Тема 1. Биоиндикационная оценка состояния лесных

фитоценозов (2 часа)

Цель занятия: Освоить теоретические методы биоиндикационной оценки состояния окружающей среды.

Вопросы, подлежащие изучению:

1. Биоиндикация, принципы биоиндикационного подхода оценки состояния окружающей среды.

2. Требования, предъявляемые к биоиндикаторам.

3. Метод лихеноиндикации лесной среды.

1. В настоящее время, в связи с постоянно растущим воздействием на лесные экосистемы, биоиндикационные методы оценки состояния окружающей среды приобретают всё возрастающую значимость.

Для оценки экологической обстановки территории используют:

- санитарно - гигиенические нормативы для воды, почвы и воздуха. Превышение пределов допустимых нагрузок служит основанием для отрицательной оценки состояния окружающей среды.

- биологическую оценку среды обитания, основанную на анализе состояния сообществ и отдельных особей находящихся, либо помещённых в исследуемую среду. Данный подход предполагает использование биологических методов, которые являются прямыми интегральными методами оценки экологической обстановки, так как дают суммарную оценку состояния экосистемы. Такие методы иногда называют методами биодиагностики окружающей среды.

Биодиагностические методы оценки экологической обстановки в свою очередь делят на две группы – биоиндикации и биотестирования. Объектами исследования первых являются организмы или сообщества организмов – биоиндикаторов, наблюдаемые в естественных условиях обитания. Вторыми – изучается реакция организмов (тест - объектов), специально внесённых в исследуемую среду. Так, наряду с традиционными приёмами лихеноиндикации чистоты воздушной среды, существует возможность применения её трансплантационного варианта. Он состоит в том, что слоевище одного или нескольких лишайников вместе с субстратом трансплантируются в районы обследования.

Согласно определению Н.Ф. Реймерса: “ Биоиндикатор: группа особей одного вида или сообщество, по наличию, состоянию и поведению которых судят об изменениях в среде, в том числе о присутствии и концентрации загрязнителей… Сообщество индикаторное – сообщество, по скорости развития, структуре и благополучию отдельных популяций (микроорганизмов, грибов, растений и животных) которого можно судить об общем состоянии среды, включая, ее естественные и искусственные изменения”.

Факты свидетельствуют о существовании тесного влияния факторов среды на биотические процессы экосистемы (плотность популяций, динамику видовой структуры, поведенческие особенности).

Биоиндикация – это определение биологически значимых нагрузок на основе реакций на них живых организмов и их сообществ. В полной мере это относится ко всем видам антропогенных загрязнений.

Изменение гомеостаза отражает базовые изменения функционирования живых существ, и находит выражение в процессах, протекающих на разных уровнях, от молекулярного до организменного, что соответственно может быть оценено по различным параметрам с использованием различных методов. Принципиальная общность процессов гомеостаза у живых существ позволяет использовать для биоиндикации самые разные виды животных и растений.

По мнению Б.К. Нурмеева (2005) различают следующие методы биоиндикации: визуальный; морфогенетический; популяционный и экосистемный; патологоанотомический, гистологический и эмбриональный; иммунологический и генетический. Международная программа (МСБН) «Биоиндикаторы» делит их на шесть групп в соответствии с шестью биологическими дисциплинами: микробиологические, ботанические, зоологические, генетические, физиологические и гидробиологические.

Основой задачей биоиндикации является разработка методов и критериев, которые могли бы адекватно отражать уровень антропогенных воздействий и диагностировать ранние нарушения в наиболее чувствительных компонентах сообществ. Биоиндикация, как и мониторинг, осуществляется на различных уровнях организации биосферы: макромолекулы, клетки, органа, организма, популяции, биоценоза.

Различают индикаторные организмы и аккумулирующие организмы.

Индикаторные организмы – организмы, у которых могут появиться явные симптомы воздействия, свидетельствующие о присутствии в среде одного или нескольких загрязняющих веществ. Выделяют специфическую (конкретная реакция на определённый загрязнитель) и неспецифическую биоиндикацию.

