Исследование почв поселка Варгаши и Вар-гашинского района с применением метода биотестирования.

МКОУ «Варгашинская средняя школа № 1»

Тема проекта:

Исследование почв поселка Варгаши и Варгашинского района с применением метода биотестирования.

Участники проекта:

Щетинкина Анастасия, 8 класс

Дедова Дарья, 8 класс

Руководитель проекта:

Берлюбская Тамара Владимировна,

учитель географии и биологии.

Варгаши 2012

Содержание

1. Введение………………………………………………….……….2
2. Основная часть…………………………………………..………..3

1. Почва – составляющая часть биосферы………………………………………………………………..4
2. Растения индикаторы почвы…………………………………..6
3. Загрязнение почвы……………………………………………..7

3. Материалы и методы изучения почвы…………………………..8
4. Результаты и их обсуждение……………………………………..9
5. Выводы…………………………………………………………….10
6. Заключение ……………………………………………………….10
7. Список используемой литературы……………………………….10

1. Введение

Почва – это особое природное образование, обладающее рядом свойств, присущих живой и неживой природе. Одна из важных особенностей почвы – это естественное плодородие, которой обеспечивает рост растений. Процессы почвообразования протекают медленно, со скоростью от 0,5 до 2 см за 100 естественное плодородие почвы формируется длительное время, а уничтожение плодородия под действием антропогенных факторов происходит всего за 5 – 10 лет. Следовательно почва является медленное возобновляемым ресурсом. Одним из факторов деградации земель является их загрязнение: выбросы промышленных предприятия и автотранспорта в атмосферу, накопление в почвах тяжелых металлов и т.д. (нефтепродукты, агрохимикаты и т.д.)

В средствах массовой информации постоянно появляются сообщения о неблагоприятной экологической обстановке различных территорий в связи с антропогенным воздействием. Как показывают научные данные, в сельской местности экологическая обстановка более благоприятная чем в  крупных городах. Мы живем в деревне Варгаши, недалеко от р.п. Варгаши, от завода ППСО. У наших семей есть участки, на которых выращивают овощи и фрукты для наших семей. Для выращивания сельскохозяйственных растений большое значение имеет состав почвы. Важно, чтобы в почве были все
необходимые для растений элементы (азот, фосфор, калий, микроэлементы) и  не было веществ — загрязнителей. Нас заинтересовал вопрос, а каково состояние почвы на наших участках, и поэтому мы решили проверить почву с наших участков, а также и с других участков на загрязнение.  

Актуальность исследовательской работы обусловлена тем, что проблема загрязненности почвы является общемировой. В настоящее время ученые бьют тревогу, призывая нас к сохранению и защите окружающей среды, а так же ко всяческой помощи ей. Но не каждый знает, в чем состоит проблема его края, поэтому, как альтернативный вариант, мы предлагаем биоиндикацию.

Степень загрязнения почвы можно определить с помощью физико-
химических методов и методов биоиндикации.

Цель работы: определить степень загрязнения  почвенной среды на разных участках.

Гипотеза: Окружающая среда  вокруг  засорена т.к.  проходит автотрасса, железная дорога, выбросы промышленных предприятий, мусорные свалки. Все это оседает на почву и загрязняют ее, что пагубно отражается на живых организмах . С помощью растений можно это определить.

Задачи исследования: Сравнить загрязнение почвы различных участков деревни Варгаши и р.п. Варгаши.

1. Использовать метод биотестирования для быстрой оценки степени загрязнения почвы.
2. Показать эффективность использования редиса как тест-объекта для оценки уровня загрязнений;
3. Сформулировать выводы, касающиеся оценки загрязненности почвы на исследуемых участках.

Объект исследования – метод биотестирования

Предмет исследования - образцы почвы разных участков.

Методы исследования

1. Теоретический обзор и анализ литературы
2. Лабораторные исследования;
3. Обработка результатов исследований

Сроки исследования: сентябрь – октябрь 2011 года

2.1. Почва – важная составляющая часть биосферы.

Почва — верхний слой суши, образовавшийся под влиянием растений, животных, микроорганизмов и климата из материнских горных пород, на которых он находится. Это важный и сложный компонент биосферы, тесно связанный с другими ее частями.

