НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА "ВЛИЯНИЕ ПРОТИВОГОЛОЛЕДНЫХ РЕАГЕНТОВ НА РАСТИТЕЛЬНОСТЬ"

II Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА "ВЛИЯНИЕ ПРОТИВОГОЛОЛЕДНЫХ РЕАГЕНТОВ НА РАСТИТЕЛЬНОСТЬ"

Измайлова Г.Р. 1
1МБОУ "Школа №41"
Коробова Е.А. 1
1МБОУ "Школа #41"
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

 Введение

В условиях научно-технического прогресса и интенсификации промышленного производства проблемы охраны окружающей среды стали одной из важнейших общегосударственных задач, решение которых неразрывно связано с охраной здоровья людей. Долгие годы процессы ухудшения окружающей среды были обратимыми, т.к. затрагивали лишь ограниченные участки, отдельные районы и не носили глобального характера, поэтому эффективные меры по защите среды обитания человека практически не принимались. В последние же 20—30 лет в различных районах Земли начали появляться необратимые изменения природной среды или возникать опасные явления. Все развитые государства определили охрану окружающей среды одним из наиболее важных аспектов борьбы человечества за выживание. Одним из таких опасных явлений является отрицательное влияние антигололедных реагентов на окружающую среду. Гололёд, одна из самых актуальных проблем зимнего сезона, которая влечет за собой не только повышенный риск травматизма, но и огромные убытки. Способов борьбы с гололедом великое множество. От самых простых и не дорогих с использованием обычного карьерного песка (применение технической соли для дорог, гранитной крошки), до самых современных антигололёдных реагентов различных марок и производителей.

Итак, актуальность моей работы заключается в следующем: на сегодняшний день резко возросла борьба со скользкостью на дорогах. С развитием технологий развиваются и методы борьбы с гололедом. Но, к сожалению, огромное количество антигололедных препаратов пагубно влияют на окружающую среду, а также жизнедеятельность человека. Именно поэтому необходимо проанализировав современные методы борьбы с гололедом, разработать наиболее безопасные и экологически безвредные. В связи с вышеизложенным, можно определить цель моей работы.

Цель работы: изучение отрицательного влияния противогололёдных реагентов на рост растений.

В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:

  1. познакомиться с литературой по данной проблеме;

  2. изучить состав противогололёдных реагентов;

  3. провести исследование влияния противогололёдных реагентов на растительные объекты;

  4. изучить и оценить токсические свойства некоторых антигололедных препаратов при помощи эксперимента.

1. Литературный обзор

1.1.Общая характеристика антигололёдных реагентов

На сегодняшний день существует огромный спрос на так называемые антигололедные реагенты. Сегодня к антигололедным реагентам предъявляются достаточно серьезные требования, связанные не только с эффективностью материалов, но и с их безопасностью. Антигололёдные реагенты — это хлориды металлов, таких как натрий, магний, кальций, применяемые для борьбы со льдом и гололедицей в зимний период. Химические, комбинированные и фрикционные противогололёдные материалы, применяются в твёрдом или жидком виде для борьбы с зимней скользкостью на автомобильных дорогах общего пользования, улицах и дорогах городов, посёлков и сельских поселений. Все реагенты имеют одно общее свойство — понижать точку плавления снега. В снежную, слякотную погоду реагенты чаще всего используются твёрдые, а в сухую погоду, при гололёде — жидкие химические вещества. При попадании твердого антигололёдного реагента на ледяную поверхность снега или льда, его кристаллы начинают активно впитывать (поглощать) влагу из окружающей среды. При переходе из твёрдой фазы в жидкую реагент начинает выделять тепло, которое и используется для растопления снега. Образовавшаяся из растопленного снега, льда и реагента масса называется рассолом, имеющий температуру замерзания ниже температуры замерзания воды. Именно раствор антигололедного реагента пока его концентрация такова, растапливает лед и предотвращает возникновение гололёдных образований.[6]

