Программа курса по выбору для 9 класса «Инженер-эколог XXI века — кто он»

17.12.2015

Автор: Admin

Пояснительная записка

На основе диагностики анкет учащихся и родителей я разработала ориентационный курс «Профессия 21 века. Инженер-эколог – кто он?», рассчитанный на ориентацию детей среди разнообразных профессий, возникших в последние 20-30 лет и предназначен для более подробного ознакомления со специальностью инженера-эколога, а также с учебными заведениями края, где эту специальность можно получить.

В курсе дается широкий спектр знаний о будущей специальности, инженерной экологии, правовом обеспечении охраны окружающей среды, юридической ответственности и международном сотрудничестве в области охраны окружающей среды.

Учащиеся овладевают некоторыми навыками экологического мониторинга и составления бизнес-планов с учетом охраны природы.

Курс отражает современные представления об экологии как междисциплинарной науке, базирующейся на биологических науках, науках о земле и социально-экологического цикла. Вместе с тем он раскрывает теснейшую связь экологии с инженерными проблемами защиты окружающей среды и рационального природопользования. В целом формирует экологическое и ноосферное мышление учащихся.

В курсе уделяется большое место региональному компоненту, т.к. знание экологических проблем своей малой Родины помогает усвоить глобальные проблемы человечества.

Проектная деятельность учащихся нацелена на изучение природы, географии, истории, экономики горячеключевского района, а также позволяет учащимся выявить пути дальнейшего развития и процветания региона.

Цель курса – способствовать формированию у учащихся нового экологического мышления, экологически грамотного поведения в природе и обществе; расширение знаний о специальности инженера-эколога и учебных заведениях, где эту специальность можно приобрести.

Задачи курса:

– создать базу для ориентации учащихся в мире современных профессий;

– выработать у учащихся четкое представление о специальности эколог;

– освоить методы экологического мониторинга;

– раскрыть и углубить ведущие экологические и биологические понятия;

– создать условия для творческой самореализации школьников;

– помочь усвоить идеи концепции устойчивого развития природы и общества;

– познакомить учащихся на практике со спецификой типичных видов действительности профессии эколога;

– поддерживать мотивацию учащихся, способствуя определению дальнейшей специализации.

Всего в курсе – 17 часов, из них:

10 часов — лекции;

6 часов – практические и лабораторные;

1 час – зачет в виде круглого стола;

Формы и методы реализации программы.

В соответствии с тематикой предусматриваются следующие методы и формы проведения занятий: рассказ, беседа, мини-лекция, дискуссия, использование ТСО, электронных учебников, ресурсов Интернет, самостоятельная работа по справочникам, лабораторные и практические занятия, творческие работы и проектная деятельность. По итогам работы – круглый стол (защита рефератов, творческих работ).

Предполагаемые результаты.

В качестве основного образовательного результата выступает формирование экологического мышления учащихся, которое предполагает:

– формирование гражданской компетентности системы базовых ценностей (сохранение окружающей среды как основы жизни человеческого общества);

– развитие профессиональной компетентности экологического сознания, для которой характерны ориентированность на экологическую целесообразность, отсутствие противопоставлению человека и природы;

– развитие коммуникативной компетентности экологически грамотного поведения в окружающей среде.

2.Учащиеся должны знать:

-основные понятия экологии;

-основы медицинской грамотности и экологические факторы влияющие на

на здоровье человека;

-влияние человека на биосферу;

-принципиальные направления инженерной защиты окружающей среды;

-механизмы финансирования окружающей среды;

— международные объекты охраны окружающей среды;

3.Учащиеся должны уметь:

-объективно относиться к окружающему миру, воспринимать его как значимое условие существования многообразия жизни;

-собирать и анализировать информацию из разных источников;

-применять информационные технологии при обработке данных, подготовке презентации по темам выступлений;

-проектировать модели поведения человека и общества;

-ориентироваться в основных направлениях деятельности специалиста по экологии;

-уметь проводить экологический мониторинг;

-ориентироваться в справочном материале дающем возможность выявить ВУЗы страны предоставляющие данный тип образования;

Программа «Профессия 21 века. Инженер-эколог – кто он?»

I. Теоретическая экология. 3 часа.

История развития. Понятие экология. Академик В.И. Вернадский, учение о биосфере и ноосфере. Значение экологических знаний в современном мире.

Взаимоотношения организма и окружающей среды. Естественные сообщества живых организмов. Биогеоценозы: видовое разнообразие, плотность популяции, биомасса. Абиотические факторы среды. Роль температуры, влажности, освещенности, состава почвы в жизнедеятельности сообществ. Кубань как уникальный регион России (кубанские черноземы). Экология почв Кубани. Смена биогеоценозов, причины смен, формирование новых сообществ.

Биосфера – живая оболочка Земли. Компоненты биосферы. Круговорот веществ в природе.

Демонстрация: таблица «Биосфера», схемы круговорота воды, углерода, фосфора, кальция. Карты климатической зональности живых организмов.

Лабораторная работа: «Определение содержания гумуса в почвенном образце».

II. Экология человека. 3 часа.

Биосоциальная природа человека. Природные ресурсы Земли как лимитирующий фактор выживания. Человек и экосистемы: индустриально-городские, агроцентры. Кубань как наиболее благоприятный регион Российской Федерации.

Экология и здоровье человека: природно-экологические и социально-экологические факторы, влияющие на здоровье человека. Горячий Ключ – уникальный, универсальный бальнеологический курорт.

Демонстрация: схемы «Видовой состав агроценоза и лугового сообщества», «Взаимодействие технической системы с внешними средами», к/фильм «Маленький рай».

Практическая работа: «Растения – индикаторы загрязнения окружающей среды».

III. Прикладная экология. 11 часов.

Антропогенные воздействия на гидросферу, литосферу. Влияние человека на сообщества растений и животных. Особые воздействия: загрязнение отходами производства и потребления, шумовые, электромагнитные воздействия, биологические загрязнения. Экстремальные воздействия: оружие массового поражения, техногенные катастрофы, стихийные бедствия.

