II Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

"ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СНЕЖНОГО ПОКРОВА КАК ИНДИКАТОРА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ГОРОДА"

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Овчинникова Е.О. 1

---

1МБОУ СШ 2

Горностаева В.В. 1

---

1МБОУ СШ 2

Работа в формате PDF

527.9 KB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

  Введение

«Человечество, взятое в целом – писал Вернадский – становится мощной геологической силой». Мы живем во время технического прогресса, который во многом облегчает жизнь благодаря новым и полезным изобретениям. Но у этих достижений человечества есть и обратная сторона медали - последствия этого прогресса напрямую сказываются на экологической обстановке окружающей среды во всем мире. Многие заводы, фабрики и другие производственные сооружения постоянно выбрасывают вредные вещества в атмосферу, загрязняют водоемы своими отбросами, а также землю, когда утилизируют свои отходы в землю. И это отражается не только локально в месте выброса отходов, но и на всей нашей планете. Контроль качества окружающей среды с использованием био­логических объектов в последние десятилетия оформился как ак­туальное научно-прикладное направление. 1. Актуальность работы Снежный покров накапливает в своем составе практически все вещества, поступающие в атмосферу. В связи с этим он обладает рядом свойств, делающих его удобным индикатором загрязнения не только самих атмосферных осадков, но и атмосферного воздуха, а также последующего загрязнения почвы и воды. В нём могут накапливаться различные вредные вещества, которые с талыми водами поступают в открытые и подземные водоемы, почву, загрязняя их. Проблему накопления токсичных веществ в снеге и влияния талых вод на развитие растений мы выбрали темой своего исследования. Анализ качества снежного покрова позволяет оценить пространственное распределение загрязняющих веществ по территории и получить достоверную картину зон влияния промышленных предприятий и других объектов на состояние окружающей среды. Проанализировав снег на определённой территории, можно сделать вывод о чистоте и экологическом состоянии атмосферного воздуха, поверхностного слоя почвы и близлежащих водоёмов, так как это компоненты природных экосистем. Они тесно взаимосвязаны между собой и нарушение в одном из них ведёт к нарушению деятельности всего биогеоценоза, что в свою очередь приводит к негативным последствиям, влияющим на здоровье самого человека. Актуальность данной работы заключается в необходимости широкого внедрения данного метода мониторинга для оценки снежного покрова, так как метод биотестирования с использованием растений-индикаторов обладает рядом преимуществ над остальными биологическими методами мониторинга природных объектов:

• использование методов биомониторинга не требует больших экономических затрат (дорогостоящей аппаратуры, больших лабораторий и т.д.), а также

• позволяет оценить качество среды в случаях, когда количественное содержание загрязнителя может быть определено каким-либо методом, но отсутствуют сведения о биологической активности загрязнителя.

• позволяет оценить наличие загрязненности в короткие сроки (10 дней).

2. Определение цели, задач, методов исследования

Cнежный покров – уникальный объект, способный качественно и количественно характеризовать содержание загрязнителей в атмосферных осадках, накапливающихся в толще снега в течение зимнего периода. Поэтому объектом моего исследования стал снежный покров города Димитровграда. Снег можно исследовать так же, как и воду. Для этого пробу снега растапливают, а затем проводят исследование. Исследуя пробы снега, собранного в разных местах можно получить достаточно полное представление о степени и характере загрязнения территории, выявить причины и источники загрязнения. Цель работы: провести химическое исследование снега, степени загрязнения снежного покрова на разных районах города; оценить влияние талой воды на рост растений. Материал и методика исследования: Отбор снежных проб перед началом таяния снега – в конце февраля на разных участках, в зоне воздействия выбросов автотранспорта и железной дороги, вне влияния промышленных предприятий. Методы исследования: - Теоретический (изучение и анализ литературы, постановка целей и задач). - Экспериментальный (постановка опытов, проведение химического анализа и биотестирования проб снега) - Эмпирический (наблюдения, описания и объяснения результатов исследований). Данные методы позволят получить достоверную информацию о степени загрязнения снега в различных участках города, а также оценить влияние талой воды на всхожесть семян. Наметили следующий ход работы: 1. Определить участки для исследования проб снега. 2. В конце февраля осуществить отбор проб снега на исследуемых участках. 3. Растопить снег. Талую воду использовать для физического и химического анализа проб. Изучить кислотность талой воды. Установить наличие механических и химических загрязнителей в снеге. Сделать выводы по результатам исследований. 4. Талую воду использовать для биотестирования проб на токсичность. Прорастить по 10 семян нута. В качестве контроля использовать дистиллированную воду. 5. В ходе наблюдения за проростками учитывать количество проросших семян, процент всхожести семян, определять суммарную длину корней проростков в каждой пробе. 6. Результаты эксперимента отобразить в таблицах и диаграммах. 7. Сделать выводы о степени загрязнения снежного покрова на исследуемых участках, влиянии талой воды исследуемых проб на развитие проростков растений – индикаторов.

