Министерство образования и науки Российской Федерации Владивостокский государственный университет экономики и сервиса ________________________________________________________ ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ Учебная программа курса по специальности 013100 Экология Владивосток Издательство ВГУЭС 2005 ББК 20 Учебная программа курса «Экологический мониторинг» составлена в соответствии с требованиями государственного стандарта России. Предназначена для студентов специальности 013100 «Экология». Составитель: Иваненко Н.В., канд. биол. наук, доцент кафедры экологии и природопользования Утверждена на заседании кафедры экологии и природопользования Рекомендуется к изданию УМК Института ИИТТС © Издательство Владивостокского государственного университета экономики и сервиса, 2005 ВВЕДЕНИЕ Актуальность и причины ведения данной дисциплины Существование человечества и обеспечение его устойчивого развития невозможно без использования природных ресурсов и самого потенциала природной среды и в то же время без воздействия самого человека на природную среду и последующих за этим эффектов (нередко весьма негативных). Научный анализ иногда очень тонких, небольших эффектов дает возможность выявить новые неизвестные эффекты различных антропогенных воздействий и прогнозировать их. Такой анализ в настоящее время осуществляется в рамках экологического мониторинга – информационной системы наблюдений, оценки и прогноза изменений в состоянии окружающей среды, созданной с целью выделения антропогенной составляющей на фоне природных процессов. Дисциплина «Экологический мониторинг» является обязательной для студентов специальности 013100 - экология, поскольку призвана помочь будущим специалистам разобраться и свободно ориентироваться в вопросах оценки и всестороннего анализа воздействий на объекты окружающей среды и реакциях отдельных природных сред, а также сложных экологических систем. Роль и место курса в системе учебного плана Для изучения дисциплины «Экологический мониторинг» необходимы базовые знания дисциплин: «Общая экология», «Учение об атмосфере», «Учение о гидросфере», «Учение о биосфере», «Почвоведение», «Геоэкология», «Биогеография», «Экология организмов», «Радиационная экология», «Экологическое право», «Экосистемный анализ», «Химия». Особенности изучения данной дисциплины В объеме дисциплины рассматриваются основные объекты экологического мониторинга: – природные среды (атмосферный воздух, поверхностные воды суши, морские воды, почва и земной покров, ландшафты, геологическая среда); – источники антропогенного воздействия, приводящие к поступлению в окружающую среду токсичных, опасных и экологически вредных веществ (сточные воды, промышленные выбросы и т. д.), к изменению сложившегося или естественного состояния природных сред, изменению ландшафта территорий; – природные ресурсы (водные, земельные, лесные и прочие); – факторы воздействия среды обитания (шум, тепловое загрязнение, физические поля); – состояние биоты, ее ареалов и экосистем. 3 Рассмотрены вопросы оценки антропогенного воздействия на биосферу и ряд проблем экологического мониторинга: радиационного, поверхностных вод и фонового загрязнения атмосферы, экосистемных изменений в океане. Курс «Экологический мониторинг» составлен с позиции интегрированного подхода к решению проблем устойчивого развития. Данная программа разработана в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования для специальности 013100 – экология. 1. ОРГАНИЗАЦИОННО-МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ 1.1. Цель и задачи учебного курса Цель курса «Экологический мониторинг» – заложить у студентов основы знаний о естественных колебаниях и изменениях состояния среды, которая позволит: 1) оценить показатели состояния функциональной целостности экосистем и среды обитания человека; 2) 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; 3) создать предпосылки для определения мер по исправлению создающихся негативных ситуаций до того, как будет нанесен ущерб. Задачи курса – формирование навыков и умения по следующим направлениям деятельности: – изучение системы методов наблюдения и наземного обеспечения экологического мониторинга; – характеристика обратных связей и управления в системе экологического мониторинга; – изучение методов контроля; – ознакомление с биомониторингом в оценке качества среды; – приобретение знаний о мониторинге состояния водных ресурсов; – приобретение знаний о мониторинге состояния лесного фонда; – приобретение знаний о мониторинге состояния сельскохозяйственных земель; – приобретение знаний о мониторинге состояния геологической среды; – приобретение знаний о мониторинге состояния биологических ресурсов. 