IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

Введение

Растения играют важную роль в нашей жизни, участвуя в пищевых экологических цепочках, являясь производителями кислорода воздуха, выполняя средозащитные функции.

Целью данной работы является: Обоснование роли почвы и влияние загрязнения на почвы городской среды.

Объект: почва городской среды г.Норильска

Предмет: оценка показателей почвы города Норильска

Задачи:

1. Обосновать, как влияет промышленное предприятие на почвенный покров и жизнедеятельность растений

2. Подобрать методику наблюдений и лабораторного анализа

3. Выявить наличие загрязнения

4. Оценить качественные показатели почв различных зон г. Норильска

Значение работы:

Теоретические – обоснование взаимосвязи почвы и растений, почва как источник питательных веществ и функции почвы

Практическое – разработка методики изучения влияния промышленного предприятия на жизнедеятельность растений

Глава 1.Влияние почвы на рост и развитие растений

1.1.Функции почвы

Прежде всего, почва подразделяются на экологические и глобальные функции

Экологические функции:

Почва (почвенный покров) выполняет многообразные экологические функции. Их можно объединить в две группы. Первая — экологические функции почвы как среды обитания высших растений, микроорганизмов и многочисленной почвенной фауны. Почва для живых организмов является жилищем, источником элементов питания (для многих и воды) и энергии. Эти функции почвы обусловлены ее физическими, физико-химическими свойствами, химическим составом и определяются показателями и параметрами ее состава и свойств. Вторая группа экологических функций почвы связана с процессами миграции и аккумуляции веществ в сопряженных ландшафтах и отдельных их участках в соответствии с рельефом местности. Эта группа функций, с одной стороны, определяется составом и свойствами конкретной почвы, т. е. первой группой ее экологических функций, а с другой — литолого-геоморфологическими условиями, характеризующими ее как компонент сопряженных ландшафтов.

Глобальные функции:

Первая и главная из них — это обеспечение существования жизни на Земле. Именно из почвы растения, а через них и животные, и человек получают элементы минерального питания и воду для создания своей биомассы. В почве аккумулируются необходимые организмам биофильные элементы в доступных для них формах химических соединений. В почве укореняются наземные растения, в ней обитает огромная масса почвообитающих животных, она плотно населена микроорганизмами. Без почвы существование природных ассоциаций живых организмов на Земле невозможно. Таким образом: почва — это следствие жизни и одновременно условие ее существования. Вторая важнейшая глобальная функция почвы — это обеспечение постоянного взаимодействия большого геологического и малого биологического круговоротов (циклов) веществ на земной поверхности. Попадая на поверхность земли (при формировании земной коры, вулканизме, излияниях в разломах), первичные горные породы подвергаются выветриванию. В верхней части коры выветривания формируется почва, аккумулирующая элементы питания живых организмов. Эти элементы захватываются из почвы растениями и через ряд промежуточных трофических циклов (растения — животные — микроорганизмы) возвращаются назад в почву, что и составляет малый биологический круговорот веществ. Из почвы элементы частично выносятся атмосферными осадками в гидрографическую сеть, в зоны аккумуляции и в конечном итоге в Мировой океан, где дают начало образованию осадочных горных пород, которые в геологической истории Земли могут либо выйти опять на поверхность, либо вначале подвергнуться глубинному метаморфизму. Это большой геологический круговорот веществ. Почва является связующим звеном и регулятором взаимодействия двух этих циклов вещества на земной поверхности. Третья глобальная функция почвы — регулирование химического состава атмосферы и гидросферы. Почвенное «дыхание» вместе с фотосинтезом и дыханием живых организмов играет определяющую роль в создании и поддержании состава приземного слоя атмосферного воздуха, а через него и атмосферы в целом. В геологической истории Земли, вероятно, почва сыграла немаловажную роль в создании современной атмосферы С другой стороны, именно почвенный покров определяет состав тех веществ, которые поступают в гидросферу на континентальной ветви глобального круговорота воды. Четвертая глобальная функция почвы — регулирование биосферных процессов. Распределение живых организмов на суше Земли и их плотность в значительной степени определяются географической неоднородностью почвы и ее плодородием наряду с климатическими факторами. Пятая глобальная функция почвы — это аккумуляция активного органического вещества и связанной с ним химической энергии на земной поверхности. В конкретном проявлении биосферы на Земле почва является неотъемлемым компонентом природных экосистем или биогеоценозов, из которых состоит биосфера. Почва это особая подсистема, связанная с другими подсистемами многочисленными прямыми и обратными функциональными связями [1].

