Экологическая химия - Новосибирский Государственный

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Агрономический институт
Кафедра химии
Рег. №_______________
«____»_________2007 г.
«УТВЕРЖДАЮ»
Декан факультета защиты растений
Цветкова В.П.__________________
«____»___________________2007 г.
ГОС 2000 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
Учебная дисциплина Дисциплина по выбору студентов
Экологическая химия ЕН. В 1.5
по специальности 110203 - защита растений
Форма обучения очная
Факультет Защиты растений
Курс 3
Семестр 6
Вид и объем занятий
Часов
Форма контроля
Количество,
семестр
Объем по ГОС
Объем по плану, всего
В том числе:
аудиторные занятия
Лекции
Лабораторно-практические
занятия
Самостоятельная работа
98
98
Контрольная работа
Зачет
1/6
1/6
26
18
8
72
НОВОСИБИРСК 2007
УДК 546(075)
ББК 24.1
Рабочая программа составлена на основе требований Государственного
образовательного стандарта высшего профессионального образования,
утвержденного Министерством образования РФ от 17 марта 2000 г. № 140 к
содержанию и уровню подготовки выпускников по специальности 110203
«Ученый агроном по защите растений», рабочего учебного плана,
утвержденного ученым советом НГАУ «13» июня 2007 г., протокол № 8.
Программу разработала: Кусакина Наталья Алексеевна,
доцент кафедры химии,
к.б.н., _________________________
Программа рассмотрена и одобрена на заседании кафедры химии
Протокол № 18 от «22» июня 2007 г.
Заведующий кафедрой Бокова Т.И. д.б.н., проф. _________________
Программа рассмотрена и одобрена методическим советом факультетом
защиты растений протокол № 05 от «23» июля 2007 г.
Председатель методического совета
Томилова О.Г. к.с.-х.н., доцент.______________________
2
РАЗДЕЛ 1. ОРГАНИЗАЦИОННО-МЕТОДИЧЕСКИЙ
1.1. Выписка из государственного образовательного стандарта
Дисциплина Экологическая химия должна содержать:
Рассмотрение процессов в окружающей среде в их химическом аспекте с
учетом влияния антропогенных воздействий, как на биологические, так и на
абиотические компоненты природной среды. Антропогенные химические
загрязнения и механизмы их превращений в биосфере. Процессы,
определяющие условия существования живых организмов на планете (включая
человека. Оценку скоростей трансформации загрязняющих веществ в
зависимости от факторов среды. Прогнозирование и способы управления
качеством среды обитания.
1.2. Ссылка на типовую программу учебной дисциплины
Рабочая программа составлена в соответствии с рекомендациями УМО
(типовая программа «Экологическая химия», утвержденная Департаментом
образовательных программ и стандартов профессионального образования 23
октября 2001 г).
1.3. Цели и задачи учебной дисциплины
Цель дисциплины – формирование знаний и умений по экологической
химии.
Задачами дисциплины является изучение:
- максимального
уменьшения уровня нагрузки антропогенных
воздействий за счет разработки новых и модификации существующих
технологических процессов;
- разработки способов эффективной очистки отходов производств;
- разработки способов прогнозирования и регуляции уровня химического
загрязнения в объектах окружающей среды;
- рекомендации по разработке новых препаратов, употребляемых в с/х и
бытовой химии.
Данная дисциплина базируется на знаниях студентов, полученных в
процессе
изучения,
неорганической,
органической,
аналитической,
физической и коллоидной химии, является базой для изучения экологии,
фитопатологии, биологической защиты растений, эпифитотиологии.
1.4. Требования к уровню усвоения дисциплины
По окончании изучения дисциплины в соответствии с требованиями к
уровню подготовки выпускника по специальности студент должен овладеть
определенными знаниями, умениями и навыками, что излагается в следующих
понятиях:
иметь представление о научных основах экологической химии, ее
практическом значении в решении задач по определению качественного и
количественного состава химических загрязнений и их превращений в
окружающей среде;
3
знать основные концепции экологической химии, основные источники
загрязнений, пути их миграции и последствия, оказываемые ими на природу и
человека, методы оценки чистоты и способы очистки от загрязнений, способы
предотвращения самого загрязнения, основные требования к чистоте объектов
в Российской федерации.
