ШКОЛЬНЫЙ ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ ГОРОДА БУГУЛЬМЫ

МУНИЦИПАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ДЕТЕЙ ДЕТСКИЙ ЭКОЛОГО – БИОЛОГИЧЕСКИЙ ЦЕНТР БУГУЛЬМИНСКОГО МУНИЦИПАЛЬНОГО РАЙОНА РЕСПУБЛИКИ ТАТАРСТАН ЮНЫЙ ЭКОЛОГ – ИССЛЕДОВАТЕЛЬ ШКОЛЬНЫЙ ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ ГОРОДА БУГУЛЬМЫ Шафигуллина Эльза Маратовна и Фонакова Екатерина Александровна, 11 класс Руководитель: Федотова Альфия Нафисовна, педагог дополнительного образования, МБОУ ДОД «Эколого-биологический центр Бугульминского муниципального района РТ». Консультант Дюкова Ирина Евгеньевна. 2016 год 2 Содержание                          Введение……………………………………………………………………..….4  Т                Теоретическая часть 1. Экологические проблемы города Бугульмы……………………………........7 Практическая часть  2. Школьного экологического мониторинга города Бугульмы……………11 2.1.Экологический мониторинг воздушной среды 2.1.1. Температура…………………………………………………………….14  2.1.2. Шумовое (акустическое) загрязнение………………………………...16 2.1.3. Ионизирующее излучение……………………………………………..18 2.1.4. Концентрация атмосферного кислорода……………………………..20 2.1.5. Концентрация угарного газа…………………………………………..21 2.2. Экологический мониторинг водной среды…………………………...22 2.2.1. Температура воды……………………………………………………...23 2.2.2. Концентрация минеральных веществ………………………………...25 2.2.3. Кислотность (рН)……………………………………………………...28 2.2.4. Концентрация хлорид – ионов………………………………………..29 2.2.5. Концентрация нитрат – ионов………………………………………...31 2.2.6. Содержание растворенного кислорода……………………………….33 2.2.7. Мутность………………………………………………………………...35 3 2.2.8. Содержание ионов тяжелых металлов……………………………......37 2.3. Экологический мониторинг осадков…………………………………..38 2.3.1. Кислотность (рН)……………………………………………………….39 2.3.2. Концентрация минеральных веществ…………………………………40 2.3.3. Концентрация хлорид – ионов…………………………………………41 2.3.4. Концентрация нитрат – ионов…………………………………………42 2.3.5. Концентрация тяжелых металлов (+свинец)…………………………43 2.4. Экологический мониторинг почвы…………………………………....44 2.5. Экологический мониторинг биоты ……………………………….....46 3.Результаты исследования школьного экологического  мониторинга……………………………………………………………….....48 Список использованной литературы…………………………………………51  Приложение 1………………………………………………………………….52 Приложение 2………………………………………………………………......75 Приложение 3…………………………………………………………………..76 Приложение 4…………………………………………………………………...77 Приложение 5…………………………………………………………………...78 Приложение 6……………………………………………………………………79 4 Введение  Антропогенное   воздействие   на   природу   по   своему   значению   сопоставимо   с геологическими процессами на Земле. Каждый год в мире извлекают из недр Земли около 120 млрд. тонн руды, ископаемых и строительных материалов, рассеивается на полях   свыше   500   млн.   тонн   минеральных   удобрений   и   более   4   млн.   тонн ядохимикатов,   сбрасывается   в   водоемы   примерно   600   куб.   км   промышленных   и бытовых стоков. Каждый год человек сжигает до 9 млрд. тонн условного топливо и при этом в воздухе планеты выбрасывается более 20 млрд. тонн двуокиси углерода и более 700 млн. тонн прочих газообразных соединений. Это приводит к истощению природных ресурсов и ухудшению экологических условий жизни человека (4).  В настоящее время уделяется большое внимание здоровье школьников. Наша школа,   Детский   эколого   –   биологический   центр,   где   мы   занимаемся   в   кружках, участвуют в реализации республиканского проекта «Здоровье моей школы».  Одним   из   инструментов   контроля   качества   параметров   окружающей   среды является  экологический  мониторинг. Экологический мониторинг,  или мониторинг окружающей   среды,   ­   это   комплексная   система   наблюдений   за   состоянием окружающей среды, оценки и прогноза изменений состояния окружающей среды под воздействием   природных   и   антропогенных   факторов.   