Сайт учителя биологии

Наши конференции

E-mail:
Пароль:

Предлагаемая Вашему вниманию работа была представлена на Международной конференции "Интеллуктуал" в г.Саров моей ученицей Шошиной Олесей. Работа получила высокую оценку жюри (диплом II степени).

 Мониторинг малого водоема урбанизированной территории
с целью создания рекреационной зоны

 

Авторы работы: Воробьева Елена Вадимовна
Шошина Олеся Олеговна
ученицы 10 "В" класса
МБНОУ «Городской классический лицей»

 

Научный руководитель:
Корниенко Наталья Павловна
учитель биологии

 

Введение

Стремительная урбанизация природных биоценозов отрицательно сказывается на экологическом состоянии нашей планеты и негативно отражается на здоровье людей. В городах остается все меньше и меньше «уголков естественной природы», где можно отдохнуть после напряженной работы, погулять с детьми. В городе Кемерово эта проблема стоит достаточно остро и требует внимания общественности и властей.

Цель работы: изучение экологического состояния малого водоема, расположенного в Заводском районе города Кемерово для дальнейшего его использования в рекреационных целях.

Задачи:

  1. ознакомиться с теоретической литературой об экологическом состоянии водоемов урбанизированных территорий;
  2. провести мониторинг данного водоема по следующим параметрам:
    • физические свойства воды;
    • химический состав воды;
    • флора водоема и прилегающей территории;
    • оценка антропогенного давления;
  3. сравнить экологические параметры исследуемого пруда с параметрами природного водоема, находящегося за чертой города (озеро Суховское);
  4. составить прогноз развития водоема.
  5. предложить проект рекреационной зоны

Гипотеза:

если экологическое состояние пруда соответствует нормам, то на месте заброшенного пруда, можно создать рекреационную зону, обладающую оздоровительным потенциалом для горожан.

Глава 1. Общая характеристика водно-ресурсного потенциала Кемеровской области

Гидрографическая сеть Кузбасса принадлежит бассейну верхней Оби и представлена довольно густой сетью малых и средних рек, озерами, водохранилищами, болотами. Общий объем поверхностного стока составляет 37 км³ (6,4% от поверхностного стока Западно-Сибирского региона). Реки Томь и Иня – основные поверхностные источники водоснабжения Кемеровской области.

Общее количество озер (вместе с речными старицами) составляет 850 ед., суммарная площадь 101 км², что составляет 0,1% от всей площади Кемеровской области. Также для Кузбасса характерно наличие искусственных озер, образованных в результате отработки угля и других полезных ископаемых. Данные озера имеют глубину до 80-120 м и, соответственно, большой объем при небольшой площади.

Из существующих в области водохранилищ наиболее крупными (с объемом более 10 млн м³) являются: Беловское водохранилище – 59 млн м³, Кара-Чумышское – 61 млн м³, Журавлевское – 31,59 млн м³, Дудетское – 36 млн м³, запасы воды которых используются в энергетике, для хозяйственно-питьевого водоснабжения, орошения, рыборазведения и в рекреационных целях.

Однако, с учетом возрастающей антропогенной нагрузки на водные объекты, которая обуславливается введением новых мощностей (в первую очередь на действующих предприятиях угольной промышленности и гидроэнергетики), возможно формирование напряженного водохозяйственного баланса на отдельных водных объектах, особенно в период зимней межени.

Использование водных ресурсов

Характеристика поверхностных водных объектов (на постах контроля города Кемерово) приведена по данным наблюдения ГУ «Кемеровский центр по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды» за 2002 – 2006 год включительно. В течение 2006 года проводилось биотестирование проб воды р. Томь, отобранных в двух створах города Кемерово (поселок Металлплощадка, деревня Подъяково). Было исследовано 22 пробы воды, острой токсичности не выявлено.