4 1.2. Требования к знаниям и умениям, приобретаемым при изучении курса в соответствии с квалификационной характеристикой выпускника В результате изучения дисциплины студент должен знать: – назначение мониторинга природной среды, методы наблюдения и анализа состояния экосистем; – причины изменений видового состава флоры и фауны под влиянием деятельности человека; – механизмы обеспечивающие устойчивость экосистем; – основные группы загрязнителей, пути их миграции, трансформации и накопления в экосистемах. знать и уметь: – использовать методы обнаружения и количественной оценки основных загрязнителей в окружающей среде; – применять основные математические методы моделирования и компьютерные методы анализа состояния экосистем; – использовать системный подход при формулировке задач исследования биосферных процессов. понимать: – механизмы взаимодействия организмов и среды обитания; – взаимосвязь абиотических факторов и биотической компоненты экосистем; – механизмы взаимодействия различных техногенных систем с природными экосистемами; – особенности влияния загрязнений различной природы на отдельные организмы и биоценозы, на организм человека. иметь представление: – о возможностях управления процессами в экосистеме; – о геологической деятельности человека; – о пределах толерантности организмов и популяций. владеть: – методами оценки воздействий на природную среду; – методами физического мониторинга природной среды; – методами научного эксперимента в лабораториях, полевых и промышленных условиях. 1.3. Объем и сроки изучения курса Курс «Экологический мониторинг» общим объемом 102 часа изучается в течение 7 семестра. Учебные часы распределены следующим образом: 51 час отводится на аудиторные занятия, 51 час отводится на 5 самостоятельную работу. Это предполагает 2 лекционных часа в неделю и 1 час практических занятий в неделю. 1.4. Основные виды занятий и особенности их проведения при изучении данного курса Программой курса предусмотрена очная форма обучения. Основные виды занятий: 1. Лекции, на которых дается основной систематизированный материал по курсу «Экологический мониторинг». 2. Практические занятия, на которых студенты – приобретают знания и практические умения определения основных абиотических характеристик как показателей экологического состояния окружающей среды; – овладевают методами по определению физических параметров и химического состава гидросферы, литосферы, атмосферы; – приобретают умение анализировать и оценивать изменения параметров окружающей среды, возникающие под влиянием деятельности человека. 3. Консультации включают помощь при самостоятельном освоении материала. 4. Самостоятельная работа студентов включает работу с учебной и научной литературой при подготовке к выступлениям на семинарах и к зачету. 1.5. Взаимосвязь аудиторной и самостоятельной работы В ходе изучения данного курса студент посещает лекции, практические занятия занимается индивидуально. Освоение курса предполагает самостоятельную работу с основной и дополнительной литературой при подготовке к выступлениям на семинарах и к зачету. 1.6. Техническое и программное обеспечение дисциплины Изучение предмета «Экологический мониторинг» не требует специального использования вычислительной техники. Вместе с тем для демонстрации учебного материала требуется компьютерная техника. 1.7. Виды контроля знаний студентов и их отчетности Курс «Экологический мониторинг» завершается экзаменом в конце 7 семестра. Обязательным условием допуска студента к зачету являются: – выполнение и защита всех отчетов по практическим занятиям; 6 – выступления на семинарских занятиях, свидетельствующие об умении анализировать учебную и научную литературу по данному направлению. 