Экологический мониторинг почвы пришкольной территории

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Третьякова А.О. 1

---

1Муниципальное общеобразовательное учреждение средняя образовательная школа № 76 с углублённым изучением отдельных предметов

Новичкова А.О. 1

---

1Муниципальное общеобразовательное учреждение средняя образовательная школа № 76 с углублённым изучением отдельных предметов

Работа в формате PDF

483.3 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Треть своей жизни школьник проводит в образовательном учреждении и это время он проводит не только в стенах образовательной организации, но и на пришкольной территории. Для безопасности жизнедеятельности школьников необходимо оборудовать среду обитания таким образом, чтобы она была экологически безвредна. Наша школа находится в самом центре города, но волонтёрские отряды активно занимаются озеленением пришкольной территории. В пределах школьного двора у нас имеется много растений, клумб и даже небольшой сад. Растения являются важным компонентом городской среды: они обогащают воздух кислородом, увлажняют и очищают его, способствуют снижению шума, влияют на микроклимат территории. За пришкольной территорией, как и за любым объектом, необходимо ухаживать. Несколько многолетних растений на пришкольной территории погибли, по непонятным причинам, и руководитель нашей экологической группы дала нам задание, провести мониторинг экологического состояния пришкольной территории. Как участники волонтёрского экологического отряда мы решили разработать и внедрить методику проведения мониторинга экологического состояния пришкольной территории и сделать его ежегодным мероприятием. В рамках данного мониторинга я занималась исследованием почвы на наличие нитратов. Существуют различные методы определения концентрации нитратов в почве, в рамках моего проекта я планирую: выполнить забор почвы в различных точках школьного двора, предложить методику оценки нитратов в почве и разработать рекомендации по улучшению состояния почвы в соответствии с полученными результатами. Для работы над проектом я изучила литературу по географическим исследованиям в области экологического мониторинга почвы и методам определения нитратов в почве.

Объектом исследования была выбрана почва на пришкольной территории в различных точках.

Целью исследования является экологический мониторинг почвы пришкольной территории и разработка рекомендаций по проведению подобных исследований. Предметом исследования является показатель уровня нитрат-ионов в почве.

Для реализации цели исследования, нами были поставлены следующие задачи:

1.Изучить методики исследований в области экологического мониторинга почвы и методики определения уровня нитратов;

2. Согласно карте пришкольной территории по озеленению, спланировать эксперимент для измерения нитрат-ионов в почве и выполнить забор проб почвы;

3. Провести исследование по замерам уровня нитратов в почве и составить карту территории школы с показателями уровня нитратов;

4. Разработать рекомендации по устранению загрязнения пришкольной и рекомендации по проведению почвенного мониторинга ежегодно.

Основная часть

Почва — тонкий верхний слой земной коры, дающий жизнь растениям. Это самостоятельное природное тело, представляющее собой нечто среднее между живым и мертвым веществом. В почве взаимодействуют литосфера, атмосфера, гидросфера и биосфера, а плотность живого вещества планеты максимальна. Самое ценное свойство почвы - плодородие, т.е. способность обеспечивать растения необходимыми питательными веществами и влагой [7].

Почва состоит из минеральных частиц, органического вещества в основном растительного происхождения, почвенной воды, почвенного воздуха и населяющих её живых организмов. В различных районах Земли толщина почвы колеблется от нескольких сантиметров до 2-3 метров.
Почва образуется очень медленно, для полного обновления её минеральной части на глубину 1 м необходимо 10 000 лет.

Основатель современного почвоведения В.В. Докучаев считал, что, подобно минералам, растениям и животным, почвы представляют собой особые естественно-исторические тела. Они формируются под влиянием нескольких факторов почвообразования, действующих одновременно. Горные породы, на которых образуются почвы называются материнскими или почвообразующими, они служат источником минеральной части почвы и определяют её химический, минеральный и механический состав. От климата зависят тепловой и водный режимы почвообразования, а также скорость выветривания горных пород. Растительность поставляет в почву органические вещества и заметно влияет на её микроклимат. Животные и микроорганизмы, населяющие почву, перемешивают и разрыхляют ее, а также ускоряют разложение органических остатков [7]. В зависимости от рельефа перераспределяются тепло и влага, а химический состав и режим грунтовых и почвенных вод воздействуют на многие почвенные процессы. На формирование почвы огромное влияние оказывает хозяйственная деятельность человека: он возделывает землю, а чтобы получить хороший урожай, вносит в почву удобрения.

