V Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Кресс-салат как тест-объект для определения уровня загрязнения почвы

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Бастраков  А.А. 1

---

1Муниципального бюджетного общеобразовательного учреждения «Средняя общеобразовательная школа № 13 г. Йошкар-Олы»

Колосова  Л.Г. 1

---

1Муниципального бюджетного общеобразовательного учреждения «Средняя общеобразовательная школа № 13 г. Йошкар-Олы»

Работа в формате PDF

2.8 MB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

I. ВВЕДЕНИЕ.

ЦЕЛЬ: Оценить уровень загрязнения исследуемых образцов почвы.

ЗАДАЧИ:

1) Выбрать территории для взятия проб почвы.

2) Для оценки загрязнения образцов почвы использовать кресс-салат как биондикатор.

3) Проверить всхожесть семян кресс-салата.

4) Определить максимальную всхожесть кресс-салата в исследуемых образцах субстрата - почвы.

5) Присвоить уровень загрязнения пробам почв.

АКТУАЛЬНОСТЬ: Почва - один из главных объектов окружающей среды, центральное связующее звено между биотическими компонентами биосфер. Полный анализ почвы требует много времени и труда. Однако многие особенности почвы, в том числе и загрязнение почвы, можно определить с помощью биоиндикаторов. Зная растения-индикаторы, без особого труда можно определить уровень загрязнения почвы в огородах, садах, дачах и своевременно принять меры по повышению плодородия почвы и уменьшению негативного воздействия загрязнителей-солей тяжелых металлов на растения.

ГИПОТЕЗА: Принимая во внимания особенности территории, где были взяты образцы почв для оценки уровня загрязнения, можно сделать предположение, что сильное загрязнение будет характерно для почвы, взятой у обочины дороги и автозаправки. И слабое загрязнение или полное его отсутствие в почве с приусадебного участка.

II. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1. Тяжелые металлы - широкая группа загрязняющих веществ

Всевозрастающее внимание к охране окружающей среды вызвал особый интерес к вопросам воздействия на почву тяжелых металлов. Термин тяжелые металлы, характеризующий широкую группу загрязняющих веществ, получил в последнее время значительное распространение. В различных научных и прикладных работах авторы по-разному трактуют значение этого понятия. В связи с этим количество элементов, относимых к группе тяжелых металлов, изменяется в широких пределах. В качестве критериев принадлежности используются многочисленные характеристики: атомная масса, плотность, токсичность, распространенность в природной среде, степень вовлеченности в природные и техногенные циклы. В некоторых случаях под определение тяжелых металлов попадают элементы, относящиеся к хрупким (например, висмут) или металлоидам (например, мышьяк).

В работах, посвященных проблемам загрязнения окружающей природной среды и экологического мониторинга, на сегодняшний день к тяжелым металлам относят более 40 металлов периодической системы Д.И. Менделеева с атомной массой свыше 50 атомных единиц: V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Cd, Sn, Hg, Pb, Bi и др. Практически все металлы, попадающие под это определение (за исключением свинца, ртути, кадмия и висмута, биологическая роль которых на настоящий момент не ясна), активно участвуют в биологических процессах, входят в состав многих ферментов. По классификации Н.Реймерса, тяжелыми следует считать металлы с плотностью более 8 г/см³. Таким образом, к тяжелым металлам относятся Pb, Cu, Zn, Ni, Cd, Co, Sb, Sn, Bi, Hg.

2. Источники загрязнения почвы тяжелыми металлами

Тяжелые металлы уже сейчас занимают второе место по степени опасности, уступая пестицидам и значительно опережая такие широко известные загрязнители, как двуокись углерода и серы. В перспективе они могут стать более опасными, чем отходы атомных электростанций и твердые отходы. Загрязнение тяжелыми металлами связано с их широким использованием в промышленном производстве. В связи с несовершенными системами очистки тяжелые металлы попадают в окружающую среду, в том числе и в почву, загрязняя и отравляя ее. Тяжелые металлы относятся к особым загрязняющим веществам, наблюдения за которыми обязательны во всех средах.

Самыми мощными поставщиками отходов, обогащенных металлами, являются предприятия по выплавке цветных металлов (алюминиевые, глиноземные, медно-цинковые, свинцово-плавильные, никелевые, титано- магниевые, ртутные и др.), а также по переработке цветных металлов (радиотехнические, электротехнические, приборостроительные, гальванические и пр.).

3. Воздействие тяжелых металлов на живые организмы

С исторической точки зрения интерес к этой проблеме появился с исследованием плодородия почв, поскольку такие элементы, как железо, марганец, медь, цинк, молибден и, возможно, кобальт, очень важны для жизни растений и, следовательно, для животных и человека.

