Исследовательская работа ученицы мбоу «сош №72»

Скачать 247.65 Kb.

Название	Исследовательская работа ученицы мбоу «сош №72»
страница	1/3
Тип	Исследовательская работа

rykovodstvo.ru > Руководство эксплуатация > Исследовательская работа

1 2 3

Министерство образования и науки Республики Татарстан

МБУДО «Центр детского творчества «Танкодром»

МБОУ «Средняя общеобразовательная школа №72 с углублённым изучением немецкого языка» Советского района г. Казани

Пруд Адмиралтейский: прошлое, настоящее и будущее.

Оценка токсичности донных отложений для

обоснования мероприятий по оздоровлению пруда.

Исследовательская работа

ученицы МБОУ «СОШ № 72»

11 класса Чазовой Анны

Научный руководитель: д.б.н.,

педагог дополнительного образования Н.Ю. Степанова

Казань, 2016

Оглавление

Введение	3
Глава 1.Изменение статуса и экологического состояния пруда Адмиралтейский (Обзор литературы)	5
Старое русло Казанки за 100 лет: от «парадных ворот» города до заброшенной окраины. История возникновения пруда Адмиралтейский Природа токсичности донных отложений Место биотестирования в программе исследований качества донных отложений	5 9 10
Основные принципы биотестирования донных отложений	11
Сущность методов биотестирования токсичности донных отложений	12
Глава 2. Объект и методы исследования	14
2.1.Объект исследования	14
2.2. Отбор проб донных отложений	15
2.3.Химический анализ донных отложений	15
2.4. Токсикологический анализ донных отложений на остракодах Heterocypris incongruens	16
2.5.Статистическая обработка результатов	19
Глава 3. Результаты и их обсуждение	20
3.1. Химический состав донных отложений	20
3.2. Токсикологический анализ донных отложений	22
Выводы	24
Список литературы	25
Приложение	27

ВВЕДЕНИЕ

Антропогенные воздействия на водные экосистемы приводят к негативным изменениям, наиболее сильно выраженным в сообществах донных организмов. Важнейшим фактором, вызывающим деградацию донных сообществ и возникновение чрезвычайных ситуаций, является загрязнение токсичными химическими веществами, которые депонируются в осадках и становятся источником потенциальной опасности для экосистемы водного объекта. Под их влиянием экосистема становится не устойчивой, из состава биоценоза выпадают наиболее чувствительные к токсическому загрязнению виды организмов, в том числе ценные промысловые виды, разрушается их кормовая база, места нереста и миграции. Начинается процесс деградации водного объекта, ухудшается качество воды и он теряет свое хозяйственное значение. В этой связи контроль токсического загрязнения донных отложений является важной задачей мониторинга водных объектов.

Оценка загрязнения донных отложений водных объектов токсичными химическими веществами может осуществляться с помощью двух подходов: традиционного химического анализа содержания загрязняющих веществ в объекте и относительно нового подхода – биотестирования для определения интегральной токсичности, обусловленной совокупностью всех присутствующих в пробе токсичных химических веществ и их метаболитов.

Экологические риски. Биотестирование донных отложений может быть использовано для оценки токсикологического состояния и экологического благополучия водного объекта в случае проведения дноуглубительных работах, решения вопроса о технологии утилизации и захоронения загрязненных изымаемых донных грунтов при реабилитации водоемов.

Гипотеза: в результате долговременного антропогенного воздействия в донных отложениях пруда Адмиралтейский накопились вещества, способные оказывать токсическое действие на гидробионтов.

Цель работы – оценка токсикологической опасности донных отложений пруда «Адмиралтейский» перед проведением мероприятий по его оздоровлению.

Задачи исследования:

Сделать обзор литературы об истории возникновения и трансформации экологического состояния пруда «Адмиралтейский».
Определить химический состав донных отложений пруда «Адмиралтейский» по химическим показателя (Al, Mn, Fe, Cr, Cu, Cd, Pb, Ni,нефтепродукты).
Определить токсичность донных отложений в хроническом эксперименте на ракушковых рачках остракодах.

Глава 1. Изменение статуса и экологического состояния пруда Адмиралтейский (литературный обзор)

Старое русло Казанки за 100 лет: от «парадных ворот» города до заброшенной окраины. История возникновения пруда Адмиралтейский

История Адмиралтейской слободы берет свое начало с 1718 г., когда по указу Петра I на этом месте было заложено второе в России (после Санкт-Петербургского) Императорское Адмиралтейство и Корабельная Верфь. Необходимость строительства в этом месте Корабельной верфи была обусловлена наличием водного пути вниз по Волге, к Южным границам России для ведения на южных морях боевых действий в рамках готовящегося Персидского похода.

