Исследовательский проект "Изучение загрязненности почв садовых участков города Новокузнецка тяжелыми металлами."

Комитет Образования и науки

Администрации города Новокузнецка

Муниципальное бюджетное учреждение

Дополнительного образования

«Станция юных натуралистов»

Исследовательский проект

Исследование загрязненности почв садовых участков города Новокузнецка

тяжелыми металлами

Выполнил: Семко Василий,

обучающийся т/о «Юный исследователь»

Городской станции юных натуралистов

Руководитель: Гундарева Анна Викторовна,

педагог дополнительного образования

Новокузнецкий городской округ

Содержание:

Введение	3
Обзор литературы
Экологическое состояние окружающей среды города Новокузнецка	5
1.2. Тяжелые металлы и их влияние на организм	7
1.3. Растения для обработки металлически загрязненных почв	9
1.4 Традиционные способы восстановления загрязненных почв	10
1.5 Действие тяжелых металлов на растения	11
1.6. Влияние меди, цинка и марганца на организм человека	12
Материалы и методы	14
Результаты исследования и их обсуждение	17
Выводы	19
Заключение	20
Источники информации	21
Содержание приложения
Приложение 1 Скорость прорастания и всхожесть семян кресс-салата	22
Приложение 2 Фотоотчет по исследованию загрязнения почвы тяжелыми металлами	24
Приложение 3 Рекомендации для проведения мониторинговых исследований почвы	26
Приложение 4 Заметка на сайт «Внимание: ОПАСНЫЕ ЗЕМЛИ»	27

Введение

Наш город Новокузнецк - самый крупный город региона Кузбасс - традиционно входит в «пятерку» самых загрязненных городов России. Такое лидерство обеспечивает также лидирующее место среди самых загрязненных городов планеты.

В черте города расположено множество действующих огромных промышленных предприятий: «ЕВРАЗ объединенный ЗСМК», включающий в себя Кузнецкий металлургический комбинат, ОАО «Кузнецкие ферросплавы», ОАО «РУСАЛ Новокузнецкий алюминиевый завод», и др. Несмотря на это, сеть садовых (огородных) участков пронизывает весь город. Люди строят на них жилые дома, а участки используют для выращивания сельскохозяйственных культур прямо в черте города.

Почвы на территории города и в его окрестностях практически являются загрязненными. Известно, что из каждого промышленного отвала в среднем выдувается около 300 сот тонн пыли и вымываются тонны солей, загрязняя воздух, подземные и поверхностные воды, почву. Тяжелые металлы широко используются в производстве, вследствие чего в огромных количествах накапливаются в окружающей среде, в том числе и в почве, и легко попадают в организм человека с продуктами питания, водой и воздухом. Особенностью тяжелых металлов является то, что в небольших количествах почти все они необходимы для растений и человека. Однако превышение их допустимого количества приводит к серьезным заболеваниям.

Так как почва является наиболее объективным и стабильным индикатором техногенного загрязнения, мне захотелось изучить загрязнение тяжелыми металлами почвы садовых участков в разных районах города по месту расположения основных промышленных предприятий и популяризировать результаты исследования в средствах массовой информации.

Поэтому цель данного проекта: исследование загрязнения почвы садовых участков тяжелыми металлами Кузнецкого, Заводского и Куйбышевского районов и популяризации результатов исследования на сайте ГСЮН в рубрике «Советы эколога» для предупреждения отравлений тяжелыми металлами.

Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:

1. Изучить литературу об экологическом состоянии окружающей среды города Новокузнецка, вреде тяжелых металлов для живых организмов, методах выведения тяжелых металлов из почвы при помощи определенных культур растений и т.д.

2. Исследовать почву садовых участков Кузнецкого, Заводского и Куйбышевского районов на наличие тяжелых металлов при помощи кресс – салата.

3. Проанализировать и сравнить полученные результаты.

4. Освятить полученные результаты в информационной заметке на сайте ГСЮН в рубрике «Советы эколога» для садоводов и просто жителей города Новокузнецка.

5. Дать рекомендации по выведению тяжелых металлов из почвы огородных участков растениями и из организма человека при помощи сельскохозяйственных культур и продуктов питания.

Объект исследования: экологическое состояние почвы.

Предмет исследования: загрязнённость тяжёлыми металлами.

Гипотеза: Почвы садовых участков являются сильно загрязненными тяжелыми металлами и «нуждаются в оздоровлении».

Практическая значимость: полученные результаты могут быть использованы для мониторинговых исследований почвы садовых участков в различных районах города Новокузнецка с целью выявления изменений экологического состояния земель с точки зрения загрязнения тяжёлыми металлами почв, что несёт угрозу для здоровья жителей города Новокузнецка. А также популяризация знаний о выведении тяжелых металлов из почвы определёнными культурами растений с целью «оздоровления» почвы и профилактики отравлений тяжёлыми металлами.

I. Обзор литературы

1. Экологическое состояние окружающей среды города Новокузнецка

Кузбасс − богатейший по запасам полезных ископаемых регион России. Это обеспечивает экономическую стабильность в регионе, однако является и причиной колоссального загрязнения окружающей среды.

В городах Кемерово, Новокузнецке, Белово, Прокопьевске загрязнение почв оценивается как «чрезвычайно опасное».

Проблема загрязнения почв тяжелыми металлами в черте города Новокузнецка и его окрестностях в последнее время недостаточно освещена в информационных источниках, сообщающих об экологическом состоянии окружающей среды города Новокузнецка.

