V Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Каталазная активность почв в оценке экологического состояния г. Сыктывкара

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Ловин-Лович  П.А. 1

---

1ГОУ «КРЛ при СГУ»

Макарова  Л.А. 1Бобров  Ю.А. 2

---

1ГОУ «КРЛ при СГУ»

2ФГБОУ ВО «СГУ им. Питирима Сорокина»

Работа в формате PDF

840 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителяСвидетельство руководителя

Введение

Сохранение экологической чистоты в городе - одна из самых сложных задач на сегодняшний день во всем мире. Это связано, прежде всего, с транспортной активностью, с большим количеством активных промышленных производств, процессов строительства, использованием промышленной техники, требующей использование необходимых ресурсов для обеспечения производства, с загрязнением бытовыми отходами.

Нагрузка на почвенную систему приводит к изменению практически всех ее компонентов, начиная с агрохимических и физических свойств и заканчивая микробиологическими и биохимическими показателями, лишая почвенный покров в городах способности выполнять важные экологические функции. Микробиота, биохимические параметры почвы, ее биологическая активность под влиянием антропогенного воздействия изменяются в первую очередь, поэтому считаются многими исследователями наиболее чувствительными к загрязнению показателями состояния почвенного покрова[5].

Каталазную активность почв можно рассматривать как показатель функциональной активности микрофлоры в различных экологических условиях [6]. Установлено, что увеличение антропогенной нагрузки приводит к снижению каталазной активности почв.

Цель работы: оценить экологическое состояние почвы городского района на основании показателей каталазной активности.

Задачи:

1. Определить каталазную активность почв исследуемого участка и дать оценку по шкале степени обогащения почв.

2. Определить зависимость каталазной активности почвы в точках наблюдения от положения предполагаемого источника загрязнения.

3. Рассмотреть зависимость каталазной активности почв от других показателей: от температуры, влажности, уплотнения почвенного покрова, нарушения растительного покрова и корневой системы растений.

4. Сравнить каталазную активность почв Сыктывкара с аналогичными данными по другим городам.

Наше исследование показывает результат влияния антропогенной деятельности на биологическую активность почв в городе, что является на данный момент актуальным. Именно поэтому нас интересовала тема загрязненности почв в родном городе.

Практическая значимость работы. Результаты исследования можно использовать в школьных курсах экологии, географии, биологии и химии при изучении национально-регионального компонента.

Обзор литературы

Почвы города Сыктывкар

Почвы типичные сильноподзолистые, торфянисто-подзолисто-глееватые. На прибрежных террасах рр. Вычегды и Сысолы, преимущественно на песчаном субстрате, развиты железистые подзолы. В долинах рр. Вычегды и Сысолы распространены пойменные аллювиальные дерновые почвы, занятые, как правило, лугами и кустарниками [10].

Основные источники загрязнения почвы в городе Сыктывкар

Основными источниками загрязнения воздуха МО ГО «Сыктывкар» являются предприятия теплоэнергетики, стройиндустрии, целлюлозно-бумажной промышленности. Значительную долю выбросов в атмосферу города вносит автомобильный транспорт [3].

Каталазная активность почвы

Каталаза – фермент, разрушающий пероксид водорода до воды и кислорода. Обусловлена активностью ферментов-каталаз, относящихся к группе дыхательных ферментов, и наличием в почве неорганических катализаторов этого процесса.

2Н2О2 = О2 + 2Н2О [9].

В результате ее активирующего действия происходит расщепление перекиси водорода, токсичной для живых организмов, на воду и свободный кислород. Большое влияние на каталазную активность минеральных почв оказывает растительность. Как правило, почвы, находящиеся под растениями с мощной глубоко проникающей корневой системой, характеризуются высокой каталазной активностью. Особенность активности каталазы заключается в том, что вниз по профилю она мало изменяется, имеет обратную зависимость от влажности почв и прямую — от температуры [2].

Каталаза вырабатывается микроорганизмами с целью уменьшения содержания в среде их обитания пероксида водорода – продукта жизнедеятельности микроорганизмов, то, следовательно, распределение каталазы по слоям почвы характеризует либо распределение по почве микроорганизмов, либо интенсивность переноса каталазы по почве при нахождении микроорганизмов в верхнем слое почвы [8].

Тенденция к уменьшению каталазной активности с глубиной отбора проб сохраняется как в почвах парков и лесопарка, так и в почвах скверов и бульваров. Это можно объяснить тем, что каталаза в почве синтезируется по большей части аэробными микроорганизмами, численность которых, вероятно, снижается с глубиной в связи с уменьшением содержания кислорода в почве. Кроме того, активность каталазы выше в верхнем горизонте почвенного покрова потому, что в нем наибольшее количество гумуса, то есть наибольшая интенсивность процессов трансформации органического вещества, также на каталазную активность оказывает влияние гранулометрический состав почвы, который становится менее благоприятным с глубиной.

