МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ИНСТИТУТ ЕСТЕСТВЕННЫХ И СОЦИЛЬНО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ НАУК

КАФЕДРА БОТАНИКИ И ЭКОЛОГИИ

ДОПУСКАЮ К ЗАЩИТЕ

Зав. кафедрой ботаники и экологии

_____________ С. А. Гижицкая

(подпись)

___ _____________ 2015 г.

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА

«ИЗУЧЕНИЕ НЕРОТОКСИЧНОСТИ АЦЕТАТА СВИНЦА В МОДЕЛЬНЫХ ЭКСПЕРИМЕНТАХ НАAcipenser baerii»

Выполнил студент группы 570

Курулюк Елена Юрьевна

__________ ___ _________ 2015 г.

(подпись)

Направление подготовки: 020801.65 Экология

Профиль: Экологическая экспертиза

Форма обучения: очная

Научный руководитель:

доктор биологических наук, профессор

Андрей Валентинович Сахаров

__________ ___ _________ 2015 г.

(подпись)

Консультант:

ст. преподаватель

Виталина Игоревна Лошенко

__________ ___ _________ 2015 г.

(подпись)

Новосибирск 2015

Содержание

ВВЕДЕНИЕ ………………………………………………………………..….	3
ГЛАВА 1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ …………………………...……….……	5
	5
	6
ГЛАВА 2 МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ.……………...	27
ГЛАВА 3 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ОБСУЖДЕНИЕ……...	31
ВЫВОДЫ ……………………………………………...……………………...	31
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ……………………..	36
ПРИЛОЖЕНИЕ А. Апробация результатов научного исследования...

Введение

Целью исследования являлось изучение

Задачи исследования:

1.

2.

3.

Структура и объем работы. Выпускная квалификационная работа состоит из введения, 3 глав, выводов, списка использованных источников, приложения. Общий объем работы – 59 страниц, из них – 36 основного текста, приведено 54 источника литературы, в том числе 2 иностранных и один интернет-источник.

Глава 1 литературный обзор

1.1 Региональные проблемы водной экологии. Экологические проблемы приплотинного участка Новосибирской гэс;

Природные ресурсы Западно-Сибирской равнины весьма разнообразны. Запасы нефти и газа таких месторождений, как Уренгой, Медвежье, Сургут выводят Западную Сибирь в число мировых лидеров. На её территории также сосредоточено 60% общих запасов торфа России. На юге равнины расположены богатейшие расположения солей. Большое богатство Западной Сибири - её водные ресурсы. Кроме поверхностных вод - рек и озёр, - найдены огромные резервуары подземных вод.

Реки Западной Сибири принадлежат бассейну Карского моря. Самая крупная водная артерия - Обь с притоком Иртыш - относится к числу величайших рек земного шара. Река Обь образуется при слиянии Бии и Катуни, берущих начало на Алтае, и впадает в Обскую губу Карского моря. Среди рек России она занимает первое место по площади бассейна и третье по водности. В лесной зоне, до устья Иртыша, Обь принимает свои основные притоки: справа - реки Томь, Чулым, Кеть, Тым, Вах; слева - реки Парабель, Васюган, Большой Юган и Иртыш. Наиболее крупные реки севера Западной Сибири - Надым, Пур и Таз - берут свое начало на Сибирских Увалах. Главные реки Западной Сибири — Обь, Иртыш и Енисей, имеющие многочисленные притоки. Также на территории равнины имеется много озёр и болот.

В структуре экономики СФО преобладает промышленность при довольно развитом сельском хозяйстве в ряде регионов. На долю промышленности (добыча полезных ископаемых; обрабатывающие производства; производство и распределение электроэнергии, газа и воды) приходится 34,8 % и занимает третье место в РФ после Уральского и Приволжского федеральных округов.[ Ионова, Наталья Владимировна     Экономика Сибири [Электронный ресурс] : учебно-методический комплекс / Н. В. Ионова ; Новосиб. гос. пед. ун-т, Ин-т открытого дистанционного образования.  - Новосибирск : НГПУ, 2013.  - 10 МБ - Доступна эл. версия в ЭБ НГПУ. - Режим доступа: http://lib.nspu.ru/umk/463ea475acb97b11/. - Подготовлено и издано в рамках реализации Программы стратегического развития ФГБОУ ВПО "НГПУ" на 2012-2016 гг.. ]

Исходя из специфики хозяйства Сибири, можно сделать вывод о том, что антропогенная нагрузка на окружающую среду постоянно только растет и уже во многих районах, превышает предельно допустимые нормы. Это вызывает загрязнение воздуха, почв и вод.

