XXIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Моделирование в оценке экологического состояния почв села Медяково

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Сенютич С.С. 1

---

1МБОУ Медяковская СОШ Купинского района

Черенкова Н.Н. 1

---

1МБОУ Медяковская СОШ Купинского района

Работа в формате PDF

97.3 KB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Почва – одно из важнейших богатств, которыми располагает человек, а ее состояние-показатель экологически чистой территории, как в крупных городах, так и в сельской местности. И село Медяково - не исключение. В нашем населенном пункте развита инфраструктура, есть автотранспорт, работает центральная котельная, автозаправочная станция. Эти объекты загрязняют отходами атмосферу и почвенный слой, накапливая в нём вредные вещества. Актуальность данного исследования. Определение степени экологического загрязнения почв села, чтобы наиболее рационально использовать эти земли, вовремя проводить работы по сохранению их плодородия. В связи с этим мной была выдвинута гипотеза: действительно ли почвы с. Медяково несут на себе следы антропогенного загрязнения. Цель: провести оценку экологического состояния территории социально значимых объектов с. Медяково на основе почвенных анализов и биотестирования. Для достижения поставленной цели, необходимо было решить следующие задачи:

• проанализировать литературу по теме исследования;

• охарактеризовать почвы с. Медяково;

• экспериментально смоделировать экологическую почвенную среду и выяснить ее влияние на рост растений;

• провести химический анализ почвенных образцов;

• сделать вывод об экологическом состоянии почв с. Медяково.

Объект исследования: почвенные образцы, взятые с социально значимых территорий с. Медяково Предмет исследования:экологическое состояние почв социально значимых объектов села.

Практическое значение: познакомиться с методикой проведения опытов с почвой, обратить внимание на необходимость бережного отношения к почвенным ресурсам родного края. Методы исследования: эмпирические (изучение научной литературы, наблюдение, эксперимент); теоретические (анализ, сравнение, обобщение результатов); эксперимент, моделирование, химический анализ.

Основная часть

Глава 1. Обзор литературы по проблеме исследования.

Почва, как объект оценки экологического состояния

Почва обладает способностью поглощать и удерживать в себе разные загрязняющие вещества, являясь своеобразным фильтром, предотвращающим поступление вредных соединений в природные воды, растения и далее по пищевым цепям в животные организмы и человека. Однако возможности почвы в этом отношении небезграничные, а уровень техногенного прессинга все возрастает, поэтому необходимо отслеживать экологическое состояние почвы, чтобы вовремя предотвратить случаи ее опасного загрязнения. Оценка экологического состояния почв - это определение соответствия состояния почв ее экологической норме.

Характеристика методов оценки экологического состояния почвы

Оценка экологического состояния почвы осуществляется с помощью комплекса методов: физических, химических и биологических. Химический метод позволяет установить химический состав почвы. Определить общее содержание многих элементов возможно с помощью элементарного анализа. Другим важным компонентом химического метода является анализ водной вытяжки, особенно значимый при исследовании засоленных почв. Результат данного исследования показывает содержание водорастворимых веществ: сульфатов, хлоридов и карбонатов кальция, магния, натрия и других элементов. Также химический метод позволяет определить поглотительную способность почвы. Результаты данного исследования помогают определить потребность почвы в удобрениях. Также химический метод включает в себя изучение состава органических веществ почвы, форм соединений основных почвенных компонентов, в том числе микроэлементов. Физический метод позволяет оценить физические свойства почвы (объемный вес, удельный вес, пористость). К биологическим методам относятся биоиндикация и биотестирование. Биоиндикация - это метод обнаружения и оценки воздействия абиотических и биотических факторов на живые организмы при помощи биологических систем. Биотестирование – метод, позволяющий установить токсичность среды с помощью тест - объектов.

Материалы и методики исследования Почвы с. Медяково Территория с. Медяково расположена на юго - западе Новосибирской области, в степной природной зоне. Почвы этой зоны кислые, характеризуются низким плодородием и наличием зольного горизонта. Это черноземы южные, каштановые почвы и степные солонцы. При использовании в сельскохозяйственных целях их необходимо удобрять.

