IV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
БИОТЕСТИРОВАНИЕ СНЕЖНОГО ПОКРОВА В СЕЛЕ ЧАСТЫЕ (ПЕРМСКИЙ КРАЙ)
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
В настоящее время хозяйственная деятельность всё чаще становится основным источником загрязнения биосферы. В природную среду во все больших количествах попадают газообразные, жидкие и твёрдые отходы производств. Различные химические вещества, находящиеся в отходах, попадая в почву, воздух или воду проходят по экологическим звеньям из одной цепи в другую попадая, в конце концов, в организм человека [3].
Попадая в организм человека токсические вещества, отрицательно влияют на здоровье человека [4].
Очень важно уметь определять токсичность окружающей среды. В этом человеку могут помочь тест – объекты.
Гипотеза: семена растений могут быть тест - объектами токсичности снежного покрова.
Цель: изучение токсичности снежного покрова в селе Частые методом биотестирования.
Задачи:
1. Проанализировать литературные данные о загрязнении окружающей среды.
2. Определить источники химического загрязнения в селе Частые
3. Методом биотестирования определить степень загрязненности снежного покрова в селе Частые.
1.Загрязнение окружающей среды.
Загрязнение – привнесение в окружающею среду или возникновение в ней новых физико-химических и биологических агентов, оказывающих вредные воздействия на природную экосистему и человека [1].
Различают природное и антропогенное загрязнения. Природное загрязнение возникает в результате естественных причин: извержение вулканов, землетрясений, катастрофических наводнений и пожаров. Антропогенное загрязнение-результат деятельности человека [4].
Существуют три типа загрязнения:
1.Физическое.
-Тепловое.
-Шумовое.
-Электромагнитное.
-Световое.
-Радиоактивное.
2. Химическое.
-Аэрозоли.
-Химические вещества.
-Пестициды.
-Пластмассы.
3. Биологическое.
-Биологическое (биогенное)
-Микробиологическое.
- Генная инженерия [1, 6].
1.1. Химическое загрязнение окружающей среды.
Химическое загрязнение среды связано с изменением ее химических свойств.
Химическое загрязнение - увеличение количества химических компонентов определенной среды, а также проникновение (введение) в неё химических веществ, не свойственных ей или в концентрациях, превышающих норму. Наиболее опасным для природных экосистем и человека представляют именно химическое загрязнение, поставляющее в окружающую среду различные токсиканты (аэрозоли, химические вещества, тяжёлые металлы, пестициды, пластмассы, детергенты) [1].
1.2. Автотранспорт - источники химического загрязнения.
Второе место по загрязнению атмосферы воздуха занимает автотранспорт [9].
Химический состав автомобильных выбросов зависит от вида и качества топлива, технологии его производства, способы сжигания в двигатели и его технического состояния.
Выхлопные газы содержат оксиды углерода, азота, а также альдегиды, обладающие резким запахом и раздражающим действием, бенз(а)пирен -отравляющее вещество канцерогенного характера.
В результате не полного сгорания топлива в двигателе автомобиля часть углеродов превращается в саж, содержащую смолистые вещества. Особенно много сажи и смол образуются при технической неисправности мотора и в моменты, когда водитель форсирует работу двигателя. При движений и особенно при торможении стираются тысячи тонн резины, которая затем в виде мельчайшей пыли поднимается в воздух.
Подсчитано, что один легковой автомобиль в течение суток может выбрасывать до 1кг выхлопных газов, в составе которых содержатся около 3%оксида углерода, 0,6% оксидов азота, 0,5% углеводородов, 0,006% оксидов серы. В автомобильном топливе содержится и соединения свинца, также попадающие в воздух. Тяжёлые металлы поступают в придорожное пространство как в результате работы собственного автотранспортных средств, так и при стирании дорожного полотна. Кадмий поступает в природную среду в результате износа шин и стирания асфальтобетона. Никель и хром – продукты из носа покрыты из кузовов, железо-продукт истирания цилиндров двигателя.
