Курс Группа Факультет Учебный год Челябинск, 2010
| Вид материала | Документы |
- Лекций студентами Кафедра биологии дисциплина ботаника группа, 75.84kb.
- Учебный план Группа рнгм специальность 130503 Разработка и эксплуатация нефтяных, 69kb.
- Публичный доклад за 2010-2011 учебный год, 179.62kb.
- Контролируемая самостоятельная работа. Дополнения в руп по акушерству на 2010/2011, 20.2kb.
- Анализ организации учебно воспитательного процесса школы за 2009-2010 учебный год, 1165.33kb.
- Отчёт работы моу сош с. Апалиха за 2010-2011учебный год, 463.19kb.
- Анализ работы методического центра за 2009-2010 учебный год, 492.93kb.
- Анализ учебной деятельности моу сош №55 за 2010-2011 учебный год, 2734.33kb.
- Муниципальное общеобразовательное учреждение, 1123.04kb.
- Публичный отчёт за 2010/2011 учебный год. Москва, 2011, 2267.46kb.
Таблица 25
Единицы радиоактивности и дозы радиоактивного облучения
| Физическая величина и доза облучения | Наименование и обозначение единиц | Соотношение между единицами | |
| Единица СИ | Внесистемная единица | ||
| Активность радионуклида | беккерель (Бк) | кюри (Ки) | 1Бк = 1 распад в секунду = 2,7 . 10-11 Ки |
| Поверхностная активность | Бк/м2 | Ки/м2 | |
| Удельная активность | Бк/кг | Ки/кг | |
| Экспозиционная доза | кулон/кг (Кл/кг) | рентген (Р) | 1Р = 2,58 . 10-4 Кл/кг |
| Мощность экспозиционной дозы | ампер/кг | Р/с | 2,58 . 10-4 А/кг |
| Поглощенная доза | грей (Гр) | рад | 1 Гр = 1Дж/кг; 1 Гр = 100 рад |
| Эквивалентная доза, эффективная доза | зиверт (Зв) | бэр | 1 Зв = 100 бэр |
Поглощенная доза – средняя энергия, переданная ионизирующим излучением единице массы облучаемого вещества.
Эквивалентная доза – поглощенная доза в органе или ткани, умноженная на соответствующий взвешивающий коэффициент для данного излучения.
Эффективная доза – величина, используемая как мера риска возникновения отдаленных последствий облучения всего тела человека и отдельных его органов с учетом их радиочувствительности. Она представляет сумму произведений эквивалентной дозы в органе на соответствующий взвешивающий коэффициент для данного органа или ткани.
Эффективная коллективная доза – величина, определяющая полное воздействие излучения на группу людей.
Таблица 26
Основные дозовые пределы (Нормы радиационной безопасности НРБ–96)
| Нормируемая величина | Дозовые пределы | |
| персонал (группа А) | население | |
| Эффективная доза | 20 мЗв в год в среднем за любые последовательные 5 лет, но не более 50 мЗв в год | 1 мЗв в год в среднем за любые последовательные 5 лет, но не более 5 мЗв в год |
| Эквивалентная доза за год в: | | |
| хрусталике, | 150 мЗв | 15м3в |
| коже, | 500 мЗв | 50м3в |
| кистях и стопах | 500 мЗв | 50м3в |
В приложениях использованы данные источников:
1. Сборник методик по расчету выбросов в атмосферу загрязняющих веществ различными производствами. – Л.: Гидрометеоиздат, 1986.
2. Методика расчета выделений (выбросов) загрязняющих веществ в атмосферу при механической обработке металлов (на основе удельных показателей). – М.: НИИ «Атмосфера», 1997.
3. Методика проведения инвентаризации выбросов загрязняющих веществ в атмосферу для автотранспортных предприятий (расчетным методом). – М.: НИИАТ, 1991.
4. Методика определения массы выбросов загрязняющих веществ автотранспортными средствами в атмосферный воздух. – М., 1993.
Вопросы для обсуждения на семинаре, подготовки сообщений, самостоятельной работы и написания рефератов по теме 7
1. Сущность экологического нормирования. Норма как мера воздействия.