Экспериментальная часть Характеристика почвенных образцов

С целью ознакомления с экологическим состоянием почв с. Медяково, в октябре 2023 г. я провел исследование нескольких почвенных образцов (проб), взятых с различных участков села. Глубина взятия почвенных образцов не превышала 10 см, пробы были высушены на открытом воздухе в течение двух недель слоем в 2 см., затем расфасованы в пакеты, сфотографированы и пронумерованы для дальнейшего исследования. Проба № 1. Грунт Универсальный для рассады «TERRA VITA» Проба № 2 Территория Медяковской врачебной амбулатории Проба № 3. Культурный слой с личного садового участка, расположенного по адресу: с. Медяково, ул. Ударник, д. 64 кв. 1 Проба № 4. Почвенный грунт, взятый с территории ЦК с. Медяково Проба № 5. Пришкольная территория МБОУ Медяковской СОШ Купинского района. Рис.1. Фото почвенных образцов, взятых с различных участков села. Цвет, механический состав, структура, новообразования – основные характеристики почвенных горизонтов. Важная характеристика почвы – механический состав, характеризующий ее плодородие и определяющий видовой состав и жизнеспособность растений. Чтобы определить содержание в грунте тех или иных механических элементов, я воспользовался методом Качинского. [2] Результаты определения гранулометрического и механического состава проб почв были занесены в таблицу. Таблица 1. Характеристика почвенных образцов

2.2. Экспериментальное моделирование стрессовых ситуаций от воздействия химических факторов на зеленое растение

Для этого можно использовать растения, образующие проростки с несколькими зелёными листочками. Методика эксперимента взята из экологического практикума. [ ]

Эксперимент 1. Взяли 7 пробирок, предварительно пронумеровав. В каждую из них поместили по 5 мл. раствора согласно данным таблицы 2, создав искусственно приготовленные экологические среды и наблюдали за реакцией растения.

В таблице 2 «Опыт по моделированию экологических ситуаций и его результаты» приведены данные о реакции растения на воздействие экстремально высоких концентраций химических веществ.

Таблица 2. Опыт по моделированию экологических ситуаций и его результаты

Эксперимент 2. Влияние почвенной среды на рост растений

Цель: выявить реакции проростков томатов и лука репчатого на естественную почвенную среду. Оборудование и материалы: почвенные образцы, недельные здоровые проросткитоматов сорта «Бычье сердце».

Ход эксперимента

Возьмём недельные здоровые проростки томатов, высадим в почвенные образцы и наблюдаем за изменениями. Во время эксперимента растения находились под естественным освещением, без корневых подкормок. Два раза в неделю проводилось рыхление почвы и полив растений. Этапы проведения опыта зафиксированы в таблицах 3 и 4. Таблица 3. Влияние почвенной среды на рост проростков томатов сорта «Бычье сердце»

Таблица 4. Видимые изменения побегов томатов сорта «Бычье сердце»

№ образца	Изменение побегов
1	Скручивание листьев
2	Скручивание листьев, истончение стебля
3	Скручивание листьев
4	Скручивание листьев, пожелтение побегов, осветление и гибель корня
5	Скручивание листьев, истончение стебля

Вывод: на примере проростков томатов сорта «Бычье сердце» наблюдаем скручивание листьев и пожелтение побегов, осветление и гибель корня, что привело к увяданию и гибели проростков. Активному росту растений препятствовало низкое плодородие и качество взятых образцов почвы

Таблица 5. Влияние почвенной среды на рост лука репчатого

Таблица 6. Видимые изменения побегов лука репчатого во время опыта

№ образца	Видимые изменения побегов
1	Незначительное пожелтение побегов, большая масса побегов, гармоничное развитие зеленого пучка
2	Слабое пожелтение побегов, отстаёт в развитии, небольшая масса побегов, неравномерное развитие лука
3	Слабое пожелтение побегов, скручивание побегов, большая масса
4	Гармоничный пучок побегов, незначительное повреждение, скручивание
5	Большая масса побегов