В почве сложным образом взаимодействуют следующие основные компоненты:

— минеральные частицы (песок, глина), вода, воздух;

— детрит — отмершее органическое вещество, остатки жизнедеятельности растений и животных;

— множество живых организмов — от детритофагов до редуцентов, разлагающих детрит до гумуса.

Таким образом, почва — биокосная система, основанная на динамическом взаимодействии между минеральными компонентами, детритом, детритофагами и почвенными организмами.

В своем развитии и формировании почвы проходят несколько этапов. Молодые почвы являются обычно результатом выветривания материнских горных пород или переноса отложения осадков (например, аллювия). На этих субстратах поселяются микроорганизмы, пионерные растения — лишайники, мхи, травы, мелкие животные. Постепенно внедряются другие виды растений и животных, состав биоценоза усложняется, между минеральным субстратом и живыми организмами возникает целая серия взаимосвязей. В результате формируется зрелая почва, свойства которой зависят от исходной материнской породы и климата.

Процесс развития почвы заканчивается, когда достигается равновесие, соответствие почвы с растительным покровом и климатом, то есть возникает состояние климакса. Таким образом, изменения почвы, происходящие в процессе ее формирования, напоминают сукцессионные изменения экосистем.

Почва является как бы живым организмом, внутри которого протекают различные сложные процессы. Для того чтобы поддерживать почву в хорошем состоянии, необходимо знать природу обменных процессов всех ее составляющих.

Поверхностные слои почвы обычно содержат много остатков растительных и животных организмов, разложение которых приводит к образованию гумуса. Количество гумуса определяет плодородие почвы.

В почве обитает великое множество различных живых организмов — эдафобионтов, формирующих сложную пищевую детритную сеть: бактерии, микрогрибы, водоросли, простейшие, моллюски, членистоногие и их личинки, дождевые черви и многие другие. Все эти организмы играют огромную роль в формировании почвы и изменении ее физико-химических характеристик.

Растения поглощают из почвы необходимые минеральные вещества, но после смерти растительных организмов изъятые элементы возвращаются в почву. Почвенные организмы постепенно перерабатывают все органические остатки. Таким образом, в естественных условиях происходит постоянный круговорот веществ в почве.

В искусственных агроценозах такой круговорот нарушен, так как человек изымает значительную часть сельскохозяйственной продукции, используя ее для своих нужд. Из-за неучастия этой части продукции в круговороте почва становится бесплодной. Чтобы избежать этого и повысить плодородие почвы в искусственных агроценозах, человек вносит органические и минеральные удобрения.

2.2. Растения индикаторы

Растения-индикаторы, или индикаторные растения — растения, для которых характерна резко выраженная адаптация к определённым условиям окружающей среды. При наличии таких растений можно качественно или количественно оценить условия окружающей среды.

Полный анализ почвы требует много времени и труда. Однако многие особенности почвы, в том числе и плодородие, можно определить по населяющим ее растениям-индикаторам.

Так, например, о высоком плодородии свидетельствуют следующие растения: малина, крапива, иван-чай, таволга, сныть, чистотел, копытень, кислица, валериана, чина луговая, костер безостый.

Индикаторы умеренного (среднего) плодородия: майник двулистный, медуница, дудник, грушанка, гравилат речной, овсяница луговая, купальница, вероника длиннолистная.

О низком плодородии свидетельствуют сфагновые (торфяные) мхи, наземные лишайники, кошачья лапка, брусника, клюква, белоус, ситник нитевидный, душистый колосок.

Безразличны к почвенному плодородию лютик едкий, пастушья сумка, мятлик луговой, черноголовка, ежа сборная. Малотребовательна к почвенному плодородию сосна обыкновенная.

Кроме общего понятия “плодородие почвы”, можно выяснить обеспеченность почвы определенными элементами.

Например, о высоком содержании азота свидетельствуют растения-нитрофилы – иван-чай, малина, крапива; на лугах и пашне – разрастания пырея, гусиной лапчатки, спорыша (горца птичьего). При хорошем обеспечении азотом растения имеют интенсивно-зеленую окраску.

Наоборот, недостаток азота проявляется бледно-зеленой окраской растений, уменьшением ветвистости и числа листьев.

Высокую обеспеченность кальцием показывают кальциефилы: многие бобовые (например, люцерна серповидная), лиственница сибирская.

