II Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ПОЧВЫ ЧИШМИНСКОГО РАЙОНА РЕСПУБЛИКИ БАШКОРТОСТАН С ПОМОЩЬЮ БИОТЕСТИРОВАНИЯ

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Шакирова К.И. 1

---

1МБОУ Школа № 98 г. Уфы

Юсупова М.Н. 1

---

1МБОУ Школа № 98

Работа в формате PDF

1.4 MB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

В книге Франсуа Рамада (1981) «Основы прикладной экологии» приводится такое определение загрязнения: «Загрязнение есть неблагоприятное изменение окружающей среды; которое целиком или частично является результатом человеческой деятельности, прямо или косвенно меняет распределение приходящей энергии, уровни радиации, физико-химические свойства окружающей среды и условия существования живых существ. Эти изменения могут влиять на человека прямо или через сельскохозяйственные ресурсы, через воду или другие биологические продукты (вещества). Они также могут воздействовать на человека, ухудшая физические свойства предметов, находящихся в его собственности, условия отдыха на природе и обезображивая ее саму».[1]

Я задумалась над вопросом об антропогенном воздействии на почву, ведь почва – это наша жизнь.

Загрязнение природной среды – сложный процесс, связанный с деятельностью человека. Автор фундаментальной сводки по экологии Ю. Одум (1975) указывает, что «загрязнение – это природные ресурсы, оказавшиеся не на своем месте», ибо они чужды природным экосистемам и, накапливаясь в них, нарушают процессы круговорота вещества и энергии, снижают их продуктивность, влияют на здоровье людей.[2]

Актуальностьпроблемы загрязнения почвы обусловлена тем, что год от года увеличивается антропогенное воздействие на окружающую среду.

Физические и химические способы анализа почв на содержание вредных веществ для нас, школьников, малодоступны и трудоёмки. Поэтому мне показался подходящим метод биоиндикации с использованием овса.

Цель работы: изучение возможности использования метода биоиндикации овса для оценки загрязнения почвы в Чишминском районе.

Задачи:

1. Проанализировать всхожесть семян в данном районе.

2. Оценка уровня загрязнения почвы

3. Изучение антропогенного влияния на почву.

Объект исследования: почва Чишминского района

Предмет исследования: овес

Гипотеза состоит в том, что почва в Чишминском районе наиболее сильно загрязнена. Влияние загрязнителей, присутствующих в почве Чишминского района, сказывается на росте и развитии растений.

Практическая значимость настоящей работы состоит в возможности достаточно нового понимания данной проблемы, а также использовать данные настоящего исследования при работе на участке во время практических работ по биологии.

Исследование выполнено на базе городского технопарка «Город будущего» кластера «Экобиотех».

Структура работы. Наша работа изложена на 22 страницах, включает введение, 3 главы, выводы, список литературы и приложение. В работе содержатся 7 таблиц, 10 рисунков.

Глава I. Общая характеристика района.

1.  

   1. Географическое положение

Чишминский район расположен в центральной части Башкортостана. Территория района находится в пределах Прибельской увалисто-волнистой равнины. Климат теплый, умеренно-влажный. Гидрографическая сеть представлена реками Дёма, Уршак, Кармасан, Чермасан, Уза и их притоками. Озёр насчитывается около 250 с общей площадью 1000 га. Преобладают озёра-старицы и заливные.

Старицы обычно образуются при спрямлении русла, когда в половодье воды, идущие по пойме, успевают промыть более короткий путь. Река, вернувшаяся в свои берега, использует этот новый участок русла, а старый, более длинный, оказывается ненужным. Постепенно входы в старицу заносятся песком и илом. Старица некоторое время сохраняется как озеро, а затем превращается в болото или сырой луг.

В пойме большинства крупных и средних рек всегда есть множество мелких заливных водоемов, образовавшихся после спада вешней воды. Это и есть заливные озёра.

Растительный покров представлен широколиственными смешанными лесами из липы, клёна, дуба, берёзы, осины. Почвы: выщелоченные, карбонатные и обыкновенные чернозёмы, серые лесные. Полезные ископаемые месторождениями нефти, попутного газа, песчано-гравийной смеси, агрономических руд. По территории района проходит железная дорога Уфа—Москва, автомобильная дорога Уфа—Самара.[3]

1.  

   1. Значение почвы в данном районе

«В нашем районе множество целебных родников и памятных для людей мест: обелиски и памятники воинам-чишминцам, памятники археологии и памятники архитектуры, созданные руками наших предков.

