Тема курсовой работы: Экология и рациональное природопользование

Цель
исследования:
изучение влияния загрязнения почв санитарно-защитных зон предприятий
металлургической промышленности и автомагистралей тяжелыми металлами на рост и
физиологические параметры суданской травы.  

Задачи:

1.
Провести пробоотбор почв санитарно-защитных зон
предприятий металлургической промышленности и автодорог города Тулы.

2.
Определить:

oпосевные качества семян суданской
травы Sorghum sudanense на загрязненных тяжелыми
металлами почвах санитарно-защитных зон;

oбиометрические параметры
проростков, выращенных на почвах санитарно-защитных зон;

oсодержание фотосинтетических
пигментов в листьях проростков;

oсодержание низкомолекулярных
антиоксидантов - аскорбиновой кислоты и глутатиона в проростках растений.

Содержание

Введение…………………………………………………………………………..        3       

Глава 1. Теоретические аспекты исследования
………………………………...4

1.1. Загрязнение городов………………………………………………………….4

1.2. Тяжелые
металлы…………………………………………………………….6

1.3. Фиторемедиация……………………………………………………………...9

1.4.
Растения гипераккумуляторы……...……………………………………….10

Глава 2. Объекты и методы
исследования……………………………………..10

2.1. Суданская трава……………………………………………………………..10

2.2. Пробоотбор и пробоподготовка почв…...…………………………………12

2.3. Методы исследования……………………...……………………………….13

2.3.1. Определение посевных качеств семян…………………………………..13

2.3.2. Определение фотосинтетических
пигментов…………………………...14

2.3.3. Определение содержания аскорбиновой кислоты и
глутатиона………15

Глава 3. Обсуждение результатов
исследования……………………………...16

3.1. Содержание тяжёлых
металлов в почвах опытных зон…………………..16

3.2. Влияние
загрязнения почв ТМ на посевные качества семян суданской травы……………………………………………………………………………...19

3.3. Влияние тяжёлых
металлов санитарно-защитной зоны предприятий металлургической промышленности и
автодорог на развитие и физиологические параметры суданской травы………………………………..20    Выводы…………………………………………………………………………...25