Наиболее опасными загрязнителями природной среды среди тяжёлых металлов традиционно считается свинец и кадмии
Главным загрязнителем атмосферного воздуха свинцом в Российской Федерации в настоящее время считается автотранспорт, использующий этилированный бензин: от 70% до 87% общей массы свинца, по различным оценкам. Оксиды свинца образуются в отработанных газах карбюраторных двигателей, когда используется этилированный бензин. При сжигании одной тонны этилированного бензина в атмосферы выбрасывается приблизительно от 0,5 до 0,85 кг оксидов свинца. Установлено, что 75% свинца, содержащегося в топливе двигателя внутреннего сгорания, выделяется воздух в составе аэрозолей в сочетании с ионами хлора и брома и рассеивается. Наиболее крупные фракции свинца оседаю на поверхностном слое почвы в близи дорог (расстояние 5-7м). Соединение более мелкой фракции отличаются хорошей растворимостью и поэтому, большей токсичностью, зона действия свинца этой фракции составляет от 30 до 100м от края полотна. Наиболее мелкие частицы третий фракции свинца с током воздуха переносятся на большие расстояния, поэтому их распределение связано, прежде всего, с метеоусловиями. Загрязнители вступают с компонентами атмосферного воздуха в физическое, химическое и фотохимическое взаимодействие [7].
1.3. Влияние химического загрязнения на природные сообщества
Экологическое действие загрязняющих агентов может проявлять по-разному; оно может затрагивать либо отдельные организмы(проявляться на организменном уровне), либо популяции биоценозы, экосистемы и даже биосферу в целом.
На организменном уровне могут происходить нарушения отдельных физиологических функций организмов, изменение их поведения, снижение темпов роста и развития, снижение устойчивости к воздействиях иных неблагоприятных факторов внешней среды.
На уровне популяций загрязнение может вызвать изменения их численности и биомассы, рождаемости и смертности, а также изменения структуры, годовых циклов миграций и ряда других функциональных свойств.
На биоценотическом уровне загрязнение сказывается на структуре и функциях сообществ. Одни и те же загрязняющие вещества по-разному влияют на разные компоненты сообществ. Соответственно меняются количественные в биоценозе, вплоть до полного исчезновения одних форм и появления других[4].
1.4. Влияние химического загрязнения на организм человека
Здоровьем считают состояние полного физического, духовного и социального благополучия [2]
Вещества, загрязняющие природную среду, очень разнообразны. В зависимости от своей природы, концентраций, времени действия на организм человека они могут вызывать различные неблагоприятные последствия. Кратковременное воздействие небольших концентраций таких веществ может вызывать головокружение, тошноту, першение в горле, кашель. Попадание в организм человека больших концентрации токсических веществ может привести потере сознания, острому отравлению и даже смерти. Примером подобного действия могут являться смоги, образующихся в крупных городах в безветренную погоду, или аварийные выбросы токсичных веществ промышленными предприятиями в атмосферу.
Реакции организма на загрязнения зависит от индивидуальных особенностей человека: возраста, пола, состояния здоровья. Как правило, более уязвимы дети, пожилые и престарелые, больные люд.
При систематическом или периодическом поступлении в организм сравнительно небольших количеств токсичных веществ происходит хроническое отравление
Признаками хронического отравления являются нарушение нормального поведения, привычек, а также нейропсихические отклонения: быстрое утомление или чувство постоянной усталости, сонливость или, наоборот, бессонница, ослабление внимания, рассеянность, забывчивость, сильные колебания настроения [3].
2.Снег.
Снег-это один из основных факторов, оказывающих влияние на жизнь и деятельность людей в умеренных и полярных широтах в течение значительной части года [8].
2.1. Процесс образование снега.
Формирование снежных осадков в атмосфере зависит от многих факторов, но главным образом от температуры окружающей среды и наличия не переохлаждённой воды. Первоначально в результате конденсации водяных паров в восходящей тёплой воздушной массе формируется облако. Как только температура в облаке опускается ниже 0 градусов, создаются условия, благоприятные для образования снега. При температуре около -5 градусов ядра кристаллизации, присутствующие в атмосфере, формируют в процессе льдообразования мельчайшие кристаллы льда. С ледяного кристалла начинается формирование снежного кристалла. Форма очень простая: облако это шестиугольная пластинка, которая в процессе роста и усложнения превращается в снежинку. Нередко в результате слипания снежинок образуются снежные хлопья [8].
2.2. Значение снега.
Многообразная роль снежного покрова в жизни растений. Он изменяет термический и водный режимы среды обитания растений, оказывает на них непосредственное механическое воздействие. Снежный покров предохраняет их от вымерзания (особенно почки возобновления) и ветрового иссушения в зимний период [5].
