Горизонты_Открытий_2015_ГБОУ_СОШ_№597

СЕВЕРНЫЙ АДМИНИСТРАТИВНЫЙ ОКРУГ
ГБОУ СОШ №597
ПРОЕКТНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА
«Особенности миграции масс тяжелых
металлов в разных типах климата и пути
решения проблемы загрязнения почв»
Работу выполнили:
Хохлова М., Мирошкин Г. (10 класс);
Фоничкина Д., Сорокина О. (8 класс);
Научный руководитель :
Учитель биологии Царева А.А
Москва 2015
Актуальность
Рабочие гипотезы
• Существует взаимосвязь между типом климата
и особенностями миграции тяжелых металлов.
• Существует взаимосвязи между механизмами
устойчивости растительных организмов к
действию тяжелых металлов и
миграционными особенностями в разных
ландшафтах, то есть в ареалах произрастания
каждого растения.
Цели
• Выявление взаимосвязи между местом
произрастания растений и их ответной
реакцией на действие ТМ.
• Поиск возможный путей решения проблемы
загрязнениями почв ТМ
Задачи
1. Провести эксперимент по выявлению взаимосвязи
между местом произрастания растений и их ответной
реакцией на действие ТМ.
2. Выявить взаимосвязь между типом климата и
особенностями миграции масс ТМ.
3.Выявить закономерности размещения предприятий
тяжелой промышленности в зонах с аридным и
гумидным климатами.
Задачи (продолжение)
4. Разработать схему вторичного использования
тяжелых металлов.
5. Рассмотреть возможные пути внедрения схемы
в промышленность.
6. Рассчитать выгоду использования схемы.
Особенности миграции масс тяжелых
металлов в разных типах климата
Аридный и гумидный климаты на карте мира.
Различия миграции масс ТМ в аридных и гумидных
ландшафтах
Миграция в аридных ландшафтах.
Миграция в гумидных ландшафтах.
Быстрая биологическая
оборачиваемость микроэлементов.
Медленная биологическая
оборачиваемость микроэлементов.
Отсутствие из задержки как в живой
фитомассе, так и в мертвом
органическом веществе на
поверхности почвы, напряженная
деятельность микроорганизмов
обеспечивает очень быстрое
преобразование продукта опада.
Длительное задерживание металлов в
живой фитомассе – общая
биогеохимическая особенность всех
лесных ландшафтов.
Высокая степень участия металлов в
Низкая степень участия металлов в
биологическом круговороте (40-50% от биологическом круговороте.
суммарного содержания в биомассе).
Характерна аккумуляция рассеянных
элементов в лесной подстилке.
Минимальное количество мертвого
органического вещества, которое не
может аккумулировать
микроэлементы.
Различия миграции масс тяжелых металлов в
разных типах климата
(продолжение)
Усиление аридности не влечет за собой Нарастание заболоченности
повышение уровней концентрации
проявляется в уменьшении фитомассы,
большей части металлов.
усилении роли напочвенного
растительного покрова в круговороте и
увеличении концентрации рассеянных
металлов почвах соизмерима, но
общая масса этих соединений в
болотных почвах больше.
В степных почвах верхняя часть
профиля обогащена тяжелыми
металлами.
Верхняя часть профиля лесных почв
заметно обделена тяжелыми
металлами.
С атмосферными осадками гумидные
ландшафты получают большее
количество водоподвижных форм
микроэлементов, чем в аридных зонах.
С атмосферными осадками аридные
ландшафты получают меньшее
количество водоподвижных форм
микроэлементов, чем в гумидных
зонах.
Выявление взаимосвязи между местом
произрастания растений и их ответной
реакцией на действие ТМ.
Материалы и методы
Для изучения действия ТМ на процесс прорастания и
роста были взяты растения аридного и гумидного
климата:
• Мак восточный, кермек (статица) обыкновенный –
растения аридного климата.
• Клевер белый, пастушья сумка – растений гумидного
климата.
Материалы и методы (продолжение)
• Были выбраны соли цинка и меди. Эти элементы
наиболее токсичны и активно вовлекаются в
биологический круговорот.
• Соли Zn(NO3)2 и Cu(NO3)2 были взяты в
следующих концентрации 20, 40, 60, 80,100 мкМ.
• Для характеристики действия ТМ использовали
такие показатели, как прорастание семян, рост
корня и побега на первый, третий и пятый день
опыта.
Материалы и методы
(продолжение)
• Семена проращивали на фильтровальной
бумаге на определенных растворах в
стерильных чашках Петри.
