litceysel.ru
добавить свой файл
1 2 3
Муниципальное общеобразовательное учреждение


«Волхонщинская средняя общеобразовательная школа»


301475 Тульская область, Плавский район,

п. Октябрьский, д.15,

тел. 6-51-09


Объединение учащихся «Юный исследователь (ЮНИС)»


Номинация «Ландшафтная экология и геохимия»


Исследование почвенного покрова Плавского района


Работу выполнил: Якименко Николай Андреевич

учащийся 11 класса

Руководитель: Гарифзянов Андрей Рузильевич


2008 год

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 3

1. ОБЪЕКТ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 15

2. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

2.1. Исследование почвенного покрова Плавского района

методом биоиндикации с использованием всхожести

семян кресс-салата 23

2.2. Кислотно-основные и окислительно-

восстановительные условия почв Плавского района 25

2.3. Содержание легко- и среднерастворимых форм

химических элементов в почвах Плавского района 29

ВЫВОДЫ 31

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 33

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 34

ПРИЛОЖЕНИЯ 37


ВВЕДЕНИЕ

Почва представляет собой важный и сложный компонент биосферы, представляющий собой верхний слой суши, образовавшийся под влиянием растений, животных и климата из материнских горных пород.

В почве сложным образом взаимодействуют следующие основные компоненты:


  • минеральные частицы (песок, глина), вода, воздух;

  • детрит – отмершее органическое вещество, остатки жизнедеятельности растений и животных;

  • множество живых организмов – от детритофагов до редуцентов, разлагающих детрит до гумаса.

Таким образом, почва – биокосная система, основанная на динамическом взаимодействие между минеральными компонентами, детритом, детритофагами и почвенными организмами.


В своем развитии и формировании почвы проходят несколько этапов, которые заканчиваются при достижении равновесия, соответствия почвы с растительным покровом и климатом, т.е. возникает состояние климакса [8].

Сложность состава почв, большой набор химических соединений обуславливают возможность одновременного протекания различных химических реакций и способность твердых фаз почв поддерживать сравнительно постоянный состав почвенного раствора. В природной обстановке буферность почв выражается в том, что при потреблении какого-либо элемента из почвенного раствора происходит частичное растворение твердых фаз и концентрация раствора восстанавливается. Если же в почвенный раствор извне попадают излишние количества каких-либо соединений, то твердые фазы почвы связывают такие вещества, в результате чего концентрация почвенного раствора вновь нормализуется [1].

Поверхностные слои почвы обычно содержат много остатков растительных и животных организмов, разложение которых приводят к образованию гумуса. Количество гумуса определяет плодородие почвы. В целом следует отметить, что по строению почвенного профиля, т.е. по степени выраженности отдельных горизонтов, их мощности и химическому составу, определяют принадлежность почвы к определенному типу, например: подзолистая, серая лесная, чернозем и т.д [9].

В почве обитает великое множество различных организмов – эдафобионтов (педобионтов), формирующих сложную пищевую детритную сеть: бактерии, микрогрибы, водоросли, простейшие, моллюски, членистоногие и их личинки, дождевые черви и многие другие. Все эти организмы играют огромную роль в формировании почвы и изменении ее физико-химических характеристик.

На развитие растительного и животного населения почв заметное влияние оказывают окислительно-восстановительные и кислотно-основные условия. Чередование аэро- и анаэробиозных условий в почве необходимо для нормального существования организмов, использующих почву как среду обитания. Разложение органических остатков в почвах происходит в основном благодаря деятельности микроорганизмов, групповой состав которых зависит от уровня окисленности среды [12].


Также большое значение в жизнедеятельности педобионтов играют кислотно-основные условия почвы. Избыточная почвенная кислотность отрицательно сказывается на росте и развитие растений. Она подавляет жизнедеятельность бактерий, азотфиксирующих, нитрифицирующих и др. (фиксация атмосферного азота клубеньковыми бактериями происходит при рН 7,0 – 7,2). В тоже время она способствует развитию почвенных грибов и болезнетворных микроорганизмов. Понижение активности микробиологических процессов в первую очередь неблагоприятно сказывается на содержании в почве доступных форм азота. Одновременно происходит обеднение почв фосфором, калием и микроэлементами. На кислых почвах происходит вымывание элементов питания в лежащие ниже горизонты, обеднение перегноем, разрушение почвенного поглощающего комплекса (ППК) и связанное с этим разрушение почвенной структуры с ухудшением физических свойств почвы [10].

В нормальных естественных условиях процессы, происходящие в почве, находятся в равновесии. Однако, нередко в нарушении равновесного состояния почвы повинен человек. Человек давно стал мощнейшей силой, преобразовывающей естественное пространство вокруг себя. На это указывал еще В.И.Вернадский, утверждая, что человек становится геологической силой, способной изменить лик Земли.

Отрицательные последствия хозяйственной деятельности человека проявляются не столько в изменении структуры поверхности (хотя и это немаловажно), сколько в нарушении практически всех биохимических циклов. Выбрасываемые миллионами тонн и кубометров твердые отходы и газы вносят в природную среду элементы либо неестественные для неё, либо естественные, но в таких концентрациях, что эффект такой же как у первых.

