Использование метода биоиндикации для оценки загрязнения почвы на территории школы

Использование метода биоиндикации

для оценки загрязнения почвы

 на территории школы

Управление образования

администрации Топкинского муниципального района

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Основная общеобразовательная школа №6»

г.Топки Кемеровской области

Использование метода биоиндикации

для оценки загрязнения почвы

 на территории школы

Работа на муниципальную

учебно-практическую конференцию школьников

«Первые шаги в науку»

номинация «Биология. Природоведение. Экология»

Автор: Пастушенко Анна,

обучающаяся 8а класса МБОУ «ООШ № 6».

Руководитель: Чеботникова

Светлана Валерьевна,

учитель химии МБОУ «ООШ № 6»

Топки 2012

Оглавление:

Введение

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. Возле нашей школы есть пришкольный участок, на который мы ежегодно высаживаем большое количество цветов. Так как участок расположен вблизи автомобильной дороги, т.е. улицы Революции с интенсивным движением транспорта, то можно предположить, что почва на участке загрязнена. Физические и химические способы анализа почв на содержание вредных веществ для нас, школьников, малодоступны и трудоёмки. Поэтому нам показался подходящим метод биоиндикации с использованием кресс-салата.

Целью настоящего исследования явилось изучение возможности использования метода биоиндикации для оценки загрязнения почвы  на территории школы.

Предмет исследования: пробы почвы, взятые на территории школы и у школьных ворот возле проезжей части.

Гипотеза состоит в том, что почва у школьных ворот наиболее сильно загрязнена. Влияние загрязнителей, присутствующих в почве на пришкольном участке, сказывается на росте и развитии растений.

 Для достижения цели исследования необходимо решить следующие задачи:

1. проверить на всхожесть семена растения-индикатора - кресс-салата;
2. пронаблюдать за морфологическими изменениями растений, интенсивностью роста побегов;
3. проанализировать полученные результаты;
4. овладеть методикой биотестирования, предложенной  Т.Я Ашихминой

Практическая значимость настоящей работы состоит в возможности достаточно нового понимания данной проблемы, а также использовать данные настоящего исследования при работе на пришкольном участке не только во время практических работ по биологии, но и на уроках цветоводства в специальных (коррекционных) классах 8 вида.

Глава 1. Проблемы загрязнения почвы и методы биоиндикации.

1. Проблемы загрязнения почвы .

Почва – это особое природное дарование, обладающее свойствами живой и неживой природы. Она сформировалась в результате длительных преобразований верхних слоев литосферы. Важнейшее из свойств почвы - это плодородие, связанное с наличием в ней гумуса и воды.   Очень широкие масштабы приняло загрязнение земли. Как часто встречаются участки, покрытые остатками строительных деталей: панелей, блоков, кирпичей, заваленные золой, шлаками. В районах нефтебаз земли покрыта слоем мазута, нефти, смазочных материалов.

   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. Широко распространено загрязнение почвы нефтепродуктами. В почву могут попасть пестициды. Наконец, даже минеральные удобрения могут нанести почве ущерб, особенно при внесении их без учета конкретных особенностей данного участка земли. Растения не всегда могут использовать все питательные вещества удобрений.

   Опасность загрязнения почвы состоит не только в изменении ее физико-химических свойств. Посторонние вещества, попадая в почву, разрушают сложившиеся связи между отдельными группами почвенного биоценоза. Разрушаются сложившиеся трофические цепи. Все это конечном счете сказывается на плодородии. 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.

   Известно, что основные экологические факторы в населенных пунктах, особенно в городах, существенно отличаются от тех, которые влияют на растения в естественной обстановке. Загрязнение почвы оказывает влияние на физиологические функции растений, их внешний облик, состояние, продолжительность жизни, генеративную сферу.

   Так, вещества-токсиканты, которые адсорбируются на клеточных оболочках растений, проникают внутрь клеток, нарушают обмен веществ; в результате резко снижается фотосинтез, усиливается дыхание. Обычно признаки поражения растений токсикантами выражаются в некрозе края листа, 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.

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. 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 бысрым 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 (3, с.156)

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

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.

 2.2. Ход эксперимента и его результаты                        

Исследовательская работа по использованию метода биоиндикации для оценки загрязнения почвы  на территории школы была проведена в октябре 2011 года. Для решения задач исследования и достижения его цели мы применяли методику использования кресс-салата как тест-объекта для оценки загрязнения почвы и воды, описанную Т.Я.Ашихминой (3, с.155-157). Прежде чем ставить эксперимент 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 смоченную фильтровальную бумагу, разложили по 100 семян. Сверху семена закрыли  фильтровальной бумагой и неплотно закрыли стеклом. Затем проращивали их при комнатной  температуре в течение 3 суток. Процент проросших от числа посеянных (всхожесть) составил 95%, что считается нормой (Фото 1).

После определения  всхожести семян я приступила  к проведению опытных экспериментов по проращиванию кресс-салата и определению экологического состояния  почв.