уметь – отбирать и готовить для анализа пробы воздуха, воды и других
объектов; выполнять основные операции анализа (чистоты) объектов;
выполнять основные операции по очистке от загрязнений воды, воздуха, почвы
и других объектов растительного и животного происхождений; пользоваться
соответствующими приборами и аппаратурой; проводить статистическую и
графическую обработку результатов.
1.5. Виды и формы контроля
Система контроля за ходом и качеством усвоения студентами содержания
данной дисциплины включает следующие виды:
Текущий контроль – проводится систематически с целью установления
уровня усвоения студентами учебного материала.
В связи с этим целесообразно в соответствии с рабочим учебным планом
выполнить лабораторно-практических работ – 8 и контрольные задания к ним.
Выполнение этих работ
является обязательным для всех студентов, а
результаты являются основанием для выставления оценок текущего контроля.
Итоговый контроль – для контроля усвоения данной дисциплины
учебным планом предусмотрен зачет. Зачет является итоговым по дисциплине
и проставляется в приложении к диплому на основании выписки из зачетной
книжки. Зачет проводится в устной форме.
Промежуточный контроль (остаточных знаний) – проводится с целью
установления остаточных знаний по дисциплине при самоаттестации
университета (контрольные вопросы, тесты).
1.6. Виды активных методов и форм обучения
Основными формами обучения являются: лекции, лабораторнопрактические занятия, семинары, текущая самостоятельная работа дома, в
читальном зале, в библиотеках, выполнение рефератов.
Основным методом обучения является активизация получаемых
теоретических знаний в ходе выполнения заданий и дискуссии на лабораторнопрактических занятиях и семинарах.
4
РАЗДЕЛ 2. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
2.1. Тематический план дисциплины
Наименование разделов и тем
Лекции
Количество часов
Лаб.практ.
занятия
3
-
Самост.
работа
Всего по
теме
1
2
4
5
ВВЕДЕНИЕ. Предмет и задачи
2
2
4
экологической химии
РАЗДЕЛ 1. Химические элементы в биосфере
Тема 1.1. Биогеохимические циклы.
2
10
12
Обмен
в
биосистемах
и
окружающей среде.
Тема 1.2. Биогеохимические циклы
2
10
12
тяжелых металлов.
РАЗДЕЛ 2. Экологическая химия природных сред
Тема 2.1. Экологическая химия
2
10
12
атмосферы, структура
атмосферы и химические реакции
в ней..
Тема 2.2. Экологическая химия
2
10
12
природных вод (гидросферы)
Тема 2.3. Экологическая химия
2
10
12
литосферы
РАЗДЕЛ 3. Оценка антропогенных химических загрязнений и воздействие
их на окружающую среду.
Тема 3.1. Экологические процессы
2
10
12
в
биосфере.
Основные
поллютанты и их влияние на
биоту.
Тема 3.2. Принципы оценки
2
5
7
токсичности
веществ.
Превращение
посторонних
химических веществ.
Тема 3.3. Количественный анализ
2
7
9
и
контроль
загрязненности
экологических объектов
РАЗДЕЛ 4. Аналитические методы в экологической химии
Тема 4.1. Взятие пробы воды и
2
2
анализ жесткости
(комплексонометрия)
Тема 4.2. Определение содержания
2
2
активного хлора в водопроводной
5
воде и анализ ее качества
(йодометрия)
Тема 4.3. Определение общей
(титруемой) кислотности плодов
и овощей (титриметрические
методы анализа)
Тема 4.4. Определение меди в
растворе (фотометрический метод)
Итого
-
2
-
2
-
2
-
2
18
8
74
100
2.2. Содержание отдельных разделов и тем
ВВЕДЕНИЕ Предмет и задачи экологической химии.
Понятия и концепции экологической химии. Химические основы
экологических взаимодействий. Задачи экологической химии.
Связь
экологической химии с другими научными дисциплинами. Важность знаний по
экологической химии для работников сельского хозяйства.