Качество подземных и поверхностных вод Сибири подвергается постоянному отрицательному влиянию со стороны геологоразведочной деятельности, эксплуатации огромного числа месторождений полезных ископаемых, функционирования промышленных предприятий, деятельности жилищно-коммунальных и сельского хозяйств. Сильнейшее загрязнение поверхностных вод Сибири отмечено в Обь-Иртышском бассейне. Концентрация вредных веществ (нефтепродуктов, фенолов, солей тяжёлых металлов) здесь превышает предельно допустимые нормы в несколько десятков раз. Из-за плохого экологического состояния сибирских рек в них значительно снизилась численность ценных видов рыб [Экологическое состояние территории России: Учебное пособие для студентов высших педагогических учебных заведений (под ред. Ушакова С.А., Каца Я.Г.) Изд. 2_е, 2004 г.]

Загрязнение и как следствие понижение качества водных ресурсов происходит в результате прямого или непрямого попадания в реки, ручьи, озера, моря и океаны различных физических, химических и биологических объектов. После попадания загрязнителей в водоем, изменяется ее физико-химический состав и биологическое разнообразие. Это приводит к изменению свойств воды, что делает ее непригодной для использования.

В большинстве случаев загрязнение пресных вод остаётся невидимым, поскольку загрязнители растворены в воде. [1 Остроумов С.А. Загрязнение, самоочищение и восстановление водных экосистем. Pollution, self-purification and restoration of aquatic ecosystems. М.: Изд-во МАКС Пресс, 2005. - С.63-89 ].

Ежегодно в водные источники попадают тысячи химических веществ, действие которых на окружающую среду заранее не известно. Сотни из этих веществ представляют собой новые соединения. Хотя промышленные стоки во многих случаях подвергаются предварительной очистке, они все-таки содержат токсичные вещества, которые трудно обнаружить.

В стоках нефтеперерабатывающих заводов содержатся разные нефтепродукты, аммиак, альдегиды, смолы, фенолы и другие вредные вещества. Вредоносное действие сточных вод этой группы заключается главным образом в окислительных процессах, вследствие которых уменьшается содержание в воде кислорода, увеличивается биохимическая потребность в нем, ухудшаются органолептические показатели воды.

Нефть и нефтепродукты на современном этапе являются основными загрязнителями внутренних водоемов, вод и морей мирового океана. Попадая в водоемы, они создают разные формы загрязнения: плавающую на воде нефтяную пленку, растворенные или эмульгированные в воде. Нефтепродукты, осевшие на дно тяжелые фракции и т.д. При этом изменяется запах, вкус, окраска, поверхностное натяжение, вязкость воды, уменьшается кол-во кислорода, появляются вредные органические вещества, вода приобретает токсические свойства и представляет угрозу не только для человека. 12 г нефти делают непригодной для употребления тонну воды.

Довольно вредным загрязнителем промышленных вод является фенол. Он содержится в сточных водах многих нефтехимических предприятий. При этом резко снижаются биологические процессы водоемов, процесс их самоочищения, вода приобретает специфический запах карболки.

На жизнь населения водоемов пагубно влияют сточные воды целлюлозно-бумажной промышленности. Окисление древесной массы сопровождается поглощением значительного количества кислорода, что приводит к гибели икры, мальков и взрослых рыб. Волокна и другие нерастворимые вещества засоряют воду и ухудшают ее физико- химические свойства. На рыбах и на их корме - беспозвоночных, неблагоприятно отражаются молевые сплавы. Из гниющей древесины и коры выделяются в воду различные дубильные вещества. Смола и другие экстрактивные продукты разлагаются и поглощают много кислорода, вызывая гибель рыбы, особенно молоди и икры. Кроме того, молевые сплавы сильно засоряют реки, а топляк нередко полностью забивает их дно, лишая рыб нерестилищ и кормовых мест.