Казанская корабельная верфь внесла исключительный вклад в становление Российского флота, построив на своих стапелях в XVIII веке более 400 военно-морских и торговых судов (http://m.prokazan.ru/business/view/71835).

Ликвидация адмиралтейства и Адмиралтейской слободы была продиктована тем, что суда спускали на воду только раз в году - во время весеннего половодья. Кроме того, значительных издержек и времени требовала проводка судов от Адмиралтейской слободы в Казани к Каспийскому морю.

Век назад, когда железная дорога только-только начала вытеснять речной транспорт, Казанка оставалась главной транспортной артерией города. А местность возле ее русла – настоящими "парадными воротами" Казани.

Начало ХХ века. Сто лет назад Казанка впадала в Волгу не в районе современной Кировской дамбы, а в нескольких километрах западнее, там, где проходит граница Адмиралтейской слободы и поселка Игумново (район железнодорожной станции "Лагерная", рис.1 Приложения).

100 лет назад Казанка протекала правее них и отделяла эти места от Ягодной и Пороховой слобод или Заречья (современный район улицы Гладилова и парка Петрова).

По правому берегу старого русла Казанки сразу за Ягодинским мостом находился крупнейший промышленный район Казани начала ХХ века – комплекс предприятий "Торгово-промышленного общества Алафузовских фабрик и заводов". Это был настоящий "город в городе", в который входили оборудованная по последнему слову техники льнопрядильная фабрика, два здания ткацкой фабрики, а также кожевенный завод. Предприятия располагались на самом берегу Казанки и имели возможность осуществлять доставку сырья и готовой продукции речным путем с помощью пароходов.

Ниже по течению Казанки на ее правом берегу находились корпуса порохового завода, имевшего прямой выход к реке. Ниже по течению Казанки, южнее Порохового завода и Зилантова монастыря, находился мост Московско-Казанской железной дороги. Это было красивое и масштабное инженерное сооружение. Он был построен на такой высоте над рекой, которая позволяла пропускать большие пароходы.

Ниже по течению Казанки, у западной границы Адмиралтейской слободы, находились пароходные пристани (рис.2. Приложение).

Создание Куйбышевского водохранилища. Роковым для местности вокруг старого русла Казанки стало создание Куйбышевского водохранилища в середине 1950-х годов. Было решено изменить русло реки и перенести место ее впадения в Волгу в район Кировской дамбы. С этой целью возле современного речного техникума и западной границы Адмиралтейской слободы соорудили защитные дамбы, отрезавшие старое русло от остальной части Казанки и Волги.

В результате образовавшийся водоем со стоячей водой начал быстро превращаться в болото, а окружающая его местность подверглась запустению.

Наши дни. С наступлением эпохи рыночных отношений для Льнокомбината (бывшие Алафузовские заводы) и порохового завода наступили тяжелые времена. Льнокомбинату повезло меньше – к середине 2000-х производство здесь почти полностью остановилось, а большая часть заводских корпусов оказалась заброшена.

В непростую ситуацию попал и пороховой завод. Но с начала 2000-х годов предприятие полностью перешло под контроль государства, которое оказало заводу финансовую помощь.

В это же время экологи исследовали воду в старом русле Казанки и пришли к выводу, что степень загрязнения водоема крайне высока. «Многолетняя практика бессистемного и неконтролируемого сброса неочищенных сточных вод в излучину р. Казанки привела к тому, что в настоящее время данный водный объект находится в кризисном состоянии и представляет крупноформатный очаг экологической и санитарно-эпидемиологической опасности в историческом центре г. Казани. Исследование отсеченной излучины позволило установить, что ее экологическое состояние является неблагополучным, экологическое равновесие природной системы нарушено, снижена самоочищающая способность. Степень загрязнения ее воды крайне высока. Качество воды не соответствует требованиям, предъявляемым для водоемов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования по содержанию растворенного кислорода, биогенных элементов, тяжелых металлов. В верхней половине излучины в летнее время наблюдается преобладание анаэробных процессов, кислород отсутствует даже в поверхностном слое воды.