Все микроэлементы могут оказывать отрицательное влияние на растения, если концентрация их доступных форм превышает определенные пределы. Некоторые тяжелые металлы, например, ртуть, свинец и кадмий, которые, по всей видимости, не очень важны для растений и животных, опасны для здоровья человека даже при низких концентрациях.

Актуальность проблемы воздействия тяжелых металлов на почвенные микроорганизмы определяется тем, что именно в почве сосредоточена большая часть всех процессов минерализации органических остатков, обеспечивающих сопряжение биологического и геологического круговорота. Почва является экологическим узлом связей биосферы, в котором наиболее интенсивно протекает взаимодействие живой и неживой материи. На почве замыкаются процессы обмена веществ между земной корой, гидросферой, атмосферой, обитающими на суше организмами, важное место среди которых занимают почвенные микроорганизмы.Из данных многолетних наблюдений Росгидромета известно, что по суммарному индексу загрязнения почв тяжелыми металлами, рассчитанному для территорий в пределах пятикилометровой зоны, 2,2 % населенных пунктов России относятся к категории «чрезвычайно опасного загрязнения», 10,1 % - «опасного загрязнения», 6,7 % -«умеренно опасного загрязнения». Более 64 млн. граждан РФ проживают на территориях со сверхнормативным загрязнением атмосферного воздуха.

4. Классификация тяжелых металлов по степени опасности

для здоровья человека

В составе тяжелых металлов есть металлы, жизненно необходимые для человека (цинк, железо, марганец, медь) и токсичные для организма (кадмий, ртуть, свинец, мышьяк, никель, хром). Однако при повышенных концентрациях и жизненно необходимые тяжелые металлы становятся опасными для человека.

По степени опасности для здоровья человека тяжелые металлы разделяются на три класса:

1 класс - мышьяк, кадмий, ртуть, бериллий, селен, свинец, цинк.

2 класс - кобальт, хром, медь, молибден, никель, сурьма.

3 класс - ванадий, барий, вольфрам, марганец, стронций.

5. Зависимость загрязнения почв и растений от различных факторов

Выхлопные газы транспортных средств, вывоз в поле или станции очистки сточных вод, орошение сточными водами, отходы, остатки и выбросы при эксплуатации шахт и промышленных площадок, внесение фосфорных и органических удобрений, применение пестицидов и т.д. привели к увеличению концентраций тяжелых металлов в почве.

До тех пор, пока тяжелые металлы прочно связаны с составными частями почвы и труднодоступны, их отрицательное влияние на почву и окружающую среду будет незначительным. Однако, если почвенные условия позволяют перейти тяжелым металлам в почвенный раствор, появляется прямая опасность загрязнения почв, возникает вероятность проникновения их в растения, а также в организм человека и животных, потребляющие эти растения. Кроме того, тяжелые металлы могут быть загрязнителями растений и водоемов в результате использования сточных ила вод. Опасность загрязнения почв и растений зависит: от вида растений; форм химических соединений в почве; присутствия элементов противодействующих влиянию тяжелых металлов и веществ, образующих с ними комплексные соединения; от процессов адсорбции и десорбции; количества доступных форм этих металлов в почве и почвенно-климатических условий. Следовательно, отрицательное влияние тяжелых металлов зависит, по существу, от их подвижности, т.е. растворимости.

К факторам, способствующим удержанию тяжелых металлов почвой относятся: обменная адсорбция поверхности глин и гумуса, формирование комплексных соединений с гумусом, адсорбция поверхностна и окклюзирование (растворяющие или поглощающие способности газов расплавленными или твердыми металлами) гидратированными окислами алюминия, железа, марганца и т.д., а также формирование нерастворимых соединений, особенно при восстановлении.

6. Кресс-салат как биоиндикатор загрязнения почвы

Биоиндикатор- организм, вид или сообщество, по наличию, состоянию и поведению которых можно с большой достоверностью судить о свойствах среды, в том числе о присутствии и концентрации загрязнений.

Кресс-салат (огородный перечник): однолетнее растение семейства Крестоцветных. Распространен в Закавказье, особенно в Грузии. В пищу используются молодые листья, с терпким вкусом, так как содержит горчичное масло.

Кресс-салат - однолетнее овощное растение, обладающее повышенной чувствительностью к загрязнениям почвы тяжелыми металлами, а также к загрязнению воздуха газообразными выбросами автотранспорта. Этот биоиндикатор отличается быстрым прорастанием семян и почти стопроцентной всхожестью, которая заметно уменьшается в присутствии загрязнителей. Кроме того, побеги и корни этого растения под действием загрязнителей подвергаются заметным морфологическим изменениям (задержка роста и искривление побегов, уменьшение длины и массы корней, а также числа и массы семян). Кресс-салат как биоиндикатор удобен еще и тем, что действие стрессоров можно изучать одновременно на большом числе растений при небольшой площади рабочего места (чашка Петри, кювета, поддон и т. п.). Привлекательны также и весьма короткие сроки эксперимента. Семена кресс-салата прорастают уже на третий-четвертый день, и на большинство вопросов эксперимента можно получить ответ в течение 10-15 суток.

III. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ.

Работа проводилась по методике, взятой из учебно-методического пособия "Школьный экологический мониторинг" под редакцией Т.Я. Ашихминой, 2000г. Кресс-салат - однолетнее овощное растение, обладающее повышенной чувствительностью к загрязнению почвы тяжелыми металлами, использовался как биоиндикатор. Этот биоиндикатор отличается быстрым прорастанием семян, кроме того, побеги и корни кресс-салата под действием загрязнителей подвергаются заметным морфологическим изменения (задержка роста и искривление побегов, уменьшение длины и массы корней).

IV. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

Работа проводилась в г. Йошкар-Оле, в октябре-ноябре 2017 года. Материалом для исследования послужили 5 образцов почвы, взятых с различных участков города:

1 - почва с приусадебного участка.

2 - почва с автозаправки (кокшайский тракт, 8 км).

3 - почва с обочин автотрассы -(сернурский тракт).

4 - почва у очистных сооружений.

5 - почва у "Марбиофарма".

и семена кресс-салата как тест-объект для оценки загрязнения почвы.

При выполнении работы использовались методы: биологического эксперимента, наблюдения, измерения, сравнения, анализа, составления сравнительных таблиц и гистограмм.

Прежде чем ставить эксперимент по биоиндикации загрязнений с помощью кресс-салата, партию семян, предназначенных для опытов, проверили на всхожесть. Для этого семена кресс-салата проращивались в небольшой чашке, в которую был насыпан промытый речной песок слоем в 1 см. Сверху его накрывали фильтровальной бумагой, увлажняли песок и бумагу до полного насыщения водой, разложил 100 семян. Сверху семена закрывали фильтровальной бумагой и неплотно закрывали стеклом. Затем проращивали их при комнатной температуре 20-25С в течение 3-4 суток. Процент проросших семян от числа посеянных называется всхожестью.

Процент проросших семян от числа посеянных (всхожесть) составил 91%, что считается нормой.

После определения всхожести был заложен эксперимент:

1. Для высева брали одинаковое количество семян (50 шт.).

2. Забор пробных образцов почв массой 200 г с 5 участков.

3. В качестве контроля был взят заведомо чистый субстрат с приусадебного участка.

4. Почва во всех чашках была увлажнена одним и тем же количеством отстоянной водопроводной воды до появления признаков насыщения (50 мл).

5. В каждую чашку на поверхность почвы-субстрата были уложены семена кресс- салата (50 шт.).

6. Семена были покрыты теми же субстратами почти до краёв чашки.

7. Увлажняют верхние слои почвы до влажности нижних.

8. В течение 10 дней наблюдали за прорастанием семян.

9. Все чашки были помещены в одинаковые условия.

V. РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЯ.

Эксперимент был заложен 26 ноября 2017г. и в течение 10 дней проводилось наблюдение за прорастанием семян кресс-салата во взятых образцах почвы. Результаты были занесены в таблицу № 1.

Таблица № 1. Всхожесть семян кресс-салата в штуках и в % в образцах почвы.

На основании полученных данных, можно сделать вывод, что максимальное количество всходов было в образце № 1 - 90%, меньше всего в образце № 2 - 6% (автозаправка), и семена не взошли в образце почвы № 3, взятой вдоль автомобильной трассы. Максимальное загрязнение почвы наблюдается вдоль трассы и у автозаправки. Можно предположить, что основная причина сильного загрязнения - наличие транспорта, выбросы солей свинца, содержащихся в бензине (тетраэтилсвинец), пары бензина, выхлопные газы.

Гистограмма № 1. Сравнительная характеристика всхожести семян кресс-салата.

После максимального числа проросших семян всходы были аккуратно выкопаны из образцов почвы и изучены морфологические изменения стеблей и корней. Полученные данные занесены в таблицу №2.

Таблица №2. Сравнительная характеристика морфологических изменений стеблей и корней у всходов кресс-салата.

Согласно методики: "кресс-салат как тест-объект для оценки загрязнения почвы" выработаны уровни загрязнения почвы.

1. Загрязнение отсутствует: всхожесть семян достигает 90-100%, всходы дружные, проростки крепкие, ровные. Эти признаки характерны для контроля.

2. Слабое загрязнение: всхожесть 60-90%. Проростки почти нормальной длины, крепкие, ровные.

3. Среднее загрязнение: всхожесть 20-60%. Проростки короткие, тонкие, имеют уродства (искривления).