Аккумулирующие организмы – это организмы, которые легко накапливают специфические компоненты загрязнения. Через некоторое время накопившиеся загрязняющие соединения можно проанализировать в пробах физико-химическими методами.

Проведенная сравнительная оценка эпифитных лишайников и мхов, позволила установить, что эпифитные лишайники, по сравнению со мхами, накапливают больше свинца, но меньше кадмия, цинка и меди. Хотя мхи являются хорошими аккумуляторами серы и тяжелых металлов, эпифитные лишайники более предпочтительны как биоиндикаторы аэротехногенного загрязнения. Накопление в них токсикантов в большинстве случаев имеет пространственную зависимость.

Аккумулятивные биоиндикаторы накапливают техногенное воздействие большей частью без быстро проявляющихся нарушений. Такое воздействие, постепенно превышающее нормальный фон, чаще происходит на уровне физиологических или биоценотических процессов.

Использование флоры как индикатора условий внешней среды выделяют в особое направление экологических исследований – фитоиндикацию. Хорошим биоиндикатором рекреационной нагрузки является состояние, видовой состав и проективное покрытие живого напочвенного покрова.

На нижний ярус фитоценоза рекреационные нагрузки влияют прежде всего (через вытаптывание), поэтому индикатором степени рекреационной дигрессии часто служит определённый видовой состав и проективное покрытие ЖНП. С усилением рекреационной нагрузки происходит смена видового состава. Постепенно уменьшается доля лесных видов, увеличивается встречаемость луговых и сорных трав, изменяется ярусная структура травостоя.

Для биоиндикации и экологического прогнозирования состояния лесных экосистем, а также для зонирования лесной территории по степени негативного воздействия часто используются и являются наиболее подходящими популяции лесных древесных пород – эдификаторов. Для оценки состояния эдификаторов применяют средневзвешенную категорию состояния и жизненное состояние древостоя. Численное выражение этих индексов и является откликом биоиндикатора на негативное воздействие.

Средневзвешенная категория состояния насаждения (Руководство по планированию…, 2007) рассчитывается:

где СКС – средневзвешенная категория состояния насаждения;

n₁ – число деревьев без признаков ослабления; n₂ – ослабленных; n₃ – сильно ослабленных; n₄ – отмирающих деревьев; n₅ – свежего сухостоя; n₄ – старого сухостоя; N – общее число деревьев на пробной площади, шт.

Придержки показателя СКС: 1…1,5 – здоровое насаждение; 1,51…2,5 – ослабленное; 2,51…3,5 – сильно ослабленное; 3,51…4,5 – усыхающее; 4,51 и более - погибшее насаждение.

Жизненное состояние древостоя (Алексеев, 1989) рассчитывается по следующей формуле:

где L_n – относительное жизненное состояние древостоя, %;

n₁ – число деревьев без признаков ослабления; n₂ – ослабленных; n₃ – сильно ослабленных; n₄ – отмирающих деревьев лесообразователя; N – общее число деревьев на пробной площади (включая сухостой), шт.

При показателе L_n 100…80% жизненное состояние древостоя оценивается как «здоровое», при 79…50% – древостой считается повреждённым (ослабленным); при 49…20% – сильно повреждённым (сильно ослабленным), при 19% и ниже – полностью разрушенным.

2. Биоиндикаторы необходимо подбирать исходя из целей и задач проводимых исследований и с учётом видов изучаемых воздействий.

Таким образом, биоиндикацию можно определить как совокупность методов и критериев, предназначенных для поиска информативных компонентов экосистем, которые удовлетворяли бы следующим требованиям:

- высокий уровень чувствительности к фактору или группе факторов;

- малая скорость восстановления индикатора после воздействия фактора;

- зависимость отклика биоиндикатора от уровня действия фактора;

- наличие визуально наблюдаемых морфологических (уровень организма) или структурных изменений (уровень сообществ);

- оперативность обнаружения изменений индикаторов;

- достаточная точность (информативность);

- не требовательность к применению сложных технических средств;

- пригодность для использования на больших территориях;

- раннее диагностирование нарушений.

