Загрязнение почв и грунтов тяжелыми металлами
Тяжелые металлы относятся к распространенным загрязняющим веществам, наблюдение за содержанием которых обязательно в почвах и грунтах. В качестве критериев принадлежности к тяжелым металлам используются разные характеристики: атомная масса, плотность, токсичность, распространенность в природной среде, степень вовлеченности в природные и техногенные циклы. В некоторых случаях под определение тяжелых металлов попадают элементы, относящиеся к хрупким (висмут) или даже к металлоидам (мышьяк). В одних работах, посвященных проблемам загрязнения окружающей природной среды, на сегодняшний день к тяжелым относят более 40 металлов с атомной массой свыше 50 атомных единиц, а в других считают металлы с плотностью более 8 г/см3 (Pb, Cu, Ni, Cd, Co, Sb, Sn, Bi, Hg).
Тяжелые металлы являются не только токсикантами, но и природными микрокомпонентами почв, содержание которых обусловлено механическим и химическим составом почвообразующих пород и характером почвообразовательных процессов. Фоновое содержание химических соединений и элементов в почвах — содержание, соответствующее их естественным концентрациям в почвах различных почвенно-климатических зон, не испытывающих заметного антропогенного воздействия. Наша лаборатория проводит анализ cостава почв на загрязнение металлами и другими элементами.
Основным источником загрязнения почв тяжелыми металлами является сжигание ископаемого топлива. Ежегодно сгорает 5 млрд. тонн горючих ископаемых (за всю историю человечества, по оценкам специалистов, сожжено 130 млрд. т угля и 40 млрд. тонн нефти). В золе угля и нефти содержатся практически все металлы в суммарной концентрации до 500 г. на тонну топлива. В этом сущность аэрально-техногенного характера поступления тяжелых элементов в почву.
Заметную роль в загрязнении почв и грунтов играют и другие пути попадания тяжелых металлов в почву. Например, ежегодно от выхлопных газов автомобильных двигателей, работающих на этилированном бензине, выбрасывается на поверхность почв более 250 тыс. тонн свинца в год. Выбросы в атмосферу только от ремонтных предприятий железных дорог в виде пыли, оседающей на почву (в основном это оксиды металлов), составляет свыше 380 тыс. тонн в год. Тормозные колодки поездов, истираясь, также вносят в почвы вблизи железных дорог еще 200 тыс. тонн металлов в год. Таким образом, происходит неуклонное увеличение масштабов загрязнения почвы тяжелыми металлами. При этом наиболее опасно накопление в почве металлов с выраженным токсическим характером — ртути, свинца, кадмия.
Пагубное воздействие содержащихся в промышленных газовых выбросах тяжелых металлов может значительно усиливаться за счет влияния других вредных компонентов выбросов. Весьма опасными в этом отношении являются дымовые выбросы алюминиевых, керамических и некоторых других предприятий, содержащие значительные количества фторидов водорода и кремния, а также некоторых других соединений фтора.
Поступающие из атмосферы металлы в той или иной степени фиксируются почвой. Процесс фиксации включает адсорбцию, осаждение, коагуляцию, межпакетное поглощение глинистыми минералами. Поступающие в почвы соединения тяжелых металлов разрушаются почвенными органическими кислотами либо сорбируются компонентами ППК, либо — в зависимости от почвенных условий — осаждаются в виде нерастворимых солей. Но перед этим они проходят фазу раствора и в данном состоянии наиболее подвижны.
Основную роль в закреплении металлов в почве играют органическое вещество, глинистые минералы и гидрооксиды железа и марганца. Вначале металлы сорбируются в основном не специфически. Со временем происходит упрочение связи тяжелых металлов с почвенным поглощающим комплексом (ППК), что выражается в уменьшении содержания водорастворимых и непрочно связанных форм; в природных условиях этому способствует частая смена режимов увлажнения и высушивания почвы. В процессе сорбции тяжелых металлов почвой они иммобилизуются и переводятся в нетоксичные формы, некоторые входят в кристаллическую решетку алюмосиликатов. Например, техногенные свинец и медь трансформируются в почве в менее подвижные, a Zn и Cd — в более подвижные соединения.
