Научно-исследовательская работа " Исследование загрязнения снегас. Пришиб методом биотестирования"

VII межрайонная научно-практическая конференция

обучающихся общеобразовательных организаций

«Школьная исследовательская инициатива»

Естественнонаучная секция

Вид работы: экспериментально-исследовательская

Исследование токсичности снега

в различных местах с.Пришиб методом биотестирования.

Автор работы: Котлярова Дарья, 8 класс

МКОУ Краснобратская ООШ

Научный руководитель: Портяная Алла Николаевна,

учитель биологии, Краснобратская ООШ

С.Пришиб - 2017 г.

Оглавление Введение…………………………………………………………………стр 3-4

Основная часть

1.Источники загрязнения снега………………………………………….стр 5-6

2.Оценка состояния атмосферного воздуха в Калачеевском районе….стр 6-7

3.Метод биотестирования……………………………………………….. стр 7-8

4. Биологический эксперимент…………………………………………..стр 8-10

5.Химический эксперимент……………………………………………. стр 10-12

Заключение……………………………………………………………...стр13-14

Список литературы……………………………………………………..стр 15

Приложение……………………………………………………………..стр16-23

ВВЕДЕНИЕ

«Я с детства испытываю своеобразное волнение перед свежим покровом снега... Точно вступаешь в какой-то новый мир, и всего тебя пронизывает радость открытия, первого соприкосновения с чем-то чистым, нетронутым, неоскверненным»,- писал 70 лет назад американский прозаик Джон Стейнбек.[7] Снег –уникальная, чудеснейшая особенность нашей планеты. Ежегодно четвертая часть всей поверхности Земли вместе с океанами покрывается снегом. Это составляет 130 млн.км².

С наступлением зимы вопрос о пользе талой воды становится актуальным. Издавна считалось, что чище снеговой воды нет. При выращивании рассады и комнатных цветов полезно поливать их талой водой, которую можно получить из снега или льда.

Она более мягкая по сравнению с водопроводной, т.к. имеет низкий уровень содержания минеральных солей и большую плотность.

В ней лучше отстирываются вещи и идет значительная экономия стирального порошка, мыла. Вода из снега содержит мельчайшие пузырьки воздуха, которые лучше очищают волосы от грязи и пыли, разглаживают чешуйки, волосы при мытье такой водой становятся мягкими и шелковистыми. Трихологи советуют, если есть возможность собрать совершенно чистый снег далеко от промышленных предприятий и автомобильных дорог, мойте голову такой водой. Есть утверждение, что волосы быстрее растут.[3]

Считается так же, что применяя снеговую талую воду как дистиллированную в качестве питья, можно очистить человеческий организм, похудеть. И даже вылечиться от ряда таких заболеваний как гипертония, экзема, псориаз, снизить уровень холестерина в крови и др.

Полученная после таяния снега «живая» вода хорошо усваивается организмом. Такая вода имеет низкое содержание солей кальция, поэтому наши клетки очищаются от ядовитых веществ- токсинов и шлаков. Но пить такую воду нужно очень осторожно, т.к. мало у кого есть возможность исследовать ее на чистоту, примеси микроэлементов, соли различных металлов. Резкая замена водопроводной воды на талую, может стать определенным стрессом для организма. Последствия такого «эксперимента» непредсказуемы. Выбор нашей темы обусловлен актуальностью проблемы изучения накопления токсичных веществ и степень влияния снеговых вод на развитие растений . И эту проблему мы выбрали темой нашей исследовательской работы.

Цель работы: исследование химической токсичности снега в с.Пришиб методом биотестирования по проросткам растений- индикаторов.

Задачи:

1. Выделить районы исследования на территории с.Пришиб, взять пробы.

2. Изучить влияние химического состава талой воды на развитие проростков кресс-салата (постановка биологического эксперимента).

3. Изучить наличие загрязняющих веществ (постановка химического эксперимента).

4. Проанализировать результаты опыта.

5. Обозначить основные источники загрязнения и дать рекомендации по снижению токсичности.

Объект исследования: химическая токсичность снега.

