тюменцева пособие

МИНОБРНАУКИ РОССИИ Омский государственный институт сервиса

Кафедра прикладной информатики и математики

Е. Ю. Тюменцева В. Л. Штабнова

ЭКОЛОГИЯ

Учебное пособие

Омск

ОГИС

2013

2

УДК 574(075.8) ББК 20.1

Т 20

Рецензент – канд. биол. наук, доцент О. В. Гончарова

(Омский институт (филиал) ФГБОУ ВПО «РГТЭУ»)

Ответственный за выпуск – зав. кафедрой ПрИМ, профессор, канд. пед. наук О. Н. Лучко

(Омский государственный институт сервиса)

Тюменцева, Е. Ю.

Т 20 Экология : учебное пособие / Е. Ю. Тюменцева, В. Л. Штабнова. – 2-е изд., исправл. и доп. – Омск : Омский государственный институт сервиса, 2013. – 92 с.

ISBN

Цель данного пособия – помочь студентам овладеть практическими навыками оценки качества окружающей среды, а именно: состояния природных вод, снега, почвы, воздуха и продуктов питания – неотъемлемых факторов жизнеобеспечения. В пособии рассматривается теоретический материал, а также практические методики.

Учебное пособие подготовлено в соответствии с Федеральным государственным стандартом высшего профессионального образования и действующими рабочими программами по дисциплине «Экология».

Пособие предназначено для бакалавров направлений подготовки: 101100.62 Гостиничное дело, 100800.62 Товароведение, 100100.62 Сервис, 100400.62 Туризм очной, заочной и очно-заочной форм обучения.

Темы 5, 6, 7, 8 подготовлены Е. Ю. Тюменцевой, темы 2, 3, 4, 9 – В. Л. Штабновой, предисловие, введение, тема 1, заключение, приложения написаны совместно.

ISBN

УДК 574(075.8) ББК 20.1

© Омский государственный институт сервиса, 2013

3

Оглавление

Предисловие........................................................................................	4
ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………….	5
Тема 1. Исследование физических свойств воды............................	6
Тема 2. Химический анализ воды......................................................	14
Тема 3. Биогенные вещества.............................................................	21
Тема 4. Анализ снега…………………………………………….......	28
Тема 5. Определение нитратов в растительной продукции.........	33
Тема 6. Качество пищевых продуктов.............................................	38
Тема 7. Определение структуры почвы...........................................	48
Тема 8. Определение химических элементов в почве......................	55
Тема 9. Определение количества загрязняющих веществ при ра-
боте двигателей автотранспорта…………..................................	59
УИРС…………………………………………………………………	68
ЗАКЛЮЧЕНИЕ...................................................................................	79
Библиографический список................................................................	80
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Требования к качеству воды различного
назначения……………………………………………………………	81
П. 1.1. Общие требования к составу и свойствам воды водотоков
и водоёмов в местах хозяйственно-питьевого, коммунально-
бытового и рыбохозяйственного водопользования ….....................	81
П. 1.2. Перечень ПДК показателей загрязнения в воде водоёмов
рыбохозяйственного, хозяйственно-питьевого и культурно-
бытового водопользования…………………………………………	84
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Значение рН и содержание легкораствори-
мых ионов в почвенной воде………………………………………..	86
П. 2.1. Классификация подземных вод по величине рН ………….	86
П. 2.2. Оценка пригодности воды для полива в зависимости от
состава и количества ионов ………………………………………..	86
ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Приготовление растворов...............................	87
ПРИЛОЖЕНИЕ 4. Исходные данные заданий по расчёту выде-
ления загрязняющих веществ двигателями автотранспор-
та……………………………………………………..........................	90

4

ПРЕДИСЛОВИЕ

Предлагаемое учебное пособие предназначено для изучения дисциплины «Экология», которая входит в базовую часть математического и естественнонаучного цикла Федерального государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования (ФГОС ВПО). Пособие рекомендовано для бакалавров по направлениям подготовки 101100.62 Гостиничное дело, 100800.62 Товароведение, 100100.62 Сервис, 100400.62 Туризм очной, заочной и очно-заочной форм обучения.

Одним из главных условий подготовки выпускника являются требования к личностным качествам будущего специалиста; требования к умениям, навыкам и способам деятельности, т. е. к компетенциям.

