XXVII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

МОНИТОРИНГ СОДЕРЖАНИЯ СВИНЦА В ЛИСТЬЯХ КЛЁНА НА ТЕРРИТОРИИ ГОРОДА СОКОЛА

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Сухарева А.В. 1Сизихина С.А. 1

---

1БОУ СМО "СОШ №1"

Никонова И.Д. 1

---

1БОУ СМО "СОШ №1"

Работа в формате PDF

324.7 KB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

ВВЕДЕНИЕ

Клёны являются неотъемлемой частью городских и пригородных ландшафтов. Они не только украшают улицы и парки, но и играют важную роль в поддержании экологического баланса. Однако, как и все живые организмы, деревья подвержены влиянию окружающей среды, в том числе и загрязнению. Одним из распространенных загрязнителей, представляющих серьезную угрозу для здоровья человека и экосистем, является свинец.

Данное исследование направлено на изучение содержания свинца в листьях клёнов, произрастающих в различных зонах с разной степенью антропогенного воздействия. Работа является актуальной, так как в дальнейшем может помочь в оценке уровня загрязнения окружающей среды и потенциальных рисков для здоровья людей, проживающих на территории Сокольского муниципального округа.

Гипотеза исследования: содержание свинца в листьях клёнов будет выше в зонах с более интенсивным антропогенным воздействием, в частности, вблизи автодорог, по сравнению с зонами с меньшим уровнем загрязнения, таких как парки, жилые зоны и пригород.

Цель исследования: оценить степень загрязнения окружающей среды свинцом на основе его концентрации в листьях клёнов.

Задачи:

• определить и сравнить уровни содержания свинца в листьях клёнов, произрастающих в разных зонах,

• выявить зоны с наибольшим риском накопления свинца в растительности,

• проанализировать потенциальные источники поступления свинца в листья клёнов в каждой из исследуемых зон.

Объект исследования: листья клёна, произрастающие в местах с разной антропогенной нагрузкой.

Предмет исследования: накопление свинца в листьях клёна.

Методы: анализ, наблюдение, измерение, эксперимент.

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

1 Эколого-токсикологическая характеристика свинца

Свинец (Pb) – ковкий, пластичный и мягкий, сравнительно легкоплавкий металл серебристо-белого цвета с синеватым отливом. В соединениях может находиться в степенях окисления +2 и +4. Различные соединения свинца обладают разной токсичностью: малотоксичен стеарат свинца, токсичны соли неорганических кислот (хлорид свинца, сульфат свинца и др.), высокотоксичны алкилированные соединения, в частности, тетраэтилсвинец [6].

Свинец – токсичный тяжёлый металл, который представляет угрозу для экосистем. Его токсичность признана международным сообществом, свинец отнесён к классу высокоопасных для живых организмов веществ [2], [3].

Опасность свинцового загрязнения окружающей среды обусловлена не только высокой токсичностью, но и способностью свинца сохранять свои токсические свойства в течение длительного времени, при этом накапливаться в больших количествах в клетках и тканях живых организмов [1].

В атмосферу свинец обычно поступает в виде тонкодисперсных частиц оксидов или сульфидов, а реже – в виде других соединений неорганической или органической природы.

Загрязнение водоёмов свинцом происходит в основном от промышленных выбросов, а также с избыточными осадками в результате дождей и таяния снега [2].

Свинец негативно влияет на растения из-за высоких концентраций в почве, что приводит к нарушению физиологических процессов и снижению продуктивности растений, а в отдельных случаях к их гибели [1].

Свинец может поступать в растения:

• из почвы через корень (интенсивность поглощения зависит от свойств почвы: её типа, химического и механического состава, рН, концентрации других ионов и иных факторов),

• через листья (интенсивность поступления зависит в основном от анатомо-морфологических особенностей листьев и концентрации металла в воздухе и осадках) [1].

