ИССЛЕДОВАНИЕ САНИТАРНОГО СОСТОЯНИЯ ВОДОЕМОВ, КАК ПРОЕКТНАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ШКОЛЬНИКОВ В РАМКАХ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО ОБРАЗОВАНИЯ СРЕДНЕЙ ШКОЛЫ

В настоящее время в учебный процесс средних общеобразовательных школ на основе Федерального государственного образовательного стандарта (ФГОС) внедряется новое направление – проектно-исследовательская деятельность [7]. Ее целью является приобщение учащихся к активному обучению, развитие их учебно-познавательных умений и навыков, а также улучшение знаний по биологии и экологии. Проектная деятельность в экологическом образовании позволяет учащимся отвлечься от гаджетов и прочих технологий и насладиться природой. Но, обратив внимание на то, что их окружает, учащиеся понимают, что природа меняется не в лучшую сторону. В настоящее время актуальны такие экологические проблемы, как вырубка лесов, деградация почв, загрязнение воздушного и водного бассейнов [2, с. 72].

Калининград является самым западным областным центром России (рисунок 1).

Рисунок 1. Географическое положение города Калининграда на карте

Экологическая ситуация в городе Калининграде оставляет желать лучшего, так как существуют проблемы, связанные с повышенным загрязнением атмосферы, неудовлетворительным качеством питьевой воды, загрязнением поверхностных вод и почв, накоплением большого числа промышленных и бытовых отходов [2, с. 74].

В этой связи актуальным является экологическое воспитание школьников. Чем раньше начнется эта работа, тем выше будет ее результативность. Правильное экологическое воспитание позволит в дальнейшем предотвратить многие экологические проблемы человечества.

Целью работы является формирование ответственного и бережного отношения подрастающего поколения к компонентам окружающей среды через проектную деятельность. Одной из компонент являются водные объекты, находящиеся в рекреационных зонах города Калининграда.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

1. ознакомить школьников с экологическими проблемами города Калининграда и Калининградской области и смотивировать их на выполнение проектной работы;
2. исследовать с группой школьников санитарное состояние водоемов, находящихся в рекреационных зонах города;
3. проанализировать полученные результаты и сделать аргументированные выводы.

Для выполнения поставленных задач была сформирована группа школьников для проведения научно-исследовательской работы в рамках экологического образования в общеобразовательном учреждении. Ребята проявили большой интерес к научному проекту и сами вызвались принять в нем участие. Возраст учащихся варьировал в пределах от 14 до 16 лет. Группа состояла из 4 человек.

Объектом исследования стали поверхностные водоемы, находящиеся в рекреационных зонах города (рисунок 2).

Рисунок 2. Местоположение тестовых участков для анализа санитарно-показательных микроорганизмов на территории Калининграда: 1 – пруд Нижний; 2- пруд Верхний; 3- пруд Поплавок; 4 – озеро Лесное

В настоящее время существенные экологические изменения санитарного состояния водных объектов по большей мере вызваны антропогенными факторами. В частности, это выделение продуктов жизнедеятельности домашними питомцами. С ливневыми стоками фекалии попадают в воду. Наличие в поверхностных водоемах кишечных палочек свидетельствует о загрязнении воды фекальными стоками и поэтому дает основание предполагать возможность заражения воды болезнетворными микроорганизмами.

Так как проект направлен на исследование санитарного состояния водоемов, в первую очередь учащиеся познакомились с методами определения санитарно-показательных микроорганизмов. Затем рассмотрели их классификацию и выяснили, что существуют две основные группы микроорганизмов, влияющих на фекальное загрязнение водных объектов. К ним относят такие виды бактерий, как кишечная палочка (лат. Escherichia coli) – показатель свежего фекального загрязнения – и сульфитредуцирующие колстридии (лат. Clostridium perfringens) – показатель давнего фекального загрязнения. Также необходимо было познакомить школьников с понятием общего микробного числа, которое является показателем для оценки общей бактериальной обсемененности.

Так как одной из задач проекта являлась самостоятельная деятельность учащихся, то в первую очередь было подготовлено к стерилизации лабораторное оборудование и приготовлены питательные среды для микробиологического посева:

• мясопептонный агар, который необходим для определения общего микробного числа;
• среда Эндо – для определения патогенных бактерий группы кишечная палочка;
• среда Вильсона-Блера или железосульфитный агар для определения в воде сульфитредуцирующих клостридий, преимущественно Clostridium perfringens.

Группа школьников была ознакомлена с правилами отбора проб воды для микробиологического исследования согласно ГОСТ 31942-2012 «Вода. Отбор проб для микробиологического анализа».

Отбор проб проводили с 3-х контрольных точек водоемов на глубине 15-20 см от поверхности воды, убирая поверхностную пленку.

Пробы помещали в стерильные емкости с указанием даты, места сбора, номера пробы и транспортировали в лабораторию микробиологии и биотехнологии Балтийского федерального университета имени Иммануила Канта. Для предотвращения биологических изменений пробы хранили в холодильнике.

Выполнение анализа и учет результатов проводился в соответствии с МУК 4.2.1884-04 «Санитарно-микробиологический и санитарно-паразитологи­ческий анализ воды поверхностных водных объектов».

Для исследования санитарно-показательных микроорганизмов воды классическим методом определяли общее число культивируемых организмов и показатели фекального загрязнения (бактерии семейства Enterobacteriaceae и споры сульфитредуцирующих клостридий – Clostridium perfringens).