1.2.Историческая справка об использовании противогололёдных реагентов

История антигололедных реагентов начинается в середины прошлого года, когда сразу после войны начали впервые использовать вещества для топления льда. В Европе применение хлоридов началось в Швеции с 1947 года, в Великобритании – с 1960 года. В России противогололедные соли впервые стали использовать в 1966 году: к песку добавлялись хлориды натрия и кальция в количестве 2% по весу. До середины 60-х годов на территории СССР применение чистых солей на дорогах почти не практиковалось. В зимний период использовались только фрикционные материалы в смеси с солью или без нее. Лед частично подтапливался, а оставшаяся часть ледового покрытия теряла свое проскальзывающее свойство, в результате чего дороги оставались в относительном эксплуатационном состоянии. Это было достаточно просто и вполне дешево, поэтому использовалось повсеместно, начиная от малых городов и заканчивая советскими мегаполисами. Однако такая смесь, которая, честно говоря, не являлась антигололедным реагентом в современном понимании этого термина, имела большое количество недостатков. Так, песок сильно забивал ливневые канализации, и требовалось достаточно много времени и денег для того, чтобы очистить стоки. Забитые канализации снижали эффективность такого антигололедного реагента: во время дневного таяния льда вода собиралась на дорогах, но не проходила в канализацию, а уже ночью дороги покрывал новый слой льда, поверх песка, и все приходилось делать сначала. Количество песка стали сокращать. При этом долю технической соли (NaCl – техн.) стали повышать. Спустя несколько десятков лет появились первые «плоды»: в результате широкого использования соли, почва серьезно изменила свой состав, что сказалось на здоровье и развитии растений. Если учесть, что в Европе или США соль строго дозируется – не более 30 грамм на один квадратный метр дорожного полотна, то в России норму превышали в несколько раз, раскидывая соль точно так же, как ранее - пескосоляную смесь. Доходило до того, что снег со льдом сходили, а дорога оставалась белой – от соли. Подобный перерасход соли приводил к тому, что соль начинала разъедать не только лед, но и колеса и кузова автомобилей, обувь пешеходов и даже контактные сети троллейбусов и трамваем. Постепенно соль из средства борьбы со льдом сама стала проблемой. В немалой степени страдал общественный транспорт – пары соли разъедали электропровода, вследствие чего водителям троллейбусов приходилось постоянно останавливаться, чтобы перекинуть штанги токоприемника на целые участки проводов, что не могло не приводить к появлению заторов. В результате слишком большого содержания соли в почве начали гибнуть зеленые насаждения. Экологическая ситуация в крупных города стремительно ухудшалась – есть данные, что в Москве соляные пары поднимались на высоту до 15 метров. Наконец, экологи заявили, что если не прекратить посыпку дорог солью, то положение дел станет необратимым. Было принято решение использовать более продвинутые средства, которые не столь разрушительно влияют на окружающую среду. При этом главным критерием при подборе реагента для борьбы с гололедом стала его нейтральность – то есть он должен был взаимодействовать только со льдом, не затрагивая ничего более – ни металл, ни пластмассу, ни резину, ни прочие материалы. [7]