Под действием снеговых нагрузок лиственные деревья изгибаются так, что их верхушки склоняются почти до земли и становятся источником пищи для животных, например для зайца-беляка. Вовремя малоснежных зим или зим частыми отеплениями (когда аккумулируется мало снега или отсутствует вовсе) зайцы вынуждены искать другие источники пищи и часто без успешно.
Снег влияет на особенности питания птиц, так как глубокий, плотный снежный покров ограничивает возможность поиска пищи. Поведенческая адаптация в этом случае проявляется в том, что птицы начинают искать корм на нижних ветвях деревьев. Либо мигрируют в те области, где растения свободны от снега (например, обдуваемые ветром холмы), даже не смотря на то, что виды растительности, условия экспозиций и другие факторы могут быть для них менее благоприятными [8].
В суровые морозные зимы в снег прячутся многие птицы: тетерева, рябчики, куропатки, глухари. Прячутся мыши под снегом. Залегают в спячку медведь и барсук. В снегу укрываются в непогоду заяц. На дне глубоких водоёмов в зимнее время температура ниже 4 градусов [10].
2.3. Источники загрязнения снега.
Снежный покров накапливает в своём составе практически все вещества, поступающие в атмосферу. Антропогенные источники загрязнения среды - это, прежде всего, транспорт, промышленные предприятия, теплоэлектростанции. Вредные вещества, выбрасываемые промышленными предприятиями, автомобильные выхлопы накапливаются в снегу и с талыми водами поступают в открытые и подземные водоёмы, загрязняя их. Существенным образом изменяется состав снега. И снег в этом случае можно рассматривать как своеобразный индикатор загрязнения окружающей среды [7].
3. Биотестирование
Под биотестированием обычно понимают, процедуру установления токсичности седы с помощью тест-объектов, сигнализирующих об опасности независимо от того, в какие вещества и в каком сочетании вызывают изменения жизненно важных функции организма.
Достоинство этого метода заключается в том, что при его низкой себестоимости:
1. Появляется возможность оценить исследуемый образец непосредственно по реакции на него живого организма;
2. дать комплексную оценку состояния окружающей среды при наличии в ней двух и более загрязнения.
3. Метод биотестирования не отменяет инструментальные исследования, а дополняет их, позволяя проводить экологически мониторинг наиболее полно и достоверно, показывая реальное состояние окружающей среды, как в данный момент времени, так и в динамике.
Благодаря простоте, оперативности и доступности биотестирование получило широкое признание во всём мире, и его всё чаще используют наряду с методами аналитической химий.
Биотестирование как метод оценки токсичности водной среды используется:
- при проведении токсикологической оценки сточных промышленных, бытовых, сельскохозяйственных, дренажных загрязнённых природных и прочих вод с целью выявления потенциальных источников загрязнения;
- в контрольных процедурах аварийных способов высокотоксичных сточных вод;
- при проведении оценки степени токсичности сточных вод на разных стадиях их формирования при проектировании локальных очистных сооружений;
- при контроле токсичности сточных вод, подаваемых на очистные сооружения биологического типа, с целью предупреждения проникновения опасных веществ для биоценозов активного ила;
- при определении уровня безопасного разбавления точных вод для гидробионтов с целью учёта результатов биотестирования при корректировке и установлений предельно доступных сбросов веществ, поступающих в водоёмы со сточными водами;
- при проведении экологической экспертизы новых материалов, технологии очистки проектов очистных сооружений.
Вещества, загрязняющие природную среду, очень разнообразны. В зависимости от своей природы, концентраций, времени действия на организм человека они могут вызывать различные неблагоприятные последствия. Кратковременное воздействие небольших концентраций таких веществ может вызывать головокружение, тошноту, першение в горле, кашель. Попадание в организм человека больших концентрации токсических веществ может привести потере сознания, острому отравлению и даже смерти. Примером подобного действия могут являться смоги, образующиеся в крупных городах в безветренную погоду, или аварийные выбросы токсичных веществ промышленными предприятиями в атмосферу. Реакции организма на загрязнения зависит от индивидуальных особенностей человека: возраста, пола, состояния здоровья. Как правило, более уязвимы дети, пожилые и престарелые, больные люди.
