Экологический мониторинг. 6

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО  ПО ОБРАЗОВАНИЮ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ 

ТЕХНОЛОГИИ И ДИЗАЙНА

 

 

 

Кафедра менеджмента

 

 

 

 

 

 

 

 

Реферат на тему: «экологический мониториг»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

            Преподаватель                                                                   Касаткин Б.П.

Студент:   Топчий Т. П. Границына Н.О.

Группа: 4-ХД-5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Санкт-Петербург 

2012 г.

 

Содержание

            Введение                                                                                                  3

1. Классификация систем мониторинга                                                    5
2. Методы и средства наблюдения и контроля за состоянием окружающей среды                                                                                                                         11

2.1. Контактные методы  контроля окружающей среды                              11

2.2 Биологические методы контроля окружающей среды                          13

3. Экологический контроль                                                                       21
4. Контроль качества воздуха                                                                  24
5. Контроль качества воды                                                                        31
6. Контроль качества почвы                                                                      37
7. Всемирная метеорологическая организация и международный мониторинг загрязнения биосферы                                                                       39

 

Введение

 

Понятие мониторинга окружающей среды впервые было введено профессором Р. Манном на Стокгольмской конференции ООН по окружающей среде в 1972 г. и в настоящее время получило международное распространение и признание.

Мониторингом окружающей среды  было предложено называть систему повторных наблюдений одного и более элементов окружающей природной среды в пространстве и во времени с определенными целями в соответствии с заранее подготовленной программой. Однако вскоре стало ясно, что такое определение сужает рамки содержания мониторинга и не позволяет во всей полноте раскрыть его цели и задачи.

В России одним из первых теорию мониторинга  окружающей среды стал разрабатывать  Ю.А. Израэль.

Уточняя определение мониторинга  окружающей среды, он сделал акцент не только на наблюдении, но и на прогнозе, введя в определение термина «мониторинг окружающей среды» антропогенный фактор как основную причину этих изменений. Мониторингом окружающей среды он называет систему наблюдений, оценки и прогноза антропогенных изменений состояния окружающей природной среды.

Экологический мониторинг является информационной основой для широкого спектра природоохранной деятельности. Полученные данные используются для научных исследований, оценки состояния окружающей среды и принятия управленческих решений.

Глобальная система  экологического мониторинга позволяет  получать колоссальный объём данных любого масштаба. Это данные метеорологических станций, систем дистанционного зондирования (космические снимки, сейсмосъёмка, электромагниторазведка и т.п.). Результаты мониторинга указывают на сложность и неоднозначность воздействия антропогенной деятельности на окружающую среду. Для анализа полученных данных, а также для прогнозирования на основе обработки этих данных выделяются колоссальные вычислительные мощности.

Стоит отдельно отметить мониторинг биологических объектов. В этой области до сих пор слабо  формализованы методы оценки, но потребность в определении качества среды очень высока. Об этом явно говорит интерес к проблеме сохранения биоразнообразия. Для понимания закономерностей функционирования популяционно-видового, экосистемного уровня и надэкосистемных структур необходимо применять новейшие разработки этого направления. Это методы биоиндикации, широкий спектр математических методов сравнительного анализа компонентов биоразнообразия, информационные технологий для обработки экологических данных, а системы искусственного интеллекта и т.п.

Система экологического мониторинга не ограничивается только сбором информации об окружающей среде. Экологический мониторинг сам по себе является исследованием, которое включает в себя этапы сбора, упорядочивания, анализа данных, прогнозирования и принятия управленческого решения. Постоянный мониторинг лежит также в основе функционирования кадастровых систем, геоинформационных систем, а также экосистемного анализа. Данные экологического мониторинга используются при проведении экологической экспертизы (например, для оценки воздействия на окружающую среду (ОВОС)), экологического аудита и в других смежных областях.