К настоящему времени в экологических исследованиях определены требования к биоиндикаторам, рекомендован к использованию широкий их видовой спектр, однако объективные критерии и способы оценки сравнительной информативности присутствуют только в фитоиндикации (эвристический показатель, показатель значимости индикатора (Викторов, 1962); коэффициенты сопряжённости индикаторов и объектов индикации (Миркин, 1989); метод Хилла (Розенберг, 1978; Василевич, 1969); метод графов эколого-информационного сходства (Галанин, 1982, 1989, 1992).

Общей чертой приведённых методик является то, что они применимы для обработки данных только в своей области знаний, и в существующем виде не пригодны для оценки информативности всего комплекса биоиндикационных показателей. Нами предложен способ определения действительной информативности биоиндикаторов.

Информативность биоиндикатора — это степень точности, с которой он откликается на изучаемое воздействие (или комплекс воздействий).

Если биоиндикатор используется для определения состояния элемента экосистемы в момент обследования, то речь идёт о диагностической информативности. Если на основе результатов индикации необходимо сделать вывод о возможных будущих изменениях — о прогностической информативности. Индикатор может быть диагностически информативен, а прогностически нет, и наоборот.

Эмпирическая информативность — совокупность характеристик информативности биоиндикатора, полученная с помощью сравнительного статистического анализа. Показатель эмпирической информативности выражается количественной мерой статистической связи между величиной индицируемого воздействия и откликом биоиндикатора на него. Эмпирическая информативность выражается коэффициентом корреляции отклика биоиндикатора _b с показателем диагностируемого воздействия _v (r_bv).

Коэффициент информативности зависит от надежности биоиндикатора. Недостаточная надежность биоиндикатора приводит к снижению его действительной информативности. Действительную информативность биоиндикатора, с поправкой на его надежность, рассчитывается по формуле:

 

 

где R – действительная информативность биоиндикатора;

r_bv– эмпирическая информативность биоиндикатора;

r_nb – надёжность биоиндикатора.

Надёжностью называется один из критериев качества биоиндикатора, его устойчивость по отношению к погрешностям измерения. Биоиндикатор является надежным, если его основную часть по отношению к погрешности, составляет индицируемое (истинное) значение.

Надёжность критерия рассчитываем как отношение частной дисперсии по фактору индицируемого воздействия к суммарной дисперсии по всему комплексу факторов:

Для оценки действительной информативности биоиндикаторов применяется следующая шкала:

≤0,3 – слабая информативность;

0,31…0,7 – умеренная информативность;

≥0,71 – высокая информативность.

 

3. Для интегральной оценки качества воздуха наиболее часто используется метод лихеноиндикации (от латинского названия – Lichenes), что связано с высокой чувствительностью лишайников.

Чувствительность лишайников к аэрополлютантам связана с:

1) специфическим морфологическим строением и физиологическими свойствами (лишайники - симбиоз гриба, водорослей и цианобактерии и любое, даже незначительное, влияние может изменять баланс взаимодействия между симбионтами, что сказывается на их жизнеспособности);

2) из-за отсутствия кутикулы и устьиц лишайники поглощают аэрозоли и газы всей поверхностью таллома круглосуточно, а также периодически подвергаются дегидратации талломов, что приводит к росту концентрации загрязняющих веществ в талломах до высоких уровней;

3) водоросль Trebuxia, входящая в состав 80% видов лишайников, обладает высокой чувствительностью к повышенным концентрациям загрязнений кислой природы в атмосфере;

4) из-за низкого уровня метаболизма накопленные загрязнения остаются в организме длительное время;

5) четкой зависимостью распространения лишайников от величины рН субстрата. Поллютанты могут изменять значения рН в ту или иную строну, и эти значения могут выходить за пределы выносливости одних видов и благоприятствовать поселению на данном субстрате других.

Лишайники входят в биотический блок системы мониторинга состояния окружающей среды для наземных экосистем, разрабатываемой в Институте глобального климата и экологии Росгидромета РАН, биологическом факультете МГУ и ВНИИ природа.

