Исследовательская работа "Влияние автотранспорта на почвенно-растительный покров"

Негосударственное  образовательное учреждение «Общеобразовательная школа-интернат №19  среднего (полного) общего образования ОАО «РЖД»

Исследовательская работа по теме:

«Влияние автотранспорта на почвенно-растительный покров».

                                                                                  Работу выполнил

                                                                                ученик 8 класса

                                                                                 Пеганов Егор

                                                                                             руководитель работы

                                                                                  учитель биологии

                                                                                 Примудрова И.Г.

г. Новокузнецк, 2013 г.

   Содержание:

I.Введение

Автомобильный транспорт - один из крупнейших загрязнителей атмосферного воздуха,  его влияние на окружающую среду выражается, в основном, в выбросах в атмосферу загрязняющих веществ с отработавшими газами транспортных двигателей, а также в загрязнении поверхностных водных объектов, образовании твердых отходов и воздействии транспортных шумов.

Вдоль автомобильных дорог в снегу за 4 месяца накапливается большое количество различных веществ, поступающих с выхлопными газами автотранспорта. Вместе с талой водой они всасываются из почвы растениями, которые быстро растут и развиваются за  весенне-летний период. Насколько сильно влияние этих веществ на рост и развитие растений данных нет.

В результате выбросов автомобильных двигателей обогащается атмосфера рассеянным свинцом, оседающим на поверхности почвы (в придорожной зоне) в виде мелких твердых частиц или рассеивающихся в воздухе в виде аэрозолей.  Растения придорожных районов накапливают свинец в своих органах, усваивая его преимущественно из почвы. Растущие вдоль дорог растения становятся пищей для животных. В результате чего свинец накапливается в организме  животных, вызывая обширные патологические изменения в нервной системе, крови. Мы решили  экспериментально исследовать, как влияют выхлопные газы на растения, на примере фасоли.  А также мы решили проверить наличие ионов свинца  и хлора в снеге, почве и в растительном соке на различных участках.

Актуальность.

Выбор темы исследования был обусловлен тем, что с каждым годом растет количество автотранспорта, что приводит к увеличению выбросов тяжелых металлов, в частности свинца. Эта проблема наиболее актуальна  для всей страны, в том числе и нашей области. В земной поре, почве, в растениях встречаются «тяжелые» металлы, в том числе и свинец. В результате деятельности человека уже на протяжении многих десятков и сотен  лет происходит поступления тяжелых металлов в биосферу, что привело к значительному увеличению содержания этих элементов в окружающей среде. Загрязнение почвы и растений тяжелыми металлами представляет серьезную угрозу  для здоровья людей.

Гипотеза: автомобильный транспорт негативно влияет на почвенно-растительный.

Объект исследования: состояние почвенно-растительного покрова в зависимости от интенсивности движения автотранспорта.

Предмет исследования: влияние различных ионов на рост и развитие растений.

Цель работы – определение влияние автотранспорта на окружающую среду, в частности на почвенно-растительный покров, выявить содержание ионов хлора, свинца в снеге, почве и растениях.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

1. Подобрать методики исследования и  определить этапы работы.
2. Определить наличие свинца, и хлора  в пробах снега, почвы и растительном соке собранного в лесу и вдоль дорожной магистрали.
3. Проследить рост и развитие растения фасоли, при поливе талой водой, взятой у дороги и в лесу.  

II. Литературный обзор

2.1.Влияние автотранспорта на окружающую среду.

Ю.В Новиков в книге «Экология, окружающая среда и человек» (1998) отмечает, что интенсивный рост моторных транспортных средств вызвал значительное загрязнение атмосферного воздуха выхлопными газами. Все это пагубно влияет как на растительный, так и на животный мир. 30% заболеваний горожан связаны с загрязненностью воздуха выхлопными газами.