 

1. Классификация систем мониторинга

Одна из первых обзорных классификаций систем и подсистем  мониторинга разных типов была составлена в начале 1970-х гг. Ю.А. Израэлем. Системы  мониторинга могут подразделяться по разным признакам:

• пространственному охвату;

• объекту наблюдения (абиотическая компонента: атмосферный воздух, воды суши и морей, почвы, геологическая среда; биотическая компонента: растительный и животный мир, живая природа на охраняемых природных территориях, человек; физические факторы воздействия: ионизирующее излучение, электромагнитное излучение, тепловое излучение, шумы, вибрация);

• методам (прямое инструментальное измерение, дистанционная съёмка, косвенная индикация, опросы, дневниковые наблюдения);

• степени отношения эффекта и процесса, за которыми ведутся наблюдения;

• типу воздействия (геофизическое, биологическое, медико-географическое, социально-экономическое, общественное);

• целям (определение современного состояния среды, исследование явлений, оценка и градуировка моделей окружающей среды, краткосрочный прогноз, долгосрочные выводы, оптимизация и повышение экономической эффективности исследований и прогнозов, контроль за воздействием на среду и т.д.).

Все классификации систем мониторинга являются достаточно условными. По масштабам обобщения информации выделяют:

• глобальный (биосферный) мониторинг – предусматривает слежение за общемировыми процессами и явлениями в биосфере и осуществление прогноза возможных изменений;

• национальный мониторинг – осуществляется в пределах государства специально созданными органами;

• региональный мониторинг – охватывает отдельные регионы, в пределах которых имеют место процессы и явления, отличающиеся по природному характеру или по антропогенным воздействиям от общего базового фона;

• локальный мониторинг – предусматривает осуществление наблюдений в особо опасных зонах и местах, обычно непосредственно примыкающих к источникам загрязняющих веществ.

Важное значение имеет  базовый (или фоновый) мониторинг, задача которого – слежение за состоянием природных систем и природными процессами, на которые практически не влияют региональные антропогенные факторы. Базовый мониторинг позволяет охарактеризовать состояние природы как бы в её «чистом» виде, хотя глобальные загрязнения всё же вносят определённый вклад в изменение природной среды. Для осуществления базового (фонового) мониторинга используют удалённые от промышленных регионов территории, в том числе биосферные заповедники.

В основе организации  систем мониторинга учитываются  общие теоретические и методологические принципы:

1. Структурно-организационный принцип – система мониторинга любого уровня, являясь многоуровневой иерархической структурой, должна строиться с учётом взаимодействия с высшими системами и низшими подсистемами.

2. Функциональный принцип  – мониторинг функционирует во времени как взаимосвязанная и взаимообусловленная система цепи постоянных наблюдений, оценки, прогноза и управления.

3. Обучающий принцип  – с течением времени в системе  работающего мониторинга качество  прогнозов и эффективность управления должны закономерно улучшаться, система мониторинга во времени должна непрерывно совершенствоваться и строиться как «самообучающаяся» система.

4. Пространственный принцип  – пространственная структура  системы пунктов получения информации формируется в зависимости от вида мониторинга и определяется природными геологическими и инженерно-геологическими особенностями территории, типом и особенностями инженерных сооружений на ней, а также состоянием на ней экосистемы.

5. Временной принцип  – частота наблюдений и сбора  информации во времени в системе мониторинга полностью определяется динамикой наблюдаемых (изучаемых) процессов.

6. Целевой принцип  – система любого мониторинга  должна строиться с учётом  достижения его конечной цели – оптимизации управления, что достигается на базе прогнозных оценок её развития путём выработки оптимальных управляющих решений и рекомендаций.