1.3.Борьба с зимней скользкостью

Борьба с зимней скользкостью ведется по трем направлениям: улучшение сцепления колес автомобилей с покрытием; удаление снежно-ледяных образований с дорожного покрытия; предотвращение образования скользкости. Основные способы борьбы: фрикционный, химический, тепловой и механический. [3]Широко распространен фрикционный способ, заключающийся в рассыпании по поверхности обледенелого слоя материалов, повышающих коэффициент сцепления шин с дорогой (песка, шлака, золы и т. д.). Недостатками фрикционного способа являются значительные транспортные расходы на перевозку и распределение материалов. Обычно песок наносится на покрытие в количестве до 340 кг на км на 1 полосу движения. Песок предназначен для временного увеличения сцепления между колесами транспортных средств и покрытием. Большое распространение получил комбинированный химико-фрикционный метод, когда фрикционные материалы (песок) смешиваются с твердыми хлоридами в различных соотношениях. Песок или высевки могут быть применены «напрямую», могут быть предварительно увлажнены растворами солей (в хранилище или при погрузке в пескораспределитель) или поставляться смешанными с солью (с соотношением песок: соль от 1:1 до 4:1). Получаемые выгоды являются временными, если не заставить абразивы задерживаться на снеге или льду. Улучшение сцепления в основном зависит от расхода материала (до 580 кг/км/полоса движения). [5]Существует три способа удержать абразивы на дорожном покрытии: предварительное увлажнение абразивов растворами жидких противогололедных реагентов, нагрев абразивов до применения, смешивание абразивов с водой до применения.Механический способ борьбы с зимней скользкостью предусматривает использование самоходных и прицепных машин и механизмов ударного, скребкового, вибрационного или срезывающего действия для разрыхления и отделения льда и уплотненного снега от покрытия. Применение таких машин пригодно для складывания и срезания толстых уплотненных снежно-ледяных корок. Основной путь повышения эффективности борьбы с зимней скользкостью – полное удаление ледяного или снежно-ледяного слоя тепловым или химическим способом. Тепловой способ применяется в двух видах: удаление снежно-ледяных отложений путем подогрева покрытий нагревательными элементами, закладываемыми в покрытия и удаление снежно-ледяного слоя с покрытий с помощью тепловых машин. Нагревательные системы, применяемые для покрытий, используют токопроводящий кабель с высоким сопротивлением или трубы, содержащие горячий теплоноситель. Другой источник энергии – микроволновый нагрев. При прямом электрическом нагреве постоянный ток подводится к токопроводящему верхнему слою бетона на поверхности моста, чтобы получить температуру, достаточную для плавления льда. Недостатки применения тепловых аэродромных машин для удаления снежно-ледяных отложений путем подогрева покрытий автомобильных дорог:

- движение транспорта во время работы тепловой машины приходится прерывать, что приводит к образованию транспортных «заторов» на участке и вызывает необходимость периодических остановок для пропуска скопившихся автомобилей; - производительность существующих тепловых аэродромных машин невысока при высоком удельном расходе топлива, что делает тепловой способ сравнительно дорогим; - работа тепловой машины сопровождается сильным шумом и отбрасыванием на значительное расстояние кусков льда и уплотненного снега, что затрудняет их использование в населенных пунктах; - при работе тепловых машин на участках дорог, огражденных блоками или криволинейным брусом, а также на мостах с перилами наблюдается так называемый «отбойный эффект». Он выражается в отбрасывании обратно на дорогу снежных и ледяных частиц.[6]

1.4. Современные технологии применения противогололедных реагентов

Техническая соль и песок в качестве противогололедных реагентов имеют массу недостатков, особенно соль, однако все они искупаются, во-первых, дешевизной и того, и другого веществ, во-вторых, удовлетворительной эффективностью. Техническая соль является единственным из всех противогололедных реагентов, который не ухудшает коэффициент сцепления асфальтового покрытия с шинами. Химическая промышленность России предлагает массу новых более современных составов, которые способны плавить лед при более низких температурах, чем поваренная соль (до -35° С), гораздо менее токсичны для зеленых насаждений и городских животных, меньше повреждают бетон и асфальт, не говоря уже о кожаной обуви и металлических деталях машин. Огромное значение приобретает именно своевременность нанесения противогололедных реагентов на проезжую часть, а для этого необходимо учитывать прогноз погоды и ситуации на дорогах. Такие меры позволяют значительно сократить расход соли и песка, а, следовательно, их отрицательное влияние на экологию города.[1] Следует затронуть еще один аспект проблемы, а именно масштабы применения реагентов. Это огромная нагрузка на окружающую среду и инфраструктуру города, учитывая коррозионную и химическую активность этих реагентов. Для горожанина все эти химические вещества постепенно становятся такой же составляющей окружающей среды, как снег, дождь, почва под ногами. Техническая соль пока находит свое применение, но в ограниченном количестве. [2]

2. Результаты исследований и их обсуждение

  1.  
    1. Изучение влияния соли на растения.

Цель: провести небольшое исследование по определению влияния соли на растения.

Исследование основывается на эксперименте.