При взаимодействии тяжелых металлов с глинистыми минералами возникают обменные и необменные формы. Техногенный цинк проявляет наибольшее, чем медь, свинец и кадмий, сродство к минеральным компонентам ППК. В связи с этим илистая фракция почв обогащена цинком и обеднена медью и свинцом по сравнению со всей почвенной массой.
В нижних почвенных горизонтах основная роль в закреплении тяжелых металлов принадлежит оксидам и гидроксидам Fe, Mn и А1. Наиболее прочно закрепляются и активно сорбируются медь, цинк, свинец. В почвах, богатых железом, многие тяжелые металлы становятся малоподвижными из-за процессов окклюзии.
Ртуть, свинец, кадмий и некоторые другие тяжелые металлы хорошо сорбируются в верхних слоях (толщиной несколько сантиметров) перегнойно-аккумулятивного (гумусового) горизонта различных типов почв суглинистого состава. Миграция их по профилю и вынос за пределы почвенного профиля незначительны. Однако в почвах легкого состава, кислых и обедненных гумусом, процессы миграции этих элементов усиливаются. Цинк и медь менее токсичны, но более подвижны, чем свинец и кадмий.
Поведение тяжелых металлов в почве зависит от ее окислительно-восстановительных условий и кислотности. Миграционная способность Сu, Ni, Со, Zn в восстановительной среде снижается на 1-2 порядка по сравнению с окислительной. В кислой среде большинство металлов более подвижно. Наиболее неблагополучные условия в этой связи складываются в подзолистых и дерново-подзолистых почвах, имеющих неблагоприятные физические и химические свойства из-за повышенной кислотности и содержания в ППК ионов алюминия. Указанные условия способствуют переходу металлов в биологические ткани, повышенной миграции тяжелых элементов, ухудшению жизнедеятельности нитрифицирующих и азотфиксирующих бактерий, часто вызывают снижение плодородия почв.
В летний период миграция тяжелых металлов в поверхностные воды связана с процессами эрозии и деятельностью почвенно-грунтовых вод. Даже в гумидных условиях почва является эффективным фильтром на пути атмотехногенного потока тяжелых металлов в природные воды. Минимальная интенсивность водной миграции тяжелых металлов отмечается в степных и лесостепных регионах. Если атмосферная влага, просачивающаяся за пределы почвенной толщи, не достигает грунтовых вод, техногенные вещества накапливаются ниже корнеобитаемого горизонта и исключаются из биокруговорота и дальнейшей водной миграции; происходит их естественное захоронение.
В процессе водной эрозии, например, при осадках ливневого характера, из почвы вымываются в основном илистая фракция и органика — наиболее обогащенные тяжелыми металлами почвенные компоненты, что является одной из причин более низкого содержания тяжелых металлов в почвах сельхозугодий по сравнению с нераспаханными почвами в условиях атмотехногенного загрязнения. В городских почвах накопление загрязняющих веществ происходит в большинстве случаев двадцатисантиметровом слое.
Глобальные, зональные и региональные оценки фона тяжелых металлов и металлоидов в почвах, мг/кг (Сает Ю.Е. и др., 1990)
Источник
Исследовательская работа «Исследование почвы на содержание ионов тяжелых металлов»
Онлайн-конференция
«Современная профориентация педагогов
и родителей, перспективы рынка труда
и особенности личности подростка»
Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику
Описание презентации по отдельным слайдам:
Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Сизовская средняя школа» Сакского района Республики Крым Исследовательская работа «Исследование почвы на содержание тяжелых металлов» Выполнил: Ислямов Эридан Ученик 9 класса Руководитель: Покляцкая Елена Геннадьевна Учитель химии и биологии
Актуальность темы: Состояние окружающей природной среды является важнейшим фактором, определяющим жизнедеятельность человека и общества. Высокие концентрации многих химических элементов и соединений, обусловленные техногенными процессами, обнаружены в настоящее время во всех природных средах: атмосфере, воде, почве, растениях. Почва — особое природное образование, обладающее рядом свойств, присущих живой и неживой природе. Поступающие в почву химические соединения накапливаются и приводят к постепенному изменению химических и физических свойств почвы, снижают численность живых организмов, ухудшают ее плодородие. Интенсивное развитие промышленности, энергетики, транспорта, а также интенсификация сельскохозяйственного производства способствуют возрастанию антропогенной нагрузки на аграрные экосистемы и прежде всего, на почвенный покров. Тяжелые металлы, попадающие в биосферу главным образом в результате промышленных и транспортных выбросов, являются одним из самых опасных ее загрязнителей. Поэтому изучение их поведения в почвах и защитных возможностей почв является важной экологической проблемой. Тяжелые металлы накапливаются в почве и способствуют постепенному изменению ее химического состава, нарушению жизнедеятельности растений и живых организмов. Из почвы тяжелые металлы могут попасть в организм людей и животных и вызывать нежелательные последствия. В организме человека тяжелые металлы участвуют в жизненно важных биохимических процессах. Превышение допустимых концентраций приводит к серьезным заболеваниям.