Таблица 1. Динамика среднегодового загрязнения реки Томь выше и ниже города Кемерово (поселок Металлплощадка, деревня Подъяково),
доли ПДК (для водоемов рыбохозяйственного значения)

Наименование

загрязняющего вещества

ПДК

мг/л

2002

2003

2004

2005

2006

Азот аммонийный

0,4

0,43

0,48

0,3

0,5

0,2

0,23

0,1

0,15

0,1

0,15

Азот нитритный

0,02

0,35

0,45

0,35

0,45

0,3

0,35

0,3

0,3

0,25

0,25

БПК5

2,0

0,94

1,06

1,02

1,25

1,15

1,12

1,08

1,24

1,06

1,17

Нефтепродукты

0,05

2,4

2,6

2,0

2,4

2,4

2,6

2,0

2,6

1,8

2,4

Фенол

0,001

5,0

5,0

4,0

6,0

2,0

4,0

2,0

3,0

2,0

2,0

ХПК

15,0

0,67

0,77

0,55

0,68

0,79

0,81

0,91

0,97

0,72

0,77

УКИЗВ

-

     

1,74

2,03

1,55

1,70

1 строчка – отбор проб п. Металлплощадка

2 строчка – отбор проб д. Подъяково

УКИЗВ – Удельный комбинаторный индекс загрязнения воды. (Методические указания. Метод комплексной оценки степени загрязненности поверхностных вод по гидрохимическим показателям РД 52.24.643-2002). Рассчитывается с 2005 года. Значения: до 1 – вода условно чистая, от 1 до 2 – вода слабо-загрязненная, от 2 до 3 – вода загрязненная, от 3 до 4 – вода очень загрязненная, от 4 до 8 – вода грязная, от 8 до 11 – вода очень грязная, от 11 и выше – вода экстремально грязная.

Таблица 2. Масса загрязняющих веществ со сточными водами (в тоннах)

Наименование

веществ

2002

2003

2004

2005

2006

Всего (без учета БПКп и ХПК)

102486

76604

90436

92555

95592

Сухой остаток

66498

47525

55472

61861

64789

Хлориды

12570

10730

13052

12342

12673

Сульфаты

19042

16134

15279

12156

11671

Нитраты

2073

1172

5680

5424

5585

ХПК

     

-

1462

Взвешенные вещества

1978

843

705

606

513

БПКп

     

429

479

Азот аммония

262

154

129

92

120

Нитриты

29

28

101

62

67

СПАВ

14

8

12

8

7

Основными загрязняющими веществами являются соединения азота, фенол, нефтепродукты, легкоокисляемая органика. Уменьшились среднегодовые концентрации фенолов, нефтепродуктов, тяжелых металлов (цинка, меди), однако повысилось загрязнение железом на всем контролируемом участке.

В 2006 году в реке Томь в районе города Кемерово были обнаружены хлорорганические пестициды (для водоемов рыбохозяйственного значения предусмотрено отсутствие пестицидов).

Кислородный режим реки удовлетворительный, среднее содержание растворенного кислорода по сравнению с предыдущим годом повысилось.

Понятие пруда. Классификация

Наряду с крупными уникальными водохранилищами в Кемеровской области, построено большое количество малых водохранилищ-прудов.

Пруд - это искусственный водоем, созданный как источник воды для орошения, разведения рыбы и водоплавающей птицы, хранения воды, проведения спортивных и оздоровительных мероприятий и других целей площадью обычно не более 1 км2.

Наполнение прудов обеспечивается местным стоком:

  • талыми и дождевыми водами,
  • родниками,
  • паводковыми водами малых рек равнинной, предгорной и горной части края.

Пруды как инженерные сооружения могут быть:

  • русловыми,
  • пойменными,
  • балочными,
  • копанями.

Исследуемый пруд относится к пойменным.

Пойменные пруды-водохранилища образуются путём затопления части поймы реки, отгороженной от русла реки оградительной дамбой. Заполнение пруда и сброс воды из него осуществляется, как правило, самотёком из реки и назад в реку ниже по течению.

Схема пойменного пруда.


1 — река; 2 – чаша пруда; 3 – дамба обвалования; 4 – подводящий канал; 5 – водозаборное сооружение; 6 – сбросной канал; 7 – шлюзы–регуляторы; 8 – сбросное сооружение.

