Исследовательская работа "Биоиндикация пшеничных полей д.Гарибашево"

Министерство образования Республики Башкортостан

Бирский филиал Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Башкирский государственный университет»

Республиканская научно-практическая конференция школьников общеобразовательных учреждений СОВЁНОК – 2022

«Исследование как метод познания…»

Тема научно- исследовательской работы

«Биоиндикация пшеничных полей д. Гарибашево»

Выполнила:Раянова Рузана

Учащаяся 9 класса

МБОУ СОШ с.Шулганово

Научный руководитель:

Ахматханова Алина Димовна,

Учитель биологии и химии

МБОУ СОШ с. Шулганово МР

Татышлинский район РБ

с. Шулганово-2022

Содержание

Глава 1.Введение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..3

Глава 2.Основная часть. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..4

2.1. Загрязнение почв гербицидами………………………………………4

2.2. Защита культурных растений…………………………………………7

2.3. Биологические особенности использования растений в качестве биоиндикаторов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8

2.4. Интересные факты. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ……. . 9

Глава 3.Практическая часть. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10 3.1.Методика проведения исследований. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 3.2.Результаты и их обсуждение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

Заключение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

Литература. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

Приложения. . . . …………………………………………………………....12

В наше время продовольственная проблема становится всё более и более актуальной в связи с ростом численности населения, поэтому в сельском хозяйстве используются различные методы увеличения урожая, одним из которых является применение гербицидов.

Летом нашу деревню повсюду окружают пшеничные поля. В начале июня опрыскивают эти поля гербицидами. Гербициды уничтожают сорняки, мешающие выращиванию культурных растений. Каждую осень собирают хороший урожай. Но, с другой стороны, высокое насыщение почв, где произрастают с/х культуры, химическими средствами отрицательно сказывается на плодородии почвы, состоянии наземных и подземных вод, безопасности продукции.

Мне стало интересно, в каком состоянии находится почва наших пшеничных полей. Актуальность работы заключается в этом.

Гипотеза: Если знать по растениям – индикаторам характер почвы, то можно ей помочь.

Цель работы – по составу растений – сорняков оценить интенсивность применения гербицидов. Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

1. Найти необходимые сведения в литературе и сети Интернет по данной теме.

2. Ознакомиться с методикой исследования почв по растениям – биоиндикаторам.

3. Определить по растениям – индикаторам плодородие, кислотность почв и наличие микроэлементов.

4. Сделать выводы о типе почв и оценить возможность выращивания экологически чистой продукции.

Объектом исследования являются растения – биоиндикаторы и почва.

Методы исследования:

1. Литературный обзор.

2. Наблюдение.

3. Сравнение.

4. Эксперимент.

5. Анкетирование.

6. Анализ.

Практическая значимость данной работы состоит в том, что она содержит много полезной и интересной информации, которую можно использовать на уроках биологии в 5-ом классе по теме ,,Экологические факторы’’ и в 11-м классе по теме ,,Экологические факторы и закономерности их влияния на организм’’.

Глава 2. Основная часть

2.1. Загрязнение почв гербицидами.

Опасность загрязнения почв остатками гербицидов усиливается их фитотоксичностью, вследствие чего они могут снижать урожайность последующих культур севооборота. Современные гербициды высокоэффективны. Более 80% гербицидов, прошедших регистрацию в Российской Федерации, малотоксичны и по степени безопасности для человека и теплокровных животных намного превосходят гербициды первых поколений. При соблюдении регламента применения современные гербициды в большинстве случаев не должны загрязнять почву и оказывать негативное действие на почвенные процессы и окружающую среду. Однако загрязнение почв гербицидами может происходить при внесении завышенных доз препаратов, длительном применении на одном и том же участке (особенно в случае использования персистентных гербицидов), нарушении сроков и технологии внесения (неисправность опрыскивателя, перекрытие соседних полос при прохождении опрыскивателя и т. д.), при аварийных ситуациях. Охрана почв от загрязнения гербицидами и восстановление плодородия уже загрязненных токсикантами почв требуют знания основных аспектов поведения гербицидов в почве, осуществления контроля остаточным количествам.

