ОЦЕНКА УРОВНЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОЧВ Г. ТУЛЫ МЕТОДОМ БИОИНДИКАЦИИ

Щербина Валерия

класс 10 «А» МКОУ СОШ № 39, г. Тула

Савчик Елена Александровна

научный руководитель, педагог первой категории, преподаватель химии, МКОУ СОШ № 39 г. Тула

Введение

В XXI веке с ростом темпов промышленного и сельскохозяйственного производства возросла степень антропогенного давления на окружающую среду.

В Тульской области складывается наиболее неблагоприятная экологическая ситуация по сравнению с другими субъектами федерации Центрального района России. Степень загрязнения приземного слоя воздуха, водоёмов, водотоков и почвы значительно превышает аналогичные показатели в соседних областях. В связи с этим для нашего края важной задачей является проведение мониторинга состояния окружающей среды. При этом особое внимание необходимо уделить исследованию почв.

Почва аккумулирует химические загрязняющие вещества, предупреждая их поступление в природные воды и очищая от них атмосферный воздух. В почве они претерпевают значительные изменения и могут быть минерализованы и трансформированы в соединения, не оказывающие токсичного действия на живые организмы [1; 15]. Но эти же вещества и их производные, а также тяжёлые металлы, фтор, оксиды азота, и серы в первоначальном виде интенсивно связываются с минеральными и органическими веществами почвы, что резко снижает их доступность растениям и соответственно увеличивает общий уровень токсичности [5; 10; 13].В связи с этим цель нашей исследовательской работы ― исследовать состояние почв г. Тулы.

Для реализации цели были поставлены следующие задачи:

1.  Отобрать почвенные образцы, подготовить их к анализу.

2.  Провести оценку уровня загрязнения почв Зареченского района города Тулы с помощью биоиндикатора (кресс-салата).

Биоиндикация как метод определения степени загрязнения окружающей природной среды

Одной из главных составляющих экологического мониторинга является биоиндикация состояния компонентов окружающей природной среды.

Биоиндикация ― это оценка состояния среды (её абиотических и биотических факторов) с помощью живых объектов (клеток, организмов, популяций, сообществ) [8].

Актуальность биоиндикации обусловлена простотой, быстротой и дешевизной определения качества среды. Особенно часто она применяется при оценке антропогенного воздействия на почвы [7; 8].

Существует простой и доступный метод биоиндикации ― выращивание проростков высших растений в различных условиях [2].

Проведенные исследования показали, что для этой цели подходят растения с коротким периодом вегетации ― кресс-салат, горох, фасоль, выращиваемые в водных растворах почвенных субстратов. Установлено, что наиболее чувствительным к негативным воздействиям окружающей среды является кресс-салат ― Lepidium sativum [2; 3].

Методика проведения эксперимента

Почвенные образцы следует отбирать тщательно, так как все последующие результаты будут определяться тем, насколько правильно они были отобраны. В основном придерживаются требований, предъявляемых к почвенно-микробиологическим исследованиям.

После каждой делянки орудия взятия образцов (лопата, бур, нож) тщательно очищают многократным втыканием в слой почвы, из которого будут взяты следующие образцы.

Точечные пробы отбирают методом конверта по диагонали или другим способом, следя за тем, чтобы каждая проба представляла собой часть почвы, типичной для исследуемых почвенных горизонтов и ключевых участков [6; 9].

Метод конверта является наиболее распространенным способом отбора смешанных почвенных образцов и чаше всего применяется для исследования почвы гумусового горизонта. При этом из точек контролируемого элементарного участка (или каждой рабочей пробоотборной площадки) берут 5 образцов почвы. Обычно при изучении почвы отбирают пробы гумусового горизонта с глубины около 20 см., что соответствует штыку лопаты. Из каждой точки отбирают около 1 кг (по объему около 0,5 л), но не менее 0,5 кг почвы. Почвенные образцы упаковывают в полиэтиленовые или полотняные мешочки и снабжают этикетками (сопроводительными талонами) [16].

Перед анализом почву тщательно очищают от корней растений и других растительных остатков, камней и прочих включений. Высушенные пробы растирают и просеивают через сито с отверстиями 0,25―1 мм [14].

Навеску почвы для анализа берут методом «средней пробы»: просеянный образец рассыпают тонким слоем (около 0,5 см) на листе бумаги в виде квадрата и делят его шпателем на мелкие квадратики со стороной 2―2,5 см. Из каждого квадратика шпателем отбирают часть образца [17].

Во всех случаях показания ферментативной активности переводят на вес воздушно-сухой или абсолютно сухой почвы, и обязательно указывается, в каких образцах почвы (сухих или естественно-влажных) выполнены анализы. Ферментативная активность определяется в нескольких повторностях, при вычислении окончательных результатов проводится статистическая обработка данных [14].

Оценка уровня загрязнения почв с помощью биоиндикатора

Кресс-салат однолетнее растение, обладающее повышенной чувствительностью к загрязнению субстрата тяжёлыми металлами, поэтому он может быть использован в качестве биоиндикатора загрязнённости среды.