2. Санитарно-гигиенические нормативы качества атмосферного воздуха.
3. Санитарно-гигиенические нормативы качества поверхностных вод.
4. Санитарно-гигиенические нормативы качества почв.
5. Нормативы предельно допустимого уровня ионизирующего излучения.
6. Нормативы предельно допустимого уровня шума и вибрации.
7. Производственно-хозяйственные нормативы качества.
8. Проблема предельно допустимых норм нагрузок на природную среду.
9. Критерии экстремально высокого загрязнения окружающей среды.
10. Федеральный Закон «О техническом регулировании» (2003).
Рекомендуемая литература для изучения темы 7
Основная:
Воробейчик, Е.Л. Экологическое нормирование техногенных загрязнений наземных экосистем / Е.Л. Воробейчик, О.Ф. Садыков, М.Г. Фарафонтов. – Екатеринбург: Наука, 1994. – 380 c.
Коробкин, В.И. Экология / В.И. Коробкин, Л.В. Передельский. – Ростов н/Д: Феникс, 2007. – С. 443–515.
Небел, Б. Наука об окружающей среде: в 2 т. / Б. Небел. – М.: Мир, 1993. – Т. 2. – С. 305–328.
Скуратов, Н.С. Природопользование: 100 экзаменационных ответов: экспресс-справочник для студентов вузов / Н.С. Скуратов, И.В. Гурина. – М.: ИКЦ «МарТ»; Ростов н/Д: Изд. центр «МарТ», 2007. – С. 107–119.
Экология / под ред. проф. В.В. Денисова. – М.: ИКЦ «МарТ», 2006. – С. 341–364.
Экология. Природа – Человек – Техника: учебник / под общ. ред. А.П. Кузьмина. – М.: Экономика, 2007. – С. 275–287.
Дополнительная:
Гридэл, Т.Е. Промышленная экология: учеб. пособие для вузов; пер. с англ. под ред. Э.В. Гирусова / Т.Е. Гридэл, Б.Р. Алленби. – М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2004. – 527 c.
Каплин, В.Г. Основы экотоксикологии: учеб. пособие для студ. биол. специальностей ун-тов и с.- х. вузов / В.Г. Каплин. – М.: КолоСС, 2006. – 232 с.
Порфирьев, Б.Н. Экологическая экспертиза и риск технологий / Б.Н. Порфирьев. – М.: ВИНИТИ, 1990. – 448 c.
Яндыганов, Я.Я. Экономика природопользования: учебник / Я.Я. Яндыганов. – М.: КНОРУС, 2005. – 576 с.
ТЕМА 8. ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ.
КОНТРОЛЬ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ РЕГЛАМЕНТАЦИИ
Неотъемлемой частью экологизации является постоянное слежение за всеми составляющими природоемкости производства и состоянием окружающей среды – экологический мониторинг. Он включает: 1) наблюдения за объектами природной среды, природными ресурсами, растительным и животным миром, природно-техническими системами и источниками техногенного загрязнения; 2) оценку состояния природной среды; 3) прогноз изменений состояния природной среды и происходящих в ней под влиянием антропогенной деятельности процессов. Главная цель экологического мониторинга – информационное обеспечение управления природоохранной деятельностью и экологической безопасностью.
Различают несколько видов мониторинга. По территориальному признаку выделяют локальный, региональный и глобальный (биосферный) мониторинги (см. таблицу 27). По способам наблюдения – наземный, авиационный, космический. По методам исследований – химический, физический, биологический и т.д.
Задание 1. Дайте краткую характеристику основных видов мониторинга по территориальному признаку и способам наблюдения. Для каких целей используется тот или иной вид экологического мониторинга?