Инженерно-экологическая защита: принципиальные направления инженерной защиты окружающей среды. Основы экологического права: экологическая стандартизация и экспертиза, экологический мониторинг. Общественное экологическое движение. Юридическая ответственность. Экология и экономика. Учет природных ресурсов и загрязнителей. Лицензии и договоры на природопользование. Новые механизмы финансирования окружающей среды. Международное сотрудничество в области экологии. Международные объекты охраны окружающей среды. Экологический манифест.

Демонстрация: схемы «Структуры экономического механизма охраны окружающей среды», «Захоронение промышленных отходов», «Наземный мониторинг окружающей среды», к/фильм «Гринпис: экологическое движение».

Практическое занятие: деловая игра «Только не в мой огород» – создание бизнес-плана по захоронению отходов в ст. Саратовская.

Лабораторная работа: «Определение кислотности атмосферных осадков».

Практическая работа: «Размножение растений зелеными черенками».

Практическая работа: «Определение загрязнения сточных вод с помощью беззубки (перловицы)».

Учебно-методическое обеспечение: телевизор, кинофильм, карты: Краснодарского края, карта почв, карта Горячеключевского района, для лабораторной работы весы, тигли, эксикатор, спиртовки, образцы почв.

Проектная деятельность:

«Экология р. Псекупс».
«Влияние на экологию Горячего Ключа мебельного производства».
«Растительный и животный мир Горячеключевского района».
«Редкие и исчезающие виды растений Горячеключевского района».
«Антропогенные воздействия вырубки лесов на экологию Горячего Ключа».
«Минеральные воды Горячего Ключа – источник здоровья».
«Здравницы курорта».
«Лекарственные растения Горячеключевского района и их фитотерапевтическое воздействие».
«Памятные места города».

Тематическое планирование.

Т е м а	Количество часов	Формы и методы проведения занятий
I. Теоретическая экология. 3 часа.
1. Предмет экология. История развития. Значение экологического образования.	1	Рассказ – беседа, демонстрация портретов ученых.
2. Основные понятия экологии. Организм как целостная система. Взаимоотношения организмов и среды.	1	Мини – лекция. Виртуальная экскурсия. «Приспособление организма к среде».
3. Понятие о биосфере как крупнейшей экосистеме. Ноосфера – новая стадия эволюции биосферы.	1	Лекция, беседа с опорой на знания.
II. Экология человека. 3 часа.
4. Биосоциальная природа человека и экология.	1	Лекция с элементами дискуссии. Виртуальная экскурсия «Экологические связи человека»
5. Антропогенные экосистемы. Практическая работа: «Растения – индикаторы загрязнения окружающей среды».	1	Лекция, интерактивная демонстрация- агроценоз. Практическая работа.
6. Экология и здоровье человека. Горячий Ключ как экологически благополучный регион.	1	Интерактивный урок, тестирование по теме урока, ТСО- кинофильм «Маленький рай», обсуждение.
III. Прикладная экология. 11 часов.
7. Антропогенные воздействия на атмосферу. Влияние на гидросферу. Река Псекупс и малые реки Горячеключевского района.Лабораторная работа: «Определение кислотности атмосферных осадков».	1	Беседа, сообщения учащихся, ТСО- фильм «Глобальная экология» («Черное море — смерть или приговор отсрочки»). Лабораторная работа:
8. Воздействие на литосферу. Лабораторная работа: «Определение содержания гумуса в почвенном образце».	1	Мини- лекция, беседа. Лабораторная работа.
9. Влияние человека на сообщества растений и животных (восстановление лесных ресурсов лесхозом ст. Саратовской). Практическая работа: «Размножение растений зелеными черенками».	1	Рассказ-беседа, дискуссия, экскурсия в лесхоз ст. Саратовской. Практическая работа
10. Особые виды воздействия.Практическая работа:«Определение загрязнения сточных вод с помощью беззубки (перловицы)».	1	Лекция, сообщения учащихся, видеофрагмент «Ручейник биоиндикатор качества воды».Практическая работа.
11. Экстремальное воздействие.	1	Лекция, видеофрагменты: «Авария на чернобыльской АЭС», «Шумовое загрязнение».
12. Инженерная экологическая защита.	1	Лекция.
13. Основы экологического права.	1	Лекция.
14. Экология и экономика. Деловая игра «Только не в мой огород».	1	Лекция. Деловая игра.
15. Международное сотрудничество.	1	Мини – лекция. Видеофрагмент «Охраняемые виды». Самостоятельная работа-использование ресурсов Интернет.
16. Вузы Кубани открывают двери.	1	Беседа, самостоятельная работа по справочникам.
17. Зачет по курсу (в виде круглого стола, защита рефератов).	1	Круглый стол.

Литература для учащихся

Коробкин В.И. Передельский Л.В. «Экология». Ростов-на-Дону «Феникс». 2001.

Литература для учителя.

Грин А., Стаут У., Тейлор Д. «Биология». Т. 2, стр. 128.
Реймерс Н.Ф. «Экология». М.: «Россия молодая». 1994. стр. 367.
Газета «Биология» (приложение к «1-е сентября»). № 11 1998г. «Только не в мой огород».
Газета «Биология» (приложение к «1-е сентября»). № 32 2000г. «Шум как экологический фактор».
«Город-курорт Горячий Ключ». Рекламно-издательский цех «Вольные мастера». Краснодар. 1999г.
Пономарева И.Н. «Экология». Изд-во «Вентана-Граф». 2001г.
Коробский Н.Ф. и др. «Экологические функции почв в агроландшафтах». Учебное пособие (Кубанский государственный аграрный университет). Краснодар. 2001г.
«Наблюдай и экспериментируй». Ростовский государственный университет. 1970г.
Поляков В.А. Практикум к курсу «Проблемы экологии, окружающей среды и рациональное природопользование» Краснодар, 1995.