В статье Волынкиной Е. П. – д. т. н., доцента, заместителя заведующего кафедры теплофизики и промышленной экологии ГОУ ВПО «СибГИУ», академика Российской Экологической Академии - в 2003 году сказано, что «согласно официальной статистике ежегодно в атмосферу Новокузнецка промышленные предприятия выбрасывают около 500 тыс. т токсичных веществ различной степени опасности, т. е. на каждого жителя немного менее 900 кг в год, или около 2,5 кг отравляющих веществ ежедневно. Атмосферные условия для рассеивания выбросов в городе крайне неблагоприятные. В результате этого, почвы на территории города и в его окрестностях практически на 100% являются загрязненными. В городе ежегодно образуется около 12 млн. т промышленных отходов, из которых 6 млн. т складируется на городской территории, и более 1 млн. т бытовых отходов, которые размещаются на старой городской свалке, расположенной в Центральном районе города. В черте города расположено 20 действующих объектов размещения отходов производства и потребления промышленных предприятий и 1 объект размещения бытовых отходов, их общая площадь составляет 850 га. Кроме действующих на территории города размещаются отработанные объекты размещения отходов. Почва в районе размещения свалки по химическому загрязнению классифицируется как чрезвычайно опасная, что обусловлено влиянием не только бытовых отходов, но и промышленных отходов КМК. Превышение нормы концентрации цинка в почве вблизи КМК достигает 138 раз. Складируемые в пойме реки Томи отходы городских очистных сооружений являются чрезвычайно опасными по бактериологическому загрязнению и существенно загрязнены тяжелыми металлами.» [цит.по 1].

В соответствии с действующими российскими нормативными документами, проживание на таких почвах приводит к следующим изменениям показателей здоровья населения: увеличению общей заболеваемости, числа часто болеющих детей, детей с хроническими заболеваниями, нарушению функционального состояния сердечнососудистой системы, нарушению репродуктивной функции у женщин. [1].

Обеспечение реального снижения загрязнения окружающей среды для такого города, как Новокузнецк, является самой важной задачей на сегодняшний день.

Из доклада о состоянии окружающей среды города Новокузнецка за 2012 год, то есть, практически, 10 лет спустя, ясно, что «Высокий промышленный потенциал города имеет оборотную сторону – напряженную экологическую ситуацию.

Уровень загрязнения атмосферы оценивается как высокий. В 2012 году в атмосферу города Новокузнецка было выброшено 291,810 тыс. тонн загрязняющих веществ 84 наименований. Из них твердые выбросы составили 31 тыс. тонн. Отмечено, что загрязнение воздушного бассейна металлами невелико.» [ цит. по 2]

О загрязнении почв тяжелыми металлами ничего не сказано. В отчетах видно, что из тяжелых металлов в выбросах больше предельно допустимых концентраций фигурируют медь, цинк и марганец.

На основании анализа территориального распределения источников загрязнения проведена оценка техногенной нагрузки на окружающую среду по районам города. Самые высокие техногенные нагрузки приходятся на Заводской и Куйбышевский районы, а также Центральный, основными загрязнителями которых является «ЕВРАЗ Объединенный ЗСМК», в состав которого входят бывшие ЗСМК – в Заводском районе и КМК – в Куйбышевском и Центральном районах. [2]

1. Тяжелые металлы и их влияние на организм

Тяжелые металлы, как и другие химические загрязнители, попадают в среду обитания человека в результате не только природных процессов (извержение вулканов, геохимические аномалии и др.), но и, главным образом, вследствие интенсивного развития промышленности, нерационального использования природных ресурсов и урбанизации жизни общества. Данные авторов показывают, что для тяжелых металлов почва является емким акцептором, занимающим место в круговороте химических загрязнителей в биосфере. Почва находится в постоянном взаимодействии с другими экологическими системами – атмосферной, гидросферой, растительным миром и является важным источником поступления тяжелых металлов в организм человека. Поступившие в почву тяжелые металлы в процессе активного их извлечения из почвы корневой системой могут накапливаться в сельскохозяйственных культурах, а при поступлении в поверхностные воды концентрируется в водных организмах, донных отложениях. [4]

Тяжелые металлы, поступающие на поверхность почвы, накапливаются в почвенной толще, особенно в верхних гумусовых горизонтах, и медленно удаляются при выщелачивании, потреблении растениями, эрозии. Первый период полуудаления (т.е. удаления половины от начальной концентрации) тяжелых металлов значительно варьируется у различных элементов и занимает весьма продолжительный период времени: для цинка - от 70 до 510 лет; кадмия от 13 до 11О лет, меди - от 310 до 1500 лет, свинца - от 770 до 5900 лет. Тяжелые металлы способны образовывать сложные комплексные соединения с органическими веществами почвы, поэтому в почвах с высоким содержанием гумуса они менее доступны для поглощения. Избыток влаги в почве способствует переходу тяжелых металлов в низшие степени окисления и в растворимые формы. Анаэробные условия повышают доступность тяжелых металлов растениям. Поэтому дренажные системы, регулирующие водный режим, способствуют преобладанию окисленных форм тяжелых металлов и тем самым снижению их миграционных характеристик. Растения могут поглотать из почвы микроэлементы, в том числе тяжелые металлы, аккумулируя их в тканях или на поверхности листьев, являясь, таким образом, промежуточным звеном в цепи "почва - растение - животное - человек". Различные растения сосредоточивают в себе разное число микроэлементов: в большинстве случаев - избирательно. Так, медь усваивают растения семейства гвоздичных, кобальт - перцы. Высокий коэффициент биологического поглощения цинка характерен для березы карликовой и лишайников, никеля и меди - для вероники и лишайников. Тяжелые металлы являются протоплазматическими ядами, токсичность которых возрастает по мере увеличения атомной массы. Их токсичность проявляется по-разному. Многие металлы при токсичных уровнях концентраций ингибируют деятельность ферментов (медь, ртуть). Некоторые из них образуют хелатоподобные комплексы с обычными метаболитами, нарушая нормальный обмен веществ (железо). Такие металлы, как кадмий, медь, железо, взаимодействуют с клеточными мембранами, изменяя их проницаемость.[7]

