МОУ «Средняя общеобразовательная школа 7» г. Сосновый Бор Ленинградской области Исследовательская работа «Влияние факторов среды на рост и развитие растений» Ученицы 10 класса Рудаковой Ксении Руководители: учитель биологии Девятова Галина Васильевна учитель химии Карпуничева Ольга Николаевна 2011 год

В настоящее время в связи с интенсивным воздействием человека на природу резко повысился интерес общества к состоянию окружающей среды, её воздушного бассейна, почвы. Контроль состояния окружающей среды, оценка её качества – это важнейшая составная часть деятельности человека, которая направлена на освоение и использование природных ресурсов для обеспечения своей жизнедеятельности.

Цель работы: изучение влияния состава почв, как одного из факторов среды, на рост и развитие древесных культур города Сосновый Бор. Задачи: 1. Изучить имеющуюся литературу по данному вопросу. 2. Изучить влияние катионов и анионов, содержащихся в почве, на рост и развитие растений. 3. Провести практические работы с использованием методов: -весовой метод Л.В Дорогань; -исследовательский метод химического состава почвы по книге Н.Я Логинова. 4. Проанализировать полученные данные, сделать выводы.

Состав почвы. Катионы и анионы в почве, вред или польза? Содержание в почве катионов и анионов, их состав оказывают большое влияние на почвообразовательный процесс и многие важные в агрономическом отношении свойства почвы. От структуры почвы зависят водно-воздушные и механические свойства, определяющие ее плодородие. В 1860 г. Сакс и Кноп, выращивая растения в сосудах на водном растворе минеральных солей, установили, что для жизнедеятельности растения, кроме С, О, Н, необходимы следующие 7 элементов: N, P, S (неметаллы), К, Са, Mg, Fe (металлы). В начале XX в. при современных методах очистки воды и реактивов была показана необходимость для растений, кроме перечисленных выше, еще шести элементов: бора, марганца, цинка, меди, молибдена и хлора. Предполагают, что для нормального роста некоторых растений необходимы и такие элементы, как кобальт, натрий Все необходимые для жизни растений элементы в зависимости от их количественного содержания в растении принято разделять на макроэлементы (содержание более 0,01%) - к ним относятся N, Р, S, К, Са, Mg, Fe и микроэлементы (содержание менее 0,01%) к ним относятся Мn, Си, Zn, В, Mo

Физиологическая роль минерального питания В растительном организме все процессы тесно взаимосвязаны. Исключение из питательной среды какого-либо необходимого элемента быстро вызывает изменение во многих, если не во всех, процессах метаболизма. В связи с этим выделить первичный эффект бывает чрезвычайно трудно. Сказанное относится в первую очередь к тем питательным элементам, которые не входят в состав определенных органических веществ, а играют скорее регуляторную или какую-то иную роль В общем виде можно сказать, что питательные элементы имеют следующее значение: 1) входят в состав биологически важных органических веществ; 2) участвуют в создании определенной ионной концентрации, стабилизации макромолекул и коллоидных частиц (электрохимическая роль); 3) участвуют в каталитических реакциях, входя в состав или активируя отдельные ферменты. Во многих случаях один и тот же элемент может играть разную роль. Некоторые элементы выполняют все три функции.

Физиологическая роль минерального питания. Макроэлементы Значение в жизни растения Фосфор Недостаток фосфора влияет практически на все процессы жизнедеятельности растений. Фотосинтез, дыхание, рост требуют для нормального протекания достаточного снабжения фосфором, входящим в состав соединений, играющих центральную роль в обмене веществ. Сера Сера входит в состав органических соединений, играющих важную роль в обмене веществ организма, регулирующих процессы деления клеток. Кальций Пектаты кальция являются важнейшей составной частью клеточных оболочек растений При недостатке кальция клеточные оболочки ослизняются, что особенно ярко проявляется на клетках корня. Присутствие кальция важно для нормального функционирования мембран. Кальций принимает участие в поддержании структуры хромосом, являясь связующим звеном между ДНК и белком. При недостатке кальция наблюдаются повреждения хромосом и нарушение митотического цикла Магний Магний входит в состав основного пигмента зеленых листьев хлорофилла. Магний поддерживает структуру рибосом, связывая РНК и белок. Большая и малая субъединицы рибосом ассоциируют вместе лишь в присутствии магния. Отсюда синтез белка не идет при недостатке магния, а тем более в его отсутствие. Магний является активатором многих ферментов. Калий Недостаток калия замедляет транспорт сахарозы по флоэме. Соли калия растворимы и участвуют в регуляции осмотического потенциала клетки. В частности, большое значение имеет К+ в регуляции работы устьиц. Показано, что открытие устьиц на свету связано с накоплением в замыкающих клетках ионов калия калия. Железо Железо входит в состав каталитических центров многих окислительно- восстановительных ферментов Железо необходимо для образования хлорофилла.