Одним   из   направлений экологического   мониторинга   является   школьный   экологический   мониторинг. Школьный экологический мониторинг – часть системы экологического образования, направленная   на   формирование   экологических   знаний,   умений,   навыков   и 5 мировоззрения   на   базе   практической   деятельности,   включающая   программные наблюдения за состоянием окружающей среды своей местности (4).  Цель   работы:  обеспечение   массового   учета   показателей   экологического состояния территорий, в том числе параметров, не отслеживаемых ведомственными сетями наблюдений. Для реализации цели были поставлены задачи: 1. изучить методику школьного экологического мониторинга, собрать материал по теме, проанализировать его и сделать выводы; 2. дать экологическую характеристику изучаемой территории; 3. разработать   практические   рекомендации   по   улучшению   экологического состояния территории, санитарного объекта. Проблемой  исследования   является   оценка   качества   воды,   почвы   и   воздуха   с помощью школьного электронного экологического мониторинга. Гипотеза: предполагается, что центральный водоем города Бугульмы нуждается в сохранении, как зона реакреционного отдыха. Предмет исследования: город Бугульма.  Объект исследования:  Бугульминский водоем, территория Детского эколого – биологического центра. Новизна:  в   литературе   отсутствует   полная   информация   о   школьном экологическом   мониторинге   состояния   города   Бугульмы;   под   руководством Министерство   образования     и   науки   Республики   и   Татарстан,   Министерство 6 информатизации   и   связи   Республики   Татарстан,   и   Министерство   экологии   и природных   ресурсов   Государственное   автономное   образовательное   учреждение дополнительного образования детей «Республиканский центр внешкольной работы» создается первая электронная экологическая карта Республики Татарстан. 7 Теоретическая часть 1. Экологические проблемы города Бугульмы Изучив, литературу (Казанский государственный педагогический университет. И.Т. Гайсин, З.А. Хусаинов, Ш.Ш. Галимов «География и экология Республики Татарстан»,   учебное   пособие,   г.Казань,   2003;   ООО   «Научные   развлечения». Методические   рекомендации   по   созданию   сети   школьного   экологического мониторинга.   А.А.   Иванов,   И.А.   Смирнов,   Москва   –   Казань,   2012   г.;   Ю.А. Афанасьев, С.А. Фомин и др. Мониторинг и методы контроля окружающей среды: Учеб.   пособие.   –   М.:   Изд­во   МНЭПУ,   2001   г.;   Е.   Белоусова   Экологический мониторинг  природной   среды  //  Экономист, 2002  № 7.;  А.И.  Федорова,    А.Н. Никольская Практикум по экологии и охране окружающей среды: Учеб. пособие. – М.: Гуманит. изд. центр ВЛАДОС, 2003 г.;) выяснили, что природная среда в городе во многом определяет его привлекательность, влияет на создание облика городской   среды,   на   ее   территориальную   дифференциацию.   Состояние компонентов   природы   –   важный   индикатор   состояния   и   качества   городской среды.   Следовательно,   находясь   под   антропогенным   прессом,   подвергаясь многообразным   нагрузкам,   природа   способна   восстанавливаться,   спасая   тем самым себя и защищая человека. Город – это особая экосистема, и степень ее изменения зависит от географического положения, конкретной географической и 8 экологической ситуации, ответственности властей и активности самих жителей. Природа в городе и его ближайшем окружении подвергается тяжелому испытанию (3). Отрицательное влияние городской среды выражается, прежде всего, в том, что город   загрязняет   атмосферный   воздух   и   ухудшает   климат.   Главные   источники загрязнения  воздуха в городах –  промышленность  и автотранспорт. Загрязненный городской   воздух   менее   прозрачен,   ослабляет   поступление   солнечной   энергии,   в некоторых   больших   городах   вызывает   появление   смога   (ядовитого   тумана),   что отрицательно   влияет   на   здоровье   людей.   