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环境科学与工程学院环境综合实习纪实

2017-09-23   作者:环境科学与工程学院

实习介绍

2017年7月9日至15日,北京大学环境科学与工程学院34位本科生在刘兆荣,梁宝生,许伟光三位老师的带领下前往河北塞罕坝进行环境综合实习(二)。

为了增强本科生野外采样和观测能力,培养学生环境研究的基本技能,北京大学环境科学与工程学院已经连续多年为本科生开设“环境综合实习”暑期课程。课程涉及大气化学与气候监测和水土生环境交互监测两大板块的实践内容,涵盖大气、水体、土壤和生物环境等环境参数的变迁研究。课程以北京大学塞罕坝环境与生态实习基地为中心,对周边的湖泊、林地、草原等开展广泛的环境研究、监测、采样活动。

塞罕坝位于河北围场满族蒙古族自治县与内蒙古克什克腾旗交界处,300多年前曾是我国清王朝皇家猎苑—木兰围场。地处我国半湿润向半干旱过渡气候区,森林向草原过渡植被区。该区域具有森林、草原、湿地、沙地等多种生态景观类型,是开展生态学、环境科学、生命科学、地理学和地质学等教学和研究的理想场所。北京大学塞罕坝生态站通过长期野外定位观测和大规模模拟与控制实验,开展了生态系统营分循环、全球气候变化与植被生态响应、地下生态学、植被恢复与重建、荒漠化治理及首都生态安全等人们普遍关注的生态建设理论与实践问题进行长期的研究。

生态站已建成多处高质量的野外观测场和野外研究平台。这些野外观测场和研究平台主要有:不同林龄营分添加平台、森林降水控制平台和草地退化平台;生态站也建有长期测观设施如常规气象观测场、大气痕量气体观测站和长期固定样地等。经过多年研究积累,依托该生态站发表了一系列高水平的研究论文。塞罕坝站已成为北京大学及其他多所高校野外生态学、植物地理学、土壤学、生态遥感等野外教学实习的基地。

实习内容

环境综合实习(二)不同于环境综合实习(一),是通过实地采样、处理来对环境监测相关内容进行复习和强化。这次实习也是我们第一次走出校内,亲身参与到一次监测过程中。本次实习内容设置覆盖广,涵盖气、水、底泥三个圈层课程。同学们分为5个大组,每个大组的同学负责一个实习课题的总体设计,而实习时则各组轮换,让各组均完成了全部5个课题的实习内容。这样一来,我们每个同学既有参与一个实习课题具体设计的机会,又都能接触所有课题的监测操作内容。采样地点包括了四个湖和生态站,底泥和水的采样主要在四个湖,大气的采样在生态站。在生态站进行简单的预处理后,再返回学校进行后续的分析和报告。整个过程很大限度上还原了真实的环境监测,同时也十分贴近课程。

大气的采样主要是气象参数测定,颗粒物采样分析和常规气象污染物的监测,由两个小组负责。其中,气象参数的测定24小时连续,我们只需要从仪器上拷贝下来气象数据,用作后续分析。关于颗粒物的采样分析,由A组负责。这个项目的操作在之前的理论和实验课上也都有所涉及,通过四通道采样器24h连续采样,5天共得到48个样品。我们需要做的是每天早上定时换膜,设置采样各参数并监视采样器可以正常运行。得到的样品保存好,之后在实验室使用离子色谱进行阴、阳离子的分析。

图:同学在四通道采样器前换膜

由B组负责的大气监测的另一个项目是,利用直读式在线监测仪在实习基地对颗粒物、CO2和VOCs等常规气相污染物进行每天8:00-20:00的连续监测。这是一项简单繁琐,却又需要耐心与细致的项目。该项目涉及到几种常用的便携式监测仪器:

①PhoCheck+5000Ex TVOC检测仪:可检测TVOC,量程广,测量范围大; ②TSI 智能粉尘监测8520:较为自动化,配有PM2.5的采样头,可以在线读出PM2.5的浓度。③GE Telaire-7100 CO2气体检测仪:一分钟内读4次数来求得这一分钟CO2的平均值,测量准确,分辨率高,稳定性强。④DUSTMATE型手持式环境粉尘检测仪:可分级检测PM1,PM2.5,PM10以及TSP的浓度分布。

