Экологические последствия Зун-Ундурского рудника

XX региональная научно-практическая конференция

«Шаг в будущее- 2018»

Симпозиум: Естественные науки и современный мир

Секция: Биосфера и проблема Земли

Экологические последствия Зун-Ундурского рудника

Россия, Забайкальский край, Дульдургинский район, село Чиндалей

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Чиндалейская средняя общеобразовательная школа» им. Ж.Балданжабона

Автор работы: Попов Данил Валерьевич

Научный руководитель: Дамдинова Норжима Цыбендоржиевна, учитель географии и экономики

МБОУ «Чиндалейская средняя общеобразовательная школа» им. Ж.Балданжабона

Тема: Экологические последствия Зун-Ундурского рудника

Автор: Попов Данил Валерьевич

Российская Федерация

Забайкальский край

Дульдургинский район

Село Чиндалей

МБОУ «Чиндалейская средняя общеобразовательная школа» им. Ж.Балданжабона

11 класс

Аннотация

В данной работе представлены результаты работ по оценке уровня загрязненности почв в районе села Чиндалей и зарастания отвалов шахт Зун-Ундурского рудника. Основное содержание работы основано на данных изучения загрязненности почв методом биоиндикации. Проведено изучение лихенобиоты отвалов закрытых шахт, оценено обилие лишайников на учетных площадках.

На основе полученных данных установлено, что отходы рудника  оказывают отрицательное воздействие на почвы местности.  Несомненно, полученные результаты необходимо использовать для разработки комплекса мер по предотвращению дальнейшего загрязнения территории села. Для этого необходимо провести дальнейшие исследования по определению качественного состава загрязнителей.

1

Введение

Мы все на земле только гости.

Пословица

«Почва дороже золота.

Без золота люди прожить могли бы, а без почвы – нет»

В.В.Докучаев

В настоящее время особенно остро стоят проблемы сохранения не только почв, но и биоразнообразия, в том числе и человека, напрямую связанного с ухудшением состояния качества окружающей среды. Для своевременной оценки параметров среды создана система экологического мониторинга, включающего химические, физические и биологические методы оценки качества среды.

 Актуальность проблемы загрязнения почвы обусловлена тем, что год от года увеличивается антропогенное воздействие на окружающую среду. Недалеко от нашего села находятся закрытые шахты Зун-Ундурского рудника. На месте склада моечной фабрики были обнаружены остатки взрывчатого вещества – карбида кальция. Во время ливневых дождей остатки разложения этого вещества стекают в речку Зун-Адагалик, на берегу которой находится наше село. Для изучения загрязненности почв продуктами разложения карбида кальция мы применили метод биоиндикации с использованием кресс-салата.

Объект исследования: почвы долины Зун - Адагалик

Предмет исследования: уровень загрязненности почв, взятых на пробных площадках; покрытие лишайниками отвалов закрытых шахт

Цели  исследования: изучение экологических последствий Зун-Ундурского рудника:

1. загрязненности почв на территории села и бывшей моечной фабрики, используя метод биоиндикации;
2. изучение лихенобиоты отвалов шахт, их  покрытие лишайниками.

2

Гипотеза: почва на территории бывшего рудника  наиболее сильно загрязнена; влияние загрязнителей, присутствующих в почве, сказывается на росте и развитии растений.

Для достижения целей исследования необходимо было решить следующие задачи исследования:

1. Определить химический состав исходного вещества;

1.Проверить на всхожесть семена растения-индикатора - кресс-салата;

2.Пронаблюдать за морфологическими изменениями растений, интенсивностью роста побегов;

3.Проанализировать полученные результаты

4.Собрать коллекцию лишайников, провести количественную оценку степени зарастания отвалов закрытых шахт.

Для решения поставленных задач использовались методы научного исследования: теоретические (анализ, обобщение), эмпирические (наблюдение, эксперимент), математические (регистрация данных, математическая обработка данных).