Среди основных источников антропогенного загрязнения можно выделить основные четыре:


  • автотранспорт;

  • промышленность;

  • ТЭЦ;

  • коммунальное хозяйство.

Отходы и выбросы металлургических и горно-добывающих предприятий вызывают наиболее сильное нарушение элементного баланса на прилегающих к ним территориях. В результате рассеяния рудогенных элементов в составе пылегазовых выбросов формируются полиэлементные техногенные аномалии [5]. В большинстве стран произведена оценка объема выбросов токсических соединений и размеров вклада различных источников в общий уровень загрязнения. При этом на долю автотранспорта и промышленности приходится наиболее существенный вклад. Токсичность выбрасываемых соединений различна и увеличивается в ряду основных ингредиентов: окислы углерода, окислы азота, окислы серы, тяжелые металлы (ТМ) [19].


Загрязнение почвы трудно классифицируется, в разных источниках их деление дается по-разному. Ели обобщить и выделить главное, то наблюдается следующая картина по загрязнению почвы:

1. Мусором, выбросами, отвалами, отстойными породами. В эту группу входят различные по характеру загрязнения смешанного характера, включающие как твердые, так и жидкие вещества, засоряющие поверхность почвы, затрудняющие рост растений на этой площади. Отвалы гидролизного лигнина и золы тепловых электростанций, отвалы при добыче угля занимают немалые площади, выводя из пользования земельные угодья, а многие из них представляют вполне конкретную опасность для окружающей среды. Отвалы угольных шахт содержат немало угля, он горит, загрязняя атмосферу. Отвалы многих горных пород содержат пирит FeS2, который самопроизвольно на воздухе окисляется до H2SO4; в период дождей или снеготаяния последняя легко образует не только сильнокислые территории, но даже озерца серной кислоты в окрестностях горных выработок [11]/

2. Тяжелые металлы. К тяжелым металлам обычно относят элементы, которые имеют атомную массу более 50. Они поступают в почву преимущественно из атмосферы с выбросами промышленных предприятий, а свинец - с выхлопными газами автомобилей. Наиболее типичные тяжелые металлы - свинец, кадмий, ртуть, цинк, молибден, никель, кобальт, олово, титан, медь, ванадий. Из атмосферы в почву тяжелые металлы попадают чаще всего в форме оксидов, где постепенно растворяются, переходя в гидрооксиды, карбонаты или в форму обменных катионов. Почва прочно связывает тяжелые металлы (обычно в богатых гумусом тяжелосуглинистых и глинистых почвах), что предохраняет от загрязнения грунтовые и питьевые воды, растительную продукцию. Но тогда сама почва постепенно становится все более загрязненной и в какой-то момент может произойти разрушение органического вещества почвы с выбросом тяжелых металлов в почвенный раствор.

3. Пестицидами. Эти химические вещества в настоящее время широко используются в качестве средств борьбы с вредителями культурных растений и поэтому могут находиться в почве в значительных количествах. По своей опасности для животных и человека они приближаются к предыдущей группе. Именно по этой причине был запрещены для использования препарат ДДТ (дихлор-дифенил-трихлорметан), который является не только высокотоксичным соединением, но, также, он обладает значительной химической стойкостью, не разлагаясь в течение десятков лет. Следы ДДТ были обнаружены исследователями даже в Антарктиде. Пестициды губительно действуют на почвенную микрофлору: бактерии актиномицеты, грибы, водоросли.

4. Микотоксинами. Данные загрязнения не являются антропогенными, потому что они выделяются некоторыми грибами, однако по своей вредности для организма они стоят в одном ряду с перечисленными загрязнениями почвы.


5. Радиоактивными веществами. Радиоактивные соединения стоят несколько обособленно по своей опасности, прежде всего потому, что по своим химическим свойствам они практически не отличаются от аналогичных не радиоактивных элементов и легко проникают во все живые организмы, встраиваясь в пищевые цепочки. Из радиоактивных изотопов можно отметить в качестве примера один наиболее опасный 90Sr (стронций - 90). Данный радиоактивный изотоп имеет высокий выход при ядерном делении (2-8%), большой период полураспада (28,4 года), химическое сродство с кальцием, а, значит, способность откладываться в костных тканях животных и человека, относительно высокую подвижность в почве. Совокупность вышеназванных качеств делает его весьма опасным радионуклидом. 137Cs (цезий - 137), 144 Се (церий-144) и 35Сl (хлор - 36) также являются опасными радиоактивными изотопами. Хотя существуют природные источники загрязнений радиоактивными соединениями, но основная масса наиболее активных изотопов с небольшим периодом полураспада попадает в окружающую среду антропогенным путем: в процессе производства и испытаний ядерного оружия, из атомных электростанций, особенно в виде отходов и при авариях, при производстве и использовании приборов, содержащих радиоактивные изотопы и т.д. В результате поверхностного стока радионуклиды могут скапливаться в понижениях, ложбинах и других аккумулятивных элементах рельефа. Нуклиды поступают в растения и энергично мигрируют по пищевым цепям. Почвенные микроорганизмы аккумулируют радионуклидные элементы. Изучение поведения радионуклидов представляет собой значение в связи с их попаданием в цепь «почва – растение – животное – человек». Видовые различия в содержании нуклидов в растениях обусловлены характером распределения корневых систем. По масштабам поступления радионуклидов в фитомассу растительные сообщества располагаются в следующий ряд: ковыльная степь > мятликово-овсяницевый луг > разнотравно-злаковый луг [5].