2. СОДЕРЖАНИЕ КУРСА 2.1. Перечень тем лекционных занятий Введение Определение экологического мониторинга и его задачи. Общие представления о мониторинге окружающей среды. Научные основы экологического мониторинга Тема 1. Виды мониторинга и пути его реализации Виды мониторинга: глобальный, региональный, национальный, локальный, медико-экологический, биологический, радиационный. Мониторинг природных сред: воздушной, водной, почв. Фоновый мониторинг. Мониторинг загрязнения и источников загрязнения. Тема 2. Система методов наблюдения и наземного обеспечения Организация и структура мониторинга состояния окружающей среды. Средства реализации мониторинга: стационарные станции, передвижные посты, аэрокосмические системы, автоматизированные системы. Всемирная метеорологическая организация и международный мониторинг загрязнения биосферы. Национальный мониторинг Российской Федерации. Тема 3. Обратные связи и управление Структура системы мониторинга антропогенных изменений природной среды. Обратные связи и управление. Тема 4. Методы контроля Формирование программ наблюдений. Приоритетные контролируемые параметры природной среды. Фоновое загрязнение окружающей среды. Типовая программа наблюдений. Рекомендации по выбору места размещения станций комплексного фонового мониторинга. Технические требования к станциям комплексного фонового мониторинга. Отбор проб природных объектов, предварительная подготовка, консервация и хранение. Отбор проб воздуха для определения химического состава атмосферных аэрозолей. Отбор проб атмосферных осадков. Отбор месячных проб атмосферных выпадений тяжелых металлов. Отбор проб снежного покрова. Отбор проб поверхностных и подземных вод. Отбор проб донных отложений. Отбор проб почвы. Отбор проб растительного материала. Отбор проб тканей животных. Оценка сопоставимости результатов наблюдений на сети фоновых станций. Оценка сопоставимости результатов наблюдений за загрязнением объектов при7 родной среды. Формы представления данных. Банки данных. Контроль качества наблюдений. Единицы измерения. Тема 5. Биомониторинг в оценке качества среды Методы слежения за процессами и явлениями в отдельных регионах или локальных участках, в зависимости от изменений в среде природного или антропогенного характера с помощью организмовиндикаторов. Характеристика организмов-индикаторов и расширение выбора видов, используемых в качестве индикаторов состояния природной среды. Организация системы наблюдений, оценки и прогноза изменений состояния окружающей среды под воздействием антропогенных факторов. Обоснование проблемы противоречий в системе мониторинга на трансграничных территориях. Тема 6. Экологический мониторинг океана Составляющие экологического мониторинга океана. Выбор биологических объектов для наблюдения и контроля. Состояние Мирового океана. Морские экосистемы и некоторые проблемы устойчивого развития. Индикаторы устойчивого развития. Развитие ГИС морей России и отдельных районов Мирового океана. Определение ассимиляционной емкости морских экосистем. Тема 7. Экологический мониторинг на суше Программа фонового экологического мониторинга на базе биосферных заповедников. Абиотический и биотический мониторинг. Мониторинг состояния водных ресурсов (поверхностных и подземных вод). Показатели качества воды. Индикаторная оценка качества воды. Организация мониторинга атмосферы. Мониторинг почвенного покрова. Мониторинг состояния сельскохозяйственных земель. Мониторинг состояния геологической среды. Мониторинг состояния лесного фонда. Мониторинг состояния биологических ресурсов. Тема 8. Мониторинг радиационного загрязнения природной среды Источники радиационного загрязнения природной среды. Естественные и техногенные уровни радиационного фона. Радиационнодозиметрическая аппаратура. Определение гамма- и бета-излучения. Определение радионуклидного состава загрязнения. Единицы измерения. Системы радиационного мониторинга. Тема 9. Экологическое моделирование и прогнозирование Математические модели переноса вещества и прогнозирование локальной экологической обстановки. Химические и биохимические цепочки превращений. Использование программы мониторинга и его перспективы. 