Особый интерес представляет изучение животных, являющихся чувствительным индикатором начальных стадий загрязнения тяжелыми металлами. Они аккумулируют элементы в доступных биологически активных формах и отражают фактический уровень загрязнения экосистем. Почвенные животные, особенно сапрофитные группы, благодаря тесной связи с почвенными условиями и ограниченной территорией обитания могут быть хорошими индикаторами химического загрязнения биосферы. Среди животных такими индикаторами могут быть европейский крот, бурый медведь, лось, рыжая полевка. Располагая сведениями о содержании тяжелых металлов у млекопитающих, можно прогнозировать их влияние на организм человека. [7]

1. 1.3. Растения для обработки металлически загрязненных почв

Растения были использованы для стабилизации и удаления металлов из почвы и воды. Используется три механизма: фитоэкстракция, ризофильтрация и фитостабилизация.

Ризофильтрация - это адсорбция на корнях растений или поглощения корнями растений загрязнителей, которые находятся в окружающих корневую зону растворах (ризосфере). Ризофильтрация используется для обеззараживания подземных вод. Растения, выращивают в теплицах. Загрязненная вода используется для акклиматизации растений в окружающей среде. Затем, эти растения высаживаются на месте загрязненных грунтовых вод, где корни фильтруют воды и загрязняющие вещества. Как только корни насыщаются загрязненными веществами, растения собирают. В Чернобыле, таким образом, был использован подсолнечник, для удаления радиоактивных веществ в подземных водах (EPA, 1998).

Фитостабилизация – это использование многолетних растения для стабилизации или иммобилизации вредных веществ в почве и грунтовых водах. Металлы поглощаются и накапливаются в корнях, адсорбируются на корнях, или осаждаются в ризосфере. Также данные растения могут быть использованы для восстановления растительности, в местах, где не хватает естественной растительности, тем самым уменьшая риск водной и ветровой эрозии и выщелачивания. Фитостабилизация снижает подвижность загрязняющих веществ и предотвращает дальнейшее движение загрязненных веществ в грунтовые воды или воздух, и снижает попадание их в пищевые цепи.

Фитоэкстракция - это процесс выращивания растений в металлически загрязненной почвы. Корни перемещают металлы в надземные части растений, после чего эти растения собирают и сжигают или компостируют для переработки металлов. Несколько циклов роста сельскохозяйственных культур могут быть необходимы для уменьшения уровня загрязнения в допустимых пределах. Если растения сжигают, золу нужно утилизировать на свалках отходов. Растения, выращивающиеся для фитоэкстракции называют гипераккумуляторами. Они поглощают необычно большое количество металла по сравнению с другими растениями. Гипераккумуляторы могут содержать около 1000 миллиграмм на килограмм кобальта, меди, хрома, свинца, никеля, и даже 10 000 миллиграммов на килограмм (1%) марганца и цинка в сухом веществе (Baker и Брукс, 1989). Фитоэкстракция проще для таких металлов, как никель, цинк, медь, потому что эти металлов предпочитают большинство из 400 растений гипераккумуляторов. Некоторые растения из рода Thlaspi (pennycress), как известно, содержат около 3% цинка в тканях. Эти растения можно использовать в качестве руды в связи с высокой концентрацией металла (Брэди и Вейля, 1999). Растения могут удалять цинк, кадмий, свинец, селен и никель из почвы на проектах, которые являются средне и долгосрочно перспективными. [3]

1. 1.4. Традиционные способы восстановления загрязненных почв

Методы рекультивации почв и сельскохозяйственных культур может помочь предотвратить попадание загрязняющих веществ в растения, оставляя их в почве. Данные методы рекультивации не приведут к удалению тяжелых металлов загрязняющих веществ, но поможет для иммобилизации их в почву и уменьшить вероятность негативного последствия металлов. Обратите внимание, что вид металла (катион или анион) необходимо учитывать:

1. Увеличение рН почвы до 6,5 или выше. Катионные металлы более растворимы на более низких уровнях рН, поэтому повышение рН делает их менее доступными для растений и, следовательно, менее вероятно, будут включены в ткани растений и попадут в организм человека. Повышение рН имеет противоположный эффект на анионные элементы.

2. Слив во влажных почвах. Дренаж улучшает аэрацию почвы и позволит металлам окислятся, что делает их менее растворимыми и доступными. Обратное свойство будет наблюдаться для хрома, который является более доступным в окисленной форме. Активность органического вещества эффективно в снижении доступности хрома.

3. Применение фосфатов. Применения фосфатов может привести к снижению доступности катионных металлов, но иметь противоположный эффект на анионных соединениях, таких как мышьяк. Применять фосфаты нужно разумно поскольку высокий уровень фосфора в почве может привести к загрязнению воды.

