Определение качества воды

Тема работы: «Определение качества воды

методом биоиндикации »

Содержание

         Введение …………………………………………………………...………..3

1. Основная часть………………………………………………………………….3

1.1. Общая характеристика водных объектов…………………………………...3

1.2. Биоиндикация – метод по определению качества окружающей среды ….4

1.3. Горох – биоиндикаторный организм ………...……………………………..5

1.4. Факторы, необходимые для прорастания семян……………………...…....5

2. Мои исследования……………………………………………………………...6

3. Результаты исследований……………………………………………………. .6

4. Анализ  результатов ………………………………….………………............ 7

 5. Вывод  ……. ……………………………………….……………………….... 8

 6. Практическое применение…………………………………………………… 8

 7.  Список литературы ……………………………………………………........ 8

  8. Приложение ………………………………………….…………………….... 9

Введение

        За последнее время поверхностные водоёмы подвергаются сильному антропогенному воздействию. Последствия - различные изменения в водных экосистемах, что отражается как на общем состоянии природы, так и на человеческом обществе.
       В связи с  большой антропогенной нагрузкой, испытываемой природными комплексами становится актуальной разработка и апробация методик, позволяющих оценивать экологическое состояние природных экосистем и их компонентов[1].

        К сожалению, не всегда есть возможность проводить комплексные научные исследования, требующие больших материальных затрат и специального оборудования. В таких случаях можно использовать метод биоиндикации.    

        Семена различных видов растений достаточно чувствительны к качеству воды во время прорастания. Такими особенностями обладают и семена гороха.

        Поэтому тема исследовательской работы: «Определение качества воды методом биоиндикации».

        Цель работы: «Определить качество воды по прорастанию семян гороха».          

        Задачи:

1. Изучить литературные источники по проблеме.
2. Освоить методику биоиндикации для ведения исследования.
3. Определить влияние различных загрязняющих веществ в водной среде на прорастание семян гороха.                                          
4. Дать экологическую оценку качества изучаемых проб воды в соответствии с результатами биоиндикации.

        Объектом исследования являются  пробы воды из различных источников.

        Предмет исследования – методы биоиндикации по определению качества воды.

        Методы исследования: методы биоиндикации  и моделирования, наблюдение.

        Значение результатов исследования: научное – определение качества проб воды методом биоиндикации; практическое – результаты исследования используются на  уроках биологии и химии, в повседневной жизни.

1. Основная часть

1.1. Общая характеристика водных объектов

        Большие запасы воды на нашей планете создают впечатление о ее неисчерпаемом изобилии. Однако следует иметь в виду, что гидросфера – самая тонкая оболочка Земли. На воду во всех ее состояниях и во всех сферах приходится меньше 0,001 массы планеты. Разное состояние и различные качества воды, а также особенности ее кругооборота на Земле приводят к тому, что лишь незначительная часть запасов воды оказывается доступной и пригодной для практического ее использования.

        Общее количество пресной воды составляет всего лишь 2,7% от общего объема воды на Земле, причем очень малая ее доля (всего 0,36%) имеется в легкодоступных для добычи местах.

        Значительная часть вод загрязнена. Наиболее распространенными загрязняющими веществами вод являются нефтепродукты, легко окисляемые органические вещества, соединения металлов (железо, марганец, цинк, медь), азот аммонийный и азот нитритов, сульфаты и др. вещества.  На качество воды поверхностных водных объектов оказывает влияние сброс сточных вод предприятий коммунального хозяйства, промышленных предприятий.

        Одними из загрязнителей так же являются кислотные осадки. Кислотными называются любые осадки – дожди, туманы, снег, кислотность которых выше нормальной. Кислотные дожди – это результат присутствия в атмосфере окислов серы и окислов азота.

        Загрязнение пресных вод нельзя рассматривать вне связи с загрязнением других компонентов окружающей природной среды – поверхностных вод, почвы, атмосферы и атмосферных осадков. Загрязнение каждых из этих компонентов непосредственно влияет на уровень загрязнения.  

