Исследовательская работа: Оценка загрязнения снежного покрова с помощью кресс-салата как биоиндикатора

Министерство здравоохранения РФ
ОГБПОУ Костромской областной медицинский колледж им. С. А. Богомолова
ОЦЕНКА ЗАГРЯЗНЕНИЯ СНЕЖНОГО ПОКРОВА С ПОМОЩЬЮ КРЕСС САЛАТА КАК БИОИНДИКАТОРА
Российская Федерация, Костромская область, город Кострома
Автор: Кудрявцева Ольга
1 курс, специальность «Акушерское дело»
Научный руководитель: преподаватель Смирнова Д. В.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Аннотация………………………………………………………………………....3
Введение …………………………………………………………………….…….4
Методика проведения исследования…………………………………………….6
1. Органолептические показатели …………………………………………….…7
2. Химические показатели………………………………………………….…….9
3. Метод биоиндикации…………………………………………………………13
I. Основная часть………………………………………………………..……….15
1.1.Характеристика снегового покрова………………………………………...15
1.2.Биоиндикация как метод определения степени загрязнения окружающей среды……………………………………………………………………...………17
1.3.Крест салат………………………………………………………….………..19
II. Практическая часть. ………………………………………………………….20
2.1. Органолептические показатели ……………………………………………20
2. 2.Химические показатели……………………………………………………..22
2.3. Оценка уровня загрязнения снега с помощью биоиндикатора (кресс-салата)……………………………………………………………………….……26
Выводы…………………………………………………………………………...30
Заключение …………………………………………………………………........32
Рекомендации…………………………………………………………………….33
Список литературы…………………………………………………………...…34
Аннотация
В своем исследовании мы решили определить степень загрязненности снежного покрова в различных участках города. Метод, который мы использовали в нашем исследовании - биоиндикация. Биоиндикационные методы позволяют без специального дорогостоящего оборудования, приборов и реактивов изучить состояние природных сред и объектов. Некоторые живые организмы очень чувствительны к изменениям окружающей среды и по их присутствию, количеству или особенностям развития можно судить об естественных процессах, условиях и антропогенных изменениях среды обитания.
В качестве объекта мы вы выбрали снег, так как он обладает высокой абсорбционной способность, впитывая загрязняющиеся вещества из атмосферы, являясь своеобразным индикатором чистоты воздуха.
Организм, с помощью которого мы будем судить о степени загрязнения снега, - овощное однолетнее растение кресс-салат лат. Lepidium sativum — быстрорастущее съедобное однолетнее или двулетнее травянистое растение семейства Капустные, или Крестоцветные (Brassicaceae).
Работа выполнена на 34 страницах, содержит 23 таблицы, 11 литературных источников и интернет - ресурсов.
Введение.
Атмосфера, являясь одним из основных компонентов биосферы, оказывает интенсивное и разностороннее воздействие на гидросферу, геологическую среду, почвенный покров, здания, сооружения, другие техногенные объекты, а также на биоту в целом и на человека в частности. Атмосферный воздух является одним из факторов среды обитания человека, оказывающим влияние на состояние здоровья населения. Проблемы его загрязнения продолжают оставаться актуальными, т.к. являются важнейшим приоритетным фактором, связанным с риском для здоровья населения.
Активное воздействие атмосферы на наземные экосистемы и гидросферу проявляется через атмосферные осадки в виде дождя и снега. Поверхностные и подземные воды суши имеют главным образом атмосферное питание и их химический состав в значительной степени зависит от состояния атмосферы.
Снеговой покров накапливает в своем составе практически все вещества, поступающие в атмосферу. В связи с этим снег можно рассматривать как своеобразный индикатор загрязнения окружающей среды. Вредные вещества, выбрасываемые промышленными предприятиями, автомобильные выхлопы и др., накапливаются в снегу и с талыми водами поступают в открытые и подземные водоемы, загрязняя их.
Исследуя пробы снега, собранного в разных местах можно получить достаточно полное представление о степени и характере загрязнения территории, выявить причины и источники загрязнения.
Цель: исследование общей химической токсичности снега в г. Костроме методом биотестирования по проросткам кресс-салата.
Задачи:
1) изучить различные информационные источники по данной теме;
2) изучить химический состав талой воды по пробам, взятым в исследуемых участках территории;
3) определить влияние химического состава талой воды на развитие проростков кресс салата.
Место проведения исследования: г. Кострома
Участок №1: обочина дороги на ул. Советской (центр).
Участок №2: территория техникума.
Участок №3: территория у ТЭЦ-2.
Участок №4: 5 м от железнодорожного полотна
Участок № 5: парковая зона
Участок № 6(контрольная): дистиллированная вода
Сроки проведения: отбор проб снега проводился в начале марта 2012 года. Такой срок был нами выбран для того, чтобы определить суммарное содержание в снеге примесей накопленных за зимний период.
Объект исследования: снежный покров различных участков г. Костромы
Предмет исследования: степень загрязнения снежного покрова
Методы исследования:
Теоретический (изучение и анализ литературы, постановка целей и задач).
Экспериментальный (постановка опытов, проведение химического анализа и биотестирования проб снега)
Эмпирический (наблюдения, описания и объяснения результатов исследований).
Методика проведения исследования.
Отбор образцов снега проводился в нескольких точках: в районе техникума, около автотрассы, в парковой зоне, в районе ТЭЦ, в 5 м от железнодорожного полотна. Проба берется с 1 квадратного мета. Снег раскладывается в пронумерованные емкости. Содержимое растапливается в лаборатории и доводиться до комнатной температуры. В качества стандарта была взята чистая дистиллированная вода.
Исследование проводилось в лабораторных условиях физико-химическими методами.
Для определения органолептических свойств талой воды проводили определение прозрачности, цветности, запаха и содержание взвешенных частиц.
Из химических показателей - определение хлоридов, сульфатов, нитратов, ионов аммония, меди, свинца, железа и органических веществ.
