litceysel.ru
добавить свой файл
1 2
МБОУ «Средняя общеобразовательная школа №12»



Исследовательская работа на тему:


Влияние нефтепродуктов на рост и развитие растений.


Выполнили: уч-ся 10б кл


Горшенина Валерия

Голованова Виктория


Руководитель:уч.биологии


Деревянко Е.В.


Астрахань 2012


Содержание:


Введение.



Глава 1 — Понятие о нефтепродуктах.


    1. Понятие о нефтепродуктах.

    2. Виды нефтепродуктов.


Глава 2 — Влияние нефтепродуктов на рост и развитие растений.

2.1 История появления нефтепродуктов.

    1. Влияние нефтепродуктов на рост и развитие растений.


Глава 3 — Оценка уровня влияния нефтепродуктов на рост и развитие фасоли.

3.1. Методика проведения исследовательской работы.

    1. Результаты проведенных экспериментов.

    2. Биологические методы по очищению почвы, загрязненной нефтепродуктами.


Заключение.


Литература.


Приложения.


Введение


1. Актуальность темы. Загрязнение окружающей среды в результате

техногенной деятельности человека ухудшает экологическую обстановку на

достаточно обширных территориях.

Наиболее типичными антропогенными факторами загрязнения

окружающей среды, в том числе и почвы, в Астраханской области

являются нефть и нефтепродукты. Последние оказывают негативное влияние

на живые организмы и, в первую очередь, на сосудистые растения, которые

вследствие прикрепления к субстратам (почве) постоянно подвергаются


воздействию как глобального, так и локального загрязнения, и могут

поглощать разнообразные загрязнители. Растения являются основой любого

биогеоценоза, и поэтому отклонения биохимических, физиологических

реакций растений, весьма чувствительных к изменению условий среды,

могут служить индикатором ее состояния.

В процессе своей жизнедеятельности растения входят в сложные

взаимоотношения с микроорганизмами, населяющими почву (Звягинцев,

1983). В естественных условиях обитания микроорганизмы, окружающие

растения, влияют на их рост и развитие. В свою очередь, каждая культура,

стимулируя рост, селекционирует определенную микробиоту (Лугаускас,

1988), так как ризосфера растений является зоной, в которой происходит

адаптация почвенной микробиоты к условиям, создаваемым активно

растущими растениями (Кравченко, 2001).

Загрязнение природной среды вызывает ответные реакции во всех

компонентах экосистемы, в том числе и в растительно-микробных

комплексах, нарушая, как считают О.В. Турковская и А.Ю. Муратова (2005),

сложившиеся тысячелетиями механизмы их взаимодействия. Изучение

микроорганизмов, обитающих в нефтезагрязненных почвах важно и в связи с

их участием в утилизации углеводородов. Поэтому представляет

значительный интерес системное изучение действия нефти на некоторые

эколого-физиологические параметры роста и развития растений и их

ризосферную микробиоту.


Научная новизна. Впервые показано накопление бенз(а)пирена в

растениях, выращенных на нефтезагрязненных почвах. Обнаружен факт

угнетения процесса клеточного деления. Исследовано влияние одного из нефтепродуктов(бензина) на рост и развитие фасоли в домашних условиях.

Практическая значимость. Предложенные методы и полученные


результаты позволяют дать оценку эколого-физиологического состояния

растений и ризосферной микробиоты в условиях техногенных загрязнений.

Полученные результаты исследований могут быть использованы в учебном

процессе в рамках дисциплин «Экологические проблемы загрязнения почв Астраханской области.» «Рекультивация нарушенных земель»,

«Техногенные системы и экологический риск» при изучении экологии в школе.

Личное участие авторов. Авторам проведены аналитический обзор

литературы, экспериментальные работы и написан текст исследовательской работы.

2. Целью работы явилось определение эколого-физиологического

эффекта нефтяного загрязнения почвы и рекультивации на некоторые

сельскохозяйственные культуры и декоративные растения.

Задачи:

а) дать понятие о нефтепродуктах и их видах;

б) проанализировать влияние нефтепродуктов на рост и развитие разных групп растений;

в) провести оценку уровня влияния нефтепродуктов на рост и развитие фасоли в школьных условиях;

г) показать использование материалов исследования в процессе обучения.