Ухудшению   здоровья   способствует постоянное   напряжение   (стрессовое   состояние)   жителей   больших   городов, соединенное   с   пониженной   физической   активностью,   загрязнением   воздуха, длительным пребыванием в закрытых помещениях. Все это приводит к увеличению заболеваний нервной, сердечно – сосудистой систем, легких и так далее (3). Для города Бугульмы характерны следующие экологические проблемы:  сильное и интенсивное загрязнение воздушного бассейна, водных источников, почвенной среды;  напряженность   кислородно   –   углеродного   баланса   воздуха   (снижение кислорода и увеличение СО, СО2);  в городе складывается свой тип микроклимата с ухудшенными для человека экологическими характеристиками; 9  Бугульма   насыщена   различными   физическими   загрязнителями:   шумом, электромагнитным излучением и др.;  жители   испытывают   повышенные   отрицательные   эмоциональные   и психологические нагрузки. Следовательно, в настоящее время экологические проблемы стоят в Бугульме наиболее остро, это, прежде всего, связано с коренным изменением окружающей природной   среды,   с   высокой   концентрацией   промышленных   предприятий   и большой плотностью населения.   В городе ежедневно  накапливается   огромное  количество  твердых бытовых отходов   (металл,   тряпье,   стекло,   бумага,   древесина,   много   органических   и неорганических   веществ).   В   результате   в   мусоре   быстро   возникают   различные гнилостные процессы, появляется различная микрофлора, в том числе нередко и болезнетворная. Очень часто наблюдается случаи, когда мусор сваливают в не отведенных местах, загрязняются  лесные массивы, овраги, балки, плодородные угодья. Паводковые и дождевые воды часть этого мусора смывают в реки, озера, пруды (1). Наиболее   острой   экологической   проблемой   города   Бугульмы   является загрязнение   атмосферы.   Основные   загрязнители   атмосферы   –   углекислый, сернистый, угарный газ,  окислы  азота.  В  воздух  также попадает  летучая  зола, содержащая   силикаты,   сульфаты,   сульфиты,   карбонаты,   закиси   и   оксиды металлов, хлориды и другие неорганические вещества. Кроме того, предприятия 10 загрязняют   воздух   пылью,   содержащей   большое   количество   оксидов   тяжелых металлов.   Автотранспорт   выделяет   наряду   с   угарным   газом,   окислом   азота углеводороды, свинец и еще более 200 различных веществ. Особенно опасными являются выхлопные газы автотранспорта, скапливающиеся в приземном слое на высоте   до   1   м.   В   результате   взаимодействия   в   атмосфере   накопившихся загрязнителей выхлопных газов образуется фотохимический смог. Он усиливается при температурной инверсии и в результате теплый воздух поднимается от земли, унося с собой загрязняющие вещества и рассеивая их на определенной высоте (5).  Таким образом, на распространение промышленных выбросов сильно влияют синоптические условия: ветровой режим, наличие туманов и инверсий температур (2).    11 Практическая часть 2.  Школьного экологического мониторинга города Бугульмы В   конце   мая   2012   года   в   наш   Детский   эколого   –   биологический   центр поступила   экологическая   электронная   лаборатория.   Она   позволяет   проводить экологический мониторинг инструментальными методами.  Лаборатория   представляет   отличные   возможности   для   проведения исследовательских и проектных работ школьников.  Мониторинг проводился два раза в месяц с 3­5 и с 15­18 числа каждого месяца.   Обработанные   данные   отправлялись   на   электронный   адрес [email protected] в Министерство экологии Республики Татарстан и через   сайт www   .  edu   .  ru в колонке Экологический мониторинг в Министерство образования Республики Татарстан. Параметры экологического мониторинга № 1. Среда  Вода  Параметры  1. Кислотность  (рН) 2. Температура Типология точки ­   Природная   вода   – открытый   природный водоем вблизи школы 12 Периодичность  два раза в месяц с 3­ 5 и с 15­18 число  каждого месяца 3. Мутность 4. Концентрация  минеральных  веществ 5. Концентрация  хлоридов 6. Концентрация  нитратов 7. Концентрация  тяжелых  металлов (+  свинец) 8. Концентрация  кислорода 1.