Основными процессами, определяющими поведение гербицидов в почве, являются их адсорбция, разложение и миграция, приводящие к инактивации (детоксикации). В природных условиях эти процессы протекают одновременно. В адсорбции гербицидов участвуют органическая и минеральная части почвы, однако в большинстве случаев основная роль принадлежит органическому веществу, содержащему большое количество компонентов, способных к различным химическим и физическим взаимодействиям с гербицидами. Часть сорбированного почвой гербицида может быть необратимо связана компонентами почвы и не экстрагируется обычными методами, используемыми при определении, - это так называемые связанные остатки. Прочно связанные остатки могут быть биологически неактивными, недоступными для растений и биологически активными - способными поглощаться растениями или почвенными микроорганизмами и быть фито-токсичными для чувствительных культур.

Разложение гербицидов в почве может происходить как химическим, так и биологическим путем. На поверхности почвы гербициды могут подвергаться разложению под действием ультрафиолета солнечных лучей - фотолизу. Скорость разложения гербицидов в почве зависит от многих факторов, прежде всего, от биологической активности почвы, так как большинство гербицидов разлагаются в почве преимущественно биологическим путем. Поэтому все факторы, влияющие на биологическую активность (температура, влажность, содержание органического вещества и др.), в значительной мере определяют скорость разложения гербицидов. Биологическое разложение гербицидов происходит главным образом за счет почвенных микроорганизмов и ферментов.

Среди почвенных факторов, в наибольшей степени определяющих скорость деградации гербицидов, особую роль играет почвенный гумус. Согласно Соколову и Галиулину (1987), роль почвенного гумуса в разложении пестицидов неоднозначна:

• вблизи органоминеральных почвенных частиц наблюдается локальное повышение концентрации микроорганизмов, что способствует разложению пестицида;

• гумусовые кислоты могут выступать в качестве катализаторов химического гидролиза пестицида и косубстратов при биодеградации;

• связывание пестицида гуминовыми веществами приводит к снижению доли доступного для микроорганизмов пестицида, т. е. к снижению скорости биологического разложения;

• химическая трансформация пестицида не происходит, если он адсорбирован органическим веществом;

• комплекс гумус-пестицид может быть более устойчив в окружающей среде, чем свободная форма пестицида.

Продолжительность токсичного действия гербицидов зависит также от обработки почвы: на вариантах с глубокой вспашкой токсичность была более низкой по сравнению с вариантами, где проводилась поверхностная культивация на глубину 10-12 см. Различия в скорости детоксикации при глубокой вспашке и культивации объясняются тем, что при пахоте гербициды перемешиваются с большим объемом почвы, их концентрация снижается (эффект разбавления) и токсичное действие ослабевает (Лебедева, Шустрова).

Перемещение гербицидов по профилю почвы тесно связано с их свойствами, со свойствами почвы, условиями увлажнения (осадки, поливы). Чем более растворим гербицид, чем меньше он адсорбируется, тем выше скорость его перемещения в почве и больше вероятность его попадания в поверхностные и грунтовые воды и загрязнение последних.

На склонах, подверженных эрозии, может происходить смыв гербицидов и аккумуляция их в нижних частях склона. Это обстоятельство является важной экологической проблемой, так как смытый гербицид может попасть в водоемы и далее включиться в биологический круговорот.

Для предотвращения возможного загрязнения почв гербицидами в настоящее время рекомендуют следующие предупредительные меры:

- строгое соблюдение регламентов применения препаратов (норма расхода, сроки, технология внесения);

- совершенствование ассортимента гербицидов - применение менее опасных, с низкой степенью токсичности препаратов, замена персистентных гербицидов на быстро разлагающиеся в почве;

- чередование гербицидов, различных по длительности токсического действия и механизмам действия на сорные растения;

-совершенствование технологии внесения (ленточное, точечное внесение и др.);

- правильное обустройство мест заправки, мойки и стоянок опрыскивателей; строгое соблюдение мер безопасности при транспортировке и хранении гербицидов;

- контроль за остаточными количествами гербицидов в почве и сельскохозяйственной продукции;

- применение интегрированных систем защиты растений, предусматривающих сочетание химических и агротехнических мер борьбы с сорняками;

- повышение квалификации специалистов по защите растений и охране окружающей среды от загрязнения.

Несоблюдение указанных мер при применении гербицидов может привести к загрязнению почв. В результате угнетение культурных растений, возделываемых на поле, где применялись гербициды, может происходить через один или более вегетационных периодов после непосредственного их внесения. Описанное явление обусловило возникновение проблемы детоксикации остаточных количеств гербицидов. В настоящее время применяют следующие способы по восстановлению загрязненных гербицидами почв.