Вне зависимости от пути поступления свинец способен накапливаться в органах растений в больших количествах. Выделяют следующие механизмы воздействия свинца на растения:

• замедление роста и снижение биомассы из-за влияния ионов металла на деление и растяжение клеток,

• торможение скорости фотосинтеза из-за нарушений в фотосинтетическом аппарате,

• отрицательное воздействие на водный обмен,

• изменение дыхания,

• нарушение минерального питания – при высокой концентрации металла падает содержание фосфора, калия и кальция [1].

Кроме того, свинец вызывает окислительный стресс в клетках, что приводит к структурно-функциональным изменениям в клеточных мембранах [1].

2 Биологические особенности клёна как объекта исследования

Acer platanoides (клён остролистный, клён платановидный, клён платанолистный) – вид растений рода клён семейства сапиндовых [4].

Клен остролистный – листопадное дерево высотой 12-28 м с широкой, густой шаровидной кроной. Кора молодых деревьев гладкая, серо-коричневая, с возрастом темнеет до почти чёрной и покрывается длинными, узкими, переплетающимися продольными трещинами. Ветви крепкие, широкие, направлены вверх, коричневые либо красновато-серые. Листья простые, дланевидные, супротивные, с 5-7 зазубренными, крупнозубчатыми лопастями, на концах лопастей заострённые, голые, до 18 см в длину. В верхней части тёмно-зелёные, снизу более бледные, осенью приобретают жёлтую или оранжевую окраску и затем опадают. Цветки душистые, яркие, желтовато-зелёные, собраны в щиток из 15-30, появляются в первой половине мая до и во время распускания листьев. Клён остролистный – двудомное растение, то есть мужские и женские цветки обычно распускаются на разных деревьях [5].

В условиях интенсивного свинцового загрязнения у клёна отмечается появление хлорозных пятен, которые через некоторое время сменяются некрозными, затем происходит скручивание или засыхание листьев, возможно уменьшение размеров листьев (длины листовой пластинки, черешка, ширины листьев) [7].

3 Методика исследования

Для определения различий в накоплении свинца в листве клёнов были выбраны территории с различной степенью антропогенного воздействия: автодорога, пригородная территория, жилая зона и зона отдыха (парк). Подобное деление даёт возможность охватить весь диапазон вероятного загрязнения свинцом в городских условиях. Вариативность участков гарантирует достоверность информации о распределении данного тяжёлого металла.

Отбор проб листьев клёна проводился в период с 26.09.2025 по 28.09.2025 на территории Сокольского муниципального округа Вологодской области.

Места отбора проб указаны на рисунке 1.

Рисунок 1 – Места отбора проб

Единицей отбора в исследовании служил отдельный лист клёна, стандартизированный по возрасту (только полностью развитые листья) и по положению на кроне. От каждого дерева отбиралось заранее определённое число листьев (20 шт.). Состав выборки на контрольной точке формировался за счёт равномерного распределения по нескольким деревьям (5 шт.), что обеспечивало представительность. Такая стандартизация по возрасту листа, положению на кроне и числу образцов повышала сопоставимость данных между типовыми участками городской среды.

Для предотвращения перекрестного загрязнения применялись одноразовые перчатки, заменяемые между взятиями проб. Последовательность отбора организовывали таким образом, чтобы минимизировать перенос частиц от более загрязнённых участков к менее загрязнённым. Для упаковки использовались чистые непроницаемые пакеты с пометкой времени и условий отбора.

Перед анализом пробы высушивали при температуре 70°С до достижения постоянной массы, что обеспечивало удаление влаги. Далее материал подвергался измельчению до однородного состояния.

В ходе исследования использовался метод осаждения.

5,0 г исследуемой пробы помещали в химический стакан, приливали 50 мл этанола и 50 мл воды (для экстракции соединений свинца), кипятили на водяной бане и упаривали полученный раствор до объёма 50 мл. Затем смесь фильтровали, чтобы избавиться от крупных частиц. В полученный фильтрат добавляли по 5 капель свежеприготовленного раствора сульфида натрия Na₂S.

В результате выпадал осадок чёрного цвета PbS.

Смесь фильтровали, используя заранее взвешенный фильтр. Затем фильтр высушивали и повторно взвешивали для нахождения массы выпавшего PbS.