Локальный мониторинг –___________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Региональный мониторинг –________________________________________________
______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Глобальный мониторинг –__________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Наземный мониторинг – ___________________________________________________
______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Авиационный мониторинг – ________________________________________________
____________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Космический мониторинг –_________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Таблица 27
Система наземного мониторинга окружающей среды (по И.П. Герасимову, 1975)
| Ступени мониторинга | Объекты мониторинга | Характеризуемые показатели |
| Локальный (санитарно-гигиенический, биологический) | Приземный слой воздуха | ПДК токсических веществ |
| Поверхностные и грунтовые воды, промышленные и бытовые стоки и различные выбросы | Физические и биологические раздражители (шумы, вибрация, электромагнитные излучения, аллергены) | |
| Радиоактивные излучения | Предельная степень радиоизлучения | |
| Региональный (геосистемный, природно-хозяйственный) | Исчезающие виды животных и растений | Популяционное состояние видов |
| Природные экосистемы | Их структура и нарушения | |
| Агроэкосистемы | Урожайность сельскохозяйственных культур | |
| Лесные экосистемы | Продуктивность насаждений | |
| Глобальный (биосферный, фоновый) | Атмосфера | Радиационный баланс, тепловой перегрев, состав и запыление |
| Гидросфера | Загрязнение рек и водоемов, водные бассейны, круговорот воды на континентах | |
| Растительный покров, почвенный покров, животное население | Глобальные характеристики состояния почв, растительного покрова и животных. Глобальные круговороты и баланс CO2, O2 и других веществ |
Задание 2. Что собой представляет Единая государственная система экологического мониторинга (ЕГСЭМ) и какие главные задачи она решает?
ЕГСЭМ – _________________________________________________________________
__________________________________________________________________________
Ее главные задачи: _____________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Задание 3. Создание ЕГСЭМ осуществляется на основе территориально-ведомственного принципа, который предусматривает максимальное использование возможностей уже существующих государственных и ведомственных систем мониторинга состояния окружающей природной среды, антропогенного воздействия, состояния биоты, экосистем, среды обитания человека. Какие объекты и системы мониторинга контролируют Росгидромет, Роскомнедра, Рослесхоз, Роскомвод, Роскомрыболовство, Госкомсанэпиднадзор, Минприроды и его территориальные органы, Минобороны, Минатом? Что относится к системам обеспечения ЕГСЭМ?
Росгидромет______________________________________________________________
__________________________________________________________________________
Роскомнедра ______________________________________________________________
Рослесхоз ________________________________________________________________
Роскомвод ________________________________________________________________
Роскомрыболовство _______________________________________________________
Госкомсанэпиднадзор ______________________________________________________
Минприроды ______________________________________________________________
__________________________________________________________________________
Минобороны ______________________________________________________________
Минатом_________________________________________________________________
Системы обеспечения ЕГСЭМ:______________________________________________
______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Задание 4. Как известно, особое место в структуре ЕГСЭМ принадлежит эколого-аналитическому контролю (ЭАК) – системе мероприятий по выявлению и оценке источников и уровня загрязненности природных объектов вредными веществами со стороны разных природопользователей. Виды ЭАК по способу определения контролируемого параметра подразделяют на инструментальный, инструментально-лабораторный, индикаторный и расчетный. Измерения и анализ уровня загрязненности осуществляют арбитражными и экспрессными методами. В чем состоит сущность этих методов? Что такое контактные (электрохимические, оптические, хроматографические) и дистанционные (пассивные и активные) методы наблюдений? Дайте их краткую характеристику.
Арбитражные методы – ___________________________________________________
__________________________________________________________________________
Экспрессные методы – _____________________________________________________
__________________________________________________________________________
Контактные методы – ____________________________________________________
__________________________________________________________________________
Электрохимические –___________________________________________________
____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Оптические – _________________________________________________________
____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Хроматографические – _________________________________________________
____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Дистанционные методы –__________________________________________________
__________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________
Пассивные – __________________________________________________________
__________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Активные – ___________________________________________________________
__________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________
Задание 5. Изучите схемы на рис. 57, 58 и охарактеризуйте: 1) типы источников эмиссий; 2) главные средства контроля качества водной, воздушной среды, почвы, состояния биоты; 3) ведущие способы оценки состояния окружающей среды.
Рис. 57. Общая схема контроля загрязнения окружающей среды
1–5 – этапы воздействия и откликов; А – уровень процессов; Б – уровень контроля и коррекции; В – уровень оценок и принятия решений; Г – уровень нормативов.