Предмет исследования: пробы снега с различных мест села.

Методы исследования:

1. Теоретический (изучение литературы, постановка целей и задач, опрос).

2. Экспериментальный (постановка опытов).

3. Эмпирический (наблюдения, описания и объяснения результатов эксперимента).

Время исследования: январь-март 2017г.

Гипотеза: если исследовать общую токсичность снега в разных местах села, то можно составить картину степени его загрязненности.

Основная часть

1.Источники загрязнения снега.

  Сегодня качество воды в большинстве районов Земли оставляет желать лучшего. Расточительное расходование пресной воды и повсеместное её загрязнение является главной опасностью для населения.[1 ]

Снег является индикатором загрязнения воды. Все вредные вещества, которые выбрасывают предприятия, выхлопные газы сотней проезжающих автомобилей, и даже сажа из печных труб домов имеют способность накапливаться в снегу. Я провела опрос и узнала, что среди работников нашей школы пользуется талой снеговой водой большая часть членов коллектива, и 21% никогда не пользовались талой водой.(Приложение 1, диаграмма №1)

Снег является одним из основных показателей загрязненности, т.к.:

1) Основу роста снежных кристаллов составляют частицы, попавшие в атмосферу , а это пыль, копоть, сажа.

2) Попадая на землю, сформированные снежинки захватывают дополнительные частички пыли и дыма, количество которых напрямую зависит от загрязненной атмосферы.

3) Достигая поверхности снега, в период между снегопадами, частицы пыли и копоти, достигают поверхности снега, образовывая прослойки грязно-серого цвета.

Можно прийти к выводу, что все вместе эти источники создают общее загрязнение снежного покрова. Весной, с талыми водами, эти вещества поступают в открытые и подземные водоёмы, загрязняя их.  

Снежный покров загрязняется поэтапно. При образовании снежинок в кристаллы уже попадает копоть и пыль из атмосферы .Приземляясь, они захватывают различные примеси. Как только снежинки вбирают в себя вредные частицы из атмосферы, снег уже не считается чистым, а является загрязненным, токсичным. Главным загрязнителем атмосферного воздуха является транспорт, работающий на основе тепловых двигателей. Выхлопные газы автомашин дают основную массу свинца, оксид азота, оксид углерода и др.; износ шин – цинк; дизельные моторы – кадмий.[ 2,6] Все эти вещества могут накапливаться в покрове снега.

Это относится к снегу у автотрасс, поскольку движение на них в нашем селе достаточно интенсивное.

2.Оценка состояния атмосферного воздуха в Калачеевском районе.

Наша школа находится на пересечении улиц 20 лет Октября и улицы Щербакова, недалеко расположен машинно - тракторный парк колхоза «Большевик». На снимке видно, как сильно загрязнен снег рядом с автомобильной трассой. (Приложение 2 , фото1 ).

Наше село находится всего в 6 км. от центра г. Калач. Расстояние очень маленькое и поэтому я обратилась к специалистам в Санитарно-эпидемиологическую станцию Калачеевского района. Исследуя предоставленные мне данные (Таблица №1), можно с уверенностью сказать, что в нашем районе, показатели по содержанию вредных веществ в атмосфере не превышены.

Таблица №1

Конечно, то, что основные показатели выброса веществ в атмосфере в норме- это не может не радовать любого нормального человека.

Котельные поставляют в атмосферу немалые количества угарного газа. Если котельные мощные как в больших городах, то возможно даже ухудшение экологической обстановки в многомиллионных городах с ноября по апрель месяцы.

В нашем селе нет больших перерабатывающих предприятий. Всего одна маленькая маслобойня и 4 небольшие котельные, которые отапливают школу и др. здания. Единственное - это 6 раз в неделю работает пекарня, славящаяся знаменитым пришибянским хлебом, который с удовольствием покупает любой житель нашего района.

Снежный покров в Воронежской области устанавливается обычно в декабре месяце и, как правило, держится до марта. Этот год не стал исключением, т.б., что зима была морозной и снежной. Несмотря на кажущуюся привлекательной чистоту белого снега, его состав в течении зимних месяцев заметно меняется не в лучшую сторону.