Цель данного учебного пособия – помочь студентам в более глубоком и осознанном усвоении учебной программы курса «Экология» через практические занятия в лаборатории кафедры. Опыт показывает, что теоретический материал любой сложности легче воспринимается на практических занятиях, включающих семинары и лабораторные работы.

Учебное пособие состоит из девяти тем, а также нескольких учебных исследовательских работ студентов (УИРС), которые они должны выполнить самостоятельно.

Лабораторные работы имеют прикладной характер и направлены на приобретение навыков, необходимых для формирования соответствующих компетенций. Студенты овладевают навыками химического эксперимента для решения профессиональных задач. Занятия проводятся в интерактивной форме, широко применяется метод работы в малых группах (результат работы студенческих исследовательских групп).

Студенты получают возможность самостоятельно провести несложные химические опыты, чтобы оценить качество воды по органолептическим показателям, по химическому и биогенному составу (темы 1–3), определить уровень загрязнения снежного покрова (тема 4). Они знакомятся с методикой определения нитратов в растительной продукции (тема 5), с некоторыми методами установления качества пищевых продуктов (тема 6). Две практических работы посвящены вопросам структуры и содержания химических элементов в почве (темы 7 и 8), в последней работе (тема 9) студенты дают оценку загрязнения атмосферы от работы двигателей автотранспорта. Для закрепления изученного материала предлагаются вопросы для самоконтроля.

Помимо основной части пособие содержит введение, заключение и приложения с важнейшими справочными сведениями.

Проведение предусмотренных пособием работ потребует от студента определенного минимума знаний общей химии, биологии и физики и, как надеются авторы, будет способствовать формированию у студентов аналитического и экологического мышления, а также создаст предпосылки для развития интереса у молодого поколения к решению проблем сохранения природной среды.

Учебное пособие подготовили: Евгения Юрьевна Тюменцева – темы 5, 6, 7, 8, Валентина Леонидовна Штабнова – темы 2, 3, 4, 9; предисловие, введение, тема 1, заключение и приложения написаны совместно.

5

ВВЕДЕНИЕ

В эпоху научно-технического прогресса воздействие человека на окружающую среду привело к тому, что выработанные миллионами лет эволюционного природного развития биохимические процессы, химия природной среды и круговороты веществ подверглись серьезным нарушениям и изменениям.

Кризисные экологические ситуации и бедствия различного уровня, масштабы загрязнения природной среды обуславливают глубокие противоречия во взаимоотношениях общества и природы, характер которых становится все более угрожающим для человечества. Считается, что в результате хозяйственной деятельности людей за последние 50 лет наша планета изменилась в большей степени, чем за те 800 тысяч лет, которые отделяют нас от начала овладения человечеством огнём.

Время стихийного использования природных ресурсов уже прошло. Природопользование должно осуществляться только на научной основе, с учетом всех сложных процессов, которые происходят в окружающей среде как без участия, так и при участии человека, поскольку воздействие его на природу становится всё сильнее.

Устойчивое функционирование биосферы в условиях постоянно возрастающего антропогенного воздействия является основой дальнейшего развития человечества, так как только при таком подходе может быть обеспечено само существование человеческой популяции как части биосферы.

Нынешнему молодому поколению предстоит решать важные экологические проблемы уже в ближайшем будущем. Это предопределяет не только необходимость экологического образования, формирования экологической этики, развития ноосферного мышления, но и важность приобретения навыков и умений для решения практических задач по оценке уровня загрязнения природных сред и объектов, для проведения мониторинга воды, почвы, воздуха, продуктов питания.

Данное пособие способствует формированию общекультурных компетенций студентов в рамках новых федеральных государственных образовательных стандартов высшего профессионального образования III-го поколения.

6

Тема 1 Исследование физических свойств воды

Воды, находящиеся на поверхности планеты (материковые и океанические), образуют геологическую оболочку, называемую гидросферой. Гидросфера находится в тесной связи с другими сферами Земли: литосферой, атмосферой и биосферой.

Большая часть воды – около 97 % – находится в океанах и морях

илишь 3 % – на континентах. Вода входит в состав многих минералов

игорных пород, присутствует в почве и во многих живых организмах. Тело взрослого человека на 65 % состоит из воды. Она входит в состав всех его органов и тканей: сердце, легкие, почки содержат около 80 % воды, кровь – 83 %, кости – 30 %.