Почвенные слои являются природными «устройствами» по концентрации различных загрязнителей: ионов тяжёлых металлов, канцерогенов итд. Почва, в отличии от других объектов окружающей среды, характеризуется стабильным состоянием. Почва не зависит от изменений давления и температуры окружающей среды, поэтому различные токсины способны накапливаться годами и увеличивать загрязнение территории.

Нитраты- это соли азотной кислоты, наличие которых в почве обычно связано с поступлением в неё промышленных и хозяйственно-бытовых отходов, смывов воды сельскохозяйственных угодий, на которые были внесены азотсодержащие удобрения. Также поступление нитрат-ионов возможно в результате выпадение кислотных дождей и непосредственно поглощение оксидов азота из воздуха.

Опасность нитрат-ионов обусловлена их токсичным действием на организм. Различают первичную токсичность нитрат (она невелика), вторичную, возникающую при образовании нитритов (основная опасность), и третичную, связанную с образованием нитроаминов. Накапливаясь в организме человека, нитраты вызывает метгемоглобин, т.е. реагируют с гемоглобином крови, образуют метгемоглобин. Это вещество в отличие от гемоглобина не переносит кислород, что приводит к кислородному голоданию тканей. В результате ухудшается самочувствие, появляется вялость. При содержание метгемоглобин на 20–50% появляются одышка, тахикардия, потеря сознания, при метгемоглобинемии выше 50% наступает смерть. Нитраты губительно воздействует на нервную, сердечно-сосудистую систему, желудочно-кишечный тракт и другие органы. Особую опасность нитраты представляют для маленьких детей, у которых ещё не сформирована восстанавливающая ферментная система.

Для безопасного нахождения школьников на территории нашего образовательного учреждения мы решили произвести исследования для определения уровня нитратов в почве.

Анализируя опыт географических исследований в области экологического мониторинга почвы, можно отметить следующие особенности:

Пробы почвы для анализа отбирают 1 раз в год, чаще всего в осеннее или весеннее время. Мы выполняли забор проб в осеннее время.

При отборе проб с территорий, лежащих в черте мегаполиса, сначала составляют по метеорологическим данным «розу ветров» и отбирают пробы вдоль преобладающих ветров. Так как наше образовательное учреждение находится вблизи автомобильной дороги, мы так же выполняли заборы проб на территории, прилегающей к дороге и учитывали фактор дополнительного загрязнения осадками выхлопных газов.

Глубина отбора проб зависит от задачи исследования и может выполняться механизированным способом или вручную. Мы производили забор пробы, делая раскоп лопатой, на глубине 20 см.

Масса пробы, отобранная с одной площадки, должны быть не менее 5 кг, а затем производят усреднение пробы таким образом, чтобы её масса оставалась не менее 1 кг. Но, в тех случаях, когда требуется оценить загрязнение вглубь почвы или в поверхностном слое, при разном удалении от источника загрязнения (в нашем исследовании – автодорога), отобранные пробы анализируют по отдельности. В Приложении 1 мы составили карту пришкольной территории с указанием мест забора проб и отдаленность мест от автодороги.

Почва – твёрдый субстрат, поэтому определение многих параметров возможно только после перевода образцов в почвенный раствор. Опишем методику приготовления почвенного раствора:

Образцы почвы после отбора высушиваются, просеиваются, отделяя наиболее крупные частицы геологических пород (последние не понадобятся);

Пробу хорошо перемешайте в емкости или на ровной поверхности (мы использовали специальную ступку), необходимо насыпать почву в виде конуса, а затем разравнять в виде круга, повторять необходимо до тех пор, пока не получите однородную массу;

Пробу необходимо усреднить квартованием: пробу делим на 4 части и отбираем два противоположных, снова перемешиваем и повторяем еще 2-3 раза;

Выполняем отбор 10 граммов почвы, удалите избыток карбонатов обработкой раствором уксусной при нагревании. Снова высушите и измельчите пробу;

Один грамм почвы поместите в химический стакан и добавьте 10 мл воды, размешайте образец несколько раз;

Отфильтруйте почвенный раствор через бумажный фильтр.