Таким образом, основные цели экологического мониторинга состоят  в обеспечении системы управления природоохранной деятельности своевременной и достоверной информацией, позволяющей:

• оценить показатели состояния и функциональной целостности экосистем;

• выявить причины изменения этих показателей и оценить последствия таких изменений, а также определить корректирующие меры в тех случаях, когда целевые показатели экологических условий не достигаются;

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

В этой связи основными  задачами экологического мониторинга  являются:

• наблюдение за источниками и факторами антропогенного воздействия, 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 прогнозируемого состояния природной среды.

Комплексная оценка экологической  обстановки основывается на данных всех видов мониторинга, в том числе и на данных о состоянии здоровья населения, получаемых системой медико-экологического мониторинга. По степени превышения реальных концентраций загрязняющих веществ норм ПДК судят о степени загрязнения окружающей среды.

Важными элементами структуры  мониторинга являются: системы объектов мониторинга (почвы, воды, воздух и др.); системы производственных работ, составляющих производственную базу мониторинга (виды работ, которые используются при организации и проведении мониторинга); системы научно-методических разработок (разработка всего комплекса методик, используемых при планировании, организации и функционировании мониторинга, при проведении производственных работ, при анализе и оценке результатов наблюдений, при прогнозировании и выдаче управляющих решений; системы технического обеспечения (аппаратура для наблюдений и сбора первичной информации, датчики, индикаторы, технические средства, автотранспорт, лабораторное оборудование, компьютеры и средства связи и коммуникаций и др.).

Надо отметить, что  для разных компонентов окружающей природной среды системы мониторинга развиты неодинаково. Наиболее совершенными в этой области являются системы контроля и мониторинга атмосферного воздуха, несмотря на то, что концепция эколого-аналитического контроля, действующая в настоящее время в России (Федеральная служба Российской Федерации по гидрометеорологии и мониторингу природной среды) достаточно устарела. В основу этой концепции положены принципы построения сети метеорологического контроля, стационарные, маршрутные и передвижные подфакельные посты наблюдений, периодический отбор разовых проб, их лабораторный анализ.

Федеральный уровень  организации экологического мониторинга  образован для:

• организационного обеспечения процедур интеграции экологической информации, получаемой территориальными системами экологического мониторинга, государственными и ведомственными службами и сетями наблюдений;

• информационного обеспечения процедур принятия решений в области обеспечения экологической безопасности и охраны окружающей природной среды на федеральном уровне управления;

• информирования населения и общественности об экологической обстановки на территории страны и тенденции её изменения.

Информация, полученная при осуществлении экологического мониторинга, используется при: разработке прогнозов социально-экономического развития Российской Федерации, субъектов Российской Федерации, муниципальных образований и принятии соответствующих решений; разработке федеральных программ в области экологического развития Российской Федерации, целевых программ в области охраны окружающей среды субъектов Российской Федерации, инвестиционных программ, а также мероприятий по охране окружающей среды; осуществлении экологического контроля и проведении экологической экспертизы; прогнозирование чрезвычайных ситуаций и проведении мероприятий по их предупреждению; подготовке данных для ежегодного государственного доклада о состоянии и об охране окружающей среды.

В настоящее время  ЕГСЭМ в России не совершенна, так  как региональные системы экологического мониторинга созданы не во всех субъектах  Российской Федерации. К сожалению, в России для отдельных видов мониторинга составлялись свои организационные структуры и разрабатывались свои концептуальные программы развития, например, концепция мониторинга подземных вод России. Такой подход, обусловленный, в общем-то, ведомственными, а не государственными интересами, является принципиально неправильным, по крайней мере, по двум позициям: во-первых, создание отдельных не взаимодействующих систем мониторинга по разным компонентам окружающей среды (породам, почвам, подземным водам и т.д.) обойдётся государству в несколько раз дороже по сравнению с единой государственной комплексной системой; во-вторых, отделять в системе наблюдения один компонент от другого часто принципиально не верно, а в ряде случаев чревато серьёзными ошибками. Поэтому разработка государственной концепции мониторинга должна вестись по пути создания единой национальной комплексной системы экологического мониторинга, работающей по единому методическому подходу, а не по пути простого суммирования разрозненных систем мониторинга отдельных её компонентов. Проблема взаимодействия различных организаций, занимающихся мониторингом окружающей среды, является первоочередной проблемой в создании ЕГСЭМ.