Во флоре территории излучины старого русла р. Казанки отмечается наличие типичных сорных и рудеральных видов растений. Редкие и исчезающие виды, занесенные в Красные книги Республики Татарстан и Российской Федерации, виды – эндемики, отсутствуют. Можно отметить небогатое видовое разнообразие и низкую численность животных. Отсутствуют редкие и исчезающие виды. Территория населена видами типичными для водоемов и прибрежных биотопов, население птиц малочисленно и при существующих формах антропогенного воздействия будет сокращаться и далее» (Никитин и др., 2008).

Будущее пруда «Адмиралтейский». В настоящее время власти Казани разработали проект возрождения Адмиралтейской слободы. Согласно проекту, планируется превратить территорию вокруг старого русла Казанки в один из крупнейших парков города. Сейчас утвержден проект планировки территорий «Старое русло реки Казанки и Адмиралтейская слобода», разрабатывается проект планировки «Центр». К 2018 году должна быть восстановлена и рекреационная зона отдыха у старого русла реки Казанки.

Планируется создать ряд музейно-выставочных зон вдоль старого русла реки Казанки после экологической реабилитации ее русла. Будут организованы набережные, причальный комплекс в прибрежной зоне Куйбышевского водохранилища для стоянки исторических судов. Вдоль старого русла реки Казанки появится парк, который будет соединен бульваром с набережной реки Волги (рис.3 Приложение).

Важной частью реализации проекта возрождения Адмиралтейской слободы является очистка и реабилитация старого русла реки Казанка. В настоящее время здесь располагаются промышленные предприятия, гаражные кооперативы, частная застройка и неорганизованные свалки. Проектом планировок предусматривается также редевелопмент промышленных предприятий, вынос коммунально-складских объектов из прибрежной зоны Старого русла реки Казанка. К 2018 году должна быть восстановлена рекреационная зона отдыха у старого русла реки Казанки (http://www.kzn.ru/news/42787-glavnym-elementom-vozrozhdaemoj-admiraltejskoj-slobody-stanet-park-%C2%ABstaroe-ruslo%C2%BB).

Предложены мероприятия по строительству очистных сооружений по очистке ливневых сточных вод, частичной выемке донных отложений, насыщению воды кислородом за счет строительства каскадов и перепадов, установкой кассет с водной растительностью для утилизации биогенных элементов, а также облагораживанию ландшафта прибрежной территории(http://www.tatre.ru/articles_id5805, рис.4 Приложения).

Природа токсичности донных отложений

Токсичность химических веществ является одной из главных причин негативных последствий антропогенного загрязнения природных сред. Присутствие токсичных веществ в водной среде приводит к гибели всего живого, выпадению из состава природных сообществ организмов – обитателей чистых зон и замене их эврибионтными видами.

В области охраны вод хорошо известно понятие «токсичности воды». Это свойство воды (сточной или загрязненной природной) вызывать развитие патологического процесса или гибель живых организмов. Однако не только загрязнение водной толщи, но и загрязнение донных отложений и накопление токсичных загрязняющих веществ в донных отложениях представляет опасность для всей водной экосистемы.

Накопление загрязняющих веществ в донных отложениях связано с оседанием на дно химических веществ, поступающих в водный объект и находящихся определенное время в растворенном состоянии. В результате обмена в системе вода-дно в придонные слои воды поступают загрязняющие вещества, и зона вторичного загрязнения может занимать значительную часть толщи, особенно зимой.

Процесс накопления, поведение и токсическое действие загрязняющих веществ в донных отложениях зависит от многих факторов: природы и физико-химических свойств веществ; типа грунта; кислородного режима; содержания органических веществ; рН воды и грунта; окислительно -восстановительного потенциала; жесткости воды; характера водообмена; температурного режима; участия живых (бентосных) организмов, в особенности микроорганизмов в метаболизме водной экосистеме и. д. Эти зависимости весьма сложны и многокомпонентны.

Донные отложения могут стать токсичными не только вследствие антропогенного загрязнения, но и в результате появления в воде продуктов жизнедеятельности определенных групп гидробионтов, которые могут быть токсичными для других водных организмов, а также вследствие размывания и геологических процессов, дноуглубительных и строительных работ, добычи полезных ископаемых и строительных материалов – песка, гравия и т.д.

Токсичность донных отложений для гидробионтов является более опасной, чем токсичность воды, поскольку она проявляется в течение более длительного времени.

