Вопросы для самопроверки

1. Кто из ученых и когда ввел в биологическую науку термин «экология»?

2. Сформулируйте определение экологии как науки. Какие объекты изучает экология?

3. Сформулируйте прикладные задачи экологии.

4. Охарактеризуйте связь экологии с другими науками.

5. В работах каких ученых появились первые экологические сведения, что они отражали?

6. С именами каких зарубежных и отечественных ученых связано развитие экологических знаний в XVIII - XIX вв., и какова сущность их исследований?

7. Где и когда впервые были введены понятия «аутэкология» и «синэкология»? Что они означают?

8. Каковы современные направления в экологических исследованиях?

2. Методы экологических исследовании и критерии оценки окружающей природной среды при проведении экологического мониторинга

Цель занятия - изучить основные методы экологических исследований. Познакомится со структурой и классификацией экологического мониторинга. Сформировать основные понятие о качества окружающеё среды и методах её оценки.

Экологический мониторинг

Экологический мониторинг – информационная система наблюдений, оценки и прогноза изменений в состоянии окружающей среды, созданная с целью выделения антропогенной составляющей этих изменений на фоне природных процессов.

Основные цели экологического мониторинга состоят в обеспечении системы управления природоохранной деятельности и экологической безопасности своевременной и достоверной информацией, позволяющей:

• оценить показатели состояния и функциональной целостности экосистем и среды обитания человека;

• создать предпосылки для определения мер по исправлению возникающих негативных ситуаций до того, как будет нанесен ущерб.

Основными задачами экологического мониторинга являются:

• наблюдение за источниками антропогенного воздействия;

• наблюдение за факторами антропогенного воздействия;

• наблюдение за состоянием природной среды и происходящими в ней процессами под влиянием факторов антропогенного воздействия;

• оценка фактического состояния природной среды;

• прогноз изменения состояния природной среды под влиянием факторов антропогенного воздействия и оценка прогнозирующего состояния природной среды.

Экологические мониторинги окружающей среды могут разрабатываться на уровне промышленного объекта, города, района, области, края, республики в составе федерации.

При разработке проекта экологического мониторинга необходима следующая информация:

• источники поступления загрязняющих веществ в окружающую природную среду – выбросы загрязняющих веществ в атмосферу промышленными, энергетическими, транспортными и другими объектами; сбросы сточных вод в водные объекты; поверхностные смывы загрязняющих и биогенных веществ в поверхностные воды суши и моря; внесение на земную поверхность и (или) в почвенный слой загрязняющих и биогенных веществ вместе с удобрениями и ядохимикатами при сельскохозяйственной деятельности; места захоронения и складирования промышленных и коммунальных отходов; техногенные аварии, приводящие к выбросу в атмосферу опасных веществ и (или) разливу жидких загрязняющих и опасных веществ и т.д.;

• переносы загрязняющих веществ – процессы атмосферного переноса; процессы переноса и миграции в водной среде;

• процессы ландшафтно-геохимического перераспределения загрязняющих веществ – миграция загрязняющих веществ по почвенному профилю до уровня грунтовых вод; миграция загрязняющих веществ по ландшафтно-геохимическому сопряжению с учетом геохимических барьеров и биохимических круговоротов; биохимический круговорот и т.д.;

• данные о состоянии антропогенных источников эмиссии – мощность источника эмиссии и месторасположение его, гидродинамические условия поступления эмиссии в окружающую среду.

Глобальная система мониторинга окружающей среды - это сеть наблюдений за источниками воздействия и за состоянием биосферы охватывает уже весь земной шар. Глобальная система мониторинга окружающей среды (ГСМОС) была создана совместными усилиями мирового сообщества (основные положения и цели программы были сформулированы в 1974 году на Первом межправительственном совещании по мониторингу). Первоочередной задачей была признана организация мониторинга загрязнения окружающей природной среды и вызывающих его факторов воздействия.

Система мониторинга реализуется на нескольких уровнях, которым соответствуют специально разработанные программы:

• импактном (изучение сильных воздействий локальном масштабе – И);

• региональном (проявление проблем миграции и трансформации загрязняющих веществ, совместного воздействия различных факторов, характерных для экономики региона – Р);

• фоновом (на базе биосферных заповедников, где исключена всякая хозяйственная деятельность – Ф).

При выборе загрязняющих веществ для наблюдений определяют их приоритетность в зависимости от среды наблюдения (прил. 2).

В зоне влияния источников эмиссии организуется систематическое наблюдение за следующими объектами и параметрами окружающей природной среды.

1. Атмосфера: химический и радионуклидный состав газовой и аэрозольной фазы воздушной сферы; твердые и жидкие осадки (снег, дождь) и их химический и радионуклидный состав; тепловое и влажностное загрязнение атмосферы.