Минимальный контур практического регулирования обозначен светлыми стрелками
(по Т. А. Акимовой, А. П. Кузьмину, В. В. Хаскину, 2007)
Рис. 58. Схема пути загрязнителя с указанием пунктов стандартизации и контроля (по Т. А. Акимовой, А. П. Кузьмину, В. В. Хаскину, 2007)
Основные типы источников эмиссий:________________________________________
__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Средства контроля качества водной среды: __________________________________
__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Средства контроля качества воздушной среды:_______________________________
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Средства контроля качества почвы: ________________________________________
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Средства контроля состояния биоты:_______________________________________
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________Способы оценки состояния окружающей среды: ______________________________
____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Задание 6. Главная задача биологического мониторинга – обнаружение, идентификация и определение концентраций загрязняющих веществ в биоте с использованием индикаторных организмов. Основными методами интегральной оценки качества среды являются биотестирование и биоиндикация. Раскройте сущность этих методов, сформулируйте главные требования, предъявляемые к тест-объектам и биоиндикаторам, приведите примеры организмов, используемых для биотестирования и биоиндикации.
Биотестирование –________________________________________________________
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Тест-объекты – _______________________________________________________
____________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Биоиндикация – ___________________________________________________________
______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Биоиндикаторы –______________________________________________________
____________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Главные требования, предъявляемые к тест-объектам и биоиндикаторам:______
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Прогнозирование состояния окружающей среды – важнейшая составляющая мониторинговых исследований. Прогноз дается не на конкретный промежуток времени, а на конкретную ситуацию, которая может возникнуть в будущем. По масштабу исследования все прогнозы можно подразделить на следующие:
- глобальные, охватывающие всю географическую оболочку или крупнейшие ее части (например, Северное или Южное полушарие);
- региональные – многочисленная группа прогнозов для отдельных стран – чаще всего это анализ вероятностных последствий воздействия промышленного или иного объекта на окружающую среду.
Прогнозы состояния окружающей природной среды, как правило, охватывают множество объектов и лишь в некоторых случаях могут быть отнесены к одному объекту или нескольким объектам соизмеримых масштабов. На достоверность прогноза существенное влияние оказывает метод прогнозирования (Голицын, 2007).
Задание 7. Существует три основных метода прогнозирования: экспертных оценок, экстраполяции и моделирования. Раскройте сущность этих методов.
Метод экспертных оценок – ________________________________________________
______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Метод экстраполяции –____________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Методы моделирования –___________________________________________________
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Условия, необходимые для создания прогностической модели: ________________
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
При прогнозировании экологических последствий антропогенного загрязнения природной среды модели удобно подразделить на два вида:
- модели переноса и превращения загрязняющих веществ в окружающей среде (географические модели);
- модели изменения состояния экосистемы под влиянием загрязнения (экологические модели).
Глобальные и региональные модели загрязнения природных сред позволяют прогнозировать изменение состояния природных геофизических сред с учетом процессов переноса, перехода загрязняющих веществ из одной среды в другую, их накопления, а также физической, химической и биологической трансформации и деструкции.
Прогнозирование сдерживается целым рядом обстоятельств. Как отмечает Артур Николаевич Голицын (2007), необходимо учитывать, что в любых реальных природных процессах присутствуют три составляющие:
- детерминированная – поддается точному расчету на период, достаточный для целей прогнозирования;
- вероятностная – выявляется в процессе изучения прогнозируемого объекта или явления, причем точность предсказания во многом зависит от успешного выявления закономерностей развития процесса;
- случайная – при современном уровне развития науки практически не поддается предсказанию.
Специфика прогнозирования состояния окружающей среды заключается в том, что в подавляющем большинстве случаев приходится сталкиваться с вероятностными и случайными составляющими процесса развития, что приближает качество прогнозов к уровню гипотез (в наибольшей степени это относится к глобальным прогнозам). Кроме того, при составлении прогнозов необходимо учитывать как естественные (природные), так и социально-экономические процессы. Их точный совместный учет, а тем более прогнозирование представляют чрезвычайно сложную методологическую задачу (Голицын, 2007).