Теоретическая значимость исследования состоит в изучении и систематизации материалов по оценке уровня загрязненности почв села

Практическая значимость настоящей работы состоит в возможности понимания данной проблемы, а также использовать данные настоящего исследования для улучшения экологической обстановки в районе села Чиндалей

 Актуальность проблемы загрязнения почвы обусловлена тем, что в течение многих лет насыпь ядовитого вещества, стекающего в реку, тревожит  местных жителей.

3

 Содержание

4

Глава 1. Проблемы загрязнения почвы и методы биоиндикации.

1.1.Проблемы загрязнения почвы.

Почва – это особое природное образование, которое образуется в результате тесного взаимодействия  живой и неживой природы, важнейшим свойством которой является плодородие. Процесс почвообразования - длительный процесс, продолжающийся веками. Важнейшее из свойств почвы - это плодородие, связанное с наличием в ней гумуса. В настоящее время загрязнение почвы приняло большие масштабы.

   В почве накапливаются соединения свинца, мышьяка, ртути, меди и др. Сернистый ангидрид попадает в почву и значительно подкисляет ее. Вблизи автомобильных трасс в почве наблюдается повышенное содержание свинца. В почву попадают ядохимикаты для борьбы с вредителями культурных растений. В районах развитого растениеводства  минеральные удобрения могут нанести почве ущерб, если при внесении не учитывать особенностей данного участка земли. Особую опасность представляют нефтепродукты.

   Опасность загрязнения почвы состоит не только в изменении ее физико-химических свойств. Химические вещества, попадающие в почву, разрушают сложившиеся связи между отдельными группами почвенного биоценоза. Разрушаются сложившиеся трофические цепи. Все это снижает плодородие почв. Бытовые и животноводческие сточные воды загрязняют почву болезнетворными бактериями.

Засолением называют процесс накопления солей натрия, кальция, магния в верхнем слое почвы в концентрациях, недопустимых для нормального роста и развития растений.

Согласно закону РФ «Об охране окружающей природной среды» (1992) зеленые зоны городов и населенных пунктов относятся к особо охраняемым природным территориям. Растительность на улицах городов, поселков рассматривается, прежде всего, с точки зрения улучшения среды жизни человека в гигиеническом и эстетическом отношениях, поскольку растения обогащают воздух кислородом, увлажняют и очищают его, способствуют снижению шума, влияют на микроклимат территории.

5

Загрязнение почвы оказывает влияние на физиологические функции растений, их внешний облик, состояние, продолжительность жизни, генеративную сферу. Токсические  вещества, адсорбирующиеся на клеточных оболочках растений, проникают внутрь клеток, нарушают обмен веществ; в результате резко снижается фотосинтез, усиливается дыхание. Обычно признаки поражения растений ядовитыми веществами проявляются в некрозе краев листовой пластинки, изменении формы пыльцевых зерен, побурении листьев и хвои, появлении уродств, отмирании. Загрязнения почвы нефтепродуктами также вызывает различные степени повреждения растений - от отсутствия завязывания семян и отмирания отдельных органов до полной гибели.

1.2.Биоиндикация. Кресс-салат как тест-объект для оценки загрязнения почвы и воздуха.

Методы оценки абиотических и биотических факторов местообитания при помощи биологических систем часто называют биоиндикацией (лат. - indicare - указывать). В соответствии с этим, организмы или сообщества организмов, жизненные функции которых так тесно коррелируют с определенными факторами среды, что могут применяться для их оценки, называют биоиндикаторами. Существуют различные формы биоиндикации. Заслуживает внимание индикаторная роль растений. Наблюдая за растениями, человек еще в глубокой древности усваивал ориентиры в пространстве и времени – растения, верно, служили ему вместо компаса. Некоторые растения довольно точно показывали человеку время суток. Другие растения выполняли функцию барометра и гигрометра, являлись индикаторами пресных и соленых вод. В настоящее время растения – индикаторы используют в своих исследованиях и практической деятельности геологии, гидрологии, землеустроители, почвоведы, климатические экологи, лесоводы, археологи и др. Растения могут служить индикаторами плодородия почв. Растения резко реагируют на изменение внешних условий. В зависимости от характера почвенного покрова наибольшее распространение получают те или иные виды растений. Отрицательные воздействия выхлопных газов автомобилей на некоторых растениях настолько отчетливо, что их с успехом можно использовать для обнаружения опасной для людей концентрации этих газов.