8 2.2. Перечень тем практических занятий Тема 1. Биомониторинг пресных вод. Тема 2. Анализ природных вод (органолептические и гидрохимические показатели, содержание химических токсикантов). Тема 3. Мониторинг атмосферного воздуха. Тема 4. Наблюдение за загрязнением снежного покрова. Тема 5. Физико-химические свойства почв. Тема 6. Медико-экологический мониторинг. 3. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИЗУЧЕНИЮ КУРСА 3.1. Методические указания по самостоятельному выполнению практических заданий При подготовке к практическим занятиям наряду с лекционным материалом рекомендуется самостоятельная проработка основной и дополнительной литературы по темам практических занятий. Для самостоятельной оценки качества усвоения тем практических занятий рекомендуется использовать контрольные вопросы, представленные ниже. Допуск к практическому занятию предусматривает знание теоретического материала. Оформление отчетов по практическим занятиям производится согласно общим требованиям СТП 1.005-2004. Система вузовской учебной документации. Общие требования к оформлению текстовой части дипломных, курсовых работ (проектов), рефератов, контрольных работ, отчетов по практикам, лабораторным работам. Структура и правила оформления. Стандарты Владивостокского государственного университета экономики и сервиса / Н.И. Попова. – Владивосток: Изд-во ВГУЭС, 2004. – 44 с. 3.2. Перечень тем самостоятельных работ студентов по курсу 1. 2. 3. 4. 5. 6. Биомониторинг пресных вод. Показатели качества воды. Индикаторная оценка качества воды. Организация мониторинга атмосферы. Мониторинг почвенного покрова. Мониторинг состояния сельскохозяйственных земель. 9 7. Мониторинг состояния геологической среды. 8. Мониторинг состояния лесного фонда. 9. Мониторинг состояния биологических ресурсов. 10. Медико-экологический мониторинг. 3.3. Состав технических средств и рекомендации по работе с ними Для самостоятельной работы по подготовке к практическим занятиям, семинарам по той или иной теме из технических средств студенту необходим компьютер с выходом в Интернет-сайты и библиотечные базы данных. 3.4. Обзор рекомендуемой литературы Одно из наиболее полноценных учебных пособий по курсу является книга Ю.А. Израэль. Экология и контроль состояния природной среды. – М.: Гидрометеоиздат, 1984. – 560 с. В книге основное внимание уделяется экологическим и геофизическим аспектам контроля состояния природной среды, анализу его антропогенных изменений. Значительная часть книги посвящена научному обоснованию наблюдений, оценки и прогноза состояния природной среды как важнейшим частям мониторинга окружающей среды. Приводится классификация мониторинга; подробно описан экологический и климатический мониторинг. Значительная часть книги посвящена анализу мировых экологических проблем, возможных изменений климата, озонного слоя и электрического состояния атмосферы, проблемы кислотных дождей и загрязнения Мирового океана. В книге излагаются основные пути решения обсуждаемых проблем биосферы, определена роль мониторинга Беспалов Г.П., Кротов Ю.А. Предельно-допустимые концентрации химических веществ в окружающей среде: Справочник. – Л.: Химия, 1985. – 643 с. В данном справочнике представлены санитарно-гигиенические нормативы всех контролируемых химических веществ в абиотических компонентах окружающей среды, применяемые для оценки состояния природных объектов. Экологическая экспертиза: Учеб. пособие / Под ред. В.М. Питулько. – М.: Издательский центр «Академия», 2004. В книге подробно изложены процедуры оценки воздействия на окружающую среду, также рассмотрены принципы экологического мониторинга, особенности функционирования системы государственного экологического мониторинга в России и за рубежом. Экологический мониторинг основных сред жизни. Методическое пособие по большому практикуму. – Владивосток: Изд-во Дальне10 вост. ун-та, 2004. Методическое пособие посвящено характеристике трех основных сред жизни – наземно-воздушной, водной и почвенной. Оно включает теоретические основы экологического мониторинга их состояния, методики выполнения практических работ по их анализу, а также контрольные вопросы для самостоятельной подготовки студентов. 