Вода – жизненно необходима. Человек может прожить без пищи 3–4 недели, а без воды – лишь несколько дней. Вода помогает регулировать температуру тела, служит в качестве смазки, облегчающей движения суставов.

Важное свойство воды – растворять другие вещества. Морская вода – прекрасный растворитель. Около 70-ти элементов периодической системы содержатся в ней в обнаруживаемых количествах. Такое количество элементов определяет разнообразие химического состава природных вод.

Различия обусловлены не только качественным составом и общей концентрацией растворенных веществ, но и соотношением компонентов и различных форм их нахождения в воде.

Растворенные газы находятся в природных водах в виде молекул

ичастично гидратированных соединений. Минеральные и органические вещества встречаются в истинно растворенном, коллоидном или взвешенном состояниях.

Принято совокупность компонентов, входящих в состав природных вод, условно делить на 5 групп:

1.Макрокомпоненты, к которым относятся ионы Cl-, SO42-, CO32-, HCO3 -, Na+, K+, Mg2+, Ca2+.

2.Растворенные газы (кислород, азот, диоксид углерода, сероводород и др.).

3.Биогенные элементы (соединения азота, фосфора, кремния).

4.Органические вещества (гумусовые вещества, углеводы, органические кислоты и т. д.).

7

5. Микроэлементы (Li, Ba, Cu, Br, I, Cr, Mo, радиоактивные элементы).

Вода используется в различных областях хозяйства.

По видам использования природные воды классифицируют следующим образом:

1. Хозяйственно-питьевое водопользование. К нему относят использование водных объектов или их участков в качестве источника хозяйственно-питьевого водоснабжения, а также для водоснабжения предприятий пищевой промышленности.

2.Коммунально-бытовое водопользование предполагает использование водных объектов для купания, занятий спортом и отдыха населения.

3.Рыбохозяйственное водопользование включает в себя использование водных объектов для обитания, размножения и миграции рыб

идругих водных организмов.

Интенсивное развитие промышленности и техники, благоустройство городов связаны с ростом водопотребления. Увеличение водопотребления, с одной стороны, вызывает необходимость вовлечения в оборот вод с менее удовлетворительным качеством, с другой – заставляет считаться с ухудшением качества воды в используемых водоемах из-за возрастания уровня их загрязнения.

Различают следующие виды загрязнений водной среды: минеральные, органические, биологические, тепловые, радиоактивные, твердыми отходами (мусор).

Основными источниками загрязнения и засорения рек и водохранилищ являются следующие:

–сточные воды и ливневые стоки промышленных и сельскохозяйственных предприятий;

–коммунально-бытовые и ливневые стоки городов, сельских населенных пунктов, объектов рекреации;

–сточные воды с объектов животноводства;

–вынос биогенных веществ с сельскохозяйственных угодий;

–массовое использование берегов водохранилищ и рек при неорганизованном отдыхе, интенсивном дачном строительстве.

Внастоящее время промышленные выбросы превышают допустимые санитарные нормы. Это приводит к увеличению числа людей, страдающих такими заболеваниями, как хронический бронхит, ишемия, аллергия, рак.

Для обеспечения безопасности здоровья населения и нормативных условий санитарно-бытового водопользования состав и свойства

8

воды в водоемах должны соответствовать гигиеническим нормативам вредных веществ, что является важнейшей частью водно-санитарного законодательства.

Один из главных показателей санитарных норм – предельнодопустимая концентрация (ПДК) ядовитых и вредных веществ в воде.

ПДК – концентрация вещества в воде, выше которой вода непригодна для пользования, измеряется в мг/л.

Кроме ПДК используется также другой норматив – лимитирующий показатель вредности (ЛПВ).

ЛПВ – предельная норма неблагоприятных свойств или вредного воздействия. При нормировании качества воды в водоемах питьевого водоснабжения различают три вида ЛПВ: общесанитарный, органолептический, санитарно-токсикологический.

Общесанитарный показатель вредности – максимальная концентрация, не приводящая к нарушению процессов естественного самоочищения водоемов.

Органолептический показатель вредности – максимальная концентрация в воде, при которой не обнаруживается неприемлемых для населения изменений органолептических свойств воды.