Т. е.снег является своеобразным индикатором загрязнения окружающей среды.

ИНДИКАТОРЫ (от лат. indicator – указатель) – вещества, позволяющие следить за составом среды или за протеканием химической реакции. В снеговом покрове могут накапливаться сера, тяжелые металлы.

Если собрать снег в разных участках села и исследовать эти пробы, то можно получить достаточно полное представление о степени и характере загрязнения окружающей среды на этих участках. Нами использовалась методика, составленная на основе работы «Исследование снега методом биотестирования» [4].

3.Метод биотестирования.

Биоиндикаторы ( от био и лат indico – указываю, определяю)- организмы, присутствие, количество или особенности развития которых служат показателями естественных процессов, условий или антропогенных условий среды обитания.[11 ]

Ученые разных стран по контролю за состоянием окружающей среды говорят о преимуществах, которыми обладают живые организмы. Именно они особенно чувствительны к конкретным химическим веществам среды.

Метод биотестирования, когда используются растения-индикаторы, обладает рядом преимуществ над остальными биологическими методами в биологии, т.к.:

• не нужны большие экономические затраты;

• короткий срок оценки загрязнения (10- 15 дней);

• простота и доступность;

• эксперимент можно проводить в лабораторных условиях.

Биотестами могут быть культуры белой горчицы (Sinapis alba L.), овса (Avena L.),огурцов (Cucumis L.) кресс-салата (Lepidium sativum L.)  и ряда других растений.[10] Мы считаем, что метод биотестирования для оценки токсичности природных вод актуальным на сегодняшний день.

Практическая значимость нашей работы состоит в использовании на внеклассных занятиях в школе данных о чистоте или загрязненности атмосферы с. Пришиб.

4. Биологический эксперимент.

В феврале месяце, практически в конце зимы, мы определили и взяли для исследования несколько проб снега. (Приложение3,фото 2 )

Проба №1.Трасса возле машинно – тракторного парка колхоза «Большевик». Проба №2. Пересечение улиц Щербакова и 20 лет Октября.

Проба №3.Снег возле нашей школы.

Проба№4. Снег на лугу.

Проба №5.Контрольная ( из магазина вода «Родниковая» ).

Снег растопили. На фотографиях видно, что в талой воде пробы №1 содержатся взвешенные вещества темного цвета. В пробе №2 цвет воды более прозрачный, но присутствуют примеси сажи. Это и неудивительно, т.к. эти участки расположены вблизи оживленных дорог села. И основной источник загрязнения здесь – автотранспорт. Вода в пробах №3 и №4 была прозрачной. ( Приложение 4,фото3)

В качестве биотестов мы использовали семена однолетнего кресс –салата, растения семейства крестоцветных. Этот салат еще называется огородный перечник. Он используется как тест-объект для оценки загрязнения воздуха и почвы. Тест длится 10 дней. При наличии вредных веществ снижается процент всхожести и ингибируется рост зародышевых корешков. [ 10]

Растаявшую воду мы использовали для проращивания семян. Семена салата были куплены в магазине «Радуга». 5 пластиковых тарелок пометили номерами от 1до5.

В каждую тарелку уложили слоем хлопчатобумажную тряпочку, обильно смоченную талой водой соответствующей пробы, и сверху положили по 10 семян кресс-салата соответственно.[13] (Приложение 5,фото4)

В ходе биологического эксперимента мы наблюдали за количеством пророщенных семян, добавляли талую воду с разных участков по мере необходимости.

