ВЛИЯНИЕ АНТРОПОГЕННЫХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ НА РАСТЕНИЯ ГОРОДА ПУГАЧЁВА

Муниципальное общеобразовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа № 14 города Пугачёва Саратовской области»

Научно-практическая конференция школьников «Шаг в будущее»

Секция - химия

 «ВЛИЯНИЕ АНТРОПОГЕННЫХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ НА РАСТЕНИЯ ГОРОДА ПУГАЧЁВА»

Выполнила: Айткалиева Динара  

                      Камидулловна,учащаяся

                      9 класса МОУ СОШ №14

Руководитель: Чугунова Маргарита  

                      Викторовна,  учитель химии  

                      МОУ СОШ №14

                                                  Пугачёв, 2011

Оглавление

1. Введение ____________________________________________________________  3
2. Основная часть:

2.1.  Воздействие человека на растительный мир___________________________  4

2.2. Индикаторная роль растений  _______________________________________  4

2.3. Экология города Пугачёва      _______________________________________   4

            2.4. Влияние антропогенных загрязнений на растения города Пугачёва   _______   5

 3.  Заключение                ___________________________________________________  9

4.   Список литературы  ___________________________________________________  10

5.   Приложения              ___________________________________________________  11

2

Введение

     Нормальное состояние и функционирование биосферы, следовательно, и стабильность окружающей природной среды невозможны без обеспечения благоприятной среды обитания для всех биотических сообществ, включая человека. Нарушение состояния биосферы ставит под угрозу не только благополучие человека, но и само его существование. Главенствующее значение в природе и в жизни человека имеют леса. Общая площадь земель лесного фонда Пугачевского района составляет 15312 га, в том числе покрытых лесной растительностью – 12275 га. Из общей площади лесов противоэрозионные составляют 3180 га, леса вдоль рек, защищающие нерестилища рыб, –   8998 га, леса зеленой зоны – 994 га.  

В Пугачевском районе развиты сельскохозяйственная, топливная и пищевая промышленность, машиностроение, производство строительных материалов, с каждым годом увеличивается поток машин на дорогах города. Всё это оказывает пагубное влияние на экологию нашего города.

Целью моей работы: выяснить – какое воздействие оказывают выбросы вредных веществ в атмосферу  на растительность и  способна ли растительность нашего города противостоять антропогенным воздействиям человека на окружающую среду.

Атмосферные осадки, поверхностные воды, росы, грунтовые воды, попадая в почву и переходя в категорию жидкой ее фазы, изменяют свой состав при взаимодействии с твердой и газообразной фазами почвы, с корневыми системами растений и живыми организмами, населяющими почву. Образующийся почвенный раствор, в свою очередь, играет огромную роль в динамике почв, питании растений. Если воды, образующие почвенный раствор, будут загрязнены, это коренным образом скажется на росте и развитии растений. Таким образом, для решения поставленной цели я решила исследовать почву города Пугачева в паркой зоне и на центральной улице: определю кислотность почвы методом рН-метрии, степень её засоленности (минерализация почвы), используя метод кондуктометрии, и окислительно-восстановительное состояния почвы по окислительно-восстановительному потенциалу (ОВП).

 При проведении работы я изучила литературу и интернет – ресурсы по экологии растений и методам исследования почвенного раствора.

3

Воздействие человека  на растительный мир

  Для характеристики нынешнего состояния растительного покрова и в первую очередь лесных экосистем все чаще используется термин — деградация. Леса раньше других компонентов природной среды испытали отрицательное влияние деятельности человека.

   Воздействие человека на леса и вообще на весь растительный мир может быть прямым и косвенным. К прямому воздействию относятся:

1. сплошная вырубка лесов;
2. лесные пожары и выжигание растительности;
3. уничтожение лесов и растительности при создании хозяйственной инфраструктуры;

1. усиливающийся пресс туризма.

Косвенное воздействие — это изменение условий обитания в результате антропогенного загрязнения воздуха и воды.

                                                       Индикаторная роль растений

          Заслуживает внимания индикаторная роль растений при косвенном воздействии на природу. 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 геологи, гидрологи, землеустроители, почвоведы, климатологи, лесоводы, археологи и др.