1.2. Почва как источник питания веществ

Минеральные вещества, поглощенные растением вновь возвращаются в почву в виде опада, включенными в органические вещества. В дальнейшем органические вещества, попавшие в почву, минерализуются сапрофитами и освобождающиеся при этом минеральные вещества сорбируются почвенными коллоидами.

Питательные вещества для растений содержатся в почве в трех формах:

1. растворимые в воде – это самая доступная форма минеральных элементов. Однако эта форма легко вымывается.

2. адсорбированные на поверхности коллоидов. Эта форма доступна при ионном обмене и не вымывается. Весь процесс поглощения минеральных элементов, адсорбированных на почвенно-поглощающем комплексе (ППК), сводится к обменным реакциям. Ионы Н⁺ выделяемые клетками окрня обмениваются на катионы ППК, а ионы НСО₃^- обмениваются на анионы ППК. Ионы Н⁺ и НСО₃^- , выделяемые в среду образуются при дыхании.

3. труднодоступные сульфатные, карбонатные и фосфатные соли. Выделяющиеся при дыхании ионы НСО₃^-увеличивают подвижность фосфора. Корни растений выделяют и значительные количества органических соединений. Через корневую систему выделяются почти все типы органических соединений принимающих участие во внутриклеточном обмене.

В корневых выделениях обнаруживаются: аминокислоты – аспарагиновая, глутаминовая, аланин; органические кислоты – преобладают лимонная кислота; ферменты - *, уреаза, амилаза;гемицеллюлоза. Пример: посчитано, что посев кукурузы выделяет в почву не менее 1250 м³/га слизей, состоящих преимущественно из гемицеллюлоз. Органические соединения, выделяемые кончиками корней, лишенных эндодермы, формируют и микрофлору в ризосфере. Микроорганизмы, участвуя в минерализации органических веществ в почве, активно воздействуют на минеральный состав почвы и её кислотность, продуцируют масляную и молочную кислоты. В органической части почвы содержатся и биологически активные вещества: витамины (В₆, В₁₂);гормоны (гиббереллин);ферменты, образуемые почвенными микроорганизмами. Гуминовые кислоты, поглощаемые корнями, повышают проницаемость клеточных мембран, в результате усиливается поступление в растение питательных и физиологически активных веществ из почвы.

В заключение следует уяснить, что из-за различия в скорости поглощения анионов и катионов растения сами могут изменить ионный состав и кислотность почвы.[2]

1.3. Загрязнение почвы промышленными веществами

С развитием промышленности во всех странах мира увеличилось количество промышленных отходов. В конце XX в. среди развитых европейских стран наибольшее количество промышленных отходов (52 млн т ежегодно) образовывалось в ФРГ. Промышленные отходы в условиях значительного накопления при несоблюдении санитарно-гигиенических норм и правил обращения с ними становятся опасными для окружающей среды и здоровья людей. Все твердые промышленные отходы в зависимости от токсичности, обусловленной физическими, химическими и биологическими характеристиками подразделяют на четыре класса: I - чрезвычайно опасные; II - высокоопасные; III - умеренно опасные; IV - малоопасные. Класс опасности промышленных отходов устанавливают по величине суммарного индекса опасности, который определяют расчетным методом по специальным формулам, учитывающим: ПДК химических веществ в почве; их растворимость в воде при температуре 25 °С; летучесть химических веществ, т. е. давление насыщенного пара (в миллиметрах ртутного столба) при температуре 25 °С; количество каждого вещества в общей массе отходов. Если для химических веществ, которые входят в состав отходов, не установлена ПДК в почве, расчет ведут по среднесмертельной дозе (LD50) при введеннии в желудок экспериментальных животных. В зависимости от класса опасности промышленных отходов необходимо использовать специальные методы и способы обращения с ними.