Физиологическая роль минерального питания. Микроэлементы Значение в жизни растений МарганецМарганец принимает участие в азотном обмене в процессе восстановления нитратов до аммиака, активирует ферменты, катализирующие реакции цикла Кребса. В связи с этим понятно большое значение марганца для процесса дыхания, особенно его аэробной фазы.. В отсутствие марганца хлорофилл быстро разрушается на свету. МедьВходит непосредственно в состав ряда ферментных систем. Медь активирует ряд ферментов, в частности нитритредуктазу, а также протеазы. Отсюда вытекает роль меди в азотном обмене. Важная роль принадлежит меди в процессе фотосинтеза. ЦинкВходит в состав ферментов фосфатазы, карбоангидразы и др. Карбоангидраза катализирует разложение гидрата окиси углерода на воду и углекислый газ. Эта реакция важна для процесса фотосинтеза. Внесение цинка повышает содержание ауксинов и заметно сказывается на темпах роста растений. Активирует ферменты, необходимые для процесса дыхания. ХлорПоступает в растение в виде С1-. Показана его необходимость при фотосинтетическом окислении воды. МолибденПри недостатке молибдена содержание аскорбиновой кислоты резко падает. При отсутствии молибдена наблюдаются нарушения в фосфорном обмене растений.

Почвенный мониторинг Анализ почвенных образцов (Исследовательский метод химического состава почвы по книге Н.Я Логинова) Оборудование: Железные лопаты, мешочки полиэтиленовые, этикетки для почвенных образцов, шагомер и рулетка. Методика работы. Наиболее распространенный способ отбора смешанных почвенных образцов – метод «конверта». Сущность метода состоит в том, что с обследуемого элементарного участка берут пять образцов почвы, причем точки отбора проб расположены так, что при мысленном соединении их прямыми линиями получается рисунок запечатанного конверта, длина стороны квадрата которого составляет 2-3 метра. Масса каждого образца должна составлять примерно г. Смешанные образцы упаковывают, помещают в полиэтиленовые или полотняные мешочки и снабжают этикетками с указанием места и даты взятия образца и его номера. Методика приготовления водной (солевой) вытяжки: Отобранную пробу почвы очищают от инородных включений, камней. Почва должна быть рассыпчатой. На технических весах взвешивают примерно г воздушно-сухой почвы (средняя проба) в конической колбе. Добавляют к почве дистиллированную воду в соотношении 1:5. Колбу закрывают пробкой и энергично перемешивают в течении 3-5 мин. По окончании встряхивая всю суспензию почвы с водой, не давая ей отстояться, осторожно и быстро пропускают через бумажный фильтр в сухую колбу. Для получения солевой вытяжки операции повторяются в той же последовательности, но вместо воды используется 1 н раствор хлорида калия. Солевую вытяжку получают после суточного контакта почвы с раствором соли. Определение концентрации отдельных компонентов - естественных и антропогенных - в водной вытяжке проводят аналогично тому, как проводится данное определение в воде. Однако результат необходимо рассчитывать на навеску взятой пробы почвы.

Анализ почвенных образцов проводился на нескольких площадках: 1 проба - Дендрарий, находящийся на территории пришкольного участка. 2 проба - Центральная клумба пришкольного участка. 3 проба- Клумба пришкольного участка. В результате работ были получены данные, которые представлены в таблицах.

КатионыПроба 1Проба 2Проба 3 Mg2+ нет Ca2+ нет есть Fe3+ Потемневший осадок естьнет Fe2+ нет Cu2+ есть Al3+ есть (слабый) есть Hg2+ Есть (сильный)естьнет Таблица. Наличие катионов в почве в пробах 1,2,3.

Таблица. Наличие анионов в почве в пробах 1,2,3. АнионыПроба 1Проба 2Проба 3 SO42- нетестьнет HPO42- есть Cl- есть NO3- нетесть Индикаторная бумажка 123 pH 6pH5pH7 Таблица. Кислотно-щелочная среда почвы.

Результаты: Анализ результатов исследования состава почвы УОУ показал, что не везде почвы благоприятны для роста и развития растений. Отмечается отсутствие магния, кальция. Неблагоприятным является наличие в почве ртути. Слабокислая почва требует раскисления. Выводы: Растения древесных пород подвергаются влиянию факторов внешней среды, в том числе и состава почв. Рекомендации: Необходимо проводить мониторинг состава почвы. При необходимости вносить удобрения или химические вещества, необходимые для нормального роста и развития растений.

Один из методов оценки качества урбанизированной среды - оценка состояния окружающей среды по растениям. В современное время для полной картины экологической ситуации в конкретной местности необходимо использовать данные биомониторинга и проводить биоиндикационные исследования.