Цель исследования: исследовать почву из пришкольного участка и почву возле автомобильной трассы на наличие в ней ионов тяжелых металлов: свинца и меди. Задачи исследования: Изучить особенность влияния солей тяжелых металлов на здоровье человека. Выявить химические методы определения ионов тяжелых металлов в почвах. Методы исследования: анализ литературы, проведение качественных реакций на ионы тяжелых металлов, приготовление и исследование почвенных вытяжек.
Влияние тяжелых металлов на организм человека Тяжелые металлы опасны тем, что обладают способностью накапливаться в организме, включаясь в обменные процессы, образовывать высокотоксичные металлорганические соединения, которые не подвергаются биологическому разложению. Даже в ничтожных концентрациях тяжелые металлы ядовиты, свое токсическое действие они проявляют в виде ионов (в подвижной форме). Эти вещества вызывают токсикоз, аллергию, онкологические заболевания, оказывают мутагенное действие. Всего выделяют более 40 тяжелых металлов и неметаллов.
Опасный характер носит загрязнение почв свинцом. Соединения свинца используются в качестве добавок к бензину, поэтому автотранспорт является серьезным источником свинцового загрязнения. Особенно много свинца в почвах вдоль крупных автострад. Свинец, накапливаясь в организме человека, способен послужить катализатором развития рака. Сам он онкологию не вызывает, зато во много раз усиливает действие канцерогенных соединений. Также накопление свинца в организме крайне негативно влияют на детскую нервную систему: ребёнок становится агрессивным, неуправляемым, быстро утомляется и отстаёт в интеллектуальном развитии.
Медь, как и любое вещество, может нанести значительный вред при легкомысленном отношении к элементарной технике безопасности при работе с данным металлом. Медь — это сильный яд. Растворы солей меди, которые образуются при обработке меди, да и вообще любые растворимые соединения меди обладают токсическим действием. Острое отравление случается при попадании в организм медной пыли или окиси меди, которые образуются при обработке медных поверхностей вручную или с помощью шлифовальной машинки, когда используется наждак или разнообразные шлифовальные насадки. Медь и ее соединения оказывают раздражающее действие на слизистые дыхательных путей и желудочно-кишечного тракта.
Качественные реакции на ионы тяжелых металлов Медь образует с раствором аммиака комплексное соединение – сульфат тетраамминмеди (II) василькового цвета: CuSO4 + 4NH3 * H2O = [Cu(NH3)4]SO4 + 4H2O – Васильковый раствор Медь можно определить реакцией с желтой кровяной солью – гексациано ферратом(II)калия. В реакции образуется осадок темно-терракотового цвета гексацианоферрата (II) меди: 2CuSO4 + K4[Fe(CN)6] = 2K2SO4 + Cu2[Fe(CN)6] ↓ – Темно-теракотовый осадок. Ионы свинца дают характерное желтое окрашивание – осадок хромата свинца с хроматом калия: Pb(NO3)2 + K2CrO4 = PbCrO4 ↓+2KNO3 – Желтый осадок
Приготовление почвенных вытяжек. Для нашего исследования мы отобрали 2 пробы из разных мест. 1 – почва на пришкольном участке, 2 –почва возле автомобильной трассы. Оборудование: воронка стеклянная, палочка стеклянная, стакан на 50 мл, фильтр бумажный, цилиндр мерный на 50 мл, весы электронные, стакан на 200 мл, штатив с кольцом. Реактивы: дистиллированная вода, образцы почв.