2. Гидросфера: химический и радионуклидный состав среды поверхностных вод (реки, озера, водохранилища и т.д.), грунтовых вод, взвесей и данных отложений в природных водостоках и водоемах; тепловое загрязнение поверхностных и грунтовых вод.

3. Почва: химический и радионуклидный состав деятельного слоя почвы.

4. Биота: химическое и радиоактивное загрязнение сельскохозяйственных угодий, растительного покрова, почвенных зооценозов, наземных сообществ, домашних и диких животных, птиц, насекомых, водных растений, планктона, рыб.

5. Урбанизированная среда: химический и радиационный фон воздушной среды населенных пунктов; химический и радионуклидный состав продуктов питания, питьевой воды и т.д.

6. Население: характерные демографические параметры (численность и плотность населения, рождаемость и смертность, возрастной состав, заболеваемость, уровень врожденных уродств и аномалий); социально-экономические факторы.

Системы мониторинга природных сред и экосистем включают в себя средства наблюдения: экологического качества воздушной среды, экологического состояния поверхностных вод и водных экосистем, экологического состояния геологической среды и наземных экосистем.

Наблюдение в рамках этого вида мониторинга проводятся без учета конкретных источников эмиссии и не связаны с зонами их влияния. Основной принцип организации – природно - экосистемный.

Целями наблюдений, проводимых в рамках мониторинга природных сред и экосистем, являются:

• оценка состояния и функциональной целостности среды обитания и экосистем;

• выявление изменений природных условий в результате антропогенной деятельности на территории;

• исследование изменений экологического климата (многолетнего экологического состояния) территорий.

На территории Российской Федерации функционирует ряд систем мониторинга загрязнения природной среды и состояния природных ресурсов.

Критерии оценки окружающей среды.

Под качеством окружающей среды понимается степень соответствия её характеристик потребностям людей и технологическим требованиям. В основу всех природоохранных мероприятий положен принцип нормирования качества окружающей среды. Это означает установление нормативов (показателей) допустимых воздействий человеком на окружающую среду.

Критерии оценки окружающей среды. В инженерно-экологических исследованиях для анализа структурно-функциональной зависимости компонентов в сообществе и биогеоценозах применяют количественные и качественные показатели. При проведении экологических исследований, в первую очередь, выявляют определяющие факторы, а затем происходит количественная и качественная их оценка. Устанавливаются, также нормативные показатели как характерные и типичные признаки обеспечения научно-обоснованного использования для охраны природных ресурсов и включают стандарты, нормы и нормативы.

Стандарты – это нормативно-технический документ, устанавливающий комплекс норм, правил, требований, обязательных для исполнения в определенных областях деятельности (ГОСТ 1.06-68).

Норма – это максимально допустимое количество используемого ресурса, необходимое для производства единицы продукции требуемого качества, или выбрасываемого в природную и окружающую среду человека.

В связи с конкретным продуктом различают нормы водопотребления, добычи, выброса, загрязнения, изъятия ресурсов, осушения, промысла, санитарно-гигиенические, содержание твердых и вредных веществ в вентиляционных выбросах, стока и сбросных водах и т.д.

Норматив – это поэлементная составляющая нормы, характеризующая удельный расход природных ресурсов в основных и вспомогательных процессах, размеры безвозвратного потребления и потерь.

В настоящее время практически все производства имеют экологические нормативы, то есть обязательные рамки сохранения структуры и функций экосистемы, биогеоценоза и биосферы в целом, а также всех экологических компонентов, которые жизненно необходимо учитывать при хозяйственной деятельности человека.

При применении экологических нормативов следует учитывать факторы неопределенного риска и принцип неполноты информации.

В зависимости от уровня прогрессивности нормы разрабатываются по двум показателям: балансовому и оценочному. Балансовые нормы (первый уровень прогрессивности) определяют максимально допустимое количество ресурса, потребляемое для изготовления единицы продукции в условиях данного производства, и рассчитываются по данным технической и технологической документации. В соответствии с балансовыми нормами определяются плановые показатели предприятий, устанавливаются лимиты расхода ресурсов, проводятся уточнения баланса ресурсов по разным уровням, осуществляется контроль за эффективностью использования ресурсов. С помощью оценочных норм (второй уровень прогрессивности), разработанных на основании опыта отечественных и зарубежных предприятий по повышению эффективности использования и охраны природных ресурсов, устанавливаются производственные задания, разрабатываются критерии оценки хозяйственной деятельности и перспективные нормы. В соответствии с периодами действия норм производят их разделение на текущие и перспективные с соответствующим их отображением в показателях предприятия.

Нормативные показатели устанавливаются в целом по отрасли, а при их отсутствии – отдельно для каждого предприятия.

Фактические показатели отражают современный уровень эффективности использования и охраны природных ресурсов и служат исходными данными при анализе состояния природной среды и прогноза его изменения, а также при расчете количественных характеристик.