Для сегодняшней эммиссионной ситуации в урбанизированных пространствах характерно высокое содержание диоксидов серы и азота, которые дают представление о загрязнении воздуха.

Было установлено, что при повышении степени загрязненности воздуха первыми исчезают кустистые, затем листоватые и последними - накипные (корковые) формы лишайников. Из компонентов загрязнения воздуха на лишайники отрицательное влияние оказывает двуокись серы. Она начинает действовать как агрессор на лишайники в концентрации 0,08-0,1 мг/м³. Концентрация в 0,5 мг/м³ губительна для всех видов лишайников, произрастающих в естественных ландшафтах. Установлена корреляция между степенью загрязнения воздуха и составом флоры лишайников. Сильно загрязнен воздух (двуокись серы более 0,3 мг/м³ - "лишайниковая пустыня"; умеренно загрязнен (0,05-0,2 мг/м³) - на стволах растут выносливые (токситолерантные) к загрязнению лишайники: рода Xanthorea - ксантория, Physcia — фисция, Anaptychia - анаптихия, Lecanora - леканора и др.; чистый воздух (двуокиси серы менее 0,05 мг/м²) - на стволах деревьев растут виды рода Parmelia - пармелия, Alectoria - алектория, Evernia divaricata, Lobaria pulmonaria и др.

Использование лишайников для оценки изменения состояния наземных экосистем в настоящее время научно обосновано и методически обеспечено.

При лихеноиндикации лишайники учитываются на каждой пробной площади на 25 деревьях средней ступени толщины преобладающей древесной породы. При изучении эпифитных лихеносинузий учитывается проективное покрытие на высоте 1,3 м и протяжённость их района поселения на стволе форофита. Определялся видовой состав. Описание лишайниковых синузий проводится раздельно по каждой стороне горизонта с использованием палетки 10×10 см. Осуществляется сбор гербария для определения видового состава.

Для получения репрезентативных данных пробные площади для проведения лихеноиндикации следует закладывать в насаждениях с близкой сомкнутостью крон, полнотой, составом и возрастом.

Методы лихеноиндикации, основанные на изучении изменения структуры лишайниковых сообществ и состава лихенобиоты под воздействием загрязнения, могут быть подразделены на следующие группы:

- анализ исторических данных, основанный на сравнении результатов нынешних наблюдений за составом видов лишайников и предшествующих наблюдений в том же месте;

- изменение структуры лишайниковых сообществ вдоль градиента источника загрязнения – фон;

- зонирование территории, основанное на определении изменений в обилии и общем числе видов под воздействием загрязнения;

- картирование распространения индикаторных видов и их характеристик;

- использование индексов для количественной оценки степени загрязнения среды, например, индексов атмосферной чистоты (IAP) или индекса полеотолерантности.

На данный момент разработано множество шкал токситолерантности эпифитных лишайников (более 12), но, как правило, все они носят региональный характер, обусловленный уникальными экологическими условиями произрастания (Hawksworth, Rose, 1970; Martin L.N., Martin J.L., 1974; Трасс, 1984; Wirth, 1992; Loppi, Giordani, Brunialti, 2001, Краснагорская, Журавлёва, Миннулина, 2004 и др.).

X. Трасс (1985) для оценки чистоты воздуха предложили использовать индекс полеотолерантности (Р), определяемый по формуле:

,

где п — число видов, а_i — степень полеотолерантности (токситолерантности) вида, с_i - проективное покрытие вида, %, С_п - общее проективное покрытие всех видов в группировке лишайников, %.

Полеотолерантность лишайников устанавливается по 10-балльной шкале токситолерантности лишайников Х. Трасса (1985), приведенной в Приложении А. Данная шкала разработана для Эстонии и является наиболее пригодной для Европейской части России. По этой шкале баллы 1…3 имеют естественные ландшафты с чистым воздухом. Баллы 4…7 - виды, переносящие среднее (умеренное) загрязнение воздуха; баллы 8…10- гемерофильные лишайники, переносящие сильное загрязнение воздуха. Умножив балл полеотолерантности каждого вида на его проективное покрытие, а затем суммируя эти данные и разделив полученную сумму на сумму показателей проективного покрытия всех видов, получаем индекс Р.