Чишминцы не остались не вовлеченными ни в одно из важнейших событий истории страны и республики. Большим событием, определившим многое в развитии наших земель, и, в какой-то степени, сегодняшнее лицо нашего района, стало начатое в 1855 году строительство Самаро-Уфимской железной дороги. Благодаря железной дороге образовалась станционное селение, переросшее в дальнейшем в рабочий поселок Чишмы. До нас доходили волны революций, прошли сражения гражданской войны, происходили драматические события коллективизации. В послевоенные годы перед тружениками сельского хозяйства (основной отрасли в нашем районе) стояла труднейшая задача: в короткий срок восстановить и превысить довоенный уровень производства. В 1945 году в районе насчитывались 72 колхоза. Большинство работ в них выполнялись вручную, не хватало элементарных механизмов и инвентаря. Несмотря на это, районом уже в том году было сдано государству 12,7 тысячи тонн зерна, по развитию животноводства район вышел на второе место в республике» - пишет газета Чишминского района республики Башкортостан «Родник плюс» в ноябрьском выпуске 2015 года.[4]

Таким образом, состояние почв Чишминского района для его жителей стояла важной проблемой, ведь это была самая главная промышленность не только этого района, но и Башкортостана, а также России.

На крупномасштабных топографических картах РБ можно разглядеть отмеченные на ней примеры антропогенных лесных ландшафтов.

Как правило, это узкие лесополосы, специально насажденные для улучшения хозяйственной деятельности.

Вдоль федеральной трассы М-5 на топографической карте Чишминского района Республики Башкортостан видны полосы лесонасаждений. Видимо, они указаны не все, а только самые широкие из них, но в целом по трассе лесополосы практически непрерывны. К примеру, на участке Алкино – Арсланово имеются лесополосы шириной 5 - 6 метров, состоящие из берез и тополей, но на карте они не указаны.

Такие же узкие лесополосы имеются вдоль железнодорожных транспортных путей. Как правило, эти насаждения высаживаются для борьбы с эрозией почвы. После строительства дорожного полотна часто уровень близлежащих грунтовых вод повышается, местами встречаются очень крупные заболоченные участки вдоль дорог (сопутствующее антропогенное воздействие). В местах выхода грунтовых вод на поверхность начинается разрушения дорожного полотна. Высаживая вдоль дороги влаголюбивые породы деревьев (тополь, ива в подлесок) можно уменьшить заболоченность прилегающих участков до минимума, так как лесонасаждения регулируют уровень грунтовых вод, используя влагу для роста и испаряя с поверхности листьев.

Так же на карте видны защитные лесонасаждения по краям сельскохозяйственных угодий. Защитные лесополосы оберегают плодородный слой почвы от пересыхания, переувлажнения, выдувания сильными ветрами, а также насыщают его микроэлементами и органическими удобрениями. Плюс к тому защитные лесополосы очищают и поднимают близлежащие грунтовые, поверхностные водные ресурсы, способствуют насыщению атмосферного воздуха кислородом, что позволяет сделать более плодородным режим значительных территорий, в том числе и сельхозугодий.

Согласно исследованиям академика Российской академии сельскохозяйственных наук О.Г. Котляровой, урожайность уже к 10 году после высаживания лесополосы увеличивается на 20 - 30%, а затраты на высаживание лесополосы окупаются уже через 4 - 7 лет.[5]

Глава II. Материалы и методы исследований

1.  

   1. Материалы исследований

1.  
   1.  

      1. Объект исследования

Систематическое положение вида:

Царство: Plantae (Растения)

Тип/Отдел: Tracheophyta (Сосудистые растения)

Тип/Отдел: Angiosperms (Цветковые растения, или Покрытосеменные )

Класс: Magnoliopsida (Магнолиопсиды, двудольные)

Отряд/Порядок: Poales (Злаки)

Семейство: Poaceae (Злаки, или мятликовые)

Подсемейство: Pooideae (Мятликовые)

Род: Avena (Овёс)

Вид: Avena sativa (Овёс посевной)

Ботаническое описание

Однолетнее травянистое растение высотой 50—170 см, всегда с голыми узлами.

Корень мочковатый.

Стебель — соломина 3—6 мм в диаметре, с 2—4 узлами.

Листья очерёдные, зелёные или сизые, линейные, влагалищные, шероховатые, 20—45 см длины и 8—30 мм ширины.

