XX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Мониторинг экологического состояния Софьинского пруда и меры по его охране

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Еганян М.С. 1

---

1МБОУ СОФЬИНСКАЯ СОШ, 9

Лебедева Л.Л. 1

---

1МБОУ СОФЬИНСКАЯ СОШ

Работа в формате PDF

1.2 MB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

«Вода ничего не стоит, потому что бесценна.

Она служит всему миру, потому что свободна.

Ее сила в мягкости, ее совершенство в простоте»

Плиний Старший

I. Введение. 1. Актуальность проблемы.

По словам нашего учителя истории, руководителя школьного музея, Татьяны Борисовны Карнач, в XIX веке, на месте деревни Софьино находилась дача, принадлежавшая, князьям Мещерским. Княжеский дом сгорел в 2003 году, и теперь о прошлом напоминает лишь пруд, который находился рядом с домом и посаженная в то время липовая аллея .

С первого упоминания о Софьино как о населенном пункте, то есть с 1926 года, и по настоящее время главным символом нашей деревни является липовая аллея и Софьинский пруд. Эти вековые деревья встречают всех, кто въезжает или входит в Софьино. А, Софьинский пруд всегда был прекрасной зоной отдыха для местных жителей, особенно для детворы. Летом, там можно было купаться, загорать, а зимой катались на коньках, играть в хоккей.

Оценка качество воды в нашем пруду проводилась членами школьного клуба «ЭКО-десант» в рамках мониторинга экологического состояния деревни Софьино в 2008 и в 2010 гг. [1]. По результатам мониторинга в пруду увеличилось количество кишечной палочки, возросла биохимическая потребность в кислороде, увеличилось количество фосфат - и нитрат-ионов, количество примесей, а также увеличилась мутность воды.

Администрация городского поселения Селятино на основе проведенных нами исследований заложила на 2011 год в бюджет средства на восстановление липовой аллеи, очистки пруда и благоустройство их берегов для отдыха жителей д. Софьино. Но в связи с экономическим кризисом эти работы произведены не были.

Три года назад местные жители вызвали экологический контроль по факту слива нечистот с фабрики по производству цикория, которая находится вблизи нашего пруда [3] и результаты были показаны в программе Вести.

Но, работы по восстановление нашего пруд так и не были произведены, он медленно погибает. Поэтому выбранная мной тема очень актуальна и не только для жителей д. Софьино.

2) Цель работы: провести мониторинг качество воды Софьинского пруда и на основе полученных результатов разработать мероприятия по его охране.

Задачи:

1) изучить литературу о влияние качества воды на состояние пресноводных водоемов;

2) изучить литературу о методах исследования качества воды в пресноводных водоемах;

3)изучить с помощью физическо-химических методов показатели качества воды в Софьинском пруду;

4) провести мониторинг качества воды в Софьинском пруду;

5) разработать практические меры для улучшения качества воды в пруду;

6) провести социологический опрос жителей деревни Софьино «Наш пруд»;

Гипотеза: возможно, показатели качества воды в Софьинском пруду значительно ухудшились по сравнению с полученным данными в 2010 году [1].

3) Материал и методика : объектом данного исследования является питьевая вода из Софьинского пруда.

Проект был выполнен на базе МБОУ Софьинской СОШ. При работе над проектом были использованы следующие методики:

• Теоретическая - изучение специальной литературы по данной проблеме.

• Практическая - физические и химические методы при определении качества воды Софьинского пруда.

• Статистическая - обработка и анализ результатов определения качества воды и социологического опроса жителей деревни Софьино.

4) Практическая значимость.  

Всем уже давно известно, что роль природного сообщества пресных вод в жизни человека очень велика. Ведь пресные водоемы — это и источник ценного природного ресурса — пресной воды, и место добычи рыбы, а летом люди с удовольствием купаются в прохладной воде прудов, рек и озёр. 

Поэтому в настоящее время сообщество пресных вод и соответственно наш пруд нуждаются в охране человека и других действиях, которые помогут избежать негативных для них последствий.

II. Основная часть.

1. Обзор литературы

А. Оценка качества воды

Благодаря физическим, химическим, биологическим исследования можно оценить качества воды и обозначить ориентацию в изменениях воды любого водоёма. Эти исследования дают понять, какие воздействия на водоёмы являются неблагоприятными и каким образом можно восстановить здоровье воды.