  1. Объект и предмет исследования:

-объектом исследования является- влияние нефтепродуктов на рост и развитие растений;

-предметом исследования является-влияние бензина на рост и развитие фасоли.

  1. Методы исследования:

а) анализ: анализ справочной, методической, научной, энциклопедичекой литературы по проблеме исследования;

б) заложение и проведение опыта по влиянию бензина на рост и развитие фасоли в школьных условиях;

в) моделирование некоторых приемов по внедрению в школьный компонент научной дисциплины «Экология загрязнения почв.»



Глава 1.

Понятие о нефтепродуктах.



Нефтепроду́кты — смеси углеводородов, а также индивидуальные химические соединения, получаемые из нефти и нефтяных газов. К нефтепродуктам относятся различные виды топлива (бензин, дизельное топливо, керосин и др.), смазочные материалы, электроизоляционные среды, растворители, нефтехимическое сырьё. Нефтепродукты получаются в результате химического процесса — перегонки нефти, от которой при разных температурах отделяются вещества (отгоны) в парообразном состоянии.

Бензин
Бензин - горючая жидкость, является смесью лёгких углеводородных веществ, имеющих температуры кипения в пределах 30 - 200 градусов. Плотность бензина примерно 0,7 г/см3, теплотворная способность около 10,500 ккал/кг.
Бензин в промышленных масштабах производится на нефтехимических предприятиях комплексом процессов: перегонкой, гидрокрекингом, каталитическим крекингом, риформингом. Для производства бензинов специального назначения дополнительно используется процесс очистки от нежелательных включений и компонентов, смешение с присадками.

Дизельное топливо
Дизельное топливо (дизтопливо, солярка) - органическая жидкость, получаемая при переработке нефти и используемая в качестве топливной смеси в дизельных двигателях. Обычно под термином дизтопливо понимают продукт, получаемый из керосино-газойлевых фракций в процессе прямой перегонки нефтяного сырья.
Применение дизтоплива

Основным потребителем дизтоплива является транспортный сектор экономики - железнодорожники, автотранспортники, производители сельхозпродукции. Кроме этого дизтопливо часто как котельное топливо, топливо для стационарных и передвижных электрогенераторов, в кожевенной промышленности, как смазочно-охлаждающая среда в машинах и агрегатах, как средство для закалки изделий при термообработке металла.

Ещё одна градация дизтоплива основана на сезонности - летнее и зимнее дизтопливо. Различаются сезонные виды дизтоплива показателем температуры помутнения и застывания топлива и показателем температуры предельной фильтруемости.

Мазут
Мазут является нефтепродуктом. Используется мазут в качестве котельного топлива, а также для производства ряда продуктов, таких как смазочные масла, кокс, битумы и моторные масла. Мазут имеет темно-коричневый цвет и жидкую консистенцию. Он представляет собой смесь большого количества компонентов, в частности карбенов, органических соединений, асфальтенов, нефтяных смол, а также углеводородов с молекулярной массой 400-1000 г/моль.
В зависимости от состава и физико-химических свойств исходного материала получают мазут с различными свойствами. Качество мазута определяется в зависимости от содержания в нем серы, а также его плотности и вязкости.
Вязкость мазута определяется при 100С и может варьироваться от 8 до 80 мм2/с. Плотность же составляет от 0,89 до 1 г/см3 и определяется при температуре 20С. Также важным параметром является температура застывания, которая равна 10-40С. Исключение составляют флотские мазуты, у которых данная характеристика ниже (от -5С до -10С). Содержание серы в мазуте обычно составляет от 0,5% до 3,5%.
Мазут широко применяется в ряде отраслей. Однако основными потребителями по-прежнему остаются жилищно-коммунальные хозяйства, а также промышленные предприятия. Его используют в качестве топлива для котельных установок, паровых котлов, а также промышленных печей. Кроме того, мазут широко применяется в двигателях тепловозов и морских судов. В настоящее время достаточно большое количество мазута подвергается дальнейшей переработке. В результате получаются дистиллятные смазочные материалы, а также моторные топлива.

