Определение уровня солесодержания и последствий его изменения в пробе почвы «Круг», взятой на пересечении улиц Энгельса и Маркса, как резу

Федеральное агентство по образованию 

Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение высшего  профессионального образования

“Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ’

Обнинский институт ядерной энергетики.

Факультет Естественных Наук

кафедра экологии

 

 

 

 

 

 

 

Курсовая работа

Определение уровня солесодержания и последствий его изменения в пробе почвы «Круг», взятой на пересечении улиц Энгельса и Маркса, как результата техногенного воздействия поверхностных стоков с автомобильных дорог г. Обнинска.

 

 

 

 

Выполнил: студент

гр. ЭКЛ-С-09

Кречетников В. В..

Проверил кандидат химических наук, доцент кафедры экологии

Полякова Л.П.

 

 

 

 

Обнинск, 2012

 

 

Оглавление

 

       

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Введение

Работа по теме «Определение уровня солесодержания и последствий его изменения в почве городских газонов как результата техногенного воздействия поверхностных стоков с автомобильных дорог города Обнинска».

Цель работы: оценить влияние антропогенного фактора на содержание ионов Na⁺ иCl^- в газонной почве, используя результаты изучения фонового содержания ионов в газонной почве и результаты оценки взаимосвязи между показателями биотестирования газонной почвы и количеством в ней водорастворимого и (или) обменного натрия и ионов хлора.

В городской  экосистеме почвенный покров газонов  принимает на себя давление потока промышленных и коммунальных выбросов и отходов, выполняя важную роль буфера и детоксиканта. Почва газонов аккумулирует различные химические вещества, предупреждая тем самым их поступление в природные воды и очищая от них атмосферный воздух. В почве газонов многие загрязняющие вещества претерпевают глубокие изменения. Они могут быть минерализованы и трансформированы в малотоксичные или нетоксичные для микроорганизмов, растений, животных и человека соединения. С другой стороны, эти же загрязняющие вещества или их производные в первоначальном или преобразованном виде интенсивно связываются минеральными и органическими веществами почвы, что резко снижает их доступность растениям.

 Почва газонов испытывает  на себе основное воздействие  со стороны автодорог. Причём это воздействие оказывают не только вещества, содержащиеся в выхлопах автомобилей и оседающие на почвенный покров. Интересна ситуация, которая повторяется ежегодно в зимний период на всех автодорогах – они посыпаются противогололёдными средствами. Зачастую таким веществом является обычная соль, т.е. хлорид натрия. Как известно, все соли натрия и все хлориды токсичны для растений, а насыщение почвы натрием способствует ее распылению, потере структурности и снижению плодородия. Поэтому возникает проблема потенциального ухудшения качества почв возле автодорог, что может выражаться угнетенным состоянием растительного покрова и его низким видовым разнообразием.

В связи с этим проведение данной работы необходимо для мониторинга состояния придорожного почвенного покрова. Так как обработка автодорог таким противогололёдным средством, как хлорид натрия, проводится ежегодно, то подобные исследования всегда будут актуальны.

Задачи:

1) провести калибровку приборов  по стандартным растворам,

2) подготовить водорастворимую  вытяжку из почвы для определения  содержания ионов хлора и натрия (водорастворимого),

3) подготовить солевую вытяжку  из проб почвы для определения  содержания ионов натрия (обменного),

4) определить электропроводность  образцов почвенной суспензии,

5) определить содержание ионов  натрия и хлора в водной  и солевой почвенных вытяжках,

6) получить метрологическую характеристику (показатели точности, правильности, воспроизводимости) результатов анализа,

7) оценить уровень содержания  хлорид ионов, а также вторичного  засоления и осолонцевания проб  газонной почвы по сравнению  с образцами лесной почвы,

8)  определить фитотоксичность газонной почвы,

9) установить общую микробиологическую активность почвы по выделению диоксида углерода,

10) оценить степень деградации  образцов газонной почвы по  показателям биологического тестирования (в сравнении с лесной почвой),

11) подтвердить источник антропогенного  загрязнения газонной почвы по результатам изучения корреляционной зависимости между содержанием в ней водорастворимого и (или) обменного натрия и ионов хлора, а также показателей биотестирования.

2. Побочные загрязнения при использовании пескосоляных смесей.

