Научно-исследовательская работа "Определение загрязнения воздуха по содержанию сульфатов в коре деревьев пришкольного участка МБОУ СОШ № 10."

Конкурс научных проектов школьников в рамках краевой научно­практической конференции «Эврика»  Малой академии наук учащихся Кубани 1 Секция «Биология» Определение загрязнения воздуха по содержанию сульфатов в коре деревьев пришкольного участка МБОУ СОШ № 10. АВТОР: ПЕРЕЛОВИЧ ЕКАТЕРИНА РОМАНОВНА. муниципальное общеобразовательное учреждение средняя    общеобразовательная  школа № 10   МО Темрюкский район, станицы Ахтанизовской, 9 класс.  Научный руководитель: Беляева  Ольга Олеговна, учитель биологии   муниципального  общеобразовательного  учреждения средней   общеобразовательной  школы  № 10   МО Темрюкский район, станицы Ахтанизовской. 2016 2 Содержание. Введение……………………………………………………………….……....2 1.Историческая справка по  проблеме исследовательской работы………...3 1.1Роль зелёных насаждений…………………………………...............3 1.2Что такое воздух? …………………………………………………...4 1.3Что такое «Кислотный дождь?»…………………………………….5 2.Методика исследования……………………………………………………..7 3.Результаты исследования…………………………………………………...8          3.1 Мои личные наблюдения…………………………………………....9 4.ЗАКЛЮЧЕНИЕ ………………………………………………………………………....9 4.1 Вывод………………………………………………………………………...9 4.2 Практические рекомендации……………………………………………....9 5. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ…………………………………………………..10 6. ПРИЛОЖЕНИЯ……………………………………………………………..11 3 ВВЕДЕНИЕ.     Актуальность исследования: Всё живое дышит благодаря атмосфере. В норме состав  атмосферы: N2­78­79%, O2­21%, CO2­ 0.03% и др. газы. В городах и оживленных сельских  населенных пунктах в атмосфере содержатся вещества, не пригодные для дыхания. Наша  школа в станице  Ахтанизовской расположена на главной улице. Утром  жители станицы на  своих автомобилях  по улице Красной отправляются на работу в г. Темрюк, вечером  возвращаются домой. Так же по этой улице проезжает городской и междугородний  транспорт ( маршрутки и автобусы). В весенне­летний период нагрузка на главную артерию  станицы возрастает, т.к. много отдыхающих проезжают к морю.        В составе выхлопных газов автомобилей, содержится около 300 вредных веществ. Одним из загрязняющих атмосферу веществом является SO2 ­ оксид серы (IV) или диоксид серы,  сернистый газ. Антропогенное загрязнение среды соединениями серы сопровождается  изменениями во всех компонентах экосистем, в том числе и в фитобиотопе.     SO2­ бесцветный ядовитый газ, с резким запахом, тяжелее воздуха, хорошо растворим в  воде. Это вредное вещество выделяется в окружающую среду главным образом при  сжигании содержащих серу топлив: каменного угля, кокса, сернистой нефти, при сгорании  топлива в двигателе. Кора деревьев активно и пассивно аккумулирует эти вещества в количествах, достаточных  для определения их химическим методом. Таким образом, изучив содержание сульфатов в  коре деревьев можно выявить степень загрязнения атмосферного воздуха SO2. Поэтому я считаю, что моя исследовательская работа актуальна. Объект исследования­ кора деревьев пришкольного участка. Предмет  исследования­ состояние воздуха по содержанию сульфатов в коре деревьев на  территории пришкольного  участка.  Цель работы:  Определить степень загрязнения атмосферного воздуха диоксидом серы,  выявить влияние автомобильной  дороги, возле которой расположена наша школа, на  чистоту воздушной среды  пришкольного участка МБОУ СОШ № 10.   Задачи:  1.Определить содержание сульфат­ионов в коре  древесных растениях пришкольного  участка. 2 .Предложить рекомендации по  улучшению  экологического состояния  пришкольного  участка. Методы исследования:  Наблюдение;  Сравнение;  Химический анализ ;  Определение;  Фотографирование;    Теоретический анализ литературных источников и материалов сети Internet;  Анализ полученных данных. 4 Методика исследования:     За основу методики исследования состояния экосистемы была взята практическая   работа  «Определение загрязнения воздуха по содержанию сульфатов в коре деревьев»  Теоретическая значимость исследовательской работы:     Теоретическая значимость моей исследовательской работы заключается в том, что  результаты исследования могут быть использованы для  улучшения экологического и    эстетического состояния пришкольного участка. Практическая  значимость исследовательской работы:     Практическая значимость моей исследовательской работы заключается в составлении  рекомендаций  по уходу за деревьями и кустарниками для учащихся школы, а так же для  жителей ,проживающих  в частном секторе.   