Салат обладает повышенной чувствительностью к загрязненной почве. Это растение не распространено в Центральном Черноземье. Жители южных республик используют его молодые листья, содержащие горчичное масло, в пищу. В народной медицине он издавна применялся как общеукрепляющее и противовоспалительное средство. Кресс-салат снимает депрессивные состояния и улучшает сон.[12] Не так давно официальная медицина стала рекомендовать включать в рацион кресс-салат для профилактики глазных заболеваний – например, катаракты, а также для снижения вероятности развития рака.[12]

Использование кресс-салата очень удобно и в том плане, что всхожесть семян достигает практически 100%, но эта цифра может изменяться в сторону уменьшения в присутствии загрязнителей. Всходы появляются на третий - четвертый день, растут очень быстро. И в течении 10 дней уже можно получить ответы на вопросы эксперимента. В качестве показателей учитывали всхожесть семян в воде от различных проб снега и скорость роста корней проростков.( Приложение 6, фото 5 )

На третий день дружно начали прорастать наши семена. Как и ожидалось, в пробах №3 и №4 , отмечалась 100% всхожесть семян салата. Проростки ровные, крепкие. В пробах №1 и №2- всхожесть чуть меньше, проростки более мелкие. Все образцы мы сравнили со всходами опытной пробой №5.

С помощью линейки измеряли длину корней проростков салата в каждой тарелочке. ( Приложение 7, фото 6)

Все результаты мы заносили в таблицы (Приложение 8,таблица №1 и №2) на основании которых составлена диаграмма. (Приложение 9, диаграмма №2)

5. Химический эксперимент

Используя данные литературы о загрязнении атмосферы, провели химические опыты на определение наличия некоторых загрязнителей.

Опыт 1.Определение прозрачности воды.

Цель: определение прозрачности образцов талого снега.

Оборудование : стеклянный цилиндр диаметром 2 см и высотой 30см, печатный текст, дистиллированная вода, пробы талого снега.

Ход работы: исследуемую воду взбалтываем.Устанавливаем цилиндр на печатный текст и наливаем столько воды, чтобы можно было читать текст через воду. Высоту столба воды, когда виден текст ,измеряем линейкой. Каждую пробу сравниваем с контрольным образцом №5.

Результаты работы: вода может быть прозрачной, слабо мутной, сильно мутной. Прозрачность зависит от количества взвешенных частиц органического и неорганического происхождения и определяется высотой столба воды в цилиндре, сквозь который начинают читаться буквы. [18]

Вывод: в пробах № 3,4-вода прозрачная(h=30см), проба №1- вода сильно мутная (h=18см), проба №2-слабо мутная (h=21см).(Приложение10, фото8 )

Опыт 2. Определение интенсивности запаха.

Цель: определить интенсивность запаха талого снега.

Оборудование и реактивы: коническая колба со стеклянной пробкой; пробы талого снега.

Ход работы: в колбу поочередно наливаем 2/3 объема исследуемой воды. Закрываем колбу пробкой и сильно встряхиваем ее. После открытия колбы, оцениваем запах воды в баллах. (Приложение11, таблица 3,фото 9)

Результаты работы: одной из характеристик воды является запах. Интенсивность запаха воды (при 20° С не должна превышать двух баллов) определяем по пятибалльной системе [18].

Вывод: в пробах снега №3,4 нет запаха – 0 баллов; проба №1: отчётливый, неопределенный - 2балла; проба №2: запах еле заметен , можно и не обратить на него внимание – 1 балл.

Опыт 3. Наличие органических загрязнителей в снеге.

Цель: обнаружить органические загрязнители в талой воде.

Оборудование и реактивы: пробирки, штатив для пробирок, раствор перманганата калия, пипетки, талая вода.

Ход работы: пробирку с 3 мл исследуемой пробы талой воды добавляем по одной капле 5%- го раствора перманганата калия. Обесцвечивание раствора перманганата калия указывает на присутствие примесей органического происхождения.

Результаты работы: В контрольной пробе №5- вода ярко- розового цвета. В пробах талого снега №3,№4 – вода розовая и слабо розовая. Вода, при добавлении в пробирки №1 и №2 раствора перманганата калия, стала бесцветной.

Вывод: В пробирках проб снега №1и №2 присутствуют примеси органического происхождения. Нет примесей в пробах снега с участков №3 и №4. (Приложение 12, фото 9)

Опыт 4.Определение ионов аммония NH₄⁺

Цель: обнаружение содержание катиона-аммония в талой воде.