Основными эксплуатируемыми свойствами мазута является высокая теплотворность вместе с небольшим содержанием золы (менее 0,3%). Это позволяет получать необходимые температуры при относительно небольшом расходе сырья. Основной пик потребления мазута приходится на зимние месяцы.


Битум
Битумы (от лат. bitumen - горная смола), твердые или смолоподобные продукты, представляющие собой смесь углеводородов и их азотистых, кислородных, сернистых и металлсодержащих производных. битумы не растворяется. В воде. полностью или частично растворяется. В бензоле. СНС13, CS2 и др. орг. р-рителях; плотность 0,95-1,50 г/см3.
Природные битумы - составная часть горючих ископаемых. К ним относят естественные производные нефти. образующиеся при нарушении консервации ее залежей в результате хим. и биохим окисления. например асфальты, кериты, мальты и др. Добычу проводят главным образом карьерным или шахтным способом. Искусственные (технические) битумы - остаточные продукты переработки нефти. каменного угля и сланцев. По составу сходны с природными битумам.
















Глава 2.

    1. История появления нефтепродуктов.



В средние века интерес к нефти, в основном, основывался на её способности гореть. С VII века н.э. византийцы использовали так называемый греческий огонь (смесь нефти с негашеной известью), которая воспламенялась при увлажнении. Использовалась против вражеских кораблей: ей смазывали наконечники стрел или изготовляли примитивные гранаты [3]. Сохранились сведения о «горючей воде — густе», привезённой с Ухты в Москву при Борисе Годунове.

До начала 18 века нефть преимущественно использовалась в натуральном, то есть непереработанном и неочищенном виде. Большое внимание на нефть в качестве полезного ископаемого было обращено только после того, как:


  • в России заводской практикой братьев Дубининых (с 1823),

  • в Америке химиком Б. Силлиманом (1855),

было доказано, что из неё можно выделить керосин — осветительное масло, подобное фотогену, уже в то время вырабатывавшемуся из некоторых видов каменных углей и сланцев и получившему широкое распространение. Преимущественное использование переработанной нефти началось только во 2-й половине 19 века, чему способствовал возникший в это время новый способ добычи нефти с помощью буровых скважин вместо колодцев. Первая в мире добыча нефти из буровой скважины состоялась в 1848 году на Биби-Эйбатском месторождении вблизи Баку.[4]







Нефть — результат литогенеза. Она представляет собой жидкую (в своей основе) гидрофобную фазу продуктов фоссилизации (захоронения) органического вещества (керогена) в водно-осадочных отложениях в бескислородных условиях.

Нефтеобразование — стадийный, весьма длительный (обычно 50-350 млн лет)[1] процесс, начинающийся ещё в живом веществе. Выделяется ряд стадий:

  • Осадконакопление — во время которого остатки живых организмов выпадают на дно водных бассейнов;

  • биохимическая — процессы уплотнения, обезвоживания и биохимические процессы в условиях ограниченного доступа кислорода;

  • протокатагенез — опускание пласта органических остатков на глубину до 1,5 — 2 км, при медленном подъёме температуры и давления;
  • мезокатагенез или главная фаза нефтеобразования (ГФН) — опускание пласта органических остатков на глубину до 3 — 4 км, при подъёме температуры до 150 °C. При этом органические вещества подвергаются термокаталитической деструкции, в результате чего образуются битуминозные вещества, составляющие основную массу микронефти. Далее происходит отгонка нефти за счёт перепада давления и эмиграционный вынос микронефти в песчаные пласты-коллекторы, а по ним в ловушки;


  • апокатагенез керогена или главная фаза газообразования (ГФГ) — опускание пласта органических остатков на глубину более 4,5 км, при подъёме температуры до 180—250 °C. При этом органическое вещество теряет нефтегенерирующий потенциал и реализовывает метаногенерирующий потенциал.

  • И. М. Губкин выделял также стадию разрушения нефтяных местозарождений.