На основании показателей индекса Р легко составить соответствующие карты городов и прилегающих к ним лесных насаждений, показывая на них одним цветом или условными значками части города, в пределах которых индекс колеблется в одинаковой амплитуде. Методом лихеноиндикационного картирования можно во много раз быстрее определить изотоксические зоны, чем трудоемким и дорогостоящим аэрохимическим методом.

Материалы и оборудование: таблицы, схемы.

Литература

1. Биоиндикация: теория, методы, приложения / под ред. Г.С. Розенберга. – Тольятти: Интер – Волга, 1994. – 266 с.

2. Булохов, А.Д Фитоиндикация и её практическое применение / А.Д. Булохов. – Брянск: Издательство БГУ, 2004. – 245 с.

3. Загрязнение воздуха и жизнь растений / под. ред. М. Трешоу.- Ленинград.: Гидрометиоиздат, 1988.- 545 с.

4. Нурмеев, Б.К. Методы оценки экологической обстановки / Б.К. Нурмеев // Экологический вестник России.- 2005.- №12.- С. 48-51.

5. Здоровье среды: методика оценки / В.М. Захаров, А.С. Баранов, В.И. Борисов и др.- М.: Центр экологической политики России, 2000.- 68 с.

6. Трасс, Х.Х. Классы полеотолерантности лишайников и экологический мониторинг: Проблемы экологического мониторинга и моделирования экосистем / Х.Х. Трасс. - Л.: Гидрометеоиздат, 1984. – С.144-159.

7. Бердов, А.М. Лихеноиндикационная оценка состояния среды в зелёной зоне г. Людиново / А.М. Бердов, В.П. Шелухо, Л.М. Соболева // Экологическая безопасность региона: Сб. статей Международной научно-практической конференции 22-24 октября 2008 г. – Брянск, 2008. – С. 47-52.

8. Паничева, Д.М. Обоснование индикаторов зонирования территории по степени негативного воздействия фтористых выбросов на хвойные леса на примере зелёной зоны г. Дятьково / Д.М. Паничева, А.М. Бердов, В.П. Шелухо // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. – 2009. - №4 (54). – С. 45-49.

 

Приложение А

(справочное)

Классы полеотолерантности и типы местообитаний эпифитных лишайников (по Трассу, 1985).