3.5. Контрольные вопросы для самостоятельной оценки качества усвоения дисциплины 1. В каком году состоялась Стокгольмская конференция, что отражено в ее программе? 2. Назовите классическое определение экологического мониторинга. 3. В чем отличие экологического мониторинга от экологического контроля? 4. Назовите задачи экологического контроля. 5. Каковы основные направления деятельности мониторинга? 6. Каковы цели и задачи экологического мониторинга? 7. Охарактеризуйте (кратко): а) базовый (фоновый) мониторинг; б) глобальный мониторинг; в) региональный мониторинг; г) локальный мониторинг; д) импактный мониторинг. 8. Приведите классификацию экологического мониторинга по методам ведения и объектам наблюдения. 9. Какова структура системы мониторинга изменений природной среды (блок-схема)? 10. Какие связи в системе мониторинга являются прямыми, какие обратными? 11. Место мониторинга в системе управления состоянием природной среды. 12. Охарактеризуйте систему методов наблюдения и наземного обеспечения государственного экологического мониторинга. 13. Когда организована и на чем базируется Общегосударственная служба наблюдений и контроля состояния окружающей среды в РФ? 14. Какие федеральные министерства и ведомства осуществляют контроль за состоянием окружающей среды и источниками воздействия? 15. В чем заключаются недостатки функционирования ОГСНК (ЕГСЭМ) в РФ? 16. Как организована сеть пунктов режимных наблюдений в РФ. 17. Каковы результаты мониторинга состояния природной среды на территории РФ по данным многолетнего наблюдения (общие тенденции изменений)? 11 18. Какова роль дистанционных методов в экологическом мониторинге? Какие задачи они решают? 19. Какие панъевропейские программы экологического мониторинга поддерживаются Россией? 20. Определение приоритетов при организации систем мониторинга. 21. Дайте понятие о биоиндикаторах. 22. Приведите классификацию биоиндикаторов. 23. Какие организмы (позвоночные, беспозвоночные, растения) являются биоиндикаторами состояния водной среды? 24. Какие методы биологического тестирования применяют для оценки уровня токсического загрязнения природных вод? 25. Какие составляющие включает в себя экологический мониторинг океана. 26. Какие биологические объекты оптимальны при проведении экологического мониторинга океана? 27. В каких направлениях развивается антропогенная экология океан? 28. Дайте определение ассимиляционной емкости океана? 29. Перечислите ведущие механизмы устойчивости морских экосистем к загрязнению. 30. Каковы результаты мониторинга прибрежных экосистем Японского моря? 31. Охарактеризуйте абиотический и биотический мониторинг на суше. 32. Какие разделы включает программа фонового экологического мониторинга? 33. Охарактеризуйте тропосферу как составную часть биосферы. 34. Как организован мониторинг атмосферы? 35. Каковы источники загрязнения атмосферного воздуха? 36. Приведите критерии санитарно-гигиенической оценки состояния воздуха. 37. Как организованы посты наблюдений за загрязнением атмосферного воздуха? 38. Как организована автоматизированная система наблюдений и контроля окружающей среды? 39. Как производится отбор проб атмосферного воздуха для анализа? 40. Как производится сбор и обработка данных о загрязнении атмосферного воздуха? 41. Как осуществляется моделирование процессов рассеяния вредных веществ в атмосферном воздухе? 42. Как осуществляется прогноз загрязнения атмосферы? 43. Перечислите основные механизмы ассимиляции вредных веществ в наземных экосистемах в различных ландшафтных зонах России? 12 44. В результате каких процессов происходят разрушение или трансформация загрязняющих веществ в воздухе, в воде и в почве? 45. Перечислите основные показатели устойчивости экосистем к химическому загрязнению. 46. Каковы главные типы нарушения и загрязнения экосистем горнодобывающими предприятиями? 47. Что входит в агроэкологическую оценку земель сельскохозяйственного назначения? 48. Каковы основные последствия теплового загрязнения водного объекта? 49. В чем состоят основные проблемы водной мелиорации? 50. В чем заключаются основные проблемы организации мониторинга водных объектов, в том числе и трансграничных водных объектов? 51. Какие основные функции выполняют леса I группы? 