Далее талую воду использовали для биотестирования проб на токсичность. На смоченную талой водой фильтровальную бумагу в чашки Петри или блюдца поместить по 10 семян кресс-салата. В качестве контроля использовать дистиллированную воду.
В ходе наблюдения за проростками учитывали количество проращенных семян, процент всхожести семян, с помощью миллиметровой линейки измеряли общую суммарную длину корней проростков в каждой пробе.
В течение 8-10 дней вести наблюдения за проростками, результаты занести в таблицу.
Результаты эксперимента заносились в таблицы и анализировались.
1 .Органолептические показатели воды
1.1. Цвет (окраска).
Перед отбором образца снега поверхность снежного покрова осматривалась на определение внешнего вида снега. Цвет может быть - белый, светло серый, серый, грязный или другой. Так же определялось чем обусловлен цвет снега – пыль, песок, гарь, копоть …
Для определения цветности воды исследуемую воду налили в стеклянный цилиндр и рассмотрели ее на фоне белого листа бумаги при дневном освещении сверху и сбоку. Уровень прозрачности водопроводной воды очень высокий.
Для описания цвета воды используют обычные ее названия: бесцветная, светло-желтая, зеленая, светло-зеленая, бурая и т.д.
1.2. Запах.
Для определения запаха талой воды нужно взять 500 мл при комнатной температуре, налить в колбу с широким горлом, накрыть стеклом и встряхивать вращательными движениями. Открыв стекло, быстро определить запах. Для определения интенсивности запаха, колбу накрыть стеклом, нагреть на водяной бане до температуры 60 градусов и определить интенсивность запаха (таблица №1).
Таблица №1. Интенсивность запаха.
Балл Интенсивность запаха Качественная характеристика
0 – Отсутствие ощутимого запаха
1 Очень слабое Запах, неподдающийся обнаружению потребителем, но обнаруживаемый в лаборатории опытным исследованием.
2 Слабое Запах, не привлекающий внимания потребителя, но обнаруживаемый, если на него обратить внимание.
3 Заметная Запах, легко обнаруживаемый и дающий повод относиться к воде с неодобрением.
4 Отчетливая Запах, обращающий на себя внимание и делающий воду не пригодной для питья.
5 Очень сильная Вода непригодна для питья
1.3. Прозрачность.
Прозрачность, или светопропускание воды, обусловлена ее цветом и мутностью, т. е. содержанием в ней различных окрашенных и взвешенных органических и минеральных веществ. Мерой прозрачности служит высота водяного столба, сквозь который еще можно различать на белой бумаге шрифт определенного размера и типа. Метод дает лишь ориентировочные результаты.
Определение проводят в хорошо освещенном помещении, но не на прямом свету, на расстоянии 1 м. от окна. Цилиндр наполняют хорошо перемешанной пробой исследуемой воды до такой высоты, чтобы буквы, рассматриваемые сверху, стали плохо различимы.
Прозрачность по шрифту выражают в сантиметрах высоты водяного столба и определяют с точностью до 0,5 см. Измерение повторяют 3 раза и за окончательный результат принимают среднее значение.
1.4. Содержание взвешенных частиц.
Этот показатель качества воды определяют путем фильтрования определенного объема воды через бумажный фильтр и последующего высушивания осадка на фильтре в сушильном шкафу до постоянной массы. Для анализа берут 500-1000 мл воды. Фильтр пред работой взвешивают. После фильтрования осадок с фильтром высушивают до постоянной массы Содержание взвешенных веществ в мг/л в испытуемой воде определяется по формуле:
m=m2-m1V∙10002. Химические показатели.
2.1. Водородный показатель.
Питьевая вода должна иметь нейтральную реакцию (рН около 7). Величина рН воды водоёмов хозяйственного, питьевого, культурно-бытового назначения регламентируется в пределах 6,5-8,5, в большинстве природных вод водородный показатель соответствует этому значению и зависит от соотношения концентраций свободного диоксида углерода и гидрокарбонат - иона. На величину рН влияет содержание карбонатов, гидроксидов, солей, подверженных гидролизу, гуминовых веществ и др.
Промышленные предприятия выбрасывают в атмосферу оксиды азота и серы; соединяясь с водой, они образуют кислоты. Кислотные осадки губительно действуют на живые организмы, строения, памятники. Используя индикаторную бумагу, можно определить наличие кислот в осадках и предсказать, к каким последствиям приведет таяние снега. Если в пробе pH меньше 5,6, то это говорит о кислотных выпадениях в изучаемом районе в течение зимы.
Дл определения водородного показателя отпускают индикаторную бумажку в емкость растаявшим снегом и сравнивают со шкалой цветности.
2.2. Определение наличия ионов свинца.
Свинец является одним из основных загрязнителей окружающей среды. Он обладает способностью поражать центральную и периферическую нервные системы, костный мозг и кровь, сосуды, генетический аппарат, нарушая синтез белка, вызывает малокровие и параличи. Большая концентрация свинца тормозит биологическую очистку сточных вод. Основными источниками загрязнения являются выхлопные газы автотранспорта и сточные воды различных производств. Допустимая концентрация свинца в воде - 0,03 мг/л.
В пробирку с пробой внести 1мл 50% раствора уксусной кислоты, перемешать. Добавить 0.5мл 10% раствора дихромата выпадает желтый осадок свинца.
Таблица № 2. Содержание ионов свинца
Характеристика осадка Содержание ионов свинца в мг/л
Опалесценция 0,1 мг/л
Помутнение 20 мг/л
Желтый осадок 100 мг/л
2.3. Определение сульфат-ионов.
Концентрация сульфатов в воде водоёмов – источников водоснабжения допускается до 500 мг/л. Содержание сульфатов в природных, поверхностных и подземных водах обусловлено выщелачиванием горных пород, биохимическими процессами и др. В северных водоемах сульфатов обычно немного, а в южных, где воды более минерализованы, содержание сульфатов увеличивается. Сульфаты попадают в водоемы также со сбросами сточных вод.