Вещества, поступающие из различных источников, попадают в конечном итоге на поверхность почвы, и их дальнейшая судьба зависит от ее химических и физических свойств. Продолжительность пребывания загрязняющих компонентов в почвах гораздо больше, чем в других частях биосферы, и загрязнение почв, особенно тяжелыми металлами, по-видимому, максимально. Региональное загрязнение почв, как указывается в большинстве публикаций, происходит, главным образом, в промышленных районах и в центрах крупных населенных пунктов. Наиболее важными источниками загрязнения здесь являются предприятия, транспорт и коммунальные сточные воды [2].

6. Нефть и нефтепродукты. Нефть попадает в почву при различных обстоятельствах: при разведке и добыче нефти, при авариях на нефтепроводах, при авариях речных и морских нефтеналивных судов. Различные углеводороды попадают в почву на нефтебазах, бензозаправках и т.п. Нефть обволакивает почвенные частицы, почва не смачивается водой, гибнет микрофлора, растения не получают должного питания. Наконец, частицы почвы слипаются, а сама нефть постепенно переходит в иное состояние, ее фракции становятся более окисленными, затвердевают, и при высоких уровнях загрязнения почва напоминает асфальтоподобную массу [10].

Значительная часть веществ, поступающих на поверхность почв с техногенными потоками, задерживается в верхнем горизонте почвы. Состав и количество удерживаемых элементов зависят от содержания и состава гумуса, кислотно-основных и окислительно-восстановительных условий, сорбционной способности, интенсивности биологического поглощения.

Занимая пограничное положение между зоной лесов и степью, территория Тульской области характеризуется развитием нескольких типов почв (приложение 1) [15]:


  • черноземы (юго-восточная часть области, занимают около 46% общей территории);

  • дерново-подзолистые почвы (правобережье Оки и в бассейне Упы, занимают 16% территории);
  • серые лесные почвы (южная граница проходит по условной линии Чернь – Киреевск – Венев, занимают 35% земельного фонда области);


  • пойменные почвы (занимают 3% площади территории области).

Среди основных проблем, связанных с почвенным покровом Тульской области, можно выделить следующие [4]:

    • загрязнение твердыми бытовыми отходами;

    • закисление почв;

    • загрязнение тяжелыми металлами;

    • радиоактивное загрязнение.

Также неблагоприятной экологической обстановке в Тульской области способствуют: истощение земель, водная эрозия и некоторые другие.

Территория Тульской области относительно невелика (25,7 тыс. км2), но плотно заселена. В ее пределах находится 21 город и 50 поселков городского типа. На протяжении всей своей истории и до настоящего времени Тульская область остается одной из самых высокоразвитых в промышленном и сельскохозяйственном отношении регионов Центральной России (приложение 2). Природная среда региона несет огромную антропогенную нагрузку в результате деятельности 473 предприятий, различных хозяйственных комплексов машиностроительного, химического, металлургического, топливно-энергетического, горнодобывающего, дорожно-транспортного, аграрного и других профилей [6].

Экологическую обстановку усугубляет и радиоактивное загрязнение, возникшее в результате катастрофы на Чернобыльской АЭС. Загрязнению подверглись 18 из 23 административных районов с общим числом 2036 населенных пунктов и населением 893,2 тыс. человек. «Чернобыльский след» накрыл около 58% ее территории. По уточненным данным, площадь загрязнения цезием-137, имеющим период полураспада 30 лет, составляет 803 тыс. гектаров. При этом максимальным последствиям в результате аварии подвергся Плавский район, гамма-фон в пределах которого составляет [4]:

  • на период 1986 года – 3500 мкР/ч;

  • на период 2005 года – 22-35 мкР/ч.

Поскольку почва, весьма специфический компонент биосферы, не только геохимически аккумулирующий компоненты загрязнений, но и выступающий как природный буфер, контролирующий перенос химических элементов и соединений в атмосферу, гидросферу и живое вещество, то экологическое состояние почвенного покрова влияет на здоровье населения человека. Чтобы уменьшить вред, наносимый неблагоприятными факторами, вызывающими нарушениями, необходимо найти источник и оценить масштабы действия.


В связи с чем, целью нашей работы являлось изучение экологического состояния почвенного покрова Плавского района.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:


  • провести исследование загрязненности почвенного покрова Плавского района методом биоиндикации с использованием всхожести семян кресс-салата;

  • определить кислотность почв Плавского района;

  • определить уровень восстановленности среды в почвах Плавского района с биоиндикационного аппликационного метода автографии на фотобумаге;

  • оценить содержание легко- и среднерастворимых форм химических элементов в почвах Плавского района.



следующая страница >>