В соответствии с ФЗ «Об охране окружающей среды», «О техническом регулировании» в Российской Федерации осуществляется государственный, производственный, муниципальный и общественный экологический контроль. Он проводится в целях исполнения природоохранного законодательства, соблюдения требований нормативных документов и обеспечения экологической безопасности.
Задание 8. Кем осуществляется: 1) государственный; 2) муниципальный; 3) производственный и 4) общественный экологический контроль? Каковы основные задачи производственного экологического контроля? Что такое экологический паспорт природопользователя? (рис. 59). Какие общественные организации, осуществляющие экологический контроль Вам известны?
Государственный экологический контроль ___________________________________
____________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Муниципальный экологический контроль ____________________________________
____________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Производственный экологический контроль__________________________________
____________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Его основные задачи:___________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Экологический паспорт – _______________________________________________
__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Общественный экологический контроль _____________________________________
____________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Общественные организации и движения:__________________________________
____________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Рис. 59. Структура экологического паспорта природопользователя
Задание 9. В ряде субъектов РФ осуществлен опыт создания экологических паспортов территорий, на которых осуществляют деятельность несколько природопользователей. Экологический паспорт территории – это сводная характеристика природных комплексов, социально-демографической структуры и хозяйства, экономики территориального образования с позиций соизмерения производственного и природного потенциалов. К паспорту прилагается картографическая информация, составляется общая экологическая карта территории и дается заключение об экологической ситуации. Какие основные сведения содержит экологический паспорт территории?
Экологический паспорт территории –_______________________________________
__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Задание 10. Что собой представляют банки эколого-экономической информации (БЭЭИ)? Изучите схему на рис. 60 и дайте краткую характеристику основных функциональных блоков банка эколого-экономической информации.
Банки эколого-экономической информации –__________________________________
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Блок данных о техногенных потоках______________________________________
____________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Блок сведений о природном потенциале территории ________________________
______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Блок нормативов ______________________________________________________
____________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Блок моделей и прикладных программ ____________________________________
______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Рис. 60. Структура банка эколого-экономической информации в системе управления эколого-экономической системой
(по Т. А. Акимовой, А. П. Кузьмину, В. В. Хаскину, 2007)
Таким образом, БЭЭИ создают информационную базу для принятия управленческих решений и обеспечения эколого-экономической сбалансированности природно-хозяйственных комплексов различного иерархического уровня: регион – территориально-производственный комплекс – предприятие.
Как подчеркивают Татьяна Акимовна Акимова, Анатолий Павлович Кузьмин и Владлен Владимирович Хаскин (2007), если для данного территориально-производственного комплекса определены предельно допустимая техногенная нагрузка (ПДТН), суммарные и дифференцированные по источникам ПДВ и ПДС, то контур регулирования оказывается достаточно простым: главная обратная связь для принятия решений определяется оценкой эмиссий. Если же используются временно согласованные нормативы, то задача усложняется, и для принятия решений относительно большее значение приобретает оценка экономического ущерба.
Принятие решений не ограничивается лишь мерами воздействия на технологические процессы или средства очистки, которые должны уменьшить интенсивность и опасность эмиссий. Возможны и другие варианты: перемещение и перераспределение мощности источников, замена технологии, увеличение санитарно-защитной зоны, создание экологического барьера, отселение людей из зоны активного влияния источника и т.п.
ПРИЛОЖЕНИЯ К ТЕМЕ 8
Рис. 61. Блок-схема системы мониторинга (по Ю.А. Израэлю, 1984)
Рис. 62. Подсистемы экологического мониторинга
(по В.К. Шитикову, Г.С. Розенбергу, Т.Д. Зинченко, 2003)
НАИБОЛЕЕ РАСПРОСТРАНЕННЫЕ МЕТОДЫ БИОИНДИКАЦИИ
Методами биоиндикации и биотестирования осуществляется обнаружение и определение биологически значимых антропогенных нагрузок на основе реакции на них живых организмов и их сообществ. Таким образом, применение биологических методов для оценки среды подразумевает выделение видов животных или растений, чутко реагирующих на тот или иной тип воздействия. Методом биоиндикации с использованием подходящих индикаторных организмов в определенных условиях может осуществляться качественная и количественная оценка (без определения степени загрязнения) эффекта антропогенного и естественного влияния на окружающую среду.