Для определения сульфатов в пробирку вносят 10 мл исследуемой воды, 0,5 мл раствора соляной кислоты (1:5) и 2 мл 5%-ного раствора хлорида бария, перемешивают.
Пользуясь таблицей 3. определите примерное содержание сульфат-ионов в воде.
Таблица № 3.Содержание сульфатов
Характеристика осадка Содержание SO42- в мг/л
Слабая муть, появляющаяся через несколько минут 1-10
Слабая муть, появляющаяся сразу 10-100
Сильная муть 100-500
Осадок, быстро оседающий на дно пробирки Более 500
2.4. Определение хлоридов.
Качественное определение хлоридов с приближенной количественной оценкой проводили следующим образом.
В пробирку отобрали 5 мл исследуемой воды и добавили 3 капли 10%-ного раствора нитрата серебра. Приблизительное содержание хлоридов определяли по осадку или помутнению по таблице № 4.
Таблица №4. Определение количества хлоридов.
Осадок или помутнение Концентрация хлоридов, мг/л
Слабая муть 1-10
Сильная муть 10-50
Образуются хлопья, но осаждаются не сразу 50-100
Белый объемистый осадок Более 100
2.5. Определение нитрат-ионов.
Оборудование и реактивы: дифениламин (1г дифениламина растворить в 100 мл серной кислоты ρ = 1,84 г/мл).
Определение: к 1 мл воды по каплям добавлять реагент. Бледноголубое окрашивание наблюдается, если концентрация нитрат-ионов более 0,001 мг/л, голубое – 1 мг/л, синее – более 100 мг/л.
2.6. Определение ионов железа
Оборудование и реактивы: 50% раствор KNCS, HCl-24%
Таблица № 5. Приближенное определение ионов Fe+3
Окрашивание, видимое при рассмотрении пробирки сверху вниз на белом фоне Примерное содержание ионов железа Fe+3
Отсутствие
Едва заметное желтовато-розовое
Слабое желтовато-розовое
Желтовато-розовое
Желтовато-красное
Ярко-красное менее 0, 05
от 0, 05до 0, 1
от 0, 1 до 0, 5
от 0, 5 до 1, 0
от 1, 0 до 2, 5
более 2, 5
Определение.
К 10мл исследуемой воды прибавляют 1-2 капли HCl и 0, 2 мл (4 капли) 50%-го раствора KNCS. Перемешивают и наблюдают за развитием окраски. Примерное содержание железа находят по таблице 2. Метод чувствителен, можно определить до 0,02 мг/л.
 2. 7. Определение ионов меди (качественное).
В фарфоровую чашку поместить 3-5мл исследуемой воды, выпарить досуха, затем прибавить 1каплю конц. раствора аммиака. Появление интенсивно синего цвета свидетельствует о появлении меди.
2.8. Обнаружение органических веществ.
Оборудование и реактивы: пробирки, пипетка на 2мл, HCl (1:3), KMnO4
Определение: Наливают в пробирки 2 мл фильтрата пробы, добавляют несколько капель соляной кислоты. Затем готовят розовый раствор KMnO4 и приливают его к каждой пробе по каплям. В присутствии органических веществ KMnO4 будет обесцвечиваться. Можно считать что органические вещества полностью окислены, если красная окраска сохраняется в течение одной минуты. Посчитав количество капель, которое потребуется для окисления всех органических веществ, узнаем загрязненность пробы.
2.9. Определение аммиака и ионов аммония (качественное с приближенной количественной оценкой). Предельно допустимая концентрация (ПДК) аммиака и ионов аммония в воде водоемов 2 мг/л по азоту или 2,6 мг/л в виде иона аммония.
Ход определения. В пробирку диаметром 13-14 мм наливают 10 мл исследуемой воды, прибавляют 0,2 0,3 мл 30%-ного раствора сегнетовой соли и 0,2 мл реактива Неслера.
Через 10-15 мин. проводят приближенное определение по таблице №6.
Таблица № 6. Определение содержания ионов аммония
Окрашивание при рассмотрении сбоку Окрашивание при рассмотрении сверху Мг NH4 +/л
нет нет 0,05
нет чрезвычайно слабое желтоватое 0,1
чрезвычайно слабое желтоватое слабо желтоватое 0,3
очень слабо желтоватое желтоватое 0,5
слабо желтоватое светло желтое 1,0
желтое буровато желтое 2,5
мутноватое, резко желтое бурое, расвор желтый 5,0
интенсивно бурое, раствор мутный бурое, раствор мутный более 10
чрезвычайно слабое желтоватое чрезвычайно слабое желтоватое 3. Метод биоиндикации.
Мы провели исследование проб снега с использованием метода биотестирования, т.е. определения качества окружающей среды с помощью живых организмов. В качестве организма-индикатора мы выбрали кресс-салат, т.к. семена этих растений быстро прорастают. В качестве показателей учитывали всхожесть семян и скорость роста корней проростков. Сравнительная оценка показателей их роста и развития позволяет оценивать степень воздействия токсичности снега.
Использованная методика:
Мы использовали методику, составленную на основе научной работы «Исследование снега методом биотестирования» (Мансурова С.Е., Кокуева Г.Н. Следим за окружающей средой нашего города: 9-11 кл.: Школьный практикум.- М.: Гуманит. изд. центр ВЛАДОС, 2001. – 112с.:ил.).
Оборудование и реактивы:
-семена кресс-салата (одинаковые по размеру, одного урожая)
-чашки Петри или блюдца
-пробы снега.
-Миллиметровая бумага или линейка
-Фильтровальная бумага или марля.
Для исследования использовали растаявший снег и в качестве контрольных образцов использовали дистиллированную воду, не содержащую токсические вещества.
