотипа, изменением скорости роста, всхожести и других хорошо выраженных признаков.

Являясь индикатором накопления, кресс-салат концентрирует загрязняющие вещества в своих тканях и частях тела, которые впоследствии используются для определения степени загрязнения окружающей среды.

В результате эксперимента по выращиванию семян кресс-салата на почве, взятой из различных загрязнённых участков городского округа Серебряные Пруды, используя наблюдения за ростками кресс-салата и анализируя полученные данные о всхожести и биомассе взошедших растений, можно сделать вывод, что почва в нашем районе незначительно загрязнена, в тех участках, которые находятся в опасной близости с загрязняющими объектами. Наше исследование показало, что загрязнение почвы негативно влияет на растения, растущие поблизости, и может привести к морфологическим изменениям, а возможно и к гибели, а также к накоплению и передаче загрязняющих веществ по цепям питания.

Исследование проводилось в городском округе Серебряные Пруды.

Степень загрязнения почвы определяли методом биоиндикации с использованием кресс-салата в качестве биоиндикатора.

Результаты исследования показали, что в округе Серебряные Пруды присутствуют загрязняющие объекты, которые влияют на почвы сельско-хозяйственного назначения.

Эта исследовательская работа имеет важное значение для жителей, поскольку она показывает, какие объекты, продолжая свою работу, выбрасывая вредные отходы и сжигая мусор, загрязняют почву, что сказывается на росте растений и их развитии.

На сегодняшний день вопрос защиты окружающей среды стоит очень остро.

Для того, чтобы сформировать экологическую грамотность населения, необходимо, чтобы люди могли получать необходимую информацию и участвовать в решении вопросов по экологической безопасности и охране окружающей среды.

Список литературы и интернет - ресурсов.

1. Бондарук М.М., Основы экологии. М.: Мир, 1991.

2. Куприченков М., Экология. М.: Мир, 2005.

3. Меженский В.Н., Растения-индикаторы, серия «Приусадебное хозяйство». М. : Мир, 2004.

4. Фёдорова А.И., Никольская А.Н. Практикум по экологии и охране окружающей среды. – М.: ВЛАДОС, 2001. – 288с.

5. https://www.krugosvet.ru/enc/nauka_i_tehnika/himiya/POCHVA.html Энциклопедия «Кругосвет»

6. https://pandia.ru/text/82/162/31805.php - характеристика экологического состояния Серебряно-Прудского городского округа

7. docs.cntd.ru – Электронный фонд правовых и нормативно-технических документов. ГОСТ 12038-84 «Семена сельскохозяйственных культур

8. https://www.ecounit.ru/faq/ph-metry/dlya-pochvy/rn-pochvy-chto-eto-znachit_5074.html - измерение pH почвы

9. https://www.spadm.ru/upload/iblock/daa/daa195bb8d44e6252a4a2c50e58a913.

10. https//www.sibsau.ru/files/3404/

Приложение 1

Кирпичный завод в Серебряных Прудах (1,2,3 пробы)

Приложение 2.

Несанкционированная свалка у деревне Семёнково (пробы 4,5,6)

Приложение 3.

КПО «Сплендер» в Анино (пробы 7,8,9 к северу от полигона

и пробы 10,11,12 – к югу от полигона)

Приложение 4.

Приложение 5.

Роза ветров. Серебряно-Прудский городской округ 2022 год

Приложение 6.