Дополнительная литература для учащихся.

Гужин Г.С.,Голиков В. И. и др. «Экология Кубани» Краснодар 1995
Криксунов Е.А., Пасечник В.В. и др. «Экология»,9 класс М., Дрофа,1995
Нагалевский «Красная книга Краснодарского края»
«Экология» электронный учебник 10-11 п/р Ахлебинин А.К., Сивоглазов В.И. М. Дрофа, 2004.
«Экология» учебное электронное издание, Московский Государственный институт электроники и математики ,2004.

Методические рекомендации

Для достижения целей и задач курса используются следующие приемы:

лекции, которые знакомят учащихся с новым материалом, раскрывают перед ними новые горизонты и новые возможности приобретения знаний;
беседы, дают возможность опираться на имеющиеся знания;
дискуссии, обсуждения повышают результативность обучения т.к. каждый ученик может высказываться по предлагаемой теме;
практические и лабораторные работы позволяют овладеть навыками мониторинга за окружающей средой;
использование современных мультимедиа учебников позволяют организовать учебный процесс таким образом, что практически все учащиеся оказываются вовлечёнными в процесс познания, а также позволяют проводить виртуальные экскурсии, демонстрировать видеофрагменты и использовать эти материалы для оформления рефератов и сообщений;
Интернет и его ресурсы дают возможность вести диалоговое обучение в рамках ученик – компьютер;
Для реализации идеи активного включения ребят в процесс обучения используется проектная деятельность, написание рефератов и сообщений по тем или иным вопросам занятий, эти формы интерактивного обучения выбираются самостоятельно и ребята активно ищут дома, в библиотеке, работают с дополнительной литературой, Интернетом.

Для успешного выполнения практического занятия «Растения индикаторы загрязнения окружающей среды» необходимо сотрудничество со школьным научным обществом секцией «Естествознание», члены которой проводят мониторинг окружающей среды и могут предоставить свои данные. Результаты работы «Размножение растений зелёными черенками» можно передать в классы для озеленения. Этим достигается практический результат данного вида деятельности, а значит и активизация полученных на уроках знаний.

Урок 2.

Тема: «Основные понятия экологии.

Взаимоотношения организма и среды».

Цель:

– активизировать знание основных понятий экологии, полученных на уроках биологии;

– расширить знание о взаимоотношениях организма с окружающей средой;

– показать уникальность кубанского региона среди других регионов России;

– дать понятие о черноземах Кубани и экологической почве на Кубани.

Функции: сформировать практические навыки определения качества почвы.

Оборудование: карта Кубани, почвенная карта России, для лабораторной работы: весы, тигли, эксикатор, спиртовки, образцы почв (суглинок, чернозем).

Методические приемы:

I. 1). Лекция с элементами беседы «Основные понятия экологии»:

– среда обитания;

– биогеоценоз, агроценоз;

– видовое разнообразие и плотность популяции;

– биомасса;

– агроценоз и его продуктивность.

2). Абиотические факторы среды и их влияние на организмы. Роль температуры, влажности, освещенности на жизнедеятельность организмов.

Кубань как уникальный регион России с наиболее благоприятными условиями среды.

а) климатический фактор;

б) видовое разнообразие растений и животных;

в) уникальность кубанских черноземов как источника питательных элементов и соединений.

Кубанские черноземы являются уникальными не только в России, но и во всем мире. Их мощность 1,5 м, а в некоторых регионах достигает 3 м, при оптимальном сочетании тепла и влаги на Кубани можно получить по 2 урожая в год. Выращивают у нас 113 сельскохозяйственных культур (всего по России – 124 культуры), при этом урожайность в 2 раза выше, чем по стране.

Экологические функции почвы огромны, а кубанские почвы еще и уникальны. Сохранение этих функций – задача почвенных экологов, которых готовит Кубанский государственный аграрный университет на кафедре почвоведения. Каковы же экологические функции почв? Это:

а) жизненное пространство;

б) жилище и убежище;

в) сохранение семян;

г) источник элементов питания;

д) депо влаги;

е) регуляция численности и структуры биогеоценоза;

ж) память биогеоценоза;

з) санитарные функции;

и) буферный и защитный биогеоценотический экран;

к) условия существования и эволюции организмов.

Упрощенное представление об экологическом значении почвы, недостаточное изучение взаимодействий почвенного покрова с различными компонентами ландшафта неблагоприятно сказываются на разработке мероприятий по использованию земель и ландшафтов.

Устройство устойчивых агроландшафтов на научной основе обеспечит стабильность агроэкосистем, постоянное повышение продуктивности земледелия и равновесие в природной среде.

II. Закрепление полученных знаний.

Лабораторная работа «Определение гумусовых веществ в образце почвы».

Вводная часть. Основным качественным признаком почвы является плодородие, которое зависит во многом от количества гумусовых веществ. Перегной (или гумус) является сложной частью почвы. Это органическое вещество, образовавшееся в результате разложения растительного и животного опада и окрашивающего верхние слои в темный цвет.

Для лабораторной работы берем 2 образца почвы: I образец – тяжелый суглинок, II образец – чернозем. Предварительно почва выдерживается в сухом месте для удаления влаги. Часть учащихся работает с I образцом, часть со II.

Образцы почвы по 5 гр. помещаются в тигли (тигли вместе с почвой взвешивают), а затем пропаривают над пламенем спиртовки. При прокаливании сгорают органические вещества. При взвешивании образцов после прокаливания вес I и II образца будет различный. Сравнение результатов позволит учащимся сделать выводы:

а) о наличии питательных веществ в почвах разных типов;

б) о цене почвы в разных районах Кубани.

Учащиеся отвечают на заранее поставленный вопрос, где цена 1м² почвы будет дороже и почему.

III. Домашнее задание.

Подготовить сообщение о почвах Горячеключевского района.