Существующее состояние  контроля в системе мониторинга  управления качеством окружающей среды предполагает необходимость его совершенствования. Основное направление решения этой проблемы – создание автоматизированных систем контроля, мониторинга и управления качеством окружающей среды на основе современных достижений науки и техники.

В Европейском союзе  работы по созданию автоматизированных систем мониторинга ведутся с  начала 60-х гг. XX в. В 1990 г. было создано  Европейское Агентство по охране окружающей среды. В настоящее время более 10 тысяч крупнейших предприятий Европы предоставляют в центральный банк данных Агентства информацию по 50 видам загрязняющих веществ сбрасываемых в окружающую среду.

Как уже отмечалось выше, на Стокгольмской конференции ООН  в 1972 г. была выработана Программа ООН  по окружающей среде (ЮНЕП), включающая рекомендации по организации глобальной системы мониторинга окружающей среды (ГСМОС), целью которой определено предоставление информации, необходимой для обеспечения настоящей и будущей защиты здоровья, благополучия, безопасности и свободы людей и мудрого управления окружающей средой и её ресурсами.

Конечные цели создания ГСМОС:

• установление уровней выбросов загрязнений в определённой среде, их распределение в пространстве и времени;

• понимание скоростей и величин потоков выбрасываемых загрязнителей и вредных продуктов их превращений;

• обеспечение сравнения пробоотбора и анализов между странами, обмен опытом организаций мониторинга;

• обеспечение информацией в глобальном и региональном масштабе для принятия решений по управлению при борьбе с загрязнителями.

 

2. Методы и средства наблюдения и контроля за состоянием окружающей среды

 

Для получения объективной  информации о состоянии и об уровне загрязнения различных объектов окружающей среды необходимо располагать  надёжными средствами и методами экологического контроля. Повышение эффективности контроля за состоянием природной среды может быть достигнуто повышением производительности, оперативности и регулярности измерений, увеличением масштабности охвата одновременным контролем; автоматизацией и оптимизацией технических средств контроля и самого процесса.

Средства экологического наблюдения и контроля подразделяются на контактные, неконтактные (дистанционные), биологические, а контролируемые показатели – на функциональные (продуктивность, оценка круговорота веществ и др.) и структурные (абсолютные или относительные значения физических, химических или биологических параметров – концентрация загрязняющего вещества, коэффициент суммарного загрязнения и др.).

2.1. Контактные методы  контроля окружающей среды

Контактные методы контроля состояния окружающей среды представлены как классическими методами химического анализа, так и современными методами инструментального анализа.

 

 

 

 

 

 

 

 

Классификация контактных методов контроля.

 

Общая схема контроля включает этапы: 1) отбор пробы; 2) обработка пробы с целью консервации измеряемого параметра и её транспортировка; 3) хранение и подготовка пробы к анализу; 4) измерение контролируемого параметра; 5) обработка и хранение результатов.

Пробоотбор зачастую предопределяет результаты анализа, так как возможно загрязнение пробы в процессе её отбора, особенно когда речь идёт об измерении ничтожно малых количеств загрязняющего вещества. Здесь важен и выбор места и средства отбора, и чистота пробоотборников и тары для хранения пробы.

В изолированной от природной  среды пробе, начиная с момента  её взятия, осуществляются процессы «релаксации» по параметрам экосистемы, значения которых  определяются кинетическими факторами. Одни из параметров меняются быстро, другие сохраняются достаточно долго. Поэтому необходимо иметь представление о кинетике изменения измеряемого параметра в данной пробе. Очевидно, чем меньше время от момента взятия пробы до её консервации (или анализа), тем лучше. И все же лучше в параллельно отобранные пробы добавить эталон контролируемого загрязняющего вещества и консервировать эти контрольные пробы через разные временные интервалы. При измерении «эталонных» образцов одновременно можно получить и градуировочные графики. Такой метод «внутреннего стандарта» желательно использовать и для оценки других факторов, которые могут влиять на результаты анализа (хранение, транспортировка, методика подготовки пробы к анализу и т.д.).