Оборудование и реактивы: пробирки, штатив для пробирок, ватный тампон, водяная баня, щелочь едкий натр, талая вода, дистиллированная вода, универсальный индикатор.

Ход работы: по 4 мл талого снега проб №1 и №2 внесем в пробирку и не касаясь стенок пробирки, добавляем 4 капли раствора едкого натра- NaOH , закрываем пробирку ватным тампоном предварительно поместив туда смоченную универсальную индикаторную бумагу(цв. бледно-розовый). На водяной бане осторожно нагреваем смесь.

Результаты работы: В пробах исследуемого снега №1 и №2 не обнаружен аммиак. После нагревания, универсальная индикаторная бумага не посинела, цвет- не изменился. NaOH не выделил при нагревании газообразный аммиак из растворов солей аммония.

По запаху пробирок проб №1 и №2 мы не обнаружили аммиак. [6].

Вывод: В пробах талого снега №1 и №2 отсутствуют катионы аммония NH₄⁺.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Снег является индикатором загрязнения воды. Наша работа затронула важную проблему. Проведя соответствующие исследования, можно сделать вывод о чистоте атмосферного воздуха.

Однозначно, что автомобильный транспорт- главный источник загрязнения окружающей среды. С ростом числа автомобилей, будет увеличиваться и выброс в атмосферу токсичных веществ, которые, как правило, оседают на поверхности снежного покрова.

В ходе проведенного эксперимента цель работы достигнута. Поставленные задачи выполнены. Метод биотестирования с использованием проростков кресс –салата позволяет заключить, что самым токсичным, как и ожидалось, оказался снег, расположенный в непосредственной близости с проезжей частью дороги . Это машинно- тракторный парк колхоза и центральная улица села- ул. 20 лет Октября, которая испытывает большую транспортную нагрузку.

Практически чистыми оказались пробы снега № 3 ( территория школы) и проба №4 (территория луга).

Проведя исследовательскую работу, можно сделать вывод, что экологическое состояние атмосферного воздуха и поверхностного слоя почвы с. Пришиб находится на хорошем уровне. Это объясняется тем, что на территории села нет никаких предприятий.

Метод биотестирования, как метод оценки состояния окружающей среды, является достаточно простым и доступным. Мы считаем, что это перспективный метод и в дальнейшем он будет только развиваться. Возможно, будут найдены и др. растения для быстрейшего и эффективного определения проб талой воды.

В связи с этим мы дали рекомендации по улучшению состояния атмосферного воздуха, а, следовательно, и снежного покрова:

• Проводить экологический мониторинг окружающей предприятия среды.

• Рассмотреть возможность массового озеленения (хвойными и лиственными породами) прилегающих территорий, как основного природного очистителя атмосферы.

• В целях уменьшения загрязнения атмосферы следует предусматривать переход дорожных машин на газовое топливо, более высококачественный бензин (Экстра АИ-95 неэтилированный).

• Свежевыпавший снег на территории села и за его пределами категорически запрещается употреблять в пищу, т.к. он может содержать вредные для здоровья человека вещества.

Список литературы

1. Ахманов М. Вода, которую мы пьем. С.П.б, Невский проспект,2002

2. Богданова С.Загрязнение атмосферного воздуха выхлопными газами и их влияние на организм человека.Улан-Удэ,2009

3. Валетдинов Р.К., Горшкова А.Т., Валетдинов А.Р. Эколого-геохимическая оценка загрязненности снежного покрова тяжелыми металлами. //Вестник ТО РЭА. 2004. № 2. С.43—46.

4. Мансурова С.Е., Кокуева Г.Н. Следим за окружающей средой нашего города: 9—11 кл.: Школьный практикум. — М.: Гуманит. Изд. центр ВЛАДОС, 2001. С.112 

5. Мелихова О.П. Егорова Е.И. Биологический контроль окружающей среды.: «Академия»,2007

6. Наумов Ю. А. Экология Приморского края: Учеб.пособие/ Ю.А. Наумов. – Находка: Институт технологии и бизнеса, 2010.-С. 206.