Ход работы: Образцы почв предварительно подготовили; отобрали инородные включения, камни и т.п. Высушили отобранные образцы почв на воздухе. Взвесили пустой чистый стакан на 200 мл. В стакан поместили высушенную почву на 1/3 высоты и снова взвесили его, определив массу почвы (m) в граммах. Добавили к почве воды в количестве 5 мл раствора на 1 г почвы, приготовили тем самым солевую вытяжку. Объем воды отмерили с помощью цилиндра. Перемешали содержимое стакана в течение 3-5 мин. с помощью стеклянной палочки. Отфильтровали содержимое стакана через бумажный фильтр, собирая готовую вытяжку в стакан на 50 мл. Вытяжка стала однородной и не содержала частиц почвы. Водную вытяжку использовали для определения содержания тяжелых металлов.
Химический анализ почвенных вытяжек на содержание свинца и меди. Обнаружение ионов свинца Обнаружение происходит на основании качественной цветной реакции: хромат и дихромат ионы дают с ионами свинца малорастворимый хромат свинца желтого цвета: Pb(NO3)2 + K2CrO4 = PbCrO4 + 2KNO3 Упарив водную почвенную вытяжку в объеме 40 мл до объема 1 мл. К полученной пробе прилили 1 мл раствора азотной кислоты (1:2). Нагрели на водяной бане 10 минут, отфильтровали и выпарили в фарфоровой чашке. К сухому остатку прилили 1 мл 0,5% раствора дихромата калия и 4 мл дистиллированной воды. Раствор перемешали и отфильтровали в пробирку. Появление желтого осадка на фильтре указывает на наличие ионов свинца в почве. Обнаружены ионы свинца в почве, отобранной возле автомобильной трассы, в почве из пришкольного участка нет.
Источник
Анализ загрязнения почв тяжелыми металлами
Органические отбросы, биогенные вещества наносят вред городским и природным экосистемам тогда, когда перегружают их. Загрязненная ими экосистема может при благоприятных условиях очиститься сама. Однако есть загрязнители, которые абсолютно чужды экосистемам, поэтому их вред более существен. Среди таких веществ особое место занимают тяжелые металлы.[1]
В результате деятельности человека уже на протяжении многих десятков и сотен лет происходит поступление тяжелых металлов в биосферу, что привело к значительному увеличению содержания этих элементов в окружающей среде. Загрязнение водоемов, почвы и продуктов питания тяжелыми металлами представляет серьезную угрозу для здоровья людей. [6]
В последние десятилетия в связи с быстрым развитием промышленности и автомобильного транспорта во всем мире усиливается загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами, в частности свинцом и кадмием. Повышенные содержания этих элементов обнаруживаются в атмосферных аэрозолях, почвах, поверхностных и грунтовых водах, а также растениях. [8]
Люберецкий район один из районов ближнего Подмосковья с наиболее сложной экологической обстановкой [3]. Поэтому любые экологические исследования в Люберецком районе, способствующие снижению возможного экологического риска, актуальны. Школьники должны научиться оценивать состояние собственного здоровья и соотносить полученные результаты с абиотическими условиями и образом жизни, вносить коррективы в свой образ жизни с учетом полученных результатов [4].
Гипотеза: воздух в городе загрязняется тяжелыми металлами, которые накапливаются в почвах и листьях деревьев, произрастающих в городе Люберцы. Изучив содержание тяжелых металлов в почве можно выявить степень загрязнения атмосферного воздуха тяжелыми металлами.
Цель: определить степень загрязнения городских почв тяжелыми металлами, выявить влияние автомагистралей на чистоту воздушной среды города; дать рекомендации на основе полученных данных.
По литературным данным выявить влияние тяжелых металлов на окружающую среду и здоровье человека
Собрать пробы почвы, в начале лета (июнь) и в начале осени (сентябрь)
Подготовить образцы и провести химический анализ по определению тяжелых металлов .
Провести сравнительный анализ полученных результатов с ПДК.
Оценить экологический риск воздействия экологических факторов на растения и на человека.
Провести биоиндикацию образцов почвы.