Вывод: во всех образцах почв, взятых для исследования, побеги лука репчатого развивались, продолжался их рост. Изменения окраски побегов, скорости роста, особенностей развития пучка свидетельствует о неприхотливости лука репчатого к почве. Рис.2. Фото проведения опытов «Влияние почвенной среды на рост и развитие побегов лука репчатого и томатов сорта «Бычье сердце» Сравнивая результаты эксперимента по моделированию искусственной среды с результатами опыта реакции растений, делаем выводы:

• идеальным для развития побегов растений стал универсальный грунт. Побеги томатов и лука репчатого хорошо развивались, наблюдался устойчивый рост.

• почвенная проба № 5 не подходят для активного роста и развития томатов, но может использоваться для выращивания лука репчатого, неприхотливого к малоплодородным почвам.

• в развитии побегов томатов замечены признаки загрязнения почв солями тяжёлых металлов (отмирание корня, увядание листьев), избытка минеральных веществ (отмирание корня, пожелтение, увядание листьев), загрязнения органическими соединениями (скручивание листьев), защелачивание почв (увядание, истончение корня). Побеги лука в почвенных образцах развивались неодинаково, что говорит о различиях в их почвенном составе.

2.4. Химический анализ почв Проведенный химический анализ исследуемых образцов почв помог определить кислотность и наличие ионов солей металлов.[3] На основании данных опытов подтвердим или опровергнем наши выводы.

Плодородию почв серьезный ущерб наносит появление кислотности в почве, вызванное с одной стороны, условиями почвообразования, с другой - антропогенной деятельностью человека. В первом случае кислые продукты ежегодно образуются при разложении микроорганизмами опавшей листвы, хвои, коры деревьев. Антропогенная деятельность – это выбросы промышленных предприятий, вызывающие появление кислотных дождей, и минеральные удобрения, при внесении которых в больших количествах, приводит к повышению кислотности почвы.

Опыт 1. Определение рН почвенной вытяжки и оценка кислотности почв. Для обозначения реакции почвенного раствора пользуемся показателем рН. Большинство растений предпочитают слабокислые или нейтральные почвы, но есть и такие, которые хорошо растут и в кислых и щелочных почвенных субстратах.

Ход исследования

Нальем в пробирку 5 мл почвенной вытяжки и протестируем с помощью универсального индикатора. Результаты определим по цветной шкале значений рН. Приготовление почвенной вытяжки. Высушили отобранный образец почвы на воздухе. Взвесили пустой чистый стакан на 200 мл. В стакан поместили высушенную почву на 1/3 высоты и снова взвесим его, определив массу почвы в граммах (m). Добавили к почве раствор хлорида калия в количестве 2,5 * m в мл (5 мл раствора на 2 г почвы), приготовив тем самым солевую вытяжку. Объём раствора хлорида калия отмерим с помощью цилиндра. Перемешали содержимое стакана в течение 3 – 5 минут с помощью стеклянной палочки. Отфильтровали содержимое стакана через бумажный фильтр. Собирали готовую вытяжку в нижний стакан на 50 мл. Аналогично приготовили водную вытяжку. Используем вместо раствора хлорида калия чистую воду. В соотношении 5 * m (5 мл воды на 1 г почвы). Солевую вытяжку используем для определения кислотности почвы, а водную – для определения засолённости почвы [4]. Проводя анализ на наличие катионов и анионов в пробах почвенной вытяжки, использовали в качестве контрольного раствора дистиллированную воду

Вывод: значения pH почвенной вытяжки образцов варьируются от 6 до 8, что говорит о слабокислой, нейтральной и щелочной среде почв. Преобладает защелачивание почв, что вредно для произрастания большинства культурных растений Рис.3. Фото проведения опыта «Определение рН почвенной вытяжки и оценка кислотности почв»

Опыт 2. Обнаружение органических веществ.