В качестве объекта исследования можно взять воду как из природных источников (рек, озёр, прудов), так и из водопроводов, то есть питьевую.

При исследовании качества воды надо отбирать её пробы для анализов, а проводить анализы проб в соответствии со следующими правилами:

• для получения максимального достоверного вывода нельзя опираться только на одну пробу: надо брать их не меньше трёх, а результат рассчитать по среднему значению;

• помните, чем меньше времени проходит после отбора пробы перед её анализом, тем точнее результат;

• выполнять эксперименты нужно строго следуя предлагаемым методическим рекомендациям [4, с. 10-11].

Б. Содержание растворённого кислорода в пресноводных водоёмах

Растворённый кислород – главный фактор, говорящий о благополучном состоянии водоёма, о возможности существования в нём организмов.

Больше всего кислорода попадает в водоемы из атмосферы. Поставщиками кислорода могут быть водоросли и высшие растения, выделяющие его в процессе фотосинтеза, а также дождевые и снеговые воды, которые обычно перенасыщены кислородом [4, с. 11].

К группе процессов, уменьшающих содержание кислорода в воде, относятся реакции потребления его на окисление органических веществ: биологическое, биохимическое и химическое. Скорость потребления кислорода увеличивается с повышением температуры, увеличением количества бактерий и веществ, подвергающихся химическому и биохимическому окислению. Также уменьшение содержания кислорода в воде может происходить вследствие выделения его в атмосферу из поверхностных слоев, если вода при данных температуре и давлении окажется перенасыщенной кислородом.

В поверхностных водах содержание растворенного кислорода варьирует в широких пределах – от 0 до 14 мг/дм3 – и подвержено сезонным и суточным колебаниям. В зимний и летний периоды распределение кислорода носит характер стратификации. Дефицит кислорода чаще наблюдается в водных объектах с высокими концентрациями загрязняющих органических веществ и в эвтрофированных водоемах, содержащих большое количество биогенных и гумусовых веществ.

Минимальное содержание растворенного кислорода, обеспечивающее нормальное развитие рыб, составляет около 5 мг/дм3. Понижение его до 2 мг/дм3 вызывает массовую гибель (замор) рыбы. Неблагоприятно сказывается на состоянии водного населения и перенасыщение воды кислородом в результате процессов фотосинтеза при недостаточно интенсивном перемешивании слоев воды. [5]

Так, в одном случае распространяются требовательные к кислороду организмы, а в другом - толерантные (устойчивые) к его низкому содержанию [4, с. 11].

В. Количество нитратов, нитритов и фосфатов в пресноводных водоёмах

Нитраты (соли азотной кислоты) встречаются практически во всех водоемах. Но их уровни различаются в зависимости от характера водоисточника, интенсивности рыбоводных процессов, загрязнения прудов органическими веществами и других факторов. С зоогигиенической точки зрения важно не только учитывать концентрацию нитратов, но и различать, какого они происхождения: органического, минерального, экзогенного загрязнения. При органическом загрязнении водоема повышенное содержание нитратов сочетается с высокими уровнями нитритов и аммонийного азота. Повышенные концентрации только нитратов свидетельствуют о полной минерализации органических веществ, загрязнявших водоем в прошлом, или могут указывать на поступление их со сточными водами и удобрениями. Для нормальной жизнедеятельности рыб содержание нитратов не должно превышать 0,5 — 1,0 г/м3 [6]

Нитриты (соли азотистой кислоты) — промежуточный продукт биохимического окисления аммиака или восстановления нитратов. В незагрязненной воде они присутствуют в небольших количествах —от сотых до десятых долей грамма в 1 мэ. Более высокое и стабильное повышение их содержания свидетельствует об органическом загрязнении водоемов, так как процесс их образования опережает окисление в нитраты. Параллельно с этим обычно им сопутствуют повышенные концентрации аммиака, хлоридов, сульфатов, высокая окисляемость воды. В повышенных концентрациях нитриты снижают резистентность организма рыб, а иногда даже вызывают отравление. Нитриты определяют в воде методом Грисса с применением сульфаниловой кислоты и а-нафтил амина [6].

