Исследовательские работы учеников

Муниципальное общеобразовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа №41»

ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА

ВЛИЯНИЕ ЗАГРЯЗНЕННОСТИ

  ВОДЫ

НА ПРОРАСТАНИЕ СЕМЯН ГОРОХА

                                                                                 Выполнила: Куплинова Ксения,

                                        ученица 9А класса                                                            

                                                    Научный руководитель:

                                                               Чернова Марина Васильевна,

                                            учитель биологии

САРАНСК 2017г.

СОДЕРЖАНИЕ

1.ВВЕДЕНИЕ

Загрязнение окружающей среды – глобальная проблема, которая не ограничивается природными и государственными границами и распространяется от более населенных и промышленно развитых районов на удаленные территории с незначительной плотностью населения. При оценке общего объема ежегодного ущерба, наносимого загрязнением воздуха, остается ещё много неучтенных факторов.  Соответствие первичным стандартам качества воздуха (основанным на данных по воздействию загрязнения на здоровье человека) предполагает наличие значительного запаса безопасности, который сложным образом может маскировать возможные эффекты действия других факторов на здоровье человека. Более того, проблемы оценки качества воздуха, особенности пространственно-временного распределения различных сочетаний и видов загрязнения, определение периода их воздействия является чрезвычайно сложным для их решения, в особенности для удаленных районов и подвижных источников (автотранспорт).

Определение воздействия загрязнения воздуха на жизнь растений также является трудной задачей. Большинство предположений о серьезности проблемы загрязнения воздуха и степени его воздействия на биосферу недостаточно ещё подтверждены данными наблюдений, но возможность серьезных последствий воздействия, если современный уровень загрязнения не уменьшится, представляется угрожающей.

До 40-х годов ХХ в. лишь не значительная часть учёных участвовала в исследованиях эффектов воздействия загрязняющих веществ на растительность. Использование атмосферы как хранилища отходов промышленности привело к поражению флоры и фауны. Опустынивание и эрозия почвы, поражение и нарушение жизнедеятельности растений, а также другие экологические последствия воздействия выбросов промышленных предприятий привлекли к себе внимание специалистов по окружающей среде.

Вышесказанное подтверждает актуальность выбранной нами темы.

Целью нашей работы явилось изучение влияния  загрязненности  воды на прорастание семян гороха.

Объект исследования:  загрязненность снежной и водопроводной  воды.

Предмет исследования: всхожесть семян гороха и их рост.

В задачи наших исследований входили:

1. Изучение литературы по данному вопросу
2. Определение экспериментальных площадок для сбора снега.
3. Анализ талой, водопроводной и дистиллированной воды.
4. Изучение влияния  загрязненности воды на прорастание семян и рост проростков.

Нами использовались методы: теоретические, практические, экспериментальные.

Гипотеза исследования:

1. Степень прорастания семян зависит от химического состава воды.

Исходя из того, что фауна    на выбранных нами для забора снега площадках богата, можно предположить что:

2. На данных участках загрязненность атмосферы минимальна;

3. Среди веществ загрязняющих атмосферу имеются и такие, которые оказывают  положительное воздействие на прорастание и рост растений.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1.Загрязнение атмосферы городов.

Атмосферный воздух, кроме таких важнейших компонентов, как азот, кислород, углекислый газ содержит в разных количествах множество других веществ. Первые относятся к составляющим атмосферы, вторые её загрязняют. Чаще всего под атмосферным загрязнением понимают присутствие в воздухе различных газообразных и твердых веществ, которые оказывают неблагоприятное влияние на живые организмы и растительность, ухудшают их жизненные условия или наносят материальный ущерб. Загрязнение атмосферы может быть связано с естественными процессами: извержением вулканов, пыльными бурями, лесными пожарами. В условиях города оно создаётся, как правило, в результате производственной деятельности человека (антропогенное) (Воейков, 1963).