 В связи с особыми климатическими условиями многие страны в зимний период сталкиваются с проблемой обледенения дорог. Это может привести к авариям. Чтобы этого избежать дороги обрабатываются различными противогололедными средствами. При этом применяются разнообразные методики и реагенты. В Швейцарии дороги обрабатывают подогретой морской водой, в Финляндии дороги посыпают гранитной и мраморной крошкой. В России наиболее распространенным средством является пекосоляная смесь – смесь технической соли (NaCl) и песка. Использование такого противогололедного реагента (ПГР) приводит к загрязнению газонных почв. 

Основной источник загрязнения  – это NaCl, который попадает в почву  и приводит к ее дальнейшему засолению. Однако помимо основного источника  существуют и источники побочного загрязнения. К ним относятся химические  примеси, присутствующие в технической соли, и  выбросы от автотранспорта, с помощью которого осуществляется обработка дорог. [6]

Загрязнение примесями. [1,2,4,5,6]

Помимо основных компонентов в  пескосоляной смеси так же присутствуют такие вещества как: ионы кальция, калия и магния; сульфат-ионы; оксид железа; нерастворимые вещества; фтор; такие тяжелые металлы как цинк, никель, медь, ртуть, молибден, кобальт и другие. Ниже представлена таблица с массовыми концентрациями всех этих веществ в технической соли.

 

Содержание химических веществ, не  относящихся к действующему веществу в составе ПГР Таблица 1

Наименование химического элемента/показателя	Содержание химического элемента/показателя в  составе твердых ПГР
Хлористый натрий	964,7 г/кг
Кальций-ион	Не более 6,5 г/кг
Магний-ион	Не более 2,5 г/кг
Калий-ион	Не более 2 г/кг
Сульфат-ион	Не более 15 г/кг
Оксид железа	Не более 0.1 г/кг
Нерастворимые в воде вещества	Не более 8,5 г/кг
Фтор	Не более 25 мг/кг
Цинк,	Не более 198 мг/кг
Свинец	Не более 65 мг/кг
.Мышьяк	Не более 10 мг/кг
Бромиды	Не более 3 мг/кг
Никель	Не более 70 мг/кг
Медь	Не более 117 мг/кг
Ртуть	Не более 2 мг/кг
Молибден	Не более 20 мг/кг
Кобальт	Не более 6 мг/кг
Кадмий	Не более 2 мг/кг
Хром	Не более 150мг/кг
Селен	Не более 3 мг/кг

 

Кальций – широко распространен в природе,  минералы,  содержащие кальций входят в состав земной коры. Содержание кальция не нормируется в почве. Кальций  относится к очень подвижным  элементам в условиях гидрологического режима городских почв. По данным лаборатории гигиены почвы ФГБУ «НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды им. А.Н. Сысина ионы кальция по влиянию на гидробионты относится к 3  классу опасности;   по влиянию на процессы биологической активности почв относится также к 3 классу опасности.

Ионы кальция  не оказывают отрицательного воздействия  на рост и развитие почвенных микроскопических грибов,  не влияет на рост  почвенных  бактерий,  участвующих в нитрификации почвенного азота,  по данным тестам, а также по цитотоксическому тесту  относится к веществам 4 класса опасности. При попадании в водные объекты ионы кальция снижают проницаемость клеточных мембран и межклеточных контактов в жабрах пресноводных животных, уменьшая тем самым диффузию различных ионов и воды между организмом и средой.

Магний — один из важных биогенных элементов, в значительных количествах содержится в тканях животных и растений (хлорофиллы). В твердой фазе различных видов почв (черноземы, суглинистые почвы и т.д.)  содержится от 3,5  до 9,5  г/кг магния.  Подвижный магний содержится в концентрациях 5,0-2200,0  мг/кг.  Недостаток магния приводит к снижению урожайности сельскохозяйственных культур и коспенсируется внесением магнийсодержащих удоборений,  например,  калиймагнезии.  Избыток водорастворимых солей в почвенном растворе (выше 0,2%)  вредно действует на растения. На основании экспериментов выявлено,  что при концентрации 10 г/л наблюдается угнетение роста корней. При воздействии более высоких концентраций хлористого магния– 25,0-200  г/л зафиксировано отсутствие проросших семян,  т.е.  полное подавление их развития.