52. Перечислите источники радиационного загрязнения природной среды. 53. Как представлена система радиационного мониторинга? 54. В чем заключается экологическое моделирование и прогнозирование? 55. Как осуществляется общественный экологический мониторинг? 4. СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 4.1. Основная литература 1. Афанасьев Ю.А., Фомин С.А. и др. Мониторинг и методы контроля окружающей среды: Учеб. пособие. – М.: Изд-во МНЭПУ, 2001. – 208 с. 2. Белоусова Е. Экологический мониторинг природной среды // Экономист, 2002 № 7. С. 81 – 87. 3. Экологический мониторинг основных сред жизни: Методическое пособие по большому практикуму. – Владивосток: Изд-во Дальневост. ун-та, 2004. – 22 с. 4. Экологическая экспертиза: Учеб. пособие / Под ред. В.М. Питулько. – М.: Издательский центр «Академия», 2004. – 480 с. 4.2. Дополнительная литература 1. Беспалов Г.П., Кротов Ю.А. Предельно-допустимые концентрации химических веществ в окружающей среде: Справочник. – Л.: Химия, 1985. – 643 с. 13 2. Добровольский В. В. Биосферные циклы тяжелых металлов и регуляторная роль почвы // Почвоведение, 1997. № 4. С. 431 – 441. (Распределение масс тяжелых металлов в биосфере). 3. Израэль Ю.А. Цыбань А.В. Антропогенная экология океана. – Л.: Гидрометиздат, 1989. – 528 с. 4. Израэль Ю.А. Экология и контроль состояния природной среды. – М.: Гидрометеоиздат, 1984. – 559 с. 5. Как организовать общественный экологический мониторинг / Под ред. М.В. Хотулевой. – М.: Волгоград-Экопресс, 1998. – 124 с. 6. Кузьмич В.Н. Нормирование допустимого воздействия на поверхностные водные объекты (правовой и нормативный аспекты) // Использование и охрана природных ресурсов России, 2003. № 11, 12. С. 52 – 65. 7. Малахов С.Г., Махонько Е.П. Выброс токсичных металлов в атмосферу и их накопление в поверхностном слое земли // Успехи химии, 1990. Т. 59, вып. 11. С. 1777–1798. 8. Малышев Ю.С., Полюшкин Ю.В. Оценка состояния экосистем – ключевое звено экологического мониторинга // География и природные ресурсы, 1988. № 1. С. 35 – 42. 9. Мур Д., Рамамурти С. Тяжелые металлы в природных водах: Контроль и оценка влияния. – М.: Мир, 1987. – 285 с. 10. Плеханова И.О, Обухов А.И. Цинк и кадмий в почвах и растениях городской среды // Цинк и кадмий в окружающей среде. – М.: Наука, 1992. С. 144 – 159. 11. Ровинский Ф.Я., Громов С.А., Бурцева Л.В., Парамонов С.Г. Тяжелые металлы: дальний перенос в атмосфере и выпадение с осадками // Метеорология и гидрология, 1994, №10, С. 5 – 14. 12. Розин В.И. Основы экологического мониторинга (инженерные задачи рационального природопользования). Таганрог: Б. и, 1988. 260 с. 13. Федорова А.И., Никольская А.Н. Практикум по экологии и охране окружающей среды: Учеб. пособие. – М.: Гуманит. изд. центр ВЛАДОС, 2003. – 288 с. 14. Хоружая Т.А. Методы оценки экологической опасности. – М.: Эксперт бюро, 1998. – 224 с. 15. Экологическая экспертиза. Обзорная информация ВИНИТИ. Вып. № 3. – М.: ЦЭП, 1999. – 100 с. 14 СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ ................................................................................................. 3 1. ОРГАНИЗАЦИОННО-МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ .................... 4 2. СОДЕРЖАНИЕ КУРСА ........................................................................ 7 3. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИЗУЧЕНИЮ КУРСА ........................................................................... 9 4. СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ............................... 13 Учебно-методическое издание ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ Учебная программа курса по специальности 013100 Экология В авторской редакции Компьютерная верстка И.И. Золотухиной Лицензия на издательскую деятельность ИД № 03816 от 22.01.2001 Подписано в печать 21.03.2005. Формат 60 84/16. Бумага типографская. Печать офсетная. Усл. печ. л. 0,93. Уч.-изд. л. 0,8. Тираж 12 экз. Заказ ________________________________________________________ Издательство Владивостокского государственного университета экономики и сервиса 690600, Владивосток, ул. Гоголя, 41 Отпечатано в типографии ВГУЭС 690600, Владивосток, ул. Державина, 57