        Источниками антропогенного загрязнения воздуха являются дымовые трубы промышленных предприятий, электростанций, котельных, автомобильный, речной, морской и железнодорожный транспорт, авиация. Выбросы бывают организованными и неорганизованными. Выбросы, поступающие из труб промышленных предприятий, являются специально направленными, организованными. До того как поступить в трубу, они проходят через очистные сооружения, в которых осуществляется поглощение части вредных веществ. Из окон, дверей, вентиляционных отверстий производственных зданий в атмосферу поступают неорганизованные выбросы.  

При анализе процессов загрязнение атмосферы городов необходимо учитывать различие между загрязнением, производимом стационарным и мобильным источником, в первую очередь автотранспортом. Как правило, с увеличением размеров города,  доля мобильных источников в общем загрязнении атмосферы неуклонно возрастает, достигая 60 – 70%. В то же время, доля стационарных источников загрязнения атмосферы в сравнении с мобильным имеет тенденцию к неуклонному сокращению. И это объясняется не столько ростом автомобильного парка, сколько тем, что бороться с выбросами стационарных источников значительно проще, чем  с выхлопными газами автомобилей. Сокращение выбросов стационарных источников производится за счет введения центрального отопления, ликвидация мелких котельных, газификации промышленного производства. Важно отметить, что существующие ныне опытные сероулавливающие установки могут уже в ближайшее время превратить крупные города в мощные источники производства серосодержащих соединений, в первую очередь серной кислоты. Так, при утилизации 90% сернистого газа, выбрасываемого тоже в атмосферу, можно получать до 170 г серной кислоты в сутки во время отопительного сезона в расчете на город с 500 тыс. населения при одновременно резком снижении загазованности атмосферы. Имеющийся зарубежный опыт говорит о высокой экономической эффективности сероулавливающих установок. Сходная ситуация наблюдается и при сокращении выбросов угарного газа, являющегося продуктом неполного сгорания топлива. Совершенствуя режимы горения, можно свести выбросы угарного газа до минимума. Но одновременно с повышением температуры сгорания увеличивается и окисление атмосферного азота. Выбросы автотранспорта обладают более высокой токсичностью, чем выбросы стационарных источников. Наряду с угарным газом, окислами азота и сажей (в особенности у дизельных двигателей) работающий автомобиль выделяет в окружающую среду более 200 веществ и соединений, обладающих токсичным действием (Безуглая, 1991).

Кроме стационарных и мобильных источников загрязнения атмосферы следует упомянуть загрязнения, порождаемые поверхностью городской территории, в особенности испарением веществ с дорожных и вообще асфальтовых покрытий, образование специфической городской пыли. Сокращению этого типа загрязнений может способствовать более тщательная уборка городских территорий, особенно автомобильных магистралей, замена асфальтовых покрытий менее токсичными (например, бетонированными), увеличение зеленых насаждений (Толоконцев, 1981).

        Серьёзные экологические проблемы перед городом ставит автомобильный транспорт, в том числе индивидуальный. Автомобилизация ведет к загрязнению окружающей природной среды выхлопными газами и другими отходами, увеличению шумового загрязнения, вибрации. Растут размеры территории отводимой для движения и стояния автомобильного транспорта транспортной инфраструктуры до 25 % городской территории (Кузьмина, 1995).

        В воздушный бассейн города с выбросами промышленных предприятий и транспорта за год поступают сотни, а иногда и тысячи тонн различных вредных веществ. В зависимости от количественного и качественного состава промышленных выбросов, их периодичности, высоты, на которой они осуществляются, а так же от климатических условий, определяющих перенос, рассеивание выбросов и вымывание вредных веществ   осадками, от интенсивности фотохимических реакций в атмосфере и многих других факторов формируется уровень загрязнения атмосферы. Ежегодно затрачиваются большие средства для проведения атмосферо-охранных мероприятий. Несмотря на это не происходит существенного улучшения качества воздуха, тяжелая экологическая обстановка во многих городах сохраняется (Никитин, Новиков, 1986).