Глава 2. Материалы и методика работы

Исследования проводились в летний период 2010 – 2011 годов.

Объект исследования – пойменный пруд - расположен на территории города Кемерово, рядом с жилыми домами по улице Космической. Имеет размеры: 197 метров в длину и 36 метров в ширину. Пруд не имеет названия. Он образовался путём затопления части поймы реки, отгороженной от русла реки Искитимка оградительной дамбой. Рядом с прудом располагается гаражный кооператив.

Выбор объекта исследования обусловлен рядом причин:

а) он соответствует основным критериям выбора объекта (искусственный водоем в городских условиях);

б) водоем ещё находится в состоянии, подлежащем восстановлению.

При отборе проб воды на анализ мы придерживались определенных правил:

  1. для анализа нужно использовать стеклянную или пластиковую тару из-под минеральной воды объемом 1,5 литра.
  2. в природных источниках тару опускаем ниже уровня поверхности на 10-15 см.
  3. бутылку необходимо промыть изнутри водой, которая будет браться на анализ.
  4. после набора воды необходимо слегка сдавить бутылку, чтобы не попал воздух или закрыть бутылку под водой.
  5. все анализы должны проводиться в течение 24 часов после взятия пробы.

В период лета 2010 годы были изучены состав и структура сообщества прибрежных водно-болотных растений. При изучении физического состава проб воды использовала метод качественных реакций на содержание хлора и сульфатов. Также был проведен сравнительный анализ искусственного водного биоценоза города с естественным водным биоценозом озера Суховское по основным органолептическим и внешним показателям, результатам качественных реакций, влиянию антропогенного фактора.

Среди органолептических показателей мы обращали внимание на интенсивность запаха, цвет, мутность воды.

Таблица 3. Оценка интенсивности запаха воды.

Интенсивность запаха

Характер появления запаха

Оценка интенсивности запаха

нет

запах не ощущается

0

очень слабая

 

запах сразу не ощущается, но обнаруживается при тщательном исследовании (при нагревании воды)

1

слабая

 

запах замечается, если обратить на него внимание

2

заметная

 

запах легко замечается и вызывает неодобрительный отзыв о воде

3

отчетливая

запах обращает на себя внимание и пытается воздержаться от питья

4

очень сильная

запах настолько сильный, что делает воду непригодной к употреблению

5

Таблица 4. Оценка цветности воды.

Цветность воды

слабожелтоватая

светло-желтоватая

желтая

интенсивно желтая

коричневая

красно-коричневая

другие (указать)

Таблица 5. Оценка мутности воды.

Мутность воды

прозрачная

слабомутная

мутная

очень мутная

Летом-осенью следующего, 2011 года мы продолжили наблюдения за сообществом прибрежных водно-болотных растений, следили за общим состоянием пруда, влиянием антропогенного фактора. Также был сделан анализ пробы воды в лаборатории Мариинского ликеро-водочного завода. Затем мы сравнили полученные показатели с ПДК веществ (Предельно Допустимые Концентрации); также сравнили показатели нашей воды с показателями проб воды реки Томь, взятыми около п. Металлплощадка и д. Подъяково; вычислили ИЗВ (Индекс Загрязненности Воды) по следующей формуле:

ИЗВ = (∑Ci/ПДКi) / число показателей

Сi – фактическая концентрация примесей в воде;

ПДКi – предельно допустимые концентрации этих примесей.

Таблица 6. Оценка качества воды в зависимости от полученного показателя ИЗВ.

Полученное значение ИЗВ

Класс воды

Текстовое описание воды

<0,2 для пресной

0,25 для морской

I

Очень чистая

0,2 (0,25) -1

II

Чистая

1 – 2

III

Умеренно загрязненная

2 – 4

IV

Загрязненная

4 – 6

V

Грязная

6 – 10

VI

Очень грязная

>10

VII

Чрезвычайно грязная

Глава 3. Результаты исследования

Описание растительного сообщества прибрежной зоны водного биоценоза

Оп 1, 2010 К. 17.06.10

Территория изучаемого водоема.