В.А. Вронский описывает пагубное влияние выхлопных газов на зеленые насаждения. У растений, произрастающих вдоль дорог, происходит побледнение окраски листьев, отмирание ограниченных участков ткани листа (точечные, пятнистые, краевые, верхушечные некрозы) Отмечается низкорослость и изрежение кроны (особенно у хвойных пород), гибель растений. (Антропогенное загрязнение атмосферы и растения // Биология в школе. - 1992 - №3-4, - С 7-11).

Л.С. Белоконь в своей публикации  обращает внимание на то, что в результате выбросов автомобильных двигателей обогащается атмосфера рассеянным свинцом, оседающим на поверхности почвы (в придорожной зоне) в виде мелких твердых частиц или рассеивающихся в воздухе в виде аэрозолей.  Растения придорожных районов накапливают свинец в своих органах, усваивая его преимущественно из почвы. Растущие вдоль дорог растения становятся пищей для животных. В результате чего свинец накапливается в организме  животных, вызывая обширные патологические изменения в нервной системе, крови, сосудах (Тяжелые металлы и здоровье человека // г. Биология в школе. -   1998 - № 46. - С. 4-5.).

Во многих крупных городах на долю автотранспорта приходится 70 и более процентов от общего количества выбросов загрязняющих веществ в атмосферу. Являясь крупнейшим потребителем природного топлива, автотранспорт существенно влияет на увеличение концентрации в атмосфере углекислого газа и, тем самым, на процесс глобального потепления климата в мире (Аксёнов И.Я., 1986).

Загрязняющие выбросы в атмосферу от автомобилей по объему более чем на порядок превосходят выбросы от железнодорожных транспортных средств. Несоответствие транспортных средств экологическим требованиям, продолжающееся увеличение транспортных потоков, неудовлетворительное состояние автомобильных дорог - все это приводит к постоянному ухудшению экологической обстановки.

Количество вредных веществ, поступающих в атмосферу, в составе отработавших газов, зависит от общего технического состояния автомобилей и особенно от двигателя – источника наибольшего загрязнения. Так, при нарушении регулировки карбюратора выбросы СО увеличиваются в 4 – 5 раз.

Применение этилированного бензина, имеющего в своем составе соединения свинца, вызывает загрязнение атмосферного воздуха весьма токсичными соединениями свинца. Около 70% свинца, добавленного к бензину с этиловой жидкостью, попадает в атмосферу с отработавшими газами, из них 30% оседает на земле сразу, а 40% остается в атмосфере. Один грузовой автомобиль средней грузоподъемности выделяет 2,5 – 3 кг свинца в год.

Загрязнение воздуха приводит к развитию широкого спектра заболеваний: бронхиты, пневмонии, бронхиальная астма, сердечная недостаточность, инсульты, язвы желудка и увеличению смертности людей с ослабленным иммунитетом. Особенно трудно приходится детям: бронхиты, бронхиальная астма, кашель, у новорожденных нарушение генных структур организма и неизлечимые болезни, в итоге увеличение детской смертности на 10% в год.

У здоровых людей организм справляется с отравленным воздухом, но на это уходит так много физиологических сил, что в результате все эти люди теряют работоспособность, производительность труда падает.

Для уменьшения скольжения при езде автомобилей зимой улицы посыпают солью, создавая при этом невероятную грязь и лужи. Эта грязь и сырость переносится в троллейбусы и автобусы, в метро и переходы, подъезды и квартиры, обувь от этого портится. Засоление почвы и рек убивает все живое: растительность, обитателей водоёмов.

В России на строительство 1 км автомобильных дорог приходится изымать из пользования от 2 до 7 га. При  этом не только изымаются сельскохозяйственные, лесные и другие земли, но и происходит расчленение территории на отдельные замкнутые участки, что нарушает обитания популяций диких животных.

Около 2млрд. тонн нефти потребляет автомобильный и дизельный транспорт: автомобили, трактора, суда, комбайны танки, самолеты.  

Если не изменить расход нефти, то через 40 лет не останется ни капли.