        1.2. Загрязнение атмосферы г. Саранска

  Саранск – крупный промышленный центр России, который в середине 1990–х гг. характеризовался как неблагополучный по экологической обстановке город. Саранск периодически входил в число российских городов, отличавшихся повышенным уровнем загрязнения окружающей среды. По количеству выбросов и объему сточных вод (в том числе, недостаточно очищенных), приходящихся на одного жителя в год, он не уступал многим промышленным центрам страны.

Согласно Государственному докладу Управления природных ресурсов и охраны окружающей среды МПР России по Республике Мордовия (2002), выбросы загрязняющих веществ в воздушный бассейн г.Саранск в 2001г. составили 40,008 тыс. т и от автотранспорта – 32,176 тыс. т, что на 1,569 тыс. т больше суммарных выбросов предыдущего года. Этот рост объясняется значительным увеличением выбросов от автотранспорта. Из общего количества отходящих вредных веществ (11,044 тыс. т) в 2001г. уловлено и обезврежено всего 3,213 тыс. т, или 29,1%, из них твердых – 79,3%. Наибольшее количество примесей приходится на предприятия производства строительных материалов (53,5 %), машиностроения и металлообработки (37,6%)

Основными загрязнителями атмосферного воздуха города являются: ОАО «Мордовэнерго»,  ОАО «Лисма - СЭЛЗ», ОАО «Саранский завод «Резинотехника»», ОАО «Саранский приборостроительный завод», Тепловые сети, ОАО «Завод «Сарансккабель»», ОАО «Железобетон» (ЖБК -2), ЗАО «Саранская пивоваренная компания», ОАО «Электровыпрямитель», ОАО «Авторемонтный завод «Саранский»», ОАО «Саранский завод «Центролит»», ОАО «Сарэкс», ДРСУ – 2, ОАО «Биохимик», ТОО «Тепличное», ОАО «Саранский завод автосамосвалов» (Ямашкин, 2001).

Основная часть крупных предприятий расположена в центральной, северной и южной промышленных зонах. В центральной промышленной зоне преобладают машиностроительные и металлообрабатывающие предприятия, а также заводы по производству медицинских препаратов. На территории северной промышленной зоны расположены предприятия машиностроения, автотранспортные и большое количество мелких предприятий. В северо–восточной части находятся предприятия по производству химической, нефтехимической промышленности, черной металлургии. На южной территории размещены предприятия по производству строительных материалов (Ямашкин, 2001).

В условиях преобладания юго–западных ветров наибольшее воздействие на загрязнение жилых кварталов города оказывают центральная и южная промышленные зоны.

Существенный уровень выпадения пыли в городе связан с суммарным воздействием выбросов предприятий северной и центральной промышленных зон, а так же автотранспортом.        

        Выбросы на территории города характеризуются высоким содержанием химических элементов, многие из которых относятся к первому и второму классам опасности. Концентрация меди, серебра, хрома и марганца на отдельных участках более чем в 10 раз превышает показатели фоновых территорий.

         Высокий уровень загрязнения отмечается на площади 42 га. Аномальные участки приурочены к транспортным магистралям, пересекающим центральную промышленную зону. В пыли, воде, накопленной снегом, отмечается высокая концентрация меди, вольфрама, свинца, хрома, бария, никеля, ванадия, марганца. Это характерно, для выбросов автотранспорта и машиностроительных предприятий.

        Участки со средним уровнем загрязнения снежного покрова занимают площадь более 545 га. Они расположены в центральной промышленной зоне, прилегающих к ней жилых кварталах и вдоль отдельных участков автодорог с интенсивным движением. В снежном покрове центральной промышленной зоны в значительном объёме накапливаются медь, хром, свинец. На отдельных участках аккумулируется вольфрам. Загрязнение барием, никелем, ванадием и марганцем уменьшается. В северной промышленной зоне соли металлов интенсивно накапливающихся в снеговой пыле, имеет вид Pb – Mo – Cu – V – Ni. Высокая концентрация никеля и ванадия связана с выбросами предприятий электроэнергетики. Вдоль автодорог в снеге аккумулируются медь, свинец, марганец. (Ямашкин, 2001).