Подготовка пробы к  анализу может включать в себя либо концентрирование измеряемого ингредиента, либо его химическую модификацию с целью проявления аналитически наиболее выгодных свойств. Концентрирование достигается двумя путями: методом сорбции анализируемого компонента (на твёрдом сорбенте или при экстракции растворителем), методами уменьшения объёма пробы, содержащей компонент, например путём вымораживания, соосаждения или выпаривания. Конечно, любая такая процедура может влиять на результат анализа, поэтому «внутренний стандарт» необходим.

Эффективность любого метода наблюдений и контроля за состоянием объектов окружающей среды оценивается следующей совокупностью показателей:

• селективностью и точностью определения;

• воспроизводимостью получаемых результатов;

• чувствительностью определения;

• пределами обнаружения элемента (вещества);

• экспрессностью анализа.

Основным требованием  к выбранному методу является его  применимость в широком интервале  концентраций элементов (веществ), включающих как следовые количества, в незагрязнённых объектах фоновых районов, так и  высокие значения концентраций в районах технического воздействия.

2.2 Биологические методы контроля окружающей среды

Совершенно очевидно, что оценка экологической обстановки на территории в ходе формирования эффективной системы государственного экологического мониторинга невозможна без использования методов биодиагностики качества окружающей среды.

Оценивать качество окружающей среды, степень её благоприятности  для человечества необходимо, прежде всего, в целях:

• определения состояния природных ресурсов;

• разработки стратегии рационального использования региона;

• определения предельно допустимых нагрузок для любого региона;

• решение судьбы районов интенсивного промышленного и сельскохозяйственного использования, загрязненных территорий и т.д.;

• решения вопроса о строительстве, пуске или остановке определённого предприятия;

• оценки эффективности природоохранных мероприятий, введения очистных сооружений, модернизации производства и т.д.;

• введения новых химикатов и оборудования;

• создания рекреационных и заповедных территорий.

Ни один из этих вопросов не может быть объективно решён лишь на уровне рассмотрения формальных показателей, а требует проведения специальной  разносторонней оценки качества среды  обитания, т.е. необходима интегральная характеристика её состояния, биологическая оценка.

Прямые (интегральные) методы оценки экологической обстановки в  свою очередь тоже можно разделить  на две группы – биоиндикации и  биотестирования (последние называют также токсикологическими методами).

Объектом исследования первых являются организмы или сообщества организмов-биоиндикаторов, наблюдаемые в естественных условиях обитания.

Биоиндикаторами называются растительные и животные организмы, наличие, количество и состояние  которых служат показателями изменения  качества среды их обитания. Глубина биоиндикации может быть различной от простой визуальной диагностики растений до изучения иммунных и генетических изменений в организме индикаторов.

Вторая группа методов  изучает реакции тест-объектов –  организмов, помещаемых в исследуемую среду.

Они подразумевают оценку токсических свойств загрязняющих веществ с использованием модельных  живых систем (тест-объектов). Оценка токсичности производится, как правило, в лабораторных условиях.

Методы биоиндикации основаны на наблюдениях отдельных организмов, популяции или сообществ организмов в естественной среде обитания с целью определения по их реакциям (изменениям) качества окружающей среды. В сельском хозяйстве широко применяется метод биоиндикации для диагностики питания сельско-хозяйственных культур. Данный метод визуальной биоиндикации основан на изучении внешних признаков фито- и биоценозов, которые отражают качественные изменения среды обитания.