ДЕЛОВАЯ ИГРА

«ТОЛЬКО НЕ В МОЙ ОГОРОД!»

Цели: ученики должны определить благоприятность внешних условий для захоронения опасных отходов в своей местности, используя физические, почвенные и геологические карты региона, указать памятники природы, исторические и культурные реликвии, которые необходимо учесть при выборе места захоронения отходов.

Материалы: набор географических карт.

Предварительная подготовка: войдите в контакт для получения карт вашего края с соответствующими службами.

«Только не в мой огород!» – это преобладающее на сегодняшний день выражение общественного мнения по поводу опасения неверного размещения и захоронения опасных отходов производства. Существующие свалки быстро переполняются, и возникает необходимость некоторые из них закрыть либо найти новые места с учетом всех предъявляемых требований. Проблема захоронения отходов сталкивается с необходимостью ограждения мест захоронения от населенных пунктов. Это крайне сложная задача. Глиняные обкладки мест захоронения легко разрушаются в результате действия некоторых видов отходов. Синтетические покрытия могут быть повреждены механически частичками почвы, металлическими конструкциями или размыты водой. В результате этого опасные компоненты отходов попадут в окружающую среду.

Имеются разнообразные альтернативы захоронения отходов на суше. В то же время надо понимать, что наиболее общепринятым местом захоронения является суша, поэтому необходимо учесть факторы правильного захоронения опасных продуктов именно на суше. На этом занятии ученикам следует предложить гипотетическую ситуацию по захоронению отходов промышленного производства в вашем крае. Ответы и анализ ситуации должны быть лишены эмоций, для этого необходимо учесть природные особенности края и культурные ценности, которым места захоронения могут нанести непоправимый ущерб.

Критерии размещения и захоронения опасных отходов на суше.

Дно хранилищ должно быть не менее чем на 1,5 м выше водного зеркала. Если почва песчаная, то по крайней мере на 3 м выше.

Хранилище не должно контактировать с грунтовыми водами во избежание попадания токсинов в питьевую воду.

Хранилища не должны контактировать с поверхностным стоком и водоемами и находиться вблизи морей и океанов.

Хранилище должно иметь дренажную систему, приспособленную для сбора вымываемых веществ, которые должны улавливаться и извлекаться на поверхность для дальнейшей обработки.

Хранилище должно иметь систему слежения за грунтовыми водами. Грунтовые воды из источников, окружающих место захоронения, должны регулярно тестироваться на содержание химических примесей.

Нельзя размещать хранилища в местах паводков или интенсивного снеготаяния, приливно-отливной зоне.

Нельзя размещать хранилища вблизи аварийных зон.

Химические вещества должны быть разделены во избежание реакций при смешивании.

Когда место захоронения переполнится, оно должно быть герметично упаковано защитным слоем толщиной не менее 50 см из глины или из пластмассы, что предотвратит доступ воды к отходам.

Используя критерии утилизации веществ на суше и карты, выберите места, пригодные для захоронения отходов в вашей местности. Если не сможете найти какое-либо пригодное место, то выберите любое. В обоих случаях ученикам следует определить, можно ли на выбранном участке создать хранилище опасных отходов.
Предложите место захоронения отходов ученикам сами. Укажите его на карте и попросите указать начальные требования к этому месту.
Попросите учеников предложить конструкцию такого безопасного хранилища отходов. Запишите их предложения на доске.
Можно развесить карты в классе, чтобы ученики могли обращаться к ним по мере необходимости.
Задание для учеников.

Изучите рельеф местности, почвы, геологическое строение и ответьте на вопросы:

Какие почвы и подстилающие породы в предложенном месте?

Каков уровень залегания грунтовых вод в выбранном месте?

Опишите рельеф местности, укажите, гористая она или равнинная.

Может ли предложенное место быть поблизости от аварийной зоны?

Откуда ваш город берет питьевую воду?

Могут ли отходы загрязнить питьевую воду и каким образом этого избежать?

Определите удаление места захоронения от озер, прудов, рек, береговой линии морей и океанов. Находится ли место захоронения вблизи территории разлива рек?

Будут ли подвержены опасности живые организмы при выборе места захоронения?

На каком расстоянии выбранное место находится от населенных пунктов?

Не используется ли данная местность для отдыха?

Оцените возможное разрушение жилых районов в случае захоронения отходов в выбранном месте. Как это может произойти?

Может ли место захоронения находиться вблизи от автомагистралей и каковы последствия того, что выхлопные газы автомобилей достигнут его?

Может ли выбранное место оказать разрушительное влияние на культурные и исторические ценности?

Когда задание будет выполнено, ученики должны будут ответить на вопрос, подходит выбранное место для захоронения отходов или нет. Попросите обосновать свою точку зрения.

При выборе места для размещения опасных отходов в данном месте возможен компромисс. Необходимо учесть потенциальный риск для здоровья людей и снижение, с точки зрения обитателей, ценности окружающей среды в этом случае. Поскольку вряд ли в каждом районе найдется подходящее место для захоронения отходов производства, возникает вопрос о компенсации. Попросите учеников решить, чем можно компенсировать людям захоронение отходов в их регионе.

Изучите и обсудите следующие альтернативы захоронению на суше:

Биологическая очистка – включает использование микроорганизмов для разложения отходов. Микроорганизмы используют материал отходов как пищевой ресурс и в процессе жизнедеятельности разлагают отходы до органических соединений. Но не все опасные отходы могут быть удалены биологическим путем, т.к. некоторые токсичные тяжелые металлы убивают микроорганизмы. Наиболее общепринятый метод биологической очистки – создание полей утилизации отходов. Таким способом перерабатывают бытовые отходы, например, канализационные стоки, отходы целлюлозно-бумажной промышленности. Отходы на поверхности или в глубине почвы подвергают аэрации с последующей биологической очисткой микроорганизмами, если в этом есть необходимость. Для этих целей используют специальные аэрационные бассейны.

