Методы, средства и технология экологического мониторинга. 1. Методы, средства и технология экологического мониторинга
 Скачать 140.04 Kb.
|
|
Содержание Введение………………………………………………………………………….3 1. Методы, средства и технология экологического мониторинга…………..4 1.1 Сущность экологического мониторинга………………………………….4 1.2 Методы и средства экологического мониторинга…………………….....7 1.3 Технология и организация экологического мониторинга……………..13 Заключение……………………………………………………………………..17 Список использованных источников……………………………………...….18 Введение Экологический мониторинг (мониторинг от лат. monitor – управление, слежение) - информационная система наблюдений, оценки и прогноза изменений в состоянии окружающей среды, созданная с целью выделения антропогенной составляющей этих изменений на фоне природных процессов. Основная цель ЭМ - обеспечение системы управления природоохранной деятельности и экологической безопасности своевременной и достоверной информацией. Для достижения этой цели в процессе экологического мониторинга решаются следующие задачи: - оценка показателей состояния и функциональной целостности экосистем; - выявление причин изменения этих показателей; - оценка последствий таких изменений; - определение корректирующих мер; - создание предпосылок для определения мер по недопущению возникающих негативных явлений до того, как будет нанесен ущерб целостности экосистем (меры диагностики и раннего предупреждения). В 1993 году было принято решение о создании Единой государственной системы экологического мониторинга (ЕГСЭМ), которая должна объединить возможности и усилия многочисленных служб для решения задач комплексного наблюдения, оценки и прогноза состояния среды в Российской Федерации. Цель мониторинга – автоматизированный контроль окружающей природной среды в пространстве и времени в соответствии с заданной программой. 1. Методы, средства и технология экологического мониторинга 1.1 Сущность экологического мониторинга Экологический мониторинг (мониторинг окружающей среды) — это комплексная система наблюдений за состоянием окружающей среды, оценки и прогноза изменений состояния окружающей среды под воздействием природных и антропогенных факторов.  Задание экологического мониторинга основывается на выявлении в экосистемах изменений антропогенного характера. Для его осуществления пригодны методы, которые основываются как на отдельных измерениях параметров загрязнения биоты, реакции на действие антропогенных факторов, так и на постоянном определении интегральных показателей на больших территориях. Экологический мониторинг предполагает обязательное наблюдение на таких уровнях: - импактный уровень – наблюдение за территориями, которые подвергаются антропогенному влиянию, которое определяет опасные или критические последствия; - региональный уровень – наблюдение за процессами и явлениями в границах определенного региона; - фоновый (базовый) уровень – глобальные, региональные наблюдения за состоянием эконосителей и прогнозирование в них изменений, которые происходят без прямого воздействия антропогенных факторов. Для осуществления системы экологического мониторинга окружающей среды производится: - районирование территории (раздел всей территории, на которой будет осуществляться экологический мониторинг на таксоны – группы родственных по определенным параметрам объектов разных размеров и экологической значимости: ландшафтные районы в границах области, административных районов, водозборные бассейны, городские агломерации, агропромышленные комплексы); - создание сети объектов наблюдения (размещение на подконтрольной территории мест (объектов), наблюдения состояния компонентов природной среды (атмосферного воздуха и осадков) поверхностных, грунтовых вод, грунта и растительности); - определяют методы и показатели, которые необходимо контролировать; - выбирают наиболее характерные виды и признаки экосистем, изучают реакции элементов биосферы на антропогенное влияние с помощью натурных и лабораторных экспериментов, математическое моделирование, анализ результатов полевых наблюдений, которые дают возможность выявить основные тенденции изменения экосистемы, найти зависимость между действием различных факторов и биологическими реакциями. Полевые наблюдения проводятся в природных условиях. Их широко используют для оценки состояния грунта (агрохимические, агрофизические, биохимические исследования), растительных группировок (ботанические, физиологические исследования), климатических условий. Однако с помощью таких исследований не всегда можно выяснить лимитирующие факторы среды, которые являются определяющими для стойкого функционирования экосистемы, природного района, это вынуждает к использованию экспериментальных методов. Экспериментальные исследования проводят в полевых или лабораторных условиях