Разработать рекомендации по снижению экологического риска воздействия факторов неблагоприятной окружающей среды на человека
1.1. Тяжелые металлы – загрязнители природной среды
В последнее время в связи с бурным развитием промышленности наблюдается значительное возрастание уровня тяжелых металлов в окружающей среде. Термин «тяжелые металлы» применяется к металлам либо с плотностью, превышающей 5 г/см 3 , либо с атомным номером больше 20. Среди химических элементов тяжелые металлы наиболее токсичны и уступают по уровню своей опасности только пестицидам. При этом к токсичным относятся следующие химические элементы: Co, Ni, Cu, Zn, Sn, As, Se, Te, Rb, Ag, Cd, Au, Hg, Pb, Sb, Bi, Pt.[12]
Тяжелые металлы опасны тем, что они обладают способностью накапливаться в живых организмах, включаться в метаболический цикл, образовывать высокотоксичные металлорганические соединения, изменять формы нахождения при переходе от одной природной среды в другую, не подвергаясь биологическому разложению. Тяжелые металлы вызывают у человека серьезные физиологические нарушения, токсикоз, аллергию, онкологические заболевания, отрицательно влияют на зародыш и генетическую наследственность. [12]
Свинец, его влияние на окружающую среду и здоровье человека
Токсикология свинца тщательно изучена, так как его содержание в окружающей среде в настоящее время быстро растет в результате деятельности человека. Тетраэтилсвинец и тетраметилсвинец — это ядовитые жидкие вещества, которые и сейчас добавляют как антидетонирующие присадки к бензинам. Поэтому выхлопы автомобилей — наиболее серьезный источник загрязнения окружающей среды свинцом.
Вдоль автотрасс свинец абсорбируют растения (из воздуха, а не из почвы!), этот же процесс происходит при загрязнении поверхностных слоев вод. В воду свинец может попасть из загрязненных им (свинцом) почв.[1]
Пыль, содержащая соединения свинца, оседает на растения и вызывает у них замедление процессов фотосинтеза. Ионы свинца вызывают потерю клетками растений тургора, в результате чего листья становятся дряблыми. Загрязнение свинцом объектов окружающей среды приводит к существенному снижению качества сельскохозяйственной продукции.[6]
Соединения свинца попадают в организм человека через желудочно-кишечный тракт или легкие, далее он попадает в кровь и разносится ею по всему телу, накапливаясь в костях, мышцах, печени, почках, сердце, лимфатических узлах. [7]
Неорганические соединения свинца ( Pb +2 ) нарушают обмен веществ и являются ингибиторами ферментов, вызывая у детей умственную отсталость, заболевания мозга, нарушение координации движений, ухудшение слуха и памяти.
Медь, ее влияние на окружающую среду и здоровье человека
Медь является необходимым кофактором для нескольких важнейших ферментов, катализирующих разнообразные окислительно-восстановительные реакции, без которых нормальная жизнедеятельность невозможна. Медь входит в качестве необходимого элемента в состав белков. Хронический избыток меди в тканях при соответствующих заболеваниях вызывают токсикоз: ведет к остановке роста, гемолизу, снижению содержания гемоглобина, к деградации тканей печени, почек, мозга. [2] [5]
Источники поступления меди в экосистемы — это результат использования медьсодержащих веществ: удобрений (минеральных и органических), растворов для опрыскивания, сельскохозяйственных и коммунальных отходов, а также поступления из индустриальных источников, транспорта. [6,10]
Микробиологическая фиксация Cu — важный этап в ее экологическом круговороте. Хотя медь — один из наименее подвижных тяжелых металлов в почве, ее содержание в почвенных растворах достаточно велико во всех типах почв. В тканях корней растений Cu почти целиком присутствует в комплексных формах. Несмотря на общую толерантность растительных видов и генотипов к меди, этот элемент все же рассматривается как сильно токсичный.
