Автор: Пользователь скрыл имя, 27 Марта 2012 в 08:26, реферат
Предмет исследования – ростовые параметры тест – объектов (огурцы).
Цель работы – изучить степень экологического загрязнения почвы г. Тобольска с помощью метода биотестирования.
Гипотеза: если выращивать тест-объекты на почве, подверженной антропогенному загрязнению, то возможно изменение их роста и развития.
Задачи:
Введение
ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
1.1 Биотестирование как метод оценки качества окружающей среды
1.2 Биодиагностика загрязнения почвы
1.2.1 Причины и виды загрязнения почвы
1.2.2 Биологическая диагностика почвы
1.2.3 Организация наблюдений за загрязнением почв
1.3 Особенности использования растений в качестве биоиндикаторов
ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
ГЛАВА 3. ЭКСПЕРЕМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
3.1 Определение степени экологического загрязнения почвы г.Тобольска с помощью метода биотестирования на проростках огурцов
Заключение
Библиографический список
Приложение
- физическое изменение связано с различными, прежде всего механически действующими агентами, способными осо бенно если они влияют на ризосферу, привести к существенным нагрузкам на соответствующие экосистемы. Они могут быть связаны с химическими изменениями или часто приводят к таким изменениям;
— химическое загрязнение вызвано веществами, действующими в виде газов, растворов (в большинстве случаев водных) или твердых тел и не вызывающими при этом, по крайней мере в начальной стадии, изменений физического характера.
Причинами физических нагрузок на почву являются:
а) прямые механические воздействия:
— повышенное давление на поверхность почвы (транспорт, например, тракторы; вытаптывание);
— особые агротехнические мероприятия, проводимые в пахотном слое почвы или в подпочве;
б) процессы, связанные с перемещением почвы:
— водная эрозия;
— эоловые отложения (особенно вследствие промышленных выбросов).
Изменение почвенных, параметров касается прежде всего сложения и структуры почвы, например ее порозности и плотности горизонтов, что может привести к уменьшению вентиляции и дренажа.
Химическое загрязнение почвы значительно превосходит по своему воздействию как в количественном, так и в качественном отношении все виды ее физического изменения.
Химическое загрязнение почвы вызывается разными причинами. Исходя из агрегатного состояния (газообразного, жидкого, твердого) и способа действия загрязнителей, автор подразделяет их на следующие группы:
— газы (особенно серосодержащие промышленные выбросы, окислы азота);
— пыль (зола, известковая пыль, частицы, содержащие тяжелые металлы, особенно промышленные выбросы);
— соли (переносимые воздухом и водой, особенно при посыпании зимой улиц для удаления льда или при добыче и переработке соли);
— агрохимикаты (средства защиты растений, удобрения);
— органические газы и жидкости (прежде всего продукты ископаемых видов топлива);
— радиоактивные осадки (главным образом при загрязнении ими воздуха).
Изменение химических параметров почвы отражается спустя короткий или длительный период на росте и продуктивности отдельных видов, их популяций или приводит к более или менее сильным нарушениям структуры фитоценозов и даже к развитию сукцессий.
Загрязнение пылью и золой. Экологически существенные воздействия при загрязнении пыль оказывает в двух основных направлениях:
— изменение общей насыщенности основаниями;
— накопление металлов (прежде всего тяжелых)
Страдают от подобных изменений почвенного субстрата особенно фитоценозы и живущие в почве группы организмов, разлагающих органические вещества. Особое значение загрязнение почвы пылью, содержащей тяжелые металлы, связано с высокой чувствительностью многих организмов к повышенному содержанию этих элементов. Это в особенности относится к группам организмов, которые потребляют тяжелые металлы вместе с питательными веществами непосредственно из почвы и включают их таким образом в свой обмен веществ.
К тяжелым металлам (плотность которых выше 5,0) относятся как микроэлементы, имеющие более или менее важное значение для питания организма (железо, магний, цинк, медь, кобальт и молибден), так и элементы с ограниченными (никель, ванадий) функциями и экологической ролью (кадмий, мышьяк, уран, свинец, хром, ртуть). Доля отдельных элементов в общем содержании тяжелых металлов весьма различна в почвах, обогащенных ими как природным, так и антропогенным путем. Решающим при токсичном действии тяжелых металлов на растительные организмы является не столько их общее содержание в почве, сколько концентрация в доступном для организма состоянии. Для биоиндикации экологических воздействий загрязненных тяжелыми металлами почв используются в зависимости от поставленных задач различные способы.
В целях сохранения близкой к природной растительности, а также для растениеводческих и лесоводческих целей в условиях антропогенного загрязнения особое значение придается вопросу, насколько имеющиеся растения уже обладают устойчивостью к тяжелым металлам.
