Санкт-Петербургский Государственный Университет

Факультет географии и геоэкологии

«Инновационная образовательная среда в классическом университете»

Проект «Геоэкологический мониторинг и экологически безопасное природопользование»

Крылова Ю.В., Курашов Е.А.

Методические указания к проведению летней учебной полевой практики по исследованию внутренних водоемов северо-западного региона России.

2007

УДК 502

Рецензент: проф., докт. геогр. наук Д.А.Субетто (Российский госуд. педаг. ун-т им А.И.Герцена)

Работа выполнена в рамках национального проекта «Образование» при финансовой поддержке программы «Инновационная образовательная среда в классическом университете»

Крылова Ю.В., Курашов Е.А.

Методические указания к проведению летней учебной полевой практики по исследованию внутренних водоемов северо-западного региона России: Метод. пособие.- СПб, 2007. - 81 с.

ISBN

Пособие представляет собой курс по проведению полевой практики студентов на внутренних водоемах. Результаты полевых исследований позволяют понять роль основных ландшафтных, геохимических, гидрохимических, гидробиологических факторов в формировании облика современных водных экосистем северо-западного региона России. В связи с этим в процессе обучения осуществляется знакомство с физико-географическими особенностями изучаемых объектов и различными методами для оценки экологического состояния водоемов, необходимыми при мониторинговых исследованиях.

Пособие предназначено для студентов и магистрантов естественных факультетов высших учебных заведений, обучающихся по направлению 020800 «Экология и природопользование».

Рекомендовано к изданию Ученым советом факультета географии и геоэкологии СПбГУ.

© Ю.В. Крылова, Е.А. Курашов, 2007

© Факультет географии и геоэкологии

Санкт-Петербургского государственного университета, 2007

ISBN

Содержание

Введение	5
1. Изучаемые объекты и методы определения состояния водоемов	5
1.1. Изучаемые объекты и их физико-географические и гидрологические характеристики	5
1.2. Необходимость комплексных исследований пресноводных водоемов.	6
2. Стандартные способы и приборы для отбора проб воды для определения химических компонентов	7
3. Необходимые вспомогательные показатели и методы их определения.	7
3.1. Температура – фактор, влияющий на процессы в водоеме. Способы измерения температуры.	7
3.2. Термический режим озер и его связь с распределением веществ.	9
3.3. Прозрачность воды и ее значение для протекания биологических процессов	12
4. Методы с использованием гидрохимических анализов.	14
4.1.Растворенный кислород как фактор экологического состояния водоема.	14
4.1.1. Методика определения содержания растворенного кислорода методом титрования (по Винклеру)	14
4.2. Натурные наблюдения за изменением концентрации кислорода в течение дня..	16
4.3 Использование метода Винклера при определении первичной продукции (по Винбергу).	17
4.3.1. Изучение динамики изменения продукции в течение 6-8 часов на оптимальной глубине.	22
4.3.2. Определение суммарного содержания лабильных органических веществ.	24
4.4. Понятие окисляемости. Метод перманганатной окисляемости	24
4.4.1. Перманганатная окисляемость (метод Кубеля)	25
4.4.2.Динамика величины перманганатной окисляемости в течение светового дня.	27
5. Применение инструментальных методов для определения ряда гидрохимических показателей.	27
5.1. Фотоэлектроколориметрические методы.	27
5.1.1. Фосфор – лимитирующий фактор фотосинтетической активности. Фосфорная нагрузка и эвтрофирование.	28
5.1.1.1.Определение фосфатов с молибдатом аммония	30
5.1.2. Кремний	32
5.1.2.1 Определение кремния с молибдатом аммония	32
5.1.3. Нитраты	34
5.1.3.1. Определение нитратов с салицилатом натрия	34
5.1.4. Аммиак и ионы аммония	35
5.1.4.1.Определение с реактивом Несслера	36
5.1.5. Железо	37
5.1.5.1.Определение с роданидом	37
5.2. Ионометрический метод	38
5.2.1. Водородный показатель( рН)	38
5.2.2. Изучение динамики рН и других параметров в течение дня на озере.	39
5.2.3. Изучение закономерности изменения рН и других параметров от глубины	39
6. Метод атомно-абсорбционной спектрофотометрии (ААС)	40
6.1. Расчет содержания железа в водном гуминовом веществе.	41
7. Хроматографические методы определения органических веществ	42
7.1. Определение органических веществ в сложных природных смесях	43
7.2. Изучение динамики изменения содержания низкомолекулярных веществ в течение 8-ми часов	45
8. Биоиндикация в рамках полевой практики.	45
8.1. Использование индекса Вудивисса для оценки экологического состояния водных объектов.	52
8.1.2. Методика отбора и обработки проб бентоса	52
8.1.3. Оценка качества воды по индексу Вудивисса (TBI)	55
9. Заключение	57
Рекомендованная литература.	59
Приложение 1. Краткий определитель донных беспозвоночных, обитающих в водотоках.	61