Простерилизовали блюдца. Налили на дно каждой чашки талую воду. Талую воду мы использовали для проращивания семян кресс-салата – по 10 шт. в каждую пробу. В 4 тарелки налили талую воду каждой пробы. Пометили их номерами. В тарелки с водой поместили на влажные салфетки по 10 семян кресс- салата. Наблюдали прорастание семян и рост корешков растений в течение 10 дней, добавляя, по мере высыхания, талую воду, полученную из снега с тех же участков (в одинаковых объемах).
Признаки, по которым было произведено биотестирование воды:
число проросших семя
суммарную длину корней
Мы исследовали прорастаемость семян в данных образцах воды. В зависимости от результатов опыта субстратам присваивают один из четырех уровней загрязнения (Ашихмина Т.Я., 2000 г.).
1. Загрязнение отсутствует
Всхожесть семян достигает 90-100%, всходы дружные, проростки крепкие, ровные. Эти признаки характерны для контроля, с которым следует сравнивать опытные образцы.
2. Слабое загрязнение
Всхожесть 60-90%. Проростки почти нормальной длины, крепкие, ровные.
3. Среднее загрязнение
Всхожесть 20-60%. Проростки по сравнению с контролем короче тоньше. Некоторые проростки имеют уродства,
4. Сильное загрязнение
Всхожесть семян очень слабая (менее 20%), Проростки мелкие и уродливые.
Результаты наблюдений по каждой пробе мы заносили в таблицы.
I. Основная часть.
.Характеристика снегового покрова.
Снеговой покров накапливает в своем составе практически все вещества, поступающие в атмосферу. Поэтому снег можно рассматривать как индикатор чистоты воздуха. На формирование химического состава снега большое влияние оказывают природные факторы, особенно ветровой режим. В зависимости от источника загрязнения изменяется состав снегового покрова. Важнейшим показателем является рН снеговой воды. Она может меняться от 5,5 до 5,8 в обычном (чистом) состоянии и до 8 (за счет зольных частиц, содержащих гидрокарбонаты калия, кальция, магния). Оксиды серы, азота, углерода, содержащиеся в продуктах сгорания топлива, уменьшают рН снегового покрова, т.е. увеличивают кислотность. Антропогенными источниками содержания соединений азота в условиях города являются автотранспорт и котельные. Определение загрязнений воздуха по снежному покрову - это один из доступных методов исследования. Снежный покров является эффективным накопителем аэрозольных загрязняющих веществ, выпадающих из атмосферного воздуха. При снеготаянии эти вещества поступают в природные среды, главным образом в воду, загрязняя их. Среднее время пребывания в атмосфере антропогенных и природных веществ тесно связано с высотой выброса и физико-химическими свойствами. Время пребывания, как правило, растет с высотой выброса и увеличением дисперсности аэрозольных частиц и составляет от нескольких минут до года и более.
Загрязнение снежного покрова происходит в 2 этапа. Во-первых, это загрязнение снежинок во время их образования в облаке и выпадения на местность - влажное выпадение загрязняющих веществ со снегом. Во-вторых, это загрязнение уже выпавшего снега в результате сухого выпадения загрязняющих веществ из атмосферы, а также их поступления из подстилающих почв и горных пород.
Взаимоотношение между сухими и влажными выпадениями зависит от многих факторов, главными из которых являются: длительность холодного периода, частота снегопадов и их интенсивность, физико-химические свойства загрязняющих веществ, размер аэрозолей.
При образовании и выпадении снега в результате процессов сухого и влажного вымывания концентрация загрязняющих веществ в нем оказывается обычно на 2-3 порядка величины выше, чем в атмосферном воздухе. Поэтому измерения содержания этих веществ могут производиться достаточно простыми методами и с высокой степенью надежности. Послойный отбор проб снежного покрова позволяет получить динамику загрязнения за зимний сезон, а всего лишь одна проба по всей толще снежного покрова дает представительные данные о загрязнении в период от образования устойчивого снежного покрова до момента отбора пробы. Для изучения загрязнений по данному методу исследуется несколько выбранных пунктов. На основе полученных результатов можно составить карту загрязненности снежного покрова и определить источники загрязнения воздуха, а также степень и границы их влияния. Наиболее легко выявляются такие источники загрязняющих веществ, как котельные, автомобильный транспорт, предприятия тяжелой и топливно-энергетической промышленности. Исследование химического состава снежного покрова является обязательной частью изучения процессов загрязнения окружающей среды. Именно качество снежного покрова ярко демонстрирует влияние различных источников загрязнения атмосферного воздуха на поверхности земли. Анализ качества снежного покрова позволяет проследить пространственное распределение загрязняющих веществ по территории и получить достоверную картину зон влияния конкретных промышленных предприятий и других объектов на состояние окружающей среды.
1.2.Биоиндикация как метод определения степени загрязнения окружающей среды.
О возможности использования живых организмов в качестве показателей определенных природных условий писали еще ученые Древнего Рима и Греции. В трудах М.В. Ломоносова и А.Н. Радищева есть упоминания о растениях-указателях особенностей почв, горных пород, подземных вод.
По современным представлениям биоиндикаторы — организмы, присутствие, количество или особенности, развития которых служат показателями естественных процессов, условий или антропогенных изменений среды обитания. Биоиндикация — метод, который позволяет судить о состоянии окружающей среды по факту встречи, отсутствия, особенностям развития организмов — биоиндикаторов.
Условия, определяемые с помощью биоиндикаторов, называются объектами биоиндикации. Ими могут быть как определенные типы природных объектов (почва, вода, воздух), так и различные свойства этих объектов (механический, химический состав и др.), и определенные процессы, протекающие в окружающей среде (эрозия, дефляция, заболачивание и т.п.), в том числе происходящие под влиянием человека. (7)
Методы биоиндикации подразделяются на два вида: регистрирующая биоиндикация и биоиндикация по аккумуляции. Регистрирующая биоиндикация позволяет судить о воздействии факторов среды по состоянию особей вида или популяции, а биоиндикация по аккумуляции использует свойство растений и животных накапливать те или иные химические вещества (например, содержание свинца в печени рыб, находящихся на конце пищевой цепочки, может достигать 100-300 ПДК). В соответствии с этими методами различают регистрирующие и накапливающие индикаторы.