Загрязнение солями щелочных и щелочноземельных металлов. Антропогенное загрязнение почвы растворенными или твердыми солями щелочных и щелочноземельных металлов возникает в результате:
— недостаточной эффективности дренажных систем при орошении сельскохозяйственных культур в аридных зонах;
— деятельности соледобывающих или солеперерабатывающих предприятий;
— применения солей (в растворе или твердых) для очистки улиц от льда в странах с холодными зимами. От этого страдают в первую очередь относительно узкие полосы земли вдоль шоссе в населенных пунктах и вне их.
В отношении биоиндикации солевого загрязнения можно рекомендуют оценку кратковременного воздействия загрязненных почв на травянистые растения в экспериментах по определению прорастания и развития этих растений.
Опыты с прорастанием семян особенно пригодны для оценки загрязнения поверхности почвы и ее верхних горизонтов (0—5 или 0—10 см глубины). С этой целью семена соответствующих видов, иногда солеустойчивых высеваются в чашках Петри (диаметром от 9 до 12 см) на различных почвах [2].
1.2.2 Биологическая диагностика почвы
Биодиагностика антропогенных изменений относится к экспрессным методам анализа и, кроме того, дает комплексную оценку экологического состояния почвы. Существует множество биологических показателей, с помощью которых оценивается состояние почв. Наиболее важными являются интегральные показатели биологической активности: токсичность, «дыхание», количество свободных аминокислот и белков. Интенсивность дыхания почвы является исключительно вариабельной величиной и зависит от большого количества факторов (температурного режима, влажности, состояния фитоценоза и др.). Для оценки экологического влияния загрязнений необходимо проводить сравнение данных, полученных на разных участках в максимально близких условиях. Информативными являются и другие показатели, например, ферментативная активность [1].
Для удобства постановки тестов на токсичность семена подбирают по размерам и скорости их прорастания. Часто используют семена редиса, кресс-салата, кукурузы, зерновых. В качестве тест-функции выступают показатели всхожести семян, дружности и времени появления всходов, скорости удлинения проростков, последний из которых считается наиболее чувствительным.
В основе принципа биологической диагностики почв лежит представление о том, что почва как среда обитания составляет единую систему с населяющими ее популяциями разных организмов.
Лучше других разработаны ботанические методы фитоиндикации и диагностики почв. Путем анализа состава и структуры растительных сообществ, распространения растений-индикаторов или определенных индикационных признаков у отдельных видов растений можно установить тип почвы, степень ее гидроморфизма, развитие процессов заболачивания, соленакопления и т.д. Среди растений обнаружены индикаторы на тот или иной механический и химический состав почв, степень обогащенности питательными элементами, на кислотность или щелочность, глубину протаивания мерзлотных почв или уровень грунтовых вод.
Теоретической предпосылкой применения почвенно-зоологического метода для целей диагностики почв является сформулированное М. С. Гиляровым в 1949 г. представление об «экологическом стандарте» вида — потребности вида в определенном комплексе условий среды. Каждый вид в пределах своего ареала встречается только в тех местообитаниях, которые обеспечивают полный комплекс необходимых для проявления жизнедеятельности условий. Амплитуда варьирования отдельных факторов среды характеризует экологическую пластичность вида. Эврибионты мало пригодны для индикационных целей, тогда как стенобионты служат хорошими индикаторами определенных условий среды и свойств субстрата. Это положение представляет собой общий теоретический принцип в биологической диагностике. Однако использование для индикации одного вида не дает полной уверенности в правильности выводов (здесь имеет место «правило смены местообитаний» и как следствие смена экологических характеристик вида). Лучше исследовать весь комплекс организмов, из которых одни могут быть индикаторами на влажность, другие — на температуру, третьи — на химический или механический состав. Чем больше общих видов почвенных животных встречается на сравниваемых участках, тем с большей долей вероятности можно судить о сходстве их режимов, а следовательно, о единстве почвообразовательного процесса. Менее других полезны микроскопические формы — простейшие и микроартроподы (клещи, ногохвостки). Их представители отличаются космополитизмом в силу того, что почва для них не выступает как единая среда обитания: они живут в системе пор, капилляров, полостей, которые можно найти в любой почве. Из микроартропод наиболее хорошо изучены индикаторные свойства панцирных клещей. Состав их комплексов сообществ зависит не только от почвенных условий, но и от характера и флористического состава растительности, поэтому данный объект перспективно использовать для индикации повреждающих воздействий на почву.
1.2.3 Организация наблюдений за загрязнением почв
В связи с тем, что в твердых средах (грунтах) токсиканты редко распределены равномерно, существуют определенные методики отбора проб, по-нюляющие нивелировать последствия мозаичности. Для определения загрязнений промышленного происхождения отбор проб почвы производится один раз в год в летний период. Как правило, для | онтроля выбираются почвы, занятые культурными растениями.