6

 Засыхание концов листьев, изменение окраски, появление белых пятен на листовых пластинах, замедление роста растений свидетельствует на присутствие в окружающей среде опаснейших загрязнителей.

Кресс-салат – однолетнее овощное растение, обладающее повышенной чувствительностью к загрязнению 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, искривление побегов, уменьшение длины и массы корней, а также числа и массы семян).

Кресс-салат как биоиндикатор удобен ещё и тем, что действие стрессоров можно изучать одновременно на большом количестве 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

7

Глава 2. Использование кресс-салата как метода биоиндикации для оценки загрязнения почвы  на территории села Чиндалей

2.1. Методы исследования

Прежде чем ставить эксперимент по биоиндикации загрязнений с помощью кресс-салата, партия семян, предназначенных для опытов, проверяется на всхожесть. Для этого семена кресс-салата проращивают в чашках Петри, в которые насыпают промытый речной песок слоем в 1 см. Сверху его накрывают фильтровальной бумагой и на неё раскладывают определенное количество семян. Перед раскладкой семян песок и бумагу увлажняют до полного насыщения водой. Сверху семена закрывают фильтровальной бумагой и неплотно накрывают стеклом. Проращивание ведут в лаборатории при температуре 20-25°С. Нормой считается прорастание 90-95% семян в течение 3-4 суток. Процент проросших семян, от числа посеянных называется всхожестью. После определения всхожести семян приступают к проведению эксперимента, закладывая опыты в следующей последовательности:

1. Чашку Петри заполняют до половины исследуемым субстратом. В другую чашку кладут такой же объём заведомо чистого субстрата, который будет служить в качестве контроля по отношению к исследуемому материалу.

2. Субстраты во всех чашках увлажняют одним и тем же количеством отстоянной водопроводной воды до появления признаков насыщения.

3. В каждую чашку на поверхность субстрата укладывают по 50 семян кресс-салата. Расстояние между соседними семенами должно быть по возможности одинаковым.

4. Покрывают семена теми же субстратами, насыпая их почти до краев чашек и аккуратно разравнивая поверхность.

5. Увлажняют верхние слои субстратов до влажности нижних.

6. В течение 10-15 дней наблюдают за прорастанием семян, поддерживая влажность субстратов примерно на одном уровне. Результаты наблюдений записывают в таблицу.

8

 2.2. Ход эксперимента и его результаты      

               Работа по изучению загрязнённости почв методом биоиндикации  проводилась в октябре - ноябре 2017 года. Приобрели семена кресс-салата сорта «Весенний», быстро формирующий урожай на 20-25 день от всходов. Листья салата крупные, светло-зелёные, нежные, сочные с горчичным вкусом, используемые в свежем виде. Перед началом эксперимента по биоиндикации загрязнений  с помощью кресс-салата, партию семян, предназначенных для  опытов, проверили на всхожесть. Для этого семена кресс-салата проращивали в чашках, в которые положили песок, смоченный до насыщения, разложили по 100 семян, накрыли смоченной фильтровальной бумагой. Затем проращивали их при комнатной  температуре в течение 2 суток. Процент проросших от числа посеянных (всхожесть) составил 92%, что считается нормой (Приложение 1).