В природных водах фосфор есть в растворенном состоянии в виде минеральных солей фосфорной кислоты и органических соединений. Между разными формами фосфора существует подвижное равновесие, которое постоянно изменяется в процессе жизнедеятельности организмов. Он является главнейшим биогенным элементом, но при высоких концентрациях опасен для рыб. Одним из указателей на органическое загрязнение водоемов является повышение до 5— 10 г количество общего фосфора. При недостатке фосфора в пруды вносят фосфорные удобрения.

В гидрохимической практике чаще определяют растворенный неорганический фосфор. Оптимальное содержание фосфатов должно составлять 0,1 г Р/м3. Не допускается содержание фосфора более 0,5 г Р/м3 [7].

Г. Определение температуры воды в пресноводном водоеме

Температура играет важную роль в оценке качества воды. Большое количество физических, биологических, химических характеристик воды зависит именно от ее температуры. Например:

• количество растворенного в воде кислорода;

• продуктивность фотосинтеза водных растений;

• скорость обмена веществ у водных обитателей;

• чувствительность организмов к отравляющим веществам, болезнетворным микроорганизмам.

Для измерения температуры воды нужно опускать водный термометр в пруд на глубину 10 сантиметров на 2 минуты и не вынимая термометра определить температуру в градусах по Цельсию. Чтобы определить возможную разницу температур, которая может произойти из-за теплового загрязнения нужно провести такие же измерения температуры воды на расстоянии 1,5-2 километра от места первого измерения, выше по течению. Если будет получена разница температур, её нужно рассчитать и по её наличию можно предположить нахождение источника теплового загрязнения воды.

Одно из самых серьезных видов загрязнений - тепловое загрязнение воды, вызываемое сбросом теплых вод предприятиями и ТЭЦ в водоемы. К увеличению температуры воды приводит и вырубка затеняющих деревьев вдоль берегов пруда. Почвенная эрозия, увеличивающая количество взвешенных частиц в воде, также способствует нагреванию природных вод, поскольку взвешенные в воде частицы легко поглощают солнечное излучение.

Каждый из водных обитателей предпочитает определённый температурный режим, поэтому при его изменении изменяется видовой состав водоёма так как большинство водных обитателей, например, рыб. Очень чувствительны к температурному фактору. Также живые организмы чувствительны к другим неблагоприятным факторам, например, ядам, возбудителям заболеваний, влияние которые тоже зависят от температуры.

Д. Определения цветности и мутности воды в водоёме

Цветность природных вод вызвано главным образом присутствием гумусовых веществ и соединений трехвалентного железа. Количество этих веществ зависит от геологических условий, водоносных горизонтов, типа почв, наличия болот и торфяников в бассейне реки. Сточные воды некоторых заводов также могут создавать достаточно сильную окраску воды.

Высокая цветность воды снижает ее органолептические параметры и оказывает пагубное воздействие на развитие водных растительных и животных организмов в следствие стремительного понижения концентрации растворенного кислорода в воде, который расходуется на окисление соединений железа и гумусовых веществ [9].

Мутность воды – это определенное содержания в ней взвешенных частиц, отличающихся друг от друга по происхождению. Это могут быть частицы глины, ила, промышленных и сельскохозяйственных стоков, планктонные организмы.

Следовательно, можно подвести итог, что степень мутности воды влияет на флору и фауну водоёма не меньше, чем другие факторы [4, с. 27-28].

Е. Исследование запаха воды

Запах воды вызывают летучие пахнущие вещества, поступающие в воду в результате процессов жизнедеятельности водных организмов, при биохимическом разложении органических веществ, при химическом влиянии находящихся в воде компонентов, а также с промышленными, сельскохозяйственными и хозяйственно - бытовыми водами.

На аромат воды влияет состав содержащихся в ней веществ, температура, значения рН, уровень загрязненности водного объекта, биологическая обстановка, гидрологические условия. Обычно запах определяют при нормальной (20 °С) и при повышенной (60 °С) температуре воды [8].

Ё. Исследование pH воды водоёма

Для речной воды водородный показатель варьируется между значениями 6,5–8,5, в дождевой воде и талом снеге – 4,6–6,1, в болотной жидкости – 5,5–6,0, в морской воде – 7,9–8,3 [10].