Шум 2.Температура 3.Ионизация 4.Концентрация кислорода 5.Концентрация угарного газа (СО) 2. Кислотность (рН) Концентрация 3. минеральных веществ 3.Концентрация хлоридов 4.Концентрация нитратов 5.Концентрация тяжелых   металлов (+ свинец)  1. Кислотность (рН) 2.Концентрация минеральных веществ 3.Концентрация тяжелых   металлов (+ свинец) 4.Концентрация 2. Атмосфер а  3. Осадки  4. Почва  (пруд, озеро, река) ­   Питьевая   вода   в школе ­   На   пришкольной территории ­ школы: рекреация   В   помещениях класс,   два раза в месяц с 3­ 5 и с 15­18 число  каждого месяца два раза в месяц с 3­ 5   и   с   15­18   число каждого месяца   Свежевыпавший ­ снег ­ Вся толща снега ­   Снег   –   на   дороге (весна – лето осадки в виде дождя) два раза в месяц с 3­ 5   и   с   15­18   число каждого месяца ­ Игровая площадка с активным антропогенным воздействием ­   дендрарий, ограниченного антропогенного Школьный зона   13 5. Биота (лишайник и на деревьях) хлоридов 5.Концентрация нитратов Водная   вытяжка   из лишайников. 1.Кислотность (рН) 2.Концентрация тяжелых металлов  воздействия  ­ Школьный  дендрарий, зона  ограниченного  антропогенного  воздействия два раза в месяц с 3­ 5   и   с   15­18   число каждого месяца Ежегодно   в   атмосферу   крупных   городов   поступает   сотни   тысяч   тонн загрязняющих веществ. Это различные твердые частицы (дым, пыль, сажа), а также такие распространенные загрязнители как оксид углерода (СО), диоксид серы (S02), оксид азота (NO), диоксид азота (NO2),  озон (О3), углеводороды, сероводород (Н2S), формальдегид,   бензол,   толуол,   и   аммиак   (NH3).   Обычно   до   80   %   загрязнителей составляют   выбросы   автотранспорта.   На   выбросы   промышленных   предприятий  (в основном энергетических) города обычно приходится до 20 % и они не так токсичны, как   автомобильные.   Интенсивность   загрязнения   в   течение   года     распределена неравномерно: обычно максимальное загрязнение наблюдается с февраля по март (4). 14 15 2.1.Экологический мониторинг воздушной среды 2.1.1. Температура  В промышленных центрах и крупных городах атмосфера подвергается тепловому загрязнению в связи с тем, что в атмосферу поступают вещества с более   высокой   температурой,   чем   окружающий   воздух.   Температура выбросов обычно выше средней многолетней температуры приземного слоя воздуха. Из труб промышленных предприятий, выхлопных труб двигателей внутреннего   сгорания,   при   отоплении   домов,   лесных   пожарах   выделяются вещества,   нагретые   до   60   градусов   Цельсия   и   более.   Среднегодовая температура   атмосферного   воздуха   над   крупными   городами   и промышленными   центрами   на   6­7   градусов   выше   температуры   воздуха прилегающих   территорий.  Специалисты   отмечают,   что   в  последние  25  лет средняя температура тропосферы поднялась на 0,7 градусов Цельсия (5).     Измерение   температуры   в   рамках   школьного   мониторинга   может позволить сопоставить температурные режимы различных районов (при этом особенно важно проводить наблюдения в одно время).  Для   измерения   температуры   воздушной   среды   используем   электронный измеритель температуры (рис. 1). 16 Данный прибор позволяет проводить измерения температуры в пределах от – 20 до +110 °С, что необходимо учитывать при проведении измерений.  При проведении измерений  соблюдаем следующий порядок действий: 1. Включить нетбук и запустить программу «Физика ­ Практикум». 2. Подключить цифровой датчик температуры к нетбуку. 3. Для начала измерений нажать кнопку «Начать измерение». 4. Проводить   измерения   необходимо   до   того   момента,   как   значения температуры перестанут меняться до первого знака после запятой.  