РАЗДЕЛ 1. Биогеохимические циклы. Обмен в биосистемах и
окружающей среде
Тема 1.1. Химические элементы в биосфере. Биогеохимические циклы
углерода, азота, фосфора, кислорода, водорода, серы. Гомеостаз. Круговорот
биогенных элементов. Влияние хозяйственной деятельности человека на
биологический круговорот элементов. Эмпирические показатели: коэффициент
биологического поглощения (КБП), коэффициент относительного поглощения
(КОП), акропетальный коэффициент (АК).
Тема 1.2. Биогеохимические циклы тяжелых металлов. Суммарный
показатель загрязнения почв тяжелыми металлами (Zc). 9 наиболее токсичных
элементов: хром, мышьяк, кадмий, ртуть, тантал. Почвенные факторы,
влияющие на доступность тяжелых металлов: гранулометрический состав,
реакция среды почвы, содержание органического вещества, катионообменная
способность и дренаж. Приоритетные загрязнители: ртуть, свинец, кадмий,
цинк, медь – вещества индикаторы стресса окружающей среды. Круговорот
тяжелых металлов в природе. Разработка предельно допустимых концентраций
тяжелых металлов и других токсикантов в почвах. Разработка новых методов
анализа, адаптированных к высоким концентрациям загрязнителей в почве.
Классификация антропогенных почв, в том числе измененных в результате
загрязнения.
РАЗДЕЛ 2. Экологическая химия природных сред
Тема 2.1. Экологическая химия атмосферы, структура атмосферы и
химические реакции в ней. Состав атмосферы. Фотодиссоциация.
Фотоионизация. Рекомбинация. Озон в верхних слоях атмосферы. Состояние
атмосферного воздуха Новосибирской области. Приоритетные загрязняющие
вещества по Новосибирской области: бенз(а)пирен, угольная зола, диоксид
азота, пятиокись ванадия, свинец. Основные источники загрязнения –
6
автомобильный транспорт (75,3% от валового выброса по области), ТЭЦ
(11,8%), котельные и печные трубы частного сектора.
Тема 2.2. Экологическая химия природных вод (гидросферы). Гидросфера –
водная оболочка Земли. Содержание ионов в воде. Морская вода. Химический
состав воды. Углекислый газ в морской воде. Извлечение сырьевых ресурсов
из морской воды. Опреснение воды. Пресная вода. Количество растворенного
кислорода, необходимое для разложения всех биоразложимых органических
отходов в воде, биохимическая потребность в кислороде (БПК) - как показатель
перегруженности воды органическими загрязнителями. 5 стадий подготовки
водопроводной воды: механическая фильтрация, отстаивание, фильтрация
через слой песка, аэрация, стерилизация. Обработка сточных вод: первичная,
вторичная,
третичная.
Экологическое
состояние
водных ресурсов
Новосибирской области.
Тема 2.3 Экологическая химия литосферы. Литосфера – твердая часть
земного окружения. Содержание элементов в земной коре. Почва (химический
состав). Негуминовые вещества – неполностью разложившиеся остатки
растений и животных, жиры, дубильные вещества, пектины, гемицеллюлоза,
сахара и полисахариды.
Гумус – комплексная устойчивая смесь коричневых или темно-коричневых
коллоидных материалов, которые образуются из остатков разложившихся
растительных, животных микроорганизмов. Гуминовые кислоты. Экологохимическая характеристика качества почвы. Загрязнение почвы химическими
веществами.
Эколого-химическая
характеристика
земных
ресурсов
Новосибирской области.
РАЗДЕЛ 3. Оценка антропогенных химических загрязнений и
воздействие их на окружающую среду.
Тема 3.1. Экологические процессы в биосфере. Основные поллютанты и их
влияние на биоту. Классификация загрязняющих химических веществ: по
источникам поступления, по областям применения (биоциды: гербициды,
инсектициды, фунгициды, добавки к пишевым продуктам, удобрения, моющие
средства, растворы химчистки). Ксенобиотики. Радиоактивные вещества.