Регистрирующие индикаторы реагируют на изменения состояния окружающей среды изменением численности, фенооблика, повреждением тканей, соматическими проявлениями (в том числе уродливостью), изменением скорости роста и другими хорошо заметными признаками. В качестве примера регистрирующих биоиндикаторов не всегда возможно установить причины изменений, то есть факторы, определявшие численность, распространение, конечный облик или форму биоиндикатора. Это один из основных недостатков биоиндикации, поскольку наблюдаемый эффект может порождаться разными причинами или их комплексом.
Какой бы современной ни была аппаратура для контроля загрязнения и определения вредных примесей в окружающей среде, она не может сравниться со сложно устроенным «живым прибором». Правда, у живых приборов есть серьезный недостаток — они не могут установить концентрацию какого-либо вещества в многокомпонентной смеси, реагируя сразу на весь комплекс веществ. В то же время физические и химические методы дают количественные и качественные характеристики фактора, но позволяют лишь косвенно судить о его биологическом действии. С помощью биоиндикаторов можно получить информацию о биологических последствиях и сделать только косвенные выводы об особенностях самого фактора.
Мониторинг с применением накапливающих биоиндикаторов зачастую требует применения сложных и дорогостоящих приборов, оборудования, трудоемких методик, что под силу только специальным лабораториям. Но в основном методы биоиндикации не требуют значительных затрат труда, сложного и дорогостоящего оборудования, а поэтому могут широко использоваться в школьном экомониторинге.
Методы биоиндикации, позволяющие изучать влияние техногенных загрязнителей на растительные и животные организмы на неживую природу являются наиболее доступными. Биоиндикация основана на тесной взаимосвязи живых организмов с условиями среды, в которой они обитают. Изменения этих условий, например повышение солености или рН воды может привести к исчезновению определенных видов организмов, наиболее чувствительных к этим показателям и появлению других, для которых такая среда будет оптимальной.
1.3. Кресс-салат как биоиндикатор
Кресс-салат (синонимы: огородный перечник): однолетнее растение семейства Крестоцветных. Широко распространен в Закавказье, особенно в Грузии. В пищу используются молодые листья, с терпким вкусом, так как содержит горчичное масло.
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 и искривление побегов, уменьшение длины и массы корней, а также числа и массы семян).
Кресс-салат как биоиндикатор удобен еще и тем, что действие стрессоров можно изучать одновременно на большом числе 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 суток.
II. Практическая часть.
2.1 .Органолептические показатели воды
2.1.1. Цвет (окраска).
Таблица № 7. Цвет воды.
Участок Цвет
Контрольная Бесцветная, прозрачная
Участок №1: обочина дороги на ул. Советской. Серый, со множеством твердых частиц (песок)
Участок №2: территория техникума. Прозрачная
Участок №3: территория у ТЭЦ-2 Светло – серый, частицы копоти
Участок №4: 5 м от железнодорожного полотна Серый, присутствуют твердые частицы
Участок № 5: парковая зона Прозрачная, с семенами растений
Вывод: Самый грязный снег у дороги и железнодорожного полотна, чуть менее загрязненный у ТЭЦ. Чистый снег в парке и у техникума.
2.1.2. Запах.
Таблица №8. Запах.
Участок Интенсивность запаха Балл Качественная характеристика
Контрольная Без запаха 0 Отсутствие ощутимого запаха
Участок №1: обочина дороги Бензиновый
Отчетливая 4 Запах, обращающий на себя внимание и делающий воду не пригодной для питья.
Участок №2:
у техникума - 0 Отсутствие ощутимого запаха
Участок №3:
территория у ТЭЦ-2 Очень слабое 1 Запах, неподдающийся обнаружению потребителем, но обнаруживаемый в лаборатории опытным исследованием
Участок №4: 5 м от железнодорожного полотна заметный 3 Запах, легко обнаруживаемый и дающий повод относиться к воде с неодобрением.
Участок № 5: парк. - 0 Отсутствие ощутимого запаха
Вывод: У автодороги снег имеет отчетливый запах бензина. У железнодорожного полотна снег имеет запах дизельного топлива. На остальных участках снег пахнет снегом, не имеет неприятного отчетливого запаха.
2.1.3. Прозрачность.
Таблица №9. Прозрачность.
Участок Прозрачность
Контрольная Высокая, более 31 см
№1: обочина дороги на ул. Советской. 11 см
№2: территория техникума. Высокая, более 30 см
№3: территория у ТЭЦ-2. 25 см
№4: 5 м от железнодорожного полотна 18 см
№ 5: парковая зона. Высокая, более31 см
Вывод: самая прозрачная вода на участках у техникума и в парке. Низкая прозрачность у воды, взятой на обочине дороги и у железнодорожного полотна.
2.1.4. Содержание взвешенных частиц.
Таблица №10. Содержание взвешенных частиц.
Участок Масса 1 Масса 2 Содержание
взвешенных
частиц
Контрольная 1,5 1,5 -
Участок №1: обочина дороги на
ул. Советской. 2,0 2,1 200 мг/л
Участок №2: территория техникума. 1,20 1,22 40 мг/л
Участок №3: территория у ТЭЦ-2. 1,2 1,25 100 мг/л
Участок №4: 5 м от железнодорожного полотна 1,6 0,9 140 мг/л
Участок № 5: парковая зона. 1,15 1,16 20 мг/л
Вывод: на участке №1 даже визуально фильтр оказался самый грязный и у железнодорожного полотна. Чуть менее загрязненный у ТЭЦ. Самый чистый снег на территории парка и у техникума.