Биондикация – это метод обнаружения и оценки воздействия абиотических и биотических факторов на живые организмы при помощи биологических систем. Возможно выделение следующих уровней биоиндикации:
1. Биохимические и физиологические реакции (изменение различных процессов и накопление определенных токсикантов в органах).
2. Анатомические, морфологические, биоритмические и поведенческие реакции.
3. Флористические, фаунистические изменения.
4. Ценотический.
5. Биогеоценотический.
6. Ландшафтный.
Существует два основных метода биоиндикации: пассивный и активный. В первом случае исследуют видимые или незаметные повреждения и отклонения от нормы, являющиеся признаками неблагоприятного воздействия, во втором используют ответную реакцию наиболее чувствительных к данному фактору организмов – биотестирование.
Под биотестированием обычно понимают процедуру установления токсичности среды с помощью тест-объектов, сигнализирующих об опасности, независимо от того, какие вещества и в каком сочетании вызывают изменения жизненно важных функций у тест-объектов. В роли тест-объектов выступают организмы, используемые при оценке токсичности химических веществ, природных и сточных вод, почв, донных отложений, кормов и др.
К чувствительным биоиндикаторам относятся лишайники, мхи, почвенные и водные микроорганизмы (водоросли, бактерии, микроскопические грибы). В роли биоиндикаторов могут быть использованы пыльца растений, хвоя сосны обыкновенной и др. Среди животных также выделяются группы организмов, положительно или отрицательно реагирующие на различные формы антропогенной трансформации среды (ракообразные, хирономиды, моллюски, личинки ручейников, поденок, веснянок и др.).
Биологические методы помогают диагностировать негативные изменения в природной среде при низких концентрациях загрязняющих веществ. При этом используемые виды биоиндикаторов должны удовлетворять следующим требованиям:
1) это должны быть виды, характерные для природной зоны, где располагается данный объект;
2) организмы-мониторы должны быть распространены на всей изучаемой территории повсеместно;
3) они должны иметь четко выраженную количественную и качественную реакцию на отклонение свойств среды обитания от экологической нормы;
4) биология данных видов-индикаторов должна быть хорошо изучена.
С помощью биоиндикаторов принципиально возможно следующее:
- обнаруживать в экосистемах места скоплений различного рода загрязнений;
- проследить скорость происходящих в окружающей среде изменений;
- судить о степени вредности тех или иных веществ для живой природы;
- прогнозировать дальнейшее развитие экосистемы.
Преимуществом методов биоиндикации и биотестирования перед физико-химическими методами является интегральный характер ответных реакций организмов, которые:
- суммируют все без исключения биологически важные данные об окружающей среде и отражают ее состояние в целом;
- выявляют наличие в окружающей природной среде комплекса загрязнителей;
- в условиях хронической антропогенной нагрузки могут реагировать на очень слабые воздействия в силу аккумуляции дозы;
- фиксируют скорость происходящих в окружающей среде изменений;
- указывают пути и места скоплений различного рода загрязнений в экологических системах и возможные пути попадания этих веществ в организм человека.
Особую значимость имеет то, что биоиндикаторы отражают степень опасности соответствующего состояния окружающей среды для всех живых организмов, в том числе и для человека. Подчеркивая всю важность биоиндикационных методов исследования, необходимо отметить, что биоиндикация предусматривает выявление уже состоявшегося или происходящего загрязнения окружающей среды по функциональным характеристикам особей и экологическим характеристикам сообществ организмов.