Ход работы

В течение 2 недель поливали комнатное растение хлорофитум (Chlorophytum) раствором поваренной соли. Пропорции раствора следующие: на 200 мл воды 2 г поваренной соли. Наблюдения за внешним видом растения отмечены в таблице:

Дата полива

Изменения

04.01.2016

Изменений нет.

07.01.2016

Внешний вид растения в норме, земля в горшке влажная

10.01.2016

Края листьев слегка опущены, земля в горшке сырая

13.01.2016

Листья вялые, в горшке стоит вода

16.01.2016

Листья и ветки вялые, заметно опущены вниз, земля сырая с белым налетом.

Для сравнения такой же опыт был проведен с обычной проточной водой. Исследование не показало особых изменений в жизнедеятельности растения. Наоборот, растение увеличилось в размере, приобрело более здоровый вид.

Вывод

Таким образом, эксперимент показал, что соль действительно отрицательно влияет на растения. Следовательно, она негативно воздействует и на все предметы, с которыми соприкасается: лапы животных, обувь, нижняя часть автомобилей.

Рекомендации

Изучив информацию и проделав опыт, были разработаны практические советы и рекомендации:

  1. использовать более современные антигололедные реагенты, такие как «Биодор» и «ЭСБГ»;

  2. использовать мраморную или гранитную крошку;

  3. соблюдать нормы (допустимую дозу) и концентрацию, также технологию распыления;

  4. обрабатывать улицы до выпадения осадков;

  5. мыть дорожное полотно специальными чистящими средствами;

  6. в составе асфальтобетонной смеси применять наполнитель «Грикол», который придает покрытию дороги антигололедные свойства.

  1.  
    1. Изучение влияния современных противогололедных реагентов на растения.

Цель: провести небольшое исследование по определению влияния современных противогололедных реагентов на растения и почву.

Исследование основывается на эксперименте.

Ход работы

Для исследования влияния противогололедных реагентов на растения в качестве субстратов нами были выбраны семена культурных растений семейства бобовых. Это семена гороха и фасоли. После посадки семян их поливали растворами противогололедных реагентов определенной концентрации через каждые 2-3 дня. Исследовали влияние растворов двух типов солей на всхожесть, скорость роста, цвет листьев, развитость корневой системы растений. Для этого проводили многократное измерение роста стеблей, описывали изменения внешнего вида растений и эти данные вносили в протокол. С целью сравнения в качестве контроля первый образец семян поливали водой.

Исследование

Дата

Действия

Наблюдения

05.12.15

Посадка семян гороха и фасоли по 18шт. и полив их водой

-

06.12.15

Приготовление 20% растворов и полив

-

08.12.15

Повторный полив растворами

Появились ростки в образцах, политой водой и соляно-песчаным раствором

11.12.15

Приготовление растворов и полив ими

В третьем образце, политым химическим реагентом «Бионордом» всходы не появились

13.12.15

Повторный полив растворами

-

16.12.15

Проводили измерение

Наблюдается замедление роста во втором образце

17.12.15

Полив растворами

-

19.12.15

Приготовление растворов и полив ими

Во втором образце ростки сухие

21.12.15

Проводили измерение

-

22.12.15

Приготовление растворов и полив ими

-

24.12.15

Проводили измерение

-

27.12.15

Проводили измерение длины корней

Наблюдали превышение длины корней в разных образцах

Результаты измерений

От 16.12.15 табл.1

Жидкости для полива

Семена

Общее число всходов

из 18 шт

Средняя длина ростков (в см)

Вода

Горох

16 (89%)

(17,5+17,5+16+15+14,5+14+15,5+14+15,5+19+8+16,5+10+13+14,5+13,5)/16=15

Фасоль

15 (83%)

(19+18,5+14,5+16+15,5+17+17,5+15,5+19+18,5+16,5+17+16,5+13+19+18,5+12+16+14,5)/19=16,5

Соляно-песчаная смесь

Горох

9 (50%)

(11+14+11+14,5+12,5+5+11+9+11)/9=11

Фасоль

8 (45%)

(8+10,5+9,5+7,5+7+8,5+6+9)/8=8

«Бионорд»

Горох

0 (0%)

-

Фасоль

0 (0%)

-

Вывод:

Исходя из данных таблицы можно, сделать вывод, что полив раствором соляно-песчаной смеси (СПС) на всхожесть семян практически не влияет, а при поливе раствором Бионорда (Б) всхожесть при концентрации 200 г на 1литр составляет 0%; при поливе 20% раствором соляно-песчаной смеси наблюдалось замедление ростовых процессов.