2.2. Защита культурных растений:

• применение антидотов - химических соединений, способных обезвреживать попавшие в растения токсичные вещества;

• инкрустация семян культурных растений комплексными поли-функциональными препаратами (копранги), содержащими набор фунгицидов, инсектицидов, физиологически активных веществ и антидотов.

• добавляют для предотвращения фитотоксичного действия остатков гербицидов на семена и проростки культурных растений;

• правильный подбор культур севооборота, размещение на загрязненных участках культурных растений, устойчивых к данному гербициду.

2.3.Биологические особенности использования растений в качестве биоиндикаторов.

Биоиндикация - это  оценка состояния среды с помощью живых объектов. Живые объекты (или системы) - это клетки, организмы, популяции, сообщества. Есть растения, которые произрастают на кислой, щелочной и т. д.  С их помощью можно определить характер почвы.

Сорняки. Так называем эти растения только мы. С нашей точки зрения они вовсе не нужны. Но на самом деле это очень полезные растения.

Кислотность почвы.

На крайне кислых почвах развиваются: плауны, сфагновые и зеленые мхи, вереск обыкновенный, белоус торчащий, цетрария, щавелек малый, лютик, торица, мята, подорожник, конская щавель.

Средне- и слабо- кислые почвы более других предпочитают: хвощ полевой, мать- и- мачеха, медуница, вероника дубравная, папоротник, торица полевая, калужница болотная, лютик ядовитый, толокнянка, сердечник луговой, фиалка трехцветная, пикульник, клевер пашенный, молочай, василек полевой, живокость полевая.

На нейтральных почвах хорошо растут большинство растений, в том числе и предпочитающие небольшие отклонения в сторону большей или меньшей кислотности: пастушья сумка, донник, манжетка обыкновенная, мыльнянка лекарственная, пырей ползучий, пупавка красильная, редька дикая, ромашка, вьюнок полевая, клевер луговой, цикорий, лебеда, мокрица.

А вот любители щелочной среды: дрема белая, мак, подмаринник цепкий, кровохлебка, клоповник, бадяг, чернушка полевая, живучка, очный цвет полевой, молочай, подорожник ланцетолистный, горчица полевая, золотысячник зонтичный , бузина сибирская, вяз шершавый.

Плодородность почвы.

На бедных, истощенных почвах можно встретить: вереск обыкновенный,белоус торчащий, бессмертник песчаный, чернику и бруснику, очиток едкий, мхи и лишайники, ситник нитевидный, душистый колосок.

А вот плодородную почву обязательно облюбуют: яснотка, крапива, лебеда, белена черная, малина, мокрица, печеночница, иван-чай, таволга, сныть, чистотел, копытень.

Есть и растения, безразличные к плодородности почвы. Они хорошо развиваются как на бедных, так и на богатых полезными веществами почвах: лютик едкий, пастушья сумка, мятлик луговой, черноголовка, ежа сборная, сосна обыкновенная, портулак.

Минеральный состав почвы.

На почвах, богатых азотом любят расти: крапива двудомная и жгучая, кипрей, крестовник весенний, лебеда татарская, хмель, щирица запрокинутая, калужница.

На почвах с недостатком азота скорее всего вы встретите: росянку, люцерну и астрагала, бобовые.

На азотистых и плодородных почвах растут: крапива, мокрица, пастушья сумка, лебеда.

На большое содержание фосфора укажут: портулак и горчица.

Плотность почвы.

Легкие рыхлые почвы предпочитают: бессмертник песчаный, очиток едкий, дымянка лекарственная, пикульник обыкновенный, незабудка полевая.

А вот на плотных глинястых чаще встречаются: лютик ползучий, лапчатка гусинная, подорожник большой, ромашка ромашковидная, горец птичий, бересклет бородовчатый.

Влажность почвы.

На сухих почвах неплохо развиваются: ястребинка волосистая, очитки (едкий, пурпурный, большой), ковыль перистый, толокнянка, полевица белая, наземные лишайники.

Средне - требовательны к влаги: лисохвост луговой, пырей ползучий, ежа сборная, клевер луговой, горошек мышиный, чина луговая.