7. Стейнбек Дж.Зима тревоги нашей. Москва,1971

8. Хазимуллина Ю.З. Определение тяжелых металлов в снежном покрове // Материалы 17 международной экологической студенческой конференции — Новосибирск, 2012

9. Школьный экологический мониторинг. Учебно-методическое пособие/ Под ред. Т.Я. Ашихминой. – М.: АГАР, 2006.

10. Биологическая индикация [ электр. ресурс] biofile.ru›Биология›36949.html
11. uni-content.ru›dictionary-bio2/биоиндикаторы

12. inflora.ru›Энцикло›Специи›Кресс-салат

13. nsportal.ru›ap…2014/11/22/biotestirovanie…snega…

    1.  http://plodovie.ru/zelen/kak-vyrastit-kress-salat-na-podokonnike-15371/#ixzz4Z9OdCDwn

14. http://www.bestreferat.ru/referat-216004.html

15. http://bio.1september.ru/articlef.php?ID=200702407

16. http://batalin-agro.ru/pshenica

17. http://agro-him.kiev.ua/stati-nashkompanii/107-stati/1321-pshenitsa.html

18. http://www.metod-kopilka.ru/issledovanie_toksichnosti_snega__v_razlichnyh_rayonah_goroda_ussuriysk

Приложение 1, диаграмма №1

Приложение 2, фото1

1.Въезд в машинно- тракторный парк. 2.Участок проезжей части дороги.

3.Участок возле школы 4.Луг

Приложение 3, фото 2. Внешний вид снега.

Приложение 4, фото 3.Образцы растаявшего снега.

Приложение 5, фото 4. Отбор семян кресс-салата для опыта.

Приложение 6, фото 5. Прорастание семян в чашках с образцами талой воды

Приложение 7, фото 6. Сравнение роста проростков и длины главного корня у растений салата.

Приложение 8, таблицы №1 и №2

Таблица №1 Результаты наблюдений проращивания семян кресс-салата

Дни эксперим.	Проба № 1 Машинно-тр.парк	Проба№ 2 Ул.20лет Октября	Проба №3 Территория школы	Проба № 4 Луг села	Проба № 5 Контрольная вода
1	-	-	-	-	-
2	-	-	-	-	-
3	-	1	1		2
4	1	2	3	1	5
5	2	5	6	2	7
6	5	7	7	4	9
7	7	8	8	5	10
8	8	9	9	6	10
9	9	9	10	10	10
10	9	10	10	10	10
Степень всх. в %	90 %	90 %	100 %	100%	100 %
Уровень Загряз.	Слабый	Слабый	Отсутств.	Отсутств.	Отсутств.

Таблица №2. Скорость роста главного корня

	Суммарная длина корней (см)
Дни	Проба № 1 Машинно-тр.парк	Проба № 2 Ул.20 лет Октября	Проба № 3 Территория школы	Проба № 4 Луг села	Проба № 5 Контрольн. вода
1	-	-	-	-	-
2	-	-	-	-	-
3	-	0,1	0,2	-	1
4	0,1	0,4	0,7	0,4	1
5	0,3	0,5	1,5	0,5	1
6	1	1,3	2	1	2
7	1,4	2,2	3	1	3,3
8	2,2	3,1	5,6	5	3,5
9	3	3,8	6	5	5,2
10	3,1	3,9	6,8	6,9	6,8

Приложение 9, диаграмма №2 Количество проросших семян кресс-салата в разных пробах снега в течение 10 дней

Приложение 10, фото 8. Определение прозрачности воды.

Приложение 11, таблица №3 фото 9. Определение интенсивности запаха

Интенсивность запаха	Характер проявления запаха	Оценка интенс.запаха
Нет	Запах не ощущается	0
Очень слабая	Запах сразу не ощущается, но обнар. при тщ.исследовании (при нагревании воды)	1
Слабая	Запах замечается, если обратить на это внимание	2
Заметная	Запах легко замечается и вызывает неодоб. отзыв о воде	3

Приложение 12, фото 10. Наличие органических загрязнителей в снеге.

Приложение 13 фото 11.

22