Адсорбция активированным углем – используется для удаления некоторых гербицидов и отходов нефтяной и нефтехимической промышленности. В этом случае для извлечения отходов из воды используют активированный уголь. Когда вещества вступают в контакт с углем, они оседают на его поверхности. Затем уголь реактивируется нагреванием. Но у этого способа удаления отходов есть один недостаток – высокая себестоимость.

Высокотемпературная кремация – сжигание отходов при очень высоких температурах. В этом случае комплексные органические соединения разлагаются до легких газов и объем отходов значительно уменьшается. В дополнение к этому могут быть получены тепло и электроэнергия. Недостаток метода – высокая себестоимость (50 800 долларов за 1 т отходов), проблема удаления образующейся золы, контрль воздействия образовавшихся газов на людей. Кроме того, не все отходы могут быть сожжены: так, некоторые щелочные соединения сжечь трудно, поскольку они разъедают стенки термокамер.

Химическая обработка – имеется несколько способов химической обработки отходов, которые могут быть использованы в зависимости от типа отходов.

Нейтрализация означает доведение кислых или щелочных отходов до нейтральных значения рН. Кислые отходы можно пропустить через известь. Можно добавить в щелочные отходы углекислоту.
Осаждение. Используется для извлечения токсичных тяжелых металлов из отходов. Свинец и никель могут быть осаждены из кислых отходов гальванической промышленности при добавлении извести или соды.

Замкнутый цикл: утилизация, переработка и трансформация. Эти меры пригодны для удаления отходов во многих случаях. Подсчитано, что не менее 20 % от общего объема производимых опасных отходов может быть с пользой утилизировано и переработано. Но в 1981 году промышленность США вовлекла в подобный цикл лишь 4 % опасных побочных продуктов.

Практическая работа.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КИСЛОТНОСТИ АТМОСФЕРНЫХ ОСАДКОВ.

Цель работы.

На выпадение кислотных дождей влияют многочисленные факторы. Многие вещества, входящие в состав кислотных дождей, оказывают губительное воздействие на человека и окружающую среду. В настоящее время принято считать, что величина концентрации ионов водорода (рН), равная 5, является пороговой для осадков, значения рН ниже этой цифры свидетельствуют о повышенной кислотности осадков. Настоящая работа позволяет с максимальной простотой и доступностью контролировать уровень кислотности атмосферных осадков.

Описание работы.

Величина концентрации ионов водорода (рН) в атмосферных осадках обычно колеблется в пределах 4,6-6,1. Для определения величины рН существуют два основных метода: потенциометрический (электрический) и колориметрический.

Потенциометрический метод очень точный, однако требует оборудования лабораторий рН-метрами и соответствующими источниками тока. Величину рН в пробах осадков определяют по указаниям о порядке измерений, приведенным в паспорте прибора.
Самым простым колориметрическим методом является определение рН с помощью универсального индикатора (индикаторной бумажки, рН 1-14). Полоску индикаторной бумаги необходимо обмакнуть в свежеотобранные осадки, положить на белую непромокаемую бумагу и быстро сравнить окраску с эталонной шкалой.

Отбор производится в белую полиэтиленовую посуду (диаметр 20-40 см, высота 30-40 см), которая располагается на столике в максимальном удалении от локальных источников загрязнения воздуха и от других предметов не ближе их трехкратной высоты. (Хранение проб атмосферных осадков для определения рН не допускается.)

Перед установкой на столик осадкосборный сосуд ополаскивается 2-3 раза дистиллированной водой. Данные наблюдений записываются в таблицу.

Примечания:

При отсутствии полиэтиленовой посуды можно пользоваться стеклянной или керамической.
Один раз в два месяца осадкосборный сосуд промывают теплой водой с пеной хозяйственного мыла, после чего смывают мыльный раствор и тщательно ополаскивают 2-3 раза дистиллированной водой.
После прекращения осадков осадкосборный сосуд уносят в помещение, где его хранят в чистом виде в полиэтиленовом пакете.

Практическая работа.

РАСТЕНИЯ-ИНДИКАТОРЫ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ.

Цель работы.

Изучение болезней растений, а также их повреждений в результате отравления химическими выбросами носит, особенно в последнее время, большое практическое значение. Существует ряд государственных нормативных актов, контролирующих степень загрязнения атмосферы. При этом устанавливаются нормативы предельно допустимых концентраций токсичных веществ, для зеленых (лесных) насаждений, при которых обеспечивается нормальная жизнедеятельность древесных пород (ПДК-Л).

Учет вредных для древесных пород веществ осуществляется при помощи соответствующего дорогостоящего оборудования. Однако его можно проводить и по фактическому состоянию деревьев в момент обследования, при помощи визуального наблюдения. Настоящая работа рассчитана на весьма доступную методологию выявления признаков повреждения древесных пород на пришкольном участке, в лесополосах, рощах, парках и других местах, приверженных выбросам промышленных производств.

Описание работы.

ПДК-Л рассчитаны для всех хвойных и лиственных пород по максимальным значениям, принятым для хвойных пород (сосна, ель). Непрерывное действие максимально разовых концентраций не должно превышать 3 часов. Повторность одноразовых превышений максимально разовых концентраций в сумме не должна превышать 1 % от общего числа наблюдений.

ПДК-Л используется при расчетах предельно допустимых выбросов (ПДК) промышленных предприятий, для которых характерны загрязнения атмосферы и нарушения нормального состояния древесных пород. Первый этап по очистке воздуха должен завершаться снижением выбросов до уровня ПДК для человека, второй этап – снижением выбросов до уровня ПДК-Л для древесных пород (см. таблицу 1).

Таблица 1.

Предельно допустимые максимальные разовые и среднесуточные концентрации вредных веществ для человека и древесных пород в воздухе.