Убедительные доказательства биогенной природы нефте-материнского вещества были получены в результате детального изучения эволюции молекулярного состава углеводородов и их биохимических предшественников (прогениторов) в исходных организмах, в органическом веществе осадков и пород и в различных нефтях из залежей. Важным явилось обнаружение в составе нефти хемофоссилий — весьма своеобразных, часто сложно построенных молекулярных структур явно биогенной природы, то есть унаследованных (целиком или в виде фрагментов) от органического вещества. Изучение распределения стабильных изотопов углерода (12C, 13C) в нефти, органическом веществе пород и в организмах (А. П. Виноградов, Э. М. Галимов)[2] также подтвердило неправомочность неорганических гипотез.


Считается, что основным исходным веществом нефти обычно является зоопланктон и водоросли, обеспечивающие наибольшую биопродукцию в водоёмах и накопление в осадках органического вещества сапропелевого типа, характеризующегося высоким содержанием водорода (благодаря наличию в керогене алифатических и алициклических молекулярных структур).

В древности существовали теплые, богатые питательными веществами моря, такие как в Мексиканском заливе и древний океан Тетис, где большое количество органического материала падало на дно океана, превышая скорость, с которой оно могло разложиться. В результате большие массы органического материала были погребены под последующими отложениями, такими как сланец или соль. Это подтверждается наличием толстого слоя соли над месторождениями нефти на Ближнем Востоке. Образование соляных отложений свидетельствует о том, что данные водоёмы длительное время были достаточно мелкими, плохо сообщались с остальным океаном и испарение сильно превышало приток морской воды извне. Впоследствии эти зоны оказались на суше в результате движения континентов. Условия достаточно уникальные, поэтому большую часть современных органических осадков на дне океана ждёт другая судьба — при движении океанической коры они попадают в зону субдукции.

Породы, образовавшиеся из осадков, содержащих такого типа органическое вещество, потенциально нефтематеринские. Чаще всего это глины, реже — карбонатные и песчано-алевритовые породы, которые в процессе погружения достигают верхней половины зоны мезокатагенеза, где вступает в силу главный фактор нефтеобразования — длительный прогрев органического вещества при температуре от 50 °C и выше. Верхняя граница этой главной зоны нефтеобразования располагается на глубине от 1,3—1,7 км (при среднем геотермическом градиенте 4°С/100 м) до 2,7—3 км (при градиенте 2°С/100 м) и фиксируется сменой буроугольной степени углефикации органического вещества каменноугольной. Главная фаза нефтеобразования приурочена к зоне, где углефикация органического вещества достигает степени, отвечающей углям марки Г. Эта фаза характеризуется значительным усилением термического и (или) термокаталитического распада полимерлипоидных и других компонентов керогена. Образуются в большом количестве нефтяные углеводороды, в том числе низкомолекулярные (C5-C15), почти отсутствовавшие на более ранних этапах превращения органического вещества. Эти углеводороды, дающие начало бензиновой и керосиновой фракциям нефти, значительно увеличивают подвижность микронефти. Одновременно, вследствие снижения сорбционной ёмкости материнских пород, увеличения внутреннего давления в них и выделения воды в результате дегидратации глин, усиливается перемещение микронефти в ближайшие коллекторы. При миграции по коллекторам в ловушки нефть всегда поднимается, поэтому её максимальные запасы располагаются на несколько меньших глубинах, чем зона проявления главной фазы нефтеобразования, нижняя граница которой обычно соответствует зоне, где органическое вещество пород достигает степени углефикации, свойственной коксовым углям. В зависимости от интенсивности и длительности прогрева эта граница проходит на глубинах (имеются в виду максимальной глубины погружения за всю геологическую историю данной серии осадочных отложений) от 3—3,5 до 5—6 км.





    1. Влияние нефтепродуктов на рост и развитие растений.


Основными крупномасштабными и опасными загрязнителями окружающей среды сегодня являются нефть и нефтепродукты [3, 12], которые нарушают экологическое состояние почвенных покровов и в целом деформируют структуру биоценозов [1, 5, 6, 9, 10].

По вопросу влияния нефти на процессы прорастания семян в литературе имеются противоречивые сведения. Одни авторы считают, что нефть не влияет на прорастание семян растений [14]. В экспериментах других исследователей [12] доля проросших семян [15], биомасса, а также рост растений [16] резко снижались, а при 8% уровне нефтезагрязнения почвы даже происходила гибель проростков [5]. Перечисленные негативные эффекты объясняются авторами не только токсичностью нефти, но и приобретением почвой гидрофобных свойств.