В противоположность химико-аналитическому контролю биологический мониторинг позволяет корректно оценивать и прогнозировать отклонения в состоянии биологических систем от нормы реакции, вызванные воздействием антропогенных/техногенных факторов. Безусловно, биологический мониторинг не позволяет связать регистрируемый эффект с определенным действующим фактором, но дает интегральную оценку последствий для представителей живой природы действия комплекса загрязняющих окружающую среду веществ и качества среды обитания человека. Совмещение методов химического анализа и биологического тестирования позволило, например, установить, что определенный эффект (токсический, генотоксический, тератогенный) может быть обусловлен разными факторами, а его величина зависит в первую очередь от химических свойств и биологической значимости действующих агентов, а не от концентраций отдельно взятых компонентов. Таким образом, теряется смысл выявления единственного «действующего фактора» и выдвигается на первый план необходимость поиска чувствительных тест-объектов и тест-систем, которые адекватно отражают уровень техногенного воздействия.
Далеко не каждый биологический объект может быть использован в качестве индикатора внешнего воздействия. Для этого он должен удовлетворять следующим требованиям: 1) высокая чувствительность при низкой индивидуальной изменчивости; 2) генетическая однородность; 3) наличие объектов, применяемых в целях биоиндикации, по возможности в большом количестве и с однородными свойствами; 4) возможность существования в широком диапазоне экологических условий; 5) легкость идентификации в природе; 6) высокая продолжительность жизни; 7) воспроизводимость результатов, полученных при использовании конкретной тест-системы; 8) комплексность с точки зрения возможности регистрации разных по механизмам возникновения биологических эффектов на одном тест-объекте; 9) оперативность получения информации.
Следует также учитывать, что поллютанты, присутствующие в окружающей среде, могут быть разной – физической, химической, биологической – природы. Если ответная реакция клетки на внешнее воздействие универсальна и отличается для разных организмов диапазоном доз, в котором проявляются определенные изменения биологических процессов, вызванные внешним воздействием, то действующие факторы, отличаясь своими физическими и химическими характеристиками, обладают специфичностью действия в том смысле, что могут вызывать разные первичные повреждения в клетке. Так, двунитевые разрывы ДНК считают маркерами радиационного воздействия, тогда как механизм действия многих тяжелых металлов, например, кадмия, связан с образованием однонитевых разрывов ДНК, а алкилирующие соединения индуцируют различные повреждения оснований. Поэтому в настоящее время все больше говорят о комплексной оценке загрязнений.
1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КАЧЕСТВА ВОДЫ
1.1. Метод Майера. Определение качества воды водоёма по методу Майера не требует определения живых организмов с точностью до вида. Достаточно только отметить наличие в водной среде живых организмов, представленных в табл. 28.
Таблица 28
Характерные обитатели водоемов различной степени загрязнения
| Обитатели чистых вод | Обитатели водоёмов средней загрязнённости | Обитатели загрязненных водоёмов |
| Личинки веснянок Личинки подёнок Личинки ручейников Личинки вислокрылок Двустворчатые моллюски | Бокоплав Речной рак Личинки стрекоз Личинки комаров-долгоножек Моллюски-катушки Моллюски-живородки | Личинки комаров-звонцов Пиявки Водяной ослик Прудовики Личинки мошки Малощетинковые черви |
Количество обнаруженных групп организмов из первой колонки таблицы необходимо умножить на 3, количество найденных групп живых организмов из второй колонки – умножить на 2, а количество групп организмов из третьей колонки таблицы – умножить на 1. Все получившиеся цифры складываются, и в итоге получается число баллов, характеризующее степень загрязнённости водоёма.
При количестве баллов:
> 22 – водоём очень чистый (1 класс качества);
от 17 до 22 – водоём чистый (2 класс качества);
от 11 до 18 баллов – водоём умеренно загрязненный (3 классу качества).
< 11 – водоем грязный (4–7 классы качества).
1.2. Метод Вудивисса. Один из наиболее надёжных и широко используемых в мире методов биологической оценки качества воды. Относительная трудоёмкость и сложность работы с его помощью окупается высокой достоверностью получаемых результатов.
Индекс Вудивисса учитывает сразу два параметра бентосного сообщества: общее разнообразие беспозвоночных и наличие в водоёме организмов, принадлежащих к «индикаторным» группам. При повышении степени загрязнённости водоёма представители этих групп исчезают из него примерно в том порядке, в каком они приведены в табл. 29.