Пробы готовы! Можно переходить к их исследованию.

Существует много способов исследования содержания нитратов в почве, мы используем цифровой датчик нитрат-ионов «НАУ-РА». Цифровой датчик нитрат-ионов предназначен для измерения концентрации нитратных ионов в водных растворах, его используют при исследованиях качества воды.

Цифровой датчик нитрат-ионов состоит из электронного блока, электрода селективного ЭЛИС-131 NO₃ и электрода сравнения ЭЛИС-10101. Электроды подключены к электронному блоку с помощью кабелей с разъемами. Получение данных и вывод их на экран в виде зависимости концентрации нитратных ионов от времени осуществляет компьютерная программа. Для получения более точных и воспроизводимый значений показаний необходимо выполнить калибровку датчика в соответствии с указаниями в методическом руководстве к датчику и так же учесть основные методы работы с датчиком, указанные нами в Приложении 2.

Выбранный нами для исследования участок пришкольной территории характеризуется высокой антропогенной нагрузкой; здесь находится один из самых оживленных перекрёстков г. Екатеринбурга. В районе нашей школы движение автомобилей очень сильно выражено. На территории школы находится мини-огород, а также высажено большое количество растений. Однако, расположение автодороги таково, что воздушные массы от легко достигают территории школы. Особенности точек, при заборе проб почвы мы указали в таблице ниже:

Рис.1 Карта пришкольной территории с указанием точек отбора проб

Из полученных почвенных проб мы приготовили три почвенных раствора.

Исследование почвенных растворов проходило по следующему алгоритму:

Откалибровать датчик нитрат ионов;

Приготовить сосуд с дистиллированной водой и салфетки для просушки датчика;

Погрузить электрода селективного ЭЛИС-131 NO₃ ионов в почвенный раствор, не менее, чем на 5 см, затем погрузить электрод сравнения ЭЛИС-10101;

Запустить программу «Практикум» и дождаться стабилизации значения нитрат-ионов до второго знака, после запятой;

Используя датчик нитрат-ионов из комплекта цифрового оборудования НАУ-РА, получили график регистрации уровня нитратов для каждой из проб почвы.

Рис 2. График регистрации

Полученные данные выгружаем в Excel и обрабатываем, представим результаты в таблице ниже:

Табл.1 Результаты анализа проб на нитрат ионы

В качестве нормы, мы использовали ГОСТ 26951-86 Почвы. Определение нитратов ионометрическим методом [7]. Повторно составили карту школьной территории с указанием показателя нитрат ионов для ранее выбранных точек (Приложение 3).

Рис.3 Карта пришкольной территории с указанием точек отбора проб почвы со значениями нитрат-ионов

Полученные результаты исследования показывают, что все взятые пробы вызывают тревогу, Первая проба показала самое критическое значение, так как поверхность находится вблизи с автодорогой и не имеет защитных барьеров от антигололёдных реагентов, осадков выхлопных газов. Проба почвы, взятая за забором школы, имеет показания превышающее норму, но на порядок отличается от показаний первой пробы. Различия вызваны тем, что забор выполняет свою защитную функцию, предотвращая оседание осадков выхлопных газов на почве. Третья проба имеет показатель нитратов, приближенный к норме, поскольку находится в окружении хвойных деревьев.

Хвойные деревья на пришкольной территории выполняют защитные функции, так как у высаженных елей на иголках имеется толстый слой воскового налёта, который препятствует попаданию загрязнений. Также хвойные деревья выделяют особые вещества – фитонциды, которые способны уничтожать болезнетворные бактерии.