Влияние Zn(NO3)2 на рост побега
Мак
Статица
Клевер
Пастушья сумка
Влияние Cu(NO3)2 на рост побега
Мак
Статица
Клевер
Пастушья сумка
Взаимосвязь мест произрастания и
аккумуляции тяжелых металлов
растениями
Растения - гипераккумуляторы
Климат
Растения - исключатели
Климат
Batrachium
Bosch.
гумидный
Alyssum saxatile L.
гумидный
Brassica juncea Czern.
гумидный
Lupinus albus
гумидный
Helianthus annuus
гумидный
Thlaspi perfoliatum
аридный
Amaranthus retroflexus
гумидный
Zea mays L
аридный
Thlaspi alpestre
гумидный
Hordeum arizonicum
аридный
Armeria alpina
гумидный
Dryópteris carthusiána
гумидный
Thlaspi rotundifolium
аридный
Thlaspi arvensenа
аридный
Alyssum wuifenianum
гумидный
A. montanumL.
аридный
Polycarpae asynandra
аридный
Ginkgo biloba L.
аридный
Sesbania drummondii
гумидный
Sedum alfredii
аридный
Hydrilla verticillata
гумидный
Atropa belladonna
аридный
Arabidopsis thaliana
гумидный
Minuartia сrystallinum
гумидный
trichophyllum
(Chaix)
Взаимосвязь мест произрастания и
аккумуляции тяжелых металлов
растениями
Гумидный климат
Аридный климат
Растения –
гипераккумуляторы
75%
25%
Растения исключатели
30%
70%
Размещение предприятий тяжелой
промышленности в зонах аридного и
гумидного климатов
Месторождения
железных руд
Перемещение тяжелой
промышленности в зоны аридного
ландшафта
Фиторемедиация
– комплекс методов
очистки вод, грунтов и
атмосферного воздуха от
тяжелых металлов с
использованием зеленых
растений, которые
извлекают из
окружающей среды и
концентрируют в своих
тканях различные
элементы.
Возможная схема применения
фиторемедиации
•
•
•
•
•
•
•
Завод загрязняет почву
тяжелыми металлами;
Посадка вокруг завода
растенийгипераккумуляторов;
Растения извлекают из
почвы тяжелые металлы;
Сбор растений, отправка их
в перерабатывающий цех;
Выделение из растений
тяжелых металлов путем
электролиза;
Использование извлеченных
тяжелых металлов в
качестве вторсырья;
Использование
переработанных растений
(золы) в качестве удобрения.
Расчет выгоды использования схемы.
Материалы и методы
• Для определения количества тяжелых металлов
в сухой массе растений мы использовали метод
водной вытяжки.
Расчет выгоды использования схемы
(продолжение).
Содержание тяжелых металлов в растениях
аридного и гумидного климата
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
Медь
Цинк
Клевер
Пастушья
сумка
Мак
Статица
Расчет выгоды использования
схемы (продолжение)
1. 1 га –13260 кг клевера в год
2. 1 кг сухой массы клевера – 9,1 мг цинка, 4,5 меди
3. С 1 га извлекаем 162,9 кг тяжелых металлов
4. Средняя площадь свободной под засев
территории завода – 150-250 га.
5. В год извлекаем – 32580 кг
Выводы
1. В областях гумидного климата тяжелые металлы
задерживаются в почве, в то время как в аридном
активно вовлекаются в биологический круговорот.
2. Среди растений – гипераккумуляторов преобладают
растения гумидного, а среди растений –
исключателей – аридного климата. Поиск новых
фиторемедиантов надо осуществлять в областях
гумидного климата.
3. Был предложен вариант рационализации
размещения предприятий черной металлургии в
зависимости от типа климата.
Выводы (продолжение)
4. Для снижения губительных свойств тяжелых металлов мы
предложили способ очистки почв путем фиторемедиации.
5. Мы разработали схему вторичного использования тяжелых
металлов.
6. На территории Москвы существует много источников
тяжелых металлов вокруг которых есть свободное пространство
для высадки растений - гипераккумуляторов, поэтому возможно
было бы разместить рядом с заводом очистительное сооружение
значительно меньших размеров, чем сам завод и
перерабатывающее отмершие части высаженных растений.
7. Количество ТМ, извлеченных из растений собранных с 1 га
достаточно для использования других сфер промышленности,
где необходимо ТМ сырье.
Спасибо за
внимание!