Тема 3.2. Принцип оценки токсичности веществ. Параметры оценки
загрязнения (накопления) и влияние химических веществ на окружающую
среду (объем производства, области применения, распространение в
окружающей среде, устойчивость и способность к разложению, превращение,
экотоксикологические свойства). Перенос химических веществ между
различными средами. Поступление и накопление химических в живых
организмах. Концентрация насыщения. Обогащение
или аккумуляция.
Биоконцентрирование. Биоумножение. Биоаккумуляция. Экологическое
обогащение. Абиотические превращения. Превращение неорганических
веществ. Превращение органических веществ.
Тема 3.3. Количественный анализ и контроль загрязненности
экологических объектов. Экологическая химия на стыке ряда научных
дисциплин:
биологических,
геологических,
фармакологических,
7
токсикологических. Исследование влияния антропогенных химических веществ
на биологические объекты окружающей среды. Выявление степени вредного
воздействия (в качественном и количественном отношении). Экспозиция.
Воздействие на отдельные особи и популяции. Молекулярно-биологические
воздействия. Нарушения обмена веществ и регуляторных процессов в клетке
под действием химических веществ. Мутагенность и канцерогенность. Модели
оценки токсических воздействий. Влияние на экосистему. Принципы оценки
токсичности веществ. Количественный анализ и контроль загрязненности
экологических объектов.
РАЗДЕЛ IV. Аналитические методы в экологической химии
Тема 4.1. Взятие пробы воды и анализ ее жесткости
(комплексонометрия).Определение общей жесткости пробы воды методом
комплексонометрического титрования с эрихромом черным.
Тема 4.2. Определение содержания активного хлора в водопроводной воде
и анализ ее качества (йодометрия) Определение содержания хлора в воде
методом йодометрического титрования с крахмалом.
Тема 4.3. Определение общей (титруемой) кислотности плодов и овощей
(титриметрические методы анализа). Анализ различных образцов соков
плодов и овощей, получение прозрачной вытяжки и титрование ее
стандартизированным раствором гидроксида натрия.
Тема 4.4. Определение меди в растворе (фотометрический метод).
Аммиачный метод основан на образовании ионом Сu2+ c аммиаком комплекса
[Cu(NH3)4]2+,
окрашенного
в
интенсивно-синий
цвет.
Построение
градуировочного графика. Измерение на приборе оптических характеристик
всех растворов. Исследование заданного раствора по содержанию Сu2+.
2.3. Содержание и организация самостоятельной работы
В процессе изучения дисциплины студент выполняет следующие виды
самостоятельной работы:
- подготовка к устному опросу;
- самостоятельное изучение тем;
- подготовка рефератов;
- подготовка к зачету.
8
РАЗДЕЛ 3. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
ДИСЦИПЛИНЫ
3.1. Перечень учебно-методических материалов, разработанных ППС
кафедры:
1. Бокова Т.И., Кусакина Н.А., Юсупова Г.П.Основы экологической химии :
Учебное пособие/Мин-во с/х РФ, НГАУ - Новосибирск, 2003
2. Бокова Т.И., Чемерис Г.А., Юсупова Г.П. Кусакина Н.А., Инструментальные
химические методы анализа: Методическое пособие/ Новосибирск, НГАУ,
2002.
3.2. Список вопросов для подготовки к зачету
1. Что изучает экологическая химия?
2. Перечислите задачи экологической химии.
3. Какова роль экологической химии и ее место среди других наук?
4. Что называется атмосферой? Перечислите основные источники загрязнения
атмосферы.
5. Расскажите об основных химических реакциях, происходящих в верхних
слоях атмосферы и обусловливающих ее защитные свойства.
6. Каковы особенности загрязнения атмосферы Новосибирской области?
7. В чем состоят защитные функции озонового слоя?
8. Какие источники антропогенного характера наиболее опасны для «озонового
щита»?
9. Что называется гидросферой?
10.Назовите основные компоненты химического состава морской воды.
11.Назовите основные вещества, загрязняющие воду Новосибирской области.
12.Что называется литосферой?
13.Что называется почвой? Что такое гумус?
14.Экологическое состояние почвенного покрова Новосибирской области.
15.Что такое биогеохимические циклы элементов?
16.Как влияет антропогенная деятельность на естественный круговорот
углерода?
17.Какие процессы антропогенного характера влияют на естественный
круговорот азота?