Для рекреационных территорий города характерна более низкая каталазная активность по сравнению с пробами почвы ненарушенных территорий. Вероятно, снижению активности этого фермента способствует уплотнение почвенного покрова рекреационных территорий, а также антропогенная нагрузка, испытываемая ими в условиях города [5].

В естественных почвах лиственных лесов функциональная активность почвенных микроорганизмов выше, чем в антропогенно – нарушенных, так как почвы урбоэкосистем характеризуются малым поступлением растительного опада, а также большей загрязненностью (тяжелыми металлами и другими химическими токсикантами), что в совокупности приводит к угнетению жизнедеятельности почвенных организмов [7].

1. Организация, район и методы исследования 1.1. Район исследования

В своей работе мы выбрали участок г. Сыктывкара, ограниченный следующими улицами:

С Ю-В – Коммунистическая улица, с Ю-З – Морозова и Элеваторная улицы, с С-З – Элеваторная и Орджоникидзе, с С-В – Октябрьский проспект.

Основными источниками загрязнения воздуха города в данном районе, а, следовательно, почв, являются предприятие Сыктывкарская центральная водогрейная котельная, железнодорожный и автомобильный транспорт. Именно наличие ежедневной активности этих факторов в данном участке вызвал у нас интерес к исследованию именно этого района.

Для исследования был выбран отрезок, проходящий внутри обозначенного участка. Отрезок соединил железнодорожный вокзал и предприятие Сыктывкарская центральная водогрейная котельная (ЦВК). Схема маршрута обозначена на рисунках 1.1 и 1.2

1.2. Организация исследования

Отбор проб производился 14-22 августа 2017 г. Отбор производили согласно методам отбора и подготовки проб для химического, бактериологического, гельминтологического анализа ГОСТ 17.4.4.02-84. Отбирался верхний слой почвы под дерном, с глубины 0 – 15 см. Образцы почвы были взяты в 3-х повторностях. На месте осуществили заполнение паспорта исследуемого участка и сопроводительный талон для получения точных сведений о местности и условиях отбора проб каждой точки.

Затем почву доводили до сухого состояния.

На основании паспорта обследуемого участка и сопроводительного талона давалась характеристика исследуемых участков.

1.3. Методика исследования

Каталазная активность определялась в лаборатории почвоведения Института естественных наук ФГБОУ ВО «СГУ им. Питирима Сорокина».

Мы пользовались методикой, подготовленной Е. И. Сарапульцевой по разработкам Л.В.Лысак, взятой из учебного пособия «Биологический контроль окружающей среды: биоиндикация и биотестирование» [1] .

За 1-2 суток почву увлажняли для того, чтобы запустить ферментативные процессы.

Перед работой собирали газометрический прибор, представляющий собой две бюретки, закреплённые на штативе, соединённые между собой мягкой трубкой. Залив в них воду, опуская и поднимая бюретки относительно друг друга, уравновешивали уровни в бюретках и устанавливали этот уровень в одной из них на нулевой отсечке.

Использовали двухколенный каталазник, в одно колено аккуратно помещали почву массой 1 г, к которой добавляли 0,5 г карбоната кальция и смешивали, а в другую по бюретке вливали 5 мл 1% перекиси водорода. Затем присоединяли каталазник к прибору, изолируя соединение, и устанавливали водяную шкалу на нулевой отсечке. Резким, но аккуратным движением смешивали содержимое обоих колен и, продолжая периодические перемешивания, наблюдали выделение кислорода, который двигал водяную шкалу. Определяли объём выделившегося газа за минуту. Данные заносили в таблицу (Приложения А, Б).

Таблица 1.2. - Сравнительная характеристика каталазной активности [1]

Одновременно с проведением эксперимента определяли влажность почвы. В лаборатории влажную почву в бюксах взвешивали на технических весах и сушили в сушильном шкафу при температуре 105°С, в течение 1 часа, далее охлаждали почву в течение 30 минут, взвешивали и снова закладывали в сушильный шкаф на 30 минут. После второй сушки взвешивали массу почвы с бюксом и высчитывали массу почвы. Расхождения в массе стаканчика с сухой почвой при очередном взвешивании не должны превышать 0.05 г.

Влажность почвы определяют по формуле:

где βв - искомая влажность, % от массы сухой почвы;

В - масса пустого алюминиевого стаканчика, г;

В1 - масса стаканчика с влажной почвой до сушки, г;

В2 - масса стаканчика с сухой почвой после сушки, г. [4].

С учетом влажности почвы пересчитывали каталазную активность на массу сухой почвы (Приложение В).

Полученные результаты сравнивали по шкале Д.Г.Звягинцева для оценки степени обогащения почв ферментами каталазы. [1].

Таблица 1.3. - Степень обогащения почв ферментами каталазы (Д.Г. Звягинцев)