Вредные вещества	Предельно допустимые концентрации, мг/м³
	для человека		для древесных пород
	максималь-но разовые	средне-суточные	максималь-но разовые	средне-суточные
Азота окислы	0,085	0,04	0,04	0,02
Ангидрид сернистый	0,5	0,05	0,3	0,015
Аммиак	0,2	0,04	0,1	0,04
Бензол	0,5	0,1	0,1	0,05
Взвешенные вещества (пром. пыль, цемент)	0,5	0,06	0,2	0,05
Метанол	–	–	0,2	0,1
Окись углерода	5,0	3,0	5,0	3,0
Пары серной кислоты	0,3	0,1	0,1	0,03
Сероуглерод	0,08	0,08	0,00	0,008
Соединения фтора (газообразные в перерасчете на фтор)	0,02	0,005	0,02	0,003
Формальдегид	0,035	0,003	0,02	0,003
Хлор	0,10	0,03	0,025	0,015
Циклогексан	0,4	0,4	0,2	0,2

Контроль за состоянием насаждений проводится на постоянных и временных площадках. За пределами действия промышленных выбросов, в соответствующих местах произрастания, закладываются контрольные пробные площадки. Контроль за состоянием отдельных пород и насаждений в целом включает визуальный надзор, при необходимости – лабораторный анализ растительных тканей.

Визуальный надзор за состоянием лиственных пород проводится два раза – в начале вегетационного периода (после распускания листьев) и в конце. Визуальный надзор за состоянием хвойных пород проводится три раза – в начале и в конце вегетационного периода и в зимний период. В случае аварийных и других залповых выбросов, вызывающих резкое увеличение вредных веществ в воздухе, проводится внеочередной учет состояния древесных пород. Визуальную оценку состояния древесных пород производят по пятибалльной шкале на основании данных сплошного перечета деревьев, дифференцированно по каждой породе. Шкала визуальной оценки состояния деревьев приведена в таблице 2, которая составлена в соответствии с требованиями санитарных правил в лесах СССР.

Состояние насаждений в целом характеризуется по среднему баллу состояния отдельных пород, обозначаемому – К : 1, а именно: здоровые – К меньше или равно 1,5; ослабленные – К равно 1,6-2,5; сильно ослабленные – К равно 2,6-3,5; усыхающие – К равно 3,6-4,5; сухие – К равно или больше 4,6. При среднем балле от 2 до 2,5 состояние насаждения оценивается как угрожающее, восстановление которого возможно при снижении выбросов до уровня предельно допустимых и применении комплекса мероприятий по оздоровлению данного насаждения. При среднем балле, превышающем 2,5, состояние оценивается как критическое, соответствующее началу распада насаждения. Определение среднего балла состояния (К) для каждой породы и насаждения в целом производится по формуле:

К =

где вi – баллы состояния отдельных деревьев;

ni – число деревьев каждого балла состояния;

N – общее число учтенных деревьев.

При необходимости уточнения причин, вызывающих ослабление и гибель насаждений, проводятся биохимические и анатомические исследования поврежденных органов. Деревья относятся к категории поврежденных вредными газами, если в хвое и древесине произошли значительные отклонения от контроля всех основных биохимических процессов и анатомо-морфологических показателей в соответствии с таблицей 3.

Таблица 2

Шкала визуальной оценки состояния деревьев

по внешним диагностическим признакам

Балл	Категория состояния деревьев	Морфологическая характеристика
		кроны	листьев и хвои	почек и побегов	прироста	ствола
1.	Здоровые	Без внешних признаков повреждения. Крона, листья, хвоя, почка, величины приростов соответствуют норме для данного вида, возраста и условий произрастания
2.	Ослабленные	Слабо-ажурная с усыханием отдельных ветвей	Листья и хвоя светло-зеленые, часто с желтым оттенком, повреждение листьев и хвои до 1/3 общего количества. Отмечается ранний опад листьев, хвоя держится 2-3 года	У лиственных почки мелкие, часть недоразвитые, до 25% почек прошлого года погибло; у хвойных верхушечные почки часто деформированы. Мутовки образуются по 2-3	Часто укорочен, но при избытке азота в воздухе может быть сильно увеличен	У хвойных, особенно ели, отмечается смолотечение и не большие местные отмирания коры
3.	Сильно ослабленные	Ажурная, изреженная со значительным усыханием ветвей, суховершинная	Листья светло-зеленые с желтым оттенком, хвоя матовая с бурым оттенком, повреждение листьев и хвои достигает 2/3 общего количества, хвоя держится 1-2 года. Листья мелкие, но бывают увеличены	У лиственных пород погибает до 30-31% почек прошлого года, у хвойных погибает до 10-70% почек, образующих мутовки; значительная часть верхушечных почек деформирована. Побеги 2-го порядка не образуются	Укорочен или полностью отсутствует	Смолотечение сильное, значительное отмирание коры
4.	Усыхающие	Сильно ажурная, усыхание ветвей по всей кроне	Листья мелкие недоразвитые, бледно-зеленые с желтым оттенком, отмечается ранний листопад; хвоя бледно-зеленая, желтого или бурого оттенка, осыпающаяся. Повреждение листьев и хвои превышает 2/3 общего количества	Сохранилось до 10-15% почек	Отсутствует	Признаки заселения стволовыми вредителями (буковая мука, отверстия), значительное отмирание коры
5.	Сухие (свежие или старые)	Сухая	Листьев нет, хвоя желтая и бурая, осыпается или осыпалась	Почек нет, побеги сухие	Отсутствует	Кора частично или полностью опала, заселена или отработана стволовыми вредителями