После определения  всхожести семян приступили  к проведению опытных экспериментов по проращиванию кресс-салата и определению экологического состояния  почв. Для получения достоверных результатов пробы были взяты на глубине примерно 15-20 сантиметров с четырех разных участков: 1) на территории бывшего рудника у подножия кучи вещества грязно-серого с синим оттенком цвета, которая является продуктами разложения карбида кальция, применявшегося на шахтах для заправки осветительных ламп. При взаимодействии c водой карбид кальция гидролизуется с образованием ацетилена и гидроксида кальция (гашеной извести). Наличие гидроксида кальция было обнаружено при помощи аналитических реакций. Пропустив через раствор исходного вещества (гидроксида кальция) углекислый газ, получили карбонат кальция: Ca(OH)2 + CO2→ CaCO3↓+ H2O. Карбонат кальция выпадает в виде белого осадка. Провели ещё одну качественную реакцию на определение катионов кальция: ввели образцы вещества в огонь, пламя которого окрасилось в кирпично-красный цвет, что ещё раз подтвердило наличие кальция в исходном веществе. Для определения гидроксил - анионов использовали лакмус, фиолетовый цвет которого в растворе изменился на синий. Метилоранж в растворе исходного вещества окрасился в желтый цвет. Эти качественные реакции доказали, что куча грязно- серого вещества с синеватым оттенком состоит в основном из гидроксида кальция.

9

2) у речки, куда стекают стоки вещества; 3) рядом с селом;4) в центре села; 5) контрольный образец- Почвогрунт для рассады и цветов «Зеленый дом», приобретенный в магазине, произведенный фирмой «Агротех» Иркутской области. Чашки  заполнили до половины  исследуемой землей, полили  одинаковым количеством  отстоянной водопроводной воды до появления признаков насыщения. В  чашки на поверхность земли  уложили по 100 семян кресс-салата, уложив их на одинаковом расстоянии.  Насыпая сверху их почти до краев чашек  теми же субстратами,  аккуратно разровняли поверхность. Верхние слои субстратов были увлажнены до  влажности нижних.

 Наблюдение   за прорастанием семян и проростками, поддерживая  влажность субстратов  примерно на одном уровне, проводили с 23 октября до 22 ноября. Результаты наблюдений записывали в таблицу.

Первые проростки появились через три дня в четвертой и пятой пробах. (Приложение 2).В 1пробе проростки появились только на девятый день, энергия роста была самой низкой,  количество  проросших семян достигло 6 %. Проростки были слабые, неровные, отличались неровным ростом. В пробе 2 количество проростков было немного больше и составляло 18%. Проростки были  немного поменьше ростом, но ровные. В 3 пробе всхожесть увеличилась до 83 %. В 5 контрольной пробе на десятый день эксперимента процент ростков увеличился до  70 %. В этой пробе число проростков за время наблюдений увеличилось до максимального значения - 92 %.В пробе 4, взятой в центре села проросло немного меньше семян – 79 %.Ростки в 4 и 5 пробах  одинаково ровные  и достаточно высокие (5 см - 6 см).

Число проростков больше всего прирастало в конце первой и второй неделях наблюдения. Во всех пробах по мере наблюдения всхожесть семян остановилась, их число перестало расти.

На следующем этапе было необходимо  оценить внешний вид ростков.  В контрольном образце 5  ростки высокие и ровные. Все они примерно одинакового роста, крепкие (Приложение 2).Почвогрунт для рассады и цветов почти не имеет загрязнения.   В пробе 4  проростки немного  короче, чем в контрольной пробе. Длина их не равномерна, но побеги ровные. (Приложение 2). Уровень загрязнения: незначительный.

10

 В пробах 1 и 2  проростки мелкие и уродливые. Обладают слабой энергией роста. Лишь несколько из посаженных ростков  выросли в нормальную длину (Приложение 1). На участках территории бывшего рудника и территории, лежащей ниже по течению от ядовитой кучи  сильное загрязнение почвы (фото). К концу эксперимента растения пробы №1 погибли. Растения пробы №2 начали завядать к концу эксперимента, после окончания которого они тоже погибли. Помимо кресс-салата были посеяны семена редиса скороспелого  сорта Рубин. Растения из проб 1 и 2 тоже к концу эксперимента погибли, что еще раз доказывает, что почвы на территории бывшей фабрики и прилегающей вниз по склону участка загрязнены наиболее сильно.

