Проект "Комплексная оценка изменения биологических свойств почв под влиянием промышленного предприятия с использованием биоиндикаторов"

Ученик 9 класса в исследовательском проекте по экологии проводит комплексную оценку изменения биологических свойств почв под влиянием промышленного предприятия с использованием биоиндикаторов.

Проведенная в 9 классе исследовательская работа по экологии нацелена на выявление и количественную характеристику негативных изменений в почвенной биоте, вызванных деятельностью промышленного объекта. В основе индивиддуадльного проекта лежит применение методов биоиндикации и биотестирования, которые позволяют по реакции живых организмов оценить интегральную токсичность почв, чувствительность этого подхода нередко превышает традиционные химико-аналитические методы.

Полученные во время работы над индивидуальным проектом по экологии данные дают учащемуся 9 класса возможность не только диагностировать степень деградации почв, но и наметить оптимальные методы ремедиации нарушенных территорий. Результаты проекта могут быть использованы для организации почвенно-экологического мониторинга в зоне влияния промышленного предприятия и разработки рекомендаций по снижению антропогенной нагрузки.

Оглавление

Введение
1. Теоретический обзор
1.1. Что такое «здоровье почвы»?
1.2. Основные источники и виды загрязнения почвы
1.3. Отбор проб почвы для физико-химического анализа
2. Методика исследования и характеристика объекта исследования
3. Результаты исследований и их обсуждение
4. Вывод
Заключение
Рекомендации
Список использованной литературы
Приложения

Актуальность такой темы заключается в том, что промышленность является одним из основных источников экономического развития, но при этом представляет серьёзную опасность для окружающей среды. Негативное воздействие промышленных организаций может приводить к загрязнению почвы, изменению её физических, химических и биологических свойств, что сказывается на урожайности и здоровье человека.

Загрязнение почвы различными вредными веществами техногенного происхождения отрицательно влияет на жизнедеятельность растений [4]. Например, кислотные осадки, которые образуются из-за промышленных выбросов в атмосферу, снижают интенсивность фотосинтеза и всхожесть семян.

Гипотеза: мы предполагаем, что почва вблизи источников загрязнения будет иметь худшие показатели здоровья: повышенную кислотность, наличие загрязняющих веществ.

Цель исследования: Изучить, как деятельность промышленных предприятий влияет на биологические свойства почвы с помощью метода биотестирования.

Для достижения поставленной цели, необходимо было решить следующие задачи:

1. Отобрать почвенные образцы с участков с разной промышленной нагрузкой.
2. Провести химические исследования почвенных образцов.
3. Провести биотестирование почвенных проб, проращивая в них семена гороха и кресс-салата.
4. Проанализировать полученные данные, определить класс опасности исследуемых почв.

Проблема: Деятельность промышленных предприятий негативно влияет на состояние почв, что выражается в угнетании почвенной биоты и нарушении природных процессов.

Методы исследования:

• Теоретические: анализ научной литературы, сравнение, обобщение.
• Эмпирические: отбор проб, эксперимент, биотестирование.
• Математические: статистическая обработка данных (среднее арифметическое, построение диаграмм).

Материалы и оборудование: ноутбук, комплект лабораторного оборудования «Типы почв и рост растений», электронные весы, набор химической посуды.

Объект исследования: почва территории ООО "Аванпром", территории мебельной фабрики и ООО «УРМАРСКОЕ АТП»

Предмет исследования: биологические свойства почвы

Время проведения исследования: июня –октябрь 2025

Практическая значимость работы заключается в том, что результаты исследования помогут разработать проекты и использовать на уроках биологии, химии, географии. 

Здоровье почвы – это ее способность функционировать как живая система, поддерживать биологическое разнообразие, продуктивность и экологическое равновесие.

Ключевые признаки здоровой почвы:

• Плодородие: Способность обеспечивать растения питательными веществами
• Биологическое разнообразие: Наличие почвенной фауны (черви, ногохвостки) и микрофлоры (бактерии, грибы)
• Стабильная структура: Наличие водостойких комочков, что обеспечивает аэрацию и влагоудержание
• Способность к самоочищению

• Химическое:
• Тяжелые металлы (Cd, Pb, Zn, Cu, Ni): от автотранспорта (выхлопные газы, износ шин и тормозов), промышленных выбросов, неправильной утилизации батареек. ·
• Нефтепродукты: с АЗС, протечки машинного масла, аварии. ·
• Пестициды и удобрения: из сельского хозяйства. ·
• Бытовые отходы: несанкционированные свалки, пластик. ·
• Физическое: захламление твердыми отходами, уплотнение техникой. ·
• Биологическое: патогенные бактерии, яйца гельминтов (от домашних и бездомных животных) [1].