Прибрежное растительное сообщество.

tºC = 19ºC

атм. давление = 748 мм. рт. ст.

ветер = 2 м/с

влажность воздуха = 20%

Общая высота травостоя ≈ 1м

ОПП (Общее Проективное Покрытие) = 30-40%

Состав сообщества описан в приведенной ниже таблице.

Таблица 7. Описание сообщества прибрежных водно-болотных растений

 

Семейство

Представители

1.

Сложноцветные

(Asteraceae)

р.Репейник (Arctium)

Одуванчик обыкновенный (Taraxacum officinale)

Полынь обыкновенная (Artemisia vulgaris)

Осот полевой (Sonchus arvensis)

Мать-и-мачеха (Tussilago)

Тысячелистник обыкновенный

(Achillea millifolium)

2.

Бобовые

(Fabaceae)

р.Донник (Melilotus)

Клевер ползучий (Trifolium repens)

Клевер луговой (Trifolium pratense )

Горошек заборный (Vicia sepium)

3.

Ивовые

(Salicaceae)

Ива белая (Salix alba)

Тополь белый (Populus alba)

4.

Злаки

(Poaceae)

Мятлик луговой (Poa pratensis)

Ежа сборная (Dactylis glomerata)

5.

Хвощовые

(Eguisetaceae)

Хвощ болотный (Equisetum palustre)

Хвощ полевой (Equisetum arvense)

6.

Кленовые

(Aceraceae)

Клен ясенелистный (Acer negundo)

7.

Маревые

(Chenopodiacecae)

р.Лебеда (Аtriрlех)

8.

Подорожниковые

(Plantaginaceae)

Подорожник большой (Plantago major)

9.

Крапивные

(Urticaceae)

Крапива двудомная (Urtica dioica)

10.

Яснотковые

(Lamiacecae)

Будра плющевидная (Glechoma hederaceae)

11.

Гречишные

(Polygonaceae)

Горец птичий (Polygonum aviculare)

12.

Зонтичные

(Apiaceae)

Купырь лесной (Anthriscus silvestris)

13.

Осоковые

(Uncinia)

р.Камыш (Scirpus)

14.

Рогозовые

(Typhaceae)

р.Рогоз (Typha)

15.

Розоцветные

(Rosaceae)

Лапчатка гусиная (Potentilla anserina)

16.

Лютиковые

(Ranunculaceae)

Лютик едкий (Ranumculus acer)

Изучение химического состава воды

Изучение химического состава воды проводилось при помощи качественного анализа.

Качественная реакция на ион хлора.

Для обнаружения ионов хлора в пробе воды мы добавляли к жидкости нитрат серебра. Если ионы хлора в воде содержаться, то проходит следующая реакция:

xCl + AgNO3 AgCl↓ + xNO3

xCl – некоторое соединение, в состав которого входит хлор

AgNO3 – нитрат серебра

AgCl↓ - осадок, указывающий на наличие хлора

xNO3 – продукт реакции.

При добавлении нитрата серебра мы наблюдали появление мутного, творожистого осадка, что свидетельствует о наличии хлора в пробе воды.

Качественная реакция на сульфаты.

Для обнаружения сульфатов в пробе воды мы добавляли к жидкости хлорид бария. Если ионы хлора в воде содержаться, то проходит следующая реакция:

xSO4 + BaClBaSO4↓ + xCl

xSO4 – некоторое соединение, в состав которого входит сульфат

BaCl– хлорид бария

BaSO4↓ - осадок, указывающий на наличие сульфата

xCl– продукт реакции.

При добавлении хлорида бария мы наблюдали появление белого осадка, что свидетельствует о наличии сульфатов в пробе воды.

Сравнительный анализ

Мы провели сравнительный анализ искусственного водного биоценоза города с естественным водным биоценозом озера Суховского по основным органолептическим и внешним показателям, результатам качественных реакций. Озеро Суховское расположено на территории Ботанического сада города Кемерово. Имеет размеры: около 1 км в длину и 100 метров в ширину. Итоги анализа приведены в следующих таблицах:

Таблица 8. Сравнение органолептических показателей.