Чашки Петри заполнить до половины исследуемым субстратом (10 г почвы). Субстрат увлажнить одним и тем же (10 мл) количеством отстоянной водопроводной (в опыте ― дистиллированной, для предотвращения возможного влияния загрязняющих веществ воды) воды до появления признаков насыщения. В каждую чашку на поверхность субстрата уложить по 20 семян кресс-салата, затем покрыть их тем же количеством исследуемого субстрата. В течение 10―15 (в опыте ― 7) дней наблюдать за прорастанием семян, поддерживая влажность субстратов примерно на одном и том же уровне (для этого необходимо закрыть чашки Петри).

В зависимости от результатов опыта субстратам присваивается один из 4 уровней загрязнения:

1.  Загрязнение отсутствует: всхожесть семян 90―100 %, всходы дружные, крепкие, ровные.

2.  Слабое загрязнение: всхожесть семян 60―90 %, проростки почти нормальной длины, крепкие, ровные.

3. Среднее загрязнение: всхожесть 20―60 %, проростки короче и тоньше, некоторые проростки имеют уродства.

4.  Сильное загрязнение: всхожесть семян очень слабая, менее 20 %, проростки мелкие и уродливые [18].

Описание объектов исследования

Исследования проводились в различных участках Центрального района г. Тулы.

Город Тула является областным центром Тульской области. Он расположен в 200 км к югу от Москвы, в северной части области, на берегах рек Упы, Воронки, Тулицы. Здесь хорошо развиты различные отрасли промышленности, функционирует несколько крупных предприятий ОАО «Тулачермет», ОАО «Косогорский металлургический завод», ОАО «Ванадий ― Тула», ОАО «Тульский патронный завод», ФГУП Машзавод «Штамп», ОАО «Тульский комбайновый завод», ОАО Завод «Станколит». Население Тулы ― 528,7 тыс. человек. Площадь города составляет 18766,8 га. В городе постоянно увеличивается количество частных автомобилей, автостоянок, встречаются стихийные скопления мусора.

Поступление различных токсикантов в окружающую среду в результате деятельности предприятий и населения города оказывает на почвы значительное антропогенное давление. Город Тула расположен в зоне широколиственных лесов [19], но исследуемые объекты озеленены слабо, преобладает травянистая растительность, на некоторых встречаются древесные растения и кустарники, но численность их невелика.

В Центральном районе г. Тулы расположены ОАО «Тульский хлебозавод, ОАО «Тульский молочный комбинат», недалеко находится ЗАО «Тулачермет» [20; 21]

В связи с этим были выбраны следующие объекты исследования:

1.  Ул. Демьянова ― участок находится во дворе жилого дома, подвергается значительной антропогенной нагрузке, так как является частью рекреационной зоны. В 150 м от него находится крупная автомобильная дорога.

2.  парк «ЗАО Туламашзавод» ― участок расположен на лугу в юго–западной части города, в 170 м от крупной автомобильной дороги, вблизи пешеходных дорожек. Экосистема луга испытывает значительное антропогенное давление со стороны отдыхающих.

3.  Пос. Петелино ― участок расположен в 15 км от города, представляет собой часть лесного массива. Граничит с центральной свалкой бытовых отходов и элеватором, перерабатывающим мусор г. Тулы.

Все исследуемые участки находятся в районе жилых застроек недалеко от крупных автомобильных дорог и испытывают значительное антропогенное воздействие со стороны жителей близлежащих домов.

Растительность на всех участках представлена примерно одинаковым видовым составом, соответствующим зоне широколиственных лесов (таблица 1.). Отбор проб проводился в период с 5 по 7 сентября 2012 года.

Таблица 1.

Описание исследуемых участков

Биоиндикация почв г. Тулы

Биоиндикация проводилась по всхожести семян кресс–салата, учитывались также морфологические особенности проростков. Было отмечено, что все они имели нормальное строение: крепкие, ровные, зелёного цвета.

Данные по всхожести и биомассе семян кресс-салата представлены в таблице 2.

Таблица 2.

Всхожесть и биомасса семян кресс-салата

Анализ данных таблицы 2 показывает, что в целом почвы Центрального района г. Тулы являются чистыми или слабо загрязнёнными.

Среднее число проросших семян наименьшее в пробах находящихся в пос. Петелино, вероятно, из-за близости автомобильных стоянок и дорог, являющихся источниками загрязнителей (диаграмма 1).

Диаграмма 1. Всхожесть семян кресс-салата

Соответственно и средняя всхожесть в этих образцах наименьшая (диаграмма 2).

Диаграмма 2. Средняя всхожесть семян кресс–салата

Самыми чистыми почвами по всем показателям являются образцы, взятые на улице Демьянова (9): они характеризуются 100 % всхожестью растений и самым большим значением их биомассы (диаграмма 3).

Диаграмма 3. Биомасса растений кресс–салата

Обобщение результатов исследования

Сравним полученные данные биоиндикации (таблица ).