Я взяла землю с трех разных участков: 1)находящегося близко к проезжей части, 2) на пришкольном участке  и 3) с участка территории школы, расположенного дальше от автодороги (эталонный образец). Чашки  я заполнила до половины  исследуемой землей и увлажнила одним и тем же количеством  отстоянной водопроводной воды до появления признаков насыщения. В каждую чашку на поверхность земли  уложила по 100 семян кресс-салата. Расстояние между соседними семенами было примерно одинаковое. Покрыла семена  теми же субстратами, насыпая их почти до краев чашек  и аккуратно разгладила поверхность. Увлажнила верхних слои субстратов до  влажности нижних (Фото 2). В течение 10 дней  я наблюдала  за прорастанием семян, поддерживая  влажность субстратов  примерно на одном уровне. Результаты наблюдений записывала в таблицу (Таблица 1, Рис.1).

Свои наблюдения мы начали  с 3-его дня, то есть с того момента, когда проросшие семена  были посажены  в субстраты. Уже на следующий день  можно было считать проросшие семена.

В субстрате (1)  количество  проросших семян достигло 35% и проростки были ровные  и достаточно высокие. В субстрате (2)  количество семян было немного меньше и составляло 23%. Проростки были  немного поменьше, но ровные. В субстрате (3) всхожесть уменьшилась до 18%. На 6-ой день проведения опыта процент ростков в  (1) субстрате увеличился до  87%. Во (2) субстрате проросших семян стало 67%. Немного увеличился и процент  проросших семян в субстрате (3) -  20%.

На 7-ой день проведения опыта количество ростков еще немного прибавилось. В (1)их стало  -88%, во (2)-59%, а в (3) так и осталось 20% проростков.

По мере наблюдения всхожесть семян остановилась, их число перестало расти.

На следующем этапе было необходимо  оценить внешний вид ростков.

В субстрате (1) ростки высокие и ровные. Все они примерно одинакового роста, крепкие (Таблица 2). Уровень загрязнения: слабое загрязнение почвы.

В субстрате (2)  проростки короче, чем в (1) субстрате. Длина их не равномерна, но побеги ровные. (Таблица 3). Уровень загрязнения: среднее загрязнение почвы.

 В субстрате (3)  проростки мелкие и уродливые. Лишь несколько из посаженных ростков  выросли в нормальную длину (Таблица 4). Уровень загрязнения: сильное загрязнение почвы (Рис.2).

Таким образом, мы взяли землю с трех участков, взятых на разном расстоянии от автомобильной магистрали и посадила в неё  одинаковое количество семян кресс-салата. Оказалось, что чем ближе к непосредственному месту загрязнения (в нашем случае  автомобильной дороге), тем меньше число, а, следовательно, 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 в городских агломерациях  отрицательно влияет на  прорастание и развитие растений, замедляет  процесс  их роста и может привести  к  их гибели.

Выводы:

Для достижения цели исследования мы решили следующие задачи:

5. проверили на всхожесть семена растения-индикатора - кресс-салата;
6. пронаблюдали за морфологическими изменениями растений, интенсивностью роста побегов;
7. проанализировали полученные результаты;
8. овладели методикой биотестирования, предложенной  Т.Я Ашихминой

1. В ходе проведенного экологического исследования  мы  убедились, что

растение кресс-салат реагирует на изменения (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 школьных ворот имеет наибольший уровень загрязнения. Загрязнители, присутствующие в почве на пришкольном участке, оказывают влияние на росте и развитие растений.  Несомненно, полученные результаты необходимо использовать для разработки комплекса мер по предотвращению дальнейшего загрязнения пришкольного участка. Для этого необходимо провести дальнейшие исследования по определению качественного состава загрязнителей.

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. – М.: АО МДС, 1996.–190 с.
3. Ашихмина, Т.Я. Школьный экологический мониторинг –М.: АО МДС, 2000. – 380 с.
4. Величковский, Б. Т., Кирпичёв, В. И., Суравегина, И. Т. Здоровье человека и окружающая среда [Текст]: учебное пособие. – М.: «Новая школа», 1997.
5. Миркин, Б. М., Наумова, Л. Г. Экология России [Текст]. – М.: АО МДС, 1996
6. Самкова, В. А., Прутченков, А.С. Экологический бумеранг [Текст]: практические занятия для учащихся 9-10 классов. – М.: Новая школа, 1996.
7. Скалон, Н. В. Экология сибирского города [Текст].- Кемерово: Кузбассвузиздат, 1997
8. Пономарёва, О.Н. Методические рекомендации к учебнику экологии [Текст]// Биология 1 сентября. – 2001. - №42

ПРИЛОЖЕНИЯ

Фото 1. Проверка семян-кресс-салата на всхожесть.

Фото 2. Проведение эксперимента.

Таблица 1

Скорость прорастания семян кресс-салата

Таблица 2

Почва со двора школы (вдали от дороги (1)

Уровень загрязнения: Слабое загрязнение.

Таблица 3

Почва, находящаяся на пришкольном участке (10 м от дороги)(2)

Уровень загрязнения: Среднее загрязнение.

Таблица 4

Почва, находящаяся рядом с дорогой (у школьных ворот) (3)

Уровень загрязнения: Сильное загрязнение.

Рис. 1. Скорость прорастания семян

Рис. 2. Уровень загрязнения почвы