От 21.12.12 табл.2

Жидкости для полива

Семена

Общее число всходов из 18 шт

Средняя длина ростков (в см)

Вода

Горох

16(89%)

(18+18,5+17+16+16+15+16,5+20+8+16,5+12+13,5+15+14+15+16,5)/16=15,5

Фасоль

15(83%)

(21+20+15+17+20+19+17,5+17,5+18+17,5+14+21+20+15+17,5)/15=18

Соляно-песчаная смесь

Горох

9(50%)

(12+14,5+11+14+6+13,5+10+11,5+12)/9=11,6

Фасоль

8(45%)

(8,5+11+10+8+6,5+10+8+8)/8=9

Бионорд

Горох

0 (0%)

-

Фасоль

0 (0%)

-

От 24.12.12 табл.3

Жидкости для полива

Семена

Общее число всходов из 20шт

Средняя длина ростков (в см)

Вода

Горох

16 (89%)

(19+20+19+17+17+16+17,5+21+9+17+13+14+15,5+15+17,5+15)/16=16,5

Фасоль

15

(83%)

(22+21+16+17,5+21,5+20+19+18+19+18+14,5+22+21,5+16+18)/15=19

Соляно-песчаная смесь

Горох

9 (50%)

(12+15+11,5+14+6+14+10,5+11,5+12)/9=11,8

Фасоль

8 (45%)

(8,5+11,5+10+8+7+10,5+8+8,5)/8=9

Бионорд

Горох

0 (0%)

-

Фасоль

0 (0%)

-

Вывод:

Данные табл.2 и табл.3 подтверждают, что дальнейший полив 20% раствором СПС, который содержит NaCl, тормозит ростовые процессы. Это скорее связано с изменением сосущей силы корней, т.е. нарушением баланса между осмотическим и тургорным давлением. Интенсивность поглощения воды корневыми волосками - сосущая сила (S) равна разнице между осмотическим (P) и тургорным (T) давлением: S=P-T. У растений, политых раствором СПС, изменения в окраске листьев не наблюдались, но листья на второй день после полива становились вялыми. После получения предыдущих результатов сравнили развитость корневой системы. Корневая система растений, политых водой, хорошо развита, корневые чехлики были светло желтого цвета; политых СПС- развита слабо, корневые чехлики имели коричневую окраску; политых Б - корни сгнили.

Целью следующего этапа исследование было определение безопасных концентраций солей в растворе, при которых они не будут пагубно влиять на всхожесть. Исходя из данных предыдущего этапа исследования (при концентрации 200 г «Бионорда» на 1 литр всхожесть составляет 0%, а СПС - 80-100% по сравнению с эталоном (эталон-полив водой) ) концентрацию Б уменьшили, СПС-увеличили.

Табл.4 Зависимость всхожести от концентрации растворов солей

РАСТВОРЫ

ВСХОЖЕСТЬ

СПС 30%

70%

СПС40%

24%

СПС 60%

0%

Бионорд 15%

0%

Бионорд 10%

20%

Бионорд 5%

45%

Вывод:

В ходе исследования было выяснено, что и соляно-песчаная смесь и «Бионорд» отрицательно влияют на растительность. Пагубное влияние «Бионорда» при одинаковых концентрациях солей выражено сильнее. Но при соблюдении нормы распределения можно уменьшить это влияние. Решением проблемы сохранения города чистым и зеленым видим в соблюдении норм и вывозе снега, смешанного с реагентами до его таяния в плавильные бункеры.

  1.  
    1. Анкетирование учащихся школы по вопросу использования противогололедных реагентов

Цель: провести небольшое исследование по определению знания знания населением противогололедных реагентов, а также их рационального использования.

Исследование основывается на анкетировании.

Методика исследования.