Гипотеза: данная методика позволит выявить степень загрязненности среды токсичными веществами, накапливающихся в снежном покрове в течение зимнего периода. Предположительно, талая вода содержит какие-либо вредные вещества, препятствующие нормальному развитию проростков.

Теоретическая часть

1. Основные понятия Снег — форма атмосферных осадков, состоящая из мелких кристаллов льда. Снег является одним из непременных атрибутов зимы. Он образуется, когда микроскопические капли воды в облаках притягиваются к пылевым частицам и замерзают. Появляющиеся кристаллы льда, не превышающие поначалу 0,1 мм в диаметре, падают вниз и растут в результате конденсации на них влаги из воздуха. При этом образуются шестиконечные кристаллические формы. Основной кристалл воды имеет в плоскости форму правильного шестиугольника. На вершинах такого шестиугольника затем осаждаются новые кристаллы, на них — новые, и так получаются разнообразные формы звёздочек-снежинок. Биоиндикаторы — организмы, присутствие, количество или особенности развития которых служат показателями естественных процессов, условий или антропогенных изменений среды обитания. В качестве объектов для биоиндикации применяются разнообраз­ные организмы — бактерии, водоросли, высшие растения, беспоз­воночные животные, млекопитающие. В своей работе я использовала семена бобовой культуры нута. Токсичные вещества - химические соединения, обладающие высокой токсичностью и способные при определенных условиях вызывать массовые отравления людей и животных, а также заражать окружающую среду. Свинец - один из самых распространенных и опасных токсикантов. Он находится в микроколичествах почти повсеместно. Источник природного свинца в биосфере - горные породы. Наибольшая доля добываемого свинца идет на изготовление свинцовых аккумуляторов для автомобилей, электротранспорта и других целей. Основным источником загрязнения атмосферы свинцом являются: выхлопные газы автотранспорта (260 тыс. т); сжигание каменного угля (около 30 тыс. т) и других видов топлива; отходы многих промышленных предприятий. Проблему накопления токсичных веществ в снеге и влияния талых вод на развитие растений мы выбрали темой своего исследования. 2. Влияние некоторых токсичных веществ на состояние здоровья Бенз(а)пирен является наиболее типичным химическим канцерогеном окружающей среды, он опасен для человека даже при малой концентрации, поскольку обладает свойством биоаккумуляции. Будучи химически сравнительно устойчивым, бенз(а)пирен может долго мигрировать из одних объектов в другие. В результате многие объекты и процессы окружающей среды, сами не обладающие способностью синтезировать бенз(а)пирен, становятся его вторичными источниками. Бенз(а)пирен оказывает также мутагенное действие и вызывать злокачественные образования. По степени воздействия на живые организмы свинец отнесен к классу высокоопасных веществ наряду с мышьяком, кадмием, ртутью, селеном, цинком, фтором и бенз(а)пиреном (ГОСТ 17.4.1.02-83). Опасность свинца для человека определяется его значительной токсичностью и способностью накапливаться в организме. Результаты ряда крупных международных и национальных проектов подтвердили, что при увеличении концентрации cвинца в крови ребенка с 10 до 20 мкг/дл происходит снижение коэффициента умственного развития (IQ). Влияние свинца проявляется также в изменениях двигательной активности, координации движений, времени зрительно- и слухомоторной реакции, слухового восприятия и памяти. Группой наибольшего риска в условиях России являются дети в возрасте от 6 месяцев до 3 лет, родители которых контактируют со свинцом, и дети, проживающие вблизи автомобильных магистралей. 3. Растения в условиях химического загрязнения окружающей среды Растения играют важную роль в нашей жизни, участвуя в пищевых экологических цепочках, являясь производителями кислорода воздуха, выполняя средозащитные функции. Поэтому особенно важно знать, как реагируют растения на химическое загрязнение среды. Так, например, загрязнение почвы пылью токсичных металлов, особенно в соединении с серной кислотой, губительно действует на корневую систему, а через нее и на все растение. В результате воздействия высокотоксичных загрязнителей на растения отмечается замедление их роста, образование некроза на концах листьев и хвоинок, выход из строя органов ассимиляции и т.д. Увеличение поверхности поврежденных листьев может привести к снижению расхода влаги из почвы, общей ее переувлажненности, что неизбежно скажется на среде ее обитания. Способна ли растительность восстановиться после снижения воздействия вредных загрязняющих веществ? Во многом это будет зависеть от восстанавливающей способности оставшейся зеленой массы и общего состояния природных экосистем.