4. Тщательный подбор растений для использования на металлически загрязненных почвах Растения перемещают большое количество металлов в листьях, нежели их плоды или семена. Наибольший риск заражения пищевых продуктов в цепочке листовые овощи (салат или шпинат). Другой опасностью является поедание этих растений скотом. [3]

1.5. Действие тяжелых металлов на растения

Растения, как и большинство биологических объектов, обладают свойством аккумуляции (накопления) различных элементов. Разные виды растений отличаются по устойчивости к тяжелым металлам и способности к их накоплению. Наиболее общие проявления действия тяжелых металлов на растения — это ингибирование фотосинтеза, нарушение транспорта ассимилянтов и минерального питания, изменение водного и гормонального статусов организма, торможение роста

Основная часть высших растений повреждается избыточным содержанием тяжелых металлов. Однако многие растения способны накапливать в основном в надземных органах большие количества тяжелых металлов, многократно превышающие их концентрации в почве. Эти растения так и называются растениями-аккумуляторами, которые в процессе эволюции, произрастая на почвах геохимических аномалий, сформировали конститутивные механизмы устойчивости к тяжелым металлам, что позволяет им аккумулировать токсичные элементы в метаболически инертных органах и органеллах или включать их в хелаты и тем самым переводить в физиологически безопасные формы. Подобные виды растений начинают активно использовать для разработки технологий биологической очистки, загрязненных территорий.

Помимо растений-аккумуляторов существуют растения-индикаторы и  растения-исключатели. У растений-индикаторов содержание металла в клетках соответствует его содержанию в почве. В побегах растений-исключателей поддерживается низкая концентрация металлов, несмотря на высокую концентрацию в окружающей среде. В этом случае барьерную функцию выполняет корень.

Наиболее чувствителен к действию тяжелых металлов рост. Причем рост корня более чувствителен, чем рост побега. Кадмий и свинец сильнее ингибируют рост главного корня проростка, чем образование боковых корней, в результате корневая система приобретает компактную форму. Наиболее устойчиво к тяжелым металлам прорастание семян, что обусловлено низкой проницаемостью для них семенной кожуры. Ингибирование роста тяжелыми металлами является следствием снижения скорости как деления, так и растяжения клеток. В основе этого явления могут быть уменьшение оводненности тканей, удлинение митотического цикла, нарушение эластичности клеточных стенок и формирования микротрубочек.

Таким образом, практически все физиологические процессы в растении подвержены негативному действию тяжелых металлов. Тем не менее, растения способны расти и на загрязненных тяжелыми металлами территориях, используя специальные адаптивные механизмы. [5]

1.6. Влияние меди, цинка и марганца на организм человека

Тяжелыми металлами являются: хром, марганец, железо, кобальт, никель, медь, цинк, галлий, германий, молибден, кадмий, олово, сурьма, теллур, вольфрам, ртуть, таллий, свинец, висмут. Употребляемый иногда термин «токсические элементы» здесь неудачен, так как любые элементы и их соединения могут стать токсичными для живых организмов при определенной концентрации и условиях окружающей среды.[8]

Медь. При малых концентрациях возможны анемия и заболевания костной системы, а избыток этого элемента таблицы Менделеева поражает печень, вызывая желтуху.
Биологическая роль

Медь является необходимым элементом для всех высших растений и животных. В токе крови медь переносится главным образом белком церулоплазмином. После усваивания меди кишечником она транспортируется к печени с помощью альбумина.

Предполагается, что медь и цинк конкурируют друг с другом в процессе усваивания в пищеварительном тракте, поэтому избыток одного из этих элементов в пище может вызвать недостаток другого элемента. Здоровому взрослому человеку необходимо поступление меди в количестве 0,9 мг в день.

При недостатке меди в хондро- и остеобластах снижается активность ферментных систем и замедляется белковый обмен, в результате замедляется и нарушается рост костных тканей.

Токсичность

Некоторые соединения меди могут быть токсичны при превышении ПДК в пище и воде. Содержание меди в питьевой воде не должно превышать 2 мг/л (средняя величина за период из 14 суток), однако недостаток меди в питьевой воде также нежелателен. Всемирная Организация Здравоохранения (ВОЗ) сформулировала в 1998 году это правило так: «Риски для здоровья человека от недостатка меди в организме многократно выше, чем риски от её избытка».

В 2003 году в результате интенсивных исследований ВОЗ пересмотрела прежние оценки токсичности меди. Было признано, что медь не является причиной расстройств пищеварительного тракта.

Существовали опасения, что Гепатоцеребральная дистрофия (болезнь Вильсона — Коновалова) сопровождается накоплением меди в организме, так как она не выделяется печенью в желчь. Эта болезнь вызывает повреждение мозга и печени.

Цинк, так же называется «двуликим Янусом». Является стимулятором деления клеток и заживления поражённых тканей, а так же способствует образованию раковых клеток. Цинк необходим:

• для продукции спермы и мужских гормонов[12]

• для метаболизма витамина E.

• для нормальной деятельности простаты.

• для расщепления алкоголя в организме, так как входит в состав алкогольдегидрогеназы

Цинк участвует в синтезе разных анаболических гормонов в организме, включая инсулин, тестостерон и гормон роста.

Токсичность

При длительном поступлении в организм в больших количествах все соли цинка, особенно сульфаты и хлориды, могут вызывать отравление из-за токсичности ионов. 1 грамма сульфата цинка достаточно, чтобы вызвать тяжелое отравление. В быту хлориды, сульфаты и оксид цинка могут образовываться при хранении пищевых продуктов в цинковой и оцинкованной посуде.

Отравление приводит к малокровию, задержке роста, бесплодию.

Марганец При пероральном поступлении марганец относится к наименее ядовитым микроэлементам. Главными признаками отравления марганцем у животных являются угнетение роста, понижение аппетита, нарушение метаболизма железа и изменение функции мозга.