Загрязняются реки и во время сплава, при гидроэнергетическом строительстве, а с началом навигационного периода увеличивается загрязнение судами речного флота.

Атомные электростанции радиоактивными отходами загрязняют реки. Радиоактивные вещества концентрируются мельчайшими планктонными микроорганизмами и рыбой, затем по цепи питания передаются другим животным. Установлено, что радиоактивность планктонных обитателей в тысячи раз выше, чем воды, в которой они живут.

К сожалению, человек не может отказаться от химических и целлюлозно-бумажных комбинатов, гальванических цехов, металлургических и машиностроительных заводов, атомных электростанций и всего остального, что насыщает воды тяжелыми металлами, химией и радиоактивными изотопами.

[2 Савон Д.Ю. Роль и значение экологического аудита в экономике России//Учет и статистика, 2005. - № 7. - С. 106-110.].

Часто сложно установить источник загрязнения водных ресурсов - это может быть несанкционированный выброс вредных веществ предприятием, или загрязнение, обусловленное сельскохозяйственными или промышленными работами. Это приводит к загрязнению водных ресурсов нитратами, фосфатами, токсичными ионами тяжелых металлов и пестицидами.

Вызывает серьезное беспокойство загрязнение водоемов пестицидами и минеральными удобрениями, которые попадают с полей вместе со струями дождевой и талой воды. В результате исследований, например, доказано, что инсектициды, содержащиеся в воде в виде суспензий растворяются в нефтепродуктах, которыми загрязнены реки и озера. Это взаимодействие приводит к значительному ослаблению окислительных функций водных растений. Попадая в водоемы, пестициды накапливаются в планктоне, бентосе, рыбе, а по цепочке питания попадают в организм человека, действуя отрицательно как на отдельные органы, так и на организм в целом.

В промышленных и сельскохозяйственных сточных водах, которые попадают в водные источники, велико содержание нитратов и фосфатов. Это приводит к пересыщению удобряющими веществами замкнутых водоемов и вызывает в них усиленный рост простейших микроорганизмов- водорослей. Особенно сильно разрастается сине-зеленая водоросль. Но, к сожалению, она несъедобна для большинства видов рыб. Разрастание водорослей приводит к поглощению из воды большего количества кислорода, в результате растения и живые существа не могут выжить в такой среде. Однако в ней сильно размножаются микроорганизмы, способные разлагать мертвые растительные и животные ткани. Эти микроорганизмы поглощают еще больше кислорода и образуют еще больше нитратов и фосфатов. Постепенно в таком водоеме значительно уменьшается число видов растений и животных. Наиболее важными жертвами происходящего процесса оказываются рыбы. В конце концов, уменьшение концентрации кислорода в результате разрастания водорослей и микроорганизмов, разлагающих мертвые ткани, приводит к старению озер и их заболачиванию. Этот процесс называется эвтрофикацией

[3 Савон Д.Ю., Бугаец В.В. Экологические проблемы Цимлянского водохранилища и экосистемы нижнего Дона//Образование, наука, производство и управление, 2011. - Т. II. - С. 66-71.].

Определенный вклад в повышение концентрации тяжелых металлов в воде вносят и кислотные дожди. Они способны растворять в грунте минералы, что приводит к увеличению содержания в воде ионов тяжелых металлов. Кислотные дожди возникают в результате попадания в атмосферу отработанных газов, выпускаемых металлургическими предприятиями, тепловыми электростанциями, нефтеперерабатывающими заводами, а также другими промышленными предприятиями и автомобильным транспортом. Эти газы содержат оксиды серы и азота, которые соединяются с влагой и кислородом воздуха и образуют серную и азотную кислоты. Затем эти кислоты выпадают на землю - иногда на расстоянии многих сотен километров от источника загрязнения атмосферы

[4 Савон Д.Ю., Гассий В.В. Информационное обеспечение системы экологического мониторинга в экономике природопользования ЮФО//Бизнес. Образование. Право. Вестник Волгоградского института бизнеса, 2012. - № 1. - С. 98-104.].