III.Методика исследования

3.1.Определение наличия свинца  и хлора в пробах

Для проведения первого этапа исследования использовался снег, почва и сок произрастающих там растений собранный вдоль автомобильной дороги ул. Транспортная (Участок №1), на расстоянии 20 м (Участок №2) от дороги и в лесу вблизи ст. Карлык около 500м от ближайшей автодороги (Участок №3) Пробы исследовал на наличие свинца по стандартной методике № 1 (Павлова Е.Е., Авдеева С.П., Липецкий Г.В. Методический вестник.- г. Новый Уренгой, 2003. – С. 45-46).

 Определение наличия свинца и хлора в пробах

1. Берутся образцы снега, растений и почвы  в исследуемых районах (вдоль дорог, в лесу и др.).
2. Пробы поместить в разные пробирки. Объем разных проб должен быть одинаков.
3. Добавить во все пробы строго одинаковое количество спирта и воды. Затем некоторое время полученный раствор упаривать.
4. Добавить к раствору КJ (йодид калия).

В результате в растворе выпадет черный осадок, что будет свидетельствовать о наличии свинца.

II. Наличие ионов хлора определяем при помощи нитрата серебра

III. РН определяем при помощи универсальной индикаторной бумаги, фенолфталеина.

3.2Влияние обнаруженных ионов на рост и развитие растений

Для проведения второго этапа исследования было выбрано растение – фасоль, т.к. она наиболее доступна для выращивания в комнатных условиях и быстро растет. Было определено четыре группы растений – 1 контрольная группа  и  3 опытные.

Семена растений были замочены в соответствующей для каждой группы воде. После прорастания, семена пересадили в почву. Наблюдение за ростом растений длилось 10 дней. Изменения  фиксировались каждый день. 

3.3Влияние автотранспорта на растения в природе

        В сентябре были собраны растения (горчак ястребинковый) растущий вдоль дороги, на расстоянии 20м от дороги  и в лесу, получили из него сок, добавили в него спирт и проверили на наличие ионов свинца и хлора.

3.4Влияние автотранспорта на загрязнение почвы

На тех же участках были взяты образцы почвы, залили их на три дня водой, затем профильтровали, полученный фильтрат  проверили на наличие ионов свинца и хлора.

IV. Результаты исследований

Взятые пробы снега мы растопили. Для исследования использовали одинаковый объем талой воды – 0,5 мл.

1.Отфильтровали осадок, максимальное количество твердого осадка выявлено в пробе №1 (у обочины дороги), рассмотрели его под микроскопом. Во всех пробах присутствовал песок, мелкие частички пыли.

2.Провели тест  на кислотно-щелочную среду с помощью индикаторов: универсальной лакмусовой бумаги, растворов метилоранжа и фенолфталеина (спиртового).

Результат: в пробах №1,2,3,4 среда нейтральная.

3.Затем мы исследовали взятые пробы с помощью реактива - нитрата  

серебра (AgNO3) на присутствие ионов  хлора

Результат: в пробах №1 и 2 обнаружены ионы хлора   Ag +   +  CI -  =  AgCI ( осадок белого цвета).

4. Исследовали пробы снега на содержание ионов свинца. На участках 1 и 2 обнаружены ионы свинца

Для проведения второго этапа исследования было выбрано растение – фасоль, т.к. она наиболее доступна для выращивания в комнатных условиях и быстро растет. Было определено четыре группы растений – 1 контрольная и  3 опытные.

Семена растений были замочены в соответствующей для каждой группы воде. После прорастания, семена пересадили в почву. Наблюдение за ростом растений длилось 10 дней. Изменения  фиксировались каждый день.

Для этого мы взяли семена фасоли  одного  урожая и сорта, поместили по 10 семян в лабораторные стаканы и налили на дно каждой из них талую воду (предварительно пронумеровав ).

№1 – вдоль дороги,

№2 – 20 метров от дороги,

№3 – лес

№4 – контрольная (дистиллированная вода)

Весь опыт занял десять дней.

Первый день наблюдения за семенами: результатов нет.