        Территории с низким уровнем загрязнения снежного покрова занимают площадь более 3260 га. Они преобладают в ландшафтах с многоэтажной застройкой, частном секторе и парковых зонах.

2. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1.Выбор участков г.Саранска

Исследования по  выявлению всхожести семян гороха под действием загрязненных осадков проводились в марте 2017 года. Именно в этот период времени накапливается наибольшее количество снега и загрязнения в нем.

Для проведения исследований влияния загрязнения воды  нами было выбрано несколько участков г.Саранска, различных в экологическом отношении.

Площадка №1 – школьный двор (МОУ «Средняя школа №41»,

ул. Н. Эркая, д.16).

Площадка №2 –лесопарковая зона Пролетарского района, 10 метров от дороги.

Площадка №3 – обочина  дороги вдоль лесопарка по улице Металлургов.

Площадки №2, №3 отдалены   от площадки №1.  

         Снежный покров накапливает в своем составе практически все вещества, поступающие в атмосферу. В связи с этим снег можно рассматривать как своеобразный индикатор загрязнения окружающей среды. Исходя из этого, мы использовали талую воду.

В снегу накапливаются все вредные вещества, выбрасываемые промышленными предприятиями, автомобильные выхлопы и др.

Для сравнения мы взяли дистиллированную воду и водопроводную воду (из крана образовательной организации).

2.2. Физико - химическое исследование снега на разных участках

Экспериментальный этап работы  был поставлен в марте  2017 года.  Были собраны 3 пробы снега с исследуемых участков. Проба №1 – дистиллированная вода, купленная в аптеке. Проба №4 – водопроводная вода, взятая  в МОУ «Средняя школа №41».

-  Содержание взвешенных частиц

 Цель исследования: определить наличие взвешенных частиц.

 Для исследования использовали растаявший снег и в качестве контрольных образцов использовали дистиллированную воду, не содержащую никаких частиц.

-  Определение цвета

Цель: определить цвет талой и водопроводной воды.

Оборудование: лист белой бумаги, стеклянный мерный цилиндр.

Ход работы:

 Диагностика цвета - один из показателей состояния воды. Для определения цвета воды берем стеклянный стакан и лист белой бумаги. В стакан наливаем воду и на белом фоне бумаги определяем цвет воды (голубой,   серый, коричневый) - показатель определенного вида загрязнения.

-  Определение pH воды.

Цель: определить рН талой, дистиллированной и водопроводной воды, сравнить показатели кислотности в разных участках.

Оборудование: пробы снега, индикаторная бумага (универсальный индикатор), пробирки.  

Ход работы:

1.Для проведения опыта отлили по 10мл фильтрата из каждой пробы.

2.Опустили в каждую пробирку универсальный индикатор и определили кислотность фильтрата.

3.Сравнили окраску индикатора со шкалой универсального индикатора.

Существует несколько важных показателей качества пресной воды: кислотность рН ( или водородный показатель), жесткость и органолептика.
        рН связана с концентрацией ионов водорода в среде, измеряется с помощью простого прибора датчика pH и дает нам понятие о кислотных или щелочных свойствах среды ( в данном случае – воды):
                            рН<7 – кислая  среда;
                            рН=7 – нейтральная среда;
                            рН>7 – щелочная среда.
       Это очень важный показатель, при чем,  не только для обыкновенной или минеральной воды, но и для человеческого организма, кислотный баланс которого должен выдерживаться в очень жестких рамках: допустимые значения рН  составляют от 7,38 до 7,42 и не могут отклоняться даже на 10% от этого диапазона. При рН=7, 05 человек  впадает в пред коматозное  состояние, при рН =7,00 – наступает кома, а при рН=6,80 – смерть.  

