исследовательская работа "Определение содержания ионов тяжелых металлов в почвах пришкольного участка".

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

средняя общеобразовательная школа №3

с.Арзгир Арзгирского района Ставропольского края

Исследовательская работа по экологии

Определение содержания  ионов тяжелых металлов в почвах пришкольного участка.

                                                                                         Автор:

                                                                                         Гайко Яна Александровна

                                                       учащаяся 11 класса

                                                                    МБОУ СОШ №3 с.Арзгир

                                                         Арзгирского района

                                                                                         Ставропольского края

                                            Руководитель:

                                                 Быстрицкая Н.В.,

                                                              учитель химии, биологии

                                                              МБОУ СОШ №3 с.Арзгир

                                                    Арзгирского района

                                                                                       Ставропольского края

с.Арзгир

2013 г

Содержание

                                                                                                                           Стр

Введение…………………………………………………………………………3

Обзор литературы и обоснование направления исследования…………..4

 Материал и методика…………………………………………………………..4

Результаты исследования…………………………. ………………………….5

Выводы…………………………………………………………………………..7

Литература………………………………………………………………………7

Приложение ……………………………………………………………………..9

-3-

1.Введение

    На рубеже ХХ и ХХI веков человечество столкнулось с рядом глобальных

экологических проблем, среди которых антропогенные изменения биосферы, истощение  природных ресурсов, демографический взрыв, загрязнение окружающей среды.   Один из распространенных видов загрязнения - поступление в различные среды   тяжелых металлов (ТМ) - большой группы химических элементов с атомным весом  более 50 (Hg, Pb, W, Sn, Cd, Mo, Cu, Co, Mn, Cr и др.). Тяжелые металлы, загрязняющие  почву, могут поглощаться растениями и по пищевой цепи попадать в организмы животных и человека.

   Когда содержание тяжелых металлов в организме превышает предельно-допустимые концентрации, начинается их отрицательное воздействие на человека. Вследствие этого ухудшается здоровье человека.

    На организм человека и животных физиологическое действие металлов различно и зависит от природы металла, типа соединения, в котором он существует в природной среде, а также его концентрации. Вся опасность воздействия тяжелых металлов заключается в том, что они остаются в организме человека навсегда.

Цель работы:

Определить относительную загрязненность почвы солями тяжелых металлов на  пришкольной территории,  сравнить результаты исследования с контрольным участком за селом.

Задачи работы:

1.Провести отбор проб почвы и определить содержание тяжелых металлов  и кислотность.

2. Сделать выводы о причинах загрязнения почв тяжелыми металлами.

3.Изучить и проанализировать литературу о влиянии на живые организмы тяжелых металлов.

    Новизна работы заключается в том, что в нашей школе исследованием по  определению содержания в почве  тяжелых металлов  никто не занимался.

    Практическая значимость заключается в том, что данное исследование может быть применено на уроках экологии, биологии, химии, внеклассных мероприятиях.

  Актуальность рассматриваемой нами темы заключается в том, что ценность почвы определяется не только ее значением для производства продуктов питания и сырья для промышленности, но и той великой экологической ролью, которую играет почва в жизни биосферы. Через почвенный покров суши идут сложнейшие процессы обмена веществом и энергией между земной корой, атмосферой, гидросферой и всеми живущими в почве организмами.

Источники: 

• Почва на пришкольном участке, прилегающей территории и за селом
• Письменные:

        - тематическая литература (школьная, районная, библиотеки)

-4-

        - научная литература (периодические издания)

        - ресурсы сети Интернет

Объекты исследования: два участка – на территории школы: 1 – прилегающий к стадиону (не обрабатывается), 2 –перед школой (выращиваются цветы); 3 – на территории удаленной от села на 10 км и от автотрассы на 2,5 км.

Предмет исследования:  соединения тяжелых металлов

2.Обзор литературы и обоснование направления исследования

        В своем исследовании, я обратилась к научным источникам: Казаренко В.М. Мягкоступова О.В. «Исследовательский практикум». Данное справочное издание содержит на своих страницах информацию о тяжелых металлах, их особенностях и воздействии на живые организмы. Из данной литературы я узнала о способах определения содержания солей тяжелых металлов в почве, познакомилась с основными методиками. Учебное пособие «Практикум по экологии и охране окружающей среды» А.И.Федорова, А.Н. Никольская помогло мне в оформлении моих исследований.  Кроме того я использовала ресурсы сети интернет.

3.Место, материал и методика исследования

    Для проведения исследований была выбрана территория вокруг школы и школьный двор. Чистота почвы в этих зонах - один из факторов сохранения здоровья школьников, так как значительную часть своего времени мы проводим в школе.      

   Исследования проводились в сентябре- октябре 2013 году. Работа строилась в следующих направлениях: теоретическое исследование, лабораторный анализ, практическое исследование.

