Выпускная квалификационная работа (ВКР) на тему "Содержание никеля и марганца в снежном покрове и почвах лесопарка «Затюменский» города Тюмени"

Дипломная работа (ВКР) Тюмгу (Тюменский Государственный Университет). Готовая дипломная работа на тему "Содержание никеля и марганца в снежном покрове и почвах лесопарка «Затюменский» города Тюмени"

Описание работы

ВПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА
бакалаврская работа

СОДЕРЖАНИЕ НИКЕЛЯ И МАРГАIЩА В СНЕЖНОМ ПОКРОВЕ И ПОЧВАХ ЛЕСОПАРКА «ЗАТЮМЕНСКИЙ» ГОРОДА ТЮМЕНИ
05.03.06 Экология и природопользование Профиль «Природопользование»

Вьполнили работу (групповой проект) студентки 4 курса очной формы обучения





Руководитель к.б.н., доцент





Тюмень 2023

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 4
ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 7
1.1. ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НИКЕЛЯ И МАРГАНЦА
.............................................................................................................................. 7
1.1.1. Никель 7
1.1.2. Марганец 8
1.2. СОДЕРЖАНИЕ НИКЕЛЯ И МАРГАНЦА В КОМПОНЕНТАХ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ 8
1.2.1. Никель 8
1.2.2. Марганец 10
1.3. ВЛИЯНИЕ НИКЕЛЯ И МАРГАНЦА НА ЖИВЫЕ ОРГАНИЗМЫ 12
1.3.1. Никель 12
1.3.2. Марганец 13
1.4. ИСТОЧНИКИ ПОСТУПЛЕНИЯ НИКЕЛЯ И МАРГАНЦА В ПОЧВУ15
1.4.1. Никель 15
1.4.2. Марганец 15
1.5. ФОРМЫ СОЕДИНЕНИЙ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ 16
1.5.1. Никель 17
1.5.2. Марганец 19
1.6. ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ В ПОЧВАХ УРБАНИЗИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЙ 20
1.7. ТЯЖЁЛЫЕ МЕТАЛЛЫ В ПОЧВАХ ПАРКОВЫХ ЗОН ГОРОДОВ 21
1.8. ТЯЖЁЛЫЕ МЕТАЛЛЫ В ПОЧВАХ ТЮМЕНИ 22
ГЛАВА 2. ФИЗИКО – ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЯ 26
2.1. АДМИНИСТРАТИВНО-ТЕРРИТОРИАЛЬНОЕ ПОЛОЖЕНИЕ 26
2.2. КЛИМАТИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ 27
2.3. ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ И РЕЛЬЕФ 28
2.4. ГИДРОГРАФИЧЕСКАЯ СЕТЬ 29
2.5. ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ 29
2.6. ПОЧВЕННО-РАСТИТЕЛЬНЫЙ ПОКРОВ 30
ГЛАВА 3. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ 32
3.1. МЕТОДЫ ОТБОРА ПРОБ ПОЧВ 32
3.2. МЕТОДЫ ПРОБОПОДГОТОВКИ ПОЧВ 33
3.3. МЕТОДЫ АНАЛИЗА ПОЧВ 33
3.3.1. Измерение pH почвенной солевой вытяжки 33
3.3.2. Фотометрическое определение содержания гумуса 34
3.3.3. Приготовление вытяжки с использованием ацетатно-аммонийного буфера с рH 4,8 38
3.3.4. Определение содержания подвижных форм металлов методом атомно-абсорбционной спектроскопии 39
3.4. МЕТОДЫ ОТБОРА ПРОБ СНЕЖНОГО ПОКРОВА И ПРОБОПОДГОТОВКИ 40
3.5. МЕТОДЫ АНАЛИЗА СНЕЖНОГО ПОКРОВА 42
3.5.1. Отделение и расчёт пылевой фракции из снежного покрова 42
3.5.2. pH снегового раствора 43
3.5.3. Определение содержания тяжелых металлов в водорастворимой части снежного покрова методом атомно-абсорбционной спектроскопии 43
ГЛАВА 4. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ 44
4.1. PH ПОЧВЕННОГО РАСТВОРА 44
4.2. СОДЕРЖАНИЕ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА 45
4.3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ СОДЕРЖАНИЯ ПОДВИЖНЫХ ФОРМ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ПОЧВЕ 46
4.3.1. Никель 47
4.3.2. Марганец 48
4.4. ВЗАИМОСВЯЗЬ СОДЕРЖАНИЯ ПОДВИЖНЫХ ФОРМ НИКЕЛЯ И МАРГАНЦА СО СВОЙСТВАМИ ПОЧВ 49
4.4.1. Никель 49
4.4.2. Марганец 51
4.5. PH СНЕГОВОГО РАСТВОРА 53
4.6. РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЁТА ПЫЛЕВОЙ ФРАКЦИИ ИЗ СНЕЖНОГО ПОКРОВА 54
4.7. СОДЕРЖАНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ВОДОРАСТВОРИМОЙ ЧАСТИ СНЕЖНОГО ПОКРОВА 54
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 56
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 58