4. Сильное загрязнение: всхожесть семян очень слабая (менее 20%). Проростки мелкие и уродливые.

Проведя анализ полученных результатов и сравнив их с существующей таблицей уровней загрязнения почвы (стандарт), были определены уровни загрязнения опытных образцов почвы. Полученные данные занесены в таблицу № 3.

Таблица №3. Уровни загрязнения исследуемых образцов почвы.

1) Максимальное загрязнение имеют образцы почв у трассы и автозаправки (0%-6%)

2) Среднее загрязнение - образцы почв у очистных сооружений и Марбиофарма (28%-52%)

3) Слабое загрязнение, контроль - почва с приусадебного участка - 90%.

На основе полученных результатов по уровням загрязнения исследуемых образцов почвы, были сделаны сравнительные гистограммы.

Гистограмма №2. Сравнение уровней загрязнения исследуемых образцов почвы.

VI. ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ.

По результатам проведенного исследования можно сделать следующие выводы:

1) Для проведения работы были взяты пять образцов почвы (контроль - приусадебный участок, автозаправка, обочина трассы, Марбиофарм, очистные сооружения).

2) В качестве биоиндикатора загрязнения почвы был использован кресс-салат - однолетнее овощное растение, обладающее повышенной чувствительностью к загрязнению почвы тяжелыми металлами.

3) Всхожесть кресс-салата составила 91%, что считается нормой.

4) Максимальная всхожесть семян кресс-салата наблюдалась в образце почвы с приусадебного участка, что составила 90%, минимальная с обочины трассы и у автозаправки.

5) Определены уровни загрязнения: сильное загрязнение (0-20%) - автозаправка и обочина трассы; среднее (20-60%) - Марбиофарм и очистные сооружения; слабое загрязнение (90%) - почва с приусадебного участка.

6) Выдвинутая гипотеза подтвердилась.

Данная работа будет продолжена. С помощью качественных реакций на анионы и катионы металлов железа, меди, свинца и других металлов необходимо определить их наличие в исследуемых образцах почвы, дать анализ полученных результатов.

VII. ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

Основным загрязнителем почвы в городских условиях служит автомобильный транспорт. В выхлопных газах двигателей содержится более 200 химических соединений и элементов. Загрязнения почвы отработанными газами автомобилей отличается значительной неравномерностью и в пространстве и во времени. Поэтому очень важен контроль над транспортными потоками, а также попадаемого в почву выхлопного газа, пагубно влияющего на растущие рядом растения. Культурные же растения следует сажать на значительном расстоянии от автомобильной магистрали.

В настоящее время значительная часть болезней человека связана с ухудшением экологической обстановки в нашей среде обитания: загрязнениями воды, атмосферы и почвы. Приспосабливаясь к неблагоприятным экологическим условиям, организм человека испытывает состояние напряжения и утомления.

VIII. БИБЛИОГРАФИЯ.

1. Вронский В.А. Экология: Словарь-справочник. изд. 2-е, Ростов н/Д: Феникс, 2002.-576с.

2. Виноградов Б.В. Растительные индикаторы и их использование при изучении природных ресурсов. - М: Высшая школа, 1964.

3. Коробкин В.И., Передельский Л.В. Экология в вопросах и ответах: Учебное пособие. Ростов н/Д: Феникс, 2005. - 384с.

4. Ломаев С.Н. Биондикация загрязнения окружающей среды. - Тюмень, 1998.

5. Миркин Б.М., Наумов Л.Г. Популярный экологический словарь. - М.: Устойчивый мир, 1999. - 304с.

6. Школьный экологический мониторинг. Учебно-методическое пособие/Под ред. Т.Я. Ашихминой. - М.: АГАР, 2000.

7. Экология России, Хрестоматия./Сост. В.Н. Кузнецов. - М.:АО "МДС", 1996. - 320с.

8. http://www.drevniymir.ru/tyazhelye.html

9. http://biology.krc.karelia.ru/misc/hydro/mon5.html

10. http://agrohimija.ru/ceolity/2422-zagryaznenie-pochv-tyazhelymi-metallami.html

11. http://www.bio.vsu.ru/

12. http://biofile.ru/bio/22369.html

13. https://school-science.ru/1017/pdf/1359.pdf

IX. ПРИЛОЖЕНИЕ.

Определение всхожести и подготовка к опыту

Оценка проросших семян

6 сутки - образец № 1

6 сутки - образец № 2

6 сутки - образец № 3

6 сутки - образец № 4

6 сутки - образец № 5

10 сутки - образец № 1

10 сутки - образец № 2

10 сутки - образец № 3

10 сутки - образец № 4

10 сутки - образец № 5

Оценка морфологии корней и стеблей

образец № 1

образец № 2

образец № 4

образец № 5