Для опроса была составлена следующая анкета:

  1. Сейчас зима и на тротуарах и дорогах активно используются антигололедные реагенты. Представляете ли вы их химический состав?

  2. Какой бы реагент вы предпочли для использования на территории нашего микрорайона:

А) гранитную и мраморную крошку

Б) песок

В) песко-соляную смесь

Г) химический противогололедный реагент

Д) не использовать никакого реагента, просто тщательно убирать снег и лед с тротуаров.

  1. Как использование противогололедных реагентов отражается на экологической ситуации в городе?

А) не ухудшает

Б) ухудшает незначительно

В) сильно ухудшает

Г) приводит к экологической катастрофе

  1. Нужно ли следить за нормами расходования реагентов?

Результаты:

В опросе приняли участие 100 человек.

89 респондентов из 100 опрошенных не представляют себе химический состав реагента, который в огромных количествах рассыпан у них под ногами, но считает, что его использование сильно ухудшает экологическую ситуацию в Нижнем Новгороде.

(ответы б и в).

По поводу того, какой реагент лучше использовать мнения разделились:

- 63 человека считают, что лучше и экологически безопаснее использовать песок;

- 17 человек считают экологически более безопасным применение гранитной и мраморной крошки;

- 13опрошенных предпочли бы применение песко-соляной смеси;

-4 респондента предлагают не использовать вообще никаких реагентов и лучше очищать тротуара от снега и льда;

- и только 3 человека высказались за использование химического противогололедного реагента.

Все без исключения респонденты понимают опасность бесконтрольного применения реагентов и считают, что необходимо строго соблюдать нормы их расходования.

Людям не хватает информации по этому вопросу, поэтому необходимо хотя бы на уровне школы вести разъяснительную работу по использованию антигололедных реагентов.

  1.  
    1. Выводы и предложения

В результате анализа химического состава антигололедных реагентов, исследования содержания в почве и снеговых пробах хлоридов и сульфатов, выявлено, что применение данного реагента вызывает серьезную хлоридную и сульфатную засоленность почвы. Соль отрицательно влияет на растительность, в результате её воздействия появляются симптомы продолжительного токсичного эффекта - пережженные и коричневые листья. Воздействие хлоридов нарушает нормальное протекание процессов фотосинтеза и дыхания у растений. При повышенном уровне токсичности зеленая масса будет полностью уничтожена. Даже небольшое превышение содержание этих солей в почве может привести к преждевременному пожелтению листьев и их более раннему опаданию осенью. После продолжительных дождей, вымывающих хлориды из почвы, ситуация немного улучшается, но приходит зима а вместе с ней и новые огромные порции хлоридов и сульфатов попадающие в почву.

Я считаю необходимым:

  1. Информировать население о том вреде, который наносит неконтролируемое применение противогололедных реагентов для экологии Нижнего Новгорода, а также об их разнообразии и химическом составе, что позволит людям проанализировать экологические риски от их использования

  2. Привлечь учащихся школы к мониторингу улиц и контролю за использованием химических реагентов на тротуарах.

Список использованных источников и литературы:

  1. Воробьев Л.А. «Химический анализ почвы» МГУ, 1998, 50-65 с.

  2. Малинина М.С., Мотузова Г.В. « Методы получения почвенных растворов при почвенно-химическом мониторинге. Физические и химические методы исследования почв". МГУ, 1994, с.101-129.

  3. МАДИ (ГТУ)(36), ООО ЭКЦ «ЭКОН» Справочник дорожных терминов, 20-23 с.

  4. Мосин О.В. Статья об антигололедных средствах 2008, 12-15 с.

  5. Перрин Д., Органические аналитические реагенты, пер. с англ., М., 1967, 30-32 с.

  6. Химические реактивы и препараты, под общей ред. В. И. Кузнецова, М. — Л., 1953, 8-14 с.

  7. «Эколого-гигиеническая оценка опасности антигололедных реагентов» А.Г. Стародубов, С.Б. Чудакова. Сборник докладов 4-ого Международного конгресса по управлению отходами, 2005, 20-32 с.

18

Просмотров работы: 5996