Таблица 3.

Данные биоиндикации почв Центрального района г. Тулы

Таким образом, проведённые исследования показали, что почвы Центрального района г. Тулы неоднородны по степени загрязнения: преобладают чистые (55,56 %), но и доля слабозагрязнённых велика (44,44 %).

Выводы

1.  Проведено исследование загрязненности почв Центрального района г. Тулы методом биоиндикации

2. Результаты биоиндикации показали, что самыми чистыми являются почвы на улице Демьянова, загрязнение так же отсутствует на прилегающих улицах. Слабо загрязнённые почвы в пос. Петелино.

Заключение

Тема исследовательской работы «Оценка уровня загрязнения почв г. Тулы методом биоиндикации» является актуальной, поскольку в нашем городе находится значительное количество источников антропогенного загрязнения (предприятия промышленности, автомобильные и железные дороги, свалки, строительные площадки и др.), и необходимо постоянно следить за состоянием окружающей среды.

Исследования проводились в Центральном районе г. Тулы, так как по результатам анализа литературных источников, его почвы являются наименее изученными на сегодняшний день.

Было проведено определение степени загрязнения почвы методом биоиндикации с использованием кресс-салата как биоиндикатора.

Результаты исследования показали, что почвы Центрального района г. Тулы являются чистыми и слабо загрязнёнными.

Данная исследовательская работа имеет практическое значение для жителей г. Тулы, так как показывает степень загрязнения почв Центрального района. Кроме того, описанный метод биоиндикации является довольно простым, быстрым и доступным.

Cписок литературы:

1.Амосова Я.М. Охрана почв от химических загрязнений/Я.М. Амосова, Д.С. Орлов, Л.К. Садовникова. ― М.: Изд-во МГУ, 1989. ― 96 с.

2.Голополосова Т.В Биоиндикация как метод определения степени загрязнения окружающей природной среды / Т.В. Голополосова, Л.Н. Савинова, В.К. Глушанков, Ситникова Н. С.//Реактивы, 2000. Тезисы локладов XIII Международной научно-технической конференции. ― 2000. ― С. 64―66.

3.Глушанков В.К. Биоиндикация почв территорий Тульской области / В.К. Глушанков, Т.В. Голополосова, Д.А. Воронцова, Н.А. Козина, Е.Е. Максимова, Ю.В. Солодилова, Л.Н. Савинова. // Тульский экологический бюллетень. ― 2003. ― вып. 1. ― С. 157―159.

4.Голополосова Т.В Изучение состояния пойменных почв и донных отложений водоёма города Тулы / Т.В. Голополосова, Л.Н. Савинова, Н.В. Воронцова, В.К. Глушанков // Тульский экологический бюллетень. ― 2000. ― С.123―128.

5.Другов Ю.С. Экологическая аналитическая химия / Ю.С. Другов. ― М.: 2000. ― С. 260―266.

6.Зырин Н.Г., Орлов Д.С. Физико-химические методы исследования почв / Н.Г. Зырин, Д.С. Орлов. ― М.: Изд-во МГУ, 1980. ― С. 170―183.

7.Мелехова О.П. Биологический контроль окружающей среды. Биоиндикация и биотестирование / О.П. Мелехова. ― М.: Академия, 2007. ― 288 с.

8.Опекунова М.Г. Биоиндикация загрязнений / М.Г. Опекунова. ― СПб.: СПбГУ, 2004. ― 266 с.

9.Орлов Д.С. Химия почв / Д.С. Орлов. ― М.: Изд-во МГУ, 1985. ― 376 с.

10.Скурлатов Ю.И. Введение в экологическую химию / Ю.И. Скурлатов, Г.Г. Дука, А. Мизити. ― М.: Высш. шк., 1994. ― С. 11―84, 153―183.

11.Савинова Л.Н. Биоиндикация почв территорий Тульской области / Л.Н. Савинова, Т.В. Голополосова, Е.В. Колесникова, О.В. Холина, И.А. Шишкина, В.К. Глушаков, Л.Н. Савинова, О.Н. Паршина // Тульский экологический бюллетень. ― 2000. ― С. 129―133.

12.Савинова Л.Н. Влияние плодородия почвы на устойчивость к воздействию тяжёлых металлов / Л.Н. Савинова, Т.В. Голополосова, В.К. Глушаков, Л.Н. Савинова, О.Н. Паршина // Тульский экологический бюллетень. ― 2001. ― вып. 1. ― С.141―144.

13.Фелленберг Г. Загрязнение природной среды. Введение в экологическую химию / Г. Фелленберг. ― М.: Мир, 1997. ― С. 135―165.

14.Хазиев Ф.Х. Методы почвенной энзимологии / Ф.Х. Хазиев. ― М.: Наука, 1990. ― С.3―13.

15.Чибисов Н.В., Долгань Е.К. Экологическая химия / Н.В. Чибисов, Е.К. Долгань. ― 1998. ― С. 39―53.