При систематическом или периодическом поступлении в организм сравнительно небольших количеств токсичных веществ, происходит хроническое отравление
Признаками хронического отравления являются нарушение нормального поведения, привычек, а также нейропсихические отклонения: быстрое утомление или чувство постоянной усталости, сонливость или, наоборот, бессонница, ослабление внимания, рассеянность, забывчивость, сильные колебания настроения [5].
4. Биотестирование снежного покрова на территорий села Частые.
4.1. Методика биотестирования.
Приготовить чашки Петри: в предварительно стерилизованные чашки уложить стерильную вату и закрыть их.
Поместить по паре семян, хорошо прорастающих налить на дно чашки воду и подписать, откуда взята проба.
В качестве контроля использовать дистиллированную воду.
Чашки Петри поставить на хорошо освещённый подоконник.
Вести наблюдения за семенами примерно 7-9 дней. Не давать семенам и проросткам высохнуть, добавлять по мере необходимости тот же раствор.
По скорости прорастания семян и суммарной длине проростков сделать вывод о степени общей химической токсичности снега с разных территорий[5].
4.2. Биотестирование снежного покрова на территории села Частые.
Произвели забор образцов снега в селе Частые на расстоянии ид дороги 5м,50и, 500м в трехлитровые банки. Снег растаяли [Приложение 1, фото 1,2,4].
Приготовили 8 чашек Петри: в предварительно стерилизованные чашки уложили стерильную вату и закрыли их.
На вату поместили по паре семян редиса, огурца и гороха. налить на дно чашки № 1 налили дистиллированную воду, № 2 талую воду из снега на расстояний 5 метров от дороги, № 3 талую воду из снега на расстояний 50 метров от дороги, № 4 талую воду из снега на расстояний 500м от дороги на берегу р.Кама, № 5 воду из ручья, № 6 водопроводную воду, № 7 0,1% раствор ацетата свинца, №8 0,1% раствор хлорида хрома (III) [Приложение 1, фото 4,5].
В качестве контроля использовали дистиллированную воду.
Чашки Петри поставили на хорошо освещённый подоконник [Приложение 1, фото 6].
Наблюдение за семенами проводили 7 дней [Приложение 1, фото 7,8]. Эксперимент был заложен 15 января, 22 января измеряли длину проростков [Приложение 1, фото 9,10,11,12]. Данные приведены в таблице № 1.
Таблица 1
Результаты биотестирования снежного покрова
|
№ пробы |
Семена растения |
Число не проросших семян |
Число проросших семян |
Средняя длина проростков, см |
Суммарная длина проростков, см |
|
1 |
Редис |
0 |
2 |
6,6 |
13,2 |
|
Огурцы |
0 |
2 |
8,6 |
17,2 |
|
|
Горох |
0 |
2 |
9,45 |
18,9 |
|
|
2 |
Редис |
1 |
1 |
0,15 |
0,3 |
|
Огурцы |
2 |
0 |
0 |
0 |
|
|
Горох |
1 |
2 |
1,05 |
2,1 |
|
|
3 |
Редис |
1 |
1 |
0,4 |
0,8 |
|
Огурцы |
0 |
2 |
0,4 |
0,8 |
|
|
Горох |
1 |
1 |
1,95 |
3,9 |
|
|
4 |
Редис |
0 |
2 |
5,3 |
10,6 |
|
Огурцы |
0 |
2 |
5,05 |
10,1 |
|
|
Горох |
0 |
2 |
6,45 |
12,9 |
|
|
5 |
Редис |
0 |
2 |
4,8 |
9,6 |
|
Огурцы |
0 |
2 |
7 |
14 |
|
|
Горох |
0 |
2 |
5,7 |
11,4 |
|
|
6 |
Редис |
0 |
2 |
2,75 |
5,5 |
|
Огурцы |
0 |
2 |
5,25 |
10,5 |
|
|
Горох |
0 |
2 |
1,5 |
3 |
|
|
7 |
Редис |
2 |
0 |
0 |
0 |
|
Огурцы |
0 |
2 |
0,3 |
0,6 |
|
|
Горох |
2 |
0 |
0 |
0 |
|
|
8 |
Редис |
2 |
0 |
0 |
0 |
|
Огурцы |
0 |
2 |
0,3 |
0,6 |
|
|
Горох |
2 |
0 |
0 |
0 |
Проведенные исследования показали, что самая благоприятная среда для прорастания семян – дистиллированная вода (контроль). Проростки имеют наибольшую суммарную длину, зеленую окраску.