5. Для окончания измерений нажать на кнопку «Остановить измерения». 6. Экспортировать   данные   в   новый   файл.   Для   определения   параметров используем Microsoft Excel или Open Office. Результаты исследования показаны   в Приложения 2 (Экологический мониторинг воздушной среды). 2.1.2. Шумовое (акустическое) загрязнение Шумовое   (акустическое)   загрязнение   –   это   раздражающий   шум антропогенного   происхождения,   нарушающий   жизнедеятельность   живых 17 организмов и человека. Он имеет колебательную, волновую природу и обычно исходит от технических источников, главным образом транспортных средств (автомобили,   железнодорожные   поезда   и   самолеты)   и   промышленных предприятий.   По   ряду   данных   шум   вызывает   тугоухость,   приводит   к нарушениям   сна,   язвенной   болезни,   сердечнососудистым,   нервно   ­ психическим и другим заболеваниям, способствует развитию гипертонической болезни (4).    1. Табл. функциональных зонах    Нормы   допустимого   уровня   шума   в   различных Назначение территории L экв., дБА с 7 до 23 ч. с 23до 7 ч. Территории жилой застройки Территорий   детских   дошкольных учреждений Пришкольные участки Места отдыха     и Территории больницы и санаториев Курортные   оздоровительные районы Промышленные районы Прим. : н. и. – не измеряется. лечебно – 55 45 50 45 45 40 65 45 н. и. н. и. н. и. 35 30 55 Для оценки уровня шумового загрязнения используем такой параметр, как эквивалентный уровень шума (L экв.) и максимальный уровень шума (L макс.),   которые   измеряются   в   децибелах   (дБА3).   Для   его   измерения используем датчик звука с функцией интегрирования (рис. 2). 18 При проведении измерений соблюдаем следующий порядок действий: 1. Включить нетбук и запустить программу «Физика ­ Практикум». 2. Подключить цифровой датчик  к нетбуку. 3. Для   начала   измерений   нажать   кнопку   «Начать   измерение».  Перед началом   измерения   необходимо   перевести   прибор   в   режим интегрирования. 4. Проводить   измерения   необходимо   до   того   момента,   как   значения   т перестанут меняться до первого знака после запятой.  5. Для окончания измерений нажать на кнопку «Остановить измерения». 6. Экспортировать   данные   в   новый   файл.   Для   определения   параметров используем Microsoft Excel или Open Office. 7. Для введения в общую таблицу данных будет нужно среднее значение L экв. и максимальное значение (L макс.).  Результаты   исследования   показаны     в   Приложения   2   (Экологический мониторинг воздушной среды). 2.1.3. Ионизирующее излучение Ионизирующее излучение – это излучение, взаимодействие которых с веществом   вызывает   или   приводит   к   образованию   в   этой   среде   ионов.   В 19 мониторинге определяем естественный радиационный фон (доза излучения, создаваемая   космическим   излучением   и   излучением   природных радионуклидов, естественно распределенных в земле, воде, воздухе, других элементах биосферы, пищевых продуктах и организме человека).  Нормой считается мощность экспозиционной дозы менее 50 мкР/ч, чаще всего значения радиационного фона находятся  в пределах 7 – 15 мкР/ч. На уровень радиационного фона могут оказывать влияние выходы горных пород, использование   ряда   строительных   материалов   и   т.п.   Для   измерения   этого параметра используем датчик ионизирующего излучения (рис. 3.). При проведении измерений  соблюдаем следующий порядок действий: 1. Включить   нетбук   и   запустить   программу   «Физика   ­   Практикум». Подключить цифровой датчик  к нетбуку. 2. Для начала измерений нажать кнопку «Начать измерение».  3. Проводить   измерения   необходимо   до   того   момента,   как   значения перестанут меняться до первого знака после запятой.  4. Для окончания измерений нажать на кнопку «Остановить измерения». 5. Экспортировать   данные   в   новый   файл.   Для   определения   параметров используем Microsoft Excel или Open Office. 20