Методы:
1)  Работа с литературой.
 2) Сбор материалов.
 3) Химический эксперимент.
 Гипотеза: я считаю, что почвы пришкольного участка содержат  тяжелые металлы.

1. Постановка опыта

1.Первым этапом  нашей работы по изучению пришкольной территории стал анализ географического положения школы.

Школа  №3  расположена в северо- западной части с.Арзгир. Вокруг располагаются жилые дома на расстоянии 20м от территории школы. Автострада проходит с  северной  стороны на расстоянии 10м от границы школы, что не соответствует санитарно-гигиеническим нормам.( не менее чем на 25м. ).  Магазины расположены около 100 метров от школы, что соответствует санитарно- гигиеническим нормам (не менее чем на 50м,)

-5-

2.На следующем этапе работы проведено исследование влияния выхлопных газов автомобилей на экологическое состояние микрорайона школы.

    Автомобиль – один из главных источников загрязнения окружающей среды. Отработанные газы двигателей внутреннего сгорания содержат более 200 вредных веществ и соединений, в том числе и тяжелых металлов. Среди веществ, вызывающих химическое загрязнение воздуха, наиболее распространены и опасны оксиды азота, серы, угарный газ, углеводороды, тяжелые металлы, сажа – продукт неполного сгорания топлива.

Загрязнение воздуха в первую очередь отрицательно сказывается на состоянии здоровья человека, на животных и растениях.

  На выбранном для исследования участке длиной 100 м, неоднократно производился подсчет автомобилей, движущихся в оба направления. Работа производилась в утренние, дневные и вечерние часы следующим образом: занималось место у исследуемого участка, и в течение 15 минут в отдельный бланк заносились данные о проезжающем транспорте, контрольный участок «дорога перед школой» по улице Горького – 10 метров от  здания школы.

    На основе пятикратного  проведения эксперимента были получены усредненные характеристики транспортного потока, представленные в таблице№1 ( см. Приложение)

   Примечание: наибольший поток автотранспорта на исследуемом участке в утренние часы, в обед и вечером, в остальное время поток автомобилей значительно меньше, поэтому мы взяли среднее значение количества  автомобилей, проезжающих на исследуемом участке только в этот период.

    Выбросы  загрязняющих веществ в атмосферу считались по общеизвестным методикам ( схема 1).

   Наше исследование показало, что наибольшее количество вредных веществ, выбрасывается в атмосферу в этот период.

3. На третьем этапе нашей работы мы изучили в школьной  химической лаборатории состав отобранных почв на наличие ионов тяжелых металлов.

4.Результаты исследований

   Почва служит конечным накопителем токсичных веществ. Она повсеместно загрязняется ядовитыми компонентами выхлопных газов транспортных двигателей,  нефтью, смазочными материалами, обмывочными водами, металлической и синтетической пылью. Человек загрязняет почву как за счет промышленных и бытовых отходов, а также в результате внесения в почву пестицидов и минеральных удобрений.

   Тяжелые металлы, как правило, концентрируются в приповерхностном слое почвы   0-10 (20) см. Накопление тяжелых металлов в почве нарушает физико-химическое равновесие  природной системы и дает толчок ряду процессов, действующих на почвенные свойства.  Изменяется величина рН, разрушается почвенный поглощающий комплекс, нарушаются  микробиологические процессы, в результате разрушения структуры ухудшается водно-

-6-

воздушный режим, деградирует почвенный гумус, и в конечном итоге почва теряет плодородие. Поглощение элементов растениями иллюстрируется биогеохимическим циклом (рисунок 1).

1. Исследование почвы на наличие ионов тяжелых металлов.

1.1 Отбор проб почвы и подготовка к химическому анализу.

     Наша школа находится  рядом с проезжей частью. Это  довольно оживленная улица с большим потоком легкового и грузового транспорта. Образцы почв отбирались с трех участков, отличающихся  по видам агротехнической обработки и по расположению относительно оживленной автотрассы.

    Для проведения химического анализа отбираем почву методом конверта с глубины 10см, так как именно в верхнем ее горизонте накапливаются тяжелые металлы.   Рекомендуется взять участок площадью 100 м2 (10x10м). Берем средние пробы почвы из 5-8 индивидуальных проб, взятых в различных точках участка. На практике для отбора почвенных образцов часто используют метод “конверта”( рисунок 2), т.е. в каждой из пяти точек, как указано на рисунке, необходимо взять образец почвы с помощью лопатки, а затем смешать эти 5 индивидуальных образцов, и полученный средний образец использовать для проведения исследования.

        Затем почву высушиваем. Измельченный материал тщательно перемешиваем и рассыпаем тонким ровным слоем в виде квадрата, разделяя его на четыре сектора. Содержимое двух противоположных секторов отбрасываем, а два оставшихся снова смешиваем.