При недостатке кальция господствуют кальциефобы – растения кислых почв: белоус, щучка (луговик дернистый), щавелек, сфагнум и др. Эти растения устойчивы к вредному действию ионов железа, марганца, алюминия.

Растения индикаторы кислотности почв.

Кислотность – одно из характерных свойств почвы лесной зоны. Повышенная кислотность отрицательно сказывается на росте и развитии ряда видов растений. Это происходит из-за появления в кислых почвах вредных для растений веществ, например, растворимого алюминия или избытка марганца. Они нарушают углеводный и белковый обмен в растениях, задерживают образование генеративных органов и приводят к нарушению семенного размножения, а иногда вызывают гибель растений. Повышенная кислотность почв подавляет жизнедеятельность почвенных бактерий, участвующих в разложении органики и высвобождении питательных веществ, необходимых растениям.

В лабораторных условиях кислотность почв можно определить универсальной индикаторной бумагой, набором Алямовского, рН-метром, а в полевых условиях – при помощи растений-индикаторов. В процессе эволюции сформировались три группы растений: ацидофилы – растения кислых почв, нейтрофилы – обитатели нейтральных почв, базифилы – растут на щелочных почвах. Зная растения каждой группы, в полевых условиях можно приблизительно определить кислотность почвы.

2.3.Загрязнение почв.

В нормальных естественных условиях все процессы, происходящие в почве, находятся в равновесии. Но нередко в нарушении равновесного состояния почвы повинен человек. В результате развития хозяйственной деятельности человека происходит загрязнение, изменение состава почвы и даже ее уничтожение. В настоящее время на каждого жителя нашей планеты приходится менее одного гектара пахотной земли. И эти незначительные площади продолжают сокращаться из-за неумелой хозяйственной деятельности человека.

Одним из последствий усиления производственной деятельности человека является интенсивное загрязнение почвенного покрова. В роли основных загрязнителей почв выступают металлы и их соединения, радиоактивные элементы, а также удобрения и ядохимикаты, применяемые в сельском хозяйстве.

К наиболее опасным загрязнителям почв относят ртуть и ее соединения. Ртуть поступает в окружающую среду с ядохимикатами, с отходами промышленных предприятий, содержащими металлическую ртуть и различные ее соединения.

Еще более массовый и опасный характер носит загрязнение почв свинцом. Известно, что при выплавке одной тонны свинца в окружающую среду с отходами выбрасывается его до 25 кг. Соединения свинца используются в качестве добавок к бензину, поэтому автотранспорт является серьезным источником свинцового загрязнения. Особенно много свинца в почвах вдоль крупных автострад.

Вблизи крупных центров черной и цветной металлургии почвы загрязнены железом, медью, цинком, марганцем, никелем, алюминием и другими металлами. Во многих местах их концентрация в десятки раз превышает ПДК.

Радиоактивные элементы могут попадать в почву и накапливаться в ней в результате выпадения осадков от атомных взрывов или при удалении жидких и твердых отходов промышленных предприятий, АЭС или научно-исследовательских учреждений, связанных с изучением и использованием атомной энергии. Радиоактивные вещества из почв попадают в растения, затем в организмы животных и человека, накапливаются в них.

Значительное влияние на химический состав почв оказывает современное сельское хозяйство, широко использующее удобрения и различные химические вещества для борьбы с вредителями, сорняками и болезнями растений. В настоящее время количество веществ, вовлекаемых в круговорот в процессе сельскохозяйственной деятельности, примерно такое же, что и в процессе промышленного производства. При этом с каждым годом производство и применение удобрений и ядохимикатов в сельском хозяйстве возрастает. Неумелое и бесконтрольное использование их приводит к нарушению круговорота веществ в биосфере.

Особую опасность представляют стойкие органические соединения, применяемые в качестве ядохимикатов. Они накапливаются в почве, в воде, донных отложениях водоемов. Но самое главное — они включаются в экологические пищевые цепи, переходят из почвы и воды в растения, затем в животных, а в конечном итоге попадают с пищей в организм человека.

3.Материалы и методы изучения почвы.

Мы использовали две методики:

1. Проращивание семян в водной вытяжке.
2. Выращивание проростков на пробах почвы.