с целью изучения и анализа влияния разных антропогенных факторов на сложные биологические системы. Используя их результаты, моделируют возможные изменения среды, выявляют факторы, которые их вызывают. Математическое моделирование дает возможность установить зависимость между действием факторов и реакции биоты в сложных экосистемах, установить чувствительность экосистемы к конкретному фактору, обосновать оптимальное количество параметров и показателей, по которым необходимо проводить наблюдение. При настраивании экологического мониторинга встает вопрос о выборе из большого количества биологических видов самых репрезентативных и достаточно чувствительных. Ими могут быть растения, животные, микроорганизмы, грибы (биоиндикаторы), жизненные функции которых взаимосвязаны с определенными параметрами среды. С помощью биоиндикаторов осуществляют биомониторинг – наблюдение за состоянием биотической составляющей биосферы и ее реакций на антропогенные действия. Значительное количество организмов чувствительны к определенным факторам среды (химический состав атмосферы, грунта, вод, климатических и погодных условий, присутствию других организмов) и не могут существовать при их изменении. (Пример, лишайники являются биоиндикаторами чистого воздуха). Самым применяемым методом биотестирования является фитологическое картографирование (горизонтальная проекция наземных растений на грунт в сравнении с эталоном (состоянием заповедной территории), анализ изменений в составе и численности растений, животных групп, анализ явных повреждений организмов). 1.2 Методы и средства экологического мониторинга К методам мониторинга относятся общенаучные методы (системный, математический, моделирование, картографический), конкретно-научные методы (геофизический, геохимический, биогеографический, экономический, социологический и ландшафтный) и группа специальных, или прикладных, методов. Средства мониторинга включают: • логические — рабочие гипотезы, суждения, доказательства, формулы; • информационные — аппаратура и устройства для сбора, систематизации, обработки, хранения и передачи оперативных и фондовых данных от подсистем и пунктов мониторинга и для обмена информацией между ними; • технические — измерительные приборы, инструменты и оборудование, необходимые для наблюдений и контроля за процессами в экосистемах; • биологические — живые организмы, используемые в качестве индикаторов мониторинга. Организация систем мониторинга связана со спецификой природно-территориальных комплексов. Они представляют собой целостные образования, возникшие и развивающиеся вследствие теснейших взаимосвязей между слагающими их компонентами. Они могут быть разной степени сложности и размерности и определяются иерархическим положением в таксономической системе. В зависимости от уровней и объектов исследований выделяются планетарный, региональный и локальный уровни. Для каждого из уровней сложилась определенная специфика наблюдаемых компонентов (показателей систем), что определяет выбор применяемых методов мониторинга. Безусловно, немаловажным фактором являются нормативные требования к организации и проведению экологического мониторинга (международные и национальные стандарты, методические руководства к проведению измерений и др.) и условия финансирования. Инструментальные средства контроля состояния окружающей среды весьма многообразны, и они рассматриваются в специальных курсах. Остановимся более подробно на самих методах мониторинга. Использование тех или иных методов контроля состояния окружающей среды регламентируется специальными нормативными документами в соответствии с программой организации экологического мониторинга. Это позволяет избежать грубых ошибок и обеспечить единство подходов к измерениям параметров окружающей среды и качество получаемых результатов. В настоящее время большая часть измерений проводится под эгидой стандартов ИСО (ISO — международные стандарты). Дистанционные методы. Эта группа методов используется уже более полувека: автоматические системы слежения за параметрами внешней среды были созданы в военных и космических программах. В США еще в 1950-е гг. в системе противовоздушной обороны (ПВО) использовали семь эшелонов плавающих в Тихом океане автоматических буев. Одна из наиболее серьезных автоматических систем контроля качества окружающей среды была реализована в аппарате «Луноход». Источниками данных для экологического мониторинга являются материалы дистанционного зондирования (ДЗ), получаемые с носителей: - аэрокосмические методы — система наблюдения при помощи самолетных, аэростатных средств, спутников и спутниковых систем, а также обработки данных дистанционного зондирования: • космические (пилотируемые орбитальные станции, корабли многоразового использования, автономные спутниковые съемочные