Отбор проб почвы методом «конверта» регламентирован ГОСТ 17.4.4.02-2017 — межгосударственным стандартом «Охрана природы. Почвы. Методы отбора и подготовки проб для химического, бактериологического, гельминтологического анализа». 

Метод «конверта» — способ отбора проб почвы для химического, бактериологического или гельминтологического анализа. Суть метода: из точек контролируемого участка (или каждой рабочей пробоотборной площадки) берут 5 образцов почвы. Точки расположены так, чтобы мысленно соединённые прямыми линиями, давали рисунок запечатанного конверта (длина стороны квадрата может составлять от 2 до 5–10 м). 

Выделяют два основных вида проб: 

1. Точечная проба — материал, взятый из одного места горизонта или одного слоя почвенного профиля, типичный для данного горизонта или слоя.
2. Объединённая проба — смесь не менее двух точечных проб, отобранных на одной пробной площадке.

Некоторые особенности отбора проб в зависимости от целей анализа:

• Для химического анализа объединённую пробу составляют не менее чем из пяти точечных проб, взятых с одной пробной площадки. Масса объединённой пробы — не менее 1 кг.
• Для контроля загрязнения поверхностно распределяющимися веществами (нефть, нефтепродукты, тяжёлые металлы и др.) точечные пробы отбирают послойно с глубины 0–5 и 5–20 см массой не более 200 г каждая.

Периодичность отбора проб зависит от вида исследования: 

• для химического, микробиологического, гельминтологического анализов — не реже 1 раза в год;
• для контроля загрязнения тяжёлыми металлами — не реже 1 раза в 3 года;
• в рамках санитарно-эпидемиологического почвенного мониторинга территорий повышенного риска (детских дошкольных, школьных, лечебно-профилактических учреждений, зон отдыха) — 2 раза в год, весной и осенью;
• для изучения динамики самоочищения почв — 1 раз в неделю в течение первого месяца, затем ежемесячно в течение вегетационного периода [5].

Исследования проводились с июня по октябрь 2025 годах в Урмарском МО, поселке Урмары, МАОУ «УСОШ им.Г.Е.Егорова». Сначала мы изучили Интернет-ресурсы и литературу и выбрали методику точечной пробы по принципу «конверта». Который заключается:

1. Подготовить кусок чистого полиэтилена размером приблизительно 50×50 см.
2. Удалить растительный слой методом срезания или соскабливания.
3. В каждой точке с глубины 0–20 см отобрать пробы почвы массой от 0,5 до 1 кг (точечные пробы) и высыпать их на полиэтилен.
4. Составить объединённую пробу путём смешивания 5 точечных проб, отобранных на одной пробной площадке.
5. Полученную объединённую пробу массой не менее 1 кг поместить в заготовленную для неё ёмкость и плотно закрыть.

Места отбора проб почвы (площадки): первый участок около ООО АВАНПРОМ, второй участок Мебельная фабрика, третий участок около АТП. (Приложение №2)
Отбор проб почвы и подготовка их для анализа осуществлялась в соответствии с требованиями ГОСТа 14.4.4.02–84 «Охрана природы. Методы отбора и подготовки проб для химического, микробиологического и гельминтологического анализа».
Оценку экологического состояния почв на исследуемых участках проводили на основе данных химического анализа и биотестирования.

Химические исследования включали определение pH водной вытяжки из почвенных образцов, а также определение нитрат-, сульфат-, хлорид- ионов, а также наличие ионов свинца (Pb+2), меди (Cu+2), железа (Fe+3).