图:同学在进行常规气体监测

图:依次为:①PhoCheck+5000Ex TVOC检测仪②TSI 智能粉尘监测8520③GE Telaire-7100 CO2气体检测仪④DUSTMATE型手持式环境粉尘检测仪 

水与底泥的监测在四个湖:七星湖,太阳湖,神龙潭,泰丰湖进行。水的监测由两个组C、D组负责。两个组采样部分基本一致,需要设计合适的采样点,既符合采样布点原则,又便于操作。每次采样同时做水质指标监测:溶解氧、pH、电导、浊度、色度的监测。然后装瓶,存于-20度的冰柜中保存,带回实验室进行进一步的分析。在实验室内,C组主要负责湖中离子组分分析,D组主要负责富营养化评价。

图:同学在湖水中取样

图:同学在取样点就地进行水质指标的监测

底泥的监测用E组负责,内容可以分为前期采样和后期离线分析两个部分。在坝上的野外实习过程中,同学们主要完成前期工作,包括:样品的采集装袋;底泥理化性质的现场测定;底泥样品的前处理;返校后同学们继续完成后期的离线分析工作,包括:样品的消解、过滤;用ICP-OES和ICP-MS仪器测定样品中的金属离子浓度。

图:同学将采泥管旋转插入水中,拔出后将水从圆口倒出

图:同学用小铲将管中的底泥挖出并装袋

图:同学用HH2/W.E.T土壤含水率测量仪测定底泥的含水率、电导、温度;用IQmeter IQ 160土壤原位pH计测定底泥pH、温度

图:将底泥样品烘干、研磨、过筛、装瓶

图:加酸处理后的样品在电热板上消解

在整个过程中,我们遇到了很多考验。有的是由于没有经验、很多问题考虑不到,也有的是仪器、设备本身出现问题,还有各类突发状况。在同学们的思考与和老师的交流中,自行解决了很多问题,也总结出了一些经验,在实践中,思考和解决问题的能力也得到了提升。

学生感受

不同于实验室内的枯燥,这一次坝上之行有更多的乐趣。我们在各处进行采样的同时,也感受着那里的风土人情。塞罕坝国家森林公园本是避暑胜地,我们欣赏着属于这里的美景,也学到了不少东西。第一天,到达北京大学塞罕坝生态站后,经过短暂的休整,我们来到了风景秀丽的月亮山。一下车,映入眼帘的是满山的青翠与迷人的风光,路上的疲惫烟消云散,扑面而来的是沁人心脾的清爽。站在海拔1400米的山顶,整个森林公园的尽收眼底,绿草如茵,山花烂漫,树木青翠,这时才真切的感受到塞罕坝森林公园“水的源头,云的故乡,花的世界,林的海洋”的盛赞。生态站的郑老师还现场给我们介绍了几种有趣的野菜、小花,以及这里的植被落叶松,白桦林,占子松和云杉等。经过郑老师的耐心讲解,我们对这里的植被,特殊的地理位置,以及悠久的历史有了一个基本的认识。沉醉于美丽的景色之余,我们也对整个实习充满期待。

接下来的一周的采样,同样充满乐趣。在水、底泥采样的湖区,也是这里著名的风景区。这给枯燥的采样增添了许多乐趣。湖区以湿地为依托,资源十分丰富,具有独特的保护和观赏价值。这里有水生植物群落、沼泽植物群落、草甸植物群落、还有森林植物群落和草原植物群落、具有完整的水生生态序列、集森林、草原、草甸、沼泽和水体为一体,再加上广泛分布的重要观赏植物——假鼠妇草、萍蓬草、睡莲、金莲花、狼毒花等。可以说,这里是个风景秀美的实习场所。在生态站驻站的同学,也享受着这里的静谧和美好。在等待的间隙,唱唱歌,聊聊天,与生态站的小黑狗嬉戏,去镇上感受这里的风情。尽管任务是繁琐的,但同学们依然享受这里的每一天。