2.2. Химические показатели.
2.2.1. Водородный показатель.
1. Индикаторная бумажка, смоченная в растаявшем снегу, взятом около трассы, окрасилась в синевато-зеленоватый цвет, что говорит о наличии щелочной реакции в данной пробе снега (рН=8).
2. Индикаторная бумажка, опущенная в сосуд с растаявшим снегом, взятым на территории котельной, окрасилась в желтоватый цвет, это свидетельствует о наличии кислотной реакции в пробе снега (рН=4).
3. Индикаторная бумажка, опущенная в сосуд с растаявшим снегом, взятым в парке, не изменилась (рН=6,5-7).
4. Индикаторная бумага, опущенная в сосуд с растаявшим снегом, взятого около техникума не изменилась (рН=6,5-7).
5. На индикаторной бумажке, опущенной в сосуд с растаявшим снегом, взятым у ж/д появилась полоса с зеленовато-синим оттенком (рН=7,8), слабо-щелочная.
Таблица № 11. Определение кислотности снега.
Участок рН Среда
Контрольная 7 нейтральная
Участок №1: обочина дороги на ул. Советской. 8 Слабо-щелочная
Участок №2: территория техникума. 6,5-7 Нейтральная
Участок №3: территория у ТЭЦ-2. 4 Кислотная
Участок №4: 5 м от железнодорожного полотна 7, 8 Слабо-щелочная
Участок № 5: парковая зона. 6,5-7 Нейтральная
Вывод: Снег может иметь, как кислую (снежный покров является эффективным индикатором процессов закисления природных сред), так и щелочную реакцию, в зависимости от преобладания тех или иных загрязняющих веществ.
На участке №4 в снег попадают основания различных кислот, оксиды азота и серы, поэтому он приобретает кислотную реакцию. На участке №1 выпадают в основном соединения металлов, ароматических углеводородов, которые защелачивают снег. На участке №3 снег чистый, среда нейтральная.
2.2.2. Определение наличия ионов свинца.
Таблица № 12. Определение наличия ионов свинца.
Участок Окрашивание Концентрация
Контрольная Нет наблюдений -
№1: обочина дороги на ул. Советской. Появление желтоватой окраски (слабая) от 1-10 мг/л
№2: территория техникума. Нет наблюдений -
№3: парковая зона. Нет наблюдений -
№4: территория у ТЭЦ-. Нет наблюдений -
Вывод: в снегу, взятом рядом с трассой, присутствуют ионы свинца в небольших количествах, так как окраска не была интенсивной (концентрация 1 до 10 мг/л). Этот связано с выбросами выхлопных газов в результате работы двигателей автотранспорта
2.2.3. Определение сульфат-ионов.
Таблица № 13. Определение сульфат-ионов.
Участок Концентрация сульфат-ионов
Контрольная -
№1: обочина дороги на ул. Советской. менее 1 мг/л
№2: территория техникума. менее 1 мг/л
№3: территория у ТЭЦ-2. менее 1 мг/л
№4: ж/д менее 1 мг/л
№ 5: парковая зона. менее 1 мг/л
Вывод: Сульфаты присутствуют во всех взятых пробах в низкой концентрации 1 мг/л.
2.2.5. Определение хлоридов.
Таблица №14. Определение хлоридов.
Участок Концентрация хлорид-ионов
Контрольная -
№1: обочина дороги на ул. Советской. сильная муть 10-50 мг/л
№2:территория техникума. менее 1 мг/л
№3: территория у ТЭЦ-2. менее 1 мг/л
№4: 5 м от железнодорожного полотна менее 1 мг/л
№ 5: парковая зона. менее 1 мг/л
Вывод: Хлорид - ионы присутствуют на участках у автодороги в большей концентрации, чем на остальных участках.
2.2.5. Определение нитрат - ионов.
Таблица № 15. Определение нитрат-ионов
Участок Присутстствие нитрат -ионов
Контрольная -
№1: обочина дороги на ул. Советской. нет окрашивания
№2:территория техникума. нет окрашивания
№3: территория у ТЭЦ-2. нет окрашивания
№4: 5 м от железнодорожного полотна нет окрашивания
№ 5: парковая зона. нет окрашивания
Вывод: Нитрат-ионов не обнаружено ни на одном из участков.
2.2.6. Определение ионов железа.
Таблица № 16. Содержание ионов железа
Участок Окрашивание
(раствор роданида калия) Концентрация ионов железа
Контрольная - №1: обочина дороги на ул. Советской. нет окрашивания менее 0,05 мг/л
№2:территория техникума. нет окрашивания менее 0,05 мг/л
№3: территория у ТЭЦ-2. нет окрашивания менее 0,05 мг/л
№4: 5 м от железнодорожного полотна желтовато-розовое от 0,05 до 0,1 мг/л
№ 5: парковая зона. нет окрашивания менее 0,05 мг/л
Вывод: Ионы железа в концентрации от 0,05 до 1 мг/л обнаружены в пробе снега у железнодорожного полотна.
2.2.7. Проверка проб снега на наличие ионов меди.
Таблица № 17. Проверка проб снега на наличие ионов меди.
Участок Аммиачная вода Желтая кровяная соль
Контрольная Нет наблюдений Нет наблюдений
№1: обочина дороги на ул. Советской. Нет наблюдений Нет наблюдений
№2: территория техникума. Нет наблюдений Нет наблюдений
№3: парковая зона. Нет наблюдений Нет наблюдений
№4: территория у ТЭЦ-2. Нет наблюдений Нет наблюдений
Вывод: на исследуемых участках отсутствуют ионы меди.
2.2.8. Обнаружение органических веществ.
Таблица №18. Обнаружение органических веществ.