1.2. Биоиндикация – метод по определению качества                окружающей среды

        Биоиндикация – это оценка состояния окружающей среды по реакции живых организмов (растения, животные). Сущность биоиндикации в том, что определенные факторы среды создают возможность существования того или иного вида[7].

        При изучении степени загрязнения окружающей среды важна реакция организмов на загрязнители. Для учёта изменения среды под действием антропогенного фактора составляются списки индикаторных организмов – биоиндикаторов. Биоиндикаторы –  виды, группы видов или сообщества, по наличию, степени развития, изменению морфологических, структурно-функциональных, генетических характеристик которых судят о качестве воды и состоянии экосистем.

        Биоиндикация - один из наиболее перспективных и достоверных методов определения загрязнения окружающей  среды. Несомненным его достоинством является то, что он не требует больших материальных затрат  на дорогостоящее оборудование и химические реактивы, а также его доступность для начинающего исследователя. Данный метод дает возможность судить об изменениях состояния среды и прогнозировать направление этих изменений[2].

1.3. Горох – биоиндикаторный организм

        Семена различных видов растений достаточно чувствительны к качеству воды во время прорастания. Такими особенностями обладают и семена гороха.

        Плод гороха – боб, состоящий из 2 створок, между которыми находятся семена.   Горох – светолюбивое холодостойкое  растение, семена начинают прорастать при температуре 1-2ºС. Оптимальная температура для роста и развития растений 12-16ºС, а для цветения и формирования плодов 16-20ºС. Всходы могут переносить кратковременные заморозки до -7ºС.

        Для прорастания семенам гороха нужно большое количество воды

        Горох можно выращивать на различных типах почв. Кроме того, он обогащает почву азотом благодаря деятельности клубеньковых бактерий, поселяющихся в тканях корневой системы [8].  

1.4. Факторы, необходимые для прорастания семян

        Типичное семя состоит из кожуры, зародыша и тканей, запасающих  питательные вещества для его развития - эндосперма и (или) перисперма. Главной частью семени является зародыш  (зачаток будущего растения), в котором различают корешок, зачаточный стебелёк, семядоли (или семядолю) и почечку[4].

        Для прорастания семенам необходимы ряд факторов: влажная среда с доступом воздуха, температура. В таких условиях семена набирают воду (разбухают), начинают дышать, в них активизируются биохимические реакции, и через определенное время они прорастают.

        Хотя, вода и является основным фактором прорастания семян, в дополнение к ней для этого процесса необходимы еще температура (тепло) и кислород.
       Потребность в кислороде у семян разных культур неодинакова, но с увеличением его количества возрастает процент проросших семян.      Недостаток кислорода при избытке воды значительно снижает всхожесть семян.    

        Всхожесть семян определяется процентным отношением числа проросших семян к общему числу подвергнутых проращиванию.  С этой целью, отсчитав известное число семян, высевают их в обыкновенном садовом горшке, на фланели или войлоке с длинными концами, опущенными в воду, на влажной губке, покрытой стеклянным колпаком и т.д.

       Наличие в воде нефтепродуктов, замедляет процесс прорастания семян. Вода, содержащая вещества, увеличивающие показатели рН среды, так же угнетает  рост и развитие проростков[5].

        Различная реакция прорастающих семян на качество водной среды в значительной мере обусловлена влиянием загрязняющих веществ на уровень активности биохимических процессов в прорастающем семени [2].

2. Мои исследования

       Для проведения исследования берутся семена гороха  - горох посевной (Pisum sativum), сорт «Горох сахарный». Отсортированные по размеру, форме, внешнему виду и целостности. Семена гороха помещаются в чашки Петри в количестве по 20 штук на ватный фильтр. Ватный фильтр насыщается исследуемой водой (см. фото.1. в приложении).  Ведется дневник наблюдений, где фиксируются все изменения: прорастание корней и стеблей. 

        Для исследования влияния загрязняющих веществ на прорастание семян гороха готовится раствор, в котором присутствует одно из загрязняющих веществ: нефтепродукт – машинное масло, кислота (серная), щелочь (гидроксид калия)[6].