В качестве признаков  визуальной биоиндикации используется внешний вид растений. Таких признаков, связанных с нарушением питания растений, множество, в частности: замедление роста стеблей; ветвей и корней; пожелтение; бурение; загибание листьев; «краевые ожоги»; образование гнили; одревеснение стеблей и др.

Для целей биоиндикации качества окружающей среды могут применяться популяционные и экосистемные критерии, которые характеризуются показателями: численности и биомассы отдельных видов; соотношением в сообществах различных видов, их распределение по обилию и т.п.

Для получения более  достоверных, долгосрочных прогнозов наряду с видами-индикаторами отслеживаются изменения, происходящие в популяциях устойчивых видов, способных выдерживать значительные возмущающие воздействия (воздействия экологически неблагоприятных факторов) в течение длительного времени.

Под влиянием загрязняющих веществ в организме происходят перестройка структуры и функции  клеток.

Результаты гистологических  исследований таких изменений могут  свидетельствовать о качестве окружающей среды. Злокачественный рост клеток, дегенеративные изменения или появление некротических очагов характеризуют высокую степень токсичности среды обитания.

Патолого-анатомические  и гистологические методы биоиндикации особое внимание уделяют изучению репродуктивной системы, любые изменения которой  непосредственно связаны с жизненно важными параметрами популяции. Репродуктивная система очень чувствительна к стрессовым воздействиям, и любое нарушение можно рассматривать как сигнал о наличии неблагоприятных изменений в окружающей среде.

Эмбриональные методы диагностики базируются на том обстоятельстве, что наиболее уязвимыми к воздействию внешних возмущений являются ранние стадии развития многоклеточных организмов. На стадиях дробления и формирования зародышевых органов и тканей даже незначительные воздействия, как правило, приводят к видимым уродствам более поздних стадий или даже гибели зародышей. В качестве биоиндикаторов обычно используются быстро развивающиеся и дающие многочисленное потомство организмы (рыбы, моллюски, земноводные, насекомые). Данные организмы могут быть использованы и как тест-объекты для биотестирования окружающей среды.

Более тонкими и точными  методами биодиагностики являются иммунологические и генетические методы.

Иммунологические –  основаны на измерениях показателей  иммунной системы под воздействием внешних возмущающих факторов. В результате любого рода отрицательного воздействия на иммунную систему живых организмов в первую очередь изменяется функциональное состояние иммунокомпетентных клеток – спленоцитов и лимфоцитов. При введении в клетки организма специальных веществ – стандартных мутагенов (липополисахаридов и др.) – в зависимости от вида воздействия ингибирование реакции может свидетельствовать о нарушении иммунологического статуса организма.

Генетические методы позволяют анализировать генетические изменения, возникающие вследствие неблагоприятных внешних воздействий. Появление таких изменений характеризует мутагенную активность среды, а возможность их сохранения в клеточных популяциях отражает эффективность иммунной потенции организма.

В нормальных условиях большая  часть генетических аномалий удаляется  из популяций посредством иммунной системы организма. Наличие таких  аномалий можно использовать в качестве индикатора стресса, ведущего к продукции  аномальных клеток и снижению способности иммунной системы организма их уничтожать.

Такое разнообразие методов  биоиндикации говорит об их несовершенстве. Действительно, биоиндикация предусматривает  контроль уже состоявшегося или  происходящего загрязнения компонентов  окружающей среды по функциональным характеристикам их обитателей и экологическим характеристикам организмов.

Разработка единой системы  показателей токсичного загрязнения  окружающей среды на сегодняшний  день встречает серьезные трудности. Постепенные изменения видового состава формируются в результате длительного отравления и становятся явными в случае далеко зашедших изменений. Таким образом, видовой состав не даёт оценки на момент исследования. В этом плане методы биоиндикации загрязнения окружающей среды инерционны. В холодное время года системы биологической индикации малоэффективны.