Токсическая доза для человека составляет 40 мг марганца в день. Летальная доза для человека не определена. Сообщений о случаях отравления марганцем у людей, вызванных приемом пищи с высоким содержанием марганца, нет. В основном отравление людей наблюдается в случаях хронической ингаляции больших количеств марганца на производстве. Оно проявляется в виде тяжелых нарушений психики, включая гиперраздражительность, гипермоторику и галлюцинации — «марганцевое безумие». В дальнейшем развиваются изменения в экстрапирамидной системе, подобные болезни Паркинсона.

II.Материалы и методы

Исследование почвы садовых (огородных) участков в городе Новокузнецке проходило 9-14 ноября 2013 года.

Для исследования были выбраны почвы Кузнецкого района (Форштадт), Заводского района (жилой массив), Куйбышевского района (жилой массив в районе улицы Транспортной), в селе Костенково (Новокузнецкий район) и песок из Костенково. Выбор исследуемой почвы осуществлялся по принципу их близкого расположения к огромным промышленным производствам: «ООО Кузнецкие ферросплавы» и Алюминиевый завод – в Кузнецком районе (Форштадт), Западно-Сибирский металлургический комбинат - в Заводском районе (жилой массив у горы Маякова), Кузнецкий металлургический комбинат - в районе улицы Транспортной. Почва и песок из села Костенково был выбран в качестве контрольного, так как эта территория удалена от города Новокузнецка и меньше подвержена техногенному загрязнению.

Чтобы сравнить скорость всхожести кресс-салата и наличие морфологических изменений с результатом близким к идеальным, мы высадили семена в почву, того же типа, что в городе, взятую в теплице садоводческого участка, менее подверженную техногенному влиянию, так как окружающая среда в городе Новокузнецке, а также в его окрестностях сильно загрязнена и трудно выбрать субстрат для контроля опыта.

Исследования проводилось по методике «Изучение загрязнения почвы при помощи кресс – салата».

Кресс-салат – однолетнее овощное растение, обладающее повышенной чувствительностью к загрязнению тяжелыми металлами.

Кроме того, корни и побеги этого растения под воздействием загрязнителей подвергаются заметным морфологическим изменениям (задержка роста и искривление побегов, уменьшение длинны и массы корней, а также числа и массы семян).

Кресс-салат как биоиндикатор удобен и тем, что действие стрессоров можно изучать одновременно на большом числе растений при небольшой площади рабочего места (чашка Петри, кювета, поддон и т.д.). Привлекательны также и весьма короткие сроки эксперимента. Семена кресс-салата прорастают уже на третий – четвертый день, и на большинство вопросов эксперимента можно получить ответ за 10-15 суток.

Методика «Изучение загрязнения почвы при помощи кресс – салата»

Сначала семена, предназначенные для опыта, проверяют на всхожесть. Для этого семена кресс-салата проращивают в чашках Петри, в которые насыпают чистый речной песок слоем в 1 см. Сверху его накрывают фильтровальной бумагой и на неё раскладывают определённое количество семян. Перед раскладкой семян бумагу и песок увлажняют до полного насыщения водой. Сверху семена закрывают фильтровальной бумагой и неплотно накрывают стеклом. Проращивание ведут в лаборатории при температуре +20-25ºС. Нормой считается прорастание 90-95 % семян в течение трех-четырех суток. Процент проросших семян от числа просеянных называют всхожестью.

После определения всхожести приступают к проведению эксперимента. Пробы почвы берутся в местах с различной антропогенной нагрузкой. Опыт закладывают в следующей последовательности:

1. Чашку Петри до половины заполняют исследуемой почвой. В другую чашку кладут такой же объём заведомо чистого субстрата, который будет служить в качестве контроля по отношению к исследуемому материалу.

2. Субстраты во всех чашках увлажняют одним и тем же количеством отстоянной водопроводной воды до появления признаков насыщения.

3. В каждую чашку на поверхность субстрата укладывают по 50 семян кресс-салата. Расстояние между соседними семенами должно быть по возможности одинаковым.

4. Покрывают семена теми же субстратами, насыпая их почти до краев чашки и аккуратно разравнивая поверхность.

5. Увлажняют верхние слои субстратов до влажности нижних.

6. В течение 10-15 дней наблюдают за прорастанием семян, поддерживая влажность субстратов примерно на одном уровне. Результаты наблюдений записывают в таблицу 3.

Таблица 1

Скорость прорастания семян
Исследуемый объект	Число проросших семян, %
	3сут.	4сут.	5сут.	6-15сут.
1 опыт
2 опыт
-----
Контроль

В зависимости от результатов опыта субстратам присваивают один из четырех уровней загрязнения.

1. Загрязнение отсутствует – всхожесть семян достигает 90-100 %, всходы дружные, проростки крепкие, ровные. Эти признаки характерны для контроля, с которым следует сравнивать опытные образцы.

2. Слабое загрязнение – всхожесть 60-90%, проростки почти нормальной длины, крепкие, ровные.

3. Среднее загрязнение – всхожесть 20-60 %, проростки по сравнению с контролем короче и тоньше, некоторые проростки имеют уродства.

4. Сильное загрязнение – всхожесть семян очень слабая (менее 20 %). Проростки мелкие и уродливые.

При проведении опытов с кресс-салатом следует учитывать, что большое влияние на всхожесть семян и качество проростков оказывает водно-воздушный режим и плодородие субстрата. В гумусированной, хорошо аэрированной почве (чернозем, верхний горизонт серой лесной почвы) всхожесть и качество проростков всегда лучше, чем в глинистой почве, которая из-за малой проницаемости для воды и воздуха имеет плохой водно-воздушный режим. Поэтому в качестве субстрата для контроля следует брать почву того же типа, что и для опытов.