Если в воде находится большое количество взвешенных твердых веществ, они делают ее непрозрачной для солнечного света и тем самым препятствуют процессу фотосинтеза в водных бассейнах. Это в свою очередь вызывает нарушения в цепи питания в таких бассейнах. Кроме того, твердые отходы вызывают заиливание рек и судоходных каналов, что приводит к необходимости частого проведения дноуглубительных работ.

[5 Савон Д.Ю., Гассий В.В. Региональная инвестиционная политика по охране окружающей среды//Вестник Московского университета. Серия 6: Экономика, 2012. - № 2. - С. 45-53.].

Нагретые сточные воды и отработанные охлаждающие воды тепловых электростанций и других производств, поступая в воду вызывают «тепловое загрязнение».

Повышение температуры в водоёмах пагубно влияет на жизнь водных организмов. В течение длительной эволюции холоднокровные обитатели водной среды приспособились к определённому интервалу температур. Для каждого вида существует температурный оптимум, который на определённых стадиях жизненного цикла может несколько изменяться. В определённых пределах эти организмы способны приспосабливаться к жизни при более высоких или более низких температурах. Если организм живет в условиях самых высоких температур присущего ему интервала, он настолько к ним приспосабливается, что гибель его может наступать при температурах несколько более высоких, чем для организма, постоянно живущего в условиях более низких температур. Большая часть водных организмов быстрее приспосабливается к жизни в более тёплой воде, нежели в более холодной. Однако эта способность к адаптации не имеет абсолютных максимальных или минимальных пределов и меняется в зависимости от вида.

В естественных условиях при медленных повышениях или понижениях температур рыбы и другие водные организмы постепенно приспосабливаются к изменениям температуры окружающей среды. Но если в результате сброса в реки и озёра горячих стоков с промышленных предприятий быстро устанавливается новый температурный режим, времени для акклиматизации не хватает, живые организмы получают тепловой шок и погибают.

Тепловой шок - это крайний результат теплового загрязнения. Результатом сброса в водоёмы нагретых стоков могут быть иные, более коварные последствия. Одним из них является влияние на процессы обмена веществ. Согласно закону Ван Хоффа, скорость химической реакции удваивается с увеличением температуры на каждые 10 С. Поскольку температура тела холоднокровных организмов регулируется температурой окружающей водной среды, повышение температуры воды усиливает скорость обмена веществ у рыб и водных беспозвоночных. В свою очередь это повышает их потребность в кислороде. В то же самое в результате повышения температуры воды содержание в ней кислорода падает, тогда как потребность в нём живых организмов возрастает. Возросшая потребность в кислороде, его нехватка вызывают жестокий физиологический стресс и даже смерть. В летнее время повышение температуры воды всего на несколько градусов может вызвать 100%-ную гибель рыб и беспозвоночных, особенно тех, которые обитают у южных границ температурного интервала.

Искусственное подогревание воды может существенно изменить и поведение рыб - вызвать несвоевременный нерест, нарушить миграцию . Если разрушающая сила электростанций превышает способность видов к самовосстановлению, популяция приходит в упадок.

Повышение температуры воды способно нарушить структуру растительного мира водоёмов. Характерные для холодной воды водоросли заменяются более теплолюбивыми и, наконец, при высоких температурах полностью ими вытесняются.

Если тепловое загрязнение усугубляется поступлением в водоём органических и минеральных веществ (смыв удобрений с полей, навоза с ферм, бытовых стоков), происходит процесс эвтрофикации, то есть резкого повышения продуктивности водоёма. Азот и фосфор, служа питанием для водорослей, в том числе микроскопических, позволяет последним резко усилить свой рост. Размножившись, они начинают закрывать друг другу свет, в результате чего идёт процесс их массового отмирания и гниения, сопровождающийся ускоренным потреблением кислорода, вплоть до полного его исчерпания. А в этом случае, как уже говорилось, вся экосистема может погибнуть.