Участок Перманганат калия
Контрольная Окраска не изменилась
№1: обочина дороги на ул. Советской. Наблюдалось исчезновение окраски
№2:территория техникума. Окраска не изменилась
№3: парковая зона. Окраска не изменилась
№4:территория у ТЭЦ-2. Окраска не изменилась
Вывод: Органические вещества были обнаружены в воде с участка №1. На остальных участках органических веществ не обнаружено.
2.2.9. Обнаружение ионов аммония.
Таблица №19. Обнаружение ионов аммония.
Участок Окрашивание Количественное содержание
Контрольная - №1: обочина дороги на ул. Советской. окрашивание отсутствует 0,05 мг/л
№2: территория техникума. окрашивание отсутствует 0,05 мг/л
№3: территория у ТЭЦ-2. окрашивание отсутствует 0,05 мг/л
№4: 5 м от железнодорожного полотна окрашивание отсутствует 0,05 мг/л
№ 5: парковая зона. окрашивание отсутствует 0,05 мг/л
Вывод: Ионов аммония на участках не обнаружено.
2.3. Оценка уровня загрязнения снега с помощью биоиндикатора (кресс-салата).
Таблица № 20. Количество проросших семян
Дни №1: обочина дороги на ул. Советской. №2: территория техникума. №3: территория у ТЭЦ-2. №4: 5 м от железнодорожного полотна № 5: парковая зона. Контрольная
1 0 0 0 0 0 0
2 0 1 1 0 2 2
3 1 2 2 1 3 4
4 1 3 3 2 5 7
5 2 4 5 2 7 9
6 3 6 5 3 8 10
7 3 6 6 4 8 10
8 4 7 6 5 8 10
9 4 8 7 5 8 10
10 4 8 7 5 8 10
Всхожесть семян в процентах
40 80 70 50 80 100
среднее
загрязнение слабое слабое среднее слабое загрязнение отсутствует
Таблица № 21. Скорость роста главного корня (см)
Дни №1: обочина дороги на ул. Советской. №2: территория техникума. №3: территория у ТЭЦ-2. №4: 5 м от железнодорожного полотна № 5: парковая зона. Контрольная
1 0 0 0 0 0 0
2 0 0,3 0,2 0 0,4 0,4
3 0 0,5 0,4 0,1 0,7 0,8
4 0,2 0,8 0,7 0,3 0,9 1,2
5 0,5 1,0 1,0 0,5 1,3 1,5
6 0,8 1,2 1,3 0,9 1,6 1,9
7 1,3 1,4 1,8 1,1 2,4 2,8
8 1,5 2,0 2,2 1,8 4,0 4,3
9 1,8 2,5 2,6 2,2 5,6 5,7
10 2,7 5, 4 3,5 2,5 6,7 7,3
Таблица № 22. Суммарная длина корней (см)
Дни №1: обочина дороги на ул. Советской. №2: территория техникума. №3: территория у ТЭЦ-2. №4: 5 м от железнодорожного полотна № 5: парковая зона. Контрольная
1 0 0 0 0 0 0
2 0 0,3 0,2 0 0,6 0,9
3 0 0,5 0,4 0,1 1,2 1,8
4 0,2 1,4 1,0 0,3 2,0 2,7
5 1,0 2,5 2,3 1,2 3,2 4,7
6 2,2 4,2 3,8 2,5 4,8 7,2
7 3,5 8,3 6,2 3,8 9,5 10,0
8 6,8 12,0 9,8 7,4 13,7 14,2
9 7,9 14,4 11,5 8,6 15,2 17,8
10 10,5 15,2 12,8 11,2 17,5 19,0
Анализируя данные таблиц, мы сделали вывод о наибольшей токсичности снега вдоль автодороги по ул. Советской, которая испытывает большую транспортную нагрузку, и около железнодорожного полотна. Меньшей степенью химической токсичности отличаются пробы снега № 3 у ТЭЦ - 2. Таким образом, мы попытались проследить влияние общей токсичности снега, вызванной присутствием загрязнителей на рост и развитие проростков кресс-салата.
Полученные результаты доказывают, что снег на территории города загрязняется вредными веществами, выбрасываемыми транспортом. Мы исследовали прорастаемость семян в данных образцах воды. Уже на третий день эксперимента семена начали прорастать. Высокая всхожесть семян была отмечена в пробах с парковой зоны, территории техникума. Можно сделать вывод об отсутствии загрязнения.
Используя метод биотестирования (испытания действия вещества или комплекса веществ на живые организмы), мы выяснили, что снег действительно является индикатором чистоты.
Сводная таблица органолептических и химических показателей
Таблица № 23. Органолептические и химические показатели.
Участки
Химические показатели Органолептические показатели
Среда Меди Свинца Хлориды Сульфаты Железа Органические вещества NH4Цвет Содержание
взвешенных
частиц Прозрачность
Контрольная нейтральная - нет - - - - - Бесцветная, прозрачная - Высокая, более 31 см
№1: обочина дороги на ул. Советской. Слабо-щелочная - от 1-10 мг/л сильная муть 10-50 мг/л менее 1 мг/л менее 0,05 мг/л присутствуют 0,05 мг/л Серый, со множеством твердых частиц (песок) 200 мг/л 11 см
№2: территория техникума. Нейтральная - - менее 1 мг/л менее 1 мг/л менее 0,05 мг/л - 0,05 мг/л Прозрачная 40 мг/л Высокая, более 30 см
№3: территория у ТЭЦ-2. Кислотная - - менее 1 мг/л менее 1 мг/л менее 0,05 мг/л - 0,05 мг/л Светло – серый, частицы копоти 100 мг/л 25 см
№4: 5 м от железнодорожного полотна Слабо-щелочная - - менее 1 мг/л менее 1 мг/л от 0,05 до 0,1 мг/л - 0,05 мг/л Серый, присутствуют твердые частицы 140 мг/л 18 см
№ 5: парковая зона. Нейтральная - -- менее 1 мг/л менее 1 мг/л менее 0,05 мг/л - Прозрачная, с семенами растений Высокая, более31 см
Выводы.