Чистая вода, находящаяся в контакте с атмосферным воздухом, имеет кислую реакцию около 5.6, так как углекислый газ растворяется в воде и образует угольную кислоту.

Естественные воды никогда не бывают чистыми потому, что вода прекрасный растворитель. В воде растворяются некоторые газы или твердые частицы, и некоторые из них влияют на pH. Бикарбонат и карбонат (CO32-) отрицательно заряженные ионы (анионы), которые обычно располагаются в воде. Эти основные анионы происходят из растворенного известняка и увеличивают уровень pH. Бикарбонаты и карбонаты главным образом ответственны за такое свойство воды как «щелочность» или, другими словами, возможность воды нейтрализовать кислоты [11].

2. Практическая часть.

А. Изучение качества воды Софьинского пруда

Для изучения качества воды Софьинский пруд визуально разделили на 4 участка: №1 – участок около моста, где гаражи; №2 – участок около завода; №3 – участок у котельной; № 4 – участок около леса. Были взяты пробы воды из Софьинского пруда на глубине 20 – 30 см от поверхности воды в разных участках пруда: летняя проба (конец июня), зимняя проба (начало декабря).

Р
ис 1. «Схема участков проб воды Софьинского пруда».

Б.Определения содержания растворённого кислорода в пробах воды

П

робы воды из Софьинского пруда отфильтровали и по 10 мл налили ее в пронумерованные химические пробирки № 1-№4. В каждую пробирку добавили 0,5 мл 30%-й серной кислоты и 1 мл 0,01н раствора перманганата калия и тщательно перемешали. Через 20 минут произвели оценку полученных результатов. Определяли содержание растворённого в воде кислорода по методу Насоновой [12, с. 69].

Рис 2. «Опыт по определению содержания растворенного кислорода в пробе воды».

Летние пробы №1, №4 – раствор имел бледную лилово-розовую окраску, то есть в воде содержится 5 мг/л растворённого кислорода; проба № 2 и № 3 – раствор имел слабую лилово-розовую окраску, то есть в воде содержится 4 мг/л растворённого кислорода. Следовательно, средняя концентрация составляет 4,5 мг/л.

Зимние пробы №1, №2 – раствор бледно-розовый, то есть в воде содержится 7 мг/л растворённого кислорода; проба №3, № 4 – раствор бледный лилово-розового цвета, то есть в пробе содержится 5 мг/л растворённого кислорода. Следовательно, средняя концентрация составляет 6 мг/л.

В. Исследование воды на содержание нитратов, нитритов и фосфатов

Содержание фосфат-ионов можно обнаружить с помощью молибденовой жидкости [12, с. 30]. В пробирку наливаем молибденовую жидкость и исследуемую воду, а затем слегка подогреваем. Летние пробы №1 – светло-жёлтый раствор; проба №2 - светло-жёлтый раствор; проба №3- раствор жёлтый; проба № 4 – – светло-жёлтый раствор.

Зимние пробы №1 – светло-жёлтый раствор; проба №2 - светло-жёлтый раствор; проба №3- раствор жёлтый; проба № 4 – – светло-жёлтый раствор.

Следовательно,результаты опытов показали наличие фосфат-ионов в летних и зимних пробах воды.

Содержание нитратов и нитритов можно обнаружить взаимодействии меди в присутствии концентрированной серной кислоты при нагревании [13, с. 30-31]. И в летних, и в зимних пробах не выделялся бурый газ .

Рис 3. «Опыт по определению содержания нитрат и нитрид-ионов в исследуемой воде».

Следовательно, в летних, и в зимних пробах воды не присутствуют нитрат-ионы и нитрит-ионы.

Г. Определение температуры воды.

При определении температуры воды, я опускала водный термометр в исследуемые створы №1 - №4 на глубину 10 см на две минуты и, не вынимая термометра из воды, определила её температуру .

Рис 4. «Определение температуры воды»

а) Летняя проба: проба №1 +21˚C, проба №2 +20˚C, проба №3 +22˚C, проба №4 +20˚C. Разность температур равна 2,0 С.

б) Зимняя проба: проба №1 +1˚C, проба №2 +1˚C, проба №3 +2,5˚C, проба №4 +2˚C.Разность температур равна 1,5 С.

Д. Определения цвета и мутности воды.