ВВЕДЕНИЕ


Актуальность. В современных условиях загрязнение почв тяжелыми металлами городской среды является актуальной проблемой, так как тяжёлые металлы и их соединения, попав в организм человека, оказывают токсическое воздействие на организм, вызывая ряд заболеваний. К тяжелым металлам относится более 40 химических элементов с атомными массами, превышающими 50 атомных единиц. Почва является основной средой, в которую попадают тяжёлые металлы, в том числе из атмосферы и водной среды.
Несмотря на то, что концентрации химических элементов могут быть низкими, они могут представлять опасность для живых организмов, так как живые организмы обладают способностью накопления тяжелых металлов. Серьезность проблемы загрязнения, как правило, заключается в способности постепенно концентрироваться в пищевых цепочках экосистем. Поступление тяжелых металлов в почвы происходит из таких источников как: техногенные загрязнения, приносимые ветрами и осадками, автомобильный транспорт, мусор, оставленный человеком и т. д. А почвы, в свою очередь, являются депонирующей средой, в результате итогом является накопление и последующий «перенос» тяжелых металлов на другие трофические уровни.
Оценка техногенного загрязнения тяжелыми металлами выбранной нами территории актуальна, так как рекреационные зоны имеют важное значение. Они не только используются для туризма и отдыха, но и выполняют санитарно- гигиенические функции. Например, при правильной эксплуатации лесопарки помогают в очищении воздуха, который поступает в центральные районы города, так как воздушные массы в значительной степени очищаются при прохождении над лесопарковыми территориями. Территория лесопарка
«Затюменский» является особо охраняемой природной территорией и памятником природы, но подвергается постоянной высокой антропогенной и техногенной нагрузке. Данная территория обладает минимальной степенью

антропогенной трансформации и ее исследование станет результативным показателем экологической ситуации в этом районе.
Никель более известен как поллютант и в высоких концентрациях оказывает негативное влияние на рост и развитие растений. Является продуктом выбросов в атмосферу от антропогенных источников.
Марганец не считается загрязняющим почву металлом, однако при избыточных содержаниях, выше ПДК, он становится загрязнителем и может оказывать токсичное действие на растения.
Исследование содержания тяжелых металлов в снеговом покрове также играет немаловажную роль в изучении загрязнения окружающей среды. Загрязнения в атмосферу поступают, как и от естественных источников, так и от антропогенных. Воздействие природных источников в зимнее время незначительно и главный вклад в загрязнение атмосферы вносят техногенные источники. Атмосферные загрязнения совместно со снеговыми осадками накапливаются в снежном покрове, следовательно, отражая уровень загрязнения приземных слоев атмосферы снежный покров является подходящим индикатором для оценки состояния городской среды. В целом, снежный покров является депонирующей средой, исследование которой дает информацию об антропогенном загрязнении окружающей среды в зимний период времени.
Цель исследования: изучить содержание подвижных форм никеля и марганца в почвах и в снежном покрове лесопарка «Затюменский».
Объект исследования: почвы и снежный покров лесопарка
«Затюменский».
Предмет исследования: содержание подвижных форм никеля и марганца в почвах и снеговом покрове лесопарка «Затюменский».
Задачи:
1) Освоить методы определения рН почвенного раствора, содержания в почвах органического вещества.

2) Изучить содержание подвижных форм никеля и марганца в почвах лесопарка «Затюменский».
3) Определить содержание никеля и марганца в снежном покрове лесопарка
«Затюменский».
4) Проанализировать зависимость между свойствами почв и содержанием никеля и марганца в почвах лесопарка «Затюменский».
Личный вклад:
Каменюк Д. А. – подготовка литературного обзора; отбор и пробоподготовка почв и снежного покрова; измерение pH почвы и снега; фотометрическое определение органического вещества; приготовление вытяжки с использованием ацетатно-аммонийного буфера pH 4,8; расчёт пылевой фракции из снежного покрова; анализ и обработка результатов содержания подвижных форм никеля в почвах; интерпретация результатов исследования.
Ямалтдинова З. К. - подготовка литературного обзора; отбор и пробоподготовка почв и снежного покрова; измерение pH почвы; фотометрическое определение органического вещества; приготовление вытяжки с использованием ацетатно-аммонийного буфера pH 4,8; расчёт пылевой фракции из снежного покрова; анализ и обработка результатов содержания подвижных форм марганца в почвах, интерпретация результатов исследования.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