Нами были изучены изменение за время наблюдений длины гипокотиля (подсемядольного колена). По этому показателю проба 1 в четыре раза уступает контрольной пробе. Гипокотиль пробы 2 больше соответствующего показателя пробы 1 на 0,1 миллиметров.

По ширине семядолей проростки различаются в меньшей степени: показатель контрольной пробы больше показателя пробы 1 на 0,5 миллиметров. Такую же разницу имеют длина контрольной и пробы и пробы 1.

Таким образом, образцы почвы, взятые с четырёх участков, взятых на разном расстоянии от кучи грязно-серого вещества,  были засеяны одинаковым количеством семян кресс-салата. Оказалось, что чем ближе к непосредственному месту загрязнения, тем меньше число и процент проросших семян. Чем дальше от непосредственного места загрязнения, тем число проросших семян больше. Кресс-салат как биоиндикатор определил состояние почвы. Этот опыт показывает о том, что повышенное загрязнение  почвы на прилегающей к селу территории  отрицательно влияет на  прорастание и развитие растений, замедляет  процесс  их роста и может привести  к  их гибели.

11

Глава 3.Лишайники на отвалах рудника

Отвалы шахт рудника находятся на юго-восточных склонах горы Зун-Ундур Хангилайского хребта. За шесть десятилетий, прошедших со времени закрытия рудника, камни отвалов частично заросли только лишайниками. Среди них преобладают накипные эпилитные лишайники. Видовой состав их небогатый. В лихенобиоте отвалов выявлено представители одиннадцати родов: Acarospora- Акараспора, Amandinea – Амандинея, Biatora- Биатора, Caloplaca- Калоплака, Candelariella- Канделяриелла, Diploschistes- Диплосхистес, Sarcogyne- Саркогина, Rhizocarpon- Ризокарпон, Porpidia- Порпидия, Lecidea- Лецидея, Lecanora- Леканора.

Изучение зарастания поверхности камней проводилось методом маршрутного учета, который реализуется путем однократных учетов по ходу маршрута из точки А (уровня первой шахты) в точку Б (уровня нижней шахты). Используя количественный подход к учету лишайников, мы подсчитали покрытие (обилие). Покрытие (обилие)- количественные показатели или балльные оценки роли вида в сообществе. Для его определения мы использовали линейные размеры талломов. Такой метод называется методом линейных пересечений. Было сделано десять измерений. Первое и второе  измерения были сделаны на отвалах первой шахты. Показатель покрытия составил 51% и 48% соответственно. Третье и четвертое измерения на месте второй шахты показали 66% и 64%, пятое и шестое измерения на отвалах третьей шахты- 52% и 55%, седьмое и восьмое измерения на отвалах четвертой шахты- 64% и 65%, девятое и десятое измерения на отвалах пятой шахты- 74% и 75% покрытия. Эти данные свидетельствуют о том, что степень зарастания отвалов различна. Процент поверхности, заросших лишайником, отвалов двух самых старых шахт несколько больше. Три сравнительно более поздние отвалы зарастают, но лишайники на них меньше размером. Высшие сосудистые растения непосредственно на отвалах нами не обнаружены. Все это является свидетельством очень медленного восстановления нарушенных ландшафтов.

12

Выводы:

Для достижения целей исследования мы решили следующие задачи:

1. проверили на всхожесть семена растения-индикатора – кресс-салата;
2. пронаблюдали за морфологическими изменениями растений, интенсивностью роста побегов;
3. проанализировали полученные результаты;
4. изучили состав лишайников отвалов шахт;
5. изучили покрытие  отвалов лишайниками.