Ход исследования

В пробирку с почвенной вытяжкой прибавляем по капле 5% раствора перманганата калия KMnO4. Исчезновение окраски в исследуемой воде указывает на присутствие в ней органических веществ. Вывод: во всех почвенных образцах обнаружены органические вещества, в пробах 1, 3 – выраженная доза органических веществ. Наличие органических веществ характерно для почв, содержащих гумусовые частицы.

Опыт 3. Определение ионов железа Fe3+. Цель: определить ионы железа в почвенной вытяжке. Оборудование и материалы: почвенная вытяжка, растворы соляной кислоты и пероксида водорода, тиоционата калия.

Ход исследования

К 10 мл почвенной вытяжки прибавим 1-2 капли соляной кислоты HCL, несколько капель пероксида водорода и 0,2 мл (4 капли) 50% раствора тиоцианата калия KNCS. Перемешиваем и наблюдаем за развитием окраски. Определим содержание ионов по таблице 5. Метод чувствителен, можно определить до 0,02 мг\

Таблица 7. Определение ионов Fe3+ в пробах почвенной вытяжки.

Вывод: в пробах 1,2,4 обнаружены ионы железа в концентрации 0,1мг/л, в пробе 3 присутствие железа не обнаружено, а в пробе 5 ионы железа в концентрации 0,5 мг/литр. Это может быть обусловлено естественным повышенным содержанием железа в промывных подзолистых почвах.

Опыт 4. Определение ионов Pb2+(качественное). Цель: определить ионы свинца в почвенных вытяжках образцов почв с. Медяково. Оборудование и материалы: растворы иодида калия, уксусной кислоты

Ход исследования

Иодид калия дает в растворе с ионами свинца характерный осадок иодида свинца. К 5 мл испытуемого раствора прибавим немного иодида калия, после чего, добавив уксусной кислоты CH3COOH, нагреем содержимое пробирки до полного растворения, первоначально выпавшего малохарактерного желтого осадка иодида свинца. Охладим полученный раствор под краном, при этом иодид свинца выпадет снова, но уже в виде золотистых кристаллов.

Вывод: Незначительное содержание ионов свинца обнаружено в пробах почв 2, выраженное – в пробе 4. Это говорит об антропогенном загрязнении территории, так как пробы взяты с территории Медяковской врачебной амбулатории и центральной котельной. Загрязнение почв этих территорий тяжёлым металлом, способным накапливаться в течение долгого времени, вызывает тревогу.

Опыт 5. Определение ионов меди Cu2+ (качественное). Цель: определить ионы меди в вытяжках почвенных образцов. Оборудование и материалы: предметное стекло, концентрированный раствор аммиака.

Ход исследования

На предметное стекло поместим несколько капель исследуемого раствора, выпарим досуха, затем прибавим 1 каплю концентрированного раствора аммиака NH4ОН. Появление интенсивно синего цвета свидетельствует о наличии ионов меди.

Вывод: Наличие ионов меди в почвенных вытяжках не обнаружено.

Опыт 6. Определение ионов хлора CI - (качественное). Цель: определить содержание ионов хлора в почвенных образцах. Оборудование и материалы: почвенная вытяжка, раствор нитрата серебра, азотная кислота

Ход исследования

К 5 мл почвенной вытяжки добавим 3 капли 10% раствора нитрата серебраAgNO3, подкисленного азотной кислотой HNO3.

Образуется осадок или муть: Ag+ +CI-=AgCI

Вывод: в результате опыта следы ионов хлора обнаружены во всех почвенных образцах, в некоторых пробах (1,3,4,5) наблюдалось слабое помутнение (1-10 мг/литр), в пробе 2 и 6 – заметное помутнение, что говорит о концентрации ионов

Опыт 7. Определение сульфат ионов SO42- (качественное) Цель: определить содержание сульфат - ионов в почвенных образцах взятых проб.

Оборудование и материалы: почвенная вытяжка, растворы соляной кислоты, хлорида бария, пробирки.