Место отбора пробы

Интенсивность запаха

Прозрачность

Цвет

пруд

очень слабая

(запах пластика)

прозрачная

желтая

озеро Суховское

слабая

(болотный)

слабомутная

желтая

Таблица 9. Сравнение физических и химических показателей.

Место отбора пробы

tºC

Cl-

SO42-

пруд

17ºC

выпадение осадка

выпадение осадка

озеро Суховское

22ºC

выпадение осадка

осадка нет

Таблица 10. Сравнение внешнего вида.

Место отбора пробы

Присутствие нефтепродуктов

(разводы на поверхности)

Присутствие твердых частиц

пруд

нет

(отсутствие разводов)

да

озеро Суховское

нет

(отсутствие разводов)

да

Таблица 11. Влияние антропогенного фактора.

Место отбора пробы

Антропогенный фактор

исследуемый пруд

физический, химический, большое количество мусора на поверхности пруда

озеро Суховское

практически отсутствие антропогенного фактора

 Динамика изменений

Наблюдения за прудом были продолжены летом 2011.

Динамика изменений характеризуется следующим образом:

  1. сообщество прибрежных водно-болотных растений качественно не изменилось. Наблюдали те же виды, что и в прошлом году;
  2. на поверхности пруда и по его берегам накапливается все больше мусора (пластмассовых и стеклянных бутылок, полиэтиленовых пакетов и др);
  3. водоем сильнее зарос водорослями и другими водными растениями;
  4. примерно в середине октября была проведена чистка пруда. Убрали все бутылки, пакеты, отчего водоем стал выглядеть гораздо лучше. Здесь явно наблюдалось положительное антропогенное давление;
  5. на пруд уже не первый год прилетают гнездиться кряквы – дикие утки;
  6. также этим летом нам удалось увидеть ондатру – мускусную крысу. Мы предполагаем, что на пруду обитает не одна особь, а две. Зверь очень осторожный и хорошо скрывающийся, за ним трудно вести постоянное наблюдение. Объяснить, как ондатра могла сюда попасть, можно только одним способом. Скорее всего, зверь по ближайшей реке (Искитимке) попал сюда и нашел условия водоема наиболее благоприятными.

Выводы по лабораторному анализу воды

Осенью был сделан лабораторный анализ пробы воды из пруда. Результаты можно посмотреть в Приложении 1.

Мы сравнили полученные показатели с ПДК. Результаты сравнения представлены ниже в таблице.

Таблица 12. Сравнение полученных в лаборатории показателей с ПДК.

Определяемые

показатели

Результаты исследования

ПДК мг/л

1

Ион аммония

0,089

1,5

2

Ион нитратов

0,3

45

3

Ион нитритов

0,003

3,3

4

Хлориды

10,99

350

5

Железо

0,147

0,3

6

СПАВ

0,027

0,5

7

Щелочность

4,2

4,4

8

Кальций

5,01

25-130

9

Магний

0,090

50

10

Алюминий

0,019

0,5

11

Гидрокарбонаты

275,2

30-400

12

Сульфаты

0,103

500

13

Жесткость

5,1

 

14

рН

7,81

 

15

Сухой остаток

302

 

16

Взвешенные вещества

4,4

 

17

Окисляемость

4,64

15

Нами был вычислен Индекс Загрязненности Воды по данной формуле:

ИЗВ = (∑Ci/ПДКi) / число показателей

Сi – фактическая концентрация примесей в воде

ПДКi – предельно допустимые концентрации этих примесей

В итоге мы получили ИЗВ = 0,01969, что свидетельствует о I классе воды (очень чистая).

Также сравнили показатели нашей воды с показателями проб воды реки Томь, взятыми в 2006 году около п. Металлплощадка и д. Подъяково

(1 строчка – отбор проб п. Металлплощадка, 2 строчка – отбор проб д. Подъяково).

Таблица 13. Сравнение показателей воды из пруда и воды из р.Томь.