4. Основные источники загрязнения воздуха в Димитровграде

Димитровград является крупным промышленным городом области, в котором насчитываются 40 крупных и средних промышленных предприятий (количество малых предприятий – 1722, индивидуальных предпринимателей - 3845). В экономике города промышленность за январь-июнь 2010 года занимает 88,5%. Экономика города представлена разными отраслями: атомная энергетика (ГНЦ РФ НИИАР), автомобильное машиностроение (ОАО «Димитровградский автоагрегатный завод»), химическое машиностроение (ОАО «Димитровградхиммаш»), текстильная промышленность (ОАО «Ковротекс»), есть также предприятия строительной индустрии, пищевой и лёгкой промышленности. Эти предприятия и являются основными источниками загрязнения в Димитровграде. 5. Краткий анализ состояния окружающей среды города. Состояние атмосферного воздуха.Источниками выбросов загрязняющих веществ на территории города являются: промышленные предприятия, транспорт, бытовые источники, а также некоторое количество примесей поступает в атмосферу за счет трансграничного переноса. Основную массу загрязняющих веществ составляют: пыль, оксиды углерода, азота, углеводороды и некоторые другие.По материалам отчета о НИР "Комплексная экологическая оценка состояния территории г. Димитровграда и его пригородной зоны", где учитывался вклад в загрязнение только промпредприятий, наиболее загрязнен воздух в Западном жилом районе. Средний уровень загрязнения атмосферы характерен для Первомайского района (более загрязнены участки по ул. Московская, Автостроителей, Свирская). Слабый уровень загрязнения - в Центральном районе.В отчете о НИР "Оценка загрязнения атмосферы г. Димитровграда выбросами автотранспорта", картина загрязнения воздуха более реальна. Территория города пронизана сетью авто- и железных дорог, а основной вклад в загрязнение атмосферы вносит именно транспорт. По расчетам, выбросы автомобилей составляют 82,3% от всего количества поступающих в атмосферу загрязняющих веществ. Опасность выхлопных газов усиливается еще и тем, что распространяются они в приземном слое. Таким образом, учитывая имеющиеся данные можно сделать следующие выводы о состоянии атмосферы г. Димитровграда:1. Атмосфера города характеризуется умеренной степенью загрязненности.2. Наиболее загрязнен воздух в утренние и вечерние часы, причем, больше в холодный период года.3. Воздух Центрального района является наиболее загрязненным выбросами автотранспорта.4. Загрязнение воздуха в Первомайском районе - среднее. Основной вклад в загрязнение вносят автотранспорт (ул. Автостроителей) и ДААЗ.5. Загрязнение воздуха Западного района - умеренно слабое. Качество питьевой воды.Население города получает воду для хозяйственно-питьевых нужд из разных водозаборов:- жители Центрального и Первомайского районов - из водозабора "Горка";- жители Западного района - из водозабора No3 и No210 ГНЦ НИИАР.Вода, подаваемая в город с водозабора "Горка", по всем контролируемым показателям отвечает нормативным требованиям, причем с некоторым "запасом".Однако необходимо заметить, что по сравнению с 1969г. наблюдается тенденция к ухудшению качества воды этого водозабора по химическим показателям: минерализация увеличилась с 310 до 345 мг/л, жесткость общая - с 5,7 до 6,8 мг/л, содержание хлоридов - с 4,0 до 13,3 мг/л, сульфатов - с 15,0 до 46,6 мг/л, нитратов - с 4,0 до 8,5 мг/л, фосфатов - с 0,05 до 0,4 мг/л, железа- с 0,03 до 0,06 мг/л.