Исследовательская работа "Изучение влияния загрязнения почв на их протеазную активность"

Министерство образования, науки и молодёжи Республики Крым

 

Муниципальное казённое учреждение управления образования администрации Сакского района Республики Крым

 

Муниципальное бюджетное образовательное учреждение «Уютненская средняя школа-гимназия» Сакского района Республики Крым

 

 

 

 

 

 

 

Изучение влияния загрязнения почв с. Уютное

на их протеазную  активность

 

 

 

Работу выполнила:

Доброта  Арина,

ученица 6 класса

МБОУ «Уютненская

средняя школа-гимназия»

Сакского района Республики Крым

 

Руководитель работы:

Воеводина Ирина Владимировна,

учитель начальных классов

МБОУ «Уютненская

средняя школа-гимназия»

Сакского района Республики Крым

 

 

Уютное - 2020

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

Обоснование выбора темы .............................................................................................3

Что такое почва? .............................................................................................................4

Обитатели почвы.............................................................................................................5

Загрязнение почв ............................................................................................................6

Материалы и методы исследования ..............................................................................7

Результаты исследований ..............................................................................................9

Выводы ..........................................................................................................................11

Список использованных источников...........................................................................12

Приложения ...................................................................................................................13

 

 

ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ТЕМЫ

 

Почва – одна из главных составляющих природной среды, которая благодаря таким свойствам, как плодородие и способность самоочищаться обеспечивает человеку питание, работу, здоровую среду обитания. Нарушение этих процессов, вызванное загрязнением, может оказать неблагоприятное влияние на здоровье людей и животных.

Плодородие почвы во многом зависит от микроорганизмов, которые способны расщеплять органические вещества до неорганических с помощью особых веществ - ферментов протеаз. Чем больше в почве таких микроорганизмов, тем быстрее растения будут получать необходимые питательные вещества.

Загрязнение почвы приводит к гибели микроорганизмов и кардинальным изменениям ее свойств. В этом случае наблюдается ухудшение качества продуктов питания, воды, атмосферного воздуха, распространение заболеваний. Понимание почвы как одного из главных компонентов окружающей среды, от которого зависят условия жизни и здоровья населения, требует большого внимания к ее охране.

Цель работы: изучить влияние загрязнения почв с. Уютное на их протеазную активность.

Нами были поставлены следующие задачи:

1. Заложить три пробных площадки и отобрать пробы почвы.

2. Определить загрязненность почв с помощью растения-биоиндикатора.

3. Изучить протеазную активность почв исследуемых территорий аппликационным методом.

В современной ситуации контроль за состоянием почв должен осуществляться постоянно. В этом состоит актуальность данной работы.

 

 

ЧТО ТАКОЕ ПОЧВА?

 

 

Как известно, почва - это верхний рыхлый плодородный слои земли, где растут растения, обитают животные и другие организмы. Ее толщина неодинакова - от нескольких сантиметров до двух метров.[2]

Первое научное определение почвы дал основоположник почвоведения               В. Докучаев: «Почвой следует называть «дневные», или наружные, горизонты горных пород, естественно измененные совместным воздействием воды, воздуха и различного рода организмов, живых и мертвых».[3]

Составными частями почвы являются песок, глина, вода и растворенные в ней неорганические вещества; органические вещества - так называемый перегной, или гумус, который придает почве темную окраску; воздух. Жидкая часть почвы - вода с растворенными в ней органическими и минеральными соединениями. Воды в почве содержится от долей процента до 40-60%. Жидкая часть участвует в снабжении растений водой и растворенными элементами питания. [2]

В разных почвах содержится разное количество неорганических и органических веществ. Поэтому почвы подразделяются на черноземы, песчаные, глинистые, подзолистые, серые лесные, каштановые, солончаковые и другие.

Большое влияние на почву оказывает человек, превращая ее в сельскохозяйственные угодья. Часто влияние человека оказывается губительным для почвы. Это происходит, если человек обрабатывает землю неправильно. Человек может губить почву, загрязняя ее химикатами. Губит ее присутствие автодорог, с которых на почву оседают вредные вещества. [4]

 

Обитатели почвы

 

 

Почву можно назвать большой экосистемой. В одном кубическом метре почвы живет несколько миллионов различных микроорганизмов. Микроорганизмы, живущие в почве, делают для нее очень полезную работу. Они перерабатывают перегнившие остатки растительности и животных. [4]

Живут в почве насекомые, черви и другие животные. Все они тоже полезны для почвы. Их помощь микроорганизмам в переработке перегноя неоспорима. Жизнедеятельность всех этих организмов очень важна для почвы. В почве можно встретить следующих животных: кротов, сурков, мышей, сусликов, крыс и других. Они предотвращают эрозию почвы (разрушение). Они обитают в основном в верхнем слое почвы, около корней растений, где добывают себе пищу.