Список
литературы………………………………………………………………26

Глава 2. Объекты и методы исследования
2.1. Суданская трава
Суданская трава, или суданка (Sorghum sudanense) - однолетняя культура, принадлежит к роду сорго, семейство злаков.
Домен: Эукариоты
Царство: Растения
Отдел: Цветковые
Класс: Однодольные
Семейство: Злаки
Род: Сорго
Вид: Суданская трава
Ботаническое описание
Корневая система суданской травы мочковатая, очень развита, проникает в почву на глубину до 3 м. С нижних стеблевых узлов образуются дополнительные воздушные корни. Стебли прямостоячие, высотой от 1,5 до 3 м, с хорошо развитыми узлами, часто разветвляются. Соцветие - развесистая метелка, прямостоячая или пониклая. На вершине каждой веточки сидят по 3 колоска: один – способный к оплодотворению, с двуполым цветком, два другие - бесплодные (мужские). Опыление перекрестное. Плод - пленочная зерновка, покрыта колосковыми чешуйками. Вес 1000 семян 8-15 г.
Экологические требования
Суданская трава – теплолюбивое и светолюбивое растение короткого дня. Ее семена начинают прорастать при температуре 9-10 °С, хорошо выдерживает высокие температуры. Молодые всходы погибают при небольших заморозков (-2-3 °С). В начале вегетации растет очень медленно и угнетается сорняками. В районах юга период вегетации равен 100-110 суток. При использовании на зеленый корм и сено первый укос она дает через 55-65 суток после появления всходов, второй - через 35-45 суток после первого и третий - через 30-35 суток после второго скашивания.
Суданская трава очень засухоустойчивая культура, обусловливается это низким коэффициентом транспирации и хорошо развитой корневой системой. Лучшими почвами для нее являются черноземные и темно - каштановые, растет она также на слабозасоленных почвах, но плохо удается на заболоченных и кислых подзолистых.
К питательным веществам, особенно азоту, суданка довольно требовательна.
2.2. Пробоотбор и пробоподготовка почв
Пробоотбор почв проводился в санитарно-защитных зонах предприятий металлургической промышленности и автодорог г. Тулы. Точки пробоотбора: 1. ОАО Тулачермет; 2. ОАО КМЗ 3. проспект Ленина.
Контрольной точкой пробоотбора являлась почва поселка Ямны Тульской области.
Пробные участки закладывали на площадках с однородным растительным и почвенным покровом. Точечные пробы отбирали на пробной площадке из верхнего почвенного горизонта на глубине 0-15 см методом конверта, по диагонали. Количество точечных проб соответствовало ГОСТ 17.4.3.01-83. Отобранные на одной пробной площадке точечные пробы объединяли в одну пробу путем смешивания. При отборе проб была исключена возможность их вторичного загрязнения. Все объединенные пробы были подписаны. Пробы высушивали до воздушно-сухого состояния по ГОСТ 5180-84. Высушенные пробы хранили в матерчатых и пластиковых мешках.
Почвы в районе исследований преимущественно серые лесные и измененные урбаноземы.
Подготовка проб почвы к анализам не менее важная операция, чем сам отбор проб. Для определения химических веществ пробу почвы в лаборатории рассыпали на бумаге или кальке и разминали пестиком крупные комки. Она слагается из нескольких последовательно протекающих этапов: предварительное подсушивание почвы, удаление любых включений (корни растений, насекомых, камни, стекло, уголь, кости животных а также новообразования – друзы гипса, известковые журавчики и др), почву растирали и просеивали через сито с диаметром отверстий 1 мм.
Содержание тяжелых металлов в почвах определялось в химико-аналитической лаборатории Геологического института РАН методом рентгенфлуоресцентного анализа (ГОСТ 17.4.1.02-83).

2.3. Методы исследования
2.3.1. Определение посевных качеств семян
К показателям посевных качеств семян относятся чистота, всхожесть и энергия прорастания, сила роста и жизнеспособность, влажность, масса 1000 семян, зараженность болезнями и вредителями. Подготовленные для посева семена должны характеризоваться высокими сортовыми и посевными качествами.
Чистота семян - один из главных критериев определения посевной годности семян. Под чистотой семенного материала понимают содержание в нем семян основной культуры, выраженное в процентах по массе. Чем меньше примесей, тем выше чистота семян. Чистые семена лучше сохраняют свои биологические признаки (долговечность, всхожесть), для посева их требуется меньше.
Под лабораторной всхожестью семян понимают количество (выраженное в процентах) нормально проросших семян в пробе, взятой для анализа. Лабораторную всхожесть семян определяют путем проращивания их в оптимальных условиях в течение установленного для каждой культуры срока (для большинства полевых культур продолжительность проращивания обычно 7-8 суток).
Одновременно со всхожестью устанавливают и энергию прорастания - процент нормально проросших за определенный короткий срок (обычно на 3-4-е сутки) семян. Энергия прорастания характеризует способность семян давать в полевых условиях дружные и ровные всходы, что гарантирует хорошую выровненность и выживаемость растений.