Книжные издания:
1. Алексеев Ю. В. Тяжелые металлы в агроландшафте. СПб.: Изд-во ПИЯФ РАН, 2008. 2016 с.
2. Алексеенко В. А., Алексеенко А. В. Химические элементы в городских почвах. М.: Логос, 2014. 312 с.
3. Анслок П. И. А 71. Микроудобрения: справочник. — 2-е изд., перераб, и доп.— Л.: Агропромиздат. Ленингр. отд-ние, 1990.— 272 с.
4. Байботаева, А. Д. Тяжелые металлы в почвах урбанизированных территорий / А. Д. Байботаева, Г. Д. Кенжалиева, В. Н. Босак // Вестник БГСХА: науч.-метод. журн. - 2019. - №4. - С. 126–130.
5. Байтимирова Е. А. Оценка загрязнения рекреационных зон мегаполиса тяжелыми металлами (на примере Екатеринбурга) - Е. А. Байтимирова, Е. В. Михеева, Е.Н. Беспамятных, И.М. Донник, А. С. Кривоногова - Аграрный вестник Урала № 04 (146), 2016 г. С. 72.
6. Битюцкий Н.П. Микроэлементы и растение. Учебное пособие. – СПб.: Издательство Санкт-Петербургского университета, 1999. – 134 с.
7. Боев В.А., Боев В.В., Микроэлементы в почвах лесов подтайги в фоновых условиях, Издательство Южного федерального университета, 2018.
8. Большая советская энциклопедия: в 30 т. / Гл. ред. А. М. Прохоров.
— 3-е изд. — М.: Сов. энцикл., 1969–1978.
9. Воробьева, Л.А., Д. В. Ладонин, О. В. Лопухина, Т. А. Рудакова, А. В. Кирюшин. Химический анализ почв. Вопросы и ответы. М. 2011. – 186 с.
10. Глинка Н. Л. Общая химия: учебное пособие для вузов/ Под ред. А. И. Ермакова – изд. 28-е, переработанное и дополненное – М.: Интеграл – Пресс, 2000. с. 10–13.
11. Горбатов В. С. Устойчивость и трансформация оксидов тяжелых металлов (Zn, Pb, Cd) в почвах // Почвоведение - 1988. - № 1. - С. 35–42

12. Гусейнов А. Н. «Экология города Тюмени: состояние, проблемы» / Гусейнов А. Н. - Тюмень: «Слово», 2001. - 176 с.
13. Давыдова С. Л., Тагасов В.И. Тяжелые металлы как супертоксиканты XXI века: учебное пособие. – Мл Изд-во РУДП, 2002. 140 с.
14. Жарикова Е. А. Тяжелые металлы в городских почвах: оценка содержания и экологического риска // Известия Томского политехнического университета – 2021. - Т. 332. № 1. 164–173
15. Иванов В. В. Экологическая геохимия элементов: Справочник: в 6 кн./ Под ред. Э. К. Буренкова. – М.: Экология, 1995. – Кн. 4: Главные d элементы. – 416 с.
16. Ильин В. Б. Тяжелые металлы в почвах Западной Сибири // Почвоведение. 1987. № 11. С. 87–94.
17. Каббата-Пендиас А., Пендиас Х. Микроэлементы в почвах и растениях. Пер. с англ. – М.: Мир, 1989. 439 с.
18. Каретин Л.Н. / Почвы Тюменской области – Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1990, 1990, - 286 с.
19. Катамылов М.В. Микроэлементы и микроудобрения. М., Издательство «Химия», 1965, с. 65
20. Константинова Е. Ю. Эколого-геохимическая оценка загрязнения почвенного покрова города тюмени тяжелыми металлами и полициклическим, и ароматическим и углеводородами, 2021. – 28 с.
21. Копылов Д. И., Князев В. Ю., Ретунский В. Ф. Тюмень. Свердловск: Среднеуральское книжное издательство, 1986. 320 с.
22. Кочмар И. Н., Карабын В. В. Экологические аспекты геохимии марганца в зоне техногенеза отвалов угольных шахт // Журн. Белорус. гос. ун- та. Экология. 2017. № 4. С. – 81–91.
23. Крамарева Т.Н., Горбунова Н.С., Громовик А.И.,Куликова Е.В. Биогеохимия никеля при орошении. Лесотехнический журнал 3. 2020. 124–132 с.