Роль зелёных насаждений. 1.Историческая справка по  проблеме исследовательской работы. 1.1       Загрязнение природной среды, в том числе и атмосферного воздуха, приводит к  серьёзным изменениям не только в воздушном бассейне, но и в почве, в грунтовых водах, к  разрушению естественных ландшафтов и наносит серьёзный экономический ущерб  народному хозяйству. Создавшееся положение требует более энергичного внедрения  достаточно эффективных мер охраны атмосферы. Среди них важное место занимает система архитектурно­ планировочных мероприятий. Сюда относится правильное размещение  промышленных предприятий, жилых и общественных зданий, соблюдение санитарных ­  защитных зон между ними, постоянное совершенствование технологических процессов на  предприятиях, замена вредных для здоровья сырья и материалов на менее вредные.      Однако, при самых современных технологических средствах борьбы с газообразными  выбросами, воздух в городах ещё будет загрязняться. Необходимо самое широкое  использование возможностей биологической очистки атмосферного воздуха, т.е. озеленение  городов и других населённых пунктов. Зелёные насаждения играют разностороннюю роль в  жизни городов  и посёлков. Они принимают самое активное и радикальное участие в  химической очистке воздуха от углекислоты и других вредных газов, механической очистке  от пыли и копоти, в регулировании температурных условий в населённых пунктах, в  увлажнении воздуха. Растения поглощают из воздуха сернистый газ, хлор, фенол, азотистые  соединения,  другие вредные вещества, превращая их в безвредные соединения, вследствие  чего воздух становится белее чистым, свободным от пыли и вредных веществ, более  прохладным, чем на открытых, лишенных растительности местах.        В условиях антропогенного загрязнения  атмосферы особую роль приобретает  фильтрационная функция зеленых насаждений. Зеленые насаждения играют важную роль в  регуляции микроклимата: предохраняют от чрезмерного нагревания почву, стены домов,  тротуары, увлажняют и очищают воздух. Особое значение зеленые насаждения играют в  нашем засушливом степном краю.  Они улавливают 70­80% пыли из воздуха. [1] 5       С 1 м2 газона за 1 ч испаряется до 200 г/час воды, что значительно увлажняет воздух. В  жаркий летний день на дорожке газона температура воздуха на высоте 1,5 м от земли почти  на 2,5 градуса ниже, чем на асфальтовой мостовой.        Зеленые насаждения поглощают звуковые волны, снижая внешнюю шумовую нагрузку.        Ученые обнаружили, что растения обладают разной способностью очищать воздух..         Наиболее устойчивы к загрязнению воздуха газами тополь, ива белая, сирень,  и др.        Следовательно, зелёные насаждения меняют микроклимат селений, снижают  загрязнённость воздуха, уменьшают шум и обеспечивают людей новыми запасами кислорода. Они являются также важными компонентами художественно­эстетического оформления  жилых кварталов городов и посёлков. 1.2 Что такое воздух?    Вещество Обозначение По объёму, % По массе, % Азот Кислород Аргон Углекислый газ Неон Метан Гелий Криптон Водород Ксенон N₂ O₂ Ar CO₂ Ne CH₄ He Kr H₂ Xe 78,084 20,9476 0,934 0,0314 0,001818 0,0002 0,000524 0,000114 0,00005 0,0000087 75,50 23,15 1,292 0,046 0,0014 0,000084 0,000073 0,003 0,00008 0,00004 Но важно знать и понимать , какие химические взаимодействия происходят в  атмосфере, а также какие бывают последствия  в результате некоторых  химических реакций. 6 1.3.  Что такое «Кислотный дождь»? В 1872 году впервые в истории употребил термин «кислотные дожди»  Роберт  Смит ­ английский инженер в своей работе «Воздух и дождь: начало химической  климатологии»  "Кислотный дождь" – это научный  термин, который сейчас используют для  обозначения  различных видов осадков, содержащих растворенные в воде   мельчайшие частицы оксида азота(IV) и оксида серы(IV) в концентрациях,  превышающих нормальный природный фон( норму). Причинами выпадения   кислотных дождей могут быть  и природные катаклизмы (вулканическая  деятельность), гниение растительных остатков, и деятельность  человека(переработка и выплавка металлов на заводах, сгорание топлива в  котельных, сжигание мусора, огромное число автомобилей). В  первую очередь –  это выбросы сернистого газа (SO2) и оксидов азота (NO, NO2, N2O3)  при сжигании ископаемого и моторного топлива. Все­ таки, кислотные дожди – не природное  явление, а результат хозяйственной деятельности человечества.  