- Выявление химических загрязнителей в снеге

Цель работы: определить наличие в талой воде химических соединений  загрязняющего характера, научиться проводить качественные реакции на катионы и анионы.

Оборудование: пробы снега и воды, пробирки, спиртовки, химические стаканы, реактивы: хлорид бария, нитрат серебра, азотная кислота, соляная кислота, уксусная кислота, дихромат калия.

Ход работы:

1. Обнаружение хлорид - ионов (Cl-).

 К 10мл пробы прибавить 3-4 капли азотной кислоты (1:4) и прилить 0,5мл. нитрата серебра (AgNO3).  Белый осадок выпадает при концентрации хлорид - ионов более100мг/л: Cl- +Ag+ = AgCl↓  Помутнение раствора наблюдается, если концентрация хлорид – ионов более 10мг/л, опалесценция – более 1мг/л.   При добавлении аммиака NH3 раствор становится прозрачным.

2. Обнаружение сульфат – ионов (SO42-).

 В пробирку  с 10 мл пробы внести 0,5мл соляной кислоты (1:5) и 2 мл 5% раствора хлорида бария.  По характеру выпавшего осадка определяют ориентировочное содержание сульфат - ионов.   При отсутствии мути концентрация сульфат - ионов менее 5 мг/л.   При слабой мути, появляющейся не сразу, а через несколько минут - 5-10мг/л.  При концентрации сульфат - ионов более 10мг/л выпадает белый осадок:

 Ba2+ + SO42-= BaSO4 ↓

3. Качественное обнаружение  ионов  свинца (Pb2+).

 В пробирку с пробой внести 1 мл 50% раствора уксусной кислоты, перемешать. Добавить 0.5 мл 10% раствора дихромата калия. Если  выпадает желтый осадок свинца, то содержание катионов свинца более 100 мг/л. Если наблюдается помутнение раствора, то концентрация катионов более 20 мг/л, а при опалесценции –0,1 мг/л.

     4.   Обнаружение катионов железа (Fe 3 +)

        В пробирку добавлено 10 мл пробы , 1 каплю концентрированной азотной кислоты, затем 2-3 капли пероксида водорода и 0,5 мл раствора роданида аммония. При содержании железа 0,1мг/л появляется розовое  окрашивание, а при  более высоком – красное.  

2.3. Методика проращивания семян.

Всхожестью семян – называют их способность давать нормальные всходы при оптимальных условиях прорастания за определенный период времени.

В опытах использовали воду, полученную после таяния снега снежных проб, дистиллированную и водопроводную.  

В каждую чашку Петри помещаем на слой фильтровальной бумаги по 10 семян гороха, покрываем сверху фильтровальной бумагой.  Затем в каждую чашку наливаем по 20 мм воды. Чашки закрываем крышками и оставляем при комнатной температуре. Проводились по две повторности каждого варианта. Наблюдения проводились каждый день после  заложения опыта.

                                      3. Результаты исследования

3.1. Нами выбраны пробы:

№1 – дистиллированная вода,

№2 – талая вода лесопарковой зоны,

№3 – талая вода с пришкольной территории,

№4 – водопроводная вода,

№5 - талая вода с обочины дороги.

3.2. Содержание взвешенных частиц:

Визуальный осмотр талой воды показал, что все собранные пробы снега в своем составе содержали взвешенные вещества. Наиболее грязной оказалась вода, полученная из снега в районе автодороги   (проба № 5). Проба №2 с лесопарковой зоны  выглядят менее грязной, но с некоторой примесью  грязи.  Проба № 3 (с территории школы)  имеет  очень малое количество примесей. Водопроводная вода взвешенных частиц не содержит.

Вывод: Наиболее загрязненными пробами  являются пробы, взятые с мест вблизи оживленных дорог и лесопарковой зоны. В этих местах основным источником  загрязнения снега  является  автотранспорт.

 3.3. Цвет воды:

 Вода всех проб не имеет цвета, кроме проб  №3 и  №5,  цвет которых  - серый (№5),  сероватый (№3).

3.4. pH воды.