24. Ладонин Д.В. Формы соединений тяжелых металлов в техногенно- загрязненных почвах. — М.: Издательство Московского университета, 2019. — 312 с.
25. Ларионов М. В. Особенности накопления техногенных тяжелых металлов в почвах городов Среднего и Нижнего Поволжья / Вестник Томского государственного университета. 2013. № 368. С. 189 -194.
26. Национальный атлас почв Российской Федерации. - М.: Астрель: АСТ, 2011.- С. 106–107.
27. Перельман Ф. М., А. Я. Зворыкин. М. Кобальт и никель – Москва: Наука, 1975. – 215 с.
28. Потапов В. М., Хомченко Г. П. Химия: Учебник. – М.: Высшая школа, 1982. – 367 с.
29. Ревич Б.А., Сает Ю.Е., Смирнова Р. С. Использование метода геохимического картирования в гигиенических исследованиях // Гигиена и санитария. — 1981. — № 7. — С. 48–50
30. Ревич Б.А., Сает Ю.Е., Смирнова Р. С. Методические рекомендации по оценке степени загрязнения атмосферного воздуха населенных пунктов металлами по их содержанию в снежном покрове и почве.
— М.: ИМГРЭ, 1990.
31. Рипан Р., Четяну И. Неорганическая химия. Том 2. Металлы. 1972. с. 581–614.
32. Самофалова И. А. Химический состав почв и почвообразующих пород: учебное пособие. М-во с.-х. РФ, ФГОУ ВПО «Пермская ГСХА». – Пермь: Изд-во ФГОУ ВПО «Пермская ГСХА», 2009. – 132 с.
33. Сысо А.И. Закономерности распределения химических элементов в почвообразующих породах и почвах Западной Сибири: Дис. ... д-ра биол. наук: 03.00.27: Новосибирск, 2004 358 c.
34. Федорец Н. Г., Медведева М. В. Методика исследования почв урбанизированных территорий. Петрозаводск: Карельский научный центр РАН, 2009. 84 с.

35. Шапошникова И. А. Таблица Менделеева в живых организмах: универсальное учебное пособие по биологии, химии и экологии. Москва: Бином, 2012. – 246 с.
36. Шигабаева Г. Н. Тяжелые металлы в почвах некоторых районов г. Тюмени. Вестник Тюменского государственного университета. Экология и природопользование. Том 1 №2 (2). 2015. 92–102.
37. Ю. Е. Сает, Б. А. Ревич, Е. П. Янин и др / Геохимия окружающей среды. — М.: Недра, 1990.—335 с.
Стандарты:
38. ГОСТ Р ИСО 11464–2011. Качество почвы. Предварительная подготовка проб для физико-химического анализа: дата введения 2013-01-01. 16 с.
39. ГОСТ 17.1.5.05–85. Общие требования к отбору проб поверхностных и морских вод, льда и атмосферных осадков: дата введения 1986-07-01. 12 с.
40. ГОСТ 17.4.4.02-2017 Охрана природы. Почвы. Методы отбора и подготовки проб для химического, бактериологического, гельминтологического анализа: дата введения 2019-01-01. 14 с.
41. ГОСТ 26213–2021. Почвы. Методы определения органического вещества: дата введения 01.08.2022. 11 с.
42. ГОСТ 26483–85 Почвы. Приготовление солевой вытяжки и определение ее pH по методу ЦИНАО. Дата введения: 1986-07-01. 17 с.
43. ПНД Ф 16.1:2:2.2:2.3.63-09 (М 03-07-2014) (издание 2014 г.)
Методика измерений массовой доли ванадия, кадмия, кобальта, марганца, меди, мышьяка, никеля, ртути, свинца, хрома и цинка в пробах почв, грунтов и донных отложений методом атомно-абсорбционной спектроскопии с использованием атомно-абсорбционного спектрометра с электротермической атомизацией МГА-915.
44. РД 52.04.186–89. РУКОВОДСТВО ПО КОНТРОЛЮ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРЫ. Дата введения: 1991-07-01. – 695 с.

Сайты, порталы:
45. cyberleninka.ru: научная электронная библиотека: [сайт]. URL: https://cyberleninka.ru (дата обращения 23.04.2023).
46. Департамент недропользования и экологии Тюменской области: [сайт]. Кадастровое дело №006. Памятник природы регионального значения
«Лесопарк Затюменский». URL: https://dnec.admtyumen.ru (дата обращения 07.05.2023).
47. Картографические данные Yandex карты: [сайт]. URL: https://yandex.ru/maps/оrg/zatyumenskiy_ekоpark/63861970389/?l=sat&ll=65.45884 2%2C57.163467&z=15 (дата обращения: 04.04.2023)