Второй день: проклюнулись  все семена в 1, 2 и 4 пробах, в 3 проклюнулось половина семян. Нужно отметить, что все семена из пробы №1(вдоль дороги) имели длинные корешки.

На четвертый день  опыта - появились первые листочки. Проростки   из пробы №1 были самыми сильными и зелеными.

Пятый день – медленный рост стеблей наблюдали в пробе №2 ,наиболее интенсивный рост    в пробе № 1.

Восьмой день – во всех пробах у большинства появился третий лист.

На 10 день ( окончание опыта) Растения  из пробы № 3и 4 -самые развитые, хотя взошли позже всех и дольше развивались.

Проростки из пробы №1 раньше и лучше  других развивались, но в последующие дни после окончания опыта 4 из них погибли.  В пробе №2, к моменту завершения наблюдения, было  небольшое отставание  в росте стеблей    от остальных, также 4 проростка погибли

В сентябре собрали растение горчак ястребинковый на тех же участках, где брали пробы снега и взяли пробы почвы. Выбрали это растение по той причине, что этот вид произрастал на всех трех участках.  Из растений выжали сок и сделали спиртовой настой. Почву поместили в воду на три дня, затем профильтровали, и исследовали все образцы на наличие  ионов свинца и хлора. В пробах растений и почвы,  взятых  вдоль дороги присутствуют  ионы свинца и хлора. На участке №2 (20м) от дороги также были обнаружены эти ионы. А на участке №3 (в лесу) ионов свинца не обнаружено, но ионы хлора есть как в почве, так и в растительном соке.

Следующий наш опыт  состоял в том, чтобы определить как же соли свинца (тяжелого металла) влияют на  зеленые растения. Для этого потребовалось смоделировать экологическую ситуацию (моделирование экологических ситуаций состоит в моделировании стрессовой ситуации от воздействия химических факторов на зеленые растения). В качестве зеленого растения  мы избрали проростки фасоли.

Для того, чтобы их получить мы взяли несколько семян фасоли (одного года), посадили их в грунт, ухаживали рассадой (поливали и поддерживали постоянную температуру). Через три дня появились всходы, а через неделю у них появились настоящие листья.

Наша  моделирования экологическая ситуация. Наблюдение за реакцией  растений на соли свинца (тяжелого металла). Для её проведения нам потребовалось:

• Несколько проростков  зеленых растений с отмытой от почвы корневой системой;
• Пробирки с 5 мл раствора  ацетата свинца Pb(CH3 COO)2 в каждой.

Мы поместили проростки растений  в пробирки с раствором соли свинца.  Наблюдая за реакцией растений в данном эксперименте, проводили осмотры каждые три часа. Поскольку для эксперимента экстремально высокие концентрации химикатов, наблюдаемая реакция  может отличаться от специфической, характерной для  естественных ситуаций.

3.5 Проведение социального  опроса «Автомобиль в жизни человека»

Цель работы: выяснить мнение владельцев автомобилей о влиянии автомобильного транспорта на окружающую среду.

Метод исследования: анкетирование владельцев автомобилей.

В результате проведения анкетирования с владельцами автомобилей было опрошено 30 человек. Вопросы анкетирования см. приложение 4

Результаты анкетирования

Важным критерием при покупке автомобиля является потребность семьи. После приобретения автомобиля владельцы берегут свою машину и стараются ездить на умеренной скорости, регулярно проводят профилактику, держат в исправности масляные и воздушные фильтры. Но многие «гоняют» двигатель на холостом режиме и моют в летнее время машину в реке или пруду. Хотя почти все опрошенные владельцы автомобилей знают, что автомобильный транспорт – основной источник загрязнения воздуха и им приходилось испытывать недомогание из-за высокого уровня загазованности воздуха в городе, за уровнем СО в автомобильных выхлопах  их заставляет следить вероятность не пройти техосмотр или вероятность быть оштрафованными ГБДД.

V.Заключение и выводы

Мы столь радикально изменили нашу среду,

что теперь для того, чтобы существовать

 в этой среде, мы должны изменить себя.