Нефть и нефтепродукты относятся к наиболее распространенным поллютантам природной среды, вызывая существенные изменения в химическом составе, свойствах и структуре почвы [4, 11]. Нефть является распространенным техногенным загрязнителем, при разливах которой на длительное время нарушается нормальное функ­ционирование почвенной экосистемы, ухудшает­ся почвенное плодородие и резко меняется интен­сивность и направленность окислительно-восста­новительных процессов. Поступление нефти в почву неоднозначно влияет на активность фер­ментов, которая может как усиливаться [1, 18], так и ослабевать [2, 3, 14] в зависимости от дозы и вида загрязнителя и типа почвы, подвергшейся загряз­нению.

По результатам исследования С.И. Колесникова с соавторами [8], загрязнение чернозема нефтью (от 1 до 25% массы почвы) в большинстве случаев снижало активность поч­венных ферментов. При относительно незначительном нефтезагрязнении (1%) уровень активнос­ти каталазы в почве с течением времени восстанав­ливался, а при существенном загрязнении (10%) уве­личивался. По степени чувствительности к загрязнению поч­вы нефтью и нефтепродуктами исследованные фер­менты указанные авторы предполагают расположить следующим образом: феррире­дуктаза > каталаза > уреаза > инвертаза. По их мнению, при нефтяном загрязнении изменяются окислитель­но-восстановительные условия в почве в сторону вос­становительных, так как нефть и нефтепродукты за­полняют поры, обволакивают частицы почвы, тем самым снижают воздухопроницаемость, создают ана­эробные условия и уменьшают окислительно-вос­становительный потенциал почвы. Более чувствительны к изменению окислительно-восста­новительных условий оксидоредуктазы (ферриредуктаза, каталаза), чем гидролазы (уреаза, инвертаза).


Загрязнение нефтью почвы сопро­вождается сильным негативным воздействием на растения, из-за изменения ее физико-хими­ческих свойств, главным образом, из-за увеличе­ния гидрофобности и заполнения нефтью почвен­ных капилляров, а также прямого токсического действия углеводородов нефти (фитотоксичности), обусловленного развитием в ней микромицетов, об­разующих токсины [10].

По данным Е. Домингес-Росадо [15], прорастание семян злаков и зернобобовых снижалось с увеличением используемой нефтяной концентрации. Зеленые бобы, соя, и кукуруза проросли лучше, чем другие растения при использовании концентраций нефти до 10%.

В лабораторных опытах В.Н. Седых и Л.А Игнатьева [12] установлено, что повышение концентрации нефти в почве от 1 до 5% оказывало неоднозначное влияние на изме­нение всхожести семян яровой пшеницы. Ее содержание в почве на уровне 1% вызывало торможение роста пшеницы от фазы 1-го насто­ящего листа до фазы трубкования относитель­но контроля примерно на 40% во всех прове­денных опытах, а концентрация 3 - 5% практически оказывала ингибирующее влияние на рост этой культуры. Такие концент­рации нефти сдерживали не только рост расте­ний, но и их развитие. Если опытные растения пшеницы находились в фазе кущения, то конт­рольные переходили уже в фазу трубкования.

По данным Н.А. Киреевой с соавторами [7], при загрязнении нефтью тем­но-серой лесной почвы в концентрации 1% проис­ходило усиление роста корня растений яровой пшени­цы в длину (124% по сравне­нию с контролем), особенно увеличивался объем корневой си­стемы (на 50%), заметно увеличивалась ассимиляционная поверхность (на 16% превы­шало контроль), повышалась водоудерживающая способность тканей, содержание хлорофилла в ли­стьях (на 11% по сравнению с контролем). Отмечено стимулирующее действие нефти в концентрации 1% на накопление сырой биомас­сы, которая на 8% превысила показатели кон­трольного варианта. Однако, при увеличении концент­рации нефти (от 1 до 15% от массы поч­вы) происходило ухудшение прорастания семян. В вари­антах опыта при концентрациях нефти 6 и 8% семена пшеницы не проросли. Число колосков в полевых опытах резко снижа­лось (до 3 - 13 шт.) уже при минимальной дозе нефти. С увеличением дозы нефти уменьшалась урожайность зерна и содержания в нем сырого протеина.