Кислотные дожди происходят тогда, когда вредные газообразные примеси  в  атмосфере взаимодействуют  с водой, кислородом с образованием кислот.  Преимущественно в результате таких реакций получаются слабые растворы  серной и азотной кислоты.(4,5) 2SO2 + O2 = 2SO3 SO2 + H2O =H2SO3. SO3 + Н2O = Н2SO4 2Н2SО3 + О2 = 2Н2SO4 2NО2 + Н2О = НNО3 + НNО2(2,3) Схема образования и воздействия кислотных дождей. 7 Сжигание угля и нефтепродуктов Образование оксидов серы (SO2, SO3) Окисление SO2 с образованием SO3 Захват SO3 частицами дождя, растворение SO3 в воде, образование серной кислоты H2SO4 Выпадение кислотного дождя, воздействие на ткани растений, вымывание веществ из листьев, хвоинок и т.д. Подкисление почвы, водоемов Повышение растворимости и последующее вымывание из почвы важных минеральных веществ (Ca2+, Mg2+, K)+ с образованием сульфатов; появление (при падении pH ниже 4) растворимых ионов Al3+, оказывающих токсическое воздействие на растения 8    Кора деревьев активно и пассивно аккумулирует эти вещества в количествах, достаточных для определения их химическим методом. Таким образом, изучив содержание сульфатов в коре деревьев  можно выявить степень загрязнения атмосферного воздуха SO2. 2 Последствия кислотных дождей. В чем же заключается опасность кислотных дождей? Дело в том, что повышенная  кислотность осадков вызывает ряд негативных последствий, разрушающих биосферу и  пагубно влияющих на здоровье человека. Более всего страдают от кислотных дождей растения. При этом кислота не повреждает  деревья напрямую. Кислотные осадки вызывают болезни листьев, закисляют почву, вымывая из нее питательные вещества и насыщая ядовитыми соединениями. Воздействие кислотных дождей на человека также носит не только прямой характер.  Конечно, микрочастицы сульфатов и нитратов, содержащиеся в воздухе повышают риск  приступа астмы, заболевания бронхитом, вредят сердечнососудистой системе. Но не менее  опасны для человека уничтожение посевов и пастбищ, гибель промысловых рыб, вызванные  кислотными осадками.(4) Большую роль в оздоровлении городской среды играет ионизация воздуха, происходящая  под влиянием деревьев и кустарников (береза, сирень) . Повышение степени ионизации  воздуха в жилой среде (до 2­3 тыс. легких ионов на 1 м3 воздуха) благотворно влияет на  организм человека, стимулирует деятельность сердечно­сосудистой, дыхательной и  кроветворной систем, усиливает биотоки мозга, снижает уровень сахара и фосфора в крови,  улучшает самочувствие, снижает головную боль и усталость. Следует учитывать, что многие виды древесных растений выделяют фитонциды, убивающие  болезнетворные бактерии различного рода, и имеют немаловажное значение в снижении  концентрации токсичных веществ в воздухе. Свойство многих древесных ­ способность  адсорбировать пыль, токсичные газообразные вещества от автотранспорта. Большинство  растений обладает бактерицидным действием (из них ­ вяз, клен татарский, боярышники,  береза, тополь, рябина, различные виды хвойных) [4].  2. Методика исследования. 9 1. Произвела   отбор проб коры с деревьев одного вида и приблизительно одного возраста. Кора, очищенная от пыли и лишайников, состругивается толщиной 2 ­ 3 мм на высоте 1 ­ 1.5 м.. 2. Отобранную кору высушила и измельчила на кофемолке до размера частиц 0.25 мм.  3. Взяла   навеску коры 2 г, залила 20 мл дистиллированной воды, размешала и оставила на сутки (стаканчики прикрыла стеклом).  4. Измерила показатель рН вытяжки коры на рН­метре, предварительно размешав ее.  5. Перелила   содержимое   стаканчика   в   колбу.   Остатки   коры   смыла     из   стаканчика   20   мл дистиллированной   водой   в   ту   же   колбу.   Добавила   3   капли    однонормальной     соляной кислоты,   заткнула  пробкой   и   взбалтывала   в   течение   минуты.   Вытяжку   отфильтровала (фильтрат должен быть абсолютно прозрачным).  6. Приготовила     шкалу   стандартов,   то   есть   образцовых   растворов   различной   известной концентрации сульфат ­ ионов (раствор  Na2SO4): 2 мг/л, 4 мг/л., 6 мг/л, 8 мг/л, 10 мг/л в колбах  по  25 (или  50)  мл.  