Методы не предназначены для оценки способности почвы поддерживать непрерывный рост растений.  Сущность метода заключается в выращивании в контролируемых условиях проращенных семян. Период испытания зависит от вида растения и длительности его роста. Для проведения работы были отобраны пробы в разных участках деревни и поселка.

Проба №1 -  огород в деревне Варгаши

Проба№2 – завод ППСО

Проба №3 – берег озера

Проба №4 – железная дорога

Проба №5 – гусеводческий комплекс «Махалов»

4.Результаты и их обсуждение.

1. Проращивание семян в водной вытяжке.

Пробы почвы заливали водой в соотношении 50г почвы – 100 г воды. Для получения водной вытяжки пробы настаивали пробы 7 суток при комнатной температуре, постоянно перемешивали. Через 7 суток надосадочную жидкость слили. Качество водной вытяжки определяли методом биотестирования. Контроль – проба № 1. Проращивание семян проводили в чашках Петри. Проращивали проростки в закрытых чашках Петри, на дно каждой чашки клали фильтровальную бумагу, помещали 20 семян редиса и добавляли водную вытяжку до полного увлажнения. Через 6 суток эксперимент прекратили, посчитали количество проросших семян. Критерием опасного загрязнения почвы являлось снижение всхожести семян на 50% в сравнении с контролем.

При проращивании семян редиса в надосадочной жидкости были получены результаты по всхожести семян. На всех исследуемых образцах почвы семена взошли более чем на 50%. Вполне возможно, что водная вытяжка из проб не полностью характеризует качество и экологическую безопасность почвы, так как не все вещества, находящиеся в почве, могут перейти в воду. Нами было замечено, что только водная вытяжка пробы №5 заметно ингибирует прорастание семян редиса.

2. Выращивание проростков на пробах почвы.

Пробы почвы помещали в чашки Петри, увлажняли и высаживали в них по 15 семян редиса. Через 8 суток подсчитывали количество проросших семян. Критерием опасного загрязнения почвы является снижение всхожести семян на 50% в сравнении с контролем. В результате работы были получены следующие данные:

Во всех отобранных нами пробах наблюдается негативное воздействие веществ, содержащихся в почве на проростки редиса. Проба № 1 является контрольной.

В пробе № 2 заметно снижение количества пророщенных семян и к концу эксперимента поникание проростков.

В пробе №3 заметно уменьшение числа проросших семян, заметное уменьшение длины их проростков.

В пробе № 4 наблюдается только заметное снижение числа проросших семян.

В пробе № 5 наблюдается и заметное снижение количества проросших семян и уменьшение длины проростков.

Наиболее сильное влияние на проростки оказывает загрязнение почвы гусеводческого комплекса «Махалов».

5. Выводы.

1. Методы биотестирования можно применять для мониторинга антропогенного загрязнения почвы.
2. Семена редиса являются очень эффективным и удобным объектом для биоидикационных исследований.
3. В контрольном образце в ходе эксперимента наблюдалось некоторое отклонение в развитии проростков, что свидетельствует о начинающем загрязнении почвы в связи с антропогенным воздействием на почву.
4. Наиболее загрязнена почвы около гусеводческого комплекса.
5. Методика выращивания проростков непосредственно в почве более чувствительна по сравнению с методикой проращивания семян в водной вытяжке.
6. Данные методики свидетельствуют о загрязнении почвы, но не о ее плодородии.

6.Заключение

В своей работе мы рассмотрели,  что такое почва, источники загрязнения почвы, познакомились с растения индикаторами почвы. Нам удалось узнать много нового, поработать в лабораторных условиях, провести эксперименты. В дальнейшем мы планируем продолжить исследования почвы и ее свойств.

7.Список используемой литературы.

1. А.А.Сударкина и др. «Химия в сельском хозяйстве». Москва, 1986 г.
2. Детская энциклопедия, том 6-сельское хозяйство. Москва, 1974г.
3. Дьякович С.В. «Почва как объект изучение на уроках химии». Химия  в школе 1985г. №4.  
4. Под редакцией Пашканча К.В. «Охрана природы». Москва «Просвещение», 1983 г.
5. Экологический практикум, Кемерово, КГУ, 1996г
6.  http://www.ecosystema.ru
7.  http://www.besthelp.ru