При содержании препарата в концентрациях, не превышающих  0,2 г/л по ионам магния опасность проявления фитотоксического действия маловероятна. Он так же токсичен и для человека.

При попадании внутрь организма  может нарушать  действие центральной  нервной и сердечнососудистой системы,  вызывая угнетенное состояние, нарушение сердечного ритма, затрудненное дыхание;  со стороны  желудочно-кишечного   тракта может вызывать тошноту,  рвоту,  боли по ходу ЖКТ, диарею,  влияет на   печень,  почки,  морфологический состав периферийной крови.

Токсичность хлорида магния на водные организмы по показателю:  средняя    летальная   концентрация составила для рыб – 400 мг/л,  для рачков дафния – 740 мг/л,  для водорослей – 2200 мг/л, а ПДК  магния для водоемов рыбохозяйственного назначения установлена на уровне 40 мг/л.

Калий является биофильным элементом, необходимым для питания растений. В пескосоляной смеси присутствует в основном как хлорид калия.  При попадании на  неповрежденную кожу он вредного действия не оказывает, при попадании на кожные ранки, ухудшает их заживление. Не образует токсичных соединений в воздушной среде.

По данным лаборатории гигиены  почвы ФГБУ «НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды им. А.Н. Сысина»,  хлорид калия по влиянию  на гидробионты относится к 3  классу опасности, высокие сублетальные концентрации калия  в воде вызывают выраженную гипонатремию у пресноводных двустворчатых моллюсков. По влиянию на процессы биологической активности почв относится также к 3 классу опасности.

Сульфаты являются одним из важнейших. Сульфаты выносятся со сточными водами и попадают в крупные водные объекты. Повышение содержания сульфатов оказывают физиологическое воздействие на организм гидробионтов. Сульфат вызывает у моллюсков прежде всего местные повреждения покровов их тела. 

В почве резкое увеличение содержания сульфат-иона, приводит к закислению почв, снижению интенсивности процессов аккумуляции, среди которых ведущую роль имеет накопление необходимого запаса элементов питания для растений и особенно гумуса. Изменяя физико-химические условия в почвах, загрязняющие вещества тем самым влияют на подвижность и осаждение в них многих химических элементов, а также на состояние почвенной среды для обитающих в ней живых организмов

Никель, медь, ртуть, цинк, молибден, кобальт, кадмий, хром, селен, фтор, мышьяк относятся к тяжелым металлам. Все тяжелые металлы являются токсикантами, активно аккумулируются в живых организмах. Из пескосоляных смесей могут попасть в водные объекты, может так же накапливаться в почве и растениях.

Тяжелые металлы, поступающие на поверхность почвы, накапливаются в почвенной толще, особенно в верхних гумусовых горизонтах, и медленно удаляются при выщелачивании, потреблении растениями, эрозии. Первый период полуудаления (т.е. удаления половины от начальной концентрации) тяжелых металлов значительно варьируется у различных элементов и занимает весьма продолжительный период времени: для цинка - от 70 до 510 лет; кадмия от 13 до 11О лет, меди -от 310 до 1500 лет, свинца - от 770 до 5900 лет.

Тяжелые металлы способны образовывать сложные комплексные соединения с органическими веществами почвы, поэтому в почвах с высоким содержанием гумуса они менее доступны для поглощения. Избыток влаги в почве способствует переходу тяжелых металлов в низшие степени окисления и в растворимые формы. Анаэробные условия повышают доступность тяжелых металлов растениям. Растения могут поглотать из почвы микроэлементы, в том числе тяжелые металлы, аккумулируя их в тканях или на поверхности листьев, являясь, таким образом, промежуточным звеном в цепи "почва - растение - животное - человек".

Нерастворимые вещества - это в  основном пылевые частицы, которые  неизбежно попадают в смесь при  хранении. Затем пылевые частицы, попадая в сточные коллекторы оседают на стенах, так же, переносимые  воздушными массами, они загрязняют атмосферу.

Загрязнение выбросами  автотранспорта. [,2,34,5,6]

Помимо примесей, немаловажным источником побочного загрязнения являются выбросы автотранспорта, который  используют для обработки дорог. Загрязнение возникает в результате выброса выхлопных газов, а так же розлив нефтепродуктов из-за нарушения герметичности емкостей со смазочными материалами и топливных шлангов.