Заключение

Нами был проведён экологический мониторинг почвы пришкольной территории. Для реализации исследования нами были изучены методики в области экологического мониторинга почвы и методики определения уровня нитратов; согласно карте пришкольной территории по озеленению, спланирован эксперимент для измерения нитрат-ионов и взяты пробы (перед забором, за забором, возле хвойных деревьев). Выбранный нами участок исследования характеризуется высокой антропогенной нагрузкой; здесь находится один из самых оживленных перекрёстков г. Екатеринбург. В районе нашей школы движение автомобилей очень сильно выражено. На территории школы находится мини-огород, а также высажено большое количество растений. Однако, расположение автодороги таково, что воздушные массы от легко достигают территории школы.

На участке исследования содержание нитрат-ионов во всех точках превышает норму. Полученные данные показывают, что тревогу вызывают все участки, на которых были взяты пробы почвы. Наиболее токсичной оказалась точка перед забором, так как ее окружает оживлённая автодорога. Точка, взятая за забором, оказалась наименее загрязнённым участком, так как забор выполняет защитную функцию, но разница показателей незначительна. Третья точка, показала результаты, приближенные к норме, поскольку находится на расстоянии от автодороги и окружена хвойными деревьями.

В процессе исследования мы выяснили, что почва загрязнена нитрат-ионами, поэтому наши рекомендации будут направлены на снижение уровня нитрат-ионов:

Постройка дополнительных ограждений, превышающий высоту действующего ограждения;

Посадка зелёной изгороди по территории школы;

Тщательный полив почвы и грамотный выбор удобрений с учётом типы почвы на территории школы.

Список литературы

Наумов В.Д. «География почв. Почвы России.», Москва: Росинформагротех, 2017 — 208 с.

Тиво П.Ф. Нитраты: слухи и реальность / П. Ф. Тиво, Л. А. Саскевич. - Минск : Ураджай, 1990. - 149,[2] с. : ил.; 20 см.; ISBN 5-7860-0558-5

Электронный ресурс  https://agrostory.com/info-centre/fans/nitraty-i-nitr.. Дата обращения: 14.10.2019

Электронный ресурс http://www.geo-site.ru/index.php/2011-01-09-16-49-25/.. Дата обращения: 20.10.2019

Электронный ресурс  https://woman.rambler.ru/cooking/36478463-kak-nedopus.. Дата обращения: 25.10.2019

Электронный ресурс: geoglobus.ru. Дата обращения: 15.11.2019

ГОСТ 26951-86, Электронный ресурс: http://docs.cntd.ru/document/1200023499 Дата обращения 17.12.2019

Приложение 1

Карта пришкольной территории с указанием точек отбора проб почвы

Приложение 2

Правила работы с датчиком Нитрат-ионов:

1) Если ионоселективный электрод используется впервые или после длительного хранения, его обмывают дистиллированной водой и выдерживают в кондиционирующем растворе нитрат-иона с концентрацией 0,01 моль/л в течение 8-24 часов.

2) Если ионоселективный электрод используется в работе не часто то, его хранят в растворе нитрат-калия с концентрацией 0,01 моль/л.

3) При перерывах в измерениях более чем 5-7 дней ионоселективный электрод хранят в сухом виде, перед началом работ электрод выдерживают в растворе с концентрации 0,01 моль/л в течение 1-2 часов.

4) При достаточно частом использовании ионоселективного электрода можно начинать подготовку к работе непосредственно с тщательной отмывкой дистиллированной водой без вымачивания в растворе.

5) После вымачивания ионоселективный электрод необходимо тщательно обмыть дистиллированной водой для достижения возможно более низкого значения электродного потенциала, после чего электрод промокают фильтровальный бумагой, при этом следует проявлять осторожность и категорически запрещаются механические воздействия на мембрану электродов (шлифования, удары, царапание и т.д.) слой жидкости с ее поверхности следует удалять только путём лёгких прикосновений фильтровальный бумагой.

6) При опускании ионоселективного электрода в раствор необходимо избегать касаний мембраны о стенку стаканчика.

Приложение 3

Карта пришкольной территории с указанием точек отбора проб почвы со значениями нитрат-ионов в мг/л