Ход исследования

К 5 мл вытяжки добавим 4 капли 10% раствора соляной кислоты HCL и 4 капли 5% раствора хлорида бария BaCL2. Образуется осадок или муть: Ba2+ +SO42-= BaSO4 (осадок)

Вывод: сульфат-ионы обнаружены в пробах 1, 4, 5, в концентрации 1-10 мг/литр. В почвенных вытяжках проб 2 и 3 присутствия сульфат-ионов не обнаружено. Опыт подтверждает факт антропогенного промышленного загрязнения в районе центральной котельной, МБОУ Медяковской СОШ (школьный автотранспорт). Рис.4. Фото проведения опытов «Определение ионов железа, меди, сульфат-ионов в почвенной вытяжке»

Обобщение результатов химического анализа почв взятых образцов

Проба № 1. Грунт покупной Универсальный «TERRA VITA» – слабокислый лёгкий суглинок, с высоким содержанием органики, нитратов, и солей. Не рекомендуем его для длительного использования в овощеводстве. Проба № 2. Медяковская врачебная амбулатория – нейтральная супесь с едким запахом, содержит следы свинца, железа и солей, почва загрязнена. Проба № 3. Культурный слой с личного садового участка, расположенного по адресу: с. Медяково, ул. Ударник, д. 64 кв. 1 - экологически чистый нейтральный суглинок. Проба № 4. Почвенный грунт, взятый с территории центральной котельной с. Медяково – защелаченая супесь с кусочками шлака, сильно загрязнена отходами производства. Проба № 5. Пришкольная территория МБОУ Медяковской СОШ Купинского района - нейтральный суглинок, малоплодородный, с содержанием солей.

Общий вывод по результатам исследования

Почвы с. Медяково подзолистые, промывные, суглинистые, малоплодородные, с нейтральным или щелочным значением рН. Метод моделирования искусственных экологических сред может использоваться для анализа поведения растения в естественной почвенной среде. Гипотеза исследования нашла своё подтверждение, в 3 из 5 почвенных пробах села были обнаружены признаки антропогенного загрязнения продуктами автотранспорта, нитратами, тяжёлыми металлами, продуктами отходов производства. Об этом свидетельствуют данные таблицы.

Таблица 8. Результаты исследования почвенной вытяжки

Заключение

Изучив литературу по проблеме исследования, выяснили, что оценка экологического состояния окружающей природной среды заключается в установлении степени ее соответствия экологической норме и определяется в ходе «экологической диагностики».

Объектом экологической диагностики может служить почва, Она обладает способностью поглощать и удерживать в себе разные загрязняющие вещества, поэтому необходимо отслеживать ее экологическое состояние, чтобы вовремя предотвратить опасные загрязнения.

Для оценки экологического состояния почвы использованы физико-химические и биологические методы, биотестирование.

В ходе исследования проведены физико-химические анализы почвы, взятой на территории социально значимых объекто

План исследования выполнен полностью.

Выдвинутая ранее гипотеза подтвердилась.

Библиографический список

1.Ашихмина Т.Я. Экологический мониторинг. Учебно-методическое пособие. Изд. 3-е, испр. и доп. - М.: Академический Проект, 2006. 416 с.

2. Боме Н.А., Рябикова В.Л. Почвоведение (Краткий курс: лабораторный практикум): учебное пособие. Тюмень. Издательство Тюменского ГУ, 2012, 206 с.

3. Воробьева Л. А. и др. Химический анализ почв. Вопросы и ответы. М. 2011. – 186 с.

4. Карпов Ю.А, Савостин А.П. Методы пробоотбора и пробоподготовки /учебное пособие / 3-е издание. М.: Лаборатория знаний, 2015. 246 с.

6. Муравьев А.Г. Оценка экологического состояния почвы / Под ред. к.х.н. А.Г. Муравьева /- СПб.: «Крисмас+», 2011, – 264с.

7. Экологическое почвоведение: Лабораторные занятия для студентов-экологов (бакалавров): Метод. указания /Сост. И.Н. Волкова, Г.В. Кондакова/ Яросл. гос. ун-т. - Ярославль, 2002. 35 с.