        Всхожесть прорастания семян высчитывается в процентах. Всхожесть характеризуется количеством семян, давших нормальные всходы за установленный срок при оптимальных условиях выращивания.

3. Результаты исследований

   Для исследования взяты пробы воды из: водопровода, колодца, талого снега вблизи автодороги, талого снега из леса.

          Для определения качества воды из данных источников был применен метод биоиндикации – определение качества воды по прорастанию семян гороха. Прорастание семян осуществлялось в чашках Петри на ватном фильтре насыщенном исследуемой водой, куда помещали 20 семян. Наблюдались различные сроки и интенсивность прорастания семян (см. таблицу №2 в приложении, диаграмму 1).

       Моделирование особенностей влияния загрязняющих веществ проводилось методом добавления загрязняющих веществ в  воду, которой  насыщался ватный фильтр. Опыт №1-№4 с примесью машинного масла концентрацией: №1 - 0,25 г/л;  №2 – 0,5 г/л;  №3 – 0,75 г/л;  №4 – 1,0 г/л( диаграмма 2). Результаты опытов представлены в таблицу №2 в приложении.  

        Наблюдается прямая зависимость сроков и интенсивности прорастания семян от концентрации машинного масла

        Процент прорастания семян  в опыте №1 и №2 – 100%, №3 – 80%, опыте №4 – 40%.  

        Для моделирования особенностей влияния кислотно-основных свойств воды на прорастание семян были приготовлены растворы: опыт №5 – рН=4,8;  опыт №6 – рН=5,4;  опыт №7 – рН=7,6;  опыт №8 – рН=8 [3]. Результаты опытов представлены в таблицу №2 в приложении.  Семена гороха в опыте №5 не проросли. Процент прорастания в опыте №6-8 – 100%. Медленнее прорастают семена в опыте №6, рН=5,4 (см. диаграмму 3).        Наблюдается прямая зависимость сроков и интенсивности прорастания семян от концентрации машинного масла

        Процент прорастания семян  в опыте №1 и №2 – 100%, №3 – 80%, опыте №4 – 40%.  

        Для моделирования особенностей влияния кислотно-основных свойств воды на прорастание семян были приготовлены растворы: опыт №5 – рН=4,8;  опыт №6 – рН=5,4;  опыт №7 – рН=7,6;  опыт №8 – рН=8 [3]. Результаты опытов представлены в таблицу №2 в приложении.  Семена гороха в опыте №5 не проросли. Процент прорастания в опыте №6-8 – 100%. Медленнее прорастают семена в опыте №6, рН=5,4 (см. диаграмму 3).  

4. Анализ  результатов

        После изучения соответствующей литературы по проблеме  и проведения самого исследования можно сделать следующие выводы:на поверхности проб талых вод, взятых вблизи автострады, обнаружены маслянистые пятна, что объясняет более поздние сроки прорастания  семян гороха (по результатам определения качества проб воды методом биоиндикации). Семена, проращенные в водопроводной воде  так же прорастают медленно.

        Для определения влияния загрязняющих веществ в водной среде на прорастание семян гороха проводились опыты: в воду, используемую для проращивания семян добавлялось машинное масло. Опыт №1-№4 с примесью машинного масла концентрацией: №1 - 0,25 г/л;  №2 – 0,5 г/л;  №3 – 0,75 г/л;  №4 – 1,0 г/л. Наблюдается зависимость сроков и интенсивности прорастания семян от концентрации машинного масла в пробах воды. С увеличением концентрации семена прорастают медленнее,  так как машинное масло препятствует поступлению кислорода воздуха к прорастающим семенам.

        Таким образом, сравнивая интенсивность и сроки прорастания семян (см. диаграмму 1. и 2),  можно определить наличие нефтепродуктов в талых водах автодорог  с концентрацией более  0,25 г/л. По данному показателю вода является загрязненной.