2.3.2. Определение фотосинтетических пигментов
Объектом определения служат листья высших растений разных видов или листья разного возраста. Содержание хлорофиллов “a” и “b” определяют спектрофотометрически, рассчитывают соотношение хлорофилла а / хлорофилла b в исследуемом материале.
Работа проводят в два этапа:
- экстракция пигментов;
- определение их концентрации с помощью спектрофотометра или фотоэлектроколориметра (ФЭКа).
Пигменты могут быть экстрагированы из свежего или фиксированного материала с помощью смеси спиртов. Поскольку пигменты быстро выцветают на свету, экстрагировать их лучше в затемненном помещении.
Количественное определение пигментов основано на использовании их оптических свойств.
В исследуемых растениях определяют концентрацию фотосинтетических пигментов. Для этого навеску 100 мг свежих листьев следует растереть в фарфоровой ступке, заливая 15 мл 96%-ного спирта и отфильтровать в мерные колбы на 25 мл, доводя объем до метки добавлением 96%-ного спирта. После этого провести определение содержания пигментов в вытяжке с использованием кювет с толщиной 1 см на спектрофотометре в трехкратной повторности. Поглощение (А- оптическая плотность) снимать при следующих значениях длины волны 665 нм, 649 нм, 470 нм.
Содержание пиментов рассчитать но формулам
Хлорофилл а С=13,95*А665-6,88*А649
Хлорофилл b С=24,96*А694-7,32*А665
Каротиноиды С=(1000*А470-2,05*А665-114,8*А649)/245
Количество пигментов на 1 г сырой массы рассчитывают с использованием следующей формулы
F= (С * V) / (1000*m)
F- масса пигмента в 1 г сырой массы листвы, мг/г;
С- концентрация пигмента, мг/л;
V-объем втяжки, мл;
m- масса навески листьев, г.

2.3.3. Определение содержания аскорбиновой кислоты и глутатиона
Согласно методике 2 г свежих листьев гомогенизировали с 20 мл 5%-ного раствора метафосфорной кислоты в фарфоровой ступке. После этого полученную гомогенную массу без остатка переносили в мерную колбу на 50 мл и доводили содержимое колбы до метки дистиллированной водой. После взбалтывания колбы в течение 2-3 мин гомогенат центрифугировали при 10000 g в течение 10 мин.
Для определения содержания аскорбиновой кислоты оттитровывали аликвоту (5 мл) полученного супернатанта 0,001 н раствором 2,6- дихлорфенол индофенола (2,6-ДХФИФ) до слабо розового окрашивания, сохраняющегося в течение 1 минуты.
Для определения количества глутатиона к аликвоте супернатанта (5 мл) добавляли 2-3 капли 15%-ного раствора KJ, 5 капель 1%-ного раствора крахмала и титровали 0,001 н раствором КJO3 до слабо синего окрашивания, сохраняющегося 1 минуту.
Содержание аскорбиновой кислоты (АК) и глутатиона (GSH) рассчитывали по следующим формулам и выражали в мг/г сырой массы:
C(Ak)=[(a*K)*0,088*M]/(m*n),
C(GSH) = {[(b-a)*K]*0,307*M}/(m*n),
где:
С(ak), C(gsh) - содержание аскорбиновой кислоты и глутатиона в растительной ткани, мг/г сырой массы;
а - количество 2,6-ДХФИФ, пошедшего на титрование, мл;
b - количество КJO3, пошедшего на титрование, мл;
К - соотношение объемом КJO3 и 2,6-ДХФИФ, израсходованных на титрование стандартного раствора аскорбиновой кислоты (в нашем опыте К=1,5±0,02); п - навеска материала, мг;
М - общий объем экстракта, мл; m - объем аликвоты, мл;
0,088 - количество АК (мл), эквивалентное 1 мл 0,001 н раствора 2,6-ДХФИФ;
0,307 - количество глутатиона (мл), эквивалентное 1 мл 0,001 н раствора КJOз (Грязнов, 2006).

Глава 3. Обсуждение результатов исследования
3.1 СОДЕРЖАНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ПОЧВАХ ОПЫТНЫХ ЗОН
На начальном этапе исследований была проведена оценка содержания свинца, меди, цинка, кадмия и других тяжелых металлов в почвах мониторинговых площадок. Выводы о содержании ТМ были сделаны на основе данных о предельно допустимых концентраций ТМ в почве [6]. Результаты анализа представлены в таблице 1.