Таблица 3

Анатомо-морфологические и биохимические признаки повреждения деревьев

Признаки повреждения	Характер изменения признака
Анатомо-морфологические изменения	У деревьев, подвергающихся комплексному воздействию вредных газов, средний размер листьев и хвои меньше на 20-25%, средний вес 1000 хворостинок меньше в 2-3 раза. Размеры основных тканей меньше – толщина кутикулы и эпидерма на 15-25%, диаметр ходов на 30-40%, ширина и высота ассимиляционной паренхимы на 20-45%. Структура клеток выражена нечетко – стенки сморщены, ядра различаются плохо, хлоропластов в клетках мало и располагаются они вдоль стенок клетки. В древесине число рядов трахеид в годичном слое в 2-3 раза меньше, разница трахеид и толщина клеточных стенок сокращается на 30-40%; ширина годичного кольца в 6-8 раз меньше, чем у здоровых деревьев. Снижение прироста по диаметру и в высоту начинается за 5-7 лет до полной гибели растения.
Плодоношение	Плодоношение ослаблено или полностью отсутствует, у образующихся семян пониженная жизнеспособность.
Вредители, болезни	Ослабленные деревья заселяются стволовыми вредителями и поражаются грибковыми болезнями.
Физиолого-биохимические и биофизические изменения
Проницаемость клеточных мембран	Под влиянием промышленных выбросов нарушается (обычно увеличивается) проницаемость клеточных мембран до появления видимых ожогов на хвое и листьях и до значительных повреждений их. Степень нарушения проницаемости мембран характеризует устойчивость видов и степень нарушения функции листьев.
Кислотность клеточного сока	В зависимости от степени ослабленности изменяется кислотность клеточного сока, хвои, листьев, луба. Кислые газы (хлор, сернистый ангидрид, окислы азота) вызывают повышение кислотности: чем сильнее повреждение, тем кислотность выше, в отдельных значениях рН понижается до 3-2,5; щелочные газы (аммиак) вызывают подщелачивание, в результате чего кислотность снижается и значение рН повышается до 7-8.
Углеводный обмен	В зависимости от степени ослабленности снижается интенсивность фотосинтеза в листьях и хвое, что сопровождается уменьшением суммы углеводов на 20-25%, в первую очередь падает содержание сахаров и моноз, что в конечном итоге вызывает падение прироста.
Оводненность листьев и хвои	Вследствие разрушения клеточных мембран и увеличения их проницаемости в листьях и хвое уменьшается общее содержание воды на 10-15%. При потере влаги более 80% происходит падение тургора, что повышает гибель хвои и листьев. Определение оводненности листьев и хвои производится весовым методом.

Практическая работа.

Определение загрязненности сточных вод

ПРИ ПОМОЩИ БЕЗЗУБКИ (ПЕРЛОВИЦЫ).

Цель работы.

К настоящему времени разработано большое число методов оценки токсичности сточной воды, основанных на регистрации эффектов действия токсикантов. Особого внимания заслуживают гидробионты-фильтраторы, к которым относятся двустворчатые моллюски. Организмы данной группы прокачивают через фильтрующий аппарат значительное количество воды и поэтому особенно требовательны к ее качеству. Присутствие в воде биологически вредных примесей, как правило, вызывает серию адаптивных реакций, предотвращающих либо замедляющих дальнейшую интоксикацию снижение интенсивности фильтрации воды или ее полное прекращение является реакцией, весьма типичной для фильтраторов. Эта реакция может использоваться в качестве тестовой. Свидетельствующей о повышенном содержании токсикантов в исследуемой воде.

Описание работы.

В присутствии токсических веществ двустворчатые моллюски прекращают фильтрацию воды и закрывают створки раковин, обеспечивая изоляцию организма от внешней среды, что используется для обнаружения токсикантов в тестируемой воде. Вследствие свойственной моллюскам периодичности фильтрационной активности, применение для тестирования единичного организма затруднено, и тестовой реакцией в предлагаемом методе является факт наличия закрытых створок у 8 моллюсков из 10, находящихся в рабочем аквариуме, в который поступает тестируемая вода. Настоящий метод показал, что с его помощью может быть обнаружено присутствие ионов меди (0,25 мг), кадмия (5,0 мг), активного хлора (0,8 мг) в литре воды и некоторых других токсикантов. Длительность интервала времени закрывания створок раковин у 80 % моллюсков для указанных концентраций составляет соответственно: 20,0+5,6; 18,5+7,2; 0,0+3,1 минут. Его величина зависит также от колебаний фонового состава сточной воды.

Метод может использоваться при 2 режимах тестирования – непрерывном и дискретном. В первом случае тест-организмы находятся в длительном контакте с проточной тестируемой водой. Проявление тестовой реакции в этих случаях протекает внезапно и указывает лишь на факт наличия в воде токсикантов. Дискретный режим позволяет оценить степень токсичности воды и используется в комплексе с первым. Для этого заведомо токсичную воду подают в резервуар с тест-организмами и регистрируют длительность латентного периода тестовой реакции, величина которого тем меньше, чем выше токсичность воды.

Указанная реакция имеет ту особенность, что моллюск периодически закрывает створки раковины, в зависимости от трудно учитываемых эндогенных факторов, связанных с периодичностью обменных процессов. Исследования показали, что в условиях, близких к оптимальным, количество моллюсков с закрытыми створками не превышает 30 % от их общего числа.

Следует отметить, что эта реакция обладает специфичностью: пестициды, фенолы, некоторые метлы не вызывают закрывания створок в течение суток. Однако в последующем наблюдается гибель животных, если в сточной воде содержатся эти токсиканты. В то же время реакция закрывания створок четко проявляется в присутствии ионов таких металлов, как медь марганец, хром, никель, алюминий, кадмий, ртуть, а также поверхностно-активных веществ (ОП-7, ОП-10), формальдегида.

Работа проводится в аквариуме емкостью 30 л. Из 30 л аквариумной воды, отстоянной в течение 5-7 суток, выбирается 10 л воды и изготавливается маточный раствор из расчета 30 мг токсиканта (удобнее всего брать СМС «Лотос») на 1 л выбранной воды. Маточный раствор (по стенке аквариума) приливают к оставшимся в аквариуме 20 л отстоянной воды, получая концентрацию 10 мг/л. Время опыта отмечается с момента полного смешения чистой воды маточного раствора. Так как время закрывания створок в указанной концентрации может превышать время одного занятия (см. таблицу), рекомендуется изменить степень концентрации в сторону ее увеличения (50 мг/л, 70 мг/л и т.д.), сравнивая время закрывания створок в проводимом опыте с временем и концентрациями, указанными в таблице.