          Отрицательное воздействие антропогенных загрязнений воздуха проявляется 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 растениях указывает на присутствие в окружающей среде опаснейших загрязнителей.

                                                         Экология города Пугачёва

          Пугачевский район расположен в северной части Левобережья на Сыртовой равнине, в степной зоне. В городе Пугачёве  развиты топливная и пищевая промышленность, машиностроение, производство строительных материалов: заводы - кирпичный, 2 -  железобетонных изделий, дробильно-сортировочный. Основные промышленные предприятия – ОАО «Молоко», ОАО «Пугачевский мукомольный завод», ОАО «Хлебокомбинат»,  ОАО «Гидрозатвор», ООО «Полимер-Сервис», производство ИК-4, ИК-17, железнодорожный узел.

            Выбросы вредных веществ в атмосферу от стационарных источников и автотранспорта в

4

2010 году составили 1,9 тыс. т.  Существенный вклад в выбросы загрязняющих веществ вносят предприятия, занимающиеся добычей и переработкой строительных материалов с получением доломита и известнякового щебня (ООО «Каменный карьер «Иргизский»). Их доля выбросов загрязняющих веществ составляет 0,6 тыс. т/год. Выбросы загрязняющих веществ (пылью, оксидом углерода, диоксидом азота) от автотранспорта (с учетом автотрассы Самара–Пугачев–Энгельс) составляют не менее 0,8 тыс. т/год.

В 2010 году в р. Б. Иргиз сброшено  через пруд-накопитель 241,2 тыс. м3  недостаточно очищенных сточных вод. Очистные сооружения города работают неэффективно, из-за  регулярного отключения электроэнергии.  Основным загрязнителем реки в пределах города является ИТК-17. Это предприятие з 2010 год сбросило неочищенных сточных вод в объеме 30 тыс. м3. На месте сброса неочищенных сточных вод возросла концентрация хлоридов, сульфатов, азота аммонийного, фосфатов. Ниже сброса вода имеет микробное загрязнение.

      Городские земли подвержены подтоплению грунтовыми водами. Застройка территории, асфальтирование улиц и площадей привели к уменьшению испарения с уровня грунтовых вод и значительному нарушению их баланса.  По мере строительства города и его благоустройства состояние грунтов ухудшалось. В пределах городской застройки нарушены две главные статьи водного баланса: значительно увеличилось инфильтрационное питание грунтовых вод, а также уменьшился расход на испарение. Если в естественных условиях питание грунтовых вод осуществлялось в основном за счет атмосферных осадков, то в условиях развитого городского хозяйства эта статья баланса дополнилась инфильтрационным питанием за счет потерь из сетей водопровода, теплоснабжения, канализации, а также за счет потерь при поливе приусадебных участков. Отсутствие надежных водопропускных сооружений привело к уменьшению естественной дренированности территории.

На свалку ТБО г. Пугачева в 2010 году от предприятий и населения поступило 35тыс.т отходов 3-5-го классов опасности, которые в основном сжигаются на открытом воздухе. В результате в атмосферу города попадает большое количество продуктов сгорания, оказывающих антропогенное влияние растительность.

                   Влияние антропогенных загрязнений на растения города Пугачёва

            Выбросы вредных веществ в атмосферу оказывают влияние на  растительность города Пугачёва. Насколько велико данное влияние попробуем выяснить, сравнив образцы  почвы,  взятые в парке и в центре города.  

5

              В почве как системе  в результате антропогенных загрязнений происходит такие изменения, которые ведут к потере плодородия: повышается кислотность, изменяется видовой состав почвенных организмов, нарушается круговорот веществ, разрушается структура, ухудшаются другие свойства. Большую опасность представляют газообразные вещества, на долю которых приходится 80-90% всех антропогенных выбросов. Это соединения углерода, серы и азота.

         Крайне отрицательно на жизнедеятельности растений сказываются автомобильные выхлопные газы, содержащие 60% всех вредных веществ в городском воздухе и среди них такие токсичные, как оксиды углерода, альдегиды, неразложившиеся углеводороды топлива, соединения свинца.    

        Например, под их воздействием у деревьев  уменьшается размер хлоропластов, сокращается число и размер листьев, сокращается продолжительность их жизни, уменьшается размер и плотность устьиц, общее содержание хлорофилла уменьшается в полтора-два раза.