Затемопределяли мутность воды в каждой пробе, рассматривая сверху журнальный текст стандартного шрифта сквозь налитую в цилиндр воду [4, с. 30-31]. Подобрали подходящую степень мутности воды и данные занесли в таблицу№ 1.

Таблица № 1

Степень мутности	Летняя проба		Зимняя проба
	Номер пробирки	Результат (мг/л)	Номер пробирки
Мутность отсутствует	-	1-2	-
Слабо- мутная	№ 2, № 3	от 2-3	№ 2, № 3
Мутная	№ 1	4-5	№ 1, № 4
Очень мутная	№ 4	от 5
Среднее значение		Летняя проба - 4 мг/л	зимняя проба – 3,5 мг/л

Для определения цвета воды в пробирки опускали лист белой бумаги :

Рис 5. «Определение мутности и цветности воды»

а) Летняя проба: проба № 1 – светло-желтая, проба №2 – светло-желтая, проба №3 - желтая, проба №4 - желтая.

б) Зимняя проба: проба №1 - зеленоватая, проба №2 - зеленоватая, проба №3 – светло-желтая, проба №4 – светло-желтая [13, с. 25].

Е. Исследование запаха воды и его интенсивности

Запах воды определяли при комнатной температуре и при нагревании до 60 ˚C [4, с. 34-35] и данные занесли в таблицу№ 2.

Ё. Определение содержания ионов водорода в воде: рН-фактор воды

С помощью данного исследования определяли содержание ионов водорода Н+ в воде с помощью универсальной индикаторной бумаги, сравнивая ее окраску со шкалой ˚C [4, с. 18-19] и данные занесли в таблицу № 3.

Рис 6. «Определение рН фактора воды»

Следовательно, деятельность человека в весеннее-летний период влияет на кислотные характеристики водоемов. Ж. Мониторинг качества воды в Софьинском пруду

На данном этапе работы оценила изменения состояния водоема за одиннадцать лет [1, с. 8-10].Результаты сравнила с прошлыми исследованиями, проведенными в 2010 году и занесла в таблицы №4 и №5:

Результаты мониторинга качества воды Софьинского пруда

Летняя проба

Зимняя проба

Результаты по летним пробам:

• количество растворенного кислорода уменьшилось

• увеличилось количество фосфат-ионов

• уменьшилось количество нитрат-ионов

• разность температур увеличилась

• мутность воды не изменилась

• рН-фактор воды изменился

• интенсивность запаха увеличилась

Результаты по зимним пробам:

• содержание растворенного кислорода не изменилось

• увеличилось количество фосфат-ионов

• уменьшилось количество нитрат-ионов

• разность температур увеличилась

• мутность воды увеличилась

• рН-фактор воды не изменился

• интенсивность запаха увеличилась

З. Социологический опрос жителей д. Софьино.

На последнем этапе работы была составлена анкета и проведено анкетирование жителей д. Софьино. По результатам опроса можно сделать вывод, что Софьинский пруд дает большие возможности для социально-психологической реабилитации жителей – купание, ловля рыбы, прогулки, общение с природой. Но больше половины опрошенных считают, что наш пруд нужно очищать и охранять, иначе в будущем он загрязнится и зарастет.

Результаты социологического опроса жителей д. Софьино.

3. Заключение.

1. Выводы по результатам проведенного исследования.

А) По сравнению с 2010 г. в летней и зимней пробе воды увеличилось:

• количество фосфат-ионов;

• разность температур;

• интенсивность запаха.

Б) По сравнению с 2010 г. в летней пробе воды уменьшилось количество растворенного кислорода.

В) И в летней и зимней пробе воды уменьшилось количество нитрат-ионов.

Г. В зимней пробе воды мутность воды увеличилась.

Следовательно, состояние пруда в д. Софьино все еще остается плачевным. Основными причинами ухудшения состояния можно назвать:

а) загрязненность пруда сбросами котельной и коммунального хозяйства, ливневый сток, поверхностный сток талых вод с огородов;

б) отсутствие элементарных систем очистки и обеззараживания сточных вод, использование берегов пруда для стихийного отдыха, свалок, мытья автомобилей и массового строительства домов, гаражей около пруда.