Массу полученного осадка находили по формуле:

m(осадка) = m(фильтра с осадком) – m(фильтра)

4 Результаты исследования

4.1 Характеристика исследуемых территорий

Деревня Есипово – населённый пункт, входящий в состав Боровецкого сельсовета. Расстояние по автодороге до районного центра Сокола составляет 6 км, а до центра муниципального образования Обросово – 5 км. Ближайшие населённые пункты – деревни Бекренево, Пятино и Окулиха. Из всех исследуемых территорий Есипово ближе всего находится к полигону ТБО. Неподалёку расположены ООО «Сухонский КБК» и деревообрабатывающее предприятие.

Вторая исследуемая зона расположена на улице Ганина. Это жилой квартал, который включает в себя детские сады, школу, жилые дома и магазины. Эта зона имеет самое близкое расположение к деревообрабатывающему предприятию. Неподалёку расположены ПАО «Сокольский ЦБК», АО «Сокольский ДОК», ООО «Сухонский МК», АЗС и полигон ТБО.

Третья зона «Рабочий парк» – парк культуры и отдыха, находящийся рядом с ПАО «Сокольский ЦБК». Имеет близкое расположение к ООО «Сухонский МК».

Четвёртая зона – придорожная область у КЦ «Сухонский». Она находится поблизости от ООО «Сухонский КБК», АО «Сокольский ДОК» и АЗС.

Деревня Есипово находится в непосредственной близости от автодороги. Как и зона у КЦ «Сухонский», которая, кроме того, расположена неподалеку и от железной дороги.

Детальная характеристика мест отбора проб и потенциальных источников поступления свинца в листья клёнов в каждой из исследуемых зон представлена в таблице 1 Приложения.

4.2 Количественные показатели содержания свинца

По результатам анализа выявлено, что листья клёна, собранные на пригородной территории, аккумулировали большее количество свинца, чем на остальных рассматриваемых территориях. Вероятно, это может быть связано с нагрузкой на пригородную дорогу, которая используется большегрузным транспортом для вывоза карьерной продукции, а также близким расположением к полигону ТБО. Но выявленный факт требует дополнительного изучения.

Самое меньшее количество свинца обнаружено в пробе, взятой в парковой территории.

Количество свинца в пробах из жилой зоны, рабочего парка и придорожной зоны, в целом, имеет близкие значения.

Результаты исследования представлены в таблице 2.

Таблица 2 – Результаты исследования

График представлен на рисунке 2.

Рисунок 2 – Содержание свинца в пробах

4.3 Экологическая интерпретация результатов

Полученные результаты исследования показывают довольно высокое содержание свинца во всех рассматриваемых пробах (при ПДК 20 мг/кг).

Большая кумуляция тяжёлого металла в листьях деревьев пригородной территории по сравнению с жилой зоной, парком и придорожной территорией, требует внимательного анализа.

Высокое содержание свинца в листьях клёнов данной области свидетельствует о том, что именно на этой территории происходит наиболее интенсивное поступление тяжёлого металла в экосистему. Деревья, будучи живыми фильтрами, поглощают загрязняющие вещества из воздуха и почвы через свои листья и корни. Следовательно, повышенный уровень свинца в кленовых листьях прямо указывает на его повышенную концентрацию в окружающей среде пригородной территории.

В качестве основного источника поступления свинца в окружающую среду деревни Есипово можно рассматривать полигон ТБО и рядом расположенную автодорогу. Кроме того, изучения требуют исторические факты: возможное существование на данной территории промышленных предприятий, связанных с производством материалов, содержащих свинец (даже если предприятия уже не функционируют, накопленные в почве загрязнения могут сохраняться десятилетиями), использование автодороги, наличие мастерских, мест хранения строительных материалов.

К тому же, такие результаты могут быть связаны с меньшей плотностью зелёных насаждений в пригородном районе, что снижает способность растительности к поглощению и рассеиванию загрязняющих веществ из воздуха. Открытые пространства могут способствовать накоплению пыли, содержащей свинец.