Цветки мелкие, собраны по 2—3 в колоски, образующие раскидистую, реже однобокую метёлку до 25 см длиной. Колоски средней величины, двух-трёхцветные; цветки только нижние с остью, реже все безостые. Чешуя колоска до 25 мм длиной, немного длиннее цветка. Все цветки в колоске без сочленений; ось колоска голая. Нижняя цветочная чешуя ланцетная, около 20 мм длиной, на верхушке двузубчатая, большей частью голая, при основании с немногими волосками или вся голая; ость немного согнутая, или прямая, или отсутствует. Цветёт в июне — августе.

Плод — зерновка.[6]

2.2. Методика исследования

Для решения поставленных задач нами были использованы следующие методы:

- эксперимент

-наблюдение

- сравнение

- описание

- статистика

2.2.1. Оборудование

Чашки Петри, стаканчики, мерная колба, стеклянная палочка, фильтровальная бумага, пробки, пробирки, электронные весы, воронки для пробирок, штатив, линейка.

2.2.2. Проведение эксперимента

Для начала нужно сделать вытяжку. Вытяжка была сделана по методике Кабирова, Сукачковой «Оценка состояния окружающей среды».[7]

Алгоритм работы:

1. Размельчить почву.

2. Взвесить почву по 100 г на электронных весах.

3. Сделать 3 пробы раствора из определенного вида почвы (3 пробирки с растворами из почвы и дистиллированной воды) в соотношении 1:4 (10 мг почвы: 40 мг воды).

4. Держать пробы растворов сутки в темном месте.

5. Провести почвенный раствор через фильтровальную бумагу.

6. Далее почвенный раствор – это готовый материал, с помощью которого проводится анализ.

Посадка овса выполняется по методике Кабиров Р.Р., Сагитова А.Р., Суханова Н.В.[8]

Разработка и использование многокомпонентной тест-системы для оценки токсичности почвенного покрова городских территорий:

1. На дно чаши Петри кладут 2 слоя фильтровальной бумаги, причем размер дна равен размеру фильтровальной бумаги.

2. На каждую повторность используют 50 семян овса.

3. После высадки культуры в чаше держать неделю (7 дней) в термошкафу.

4. После того, как овес пророс измеряем длины всего овса, его корешка и проростка.

Глава III. Результаты собственных исследований

1.  

   1. Измерения выращенного овса

Результаты исследований представлены в таблице 1, 2, 3.

Таблица 1.

Фоновая зона (территория реки Уршак)

Примечание: 1 участок – на территории реки, 2 участок - на 100 м дальше от реки, 3 участок – на 500 м дальше от реки.

Таблица 2.

Антропогенная зона (территория железной дороги)

Примечание: 1 участок – на территории железной дороги, 2 участок - на 100 м дальше от железной дороги, 3 участок – на 500 м дальше от железной дороги.

Таблица 3.

Контроль (водопроводная вода)

Примечание: среднее арифметическое значение (Х_ср) каждого участка находим по формуле:

, где ∑ X_i-сумма всех значений (в одной точке), n – количество значений

Затем находим стандартное отклонение (σ) каждой точки:

Стандартное значение мы используем для нахождения ошибки среднего значения (m):

m=

1.  

   1. Токсичность района

Далее для определения токсичности объекта, вычисляем ИТФ.

ИТФ (Индекс токсичности фактора)

Рассчитывается по формуле: ИТФ= ТФ_о /ТФ_к , где

ИТФ – индекс токсичности оцениваемого фактора;

ТФ_о – значение регистрируемой тест-функции в опыте;

ТФ_к - значение регистрируемой тест-функции в контроле.

В качестве контроля берем среднее число выращенных в водопроводной воде.

1. ИТФ по общей длине

Таблица 4.

Примечание:1 фоновая зона - на территории реки, 2 фоновая - на 100 м дальше от реки, 3 фоновая - на 500 м дальше от реки. 1 антропогенная зона – на территории железной дороги, 2 антропогенная – на 100 м дальше от железной дороги, 3 антропогенная – на 500 м дальше от железной дороги.

1. ИТФ по длине проростков

Таблица 5.

Примечание: 1 фоновая зона - на территории реки, 2 фоновая - на 100 м дальше от реки, 3 фоновая - на 500 м дальше от реки. 1 антропогенная зона – на территории железной дороги, 2 антропогенная – на 100 м дальше от железной дороги, 3 антропогенная – на 500 м дальше от железной дороги.

1. ИТФ по длине корешков

Таблица 6.