Наименование

загрязняющего вещества

ПДК

мг/л

р.Томь

Пруд

Азот аммонийный

1,5

0,1

0,15

0,089

Азот нитритный

3,3

0,25

0,25

0,003

ХПК

15,0

0,72

0,77

4,64

УКИЗВ

-

1,55

1,70

0,01969

Выводы

На основе результатов исследований, проведенных в 2010 и 2011 годах, были сделаны следующие выводы:

  1. на основе теоретических данных, состояние водных ресурсов нашей области улучшается, вследствие усовершенствования технологий на предприятиях Кузбасса;
  2. в фитоценоз прибрежной зоны входит растения, принадлежащие к 16 различным семействам; основу сообщества составляют представители семейства сложноцветных (6 видов), как наиболее устойчивые к внешним факторам;
  3. качественные реакции указывают на наличие хлоридов и сульфатов в пробах воды;
  4. главным антропогенным загрязнителем является бытовой мусор (предметы из полиэтилена, пластмассы, пенопласта), который не способен переработаться микроорганизмами и отравляет биоценоз пруда;
  5. сравнительный анализ искусственного и естественного водоемов показывает, что главная причина различий - это влияние антропогенного фактора;
  6. динамика изменений состояния пруда в 2010 и 2011 годах показывает, что влияние антропогенного фактора усиливается; наряду с отрицательным антропогенным давлением (увеличение количества мусора) наблюдается и положительное (очистка пруда);
  7. все показатели ПДК в норме;
  8. низкое значение ИЗВ свидетельствует о хорошем качестве воды; такую воду можно употреблять в бытовых целях;
  9. вода из изучаемого нами пруда лучше по большинству показателям по сравнению с водой из реки Томь. Только один показатель (ХПК) выше в пруду, чем в реке. Это может свидетельствовать о том, что в водоеме содержится больше органических и неорганических остатков, не перерабатываемых микроорганизмами пруда. Хотя в целом показатель в пределах ПДК.

Проект рекреационной зоны.

Таким образом, изучаемый малый водоем на территории г. Кемерово можно считать безопасным для здоровья человека. В связи с этим целесообразно рациональное и грамотное использование данного природного ресурса. Итогом нашей исследовательской работы стал проект по созданию рекреационной зоны на данной территории.

Вблизи пруда достаточно местности для оборудования парковой зоны. Если разделить эту местность на отдельные участки, то она должна получиться очень удобной в использовании для жителей близлежащих домов.

Примерный план рекреационной зоны представлен в приложениях 2 и 3.

Предложения по улучшению:

  1. Конечно, водоем нужно очистить и периодически поддерживать его чистоту.
  2. Гаражный кооператив до водоема можно разместить более компактно, даже если оставить все его составляющие.
  3. Территорию за прудом, которую мы отметили, как «Парковая зона» стоит выровнять и проложить удобные тропинки, без ущерба для растительности.
  4. Тропу вокруг пруда стоит выровнять и немного расширить
  5. «Игровую зону» оборудовать площадкой для детей.
  6. «Зону отдыха» снабдить скамьями и беседками.
  7. Разнообразить растительность и привести в порядок уже существующую.

Литература

  1. Петунин О.В. Изучение экологии в школе. Программы элективных курсов, конспекты занятий, лабораторный практикум, задания и упражнения – Ярославль: Академия развития; Владимир: ВКТ, 2008. – 192 с.: ил. – (В помощь учителю).
  2. Дружинин С.В. Исследование воды и водоемов в условиях школы – М.: Чистые пруды, 2008. – 32 с. – (Библиотечка «Первого сентября», серия «Биология». Вып. 20).
  3. Грамм-Осипова В.Н., Арефьева О.Д. Мониторинг водных объектов в школьном курсе: Учебное пособие. - Владивосток: Изд-во Дальневост. ун-та, 2000.-108 с.

Приложение 1.
Протокол лабораторных испытаний.


Приложение 2.
Местность на данный момент.


Приложение 3.
Вариант проекта.


Авторский проект Титоровой Натальи Павловны, 2009-2017гг.
Копирование любых материалов сайта возможно только для некоммерческого использования и с обязательным указанием источника копирования.