Наиболее загрязненными пробами являются пробы, взятые с мест в близи оживленных дорог, железнодорожного полотна. В этих местах основным источником загрязнения снега является автотранспорт. Темная окраска снега на обочинах дорог и соответственно талой воды обусловлена несколькими причинами. Это вынос частиц (сажи, частиц каучука, кремния и др.), содержащихся в выхлопных газах, также из состава автопокрышек, истираемость которых в зимнее время резко возрастает. Ещё одним источником темной окраски служит химический и механический вынос битумных, масляных и других минерально-органических соединений с днищ автомобилей, ж/д составов.
Опыты по определению содержания взвешенных частиц, цветности и прозрачности в пробах снега, взятых на участке возле техникума, показали отсутствие механических примесей, красящих веществ. Небольшое количество примесей, появление запаха, желтая окраска талой воды, в пробах, взятых с самого нижнего слоя связано с попаданием в пробу частичек почвы и травы.
Анализ проб на содержание катионов и анионов позволяет судить о состоянии снежного покрова на разных территориях.
Используемый химический эксперимент показал, что в талой воде участка возле техникума, парковой зоне катионы тяжелых металлов и анионы не обнаружены.
Нарушений кислотности снеговых осадков не выявлено. Снеговой покров имеет нейтральную и слабокислую среду с рН=5-6.
Сравнение данных химического эксперимента с ПДК по природным источникам воды показали, что химических загрязнителей в опасной концентрации не обнаружено.
Экологическое состояние окружающей среды в районе техникума в пределах нормы.
В пробах снега, взятых у дороги, были обнаружены: повышенное содержание взвешенных частиц, талую воду этого участка мы оценили как мутную, светло-серой окраски. Анализ снега на выявление химических загрязнителей показал присутствие хлорид - и сульфат-ионов, а также катионов тяжелых металлов свинца и железа. Это может быть связано с выбросами автомобилей, поток которых по данному участку в течение зимы интенсивный, а также с тем, что дороги посыпают технической солью, используя ее как средство для борьбы с гололедом
Основываясь на результатах химического анализа, можно утверждать, что в целом атмосфера в городе благоприятная, особенно чистый воздух в парке. Загрязнения наблюдаются возле ТЭЦ и автотрассы, причем наибольшее химическое загрязнение наблюдается на участке около автотрассы.
Вода, взятая у обочины дороги на ул. Советской, содержит большое количество твердых частиц: пыли и грязи, имеет неприятный бензиновый запах, на поверхности маслянистую пленку. В ней обнаружены ионы свинца, сульфаты, хлориды, органические вещества.
Вода, взятая на территории ТЭЦ более чистая, меньше взвешенных частиц, более прозрачная, не имеет резкого запаха. В ней найдены сульфаты и хлориды, органические вещества.
Таким образом, мне удалось экспериментально подтвердить, что основными источниками загрязнения атмосферы в Костроме является автомобильный транспорт, котельные и ТЭЦ.
На качество снега большое влияние оказывает автомобильный транспорт.
Качество снега зависит от удаленности источника загрязнения.
Самый чистый снег в парке.
Заключение.
Опытное растение является регистрирующим биоиндикатором, так как реагируют на изменения состояния окружающей среды изменением фенооблика, изменением скорости роста, всхожестью и другими хорошо заметными признаками.
Как накапливающий индикатор, кресс-салат концентрирует загрязняющие вещества в своих тканях и частях тела, которые в последующем используются для выяснения степени загрязнения окружающей среды.
В результате проведенного эксперимента без специального дорогостоящего оборудования, приборов и реактивов был установлен уровень загрязнения снежного покрова.
Мы исследовали общую химическую токсичность различных проб снега и выяснили, что снег действительно является индикатором чистоты воздуха.
Основываясь на результатах химического анализа и биотестирования, можно утверждать, что в целом атмосфера в городе благоприятная, достаточно чистый воздух, в парке, возле техникума. Загрязнения наблюдаются возле автодороги и железнодорожного полотна, это связано с работой транспорта.
Рекомендации:
Борьба с антигололедными средствами. Грязный снег необходимо вывозить, а не сгребать на газоны и тротуары.
Заменить бензин на газ;
Поставить на выхлопные трубы фильтры;
Повысить экологическое образование костромичей
Уделить внимание озеленению города;
Усилить контроль за предприятиями
Список литературы.
Ашихмина Т.Я. Школьный экологический мониторинг. Москва: АГАР, 2000.
Винокурова Н.Ф Глобальная экология:- учебник для 10- 11 классов профильной школы. 2- изд. – М. : Просвещение, 2001 год
Дядюн Т.В. Практикум «Мир воздуха». Ж. «Биология в школе», № 1, 2001.
Житкин В.Н. Экологический практикум. Учебное пособие, Саранск 2001 год.
Злотников Э.Т. Эстрин Э.Р. Химико-экологический анализ различных природных сред: факультативных и кружковых занятий в средних школах, Киров: Изд-во ВГПУ, 1996 год.
Криксунов Е.А. Пасечник В.В. Экология 9 класс Издательский дом «Дрофа», 1995 год.
Татарина Л.Ф. Экологический практикум для студентов и школьников М.: Аргус, 1997 год.
Экологический практикум (Проблемы загрязнения окружающей среды)
Мансурова С.Е., Кокуева Г.Н. Следим за окружающей средой нашего города: 9-11 кл.: Школьный практикум.- М.: Гуманит. изд. центр ВЛАДОС, 2001. – 112с.:ил.).
Федоров, А. Н. Практикум по экологии и охране окружающей среды: Учебное пособие для студ. высш. уч. заведений./ А.Н. Федоров, А.Н. Никольская. - М.:Гуманит.. изд. центр Владос. 2001.- 288 с. Н.Новгород, 1994 год.
www.ecjsystema.ru.