Биоиндикация – это обнаружение и определение биологически значимых антропогенных нагрузок на основе реакций на них организмов и их сообществ. Биоиндикаторы – это организмы, присутствие, количество или особенности, развития которых служат показателем антропогенных изменений среды. Растение – индикатор – это такое растение, у которого признаки повреждения появляются при воздействии на него фитотоксичной концентрации загрязняющего вещества или смеси таких веществ. Растение – индикатор является химическим сенсором, который может обнаружить в воздухе присутствие загрязняющего вещества. К таким веществам относятся тяжелые металлы, фтористый водород, сероводород, аммиак, оксид серы (IV) и др. в результате их воздействия у растений может измениться скорость роста и созревания, изменение состояния листовой пластинки, возникнуть ухудшение цветения, образования плодов и семян, измениться процесс размножения и, в конечном счете, снизится продуктивность и урожайность.

В данной работе в качестве биоиндикатора был выбран дуб черешчатый. Дубы занимают первое место в полезащитном лесоразведении; превосходят многие породы по оздоровительному влиянию на окружающую среду (интенсивно выделяют кислород). Дубы, особенно старые деревья, отличаются высокими эстетическими качествами и издавна используются при создании парков, в аллейных посадках. В «Лесном словаре» начала прошлого века написано о дубе: «Дерево это поставлено на той же ступени, на какой лев находится между четвероногих, а орел между птиц. И дуб сделался эмблемой высоты, силы, долговечности».

Работа проводилась с использованием весового метода Л.В. Дорогань. Метод заключается в определении площади листьев у древесных растений в загрязненной и чистой зонах. Для объективности оценки состояния дубов выбрали два участка: аллея вдоль улицы Солнечная с оживленным автомобильным движением и на берегу реки Глуховка, где они растут в естественных условия.

Аллея вдоль улицы Солнечная с оживленным автомобильным движением

На берегу реки Глуховка.

Было собрано по 100 листьев с деревьев дуба черешчатого одного возраста, произрастающих вдоль автомагистрали города и в пригородной зоне, вблизи реки Глуховка. У собранных листьев были замерены длина и ширина и вычислена площадь каждого листа по формуле: S = А*В*К, где А – длина листа; В – ширина листа; К – переводной коэффициент;

По полученным показателям были построены кривые изменения признака в разных экологических условиях S = А*В*К, К – переводной коэффициент Классы площадей, см2 Частота встречаемости, шт. А – длина листа В – ширина листа

Рис. 1. График встречаемости листьев определенной площади загрязненной зоны.

Размеры листовых пластин широко варьируют, что говорит об изменении условий среды произрастания, и действии негативных факторов, таких, как пыль, загазованность, наличие мелких частиц соли, которые, попадая на листовые пластины, нарушают процессы жизнедеятельности (газообмен, транспирацию). Широкая норма реакции (широкая приспособляемость) в данном случае играет важное значения для выживания вида.

Листовые пластины дубов, растущих на аллее вдоль улицы с оживленным автомобильным движением, имеют повреждения.

Рис. 2. График встречаемости листьев определенной площади чистой зоны.

На берегу реки Глуховка деревья дают менее выраженную модификационную изменчивость по размеру листовой пластины, что говорит о достаточно однообразных условиях развития дуба, которые являются благоприятными. Этот признак (размер листовой пластины) находится среди средних значений вариационного ряда, что отражено на графике.

Листовые пластины дуба на берегу реки Глуховка не имеют значительных повреждений.

На площадке дубовой аллеи взяты пробы для определения состава почв. Таблица 5. Содержание катионов и анионов в почве на аллее дубов. КАТИОНЫАНИОНЫ Дуб Mg2+Ca2+Fe2+Fe3+Cu2+Al3+Hg2+ SO 4 2- Co 4 2- HPO 4 2- Cl - NO 3 - Наличие катиона ++--+! сильный раствор Реакция почвы слабокислая pH 6 Вывод. Анализируя наличие катионов и анионов в почве, делаем вывод, что почва на этом участке содержит катионы Mg2+ и Ca2+ как и большинство почв. В кислых почвах (подзолистых) среди поглощенных катионов значительную часть занимают Н+ и А13+. Отрицательным результатом является е отсутствие Fe2+, Fe3+ и наличие Hg2+ из катионов. Отсутствие NO3- и SO42- тоже отрицательно сказывается на росте и развитии растений.

Таким образом, загрязнение окружающей среды оказывает влияние на развитие данного вида древесных пород и его состояние. По изменениям в развитии, в данном случае площади листовой пластины, повреждениям листовой пластинки, можно судить о наличии загрязнения в окружающей среде. Дубы занимают первое место по оздоровительному влиянию на окружающую среду (интенсивно выделяют кислород). Мы должны беречь и охранять растущие у нас растения и высаживать новые.