Все виды жизни, населяющие почву, для своего существования используют различные газы: кислород, азот, углекислый газ. Очевидным является, что в почве постоянно происходит газообмен. Сквозь почву проходят тончайшие трещинки – капилляры. С их помощью в почву попадает, а затем испаряется влага, питая живущие в ней растения. [4]

 

Загрязнение почв

 

Различные почвенные загрязнения, большинство из которых антропогенного характера, можно разделить по источнику поступления этих загрязнений в почву:

1) C атмосферными осадками. Многие химические соединения, попадающие в атмосферу в результате работы предприятий, затем растворяются в капельках атмосферной влаги и осадками попадают в почву.

2) Осаждающиеся в виде пыли и аэрозолей. Твердые и жидкие соединения при сухой погоде обычно оседают непосредственно в виде пыли и аэрозолей. Такие загрязнения можно наблюдать визуально, например, вокруг котельных зимой снег чернеет, покрываясь частицами сажи. Автомобили, особенно в городах и около дорого, вносят значительную лепту в пополнение почвенных загрязнений.

3) С опавшими листьями. Различные вредные соединения, в любом агрегатном состоянии, поглощаются листьями через устьица или оседают на поверхности. Затем, когда листья опадают, все эти соединения поступают опять-таки в почву.

Загрязнения почвы трудно классифицируются, в разных источниках их деление дается по-разному. Если обобщить и выделить главное, то наблюдается следующая картина по загрязнению почвы:

ü мусором;

ü тяжелыми металлами;

ü пестицидами;

ü микотоксинами.

Загрязнение почв выбросами автотранспорта, пестицидами, вытаптывание и мусор, оставленный человеком негативно сказываются на состоянии почвенного покрова. [3]

 

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

 

Оборудование и материалы: пробы почв, пластиковые контейнеры, рентгеновская пленка,  линейка, ножницы, пинцет, отстоянная водопроводная вода.

Образец №1 - проба почвы с территории земель ЛКХ, с. Уютное;

Образец №2 - проба почвы с поля фермерского хозяйства Хайбулла Э.Х., расположенного рядом с автодорогой Евпатория - Уютное;

Образец №3 - проба почвы с поля фермерского хозяйства Шубина А.Н., расположенного рядом с автодорогой Уютное - Молочное;

Образец №4- контрольный образец, универсальная почва для садовых растений. (Приложение 1, рис. 1-5)

1. Изучение загрязненности проб почвы с помощью растения-биоиндикатора.

Ход работы:

1. В емкости помещаются образцы почвы.

2. В каждую емкость высевается 100 семян кресс-салата.

3. Измерения проростков производятся через каждые 2 дня.

В зависимости от всхожести семян образцам 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 нормальной длины, крепкие, ровные.

3) Среднее загрязнение. Всхожесть 20-60%. Проростки по сравнению с контролем короче и тоньше. Некоторые имеют деформации.

4) Сильное загрязнение. Всхожесть очень слабая (меньше 20%). Проростки мелкие и слабые. [1]

 

2. Изучение протеазной активности почв исследуемых территорий аппликационным методом.

Ход работы:

1. Отбор почвенных проб с опытных участков. С каждой опытной площадки размером 10х10 м отобрать по 3 смешанные пробы с глубины 10 см.

2. Образцы почвы, взятые накануне, но не более чем за сутки до начала опыта, поместить в пластиковые контейнеры и залить дистиллированной водой. Выдержать в течение 1 часа для заполнения водой всех пор субстрата.

3. Рентгеновскую пленку нарезать на полоски размером 2х3 см. Полоски пленки наколоть иголкой так, чтобы по расположению отверстий в будущем можно было бы точно идентифицировать каждую из них. Затем с помощью металлической линейки или ножа полоски пленки полностью погрузили в образец узкой стороной вниз по две штуки в каждую емкость.

4. Оставить пленку в емкости с субстратом на 72 часа при  температуре 20-23°С.

5. По окончании экспонирования пленку осторожно вынуть из почвы пинцетом и промыть в посуде с холодной водой, стараясь не повредить слой желатина. Для высушивания пленку положить на фильтровальную бумагу желатиновым слоем вверх.