В целях более наглядной демонстрации опыта рекомендуется проводить его в 2 и более аквариумах с различной концентрацией токсикантов.

Время закрывания створок у 80 % моллюсков

при подаче в аквариум загрязненной сточной воды

(сточная вода перед подачей разбавляется в 4 раза чистой водой)

Токсикант	Медь		Кадмий		СМС «Лотос»		СПАВ «ОП-10»
Токсикант	1 мг/л	5 мг/л	5 мг/л	20 мг/л	10 мг/л	40 мг/л	10 мг/л	40 мг/л
Время закрывания створок, мин.	4,2	9,3	23,0	12,6	77,0	43,6	61,2	32,8

Примечание. Для решения вопроса о возможности многократного использования одних и тех же моллюсков для контроля токсичности воды необходимо учитывать, что активное состояние животных восстанавливается через 21-26 час нахождения в чистой воде. Таким образом, для восстановления исходной фильтрационной способности моллюсков необходим довольно длительный промежуток времени. Поэтому, в случае большой частоты биотестирования, следует использовать дополнительных животных для восстановления активности первой партии.

Практическая работа.

РАЗМНОЖЕНИЕ РАСТЕНИЙ ЗЕЛЕНЫМИ ЧЕРЕНКАМИ.

Цель работы.

Метод вегетационного размножения древесных растений зелеными черенками используется с целью сохранения в потомстве хозяйственно ценных признаков и свойств древесных пород.

Описание работы.

Выявляются оптимальные сроки черенкования для данной породы (у дуба – при наличии чечевичек на большой части неодревесневшего побега, верхушечные листья при этом приобретаю равномерную зеленую окраску: у сирени – период цветения и т.д.). Данные об оптимальных сроках для других пород берутся из литературных источников или фенологических наблюдений.
Подбор посадочного материала.

1) Черенки заготавливаются только со здоровых неповрежденных растений не старше 10-летнего возраста с боковых побегов 1-го порядка ветвления.

2) За 2 недели до черенкования делается кольцевание боковых побегов текущего года путем осторожной перетяжки их основания мягкой тонкой проволокой; последняя лишь слегка вдавливается в кору.

3) Одновременно с кольцеванием делается искусственное затенение нижней части побегов (верхняя часть их должна оставаться открытой в целях обеспечения нормального фотосинтеза и роста). Для этого на затеняемую часть побега надо положить 2 слоя бумаги: внутренний – черный, наружный – белый.

Подготовка черенков.

1) Срезать черенки следует рано утром и хранить в прохладном месте под влажной тканью.

2) Резка производится лезвием безопасной бритвы или острым ножом. Нижний срез делается под листовой подушкой несколько наискось, так, чтобы подушка оставалась на противоположной стороне среза.

3) Длина черенков должна быть не более 6-7 см. На черенке следует оставлять 2-3 листочка с образованными до половины листовыми пластинками.

4) Перед закладкой в раствор ростового вещества на черенках у нижнего конца делается 2-4 продольных подреза коры длиной 2-1,5 см.

Обработка черенков ростовыми веществами.

1) Применяется два способа обработки: погружение черенка нижними концами в водный раствор ростовых веществ и засыпка их сухим порошком ростовых веществ в смеси с тальком.

2) В качестве ростовых веществ можно использовать:

а) 0,01%-ный раствор гетероауксина. В этот раствор черенки погружаются на 24 часа;

б) 3%-ный раствор сахара, в него черенки погружаются на 36 часов;

в) 0,05%-ный раствор марганцовокислого калия в смеси с 5%-ным раствором сахара. Черенки в данном растворе находятся в течение 12 часов;

г) 25%-ный раствор меди. В нем черенки содержатся в течение 24 часов.

3) Чтобы исключить преждевременное распускание почек (появление их нежелательно при укоренении), надо обработать верхние концы черенков в течение 8-12 часов путем погружения в те же растворы веществ.

Посадка черенков и уход за ними.

1) Оборудуется и подготавливается тепличка. В качестве дренажного материала при этом можно использовать битый кирпич.

2) Подготавливается субстрат из смеси двух частей крупного заранее промытого и прокаленного речного песка и одной части торфа. Перед посадкой субстрат поливается. Намечаются также лунки на расстоянии 4^х4 см.

3) Черенки вынимаются из раствора, ополаскиваются чистой водой и высаживаются в подготовленные лунки на глубину 1,5-2 см.

4) При посадке и в следующий период надо постоянно следить за температурой воздуха и почвы, она должна быть для воздуха 26-28⁰С, для почвы – на 2⁰С выше. При этом необходим дополнительный обогрев почвы: доступнее всего использовать для подогрева биотопливо: торф, навоз, солому, слабо перегнивающий компост.

5) В тепличке необходима повышенная влажность воздуха, она поддерживается путем постоянного опрыскивания листочков с помощью пульверизатора несколько раз в день.

6) Полив осуществляется не реже одного раза в неделю.

7) Проводится периодическая подкормка водным раствором нитрата аммония – 8 г/л, кристаллическим суперфосфатом – 20 г/л, нитратом калия – 16 г/л и сахарозы – 25-40 г/л. Можно подкормку проводить только одним раствором сахара концентрацией 30-40 г/л.

8) В течение периода воспитания черенков ведутся наблюдения над образованием каллюса, корней и развитием почек и побегов. Все изменения систематически фиксируются в тетради.

На этикетке учащиеся указывают свою фамилию, имя, класс. Каждый учащийся обеспечивает уход за воспитанием посаженных им черенков. Итоги работы подводятся в конце учебного курса.