 Талая вода, которую мы получили при таянии всех проб снега, имеет рН = 7, что говорит о нейтральной реакции воды. Контрольная проба (дистиллированная вода) имеет рН = 7 (нейтральная среда), как и водопроводная вода.  

 Результаты исследования мы внесли в таблицу

Таблица 1.

Вывод: больше всего взвешенных частиц содержится в пробах воды №2,№3 и №5; имеет цвет вода проб №3, 4, 5;    все пробы имеют нейтральную среду.

3.5. Выявление химических загрязнителей в воде:

Провели качественные реакции на определение  наличия в   воде химических соединений  загрязняющего характера. Результаты показали виде таблицы:

Таблица 2.

Наличие химических загрязнителей в воде

Вывод: из данной таблицы видно, что наибольшее количество загрязняющих веществ содержится в талой воде с обочины дороги. Вместе с тем данные говорят о том, что хлорид-ионы   имеются и в водопроводной воде.       

3.6.  Влияние загрязнения снега на прорастание семян

Наблюдения проводились в течение 5 дней до прорастания большинства семян. Результаты приведены в таблице.

Таблица 3.

Степень прорастания семян

Вывод: Из данных таблицы № 3 мы видим, что наблюдается зависимость между степенью загрязнения снега и всхожестью семян. Причем, результаты показывают, что степень прорастания семян средняя в пробах с дистиллированной водой и талой водой с обочины дороги.

Это мы связываем с тем, что в воде пробы №5 содержатся хлорид ионы, которые согласно литературным источникам помогают разбудить семена и заставляют их расти.

Вместе с тем в данной пробе содержатся и катионы железа, которые подавляют развитие корневых систем и побегов. Всхожесть семян согласно работам других исследователей при наличии железа бывает ниже. Но наши результаты этому противоречат. Данный факт мы объясняем тем, что в воде с обочины дороги имеются ещё и сульфаты. Их роль  - активизация роста корней. Подавляет рост только железо, а активизируют сульфаты и хлорид ионы. Поэтому всхожесть семян в пробе воды №5 средняя (неплохая).

        Цель нашей работы   достигнута. Мы выявили, что семена прорастают даже в загрязненной воде. Но это не означает, что в дальнейшем они будут так, же хорошо расти.

Практическая значимость работы в том, что мы проанализировали условия прорастания семян и выявили, что они прорастают даже не в совсем химически чистой воде. Напротив, исследование показало, что ряд химических веществ  благоприятно влияет на прорастание семян.

Список литературы

1. Безуглая, Э.Ю. Чем дышит промышленный город / Э.Ю. Безуглая, Г.П. Расторгуева, И.В. Смирнова. – Л.: Гидрометеоиздат, 1991. – 256 с.
2. Воейков, А.И. Воздействие человека на природу. – М.: Изд-во Академии наук СССР, 1963 – 252 с.
3. Государственный доклад о состоянии окружающей природной среды Республики Мордовии в 2001 году – Саранск, 2002 – 264 с.
4. Гудернан, Р. Загрязнение воздушной среды/ Пер. с англ. Н.С. Гельман; Под ред. Г.М. Илькуна. – М.: Мир, 1979 – 200 с.
5. Гелстон, А. Жизнь зеленого растения / А. Гелстон, П. Девис, Р. Сэттэр. – М.: Мир, 1983 – 552 с.
6. Михайловская, Е.И О загрязнении атмосферы в г. Саранске – В кн. Проблемы природных и экономических ресурсов ч. 2: Природные ресурсы Мордовии и их охрана – Саранск, 1976, с. 21-27.
7. Новиков, Э.А. Город и природопользование / Отв. Ред. Н.Т. Агафонов. – Л.: Наука, 1984 – 143 с.
8. Ямашкин А.А. Геокологический анализ процесса хозяйственного освоения ландшафтов Мордовии / А.А. Ямашкин – Саранск: Изд-во Мордов. Ун-та, 2001 – 232 с.