У ряда видов, произрастающих в широком диапазоне природных условий, концентрации меди в побегах редко превышают 20 мг/кг сухой массы, поэтому такая величина часто рассматривается как граница, отделяющая область избыточных содержаний. [9]
Кадмий, его влияние на окружающую среду и здоровье человека
Загрязнениепочв кадмием рассматривается как наиболее серьезная опасность для здоровья. В антропогенных условиях содержание кадмия в поверхностном слое почв обычно возрастает. Считается, что Cd не входит в число необходимых для растения элементов, однако он эффективно поглощается как корневой системой, так и листьями. Растворимые формы Cd в почве всегда легкодоступны растениям. Заметная доля Cd поглощается корнями пассивно, но поглощается он также и метаболическим путем. [9]
Видимые симптомы, вызванные повышенным содержанием Cd в растениях, — это задержка роста, повреждение корневой системы, хлороз листьев, красно-бурая окраска их краев или прожилков. Толерантность и адаптация некоторых растительных видов к повышенным содержаниям Cd, хотя они и важны с точки зрения сохранности окружающей среды, представляют угрозу для здоровья человека. [9] Кадмий попадает в окружающую среду вследствие курения (дым сигарет), выбросов промышленных предприятий, выбросы с заводов цветной металлургии, удобрения, сжигание угля. [12]
Установлены ПДК веществ для охраны от загрязнения: шкала экологического нормирования тяжелых металлов предложена с учетом генетического типа почвы. Главное значение имеет не количество тяжелых металлов, а их формы соединений в почве, зависящие от pH почвы (таблица 1)[1]
ПДК тяжелых металлов в почве [11]
ПДК подвижной формы (мг/кг почвы)
ПДК валовое (мг/кг почвы)
1.2. Экспресс – методы оценки токсичности почвенной среды с помощью биотестов
Что такое биоиндикация. Методы биоиндикации
Большой вклад в развитие биоиндикации внес русский ученый почвовед В.В.Докучаев.
По современным представлениям биоиндикаторы — организмы, присутствие, количество или особенности, развития которых служат показателями естественных процессов, условий или антропогенных изменений среды обитания. Биоиндикация — метод, который позволяет судить о состоянии окружающей среды по факту встречи, отсутствия, особенностям развития организмов — биоиндикаторов. Термин «биоиндикация» чаще используется в европейской научной литературе, а в американской его обычно заменяют аналогичным по смыслу названием «экотоксикология». [13,14]
Условия, определяемые с помощью биоиндикаторов, называются объектами биоиндикации. Ими могут быть как определенные типы природных объектов (почва, вода, воздух), так и различные свойства этих объектов (механический, химический состав и др.), и определенные процессы, протекающие в окружающей среде (эрозия, заболачивание и т.п.), в том числе происходящие под влиянием человека.
Достоинство биологической индикации в том, что организмы могут характеризовать не только состояние среды в данный момент, но и её изменения за длительное время. Если предприятие выбрасывает в атмосферу и воду сразу десятки загрязнителей, оценить их влияние на природу порознь часто невозможно. По реакции организмов на загрязнение можно оценить вредоносность всего «комплекта».
Какой бы современной ни была аппаратура для контроля загрязнения и определения вредных примесей в окружающей среде, она не может сравниться со сложно устроенным «живым прибором». Правда, у живых приборов есть серьёзный недостаток – они не могут установить концентрацию какого-либо вещества в многокомпонентной смеси, реагируя сразу на весь комплекс веществ. В то же время физические и химические методы дают количественные и качественные характеристики фактора, но позволяют лишь косвенно судить о его биологическом действии. С помощью биоиндикаторов можно получить информацию о биологических последствиях и сделать только косвенные выводы об особенностях самого фактора.
Конечно, биоиндикация не заменяет детальных анализов. Разные загрязнители часто действуют одинаково, они могут усиливать действие друг друга. Тем не менее, во многих случаях оценивать действие экологических факторов методами биоиндикации очень полезно. Для такой оценки не нужны дорогостоящие приборы, возможно осуществление оперативного наблюдения (мониторинга) за состоянием условий среды и в особенности за режимом загрязнения атмосферы, воды и почвы. Именно потому, что биоиндикационный метод прост в применении.
Существуют различные виды биоиндикации. Если одна и та же реакция вызывается различными факторами, то говорят о неспецифической биоиндикации. Если же те или иные происходящие изменения можно связать только с одним фактором, то речь идет о специфической биоиндикации. Например, лишайники и хвойные деревья могут характеризовать чистоту воздуха и наличие промышленных загрязнений в местах их произрастания. Видовой состав животных и низших растений, обитающих в почвах, является специфическим для различных почвенных комплексов, поэтому изменения этих группировок и численности видов в них могут свидетельствовать о загрязнении почв химическими веществами или изменении структуры почв под влиянием хозяйственной деятельности.