Как показано Н.А. Киреевой с коллегами [5], высокие концентрации поллютанта (10 - 20%) обладали ярко выраженным токсическим действи­ем по отношению к проросткам люцерны. Нефть в таких дозах вызывала гибель всходов уже в первые недели инкубации. Меньшим токсическим действи­ем обладала нефть в концентрации 1 - 5%. Нефть уменьшала всхожесть семян редиса лишь при значительном (10%) ее содержании в почве.

В многолетних полевых и лабораторных исследованиях Н.А. Киреевой с соавторами [6] изучалось влияние различных концентраций нефти на об­щую численность почвенных бактерий и микроскопичес­ких грибов. Было установлено, что большая часть типов нефти негативно влия­ет на численность почвенных микроорганизмов при содер­жании нефтяных углеводоро­дов более 10% массы почвы. Более низкие дозы загрязни­теля способствовали росту численности бактерий и гри­бов вследствие бурного раз­вития углеводородокисляющей микробиоты. Динамика численности микроорганиз­мов в этом случае не была связана напрямую с токсич­ностью почвы, а момент до­стижения исходной числен­ности совпадал с завершени­ем процесса разложения лег­кодоступных для микроорга­низмов нефтяных фракций. В почве всегда содержится некоторое количество неустойчивых, чувствительных к нефтяному загрязнению ви­дов микромицетов. По мнению данных ученых, под воздействи­ем нефтепродуктов в ком­плексе почвенных микроско­пических грибов может увели­чиваться доля условно-пато­генных и аллергенных для человека видов, таких, как Aspergillus niger, Aspergillus fumigatus, Fusarium solani, Paecylomyces variotii и др.. Нефтяное загрязнение мо­жет также способствовать на­коплению в почве микроско­пических грибов, вызываю­щих заболевания растений и выделяющих фитотоксины.

По данным исследования Ф.Х. Хазиева с соавторами [13], высокие дозы нефти (25 л/м2) через 3 дня после внесения значительно умень­шили численность основных групп микроорганизмов. К концу 1-го года численность актиномицетов снизилась в 5 - 10 раз по сравне­нию с незагрязненной почвой. Численность нитрификаторов, аэробных целлюлозоразрушающих микроорганизмов при загрязнении почвы нефтью также уменьшилась.


М.М. Эль-Ших с коллегами [16] изучали эффект нефтезагрязнения на рост и метаболическое действие водорослей Chlorella homosphaera и Chlorella vulgaris. По их данным, низкая концентрация сырой нефти (0,01%) стимулировала рост на 16 и 15%, тогда как высокая концентрация (0,3%) вызвала существенное сокращение (15 и 20%) в росте С. homosphaera и С. vulgaris. Chlorella vulgaris более чувствительна к загрязнению нефтью, в то время как Chlorella homosphaera может выдерживать относительно более высокие концентрации нефти.

Целую серию работ по изучению влияния НУ на поведение мор­ских ракообразных выполнили канадские исследователи. Они показали, что двигательная активность амфиподы Onisimus affinis угнетается сырой нефтью при сублетальных концентрациях 15 - 20 мг/л [17].

По данным Д.В. Лозовой с соаторами [9], эмульсии нефти (10 – 10-10 мл/л) оказывали токсическое действие на представителей отряда Cladocera при суточной экспозиции.

Исходя из литературных данных видно, что с увеличением концентрации нефтезагрязнения подавляется активность ряда почвенных ферментов, ростовые и физиологические характеристики растений, снижается численность чувствительных к нефтяному загрязнению микроорганизмов, выживаемость водорослей и планктонных организмов, что вызвано загрязнением сферы нефтью и нефтепродуктами, приводящее к нарушению динамического равновесия в экосистеме вследствие изменения структуры почвенного покрова, геохимических свойств почв, а также токсического действия на живые организмы.



следующая страница >>