Для определения бактерий семейства Enterobacteriaceae и общего микробного числа в чашки Петри вносили по 1 мл хорошо перемешанной анализируемой воды и заливали 6-8 мл расплавленной и остуженной до 45˚С питательный среды. Посев проводили в трех повторностях для наиболее достоверных результатов. После застывания питательной среды чашки Петри помещали в термостат на 24 часа и инкубировали при температуре 37˚С.

Для определения сульфитредуцирующих клостридий к анализируемым пробам воды добавляли по 5 мл железосульфитного агара. Опыт проводили в четырех повторностях. Пробирки помещали в термостат на 24 часа и инкубировали при температуре 44˚С.

По истечении 24 часов проводили количественный учет микроорганизмов. Результаты общего микробного числа выражали числом колониеобразующих единиц (КОЕ) в 1 мл воды. Бактерии семейства Enterobacteriaceae с характерным красным металлическим блеском выражали числом КОЕ в 100 мл воды. Проросшие колонии на среде Вильсона-Блера выражали числом КОЕ в 20 мл воды.

Полученные результаты сравнивали с таблицей 1.

Таблица 1.

Оценка загрязненности воды поверхностных водоемов по микробиологическим показателям

Полученные результаты были обработаны статистически с применением программ Microsoft Excel и представлены в виде средних арифметических значений с указанием стандартного отклонения.

Содержание общей численности микроорганизмов в водоемах города Калининграда в 2016 году представлено на рисунке 3.

Рисунок 3. Среднее количество общей бактериальной обсемененности в поверхностных водоемах города Калининграда в 2016 году

Показатели общей численности микроорганизмов в воде прудов Верхнее и Нижнее оказались в разы выше, чем в пруду Поплавок и озере Лесном за все исследуемые сезоны. Вероятнее всего, это связано с месторасположением данных прудов. Чем ближе водоемы расположены к центральной части города, тем сильнее оказывается на них антропогенная нагрузка. Так как общее микробное число не должно превышать 1000 КОЕ/мл (см. табл. 1), то водоемы по показателям общей численности микроорганизмов отнесены к категории «чистые».

Результаты исследования водоемов на наличие бактерий сем. Enterobacteriaceae города Калининграда в 2016 году представлены на рисунке 4.

Рисунок 4. Среднее содержание бактерий сем. Enterobacteriaceae в поверхностных водоемах города Калининграда в 2016 году

Наибольшее количество бактерий сем. Enterobacteriaceae обнаружено в воде пруда Верхнего во все исследуемые сезоны. Данные показатели за весну и лето оказались в 8-10 раз выше нормы. Очевидно, это связано с большой проходимостью людей вблизи данного пруда. В зимний период во всех водоемах значения не превышают норму. Однако в весенний и летний периоды в пруду Нижнем показатели завышены в 4-5 раз соответственно, в пруду Поплавок показатели ненамного превышают норму в летний период. Следовательно, в водоемах Верхнее, Нижнее и Поплавок полученные данные превышают нормированные показатели СанПиН 2.1.5.980-00 «Гигиенические требования к охране поверхностных вод» и свидетельствуют о недавнем фекальном загрязнении. По данным исследования только озеро Лесное можно отнести к категории «чистое» по показателям содержания бактерий сем. Enterobacteriaceae.

Данные о содержании бактерий Clostridium perfringens в водоемах города Калининграда в 2016 году представлены на рисунке 5.

Данные рисунка позволяют оценить содержание сульфитредуцирующих клостридий в воде исследуемых водоемов. Согласно действующему нормативу (СанПиН 2.1.4.1074-01), споры клостридий должны отсутствовать в 20 мл воды. По результатам исследования в пруду Верхнем бактерий Clostridium perfringens обнаружено больше, чем о всех остальных водных объектах. Наибольшее содержание бактерий выявлено в летний период. В зимний период в исследуемых пробах воды пруда Поплавок и озера Лесное мы не обнаружили сульфитредуцирующих клостридий, что свидетельствует об отсутствии давнего фекального загрязнения.

По результатам проведенного проекта стало известно, что наибольшая численность микроорганизмов сохраняется в летний период, когда температура воды достаточно комфортная для благоприятного развития бактерий. Наименьшее содержание санитарно-показательных микроорганизмов отмечено в зимний период и, вероятнее всего, связано с низкой температурой воды, что негативно сказывается на размножении бактерий.

 По окончании научно-исследовательского проекта и на основании полученных результатов группа школьников сделала заключение, что практически все водоемы города Калининграда находятся в критическом экологическом состоянии и сильно загрязнены конечными продуктами жизнедеятельности животных. Во избежание загрязнения поверхностных водоемов или заражения человека патогенными микроорганизмами школьниками были предложены следующие рекомендации:

1. Запретить выгул домашних животных в городских зонах отдыха;
2. Запретить купание в водоемах как животных, так и людей;
3. При несоблюдении правил применять систему крупных штрафов;
4. С детства прививать подрастающему поколению основы экологического воспитания.

Таким образом, в ходе научно-исследо­вательского проекта группа школьников была ознакомлена с основными экологическими проблемами Калининграда и акцентирована на изучение санитарного состояния водоемов рекреационных зон города. Полученные в рамках проекта результаты и сформулированные на их основе рекомендации позволяют оценить экологическое состояние городских водоемов и мотивируют школьников на бережное отношение к водным объектам городской среды.