                                                                                    Н Винер.

Понятно, что количество автотранспорта в городе и по стране, и  в мире будет увеличиваться, ведь автомобиль – это не роскошь, а лишь средство передвижения. Но если человек не будет задумываться об ответственности за окружающую среду, то может наступить экологический кризис. И, может быть, чистый воздух будет продаваться так же, как и артезианская вода.

1.Данные исследовательской работы показали, что  наибольшее количество свинца, которое содержится снежном покрове, находится в непосредственной близости у дороги. Чем дальше мы удаляемся от дороги, тем меньше становилось количество свинца в  снежном покрове.

2. Источником хлоридов могут быть противогололедные реагенты. Ионы хлора повышают засоление почв, что сказывается на росте и развитии растений. Но в тоже время небольшое количество хлора необходимо все живым организмам, поэтому ионы хлора были обнаружены во всех пробах растительного сока.

3. Наибольший интерес в нашей работе представляло моделирование экологической ситуации, в ходе которой выяснилось, что при высокой концентрации свинца и хлора растения очень быстро реагируют на эти соли   и у них отмирают основные части (корневая система), увядают листья, и растения быстро погибают.

4. Содержание ионов свинца в растительном соке подтверждает наше предположение о том, что растения поглощают из почвы и накапливают в себе эти ионы.

Опираясь на результаты и проанализировав выводы, мы считаем, что для уменьшения количества пыли и других вредных веществ выхлопных газов автомобилей необходимо больше сажать деревьев, кустарников вдоль автотрасс, разбивать зеленые газоны.

          На деревьях и кустарниках оседает до 72% взвешенных в воздухе частиц пыли.  Из  источников мы узнали, что по санитарным нормам на одного человека должно приходиться 350 м  лесов (50 м непосредственно в городе, остальные в зеленой зоне). Деревья концентрируют свинец и очищают воздух. Одно дерево в течение вегетационного периода обезвреживает соединения свинца, содержащиеся в 135 литрах бензина. Хорошим поглотителем свинца по обочинам дорог являются желтая акация, липа, береза. Экологически полезен тополь, а ель считается лучшим стражем тишины, и ее сажают для снижения уровня шума.

         Для зеленых газонов лучшими травами являются овсяница красная, мятлик луговой, райграс многолетний. Одуванчик концентрирует тяжелые металлы и очищает от них почву.

                 Для снижения свинца в воздухе необходимо перевести автомобили на дизельное топливо и заменить этилированный бензин на другие, более экологичные виды топлива.

         Так как оксид углерода в больших количествах концентрируется в отработанных газах неисправных двигателей, необходимо Госинспекции по охране атмосферного воздуха совместно с другими контролирующими службами усилить контроль за выбросами автотранспорта.

VII Литература

   1.С.В. Алекссев, Н.В.Груздева, Э.В.Гущина « Экологический практикум школьника». Изд. « Учебная литература» 2005г.

    2 .Т.Я.Ашихмина « Школьный экологический мониторинг»  Москва « Рандеву – АМ» 2000г

3.Бранзенбург Т. Автомобили .- М.: «Планета детства», «Издательство Астрель», АСТ 2002 (Что, где, когда)

   4. Е. В. Брызгалина, Ю. М. Дедков, В. И. Зубов, А. А. Иноземцев,                                      И. А. Кулакова, Н. П. Матвеев « Экология Подмосковья». Москва «Современные тетради» 2002г.

5.С.Е. Мансурова, Г.Н. Кокуева « Школьный практикум. Следим за    окружающей средой нашего города». Изд. « Владос» 2001 г.

6 А.А. Мухутдинов, Н.И. Борознов, Б.Г. Петров.  «Основы и  менеджмент промышленной экологии»: учебное пособие Казань «Магариф» 1998 год.

Б. Небел «Наука об  окружающей среде»:  Издательство  Москва «Мир» 1993г

7. Л.А. Цветков « Органическая химия» учебное пособие.