Классы полеотолерантности	Типы местообитаний по степени влияния антропогенных факторов и встречаемость в них видов	Виды
	Естественные место обитания (ландшафты) без ощутимого антропогенного влияния	Lecanactis abietina, Lobaria scrobiculata, Menegzzia terebrata, Mycoblastus sanguinarius, виды родов Pannaria, Parmeliella, самые чувствительные виды рода Usnea
	Естественные (часто) и антропогенно слабо измененные местообитания (редко)	Bryoria fuscescens, Evernia divaricata, Cyalecta ulmi, Lecanora coilocarpa, Ochrolechia androgyna, Parmeliopsis aleurites, Ramalina calicaris.
	Естественные (часто) и антропогенно слабо измененные местообитания (часто)	Bryoria fuscescens, Cetraria chlorophilla, Hypogymnia tubulosa, Lecidea tenebricosa, Opegrapha pulicaris, Pertusaria pertusa, Usnea subfloridana
	Естественные (часто), слабо (часто) и умеренно (редко) измененные местообитания	Bryoria implexa, Cetraria pinastri, Graphis scripta, Lecanora leptirodes, Lobaria pulmonaria, Opegrapha diaphora, Parmelia subaurifera, Parmeliopsis ambigua, Pertusaria coccodes, Pseudevernia furfuraceae, Usnea filipendula.
	Естественные, антропогенно слабо- и умеренно измененные местообитания (с равной встречаемостью)	Caloplaca pyracea, Lecania cyrtella, Lecanora chlarotera, L. rugosa, L. Subfuscata, L. subrugosa, Lecidea glomerulosa, Parmelia exasperata, P. Olivacea, Physcia aipolia, Ramalina farinacea.
	Естественные (сравнительно редко) и антропогенно умеренно измененные (часто) место обитания	Arthonia radiata, Caloplaca aurantiaca, Evernia prunastri, Hypogymnia physodes, Lecanora allophana, L. carpinea, L chlarona, L. pallida, L. symmictera, Parmelia acetabulum, P. subargentifera, P. Exasperatula, Pertusaria discoidea, Hypocenomyce scalaris, Ramalina fraxinea, Rinodina exigua, Usnea hirta.
Продолжение приложения А
Классы полеотолерантности	Типы местообитаний по степени влияния антропогенных факторов и встречаемость в них видов	Виды
	Умеренно (часто) и сильно (редко) антропогенно измененные местообитания	Caloplaca vitellina, Candelariella vitellina, C xanthostigma, Lecanora varia, Parmelia conspurcata, P. sulcata, P. verruculifera, Pertusaria amara, Phaeophyscia nigricans, Phlyctis agelaea, Physcia ascendens, Ph stellaris, Ph. tenella, Physconia pulverulacea, Xanthoria polycarpa.
	Умеренно и сильно антропогенно измененные местообитания (с равной встречаемостью)	Caloplaca cerina, Candelaria concolor, Phlyctis argena, Physconia grisea, Ph. Enteroxantha, Ramalina pollinaria, Xanthoria candelaria.
	Сильно антропогенно измененные местообитания (часто)	Buellia punctata, Lecanora expallens, Phaeophyscia orbicularis, Xanthoria parietina.
	Очень сильно антропогенно измененные местообитания (встречаемость и жизненность видов низкие)	Lecanora conizaeoides, L. hageni, Lepraria incana, Scoliciosporum chlorococcum.

 

Тема 2. Рекультивация нарушенных земель (2 часа)

Цель занятия: ознакомление с основными мероприятиями по ре­культивации нарушенных в результате хозяйственной деятельности земель.

Вопросы, подлежащие изучению:

1.Оценить современное состояние влияния различных разработок полезных ископаемых на ландшафты, почвы.

2. Изучить особенности технической и биологической стадий рекультивации нарушенных земель

Указания к выполнению заданий

В СНГ около 2 млн.га земель, нарушенных при добыче торфа, рудных и нерудных полезных ископаемых, при складировании вскрышных и "пустых" пород. И открытые и закрытие выработки наносят природе нарушения, которые не могут быть восстановлены самой природой в короткие сроки: уничтожение плодородного слоя, изменение уровня грунтовых вод, на поверхность выносятся часто токсичные для растений и животных грунты, начинается водная и ветровая эрозия, происходит загрязнение природных ресурсов. На местах разработок большинства полезных ископаемых зачастую возникают «индустриальные пустыни».

Бесплодными земли становятся не только в результате разработок, но и от загрязнения почв химическими веществами, радионуклидами, засоления, от деятельности ветровой и водной эрозий.

 

Для вовлечения нарушенных земель в хозяйственный оборот не­обходима их рекультивация - возвращение землям утраченной про­дуктивности, оздоровление окружающей среды и создание эстетически наполненного ландшафта.

В России в сферу рекультивации вовлекается до 75% на­рушенных земель, из которых примерно треть передается под сельскохозяйственное пользование.

Требование рекультивации нарушенных земель закреплено в «Земельном кодексе», в постановлениях федеральных и местных органов власти.

Типы нарушения земель характеризуются значительным разно­образием, обусловленных многообразием способов и технологий добычи полезных ископаемых, многообразным антропогенным воздействиям на почву, разнообразием природных условий.

Существует в связи с этим много направлений рекультивации, восстановление продуктивности нарушенных земель проводится в рекреационных, санитарно-гигиенических целях, для строительства промышленного и гражданского, для сельскохозяйственного и лесохозяйственного поль­зования.

Среди направлений преобладают сельскохозяйственные и лесохозяйственные рекультивации.