            Соединения азота представлены ядовитыми газами — окисью и перекисью азота. Они образуются при работе двигателей внутреннего сгорания, при работе теплоэлектростанций, при сжигании твердых отходов.

           Наибольшую опасность представляет собой загрязнение атмосферы соединениями серы, и прежде всего сернистым газом. Соединения серы выбрасываются в атмосферу при сжигании угольного топлива, нефти и природного газа. Антропогенное загрязнение серой в два раза превосходит природное.

         С попаданием в атмосферу соединений серы и азота связано выпадение кислотных дождей. Двуокись серы и окислы азота в воздухе соединяются с парами воды, затем вместе с дождями выпадают на землю фактически в виде разбавленных серной и азотной кислот. Такие осадки резко нарушают кислотность почвы, способствуют гибели растений и высыханию лесов.

         Степень кислотности  определяется в почвенных  суспензиях, полученных при взбалтывании почв с дистиллированной водой в соотношении 1:2,5 (актуальная кислотность) и выражается в единицах pH (водородный показатель). Степень кислотности вычисляется по формуле:

                                                               рН = – lg [H+]

          По величине степени кислотности различают кислые, нейтральные и щелочные почвы. В нейтральной среде - [H+] = 10-7  , т.е.  рH = 7 ; в кислой среде - [H+] > 10-7 , т.е. рH < 7 ; в щелочной среде - [H+] < 10-7 , т.е. рH > 7  . (приложение 1)

6

     Для большинства почв диапазон рН варьируется в пределах от 3,5 до 10,5. Для почв в районе города Пугачёва рН= 7-9.

    Определение рН осуществляется с помощью прибора рН-метра (приложение 2). Приведём сравнительную таблицу значений рН для почв, взятых в парке и на центральной улице:

       Полученные значения характерны для регионов с сухой почвой (слабощелочная среда), что соответствует почвенному покрову города Пугачёва. Значения различаются на 0,3-0,4 единицы. Данные результаты находятся в пределах нормы. Надлежащий уровень кислотности почвы может также частично уменьшить или даже нейтрализовать действия вредных веществ, содержащихся в атмосфере, почве, воде и влияющих на жизнедеятельность почвенных организмов, рост растений.

          Каждая почва состоит из органических, минеральных и органоминеральных комплексных соединений. Растительные и животные остатки, попадая в почву, претерпевают сложные изменения. Часть их полностью распадается до углекислоты, воды и простых солей (процесс минерализации). Минеральное вещество составляет 80-90% всего веса почвы.

       По количеству подвижных (доступных для питания растений) соединений азота, фосфора, калия оценивают естественное плодородие почв. Содержание этих соединений выражают в миллиграммах на 100 г сухой почвы. В степных засоленных  почвах (черноземах, солонцах и др. – что характерно для почв города Пугачёва)   часто накапливаются водно-растворимые соли минеральных кислот, таких, как угольная (Na2CO3, CaCO3, MgCO3, NaHCO3), соляная (NaCl, СаСl2, MgCl2), серная (Na2SO4, CaSO4, MgSО4) и др. По степени растворимости в воде простые соли делятся на мало-, средне- и легкорастворимые. Обычно в профиле незасоленных почв соли распределяются в соответствии с их растворимостью. Несколько выше по профилю залегают малорастворимые соли в почвах — MgCO3 и СаСO3 — карбонаты кальция и магния, среднерастворимая соль — CaSO4* 2Н2O (гипс) -  появляется на значительной глубине (150-200 см), остальные соли относятся к легкорастворимым – они  выносятся за пределы почвенного профиля. Легкорастворимые соли в концентрациях более 0,25% -  токсичны для растений.

        Проведём анализ почвы в парковой зоне и в центре города  на определение степени её засоленности (минерализация почвы), используя метод кондуктометрии.

7

 Данный метод анализа, основан  на измерении электропроводности почвенного  раствора.  