Введение

Работа выполнена при поддержке Национальной программы «Инновационная образовательная среда в классическом университете» в рамках проекта «Геоэкологический мониторинг и экологически безопасное природопользование».

Руководство разработано для студентов-географов, получающих специальности по направлению «Экология» и является апробированным курсом обучения методам полевых исследований на острове Валаам (республика Карелия) и района поселка Кузнечное (Ленинградская область). Основной целью курса является ознакомление с процессами, которые протекают в пресноводных водоемах, по результатам их сравнительного анализа с использованием определенных показателей и освоение гидрохимических и гидробиологических методов для оценки экологического состояния водоемов. В задачи практики входит сбор материала и его обработка в условиях экспедиции и дообработка в университетских лабораториях с применением различных аналитических подходов.

1. Изучаемые объекты и методы определения состояния водоемов

1.1. Изучаемые объекты и их физико-географические и гидрологические характеристики

Перед началом проведения полевой практики студентам необходимо проработать карту-схему изучаемого района с выделением исследуемых объектов. Следует (по возможности, если имеются литературные материалы) получить и изучить климатическую характеристику района, а также морфометрию и гидрологические параметры водоемов. Необходимо уделить внимание таким основным морфометрическим показателям изучаемого водоема как площадь, объем, средняя глубина и наибольшая глубина.

Если в районе изучаемых объектов существуют источники антропогенной нагрузки, то необходимо указать эти источники поступления загрязняющих веществ в изучаемые водоемы с целью последующей грамотной интерпретации полученных результатов.

В том случае, если объекты удалены от всевозможных антропогенных источников и, невозможно выявить явное антропогенное воздействие, то при написании отчета следует стараться избегать таких слов как «загрязнитель», «загрязнение» и т.д., и связывать полученные результаты, в основном, с особенностями протекания природных процессов.

1.2. Необходимость комплексных исследований пресноводных водоемов.

Для того чтобы адекватно оценить природу содержащихся в исследуемом водном объекте химических соединений, нужно учитывать метаболизм биоты, сопровождающийся обогащением среды органическими веществами. Также необходимо учитывать роль геохимии ландшафта изучаемой экосистемы и антропогенной нагрузки различного характера.

Наиболее полная информация о состоянии изучаемой водной экосистемы может быть получена в случае комплексного применения гидробиологических, гидрохимических и гибридных методов. Поскольку в России до недавнего времени в образовательных учреждениях гибридные приборы практически отсутствовали в силу их высокой стоимости, и применение их в учебных программах было невозможно, то целесообразно представить суть этих методов.

Гибридные методы служат для определения индивидуальных органических соединений в сложной смеси веществ. В связи с тем, что в изучаемых природных водах присутствуют сложные смеси соединений, становится ясной необходимость применения таких методов исследования. Это комбинированные физико-химические методы с обязательным сочетанием инструментальной хроматографии со спектральными детекторами. Современными гибридными методами, применяемыми при исследовании объектов окружающей среды являются: хромато-масс-спектрометрия, хромато-ИК- Фурье- спектрометрия, хромато-УФ-спектрометрия. Хроматограф позволяет разделить вещества, а спектральный детектор установить спектр вещества, являющийся его индивидуальной характеристикой. Для этого необходимы газовые и жидкостные хромато-масс-спектрометры, хромато-ИК-Фурье- и хромато-УФ-спектрометры. Для вспомогательных анализов нужны также и газовые хроматографы с набором основных детекторов (пламенно-ионизационный, электронного захвата и др.). Эти методы служат для качественного и количественного анализа каждого присутствующего в смеси соединения, или групп соединений.

Если изучаемые объекты удалены от промышленных и коммунально-бытовых антропогенных источников, то полученные данные исследований могут характеризовать естественный природный фон Северо-Запада. Если это не так, то нужно учитывать антропогенные факторы. И в том, и другом случае при оценке экологического состояния и интерпретации полученных результатов и фактов следует руководствоваться здравым смыслом.