Растворы с известной концентрацией солей свинца и никеля оказались наиболее губительными для семян всех видов: корешки не были обнаружены у семян редиса и гороха, семена огурца проросли, длина корешков до 0,3см.
В образце снега, взятом на берегу р. Кама (подобен ключевой воде), по сравнению с дистиллированной содержится определенное количество примесей, которые незначительно мешают прорастанию.
Вода, полученная из талого снега, взятого в 5м и 50м от дороги, содержит примеси тяжёлых металлов, которые мешают прорастанию семя взятых растений.
Водопроводная вода, обеззараженная хлором, также плохо влияет на прорастание семян.
Заключение
В природную среду попадают газообразные, жидкие и твёрдые отходы производств. Различные химические вещества, находящиеся в отходах, попадая в почву, воздух или воду проходят по экологическим звеньям из одной цепи в другую попадая, в конце концов, в организм человека. Попадая в организм человека токсические вещества, отрицательно влияют на здоровье человека. Для определения токсичности окружающей среды человек использует тест – объекты.
В январе 2015 года нами было проведено биотестирование снежного покрова в селе Частые. В качестве тест - объектов использовали семена растений (редис, огурец, горох).
Проведенные исследования показали, что самая благоприятная среда для прорастания семян – дистиллированная вода (контроль). Проростки имеют наибольшую суммарную длину, зеленую окраску.
Растворы с известной концентрацией солей свинца и никеля оказались наиболее губительными для семян всех видов: корешки не были обнаружены у семян редиса и гороха, семена огурца проросли, длина корешков до 0,3см.
В образце снега, взятом на берегу р. Кама (подобен ключевой воде), по сравнению с дистиллированной содержится определенное количество примесей, которые незначительно мешают прорастанию.
Вода, полученная из талого снега, взятого в 5м и 50м от дороги, содержит примеси (свинец, никель), которые мешают прорастанию семя взятых растений.
Водопроводная вода, обеззараженная хлором, также плохо влияет на прорастание семян.
Гипотеза подтверждается – семена растений (редиса, огурцов, гороха) можно использовать для оценки токсичности окружающей среды, содержащей тяжёлые металлы.
Литература
1. Вронский. В.А. Прикладная экология: учебное пособие. Ростов н/д; издательство «Феникс»-, 1996. – 512 с.
2. Зверев И.Д. – Книга для чтения по анатомии; физиологии и гигиене человека, М.:”Просвещение ”,1989.-220с.
3. Криксунов Е.А., Пасечник В.В., Экология: 9 класс: Учеб. Для общеобразоват. учеб. заведений. М.: Дрофа-1995.- 238с.
4. Криксунов Е.А., Пасечник В.В., Экология. 10 (11) класс: учеб. для общеобразовательных учреждений. М.: Дрофа-2008. - 256с.
5. Лыгин С.А, Пурина Е.С., Хазимуллина Ю.Ф. К реализации практико-ориентированного проекта.// Химия в школе.– 2014.–№5
6. Мамедов Н.В., Суравегина И.Т. Экология: Учебное пособие для 9- 11 классов общеобразовательной школы-М.: Школа-Пресс. - 1996. - 464с.
7. Марчукова О.Л. Влияние автотранспорта на окружающую среду.// Химия в школе.– 2013.–№7
8. Снег. Под редакцией Д.М.Грея и Д.Х. Мэйла. Ленинград: Гидрометеоиздат, 1986.- 751с.
9. Экология пермской области на рубеже 21 века, Пермь: ”Книжный мир”. - 2004.- 64с.
Приложение 1
Фото 1. Отбор пробы снега в 5м от дороги
Фото 2. Отбор пробы снега в 50м от дороги
Фото 3. Отбор пробы снега в 500м от дороги
Фото 4. Опыты 1-4
Фото 5. Опыты 5-8
Фото 6. Опыты 1-8 на подоконнике
Фото 7. Наблюдение за прорастанием семян
Фото 8. Наблюдение за прорастанием семян
Фото 9. Проростки в опыте 1 (контроль)
Фото 10. Проростки в опыте 4
Фото 11. Проростки в опыте 7
Фото 12. Измерение длины проростков штангенциркулем
21