Примечание: 1 фоновая зона - на территории реки, 2 фоновая - на 100 м дальше от реки, 3 фоновая - на 500 м дальше от реки. 1 антропогенная зона – на территории железной дороги, 2 антропогенная – на 100 м дальше от железной дороги, 3 антропогенная – на 500 м дальше от железной дороги.

Примечание: в таблице цветом обозначена шкала токсичности

Всхожесть семян

Таблица 7.

	1ф	2ф	3ф	1а	2а	3а	К
1пов	90%	90%	90%	76%	80%	85%	98%
2пов	92%	92%	92%	76%	80%	80%	94%
3пов	92%	92%	92%	76%	76%	85%	98%
Ср.	91%	91%	91%	76%	78%	83%	96%

Примечание:Всхожесть семян, высчитывали по формуле:

где В всхожесть семян, %; а число проросших семян; b общее число семян в чашке Петри

Выводы

1. Вследствие проведенного тестирования с помощью Avena sativa (Овёс посевной) выявлено, что почвенный покров исследуемого района в фоновой зоне, на территории реки Уршак обладает низкой токсичностью, данная характеристика не оказывает существенного влияния на общую длину проросших семян, длину проростков, и длину корешков. Общая всхожесть семян данной зоны имеет высокий уровень и равен 91%.

2. Почвенный покров исследуемого района в антропогенной зоне, на территории железной дороги обладает высокой токсичностью, данная характеристика оказывает влияние на общую длину, длину проростков, и длину корешков, существенно ингибируя их развитие. По мере отдаления от железной дороги (на 500м) токсичность почвы снижается до средней. Общая всхожесть семян зоны имеет хороший уровень и равен 79%.

3. Проведенный эксперимент подтвердил нашу гипотезу о том, что почва исследуемого района в антропогенной зоне, на территории железной дороги имеет наибольший уровень загрязнения. Загрязнители, присутствующие в почве исследуемого района в антропогенной зоне, на территории железной дороги, оказывают влияние на росте и развитие растений.

4. Полученные результаты необходимо использовать для разработки комплекса мер по предотвращению дальнейшего загрязнения почвы. Для этого необходимо провести дальнейшие исследования по определению качественного состава загрязнителей.

Список литературы

1. Франсуа Рамада Основы прикладной экологии, 1981

2. Ю. Одум «Основы экологии»

3. Газета Чишминского района республики Башкортостан «Родник плюс», ноябрь 2015г.

4. Кабиров, Сукачкова «Оценка состояния окружающей среды»

5. Кабиров Р.Р., Сагитова А.Р., Суханова Н.В. Разработка и использование многокомпонентной тест-системы для оценки токсичности почвенного покрова городских территорий// Экология, 1997. №6. С. 408-411.

6. Аргунова, М. В. Стратегия формирования экологической культуры школьников /М. В. Аргунова // Химия в школе. – 2009. - №1.- С.23-26

7. Алексеев, С. В. Практикум по экологии /С. В. Алексеев, Н. В.Груздева, А. Г.Муравьёв, Э. В.Гущина. – М.: АО МДС, 1996.–190 с.

8. Ашихмина, Т.Я. Школьный экологический мониторинг –М.: АО МДС, 2000. – 380 с.

9. Величковский, Б. Т., Кирпичёв, В. И., Суравегина, И. Т. Здоровье человека и окружающая среда: учебное пособие. – М.: «Новая школа», 1997.

10. Миркин, Б. М., Наумова, Л. Г. Экология России [Текст]. – М.: АО МДС, 1996

11. Самкова, В. А., Прутченков, А.С. Экологический бумеранг: практические занятия для учащихся 9-10 классов. – М.: Новая школа, 1996.

12. Скалон, Н. В. Экология сибирского города.- Кемерово: Кузбассвузиздат, 1997

13. Пономарёва, О.Н. Методические рекомендации к учебнику экологии// Биология 1 сентября. – 2001. - №42

14. http://dic.academic.ru

15. http://www.geoknow.ru

16. https://ru.wikipedia.org

Приложение

Рис. 1. Объект исследования: Avenasativa (Овёс посевной)

Рис. 2.Район исследования

Рис. 3. Оборудование 1

Рис. 4. Оборудование 2

Рис. 5.Набор почвы

Рис.6. В каждом повторе по 50 семян

Рис.7. Подготовка вытяжки

Рис.8. Высаживание овса

Рис.9. Проросший овес

Рис.10. Измерение длины овса

10