Гигиенические мероприятия по обращению с промышленными отходами предусматривают:

1) определение класса токсичности промышленных отходов;

2) контроль за сбором и временным их хранением;

3) контроль за транспортировкой;

4) контроль за утилизацией (вторичным использованием и переработкой);

5) контроль за эксплуатацией объектов захоронения промышленных отходов.

Особую опасностьпредставляют так называемые токсичные промышленные отходы, содержащие вредные физиологически активные вещества и дающие выраженный токсический эффект. Такие отходы при контакте с ними человека могут вызвать заболевание или отклонение в состоянии здоровья нынешнего и будущего поколений, а также негативные изменения в объектах окружающей среды. Токсические отходы могут содержать бериллий, свинец, ртуть, мышьяк, хром, фосфор, кобальт, кадмий, таллий, металлоорганические и цианистые соединения, канцерогенные вещества различной химической природы: бенз(а)пирен, нитрозамины, афлотоксины. В местах их временного хранения при нарушении гигиенических требований утилизации, обезвреживания и захоронения токсических промышленных отходов загрязняются почвы, что может способствовать миграции токсических химических веществ в контактирующие с почвой среды, особенно в подземные и поверхностные водоемы.[3]

Глава 2. Объект и методика исследования

2.1 Объект исследования

Почва была отобрана на территории города Норильска, в центре города , где находится торговый центр, и в районе города Норильска в таежно-болотном лесу.

Норильск — уникальный в плане промышленности город. Но ему пришлось заплатить за это большую цену — он давно уже входит в десятку самых экологически загрязненных городов мира. Правда в последние годы ситуация слегка меняется в лучшую сторону — заводы «вроде как» модернизируют, и, теоретически, количество выбросов уменьшают. И все равно, хотя бы как минимум раз в неделю на город опускается газ с заводов — любой норильчанин влет может определить, что за газ терроризирует его легкие сегодня, а также с какого завода он идет. Больше всех страдает Центральный район, вблизи которого и расположена большая часть норильской промышленности. До Талнаха, ввиду его удаленности, газ доходит очень редко, поэтому и дышится там, гораздо легче.

В зоне деятельности ГМК «Норильский никель» отмечено подщелачивание почв вследствие- аэротехногенного воздействия выбросов предприятий и в условиях избыточного увлажнения. В то же время зафиксировано незначительное их подкисление вблизи действующих объектов размещения отходов (ОРО) и на менее обводненных участках территории. Накопление значительных количеств малоразложившегося органического вещества связано с преобладанием процессов консервации органических остатков вследствие развития почв в условиях низких температур, переувлажнения, загрязнения и, как следствие, снижения микробиологической активности.

Почвоподобные тела газонов города Норильска и почвы прилегающих территорий в значительной степени загрязнены соединениями ТМ и серой. Загрязнение почвоподобных тел газонов г. Норильска по суммарному показателю загрязнения Zc, относится к опасному и чрезвычайно опасному уровню загрязнения. Снижение уровня загрязнения почв до условно неопасного (нет превышения ПДК по водорастворимым соединениям ТМ) наблюдается на расстоянии 25 км от Норильска, однако по валовому содержанию и подвижным соединениям ОДК/ПДК ТМ превышены.[4]

2.2 Оценка климатических условий

Норильск расположен в 300 км к северу от Северного Полярного Круга, в 2400 Км от северного полюса 2/3 года среднемесячные температуры воздуха отрицательные. Безморозны только вторая и третья декады июня, июль и август. Самый теплый месяц — август имеет среднюю температуру +10,9°. Наиболее холодные месяцы — ноябрь, декабрь, январь, февраль, март, для них характерны температуры от —25 до —45° С. Зимой морозы достигают и -56С. На небольшой глубине от поверхности земли располагается вечная мерзлота, уходящая вниз на 300-500 метров с сохранением почвенных температур круглогодично от —2 до —7°С.