Д. Социологический опрос жителей и учащихся нашей школы показал:

- все опрошенные знают о существовании нашего пруда;

- почти 45% опрощенных лишь иногда бывают на нашем пруду, а 29% посещают его каждый день;

- но никто из опрошенных в нем уже давно не купается;

- больше половины опрошенных хорошо относятся к нашему пруду;

- 76% опрошенных считают наш пруд грязным;

- 61% опрошенных считают экологическое состояние территории около пруда загрязнённым и опасным;

- 78% опрошенных считают, что наш пруд нужно очищать и охранять;

- 74% опрошенных считают, что наш пруд в будущем загрязнится и зарастет.

Следовательно, на основе проведенного мониторинга мы можем сделать вывод, что наша гипотеза подтвердилась, так как большинство показателей качества воды в Софьинском пруду значительно ухудшились по сравнению с полученным данными в 2010 году.

2. Практические меры для улучшения экологического состояния Софьинского пруда:

- привлечь внимание старосты деревни, администрации Селятино к проблеме пруда, обратиться за помощью в благоустройстве пруда;

- необходимо широко пропагандировать охрану Софьинского пруда; полученные результаты по мониторингу качества воды нашего пруда довести до сведения населения путём освещения в социальных сетях, СМИ, тиражирования, выступления перед учащимися и родителями;

- провести разъяснительную и агитационную работу с жителями Софьино;

- организовать субботники с целью уборки мусора на прилегающей территории Софьинского пруда;

- вести строгий контроль за состоянием пруда, осуществлять своевременный уход (очистка, уборка мусора);

- разработать рекомендации законодательным органам по запрещению мойки машин, слива сточных вод предприятий в пруд;

- членам школьного клуба «ЭКО-десант» разработать и проводить практические природоохранные мероприятия, которые продолжат формирование экологической культуры жителей д. Софьино и продолжат экологическое образование и воспитание подрастающего поколения.

В заключении хочу сказать: давайте бросим природе спасательный круг – наше внимание и заботу, ведь Земля – наш дом, надо беречь его и заботиться о нем.

Живя в природе, мы учимся

понимать ее,

Хотя это дается не очень просто,

А главное – по-настоящему

начинать любить ее.

А.Н. Захлебный

III. Библиография

1. Исследовательская работа «Мониторинг окружающей среды д. Софьино», https://infourok.ru/proekt-monitoring-sostoyaniya-okruzhayuschey-sredi-d-sofino-2565246.html

2. Видеоролик «Предприятие загрязняет пруд под деревней Софьино», https://www.youtube.com/watch?v=x3CLu1RKzt8

3. Исследовательская работа «Экологическое состояние молодых лип в д. Софьино», https://infourok.ru/proekt-ekologicheskoe-sostoyanie-molodih-lip-v-derevne-sofino-2565186.html

Исследовательская работа «Определение показателей экологического состояния почвы на молодой липовой аллее в д. Софьино», https://infourok.ru/proekt-opredelenie-pokazateley-ekologicheskogo-sostoyaniya-pochvi-na-molodoy-lipovoy-allee-d-sofino-3610357.html

4. Мансурова С. Е., Кокуева Г. Н. Школьный практикум. Следим за окружающей средой нашего города. М.: «ВЛАДОС», 2001, с. 112.

5. Водоемы и показатели качества воды, https://ekolog.org/books/37/2_3.htm

6. Нитраты, содержание в водоемах, https://ru-ecology.info/term/39443/

7. Эвтрофикация водоёмов, https://bigenc.ru/biology/text/4939370

8. Водоемы и показатели качества воды, https://ekolog.org/books/37/2_2_2.htm

9.Показатели качества воды прудовых хозяйств, https://helpiks.org/6-42019.html

10. Водородный показатель воды: норма, определение и повышение, https://vione.ru/blog/vse-o-vodorodnoy-vode/vodorodnyy-pokazatel-vody/

11. Контроль высокого pH в пруду, https://aquavitro.org/2015/06/27/kontrol-vysokogo-ph-v-prudu/

12. Алексеев С.В., Груздева Н.В., Гущина Э.В. Экологический практикум школьника. Самара: «Учебная литература», 2006, 144 с.

13. Пасечник В.В. Школьный практикум. Экология. 9 класс. М.: Дрофа, 1998, 64 с.