Методы биоиндикации подразделяются на два вида: регистрирующая биоиндикация и биоиндикация по аккумуляции. Регистрирующая биоиндикация позволяет судить о воздействии факторов среды по состоянию особей вида или популяции, а биоиндикация по аккумуляции использует свойство растений и животных накапливать те или иные химические вещества (например, содержание свинца в печени рыб, находящихся на конце пищевой цепочки, может достигать 100-300 ПДК). В соответствии с этими методами различают регистрирующие и накапливающие индикаторы.
Мониторинг с применением накапливающих биоиндикаторов зачастую требует применения сложных и дорогостоящих приборов, оборудования, трудоемких методик, что под силу только специальным лабораториям. Но в основном методы биоиндикации не требуют значительных затрат труда, сложного и дорогостоящего оборудования, а поэтому могут широко использоваться в школе. [13]
2. Экспериментальная часть.
2.1. Место и время проведения эксперимента.
Для выявления содержания тяжелых металлов были взяты образцы почв в разных частях города Люберцы. Образцы были взяты вдоль автодорог на ул. Урицкого, Наташинского парка, а также на пришкольной территории. Чтобы выявить накопление тяжелых металлов образцы были взяты летом (июнь) и осенью (сентябрь). Химический анализ образцов был проведен в лаборатории общей химии МГОУ под руководством Дмитрия Борисовича Петренко и аспиранта Вероники Юрьевны Дмитриевой. Исследование проводилось при помощи полярографа «Экотест-ВА» с трехэлектродной ячейкой.
Биоиндикация почвы была с помощью семян кресс-салата.
2.2. Описание использованных методик.
2.2.1 Методики определения тяжелых металлов в почве .
Высокая токсичность и низкие значения ПДК свинца и кадмия обусловливают необходимость применения для их определения в объектах окружающей среды чувствительных аналитических методов, среди которых наибольшее применение нашли атомно-абсорбционная спектрометрия, атомно-эмиссионная спектрометрия с индуктивно связанной плазмой, масс-спектрометрия с индуктивно связанной плазмой и ряд других спектральных методов.
В последние 10-15 лет существенную конкуренцию указанным методам составил метод инверсионной вольтамперометрии. Метод инверсионной вольтамперометрии в сочетании с простыми и надежными методиками химической подготовки проб является весьма перспективным для определения свинца и кадмия, аккумулированных растениями, в целях оценки техногенного воздействия на окружающую среду. [8]Поэтому в наших исследованиях использовался метод вольтамерометрии.
2.2.2. Метод определения всхожести семян кресс-салата как показатель загрязнения почвы.
Цель биотестирования – выявление степени и характера токсичности тестируемой среды. Кресс- салат является индикатором загрязнения почв тяжелыми металлами. Этот фитоиндикатор обладает быстрым прорастанием семян и почти 100%-ной всхожестью при отсутствии загрязнения. Кроме того, побеги и корни кресс- салата под воздействием тяжелых металлов подвергаются заметным морфологическим изменениям. Они выражаются в задержке роста, искривленности побегов, а также в уменьшении длины и массы корней, числа и массы семян.
По результатам опыта почве присваивается один из 4 уровней загрязнения.
Загрязнение отсутствует. Всхожесть семян достигает 90-100%, всходы дружные, проростки крепкие, ровные. Эти признаки характерны для контроля, с которым следует сравнивать опытные образцы.
Слабое загрязнение. Всхожесть 60-90%. Проростки почти нормальной длины, крепкие, ровные.
Среднее загрязнение. Всхожесть 20-60%. Проростки по сравнению с контролем короче и тоньше. Некоторые проростки имеют уродства.
Сильное загрязнение. Всхожесть семян очень слабая (20%). Проростки мелкие и уродливые.
2.3. Обсуждение полученных результатов
Результаты, полученные в ходе химического анализа, представлены в таблицах №2. В большинстве образцов почвы были обнаружен свинец и медь. Другие тяжелые металлы, в частности кадмий и цинк не обнаружены. Наличие свинца и меди в образцах свидетельствуют о содержании их в окружающей среде.
2.3.1. Содержание свинца и меди в исследуемых образцах почвы.
Данные представлены в таблице №2. Таблица 2.
Содержание тяжелых металлов в почве (мг/кг)
Источник