Для Норильского района характерна большая жесткость погоды за счет постоянных резких ветров. В зимнее время скорость ветра составляет в среднем 7 м/с, максимальная скорость достигает 40 м/с. За зиму на территорию Большого Норильска выпадает до двух миллионов тонн снега, то есть на каждого жителя Норильска приходится, в среднем, по 10 тонн снега в год. Зима с долгой полярной ночью, лето – короткое и часто дождливое. В целом климатические условия Норильского региона представляют собой сложный комплекс отрицательных факторов в отношении их воздействия на организм человека . В результате длительного ультрафиолетового голодания возникают расстройства биоритмов — ритмов физиологических функций, понижается сопротивляемость к заболеваниям, снижается интенсивность обменных процессов, повышаются утомляемость и сонливость, склонность к аллергическим состояниям, авитаминозам.[5]

Методика составления почвенной карты-схемы

Чтобы зарегистрировать координаты растрового изображения и создать TAB-файл из растрового изображения:

1. Откройте растровый файл командой Файл > открыть таблицу, выбрав формат файла Растр.

2. Выберите название файла и нажмите кнопку открыть. Появится предложение показать или регистрировать изображение.

3. Нажмите кнопку регистрировать, откроется диалог Регистрация изображения. Окно для списка контрольных точек - 7

4. Задайте проекцию растрового изображения, нажав кнопку Проекция. Если проекция не задана, MapInfo будет использовать проекцию широта-долгота. Целесообразно выбрать такую проекцию, при которой искажения будут минимальны при последующем наложении векторных слоев. Нельзя поменять проекцию из окна Карты. Внимание: Если Вы не задали проекцию, то MapInfo Professional по умолчанию установит “Долготу/Широту” или проекцию таблицы, по умолчанию определенную в настройках окна Карты.

5. Нажмите кнопку Единицы... В диалоге “Единицы измерения” можно выбрать нужные единицы. Окно для списка Контрольных точек Окно предварительного просмотра Растра Глава 12: Регистрация растровых изображений Руководство пользователя 421 6. Чтобы выбрать координаты для регистрации растра, нажмите кнопку, Новая, чтобы добавить информацию о новой точке в список контрольных точек. Щелкните мышкой на нужной точке, откроется диалог “Добавить контрольную точку”.

7. Введите координаты с бумажной карты в диалог. Размещение каждой точки можно просмотреть, увеличив изображение с помощью клавиши “+”. Можно изменить имя точки в верхнем окошке диалога, например, US85/LA132, что означает пересечение сетки координат.

8. Повторите этот процесс (шаг 6 и шаг 7), пока не зарегистрируете как минимум три точки на растровом изображении. Старайтесь располагать точки не на одной прямой линии, так карта определится наилучшем образом. Если слишком много точек на одной линии, то появится сообщение об ошибке. Если Вы работаете с изображением, проекцию которого не знаете (например, у аэрофотоснимка), введите как минимум три контрольных точки для повышения точности, а лучше больше точек.

9. После ввода всех контрольных точек нажмите OK. Растровое изображение откроется как TAB-файл. Масштаб показа изображения в окне просмотра меняется кнопками “+” и “–“ снизу от изображения. Уменьшая масштаб, можно добиться большей точности определения положения точек привязки. Если Вам трудно найти контрольную точку в окне предпосмотра растра, то выберите описание этой точки и нажмите кнопку Показать, после этого Вы увидите эту контрольную точку.[7]

Глава 3. Результаты исследования

3.1. Динамика химического состава почв г. Норильска

Полученные результаты показывают, что водные свойства г.Норильска резко различаются : резко отличаются свойства грунта около шахты. Почвы центра Норильска по водным свойствам близки к показателям провинциального города Куртамыша в одном из аграрных районов Курганской области.

Что касается физико-химических свойств, их показатели соответствуют предыдущей тенденции.

Динамика данных элементов показана на картах города.

Вывод: Содержание калия в почвах Норильска различно, но не выше среднего значения.

Калий является одним из основных элементов питания, наряду с азотом и фосфором. Функция калия в растениях, как и других необходимых для них элементов, строго специфична. Недостаток калия вызывает множество нарушений обмена веществ у растений. В итоге продуктивность растения падает, качество продукции снижается, растения начинают чаще поражаться различными болезнями.

Вывод: Азоту принадлежит очень важная роль в биохимии живых организмов и почв. Только почвы из-за уникальности своих свойств могут накапливать азот в составе гумуса и поэтому являются единственным природным резервуаром и источником доступных форм этого элемента. При недостатке азота происходит угнетение вегетативного развития - рост растений сильно ухудшается, появляются мелкие листья, светло-зеленой окраски, преждевременно желтеют, стебли становятся тонкими и слабо ветвятся. Результаты химического анализа показывают, что почвы Норильска бедны азотом.