而在经历了一天的实习后,一些同学会选择来到旁边的蒙古大营,听上一首属于大草原的歌,在热情的草原人民的呼唤下,在篝火晚会上尽情释放自己。一些同学会借来乒乓球拍,在站里打起球来。最后一天,师生汇聚一堂,一同分享着草原的特色——烤全羊,梁宝生老师高歌一首,引来阵阵掌声。短短一周的实习,拉近了师生间的距离。

本次实习自然不止有娱乐,回归到课程本身,得益于老师们的精巧安排,实习课程的形式内容丰富而不繁琐。轮换制使我们每个同学既有重点分析的机会,又都能锻炼所有项目。此外,课程还设置了每天的小组讨论环节,给各小组充分总结、互相交流实习中的收获、经验的机会,而这样的交流和对话无疑在帮助总结反思、促进其他小组更顺利和规范地完成各项监测内容的同时,也增加了小组内和所有同学之间的凝聚力,体会到团队合作带来的乐趣。

各小组更轮流负责实习进展跟踪报道的推送消息的制作;同学们各显身手,生动活泼地展示了各组的课题设计和坝上实习的进行情况、亮点。我们所制作的推送也在环院微信公众平台PKU-CESE-SU上得到了进一步的展示和宣传。每当看到推送里出现的大家挖泥玩水喂蚊子(其实是底泥测定、水质测得和常规气态污染物在线观测)的黑照时都特别积极地在朋友圈转发评论,嘲笑某某人的姿势十分搞笑或是自己又被拍到了什么不可见人的黑照,一时间,综合实习的内容成为了环院人,甚至家长等更多人所关注的焦点。

我们在本次实习课程中的另一个很突出的感受是亲历实践机会众多、实际参与感强。如果说大一暑假的珠海实习,我们参观访问了各环境领域企业和环境监测站等环保部门单位,像是浏览了一幅庞大而全面的地图;那么本次的坝上实习,就好比是学习和尝试绘制一份也许不甚精致华美、但却也色彩丰富并细节完善的图画。在实习中,我们是运用自己在本科阶段前两年所学的专业知识,尤其是环境监测领域的知识和实验方面的能力技巧,在坝上进行了真实的环境监测工作。刘兆荣老师、许伟光老师和梁宝生老师等几位老师为我们这门实习课程的开展做了大量前期工作,保障了整个实习过程的顺利开展;而具体的内容,从实验方案设计,到仪器检查使用,再到实习开展、数据记录与汇总等,各个环节几乎都是在几位老师的帮助和指导下、各小组独立设计和完成。这种参与感和在实践中充分运用专业知识的体验,对于我们来说都是非常宝贵的。

更重要的,这门环境综合实习二的课程虽然简称坝上实习,但其实包含的内容并不止坝上,更有回到学校后在环境大楼完成的实验室样品分析、数据处理、大组报告等内容,这种野外与实验室一动一静的结合,虽然紧凑的时间安排让过程不免辛苦些,但却让这次实习显得完整专业。我们自然也很愿意付出全部努力去尽量“像模像样”地完成整个过程,挖泥扛仪器各个都十分卖力,在环境大楼和小组其他同学一起做底泥样品前处理直到星辉灿烂的深夜时分,对离子色谱仪器不断摸索调试直到终于完成了进样分析,又或是总磷总氮分析的实验做到最后一步总发现现象不对也不气馁、平心静气地一起讨论和重复……尽管从专业的角度来看,大二的我们可能仍只能算是“初试身手”的小菜鸟,但每位同学都认真参与和完成了全部内容;并且我们认为,这种整个小组这么多人群策群力去完成一个分析项目的过程,大概会是我们不可多得的一种人生经历。

环境综合实习,给即将进入高年级的学习的我们一次实地体验的机会,既充满乐趣,也教会我们很多。我们珍惜这次可以野外实地监测的机会,这会成为我们本科四年一次珍贵的经历。

图:环院师生在塞罕坝合影