III.Результаты исследования и их обсуждение

В ходе проводимого исследования семена кресс-салата были проверены на всхожесть на почве под моим названием «Запсиб», взятой из теплицы. Всхожесть составила – 92%. Этот субстрат с проросшими семенами был определен как контрольный опыт, так как высадка семян кресс-салата не дала подобного результата, всхожесть семян кресс-салата в песке составила 68%, что можно объяснить, наверное, тем, что песок был взят из Костенково, где как показали наши исследования, почвы имеют слабое загрязнение – 66% (Приложение 1, рис.2) .

В ходе эксперимента была определена всхожесть семян кресс-салата на пробах почв из (Приложение 1 рис.2, Приложение 2, фото 1-12):

1. Кузнецкого района (Форштадт) – 72%;

2. Куйбышевского района (жилой массив в районе улицы Транспортной) – 46%

3. Заводского районе (жилой массив у горы Маякова) – 50%;

4. Костенково – 66%;

5. Песок из Костенково – 68%.

По моим наблюдениям в рост первыми пошли растения на пробах почв: контрольной «Запсиб» и из Костенково. Позднее всех взошли семена на пробе почвы из Куйбышевского района. Поливать приходилось часто – 4 раза в сутки. Набирали рост растения кресс-салата ночью, вытягиваясь на 1-2мм.

По результатам опыта субстратам были присвоен один из четырех уровней загрязнения.

Загрязнение отсутствует (всхожесть семян достигла 92%, всходы дружные, проростки достаточно крепкие, ровные) в контрольном субстрате. Эти признаки, характерные для контроля, сравнивались с опытными образцами. (Приложение 2, фото 3,4)

Слабое загрязнение (всхожесть 60-90%, проростки почти нормальной длины, крепкие, почти ровные) выявилось у субстратов опытов 1, 5, 6 - почв из Кузнецкого района (Форштадт), из Костенково и у песка из Костенково. (Приложение 2, фото 7-12). Скорость прорастания семян на субстрате опыта 1 – почвы из Кузнецкого района была более низкой, чем в опытах 5 и 6 (Приложение , рис.1). Но нужно отметить, что растения кресс-салата на субстрате почвы Кузнецкого района взошли позже и неравномерно, поэтому сильно отличаются по росту.

Среднее загрязнение (всхожесть 46% и 50%, проростки по сравнению с контролем короче и тоньше, некоторые проростки имеют уродства) выявлено у субстратов опытов 2 и 3 - почвы Куйбышевского и Заводского районов. (Приложение 2, фото 1, 2 и 5,6). Растения кресс-салата на субстрате почвы из Куйбышевского района тонкие и удлиненные, но почти все одной длины и взошли одновременно (Приложение 2, фото 1,2), в то время как растения кресс-салата на субстрате опыта 3 - Заводского района сильно различаются по высоте и более низкие по сравнению с субстратом опыта 2. (Приложение 2, фото 5,6) Скорость прорастания семян в опыте 3 была самой низкой. Приложение 1, рис.1)

Сильного загрязнения в ходе эксперимента выявлено не было.

Скорость прорастания семян очень отличается в пробах 1 и 3, что может объясняться в отсутствии опыта посадки растений у экспериментатора, а возможно, и наличие определенных тяжелых металлов в данных образцах, снизивших всхожесть семян.

Дать подробную оценку морфологических изменений корней и побегов кресс-салата под воздействием загрязнителей (задержка роста и искривление побегов, уменьшение длинны и массы корней, а также числа и массы семян) было сложно, поэтому было бы неплохо составить оценочную шкалу, чтобы результат эксперимента был более наглядным.

Выводы

1. При изучении литературных источников и СМИ выявлена следующая информация:

а) Об экологическое состояние почв: почвы являются на территории города и в его окрестностях практически на 100% загрязненными. В почве в большом количестве накапливаются цинк, медь и марганец.

б) Поступление тяжелых металлов в биосферу вследствие техногенного рассеивания осуществляется разнообразными путями. Важнейшим из них является выброс при высокотемпературных процессах в черной и цветной металлургии, при обжиге цементного сырья, сжигании минерального топлива. Вторичное загрязнение происходит также вследствие выноса тяжелых металлов из отвалов рудников или металлургических предприятий водными или воздушными потоками.

в) В почве города Новокузнецка превышена норма содержания цинка, меди и марганца, что может привести к заболеваниям сердечнососудистой системы, поражает печень, онкозаболеваниям и снижению сопротивляемости организма к простудным заболеваниям.

г) Ионы тяжелых металлов могут накапливаться в растениях, попадая в основном через корневую систему и листья. А затем, попадая в организм человека в больших количествах с пищей, водой и воздухом, тяжелые металлы могут вызывать отравления и приводить к тяжелым заболеваниям. Поэтому загрязнения почвы города Новокузнецка черезвычайно опасно для здоровья жителей, выращивающих на его территории сельскохозяйственные культуры.

д) Выведение тяжелых металлов из почвы очень затруднено.

е) Существуют растения, с помощью которых осуществляется вывод тяжелых металлов из почвы.

2. Исследование почвы садовых участков Кузнецкого, Куйбышевского, Заводского районов и села Костенково по методике «Изучение загрязнения почвы при помощи кресс – салата» показало, что уровень среднего загрязнения тяжелыми металлами имеют почвы Куйбышевского и Заводского районов, находящиеся вблизи КМК и ЗСМК, уровень слабого загрязнения выявлен в Кузнецком районе и селе Костенково.