В каждую  колбу  добавила  по  2 мл  BaCl2  (5%) и  взболтала. Различная степень помутнения растворов будет свидетельствовать о разных концентрациях SO4 2­ в них. Надо учесть , что шкала стандартов действительна в течение двух часов, затем происходит выпадение осадка, и точность анализов резко снижается.  7. Для анализа в мерную колбу 25 (50) мл налила 5 мл  вытяжки коры, немного разбавила  дистиллированной  водой, затем добавила  2 мл BaCl2 и довела содержание колбы до метки  дистиллированной  водой. Взболтала и сравнила  со шкалой. Таким образом устанавливается предел концентраций, в котором находится исследуемая проба.  3.  Результаты исследования.            Таблица №1 «Определение сульфатов в коре деревьев». № пробы. Дерево/ место нахождения Признак реакции 1 Грецкий орех. Западная сторона, перед входом в школу. 2.     Западная сторона. У главной дороги, перед фасадом Грецкий орех. 2 3 4 5 6 7 школы. Грецкий орех. Северная сторона. (Старое дерево) Грецкий орех. В центре пришкольного участка Грецкий орех. Восточная  сторона, возле школы, в глубине участка. Грецкий орех. Восточная   сторона. Грецкий орех. Южная  сторона. Грецкий орех. Южная  сторона. Легкое  помутнение Легкое  помутнение Легкое  помутнение Без  изменений Без  изменений Без  изменений Без  изменений 10 Содержание сульфатов мг/л Не более 2 Не более 2 Не более 2 Не обнаружены Не обнаружены Не  обнаружены Не  обнаружены. Без Не   изменений обнаружены Выводы:  Содержание сульфатов в исследуемых растворах не превышает 2 мг /л. ПДК  сульфатов составляет 0,02 г/ л.  В пересчете на сернистый газ это составляет 0, 0018 г/л Кора рассмотренных образцов не опасна для человека. ПДК сернистого газа составляет  0,5мг/л.  3.1. Мои  личные наблюдения:  Таким образом, исследуя территорию  пришкольного участка,  я обнаружила, что деревья,  растущие вдоль  школьной ограды, содержат в коре деревьев больше сульфат­ионов, чем  деревья, растущие в глубине пришкольного участка.                                        4.ЗАКЛЮЧЕНИЕ          Большую роль в смягчении влияния антропогенных факторов на человека играют  растения. Необходимо самое широкое использование возможностей биологической  очистки атмосферного воздуха, т.е. озеленение детских учреждений, городов и других  населённых пунктов. Зелёные насаждения улучшают микроклимат, улавливают пыль и  газы, благотворно влияют на психическое состояние людей.  4.1  Вывод. 1.Цель достигнута, проведена оценка загрязнения воздуха  на пришкольной территории. 2.Задачи выполнены:  Определено содержание сульфат­ионов в коре  древесных растениях пришкольного  участка.  Предложены  рекомендации по  улучшению  экологического состояния   11 пришкольного участка.  4.2  Практические рекомендации: ­в связи с вышеизложенным, предлагаю посадить больше деревьев вдоль школьной ограды  для защиты воздуха пришкольного участка от вредного воздействия  выхлопных газов  автомобилей.  ­ в  Дни защиты от экологической опасности организовать силами   школьников и их  родителей мероприятия по благоустройству территории пришкольного участка;                   В перспективе: ­ продолжить изучение древесно­кустарниковой растительности пришкольного участка,  наблюдать  за динамикой жизненного состояния растений в течение трех лет.                       5. Список литературы. 1. Алексеев С.В., Груздева Н.В., Муравьев А.Г., Гущина Э.В.  Практикум по экологии: учебное пособие ­ М.: АО МДС, 1996 2. В.П. Александрова, И.В. Болгова, Е.А. Нифаньтьева. «Ресурсосбережение и  экологическая безопасность человека. (Практикум с основами экологического  проектирования).» 3. Методические рекомендации к занятиям элективного курса «Таблица Менделеева в живых организмах»/для общеобразовательных школ разработка методических  рекомендаций к программе элективного курса в профильных классах/ Учитель  биологии ГОУ СОШ № 1945 ЮЗОУО ДО г. Москвы Бологова Ирина  Владимировна. 12 4. Методическое руководство и технические условия по реконструкции городских  зеленых насаждений. Московский государственный университет леса. ГУП  Академия коммунального хозяйства им. К.Д. Памфилова ЗАО «ПРИМА­М»; М.  2001 5. Т.Я Ашихминой «Школьный экологический мониторинг» (М.: АГАР, 2002). 6. http://ru.wikipedia.org/wiki/Воздух 7. http://ru.wikipedia.org/wiki/Кислотный_дождь 6. Приложения. Отобрала пробы коры деревьев толщиной 2­3 мм на высоте 1,5 ­2 м с пришкольного участка. 13 Высушила при комнатной температуре. 14 15 Лабораторное оборудование. 16 Шкала стандартов. 17 Настойка коры.