О протеазной активности в образце почвы судят визуально по степени разрушения желатинового слоя пленки, извлеченной из субстрата. При рассмотрении пленки на свет полностью разрушенные участки слоя прозрачны, частично разрушенные имеют матовый оттенок, который тем светлее, чем больше толщина разрушенного слоя.

В почвах с высокой активностью протеаз значительное разрушение желатинового слоя наблюдается на большей части поверхности пленки. При малой протеазной активности пораженные участки видны и виде точек и разрозненных матовых пятен малого диаметра. [1]

 

Результаты исследования

 

Для исследования почв с. Уютное было заложено 3 пробных площадки размером 10х10 м, на которых отбирались по 3 смешанные пробы с глубины 10 см. В качестве контроля использовали универсальную почву для садовых растений.

Биотестирование почв проводили методом постановки опыта с проростками. В качестве тест-объекта использовались семена кресс-салата. (Приложение 2, рис. 1-3)

Наибольшее количество семян проросло в контрольном образце - 97%. Всходы дружные, проростки крепкие, ровные.

В образце № 3 семена проросли на третий день,  проростки нормальной длины, крепкие, ровные. Всхожесть - 83%. Присутствует слабое загрязнение. Почвы данной территории используются фермерским хозяйством и находятся удаленно от автодороги.

Семена, высеянные на образцы почвы собранной на землях ЛХК (образец №1), тоже взошли на третий день, но процент проросших семян ниже – 52%. Почвы данной территории не распахиваются уже многие годы. Рядом с данной территорией находятся многоэтажные дома, наблюдается поверхностное загрязнение бытовым мусором.

Средний уровень загрязнения имеет почва с площадки № 2. Это проявляется в малом количестве проросших семян (32%), затягивании периода между посевом и всходами растений. В пробе почвы с данной площадки прорастание семян зафиксировано на 2 суток позже, чем в контрольном образце. До конца наблюдений прослеживалось отставание в росте и развитии растений. Это объясняется близостью автотрассы к пробной площадке и использованием фермерским хозяйством большого количества удобрений. Результаты эксперимента с проростками отражены в диаграмме 1. (Приложение 3, рис. 1-8)

 

 

Диаграмма 1

Процентное соотношение количества проросших семян в исследуемых образцах

Для определения протеазной активности применяют аппликационный метод, разработанный Е.Н. Мишустиным и И.С. Востровым. В качестве индикатора протеазной активности в этом методе используется рентгеновская пленка, покрытие которой разрушается микроорганизмами. Основу покрытия составляет желатин – белок коллаген. Этот белок содержится в хрящах, сухожилиях, связках, костях животных. Желатин - отличный продукт питания для микроорганизмов, разрушающих белки с помощью фермента протеазы. (Приложение 4, рис. 1-3)

Самую высокую протеазную активность наблюдали в образцах № 3 и 4. Желатиновый слой на пленке, извлеченной из образцов № 3 и 4, прозрачен, много пятен матового оттенка. Это говорит о высокой протеазной активности. При правильной сельскохозяйственной обработке с данных территорий можно получить высокий урожай.

На пленке из почв образцов №1 и 2 пораженные участки видны и виде точек и небольших матовых пятен малого диаметра. Это позволяет говорить о  малой протеазной активности данных почв. (Приложение 5, рис. 1-2)

 

 

ВЫВОДЫ:

 

1. Чрезмерное употребление удобрений, загрязнение выбросами автотранспорта, вытаптывание и мусор, оставленный человеком негативно сказываются на состоянии почвы.

2. Эксперимент с использованием тест-объекта показал, что пробы почвы, взятые на площадке №3 имеют среднее загрязнение, а почвы, взятые на площадках 1 и 2 – слабое загрязнение.

3. Необходимо более целенаправленное изучение происходящих процессов в регионе в целом с тем, чтобы выработать единую действенную программу по сохранению почв нашего региона.

 

 

 

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

 

 

1.     Алексеев С.В., Груздева Н.В., Гущина Э.В. Экологический практикум школьника: Учебное пособие для учащихся. – Самара: «Федоров», 2005.

2.     Владыческий А.С. Почва, ее место и роль в биосфере Земли. // Биология в школе.-№1., 2002 г.

3.    Википедия [Электронный ресурс]. URL:http://wikipedia.ru/

4.     Камерилова Г.С. Изучаем экологию города. – Н.Новгород: Изд-во Волго-Вятской академии государственной службы, 1996.

 

 

Скачано с www.znanio.ru