3. В результате полученных данных была разработана и помещена на сайте ГСЮН города Новокузнецка информационная заметка «Внимание: опасные земли» с целью популяризации результатов исследования и пропаганды профилактики отравлений тяжелыми металлами. (Приложение 4)

4. В результате проведенного исследования, составлена рекомендация по проведению мониторинговых исследований экологического состояния почв города Новокузнецка на наличие тяжелых металлов в период летней практики обучающихся МБ НОУ «Гимназия № 48». (Приложение 3)

Заключение

Почвы в черте города Новокузнецка, а также его окрестностях загрязнены тяжелыми металлами. Людям, обрабатывающим землю в черте города и его окрестностях следует быть предусмотрительнее: более тщательно выбирать растения для посадки на своих садовых участках и проводить восстановления загрязненных почв.

При выполнении данной работы я столкнулся с проблемой напряженной экологической ситуацией нашего города и области, узнал о влиянии тяжелых металлов на организм растений, животных и человека и т.д. Работа по изучению загрязнения почв на территории города Новокузнецка может быть продолжена, чтобы вести мониторинговое исследование почв с целью выявления изменений экологического состояния наших земель.

Осталось без ответа и некоторые вопросы: Как оценить морфологические изменения побегов и корней кресс-салата под воздействием тяжелых металлов? Воздействие каких металлов ведёт к уродствам этих растений?

Источники информации

1. Волынкина, Е. П. Экологическая ситуация и пути решения

экологических проблем в г. Новокузнецке / Е.П. Волынкина- д. т. н., доцент, заместитель заведующего кафедрой теплофизики и промышленной экологии ГОУ ВПО «СибГИУ»,академик Российской Экологической Академии. – Режим доступа : //http://do.gendocs.ru/docs/index-306855.html - загл.с экрана

1. Доклад о состоянии окружающей среды города Новокузнецка за 2012год. Комитета охраны окружающей среды и природных ресурсов

администрации города Новокузнецка. Режим доступа: eko-nk.ru/user _images/File/doklad/Doklad-2012.doc.

3 . Donahue S. (перевод Рипной Е.О.). Загрязнение почв тяжелыми металлами./ S. Donahue. //УAuburn, AL 36832 334-844-4741 X-177 Urban Technical Note No. 3 September, 2000. Режим доступа: http://masters.donntu.edu.ua/2012/feht/ripnoy/library/article7.htm

4. Мудрый И.В. Тяжелые металлы в окружающей среде и их влияние на организм. / И.В. Мудрый, Т.К. Короленко.- Киев. Институт экогигиены и токсикологии им. Л.И.Медведя, Институт медицины труда. Режим доступа: http://masters.donntu.edu.ua/2010/feht/koveshnikova/library/hevy%20metall.htm

5. Половникова М.Г. Устойчивость растений к тяжелым металлам // М.Г. Половникова //Экофизио-логия стресса: Марийский гос. ун-т, 2010. Режим доступа : http://new.marsu.ru/GeneralInformation/

structur/HelpUnits/libr/resours/ecofisiologia%20stressa/pages/4.5.htm

1. Скалон Н. В. Практикум по изучению экологии городов Кузбасса: Учебно-методическое пособие /Скалон Н.В., Горшкова Л.А., Демиденко Н.В., Аверина Е.П. – Кемерово: КРЭОО «Ирбис», 2006. 128с.

1. http:// www.agrovodcom.ru/zz_metall.html

1. http://www.healthychem.ru/stati/zabolevaniya/tyazhelye-metally-i-ikh-vozdeistvie-na-organizm-cheloveka.html

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Таблица №1

Скорость прорастания семян

Исследуемый объект	Число проросших семян, %
	3сут.	4сут.	5сут.	6-15сут.
1 опыт (Куз Фер, Ал)	38	46	62	72
2 опыт (КМК)	46	46	46	46
3 опыт (ЗСМК)	15	28	35	50
4опыт (Запсиб) Контроль	78	80	82	92
5 опыт (Костенково)	52	58	64	66
6 опыт песок из Костенково	52	58	64	68

Рис. 1 Скорость прорастания семян кресс-салата: опыт 1 – субстрат почвы Кузнецкого района; опыт 2- субстрат почвы Куйбышевского района; опыт 3 – субстрат почвы Заводского района; опыт 4 – субстрат почвы «Запсиб»; опыт 5 – субстрат почвы Костенково; опыт 6 – песок.

Рис. 2 Всхожесть семян кресс-салата в субстратах почв различных районов города Новокузнецка: опыт 1 – субстрат почвы Кузнецкого района; опыт 2- субстрат почвы Куйбышевского района; опыт 3 – субстрат почвы Заводского района; опыт 4 – субстрат почвы «Запсиб»; опыт 5 – субстрат почвы Костенково; опыт 6 – песок.

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Фото 1, 2. Опыт 2. Кресс-салат (КМК)

Фото 3,4. Опыт 4. Контроль

Фото 5,6. Опыт 3. ЗСМК

Фото 7,8. Опыт 1. Форштадт

Фото 9, 10. Опыт 6. Песок из Костенково.

Фото 11,12. Опыт 5. Костенково.

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

Рекомендации

для мониторинговых исследований

загрязнения почв в черте города Новокузнецка и его окрестностей

1. В связи с открытием марганцевого производства, а также возможности открытия ртутного производства в окрестностях города Новокузнецка, предлагаем вести мониторинговое исследование почв не только в черте города, но и его окрестностях, дважды в год: мае – июне и октябре – ноябре по методике «Изучение загрязнения почвы при помощи кресс – салата».

2. Данная методика доступна и показательна в применении, а также интересна, что не менее важно. Поэтому проводить исследования могут даже обучающиеся среднего звена.