Для приготовления водного почвенной раствора навеску почвы смешивают с

дистиллированной водой  (в соотношении 1:5), выдерживают 5 мин, жидкую фазу отфильтровывают через бумажный фильтр. Измерение минерализации водного почвенного раствора проводят  с помощью кондуктометра (г/л).(приложение 3)

Результаты измерения сведены в таблицу:

        В степных почвах (черноземах, солонцах и др.) концентрация почвенных растворов колеблется в пределах от сотен мг/л до 1-3 г/л. Сравнивая полученные результаты, отмечаем, что в парковой зоне минерализация выше, чем  в центре города на 10 – 80 единиц.

   В почве широко развиты окислительно-восстановительные процессы, которые протекают с участием  как неорганических, так и органических веществ.

 Окисление  веществ, входящих в состав растительных остатков (гумификация) — в целом процесс окислительный. Большинство реакций окисления органических веществ почвы относится к группе необратимых. Обратимыми окислительно-восстановительными реакциями являются широко развитые в почве реакции окисления и восстановления железа ( Fe+3-= Fe+2 ), марганца ( Mn+4 -= Mn+2 ) , азота (N+5 = N+3). В почве происходит окисление и восстановление кислорода и водорода (O0 = O-2, H0= H+, S+6=  S-2). Поскольку большая часть этих реакций имеет биохимическую природу и теснейшим образом связана с проявлением микробиологических процессов, то их интенсивность в почве непосредственно влияет на развитие окислительно-восстановительных процессов. В реальной почве содержится не одна, а несколько окислительно-восстановительных систем.    Для количественной характеристики окислительно-восстановительного состояния почвы пользуются определением окислительно-восстановительного потенциала (ОВП), который отражает суммарный эффект разнообразных окислительно-восстановительных систем почвы в данный момент. При этом ОВП может меняться во времени. Знание ОВ потенциала почв позволяет судить об общей направленности окислительно - восстановительных процессов.

8

  В черноземных  почвах нормального увлажнения ОВП составляет 400-600 мВ; в  сероземах — 350-450 мВ.(приложение 3)  Снижение окислительно-восстановительного потенциала до 200-250 мВ приводит к образованию заметных количеств закисного железа и подвижного Mn+2 .    Измерение окислительно-восстановительного потенциала почвы в парковой зоне и в центре города   проводим   потенциометрическим методом с использование платинового электрода в качестве индикаторного и хлорсеребряного в качестве электрода сравнения.  Результаты измерения сведены в таблицу:

Таким образом, характер окислительно-восстановительных процессов в почве и в парковой зоне, и в центре города – слабо восстановительный.  Сравнивая результаты, отмечаем: значения ОВП отличаются незначительно от 3 до 25 мВ. Данные замеры – в пределах нормы.

                                                                   Заключение

Мы провели опыты по выявлению антропогенных изменений в почве, взятой  на центральной улице и парковой зоне  города Пугачёва, и выяснили, что выбросы вредных веществ в атмосферу города оказывают незначительное влияние на растительность.  Все полученные данные в пределах нормы для регионов с сухой почвой (степная зона).  

Это объясняется тем, что все виды растений сопротивляются действию загрязнения воздуха и почвы.  

  Концентрация выбросов вредных веществ предприятиями и автотранспортом в атмосферу Пугачёва такова, что растительность города может ослабить их воздействие.  Растения разными способами осуществляют детоксикацию вредных веществ. Некоторые из вредных веществ  связываются цитоплазмой растительных клеток и становятся не активными, другие подвергаются превращениям в растениях до нетоксических продуктов и участвуют в обмене веществ.

                                                                       9

Литература

1. Коробкин В.Н., Передельский Л.В..Экология: учебник для вузов / М:Феникс, 2011. – 608с.
2. http:www.moydom-dv.ru/ Анализ почвы. Кирсанов А.Н.
3. httр :ourelland.ru/ Как определить кислотность почвы?
4. http:www :ecosystema.ru›Основные характеристики состава и свойств почвы(Почвы России и СССР)
5. http:www :protown.ru/ Экология города Пугачева и Пугачевского района Саратовской области
6. http //otherreferats.allbest.ru/ Почвенный раствор и плодородие почвы. АбоимовГ.П.

10

Приложение №1

Шкала кислотности:

Приложение №2

pH - метр

приложение №3

Кондуктометр

Приложение №4

Зависимость характера окислительно-восстановительных процессов от величины ОВП почвы

Приложение №5