Качество питьевой воды, поступающей с водозабора No3 ГНЦ НИИАР, менее благополучно. По среднегодовым данным анализы воды этого водозабора имеют заметные превышения санитарных нормативов по таким обобщенным показателям, как общая жесткость (8,6 против 7,0 ммоль/л по норме), цветность (22,5 против 20,0 град), а также содержанию железа (1,08 против 0,3 мг/л по норме) и марганца (0,57 против 0,1 мг/л по норме). Принимая во внимание вышесказанное, можно сделать следующие выводы: 1. Качество воды в Центральном и Первомайском районах - удовлетворительное.2. Качество воды в Западном районе - удовлетворяет санитарным требованиям с натяжкой, даже после введения в действие в 1998 году станции водоподготовки. Периодически в пробах воды наблюдаются повышенные концентрации железа и марганца.3. По сравнению с 1969г. наметилась тенденция постепенного ухудшения качества питьевой воды, поступающей со всех водозаборов города. Загрязнение почвы.По результатам исследований экологов Казанского госуниверситета (10), состояние почв города можно оценить как удовлетворительное. Содержание тяжелых металлов в почвенном покрове города, в целом, не превышает допустимых значений (на территории жилой застройки). Однако на участках, расположенных у автодорог (ул. Куйбышева, Парадизова, 50 лет Октября, Гоголя, пересечение ул. Менделеева и пр. Димитрова) и вблизи ДААЗа (пр. Автостроителей, ул. Победы) отмечается накопление некоторых тяжелых металлов ( в частности кобальта, никеля, свинца, цинка) и бенз(а)пирена в значениях, превышающих допустимые. В связи с этим, жители Центрального района, имеющие приусадебные участки вблизи автомагистралей с оживленным движением, могут испытывать негативное воздействие от вредных веществ, накапливаемых в выращенной на этих участках сельскохозяйственной продукции. Таким образом, учитывая имеющиеся сведения о состоянии окружающей природной среды г. Димитровграда, можно сделать следующие обобщения относительно разных районов города:1. Центральный район является неблагополучным в отношении:- загрязнения воздуха; шума; загрязнения почв вблизи автомагистралей.2. Первомайский район неблагополучен в отношении: - загрязнения воздуха на части территории (р-н ДААЗа);- шума; - загрязнения почв вблизи автомагистралей.3. Западный район неблагополучен в отношении питьевой воды. Практическая часть Для исследования использованы талая вода, проточная вода и дистилированная вода. Пробы взяты со следующих участков: 1. Школьный двор (МБОУ СШ №2); 2. Участок железной дороги; 3. Автотрасса вблизи завода ДААЗ. Ход работы: 1. Определение участков для исследования проб снега. 2. Отбор проб снега на разных участках города. 3. Получение талой воды. 4. Визуальная оценка воды 5. Использование талой воды для проращивания семян.

1. Физический эксперимент: визуальный осмотр талой воды. Визуальный осмотр талой воды проводился по критериям: а) наличие запаха, б) интенсивность запаха, в) цвет, прозрачность, г) наличие мусора на поверхности снега (в приложении). Выводы: 1. Визуальный осмотр талой воды и фильтрование показали, что все собранные пробы снега в своем составе содержали взвешенные вещества. 2. Самый грязный снег обнаружен на участке железной дороги. В полученной воде взвешено наибольшее количество чёрных крупинок, много чёрного осадка; по наличию примесей этот образец на первом месте. 3. Внешне немного чище выглядит вода образца №3 (вблизи ДААЗа) 4. В воде из снега, набранного на территории школы, замечен землистый осадок.