3. Обработка результатов исследования несложна, но в сравнении с результатами неоднократных исследований будет показательна и важна не только обучающимся, но и жителям всего города Новокузнецка.

4. Предлагаю разработать и ввести 10 бальную шкалу для оценки морфологических изменений ростков кресс-салата, чтобы при оценке результатов учитывалась не только скорость прорастания и всхожесть семян, а более полно рассматривались морфологические изменения растений.

5. Исследования дадут возможность прогнозирования экологического состояния почв в городе Новокузнецке, а также общего экологического состояния окружающей среды.

6. Проведение мониторинговых исследований почвы в черте города Новокузнецка и популяризация его результатов поможет не только сформировать навыки освоения методик по изучению экологического состояния среды проживания, но и развивать жизненную позицию повышения требований к экологическому качеству среды проживания у жителей города Новокузнецка.

ПРИЛОЖЕНИЕ 4

«Внимание: ОПАСНЫЕ ЗЕМЛИ»

Мы провели исследование почвы садово-огродных участков Кузнецкого, Куйбышевского, Заводского районов и села Костенково, по методике «Изучение загрязнения почвы при помощи кресс – салата».

Исследование почвы показало, что уровень среднего загрязнения тяжелыми металлами имеют почвы Куйбышевского и Заводского районов, находящиеся вблизи КМК и ЗСМК. Уровень слабого загрязнения выявлен в Кузнецком районе и селе Костенково.

К тяжелым металлам, которые обладают высокой токсичностью можно отнести свинец, ртуть, никель, медь, кадмий, цинк, олово, марганец, хром, мышьяк, алюминий, железо, селен, кремний и другие. Эти вещества широко используются в производстве и в огромных количествах накапливаются в окружающей среде, особенно в почве, очень трудно из неё выводятся. Растения, выращенные на почвах, которые загрязнены тяжелыми металлами, аккумулируют их в своем организме. Попадая в организм человека как с продуктами питания (выращенные нами овощи), водой, так и при вдыхании воздуха в больших концетрациях, тяжелые металлы могут вызывать не только отравления, но и опасные заболевания! Вся опасность воздействия тяжелых металлов заключается в том, что они остаются в организме человека навсегда!

Советуем садоводам:

• Тщательно подбирать растения для использования на металлически загрязненных почвах. Растения перемещают большое количество металлов в листьях, нежели их плоды или семена. Наибольший риск заражения пищевых продуктов в цепочке листовые овощи (салат или шпинат). Другой опасностью является поедание этих растений скотом.

• Дренаж улучшает аэрацию почвы и позволит металлам окислятся, что делает их менее растворимыми и доступными для растений.

• Использовать в посадке растения для уменьшения концентрации тяжелых металлов в почве. Так, медь усваивают растения семейства гвоздичных, кобальт - перцы. Высокий коэффициент биологического поглощения цинка характерен для березы карликовой и лишайников, никеля и меди - для вероники и лишайников.

• Выращивать йошту - гибрид крыжовника и черной смородины, в обиходе называемый йошта. Это растение имеет прекрасные ягоды, которые по наличию в них витамина С превосходят множество ягодных культур. Плоды йошты обладают высокими лечебными качествами, улучшая кровообращение и способствуя выведению из организма тяжелых металлов и радиоактивных веществ.

Выращивать йошту несложно – она не требовательна к почвам и при этом обладает высокой зимостойкостью и хорошей урожайностью, а также устойчива ко многим вирусным заболеваниями. Также не стоит забывать и о декоративных свойствах йошты – ее можно с успехом использовать для возведения живых изгородей. Мощные и выносливые кусты растения ничем не болеют и чувствуют себя великолепно даже при самом минимальном уходе.

Это интересно

Фитоэкстракция - это процесс выращивания растений в металлически загрязненной почве. Корни перемещают металлы в надземные части растений, после чего эти растения собирают и сжигают или компостируют для переработки металлов. Несколько циклов роста сельскохозяйственных культур могут быть необходимы для уменьшения уровня загрязнения в допустимых пределах. Если растения сжигают, золу нужно утилизировать на свалках отходов. Растения, выращивающиеся для фитоэкстракции называют гипераккумуляторами. Они поглощают необычно большое количество металла по сравнению с другими растениями. Гипераккумуляторы могут содержать около 1000 миллиграмм на килограмм кобальта, меди, хрома, свинца, никеля, и даже 10 000 миллиграммов на килограмм (1%) марганца и цинка в сухом веществе. Фитоэкстракция проще для таких металлов, как никель, цинк, медь, потому что эти металлов предпочитают большинство из 400 растений гипераккумуляторов. Некоторые растения из рода Thlaspi (pennycress), как известно, содержат около 3% цинка в тканях. Эти растения можно использовать в качестве руды в связи с высокой концентрацией металла. Растения могут удалять цинк, кадмий, свинец, селен и никель из почвы на проектах, которые являются средне и долгосрочно перспективными.

Советы жителям города Новокузнецк:

В целях профилактики отравлений тяжелыми металлами рекомендую употреблять в пищу белки, содержащиеся в молоке и белых грибах, а также пектин, который можно найти в мармеладе и фруктово-ягодном желе. Очень полена йошта - гибрид гибрид крыжовника и черной смородины. Плоды йошты обладают высокими лечебными качествами, улучшая кровообращение и способствуя выведению из организма тяжелых металлов и радиоактивных веществ. Очень важным является то, что бы все продукты были получены в экологически чистых районах и не содержали вредных веществ!

Вот такой у меня получился результат, а у вас?

29