Индекс используется только для исследования рек умеренного пояса и даёт оценку их состояния по пятнадцатибалльной шкале. Методика не пригодна для оценки состояния озёр и прудов. Для работы по методу Вудивисса могут быть использованы как материалы дночерпательных проб, так и проб, отобранных сачком. Но важно указать, какой способ отбора, какой объём материала был использован.
Для оценки состояния водоёма по методу Вудивисса необходимо следующее:
А. Выяснить, какие индикаторные группы имеются в исследуемом водоёме. Поиск начинают с наиболее чувствительных к загрязнению индикаторных групп: веснянок, затем поденок, ручейников и т.д. – именно в таком порядке индикаторные группы расположены в таблице. Если в исследуемом водоёме имеются нимфы веснянок (Plecoptera) – самые «чуткие» организмы, то дальнейшая работа ведётся по первой или второй строке таблицы (рис. 63). По первой – если найдено несколько видов веснянок, и по второй – если найден только один.
Если нимф веснянок в наших пробах нет, ищем в них нимфы поденок (Ephemeroptera). Это следующая по чувствительности индикаторная группа (рис. 64). Если они найдены, работаем с третьей или четвёртой строкой табл. 29 (опять же по количеству найденных видов). При отсутствии нимф поденок обращаем внимание на наличие личинок ручейников (Trichoptera) (рис. 63) и т.д.
Таблица 29
Биотические индексы (индексы TBI) Вудивисса
| Наличие видов – индикаторов | Кол-во видов – индикаторов | Общее количество присутствующих групп бентосных организмов | |||||
| 0 – 1 | 2 – 5 | 6 – 10 | 11 – 15 | 16 – 20 | более 20 | ||
| Нимфы веснянок (Plecoptera) | более 1 | – | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 – … |
| 1 вид | – | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 – … | |
| Нимфы поденок (Ephemeroptera) * | более 1 | – | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 – … |
| 1 вид | – | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 – … | |
| Личинки ручейников (Trichoptera) | более 1 | – | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 – … |
| 1 вид | 4 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 – … | |
| Бокоплавы | | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 – … |
| Водяной ослик | | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 – … |
| Олигохеты или личинки звонцов (Chironomidae) | | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 – … |
| Отсутствуют все названные группы | | 0 | 1 | 2 | – | – | – |
* – кроме вида Baetis rhodani
Рис. 63. Личинки веснянок Рис. 64. Личинки поденок
Б. Оценить общее разнообразие бентосных организмов. Методика Вудивисса не требует определить всех пойманных животных с точностью до вида. Достаточно определить количество обнаруженных в пробах «групп» бентосных организмов. За «группу» принимается:
- любой вид плоских червей;
- класс малощетинковые черви;
- любой вид моллюсков, пиявок, ракообразных, водяных клещей;
- любой вид веснянок, сетчатокрылых, жуков;
- любой род поденок кроме Baetis rhodani;
- любое семейство ручейников;
- семейство комаров-звонцов (личинки) кроме Chironomus sp.;
- Chironomus sp.;
- личинки мошки (семейство Simuliidae);
- каждый известный вид личинок других летающих насекомых.
Определив количество обнаруженных в пробе групп, находим соответствующий столбец в табл. 29.
Рис. 65. Личинки ручейников (Trichoptera) и их домики
В. На пересечении найденных нами столбца и строки в табл. 29 обнаружить значение индекса Вудивисса, характеризующее исследуемый водоём.
Если водоём получает от 0 до 2 баллов – он сильно загрязнён, относится к полисапробной зоне, водное сообщество находится в сильно угнетённом состоянии.
Оценка 3–5 баллов говорит о средней степени загрязнённости (альфа-мезосапробный), а 6–7 баллов – о незначительном загрязнении водоёма (бета-мезосапробный).
Чистые (олигосапробные) реки обычно получают оценку 8–10 баллов, а особенно богатые водными обитателями участки могут быть оценены и более высокими значениями индекса.