Предпочитают самые влажные, порой даже заболоченные, места обитания: брусника, багульник, морошка, калужница, герань луговая, камыш лесной, таволга вязолистная, горец змеиный, мята полевая, чистотел болотный.[1] 

2.4. Интересные факты

При недостатке этих нижеперечисленных минеральных веществ появляются эти признаки у растений. И поэтому, если вы заметите эти тревожные признаки, почве необходимы:

*Азот – бледно-зеленая окраска и пожелтение листьев, небольшие размеры и ранее их омертвление, стебель хрупкий.

*Фосфор – темно-зеленая, голубоватая окраска листьев, замедленный рост, появление красно-пурпурных оттенков, темный цвет засыхающих листьев, которые рано опадают.

*Калий – пожелтение, побурение или отмирание ткани листа, а также закручивание их книзу, начинающаяся с краев морщинистость листьев.

*Сера – бледно –зеленая окраска листьев без отмирания тканей.

*Магний – посветление листьев из-за нехватки хлорофилла.

*Кальций – повреждения, отмирание верхушечных почек и корней.

*Железо – появление равномерного хлороза между жилками листьев.

*Бор – отсутствие цветения, отмирание верхушечных почек.

*Медь – хлороз, побеление кончиков листьев.

Глава 3. Практическая часть

3.1.Методика проведения исследований

В учебнике Б.М. Миркина и Л.Г. Наумова «Экология России» имеется тема «Биологическая индикация». Подробно изучая эту тему, я проводила исследование.

Почва – сложнейший биокомплекс, включающий органику и минеральные добавки, микрофауну, водные пласты, воздушные массы микрофлору, то именно от совокупности и процентного соотношения этих частей и зависят особенности возделывания сельхозкультур на разных типах почвенных слоев.

Исходя из этих сведений про почву и растений – биоиндикаторов можно сравнить эти поля. В поле №1 произрастают такие растения как дикий щавель, мокрица, ромашка (Приложение 1). Это нам говорит о том, что почва этого поля очень даже азотиста и плодородна и в нем преобладает большое количество питательных и минеральных веществ, это является только преимуществом для прорастания пшеницы. В поле №2 я увидела, что растут одуванчик, полынь, ромашка, гусиная лапчатка и бодяк (Приложение 2). Из этого следует, что почва на этой территории предпочитающая небольшие отклонения в сторону большей кислотности, плотная и глинистая. Это значит, что через плотный слой не будет проходить достаточное количество кислорода, воды, будет плохо прогреваться весной, но зато будет сохраняться влага. Тем не менее, такая почва может быть очень плодородной, что соответственно частично подходит для выращивания пшеницы. И наконец, в поле №3 росло большое количество васильков и полыни (Приложение 3). Это говорит нам о том, что почва кислая и истощенная, бедная кальцием и азотом, зато богата калием и фосфором, не загрязнена гербицидами.[2] Калий повышает холодостойкость растений, усиливает кущение. Фосфор стимулирует рост и углубление корней пшеницы, способствует накоплению значительного количества сахаров, что повышает устойчивость растений к низкой температуре и весенней засухи, уменьшает опасность полеганию.[3]

3.2. Результаты и их обсуждение.

После этих проведенных мной сравнений, можно выявить самые плодородные и хорошие поля для посева пшеницы. Поле №1 и №3 являются самыми плодородными. И чтобы более наглядно увидеть разницу качеств этих полей я составила диаграммы, в которых показала приблизительные проценты плодородия, кислотности, содержания минеральных веществ и др.

Заключение

Исследования показали, что поля в д. Гарибашево неплохи для выращивания пшеницы. С помощью этой исследовательской работы я узнала, что по растениям – биоиндикаторам можно определить плодородность и общее состояние почв полей.

Литература

1. studbooks.net

2. moyadacha.temaretik.com

3. agrarii.com

4. Биология. Бактерии, грибы, растения. 5 кл.: учебник. В.В.Пасечник.- М.:Дрофа,2016.-130 с.

5. 2.Б.М.Миркин, Л.Г. Наумова., Растения Башкортостана, Уфа: Китап 2002.

6. Миркин Б.М., Наумова Л.Г. Экология Башкортостана.-Уфа:Китап,1999

П риложение 1.

Приложение 2.

Приложение 3.

Приложение 4.

Приложение 5.

11