Кроме изменения среды обитания водных организмов электростанции могут оказывать на них и другое физическое влияние. Солёная вода, использующаяся для охлаждения, оказывает сильное коррозирующее влияние на металлические поверхности и вызывает высвобождение ионов металлов, особенно меди, в воду. Ракушечные животные накапливают медь в таких количествах, что становятся непригодными для использования их человеком.

Все перечисленные выше последствия теплового загрязнения водоёмов наносят огромный вред природным экосистемам и приводят к пагубному изменению среды обитания человека [Демина Т.А. Экология, природопользование, охрана окружающей среды в Украине. Киев, Аспект+Пресса, 2002].

Загрязнение водных ресурсов представляет собой серьезную проблему для экологии Земли. И ее стоит решать как в больших масштабах - на уровне государств и предприятий, так и в маленьких - на уровне каждого человеческого существа.

Загрязнение на территории Новосибирской области.

Основными отраслями промышленности являются станкостроение, машиностроение, приборостроение и радиоэлектроника. Развиты черная и цветная металлургия, химическая, лесная и деревообрабатывающая, легкая, пищеваяпромышленность.

Энергетический комплекс области представлен Новосибирской ГЭС,Барабинской ГРЭС и теплоэлектроцентралями.

Минерально-сырьевая база включает в себя такие полезные ископаемые, как золото, бокситы, олово, нефть, уголь, местные строительныематериалы.

Сельское хозяйство имеет зерново-животноводческую направленность, выращивается картофель и овощи.

Новосибирская область обладает большими водными ресурсами (365рек и 3500 озер), Новосибирское водохранилище, годовой сток составляет 35.1 км 3.

Объем годового сброса загрязненных сточных вод в поверхностные водные объекты на начало 2000 г. составлял 66.4 млн.куб.метров, около 43 % объема водоотведения приходится на нормативно очищенных сточные воды.

За счет использования оборотного и повторно-последовательного водоснабжения удовлетворяется потребность в воде 69 % объектов промышленности. При достаточно высокой водообеспеченности наблюдается сложная ситуация со снабжением населения водой питьевого качества, более 25 % проб

не соответствует стандартам по санитарно-химическим показателям, около 10% – по бактериологическим показателям.

Воды большинства рек (в том числе Оби) и Новосибирского водохранилища характеризуются высоким уровнем загрязнения нефтепродуктами (до 8 ПДК), фенолами (до 25 ПДК), легкоокисляемыми органическими соединениями, взвешенными веществами, соединениями азота, меди, фосфора, марганца. Качество вод Оби и ее притоков характеризуется широким спектром показателей: от «слабо загрязненной» до «чрезвычайно грязной». Наиболее распространенными ингредиентами являются нефтепродукты, фенолы, соли тяжелых металлов, СПАВ, соединения азота и фосфора.

По данным природоохранных органов гидрохимическое обследование подземных вод показывает наличие в них повышенных концентрацийсоединений азота, металлов, хлора.

В атмосферный воздух предприятиями области на начало 2000 г. выбрасывалось 209.1 тыс.т загрязняющих веществ в год, уловлено и обезврежено 76.7 % выбросов от стационарных источников. Основными загрязнителями атмосферы являются: автотранспорт, объекты энергетики, предприятия машиностроения, стройиндустрии, цветной металлургии. Из городов наиболее загрязненным является Новосибирск, концентрация взвешенных веществ, бензола, бенз/а/пирена, формальдегида в атмосферном воздухе зачастую превышает 10 ПДК [30,100].

Выбросы от автотранспорта составляют свыше 31 % от валового выброса по области, (в г.Новосибирске выбросы от автотранспорта – 65 %) [ А.М. Адам, Р.Г. Мамин. Природные ресурсы и экологическая безопасность Западной Сибири. 2-е изд. М.: НИА-Природа, 2001. - 172 с.]

Новосибирская ГЭС

Зарегулирование русла реки Обь плотиной гидроэлектростанции, а также расположение крупной транспортной развязки в непосредственной близости от акваторий приплотинного участка определяют высокий уровень антропогенной нагрузки на всех представителей водных экосистем [6–7, 10].