        Содержание различных веществ в воде определяет ее уровень кислотности, которая так же влияет на прорастание семян. По результатам опытов №5-№8 видно, что вода с рН=4,8 угнетает прорастание семян – семена не проросли, с рН=5,4 – тормозит прорастание (см. диаграмму 3.).

        Вода  с рН=7,6 – 8,0 не оказывает существенного влияния на прорастание семян гороха (опыт №7-8). Учитывая, что рН проб воды  находится в данном диапазоне, то кислотно-основные свойства исследуемой воды не оказывают существенного влияния на прорастание семян. Поэтому основным фактором,  замедляющим прорастание семян, является наличие нефтепродуктов в пробах воды.

5. Вывод

Исходя из результатов наших исследований можно утверждать, что метод биоиндикации не требует больших материальных затрат и специального оборудования, поэтому его можно применять для определения  качества воды.

        В присутствии в воде наиболее распространенных загрязняющих веществ – нефтепродуктов семена достаточно чувствительны во время прорастания. Сроки и интенсивность прорастания зависят от концентрации нефтепродуктов в воде. Эксперимент показывает, что увеличение концентрации машинного масла  неблагоприятно влияет на развитие ростков гороха. Опираясь на результаты биоиндикации, нами было определено наличие и степень загрязнения воды нефтепродуктами.

1.Наиболее оптимальными показателями воды для прорастания семян являются:

- концентрация нефтепродуктов не более 0,5 г/л;

- значение pH в пределах 5,4-8,0.

2.Так как семена гороха в воде талого снега вблизи автодорог прорастали медленнее, поэтому она  наиболее загрязнена нефтепродуктами, кислотами и щелочами.

5. Практическое применение:

- использование полученных результатов для выявления качества воды на уроках химии, биологии и в повседневной жизни;

 -выявление новых биоиндикаторных организмов, способствующих определению качества воды.

6. Список литературы:

1. Акимова Т.А. Кузьмин А.П. Хаскин В.В. Экология. Природа Человек. Техника: учебник для вузов. – М.: Юнити – Дана, 2001.
2. Биологический контроль окружающей среды: биоиндикация и биотестирование. Под ред. Мелеховой О.П., Егоровой Е.И. М.: Академия, 2007.
3. Габриелян О.С. Химия. 11 класс. – М.: Дрофа, 2008г.
4. Пасечник В.В. Биология. Бактерии. Грибы. Растения. 6 класс. – М.: Дрофа, 2008.
5. Степановских А.С. Экология: Учебное пособие. – Москва,Просвещение,1997.
6. Фомин Г.С. Вода. Контроль химической, бактериальной и радиационной безопасности по международным стандартам.  Энциклопедический справочник. – М.: Наука, 1995.
7. «Экология» (учебник), Е.А. Криксунов, В.В. Пасечник. – М.: Дрофа, 2003.
8. Школьник М.Я. Микроэлементы в жизни растений. – Л.: Наука, 1974.  

7.Приложение

                                      Результаты биоиндикации                           Таблица 2

     (определение качества воды по прорастанию семян гороха)

      Примечание –  опыт №1-№4 с примесью машинного масла концентрацией (№1 - 0,25 г/л;  №2 – 0,5 г/л;  №3 – 0,75 г/л;  №4 – 1,0 г/л);  опыт №5 – рН=4,8;  опыт №6 – рН=5,4;  опыт №7 – рН=7,6;  опыт №8 – рН=8.

        Первая строка в таблице по каждому опыту – количество проросших семян (из 20), вторая – процент проросших семян за данный день.

Пробы воды из: ряд 1 – вода из водопровода , 2- вода талого снега из  леса, 3- вода из колодца, 4- вода талого снега вблизи автодорог

Ряд 1-4 – опыт №1-№4 с примесью машинного масла концентрацией: №1 - 0,25 г/л;  №2 – 0,5 г/л;  №3 – 0,75 г/л;  №4 – 1,0 г/л.

Ряд 1-3 – опыт №6-№8: №6 – рН=5,4;  №7 – рН=7,6; №8 – рН=8.

Фото. 1.  Биоиндикация  - определение качества воды                                                            по прорастанию семян гороха