Санитарно-токсикологический показатель вредности – максимальная концентрация, не оказывающая неблагоприятного влияния на состояние здоровья человека (Табл. П. 1.1; Табл. П. 1.2).

Методика выполнения лабораторной работы

Цель работы: изучить физические свойства воды.

Материалы, реактивы, оборудование: пробирки; колбы на

250 мл; мерный цилиндр емкостью 100 мл; цилиндр, градуированный по высоте на сантиметры; эксикатор; бюкс; фарфоровая чашка; фильтр; пипетка; часовое стекло; белая и черная бумага; универсальная индикаторная бумага; беззольные фильтры; pH-метр рН-150МИ с набором электродов; аналитические весы; ареометры (денсиметры); термометры; сушильный шкаф.

Опыт № 1. Запах

Запах определяют при комнатной температуре и при нагревании. Определение запаха при комнатной температуре производится непосредственно из емкости, в которой добавлена проба. Для этого открывают пробку и слегка втягивают в нос воздух из склянки.

9

Для определения запаха при нагревании в колбу на 250 мл вносят 100 мл исследуемой воды, закрывают колбу часовым стеклом и нагревают воду до 50–60 0С. После этого снимают колбу с нагревательного прибора, встряхивают её вращательным движением, сдвигают стекло и быстро определяют характер запаха и его интенсивность по шкале (табл. 1, табл. 2).

Таблица 1

Характеристика запаха

Характер запаха	Примерный род запаха
Ароматический	Огуречный, цветочный
Болотный	Илистый, тинистый
Гнилостный	Фекальный, сточный
Древесный	Запах мокрой древесины
Землистый	Прелый, свежевспаханной земли
Рыбный	Рыбьего жира, рыбы
Сероводорода	Тухлых яиц
Травянистый	Сена, скошенной травы
Неопределенный	Запах естественного происхождения, не
	подходящий под предыдущие определения

Таблица 2

Шкала определения интенсивности запаха

Баллы	Интенсивность запаха
0	Запах не ощущается
1	Очень слабый
2	Слабый
3	Заметный
4	Отчетливый
5	Очень сильный

При определении запаха в лаборатории не должно быть посторонних запахов. Одному и тому же лицу нельзя производить определение запаха длительное время, так как наступает привыкание и утомление.

Опыт № 2. Цвет

Цветность можно определять визуально. Для этого в колориметрический цилиндр наливают 100 мл профильтрованной исследуемой воды и, просматривая окраску контрольных растворов сверху вниз, находят цилиндр, окраска жидкости в котором совпадает с окраской исследуемой воды (табл. 3).

10

Цветность можно более точно определить на фотоколориметре. Для этого строят градуировочный график по хромово-кобальтовой шкале цветности. Растворы с различной цветностью фотометрируют в кювете на 5 см в синей части спектра относительно профильтрованной дистиллированной воды.

Таблица 3

Определение цветности

Раствор № 1, мл	0	1	2	3	4	5	6	8	10	11	12
Раствор № 2, мл	100	99	98	97	96	95	94	92	90	88	84
Градусы	0	5	10	15	20	25	30	40	50	60	70
цветности

При цветности выше 35 градусов водопотребление ограничива-

ют.

Опыт № 3. Плотность

Плотность воды определяют при помощи ареометров. Исследуемую воду наливают в мерный цилиндр емкостью 100 мл, замеряют её температуру и погружают ареометр, который имеет шкалу от 1,000 до 1,060 г/см3. Если плотность воды окажется более высокой, используют ареометр со шкалой 1,060–1,120 г/см3 и т. д.

Опыт № 4. Мутность

Для определения степени мутности обычную пробирку наполняют исследуемой водой почти доверху, ставят её на черную бумагу и смотрят сверху, отмечают результаты наблюдений.

Различают следующие степени мутности:

–прозрачная;

–слабо-опалесцирующая;

–опалесцирующая;

–слабо-мутная;

–мутная;

–очень мутная.

Опыт № 5. Прозрачность

Прозрачность определяется в цилиндре, градуированном по высоте на сантиметры, начиная с дна.

Исследуемую воду перед определением хорошо взбалтывают и наливают в цилиндр. Затем ставят цилиндр неподвижно над шрифтом