Биотестирование проводили в условиях краткосрочных экспериментов. Для фитотестирования на высших растениях использовали семена гороха и кресс-салат. По истечении срока эксперимента измеряли длину корней и побегов проростков. Опыт проводился в трехкратной повторности.(Приложение 2, Таблица 3,4)

Изучив интернет ресурсы и литературу выяснили, что проблема загрязнения почвы в Урмарском районе Чувашской Республики остаётся актуальной из-за негативного воздействия хозяйственной деятельности на экологическую обстановку региона. Исследования показывают, что в почвах накапливаются тяжёлые металлы и другие опасные вещества, особенно в районах, прилегающих к промышленным объектам и транспортным артериям.

Выбрали методику точечной пробы по принципу «конверта». Почву взяли с глубины 20 см массой до 1 кг в трех вариантах из трех территорий, из трех участков. Для контроля взяли почву из приусадебного хозяйства Николаевых.

Затем провели химические исследования почвенных образцов. Для анализа подготовили почвенную вытяжку: помещали почву в стеклянную колбу, заливали её дистиллированной водой и интенсивно встряхивали в течение 2–5 минут, после чего смесь фильтровали.

1. Кислотность почвы (рН). Этот агрохимический параметр характеризует пригодность земли к выращиванию тех или иных видов культур.
Приготовленную ранее почвенную вытяжку опустили универсальную индикаторную бумагу. Полученную окраску индикатора сверили со шкалой определения кислотности. Для достоверности результатов кислотность проверили 3 раза. С почвенной вытяжки для контроля из приусадебного участка Николаевых pH среды равняется 7.

Оптимальным считается pH 6.5 – слабокислая реакция почвы. Следовательно, в почвах, выбранных нами в трех территориях, имеющего слабо кислую среду, что не ведет к недостатку фосфора и микроэлементов, большинство основных питательных веществ доступны растениям, т. е. находятся в почвенном растворе. Такая почвенная реакция благоприятна для развития полезных почвенных микроорганизмов, обогащающих почву азотом (Приложение №1).

Таблица №1 Определение кислотности

рН среда	контроль приусадебный участок Николаевых	территория ООО "Аванпром"	территория мебельной фабрики	территория АТП
среднее значение	7	6,5	6,6	6,5

Оптимальным считается pH 6.5 – слабокислая реакция почвы. Следовательно, в почвах, выбранных нами в трех территориях, имеющего слабо кислую среду, что не ведет к недостатку фосфора и микроэлементов, большинство основных питательных веществ доступны растениям, т. е. находятся в почвенном растворе. Такая почвенная реакция благоприятна для развития полезных почвенных микроорганизмов, обогащающих почву азотом.

2. Затем определили сульфат–ионов и хлорид – анионов, для этого к 5 мл фильтрата (почвенной вытяжки) добавили несколько капель концентрированной соляной кислоты и 2–3 мл 20%–го раствора хлорида бария.

Если образующийся сульфат бария выпадает в виде белого мелкокристаллического осадка, это говорит о присутствии сульфатов в количестве нескольких десятых процента и более. Помутнение раствора также указывает на содержание сульфатов – сотые доли процента. Слабое помутнение, заметное лиши на черном фоне, бывает при незначительном содержании сульфатов – тысячные доли процента.

На наших образцах наблюдали незначительное помутнение растворов, что говорит о малом содержании сульфатов. При действии нитратом серебра на почвенные вытяжки наблюдали небольшое помутнение, что свидетельствует о наличии хлорид – ионов. 

Хлориды и сульфаты снижают плодородие почвы, поэтому их наличие снижает хозяйственную ценность почвы и требует их удаление.

3. Для определения содержания карбонатов в почвенном образце взяли небольшое количество почвы поместили в фарфоровую чашку и прилили пипеткой несколько капель 10%–го раствора соляной кислоты. Вскипание, или выделение в ходе реакции оксида углерода (IV) CO2 наблюдали очень кратковременное и малоактивное. (Приложение №1, фото 7-11)

Таблица №2 Определение содержания карбонатов

рН среда	контроль приусадебный участок Николаевых	территория ООО "Аванпром"	территория мебельной фабрики	территория АТП
среднее значение	очень слабое и кратковременное	очень слабое и кратковременное	выделяется в виде пузырьков (почва “шипит” интенсивнее)	выделяется в виде пузырьков (почва “шипит «интенсивнее)