системы); • авиационного базирования (самолеты, вертолеты и микроавиаци- онные радиоуправляемые аппараты), составляющие значительную часть дистанционных данных (remotely sensed data), как антонима контактных (прежде всего наземных) видов съемок, способов получения данных измерительными системами в условиях физического контакта с объектом съемки; — методы морского (наводного) и наземного базирования: • фототеодолитная съемка; • сейсмомагнитная разведка; • электромагнитная разведка и другие методы геофизического зондирования недр; • гидроакустическая съемка рельефа морского дна с помощью гидролокаторов бокового обзора и др. Спутниковые данные дистанционного зондирования позволяют решать задачи: • определения метеорологических характеристик; • контроля динамики атмосферных фронтов, ураганов, получение карт крупных стихийных бедствий; • определения температуры подстилающей поверхности, оперативного контроля и классификации загрязнений почвы и водной поверхности; • обнаружения крупных или постоянных выбросов промышленных предприятий; • контроля техногенного влияния на состояние лесопарковых зон; • обнаружения крупных пожаров и выделение пожароопасных зон в лесах; • мониторинга и прогноза сезонных паводков и разливов рек; обнаружения и оценки масштабов зон крупных наводнений; • контроля динамики снежных покровов и загрязнений снежного покрова в зонах влияния промышленных предприятий и др. Данные дистанционного зондирования в силу своей специфики требуют использования компьютерных методов обработки спутниковых данных. При обработке должны быть получены снимки или изображения с требуемыми радиометрическими и геометрическими характеристиками. Основные этапы обработки данных представлены на рис. 1.  Рис. 1. Этапы обработки данных дистанционного зондирования Наземные методы экологического мониторинга, в отличие от дистанционных, предполагают непосредственный контакт с изучаемым объектом. Это довольно разнообразные методы, которые объединяются в следующие группы. Физико-химические методы включают комплекс методов мониторинга, позволяющих: • установить качественный состав среды (выявить само наличие загрязнения) — качественные методы, например хроматографические; • выявить количество загрязняющих веществ — количественные методы, среди которых выделяют: - гравиметрический метод — определение массы и процентного содержания вещества в анализируемой пробе; - титриметрический (объемный) метод — измерение объемов определяемого вещества и реагента, используемого при данном определении, который в свою очередь включает: а) методы кислотно-основного титрования; б) методы осаждения; в) методы окисления — восстановления; г) методы комплексообразования; колориметрические методы — разновидность методов абсорбционного анализа; основаны на изменении оттенков цвета исследуемого раствора в зависимости от концентрации; выделяют визуальную колориметрию и фотоколориметрию; - экспресс-методы — инструментальные методы, позволяющие определить загрязнения за короткий период времени; сюда же можно отнести применение автоматизированных средств контроля среды в режиме реального времени; потенциометрические методы основаны на изменении потенциала электрода в зависимости от физико-химических процессов, протекающих в растворе, среди них: а) прямая потенциометрия (ионометрия); б) потенциометрическое титрование. Методы биологического мониторинга. Биоиндикация позволяет судить о состоянии окружающей среды по факту встречи, отсутствия, особенностям развития организмов-биоиндикаторов. Более подробно метод биоиндикации будет рассматриваться в следующих главах. Методы статистической и математической обработки данных предполагают использование соответственно статистического анализа и математического моделирования, информационных технологий. Географические информационные системы (ГИС) применяются в настоящее время во многих сферах, однако в экологическом мониторинге их использование — неотъемлемый компонент большинства работ. ГИС- системы применяются для привязки экологических данных к пространственным объектам. Разработка системы мониторинга на любом уровне является сложным междисциплинарным исследованием, которое направлено на обеспечение информацией о состоянии среды или объекта с целью минимизации вреда, наносимого природе и обществу. Более надежные критерии наблюдений формируются при условии расширения перечня измеряемых одиночных и комплексных показателей загрязнения. В эти показатели кроме традиционных аналитических измерений могут входить результаты биотестирования и экспресс-анализы с целью быстрой идентификации веществ, токсичных для биоты. Такие методы значительно дешевле, чем аналитические определения, регламентированные нормативными документами. Они могут дополнять основные наблюдения (обязательные программы мониторинга) и позволяют быстро реагировать на возникновение негативных последствий загрязнения окружающей среды. Таким образом, современные системы мониторинга основываются на использовании комплекса методов наблюдений, которые наилучшим образом позволяют получить представление о процессах, протекающих в окружающей среде. 