Предельно допустимые концентрации вредных веществ. Классификация инженерно-экологических показателей возможна на основе концепции о предельно допустимой экологической нагрузке на природную среду при воздействии на нее производства. Неотъемлемой составной частью этой концепции является нормирование санитарно-гигиенических и экологических условий путем установления предельно-допустимых концентраций (ПДК), то есть такого количества вредного вещества в окружающей человека среде, которое при постоянном контакте с человеком и при воздействии за определенный промежуток времени практически не влияет на здоровье человека и не вызывает неблагоприятных последствий у его потомства. В последнее время при определении ПДК учитывается не только степень влияния загрязнителей на здоровье человека, но и воздействие этих загрязнителей на диких животных, растения, грибы, микроорганизмы, а также на природные сообщества в целом.

За пороговую концентрацию содержания загрязнителя в воздухе принимается такая концентрация, которая вызывает изменения в характеристике безусловного рефлекса у кроликов при 40-минутном воздействии.

С гигиенической точки зрения, качество природной и окружающей человека среды определяется совокупностью физических, химических, биологических и социальных факторов, влияющих на человека в целом и на его здоровье в особенности. Качество природной и окружающей человека среды оценивается путем сравнения ее фактического состояния с нормативом, который устанавливается на основе концепции пороговой концентрации. Исходя из этой концепции, в настоящее время разработано свыше 1000 значений ПДК для загрязняющих веществ в атмосферном воздухе, 800 – в воде, 30 – в почве, нормативы уровня шумов, интенсивности ионизирующего излучения, степени освещенности и вибрации.

Ведутся исследования и по определению допустимых концентраций веществ при воздействии на растения и животных. На этой основе рассчитываются инженерно-экологические показатели, которые подразделяются на: производственные (предельно допустимый выброс (ПДВ); предельно-допустимый сброс (ПДС) и др.), санитарно-гигиенические (предельно допустимая концентрация (ПДК), остаточное допустимое количество (ОДК), ориентировочно безопасный уровень вещества (ОБУВ) и др.), экологические (предельно допустимое нарушение (ПДН)).

В общем смысле под экологическим нарушением понимается отклонение от обычного состояния экосистемы любого иерархического уровня ее организации, которое может произойти в одном из экологических компонентов или в системе в целом.

Санитарно-гигиенические показатели устанавливают исходя из требований экологической безопасности населения.

К ним относятся, в первую очередь, ПДК загрязняющих веществ в воздухе, воде, почвах и продуктах питания, на основе которых устанавливаются нормы предельно допустимых выбросов (ПДВ) и сбросов загрязняющих веществ в воздух и водоемы. Имеется большое число нормативов разработанных для различных сред: около 1500 для загрязняющих веществ в водоемах, более 500 веществ и 56 смесей по типу суммации для воздуха.

Контроль в процессе мониторинга ведет к следующим направлениям:

1. Наблюдению должны подлежать вещества, выброс и распределение которых имеет массовый характер. К ним относятся: диоксид серы, пыль, оксиды углерода – для атмосферы; для поверхности водоемов – нефтепродукты, фенолы, соединения тяжелых металлов; для почвы – пестициды. Их содержание должно соответствовать неравенству: ;

2. Наблюдения должны охватывать наиболее токсичные соединения. В воздухе ПДК таких соединений не превышает 5 мкг/см³ (ванадий, сернистый свинец, ацетофенолы и др.), в водоемах – 2 мкг/л (соли бериллия, ртути и т.д.).

При наличии нескольких токсических веществ определяют суммарный показатель и должно выполняться неравенство: ,

где С_i фактическая концентрация i-го загрязнения.

Санитарно-гигиенические показатели соответствуют своему назначению частично, т.к. ПДК территориально не дифференцированы. Санитарно-гигиенические нормы устанавливают исходя из влияния на организм человека, не учитывая реакцию других организмов.

Экологические критерии – рассматриваются как мера антропогенного воздействия на экосистемы и ландшафты, при котором их состояние не выходит за пределы собственных изменений. Выделяют две основные группы экологических показателей – покомпонентные и комплексные.

Покомпонентные относятся индикаторы состояния воздуха, воды, почв и биогеоценотического покрова в целом. Особое место занимают биоиндикаторы, по которым можно судить о состоянии окружающей среды. В качестве экологических показателей выступают жизненность и продуктивность вида или сообщества, видовое разнообразие, присутствие или отсутствие вида и т.д. По их колебанию устанавливают изменение природных комплексов под влиянием естественных и антропогенных факторов.

Ко второй группе экологических критериев относятся суммарные (интегральные) показатели, характеризующие природные системы в целом. Их получают нахождением интегральных индикаторов. Расчет производится по формуле:

,

где X_s – суммарный индикатор; n- число покомпонентных нормативов; X_i – норматив состояния компонентов; K_i – весовой коэффициент норматива.