Для определения точек отбора применяется азимутальный ме-м>д. Каждый год пробы отбираются вокруг промышленных центров по четырем румбам на расстоянии 1; 2; 3; 5 и 10 км. Один раз и мять лет обследование почвы проводят более подробно по всем К) румбам и на расстояниях 0; 0,2; 0,5; 1; 1,5; 2; 3; 4; 5; 8; 10; 20; И); 50 км. Положение точек пробоотбора отмечается на карте.
Методика отбора почвенных образцов определяется поставленными перед исследователем задачами. Во всех случаях образцы должны наиболее полно характеризовать исследуемую площадь. Анализируются индивидуальные и смешанные образцы.
С помощью растений можно проводить биоиндикацию всех природных сред. Индикаторные растения используются при оценке механического и кислотного состава почв, их плодородия, увлажнения и засоления, степени минерализации грунтовых вод и степени загрязнения атмосферного воздуха газообразными соединениями, а также при выявлении трофических свойств водоемов и степени их загрязнения поллютантами. Например, на содержание в почве свинца указывают виды овсяницы, полевицы; цинка — виды фиалки, ярутки; меди и кобальта — смолевки, многие злаки и мхи.
Чувствительные фитоиндикаторы указывают на присутствие загрязняющего вещества в воздухе или почве ранними морфологическими реакциями — изменением окраски листьев (появление хлорозов; желтая, бурая или бронзовая окраска), различной формы некрозами, преждевременным увяданием и опаданием листвы. У многолетних растений загрязняющие вещества вызывают изменение размеров, формы, количества органов, направления роста побегов или изменение плодовитости. Подобные реакции обычно неспецифичны.
Некоторые естественные факторы могут вызывать симптомы, сходные с антропогенными нарушениями. Так, например, хлороз листьев может быть вызван недостатком железа в почве или ранним заморозком. Поэтому при определении морфологических изменений у растений необходимо учитывать возможность действия других повреждающих факторов.
Индикаторы другого типа представляют собой растения-аккумуляторы. Они накапливают в своих тканях загрязняющее вещество или вредные продукты метаболизма, образуемые под действием загрязняющих веществ, без видимых изменений. При превышении порога токсичности ядовитого вещества для данного вида проявляются различные ответные реакции, выражающиеся в изменении скорости роста и длительности фенологических фаз, биометрических показателей и, в конечном счете, снижении продуктивности.
Получить точные количественные данные о динамике и величине стрессовых воздействий на основе морфологических изменений невозможно, но можно довольно точно определить величину потерь продукции и, имея график зависимости «доза — эффект», рассчитать величину стрессового воздействия.
Б. В. Виноградов классифицировал индикаторные признаки растений как флористические, физиологические, морфологические и фитоценотические. Флористическими признаками являются различия состава растительности изучаемых участков, сформировавшиеся вследствие определенных экологических условий. Индикаторное значение имеет как присутствие, так и отсутствие вида. К физиологическим признакам относятся особенности обмена веществ растений, к анатомо-морфологическим признакам — особенности внутреннего и внешнего строения, различного рода аномалии развития и новообразования, к фитоценотическим признакам — особенности структуры растительного покрова: обилие и рассеянность видов растений, ярусность, мозаичность, степень сомкнутости.
Очень часто в целях биоиндикации используются различные аномалии роста и развития растения — отклонения от общих закономерностей. Ученые систематизировали их в три основные группы, связанные: (1) с торможением или стимулированием нормального роста (карликовость и гигантизм); (2) с деформациями стеблей, листьев, корней, плодов, цветков и соцветий; (3) с возникновением новообразований (к этой группе аномалий роста относятся также опухоли).
Гигантизм и карликовость многие исследователи считают уродствами. Например, избыток в почве меди вдвое уменьшает размеры калифорнийского мака, а избыток свинца приводит к карликовости смолевки.
В целях биоиндикации представляют интерес следующие деформации растений:
фасциация — лентовидное уплощение и сращение стеблей, корней и цветоносов;
махровость цветков, в которых тычинки превращаются в лепестки;
пролификация — прорастание цветков и соцветий;
асцидия — воронковидные, чашевидные и трубчатые листья у растений с пластинчатыми листьями;
редукция — обратное развитие органов растений, вырождение;
нитевидность — нитчатая форма листовой пластинки;
филлодий тычинок — превращение их в плоское листовидное образование.
Биомониторинг может осуществляться путем наблюдений за отдельными растениями-индикаторами, популяцией определенного вида и состоянием фитоценоза в целом. На уровне вида обычно производят специфическую индикацию какого-то одного загрязнителя, а на уровне популяции или фитоценоза — общего состояния природной среды [11].