1.3 Технология и организация экологического мониторинга Цель организации мониторинга. Эффективность экологического мониторинга зависит от правильной его организации. Предварительное изучение ситуации и анализ возможных воздействий на ландшафты позволяет: 1) с помощью измерений установить основные источники загрязнений; 2) выделить основные формы давления (выбросы, сбросы, твердые отходы, трансграничные переносы) на ландшафтные природные, агро- и урбосистемы; 3) разработать четкую Программу мониторинга с выделением основной цели и определением важнейших задач для её выполнения. На первом этапе организации мониторинга выделяются: 1) долгосрочная цель и 2) промежуточные задачи для её достижения. Поставленная цель должна быть конкретной, достижимой и подвергаемой проверке, что очень важно для контроля над выполнением Программы мониторинга и внесения в неё периодических (обычно ежегодных) корректив по мере накопления информации. Основная цель мониторинга – это сбор объективной информации, которая бы не страдала какой-либо неопределенностью или явными недостатками. Мониторинг должен быть ориентирован на решение конкретных экологических проблем для улучшения жизнедеятельности населения конкретного района и прямо ориентирован на выработку определенных мер на основе полученной информации. Поэтому основная цель Программы мониторинга направлена на получение информации, связанной с конкретной проблемой и условиями конкретного региона. Такая информация обязательно доводится до сведения администраций предприятий и государственных органов с целью принятия ими мер, направленных на улучшение экологической ситуации. Под задачами экологического мониторинга понимаются конкретные действия или этапы на пути достижения поставленной цели, в рамках которой не выдвигаются задачи, не имеющие к ней прямого отношения. На основе выдвинутой цели и поставленных задач выбираются объекты и полигоны мониторинга, а затем выделяются основные параметры оценки. Однако возможен и обратный порядок, особенно если заранее известно, что проблема связана с загрязнением системы определенным веществом (например, органическими соединениями, пестицидами, нитратами, ртутью и т.д.). На первом этапе (до начала измерений) внимательно анализируется ситуация и выделяются приоритетные объекты и параметры, которые действительно необходимо исследовать. Предварительный анализ ситуации. Перед формированием долгосрочной программы мониторинга целесообразно провести рекогносцировочные (предварительные) исследования. На этом этапе важным является сбор всей уже имеющейся информации по интересующей проблеме и её анализ. Такие сведения следует использовать эффективно, даже если в них и есть какие-то очевидные неточности. Одним из таких приемов выбора приоритетов является картирование источников воздействия и составление их предварительных характеристик по литературным сведениям и обобщение в дальнейшем собственных исследований. Итогом предварительного анализа состояния ситуации является определение объектов мониторинга и оцениваемых показателей. Полученные в ходе подготовительного этапа сведения, включая рекогносцировочные исследования, анализ литературы и т.д., позволяют еще до проведения полномасштабных измерений составить обоснованную Программу мониторинга для первого года исследований, а также привлечь внимание к изучаемой проблеме предприятия загрязнителя и государственные органы. Основательный предварительный анализ ситуации и грамотно составленная Программа мониторинга значительно повышают эффективность работы и позволяют современными методами и в короткие сроки выявлять наиболее острые проблемы загрязнения окружающей среды и снизить их негативное влияние на функционирование экосистем. Выбор места для проведения наблюдений. При выборе пунктов описания кластеров и отбора проб для выполнения мониторинга обычно придерживаются следующих критериев: а) площади наблюдений должны быть отмечены постоянными метками (квадратами, прямоугольниками и т.д.); б) выделенные участки должны соответствовать средним характеристикам земельных угодий хозяйства (по содержанию гумуса и рН, по минеральному составу, водно-физическим свойствам); в) участки должны быть легко локализованы при наблюдении в последующие годы; г) видовой состав сорняков в агроландшафте должен быть представительным для основной территории. Пункты наблюдения следует размещать блоками (кластерами). По каждой почвенной группе необходимо закладывать 3–4 блока (кластера). Локализация мест Мониторинга наносится на карту-схему территории с указанием типа почвы, рельефа, удаленности от источника воды (река, пруд и др.), источника загрязнения (завод, ферма, стройка и др.) и т.