После многократных повторений оставшуюся пробу высушиваем в хорошо проветриваемом помещении или сушильном шкафу при 30-40C, рассыпав тонким слоем на кальке, а затем измельчаем в ступке и просеиваем через сито.

  1.  Приготовление  вытяжки.

         Почвенный раствор готовим следующим образом.   Сухую измельченную почву заливаем 1 М раствором азотной кислоты (10г почвы на 50 мл кислоты) и оставляем на сутки, потом смесь фильтруем и упариваем фильтрат до необходимого объема.

         Для определения содержания тяжелых металлов в почвенной вытяжке необходимо знание качественных реакций на ионы данных металлов

2. Определение кислотности почвы.

Для этого необходимы:  контрольная шкала образцов окраски растворов (рисунок 3),  раствор универсального индикатора, пипетка - капельница (0, 10 мл), пробирка с меткой «5 мл».

     1. В пробирку наливаем 5 мл ( до метки) почвенного раствора.

2. Добавляем в пробирку  пипеткой - капельницей 4-5 капель (около 0.10 мл) раствора универсального индикатора.

-7-

     3. Содержимое пробирки перемешиваем, покачивая ее.

     4.Окраску раствора сразу же сравниваем с контрольной школой, выбирая ближайший по характеру окраски образец шкалы.

 Результаты  исследования  представлены в таблице №1 (приложение)    

    3. Влияние тяжелых металлов на живые организмы.

      Поскольку задачей моего исследования является определение содержания в почвах таких металлов, как РЬ, Сu, Fe , то следует рассмотреть их биологическую роль и токсичность.

Чтобы снизить воздействие тяжелых металлов, необходимо употреблять в пищу продукты, содержащие пектин. Пектин обладает уникальными свойствами – способностью  образовывать комплексы с тяжелыми и радиоактивными элементами и выводить их из организма. Пектиновые вещества, содержащиеся в плодах яблок и корнеплодах красной свеклы. Такие лакомства, как мармелад и фруктовое желе, содержат пектин, вещество, являющееся желеобразным углеводом, способным выводить из организма свинец.

4.Выводы

         Проведенная  исследовательская работа подтвердила мою гипотезу о загрязнении почвы пришкольного участка тяжелыми металлами. Использовать такую почву для выращивания сельскохозяйственных растений нельзя. Наиболее загрязненные участки почвы – у дорог. Поэтому нужно убедить учащихся и население, что нельзя собирать использовать траву на корм домашним животным. Желательно иметь зеленые насаждения из устойчивых к выхлопным газам древесных пород ( вяз, акация, айлант) вдоль автомобильных дорог.

 Такие исследования необходимо проводить, чтобы следить за изменением почвы и разрабатывать мероприятия, предотвращающие ее загрязнение.

   Ценность этой  работы заключается в изучении воздействия техногенных процессов на окружающую среду, чтобы осуществить прогноз ожидаемых изменений и при необходимости дать рекомендации для исправления уже имеющихся отрицательных последствий антропогенного воздействия на биосферу.

     Остается надеяться, что здравый смысл возобладает над индустриальным азартом, и удастся остановить массовое загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами, негативно влияющими  на биохимические процессы живых организмов.

5.Литература

1. Практикум по экологии и охране окружающей среды. А.И.Федорова, А.Н. Никольская,  Москва, 2001

1.Валеология. Справочник школьника.  Сост. С.Н. Заготова. – Ростов-на-Дону: ООО «Издательство БАРО-ПРЕСС», 2004.

-8-

2. Химия, окружающая среда и здоровье: учебное пособие  Л.П. Никитина, Е.И. Никифорова. – Чита: ЧИПКРО,2006г. – 160с.

3. Казаренко В.М. Мягкоступова О.В. « Исследовательский практикум». Москва 2004.

4.«Медицинская газета»№ 21от 14 . 03. 2006 г.

5.«Химия в школе», № 4, 2005 г. журнал

6.Энциклопедия для детей Аванта +  ХИМИЯ, Москва, Аванта +,  2004г  

7.Агаджанян Н. А., А. П. Гужвин, И. Н. Полунин, В. Н. Сингаевский, П. С. Турзин, И. Б. Ушаков. Экологическая безопасность и здоровье. Москва-Астрахань,2000.
Интернет-ресурсы:

http://www.akademout.ru  Загрязнение почвы и его последствия

http://biogeochemistry.narod.ru Роль тяжелых металлов в организме  человека

http://www.smed.ru   Роль тяжелых металлов в живом организме

-9-

ПРИЛОЖЕНИЕ

Таблица №1

Количество вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу

 Таблица №2

                                                                                                                      Рисунок 1

Биогеохимический цикл и распределение микроэлементов по профилю почв

Рисунок 2

Схема №1

Рисунок 3