Хотя содержание свинца в листьях придорожной территории имеет низкие результаты, важно учитывать, что пригородная территория может иметь свои собственные транспортные линии, которые, возможно, не были охвачены в рамках исследования, но все же вносят свой вклад в загрязнение.

Повышенное содержание свинца в листьях деревьев является тревожным сигналом, поскольку свинец – высокотоксичный тяжёлый металл, не имеющий биологической функции в организме человека и животных. Его накопление может привести к серьезным проблемам со здоровьем, например, может возникнуть поражение нервной, сердечно-сосудистой и кроветворной систем. Кроме того, хотя деревья и поглощают свинец, его высокие концентрации могут негативно влиять на их рост, развитие и физиологические процессы, снижая их жизнеспособность и способность к фотосинтезу.

В целом,накопление свинца в почве и растительности приводит к его включению в пищевые цепи, что может иметь каскадные эффекты на всю экосистему, влияя на микроорганизмы, насекомых, птиц и млекопитающих.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Свинец – токсичный тяжёлый металл, который представляет угрозу для экосистем и отнесён к классу высокоопасных для живых организмов веществ [2], [3]. Его накопление может привести как к угнетению физиологических процессов растений., так и к серьёзным проблемам со здоровьем у населения.

Проведённое исследование позволило оценить степень загрязнения окружающей среды свинцом на основе его концентрации в листьях клёнов. Было проанализировано четыре территории: область у автодороги, пригородная территория, жилая зона и зона отдыха (парк). Выявлено высокое содержание данного тяжёлого металла в деревьях всех исследуемых территорий. Область, где накопление свинца в кленовых листьях заметно высокое, – деревня Есипово. Возможная причина этого: близкое расположение полигона ТБО и автодороги. Данную территорию можно считать зоной с наибольшим риском накопления свинца в растительности.

Среди потенциальных источников поступления свинца в листья клёнов определены следующие:

• автомобильные и железная дороги,

• ООО «Сухонский КБК»,

• ПАО «Сокольский ЦБК»,

• АО «Сокольский ДОК»,

• Деревообрабатывающее предприятие,

• ООО «Сухонский МК»,

• АЗС,

• полигон ТБО.

Все поставленные задачи выполнены. В данном случае гипотеза получила частичное подтверждение.

В целом, по результатам проведённого исследования можно сделать вывод о высоком свинцовом загрязнении территории Сокольского муниципального округа. Данная ситуация требует разработки стратегии по предотвращению этого загрязнения.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Влияние свинца на живые организмы [Электронный ресурс]. – URL: https://sciencejournals.ru/view-article/?j=obbio&y=2020&v=81&n=2&a=ObBio2002008Titov (дата обращения: 23.10.2025).

2. Гёкбаева, П.Я. Защита окружающей среды и экологии от вредных воздействий свинца / П.Я. Гёкбаева // Научный журнал «Наука и мировоззрение». – 6 с.

3. Далеко летит: миграция и аккумуляция свинца [Электронный ресурс]. – URL: https://elementy.ru/nauchno-populyarnaya_biblioteka/435251/Daleko_letit_migratsiya_i_akkumulyatsiya_svintsa (дата обращения: 11.10.2025).

4. Клён остролистный [Электронный ресурс]. – URL: https://bigenc.ru/c/klion-ostrolistnyi-eb5b08 (дата обращения: 26.10.2025).

5. Клён остролистный [Электронный ресурс]. – URL: https://ru.ruwiki.ru/wiki/Клён_остролистный (дата обращения: 26.10.2025).

6. Мельшина, Е. / Основы современной токсикологии свинца: механизм действия, клиника отравлений, профилактика и принципы лечения. –Волгоград, 2009.

7. Савинов, А. Б. Биоиндикационный аспект изменчивости листьев Acer negundo L. при загрязнении городских почв тяжелыми металлами / А. Б. Савинов // Проблемы региональной экологии. – 2018. – С.45-47.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Таблица 1 – Характеристика мест отбора проб