Являясь искусственно созданной человеком преградой на пути нерестовых и нагульных миграций рыб акватория приплотиного участка Новосибирской ГЭС на протяжении многих лет служила местом массового скопления полупроходных и проходных видов рыб [2–3, 8]. По результатам мониторинговых исследований ФГУ «Верхнеобьрыбвод» катастрофическое снижение численности сиговых и осетровых при условии запрета на их вылов позволяет предполагать существование механизмов экотоксичности.

Высокая проходимость транспорта по автомагистрали плотины может являться одним из основных источников поступления продуктов неполного сгорания топлива в окружающую среду, в том числе соединений свинца [1, 7, 9].

Из результатов, представленных на рис. 10 видно, что концентрация взвеси

уменьшается от зоны переменного подпора к приплотинной части и достигает минимальных величин на расстояниях 6 – 13 км от плотины. Значимое увеличение ВВ непосредственно в приплотинной части можно объяснить влиянием реки Бердь. На расстояниях 135-45 км от плотины(рис.10) происходит ярко выраженное увеличение органического углерода, которое связано с поверхностным стоком органического углерода с сельскохозяйственных территорий средней части водохранилища и влиянием притоков: рр.Ордынки, Каменки и Каракана.

Рис. 10. Распределение взвешенных форм веществ по длине водохранилища ( ВА-вольтамперометрия, ААС-атомная абсорбция)

Увеличение органического углерода в приплотинной части, при общем уменьшении концентрации ВВ связано с влиянием антропогенных диффузных источников органических веществ в нижней части водохранилища и городов Бердска и Искитима. На тех же расстояниях от плотины увеличение органического вещества влияет на сорбцию тяжелых металлов. Наблюдается относительное увеличение удельных содержаний цинка, кадмия, меди и мышьяка без превышения фоновых величин для почв. Увеличение в этой области водохранилища удельных концентраций кадмия может быть связано с диффузными источниками смыва удобрений с берегов и приточностью с водосборов боковых притоков. Но объемная концентрация взвешенных форм кадмия, тем не менее, уменьшается к приплотинной части. Аномально ведет себя свинец, концентрации которого увеличиваются в нижней части водохранилища, что показывает его поступление с собственного водосбора водохранилища. Об этом свидетельствует превышение контрольных показателей свинца в 2 - 3 раза вследствие влияния диффузных источников этого металла на водосборной площади города Бердска и Бердского залива в нижней части водохранилища. При этом свинец поступает в нижний бьеф водохранилища. Ранее нами уже отмечалось увеличение его концентрации в районе Красного Яра ниже города Новосибирска при уменьшении общей мутности воды ниже плотины. Несмотря на закономерное уменьшение мутности воды, происходит увеличение удельных концентраций железа, марганца, цинка, меди, кадмия, мышьяка и, особенно свинца, вследствие увеличения вклада мелких фракций взвешенного вещества в общий объём твёрдого стока. Многолетние данные подтверждают максимальное накопление тяжёлых металлов в донных осадках нижней части водохранилища вследствие седиментации мелкой взвеси.

Распределение удельных концентраций цинка, меди, кадмия, мышьяка и свинца по длине водохранилища коррелирует с увеличением удельной концентрации органического вещества, которое связывает в большей степени именно микроэлементы.

Органическое вещество как сапробного (природного), так и антропогенного происхождения поступает в водохранилище в результате интенсивной сельскохозяйственной (средняя часть) деятельности и водного транспорта (нижняя часть) в период летней межени.

Полученные результаты подтверждают правомерность использования взвешенного вещества как естественного индикатора процессов транспорта и распределения микроэлементов в экосистеме водохранилища.

Отмечается позитивная роль водохранилища, которое выражается в уменьшении объемной концентрации тяжелых металлов в воде вследствие седиментации речной взвеси в водохранилище. [Темерев Сергей Васильевич Эколого-химическая оценка состояния Водных систем бассейна оби АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора химических наук, 2008 г.].