Выводы: Наиболее загрязненными пробами являются пробы, взятые вблизи дорог. В этих местах основным источником загрязнения снега является автотранспорт. Темная окраска снега на обочинах дорог и соответственно талой воды обусловлена несколькими причинами. Это вынос частиц (сажи, частиц каучука, кремния и др.), содержащихся в выхлопных газах, также из состава автопокрышек, износ которых в зимнее время резко возрастает. Ещё одним источником темной окраски служит химический и механический вынос битумных, масляных и других минерально-органических соединений с днищ автомобилей, ж/д составов. 2. Химический эксперимент: 2.1. Определение кислотности снега 1.Для проведения опыта отлили по 10мл фильтрата из каждой пробы. 2.Опустили в каждую пробирку универсальный индикатор и определили кислотность 3.Сравнили окраску индикатора со шкалой универсального индикатора. Результаты эксперимента: - Талый снег с территории вблизи ДААЗа имеет рН = 6,3. - Талый снег в школьном дворе, имеет рН=6,5. - Талый снег на участке железной дороги имеет рН=5. - Дистиллированная вода имеет рН = 6. - Водопроводная вода имеет рН = 6,7. Выводы: снег загрязнен в большей степени на участках вблизи ж/д и автотранспорта. На эти участки попадают основания различных кислот, оксиды азота и серы, поэтому он приобретает кислотную реакцию. Во дворе школы снег чистый, среда нейтральная. Экологическое состояние окружающей среды в районе школы в пределах нормы. 2.2. Выявление химических загрязнителей в снеге.Обнаружение свинца.

Ход работы: К 5 мл испытуемого раствора прибавить немного KI, после чего, добавив уксусной кислоты CH₃COOH, нагреть содержимое пробирки до полного растворения первоначально выпавшего, мало характерного желтого осадка PbI₂.Охладить полученный раствор под краном, при этом PbI₂ выпадет в виде золотистых кристаллов.

Результаты работы: Иодид калия (KI) дает в растворе с ионами свинца характерный желтый осадок йодида свинца PbI₂. После охлаждения полученного раствора под краном, PbI₂ выпадет снова, но уже в виде красивых золотистых кристаллов: Pb²⁺ +2I^- PbI₂

Вывод: в пробе №1 обнаружено незначительное количество ионов свинца. Скорее всего, в атмосферу они попали из отработавших газов двигателей внутреннего сгорания. Результаты: снег загрязнен в большей степени на участках вблизи ж/д и автотранспорта.