д. Выбранный участок до размещения блоков наблюдательных постов с разветвлениями трансект подвергается подробному разностороннему изучению и описанию. Исследование участка начинается с общего экологического картирования, включающего: 1) вычерчивание плана местности и 2) вычерчивание профиля местообитания с естественным или антропогенным сообществом в определенном географическом районе со свойственными ему растениями и животными при последующем изучении их видового и популяционного состава. Важными элементами организации мониторинга являются: 1) размещение сети наблюдательных полигонов на территории края, 2) организация лаборатории оперативного контроля качества среды, 3) организация иерархической системы сбора, хранения, передачи, обработки и обобщения информации на региональном уровне. Основу мониторинга составляют фенологические, биологические, физические и химические наблюдения и измерения. Особый интерес представляют модельные системы: популяции, экосистемы (например, биосферный заповедник). При осуществлении их мониторинга такие исследования позволяют получать интегральные показатели: сбалансированность биологической продуктивности (отношение первичной продукции ко вторичной), скорость образования биологической продукции (отношение продуктивности к общей биомассе), интенсивность круговорота биогенов и т.д. Закладка постов наблюдения. После выделения мест для выполнения исследований и выбора основных показателей для наблюдений проводится оценка числа и размещения пунктов или участков мониторинга, отбора проб и временной режим их выполнения. После определения мест наблюдений и пробоотбора работа переходит в фазу проведения измерений и наблюдений, включая полевые исследования, проводимые на месте, пробоотбор, обработку и консервирование проб и их доставку в лаборатории, а затем уже лабораторные измерения концентраций загрязняющих веществ. Лабораторные анализы и полевые измерения должны проводиться со ссылкой на используемые гостированные методики. Контроль качества данных осуществляется с применением статистических методов, выполнением анализа шифрованных проб и т.д. Заключение Человек всегда использовал окружающую среду как источник ресурсов, однако до последнего времени его деятельность не оказывала заметного влияния на биосферу. Лишь в ХХ веке изменения природы под влиянием хозяйственной деятельности человечества обратили на себя внимание ученых. Мониторинг за окружающей средой становится нормой жизни. Великая роль в становлении этого процесса отводится созданию автоматизированных систем контроля и оповещения состояния окружающей среды. Экологическому менеджменту, как системе принятия решений связанных с реализацией действий на земле, должен, в обязательном порядке, предшествовать анализ разносторонних и регулярно обновляемых данных о ее состоянии. Все это определяет необходимость организации систематических комплексных наблюдений за состоянием окружающей среды, ее главного компонента - почвенного покрова. Система мониторинга должна не только содействовать надежной охране земель, но и в короткие сроки дать значительный экологический и экономический эффект, обеспечить подготовку достоверных текущих и долгосрочных прогнозов на проведение мелиоративных и других мер по улучшению угодий. Совокупность полученных при мониторинге данных даст возможность решить актуальные задачи определения оптимальных и критических уровней важнейших физических и химических показателей почв применительно к отдельным ее типам, регионам, сельскохозяйственным культурам, технологиям их возделывания, системам земледелия Список использованных источников 1. Ашихмина, Т.Я. Экологический мониторинг / Т.Я. Ашихмина. - М.: Академический проект, 2008. - 416 c. 2. Вартанов, А.З. Методы и приборы контроля окружающей среды и экологический мониторинг / А.З. Вартанов, А.Д. Рубан, В.Л. Шкуратник. - Вологда: Инфра-Инженерия, 2010. - 640 c. 3. Горшков М. В. Экологический мониторинг. Учеб. пособие. — Владивосток: Изд-во ТГЭУ, 2010. 313 с. 4. Мотузова Г.В. Экологический мониторинг почв: учебник для вузов. – М.: Академический ПроектФ: Гвудеамус, 2007. – 237 с. 5. Тихонова, И.О. Экологический мониторинг атмосферы: Учебное пособие / И.О. Тихонова, В.В. Тарасов, Н.Е. Кручинина. - М.: Форум, 2019. - 30 c. 6. Чеснокова С.М., Гришина Е.П. Практикум по экологическому мониторингу/ С.М. Чеснокова, Е.П. Гришина. – Владимир. Владим. гос. университет, 2004. – 144 с. 7. Экологический мониторинг окружающей среды : учеб. пособие для вузов : в 2 т. / Ю.А. Комиссаров, Л.С. Гордеев, Ю.Д. Эдельштейн, Д.П. Вент ; под ред. П.Д. Саркисова. – М. : Химия, 2005. |