1. В ходе проведенного экологического исследования  мы  убедились, что растение кресс-салат реагирует на загрязнение окружающей среды.

2. Полученные данные подтвердили, что  растение кресс-салат удобно использовать в качестве биоиндикатора окружающей среды.

3.На собственном опыте убедились в возможности использования методов биоиндикации в оценке качества состояния окружающей среды.

Проведенный эксперимент подтвердил нашу гипотезу о том, что почва у подножия ядовитой кучи имеет наибольший уровень загрязнения. Загрязнители, присутствующие в почве, оказывают влияние на рост и развитие растений. Основным загрязнителем является гидроксид кальция - продукт разложения карбида кальция. Полученные результаты необходимо использовать для разработки комплекса мер по предотвращению дальнейшего загрязнения реки и долины речки Зун-Адагалик. Для этого необходимо провести дальнейшие исследования по определению качественного состава загрязнителей.  

Вред гидроксида кальция

Известно, что в избыточном количестве оказывает вредное воздействие на здоровье человека и на растения. Минеральное отравление кальцием приводит к межжилочному хлорозу с беловатыми некротическими пятнами. Они могут быть окрашены, либо иметь наполненные водой концентрические кольца. Некоторые растения отзываются на избыток кальция ростом листовых розеток. Отмиранием побегов и опаданием листьев.

13

При попадании гидроксида кальция на кожу возникает сильное раздражение, зуд, химические ожоги и некроз кожи. При случайном употреблении гидроксида кальция внутрь возникает сильная боль в горле, жжение во рту, боль в животе, рвота, кровавый стул и падение артериального давления. Также происходит повышение рН крови, она становится слишком щелочной, что может вызвать повреждение внутренних органов. При вдыхании порошка гидроксида кальция через нос или рот происходит опухание горла, которое  может ограничить дыхание или сделать его затруднительным. Если частицы гидроксида кальция попадают в легкие, необходима неотложная медицинская помощь. При попадании гидроксида кальция в глаза происходит потеря зрения, сопровождаемая сильной болью. Оказание первой медицинской помощи при отравлении гидроксидом кальция. Если гидроксид кальция был употреблен внутрь необходимо выпить стакан воды или молока. При попадании гидроксида кальция на кожу или глаза необходимо тщательно промыть пораженные участки кожи и глаза большим количеством воды в течение не менее 15 минут. При вдыхании гидроксида кальция необходимо немедленно переместиться на свежий воздух и вызвать скорую помощь.

14

Литература

1. Аргунова, М. В. Стратегия формирования экологической культуры школьников [Текст] /М. В. Аргунова // Химия в школе. – 2009. - №1.- С.23-26
2. Алексеев, С. В. Практикум по экологии [Текст] /С. В. Алексеев, Н. В.Груздева, А. Г.Муравьёв, Э. В.Гущина
3. Биологическое разнообразие национального парка «Алханай»: результаты современных исследований. Отв. Редактор М.Ц.Итигилова.- Чита: экспресс- издательство, 2009
4. Е.Э.Мучник, И.Д.Инсарова, М.В.Казакова. Учебный определитель лишайников России. Редакционно-издательский центр РГУ имени С.А.Есенина

5. Определитель лишайников СССР. Вып. 1. Пертузариевые,     Леканоровые, Пармелиевые / [Е.Г. Копачевская, М.Ф. Макаревич, А.Н. Окснер, К.А. Рассадина]; Отв. ред. И.И. Абрамов. - Л., Наука, 1971. - 412 с.

6.  www.ecosystema.ru/08nature/lich/index.htm

15

Приложение1

Всхожесть семян кресс-салата

16

Приложение 2

Длина проростков в зависимости от загрязнённости почвы.

Приложение 3

  Количество проростков, штук кресс-салата.

Приложение 4

Среднее значение ширины семядолей

Приложение 5

Среднее значение длины семядолей

Приложение 6

Среднее значение длины гипокотиля