Вывод: Гумус - органическое вещество почвы, образующееся за счет разложения растительных и животных остатков и продуктов их жизнедеятельности. Гумус состоит из гуминовых кислот, фульвокислот, гумина и ульмина. Количество гумуса служит показателем плодородия почвы.

Содержание органики в почвах Норильска достаточно высокое.

Вывод: Растения нуждаются в фосфоре на всех этапах своей жизни. Фосфор необходим для корнеобразования и развития вегетативной массы растения а также во время цветения и формирования урожая. При недостатке фосфора замедляется рост и развитие растений, появляются мелкие листья, происходит задержка цветения и созревания плодов, образовываются уродливые цветки. Нижние листья приобретают темно-зеленую окраску с красно-фиолетовым или лиловым оттенком.

В целом, содержание доступного для растений фосфора низкое или очень низкое.

Заключение

В своей работе я выделила и решила следующие задачи:

1. Обосновала, как влияет промышленное предприятие на почвенный покров и жизнедеятельность растений

Проблема пагубного влияния на лесные и зеленые насаждения (особенно хвойные) промышленных выбросов газов и дымов стала сейчас одной из важнейших в защите лесов.

Из ядовитых веществ, находящихся в почве и влияющих на растения, следует отметить природный (светильный) газ, серную кислоту и др. Природный газ, действуя на корневые системы растений, вызывает у них ненормальное развитие корней, замедление роста растения. Этот газ убивает находящиеся в почве семена древесных пород. Пахучие элементы газа легко поглощаются частицами почвы и долго удерживаются ими. Наиболее чувствительны к газу лиственные породы (тополь, вяз, ясень, клен), хвойные менее чувствительны.

Находящиеся в атмосфере вредные газы, зола, сажа, а также твердые минеральные частицы оказывают различное влияние на жизнедеятельность растений. От пыли, содержащей в себе вредные вещества, хвоя растений начинает буреть, желтеть, увядать. Частицы угольной пыли почти не приносят вреда, так же как уличная и цементная пыль. Сажа, не вызывая засыхания листьев и хвои во время летней жары, является, однако, одним из элементов, мешающих росту хвойных растений в парках больших городов.

В настоящее время большое количество пыли поступает от промышленных предприятий. Большую роль в ее поглощении играет лес.

В результате промышленных выбросов в атмосферу на землю вместе с осадками в виде снега и дождя выпадает большое количество соединений азота и серы. «Кислотные дожди» действуют в качестве растворителей на содержащийся в почве алюминий. В результате соединения этого металла выпадают в озера, реки и заражают грунтовые воды, а повышенное содержание соединений алюминия в воде и пище вредит растениям, животным и людям.

Окислы азота в концентрации более 2 мг/м3 вызывают сильное поражение хвои (покраснение кончиков хвои).

Кислотные осадки (или кислые дожди) на 60% обязаны своим происхождением двуокиси серы и на 40% — окислам азота. Они отрицательно влияют на поверхность хвои, препятствуют дыханию и газообмену, отравляют растения в результате проникновения кислотных соединений в хвою и ветви, снижают интенсивность фотосинтеза и всхожесть семян.

Газоустойчивость древесных пород различна. Весьма чувствительны к задымлению сосна, ель. Из лиственных пород малочувствительны ольха, дуб, лох, ильм, берест, клен ясенелистный. Наиболее газоустойчивы тополевые: тополь канадский и бальзамический. В основном засухоустойчивые породы являются и газоустойчивыми.

Кислые газы вызывают на растениях ожоги. Это связано с проникновением газов внутрь тканей листьев, что происходит главным образом через устьица.

1. Подобрала методику наблюдений и лабораторного анализа

2. Выявила наличие загрязнения

3. Оценила качественные показатели почв различных зон г. Норильска

В процессе работы сделаны следующие выводы:

• 1.Морфологические признаки почв: Структура у всех почв комковатая ,механический состав у образцов отобранных в городе Норильск глина, у образца взятого из Куртамыша тяжелый суглинок. У образцов отобранных в городе Норильске отсутствует А₀ – дерновый, это означает, что у почвы может наблюдаться эрозия. Включения присутствуют в образцах под №1 –галька, под №3- корни растения. Новообразований ни у одного из образцов не наблюдается.