1.3. Место биотестирования в программе исследований качества донных отложений

Стандарты качества воды в большинстве стран разработаны для защиты организмов, обитающих в водной толще, и не распространяются на донных животных. При этом концентрация многих загрязняющих веществ в донных отложениях может быть на несколько порядков выше, чем в воде, но в то же время не обязательно, что форма их нахождения в донных отложениях является доступной для бентосных организмов (Burton, 1991). Оценка степени загрязнения донных отложений – актуальная проблема в связи с тем, что может представлять угрозу для биоразнообразия и стабильного функционирования водных экосистем (DiToro et al., 1990, 1991). Хотя некоторые химические соединения обладают способностью сорбироваться на частицах твердой фазы, тем не менее, они могут быть доступны для биоты в силу своих физико-химических свойств, вызывая прямой токсический эффект, или стать причиной их накопления по трофической цепи.

Оценка степени опасности донных отложений для экосистемы обычно включает химический анализ и анализ структуры бентосного сообщества. Каждая составляющая подобной оценки имеет свои недостатки. Исторически сложилось так, что оценка степени опасности донных отложений базировалось, прежде всего, на их химической характеристике. Данные биологических исследований несут в себе ограничения в связи с тем, что могут отражать не столько воздействие загрязненных донных отложений, сколько сезонные флуктуации численности, биотические взаимоотношения внутри сообщества и влияния физических факторов среды. В связи с тем, что во многих случаях еще недостаточно хорошо изучены взаимосвязи между данными о содержании поллютанта и степенью его биодоступности, то для выявления воздействия загрязняющих веществ в составе донных отложений на водные организмы стали использовать токсикологические тесты и тесты на биоаккумуляцию (EPA/600/R-99/064…, 2000). В дополнение к химическим и натурным исследованиям, для получения достоверной информации о потенциальной опасности загрязненных донных отложений были разработаны лабораторные тесты, проводимые в контролируемых условиях (Ingersoll et al., 1990; Томилина, Комов, 2004).

1.4. Основные принципы биотестирования донных отложений

Принцип биотестирования донных отложений заключается в одновременном проведении токсикологического эксперимента на пробе с исследуемого участка водного объекта (опытной) и пробе с фонового участка (контрольной) и последующем установлении различий между результатами.

В зависимости от поставленных задач биотестирование донных отложений проводят:

- на материале пробы, не подвергавшейся какой-либо обработке («необработанной» пробе) – для анализа токсичности, обусловленной всей совокупностью присутствующих в пробе загрязняющих веществ и их метаболитов (общей токсичности);

- на водной вытяжке донных отложений – для анализа токсичности водорастворимых загрязняющих веществ.

1.5. Сущность методов биотестирования токсичности донных отложений

Согласно определению (ГОСТ 27065), биотестирование токсичности основано на регистрации реакций водных организмов (тест-объектов). Суть эксперимента заключается в том, что тест-объект помещают в исследуемую среду (водные растворы химических веществ, природную, сточную воду или вытяжку из донных отложений) и выдерживают (экспонируют) определенное время, в течение которого регистрируют реакции тест-объектов на воздействие этой среды. В качестве тест-объектов используют лабораторные культуры гидробионтов или природные популяции.

Приемы биотестирования широко применяются в различных областях природоохранной деятельности и используются по различным назначениям. Биотестирование является основным методом при разработке нормативов ПДК химических веществ (биотестирование токсичности индивидуальных химических веществ) и, в конечном итоге, при оценке их опасности для окружающей среды и здоровья населения. Таким образом, оценка уровня загрязнения по результатам химического анализа, т.е. интерпретация результатов с точки зрения опасности для окружающей среды, также в значительной степени опирается на данные биотестирования.

В настоящее время перечень методик биотестирования и сферы их применения существенно расширились. Они используются для характеристики эколого-токсикологического состояния и экологического благополучия водной экосистемы. При разработке эколого-рыбохозяйственных нормативов используют наборы организмов (тест-объектов), представляющих различные трофические звенья водной экосистемы, а также организмы, имеющие промысловое значение, ценные и исчезающие виды. Это биотесты на ракообразных (дафниях, цериодафниях), водорослях, макрофитах, простейших, коловратках, рыбах и других гидробионтах.

Таким образом, оценка токсичности донных отложений, проведенная в ходе моей работы, дает представление о степени влияния загрязняющих веществ, накопленных в донном грунте на гидробионтов, и позволит внести свой вклад в оздоровление пруда Адмиралтейский.