3. Биологический эксперимент Цель работы: исследование общей химической токсичности снега в городе методом биотестирования по проценту всхожести семян и развитию проростков растения-индикатора. Растение-индикатор нут (класс Двудольные, семейство Бобовые). Использованная методика: изработы «Исследование снега методом биотестирования» (Мансурова С. Е., Кокуева Г. Н. Следим за окружающей средой нашего города: 9-11 кл.: Школьный практикум.- М.: Гуманит. изд. центр ВЛАДОС, 2001.– 112с.:ил.). Практическая часть Простерилизовали блюдца. Налили на дно каждой чашки талую воду. Талую воду мы использовали для проращивания семян нута – по 10 шт. в каждую пробу. В 3 тарелки налили талую воду каждой пробы и в 2 других – водопроводную и дистиллированную. Пометили их номерами. В тарелки с водой поместили на влажные салфетки по 10 семян нута. Наблюдали прорастание семян и рост корешков растений в течение 10 дней, добавляя, по мере высыхания, талую воду, полученную из снега с тех же участков (в одинаковых объемах). Наблюдения: на третий день эксперимента семена начали прорастать. Высокая всхожесть семян была отмечена в водопроводной воде. Можно сделать вывод об отсутствии загрязнения. О слабом загрязнении снега в районе проезжей части около ДААЗа. Описание всхожести семян и развития проростков:1. Всхожесть семян достигает 90-100%, всходы дружные, проростки крепкие, ровные. Отсутствие загрязнителей. (проращивание на воде из крана) 2. Всхожесть 60-90%. Проростки почти нормальной длины, крепкие, ровные. Слабое загрязнение (район ДААЗа). 3. Всхожесть семян очень слабая (менее 20%), Проростки мелкие и уродливые. Сильное загрязнение (на участке железной дороги). Результаты в таблице: отмечается слабое загрязнение пробы, взятой во дворе школы, среднее загрязнение около ДААЗа, а очень сильное загрязнение показала проба, взятая на участке железной дороги, так как процент пророщенных семян составил 10, что подтверждается химическим составом талой воды. В дистиллированной воде семена набухли, но 50% не проросли, что позволяет судить о необходимости питательных веществ в росте и развитии растений. Выводы: в ходе проведенного исследования была освоена методика проведения биотестирования и достигнута цель работы – установлено наличие токсичности снегового покрова. Биотестирование, проведенное с использованием в качестве тест – объекта проростков нута, позволяет заключить, что самым высоким по уровню токсичности среди наших проб оказался снег, собранный на участке железной дороги. Заключение Мы исследовали общую химическую токсичность различных проб снега и выяснили, что снег действительно является индикатором чистоты воздуха. 1. На участках с повышенной антропогенной нагрузкой наблюдаются следующие изменения визуальных характеристик снегового покрова: более тёмная окраска снега, сильное загрязнение растительным опадом, наличие бытового мусора и дорожной грязи. 2. В пробах талой воды с площадок с повышенным уровнем антропогенной нагрузки отмечены: химический запах, изменение окраски от серой до коричневой, повышенная мутность. 3. Кислотность талой воды с пробных площадок составляет от 6 до 7,5, т.е. находится в пределах нормы. 4. В пробах талой воды с площадок у автомобильной дороги и школьного двора отмечается повышение концентрация ионов свинца(II). Основываясь на результатах химического анализа и биотестирования, можно утверждать, что в целом атмосфера в городе благоприятная. Загрязнения наблюдаются возле автодороги и ж/д полотна. Это можно связать с работой транспорта как основных источников загрязнения.

Рекомендации:

- Промышленным предприятиям осваивать технологии, уменьшающие вредное воздействие на окружающую среду. - Проводить экологический мониторинг окружающей среды вблизи предприятий и дорог.

- Рассмотреть возможность массового озеленения (хвойными и лиственными породами) прилегающих территорий, как основного природного очистителя атмосферы. - В целях уменьшения загрязнения атмосферы следует предусмотреть переход транспорта на газовое топливо или более высококачественный бензин.

Список использованных источников и литературы

1. Мансурова С. Е., Кокуева Г. Н. Следим за окружающей средой нашего города: 9-11 кл.: Школьный практикум. – М.: Гуманит. Изд. центр ВЛАДОС, 200с.: ил.

2. Пахомова Т. Н., Пахомов В. И. Эколого-краеведческая работа с учащимися в природе – Первое сентября – 2004 г. - № 16-18

3. Федорова М. З., Кучменко В. С., Воронина Г. А. Экология человека: культура здоровья. – М.: Вентана-Граф, 2007 г.

4. Экология 7-8 классы. Практикум /авт. Н. А. Степанчук. – Волгоград: Изд-во «Учитель», 2008 г. 5.http://www.newchemistry.ru/letter.php?n_id=7527

6. http://biofile.ru/bio/4414.html

7. http://cyklon-cn.ru/air-pollutants.html

8. http://biofile.ru/bio/22302.html

Приложение 1. Оценка прозрачности воды

Описание	Оценка степени прозрачности
Вода очень грязная, в ней плавают чёрные маслянистые комочки, на дно выпадает чёрный осадок.	5
Вода грязная, выпадает землистый осадок.	4
Вода мутная, плавают грязные хлопья.	3
Вода слегка мутновата.	2
Вода практически прозрачная.	1
Прозрачная вода	0

2. Итоги визуального наблюдения:

3. Результаты проращивания семян:

4. Фотографии практической части проекта

16