1. Изучив в рамках индивидуального проекта литературу и Интернет-ресурсы, мы узнали, что на территории Урмарского района преобладают серые лесные почвы в почвах накапливаются тяжёлые металлы и другие опасные вещества, особенно в районах, прилегающих к промышленным объектам и транспортным артериям.
2. Отобрали почвенные образцы с участков с разной промышленной нагрузкой. Места отбора проб почвы (площадки): первый участок около ООО АВАНПРОМ, второй участок Мебельная фабрика, третий участок около АТП. Выбрали методику точечной пробы по принципу «конверта».
3. Провели химические исследования почвенных образцов. Выяснили, что почва выбранных нами в трех территориях, имеющего слабо кислую среду, что не ведет к недостатку фосфора и микроэлементов, большинство основных питательных веществ доступны растениям, т. е. находятся в почвенном растворе. На наших образцах наблюдали незначительное помутнение растворов, что говорит о малом содержании сульфатов. При действии нитратом серебра на почвенные вытяжки наблюдали небольшое помутнение, что свидетельствует о наличии хлорид – ионов. 
4. Провели в рамках исследовательского проекта биотестирование с использованием семян гороха и кресс-салата. Почвы в зоне влияния предприятия обладают выраженной фитотоксичностью, что подтверждается значительным снижением всхожести и ростковых показателей у обеих культур.

Методы биоиндикации позволяют получать комплексную достоверную информацию о состоянии почвенных экосистем. Они используются для планирования и контроля антропогенной нагрузки на территорию, а также для оценки методов эффективности рекультивации территорий. 

Техногенное загрязнение почвы тяжёлыми металлами приводит к выраженным изменениям структуры сообщества почвенных микроорганизмов. Происходит возрастание численности аммонифицирующих, азотфиксирующих, денитрифицирующих бактерий, дрожжей, миксомицетов и, напротив, снижение численности нитрифицирующих бактерий и актиномицетов. Использованные биотест системы позволяют быстро оценить эко токсикологическое состояние антропогенно загрязненной почвы.

Кресс-салат обладает большой чувствительностью к загрязнению почвы и может использоваться как индикаторная тест-культура при исследовании загрязнения почв.
Фитотоксичность почвы — способность почв оказывать угнетающее действие на растения, приводящее к нарушению физиологических процессов, ухудшению качества растительной продукции и снижению её выхода. 

Цель индивидуального исследовательского проекта по экологии "Комплексная оценка изменения биологических свойств почв под влиянием промышленного предприятия с использованием биоиндикаторов" выполнена полностью, изучено, как деятельность промышленных предприятий влияет на биологические свойства почвы с помощью метода биотестирования.

1. Использовать многоярусную структуру.
2. Выбирать породы, устойчивые к загрязнениям и целевым нагрузкам.
3. Учитывать тип предприятия и его выбросы.
4. Создавать коридоры проветривания.
5. Учитывать высоту посадок.
6. Использовать газоны и цветочные композиции как дополнительные элементы.

1. М. А. Глазовская, А. Н. Геннадиев. География почв с основами почвоведения, М., МГУ, 1995
2. В. А. Ковда. Основы учения о почвах. Издательство «Наука». Москва. 1983 год.
3. Семендяева Н.В. Методы исследования почв и почвенного покрова: учеб. пособие/Н.В. Семендяева, А.Н. Мармулев, Н.И. Добротворская; Новосиб. гос. аграр. ун-т, СибНИИЗиХ. – Новосибирск: Издво НГАУ, 2011. – 202 с.
4. ГОСТ 17.4.4.02-2017 Охрана природы (ССОП). Почвы. . [Электронный ресурс], - Режим доступа:https://marsbbz.ru/wp-content/uploads/2021/05/gost-17.4.4.02-2017-ohrana-prirody-ssop.-pochvy.-metody-otbora-i-podgotovki-prob-dlja-himicheskogo..._tekst.pdf (10.06.2025)
5. Методы исследования природных (Почвы)[Электронный ресурс], - Режим доступа https://lib.sgugit.ru/irbisfulltext/UMK/2015/ЭУМК%20ФГОС%20_%203/022000.62%20Экология /49)%20022000.62%20Методы%20исследования%20%20природных%20сред/49)%20022000.62%20Методы%20исследования%20природных%20сред%20Конспект%20лекций.pdf(20.06.2025)

Таблица №3 Результаты биотестирования почвенных образцов на всхожести семян гороха

Таблица №4 Результаты биотестирования почвенных образцов на всхожести семян кресс-салата