18.В чем состоят особенности круговорота фосфора?
19.Какие природные процессы определяют природный круговорот серы?
20.Охарактеризуйте особенности биогеохимических циклов тяжелых металлов.
21.Превращения веществ, как фактор оценки химических продуктов на
окружающую среду. В чем заключаются абиотические превращения?
22.Каковы принципы оценки токсичности веществ? Понятие экспозиции.
23.Биотические превращения ксенобиотиков. Как протекают превращения
неорганических и органических веществ?
24.Объясните свойства веществ, как фактор оценки дозы воздействия
ксенобиотиков.
9
25.Каково поступление и накопление химических веществ в живых
организмах?
26.В чем заключается влияние ксенобиотиков на экосистему?
27.Каковы критерии изучения веществ в экологической химии? Устойчивость и
способность к разложению химических веществ.
28.Каков перенос химических веществ между различными средами?
29.Каковы молекулярно-биологические воздействия ксенобиотиков?
30.Способы очистки газовых выбросов.
31Токсическое действие загрязняющих веществ.
32.Определение загрязняющих веществ в сельскохозяйственных продуктах.
33.Методы очистки сточных вод.
34.Безотходные технологии.
35.Мониторинг окружающей среды.
36.Способы очистки объектов биосферы от поллютантов.
37.Экохимические процессы в лито- и педосфере.
38.Вода и экохимические процессы.
39.Ионизирующее излучение Земли. Лучевая болезнь растений и животных.
40.Организмы. Виды взаимодействий, взаимовлияний. Эпизоотии. Эпифитотии.
41.Классификация антропогенных поллютантов и их источники. Удобрения.
Ядохимикаты. Самоочистка почвы.
42.Циклы биогенных элементов. Причины их нарушений.
43.Основные поллютанты и их влияние на биоту. Тяжелые металлы.
Радионуклиды. Влияние малых доз. Антидоты.
44.Химические средства зашиты. Качество продуктов питания. Проблемы
получения экологически безопасной сельхозпродукции.
45.Основные физические, физико-химические, химические методы очистки
от поллютантов (воздуха, почвы, воды, биообъектов).
46 Охарактеризуйте любой ксенобиотик с точки зрения экологической
химии по плану:
а) источники поступления в окружающую среду и содержание в природных
средах (атмосфере, воде, почве, биоте);
б) поведение в окружающей среде (миграция по трофическим цепям);
в) токсичность и метаболизм.
10
3.3. Список основной и дополнительной литературы
Основная литература
1. Бокова Т.И., Кусакина Н.А., Юсупова Г.П.Основы экологической химии
: Учебное пособие/Мин-во с/х РФ, НГАУ - Новосибирск, 2003
Дополнительная литература
1. Экологическая химия. Основы и концепции /ред.Н.Б.Градова, М. Мир,
1997 395с.
2. Новиков Ю.В. Экология, окружающая среда и человек.- М.: «Фаир» 1998320с
3. Остроумов С.А. Введение в биохимическую экологию М. МГУ, 1986 –
176с.
4. Андруз Дж Введение в химию окружающей среды - М., Мир, 1999.-271с
- Безуглова О.С., Орлов Д.С. Биогеохимия – Ростов-на-Дону: Феникс
2000.- 320с.
5. Орлов д.с., Садовникова Л.К., Лозановская И.И. Экология и охрана
биосферы при химическом загрязнении .- М.: Высшая школа., 2002.-334с.
6. Панин М.С. Химическая экология. – Семипалатинск, 2002.-852с.
7. Исидоров В.В. Введение в химическую экотоксикологию.- Химиздат,
1999.- 164с.
8. Ильин В.Б., Сысо А.И. Микроэлементы и тяжелые металлы в почвах и
растениях Новосибирской области. - Новосибирск: Изд-во СО РАН,
2001.-229с.
9. Экологическая химия /Под ред. Ф.Корте-М., Мир, 1997.-396с)
10. Экологический энциклопедический словарь – М.: Ноосфера, 1999 – 930с.
Основная и дополнительная литература, рекомендованная рабочей программой,
имеется в библиотеке НГАУ.
11