• 2.Водные свойства: У образцов под №1 и №3 ГВ, МГ, ВЗ, ВЗ, ППВ,ПВ,ДАВ присутствует меньше всего, а вот у образца под №2 значения значительно превышают других остальных, это значит что в образце под №2 наблюдается высокая влагоёмкость, что доказывает ,что этот образец отобран в таежно-болотном лесу.

• 3.Физико-химические свойства: Отличия у всех образцов небольшие. У образцы под №2 высокое содержание химического поглощения и низкое содержание суммы поглощенных оснований, что не скажешь о других образцах.

• 4.Химический состав: Калия больше всего содержится в образце под №3 , который был взят в городе Куртамыш , а вот гумус в большей части содержится в образце под №2 , взятый из города Норильска, гумуса больше потому что в лесу наблюдается листовой опад, который так скажем придавливает почву.

• Общий вывод таков: Образцы под номерами 1 и 3 –это почва искусственного происхождения , а вот образец под номером 2 природного происхождения.

• На почве, взятой из города Норильска (торговый центр) может быть растительность в виде кустарников и деревьев (Ива, Тополь) , в лесу города Норильска могут преобладать виды растительности , такие как: хвойные деревья и кустарники. В Куртамыше могут преобладать кустарники и многолетние травы. Все почвы плодородны, а характерны для строительства только образцы под №1 и под №3 , образец №2 не характерен для строительства т.к. содержится много влаги.

Значение работы:

Теоретические – обосновала взаимосвязи почвы и растений, почвы как источника питательных веществ и функции почвы

Практическое – разработала методику изучения влияния промышленного предприятия на жизнедеятельность растений

Список литературы по ссылкам

1.Глобальные и экологические функции почвы/ http://kursak.net/globalnye-funkcii-pochvy

2.Почва как источник питательных элементов для растений/ http://studopedia.org/10-138792.html

3. Промышленные отходы - источник загрязнения/

http://medical.odaily.info/bolezni/Promyshlennye-othody---istochnik--zagryazneniya--pochvy_id1100

4.Оценка и нормирование экологического состояния почв Норильского промышленного района/ http://www.dissercat.com/content/otsenka-i-normirovanie-ekologicheskogo-sostoyaniya-pochv-norilskogo-promyshlennogo-raiona

5.Климат города Норильска/ http://www.meteo-tv.ru/rossiya/krasnoyarskii-krai/norilsk/weather/climate/

6.Методика выполнения измерений массовой доли кислоторастворимых форм металлов в пробах почвы атомно – абсорбционным анализом/

http://www.gosthelp.ru/text/RD521819189Metodikavypoln.html

7. Руководство пользования Mapinfo Professional/

http://www.mapbasic.ru/soft/8.5/MI_UG.pdf

Список литературы

1. Дулепов В.И., Лескова О.А., Майоров И.С., Системная экология: Учебное пособие. – Владивосток: Изд-во ВГУЭС, 2004. – 252с.

2. Добровольский Г.В., Никитин Е.Д. Экология почв. Учение об экологических функциях почв

3. Глобальные и экологические функции почвы/ http://kursak.net/globalnye-funkcii-pochvy

4. Почва как источник питательных элементов для растений/ http://studopedia.org/10-138792.html

5. Промышленные отходы - источник загрязнения/

6. http://medical.odaily.info/bolezni/Promyshlennye-othody---istochnik--zagryazneniya--pochvy_id1100

7. Оценка и нормирование экологического состояния почв Норильского промышленного района/ http://www.dissercat.com/content/otsenka-i-normirovanie-ekologicheskogo-sostoyaniya-pochv-norilskogo-promyshlennogo-raiona

8. Климат города Норильска/ http://www.meteo-tv.ru/rossiya/krasnoyarskii-krai/norilsk/weather/climate/

9. Методика выполнения измерений массовой доли кислоторастворимых форм металлов в пробах почвы атомно – абсорбционным анализом/

10. http://www.gosthelp.ru/text/RD521819189Metodikavypoln.html

11. Руководство пользования Mapinfo Professional/

http://www.mapbasic.ru/soft/8.5/MI_UG.pdf

Код для цитирования: Скопировать