Лесохозяйственная рекультивация, как наиболее распростра­ненное направление биологической рекультивации, проводится для озеленения территорий, восстановления ее биологического потенциала. Основная цель - формирование продуктивных лесонасаждений на восстанавливаемых нарушенных землях.

Лесохозяйственная рекультивация проводится обычно на местах добычи полезных ископаемых и эродированных землях, загрязненных тяжелыми металлами и радионуклидами.

Процесс рекультивации земель обычно делится на две стадии: горно-техническую и биологическую.

а) горнотехническая стадия

В процессе данной стадии нарушенные земли готовятся для по­следующей биологической рекультивации.

Основные мероприятия горно-технической стадии рекультивации:

- селективное формирование отвалов с покрытием их поверхности плодородным или нейтральным слоем;

- планирование поверхности отвалов, формирование террас;

- придание устойчивости откосам отвалов, террас;

- защита поверхности от водной и ветровой эрозии;

- ремонт нарушенных земель, их уплотнение;

- мелиорирование и химизация отвалов.

При проведении первоначальных работ нецелесообразно породы с выраженными токсичными свойствами (например, пиритсодержащие, включающие гипс и т.п.) размещать в самом нижнем подстилающем слое и на них наносить экранирующий слой глины (30-50 ем). При невозможности экранирования токсичный слой подвергается химической мелиорации (например, сульфидсодержащие породы экранируются карбонатным суглинком и внесением извести).

б) биологическая стадия

Лесная рекультивация может иметь почвозащитные, водозащитные, хозяйственные, рекреационные и другие цели.

Основные мероприятия биологической стадии рекультивации:

- нанесение биологически активного слоя и плодородного слоя почвы, снятой во время вскрышных работ;

- временное озеленение азотонакапливающими видами растений (клевер, донник, люпины, фацелия);

- внесение удобрений;

- посадка и посев древесных, кустарниковых и травянистых растений;

- постоянное проведение противоэрозионных мероприятий;

- периодическое дополнение посадок на местах с повышенным отпадом;

- полное восстановление биологического потенциала нарушенных земель.

Продолжительность биологической стадии рекультивации не менее 20-30 лет. Временное озеленение создает условия для последующего постоянного использования земель. Для озеленения используются бобовые, нетребовательные к почве растения.

Горнотехническая и биологическая стадии рекультивации могут дополняться инженерными, архитектурными и другими мероприятиями для придания особых социально-экологических характеристик. Сюда следует отнести обводнение и обустройство карьеров, создание пляжей, парков.

Специфична рекультивация торфяных выработок. После осушения необходима химическая мелиорация - внесение высоких доз извести, минеральных удобрений.

Задание: предложить мероприятия по рекультивации выработок полезных ископаемых (вид разработок и добываемых полезных иско­паемых задается преподавателем), назвать ассортимент видов растений для временного озеленения и постоянного лесохозяйственного пользования.

Форма отчетности студентов: конспект с выполненными заданиями, контрольный опрос.

Тема 3. Приборы для оценки загрязнения окружающей среды (2 часа)

Цель занятия: Усвоение предельно допустимых концентраций (ПДК) вредных веществ, ознакомление с используемыми методами и приборами контроля загрязнения атмосферы, овладение навыками работы на приборах.

Вопросы, подлежащие изучению:

1.Усвоение сведений об основных веществах, загрязняющих атмосферу, источниках их образования, характере токсичности.

2.Усвоить значения ПДК наиболее распространенных вредных веществ в воздухе и различия ПДК для человека и для растений.

3.Ознакомиться с методами контроля загрязнений.

4.Изучить устройство, принцип работы, порядок работы с приборами, основанными на различных методах регистрации химических и биологических загрязнений.

1. По мере развития промышленности, энергетики, средств транспорта антропогенное загрязнение биосферы непрерывно нарастало. Экологический кризис осложняется экспоненциальным ростом народонаселения планеты и его урбанизацией.

Атмосфера всегда содержит определенное количество примесей, поступающих от естественных и антропогенных источников. К примесям, поступающим от естественных источников, относятся: пыль, туман, дымы и газы от пожаров, газы вулканического происхождения, различные продукты растительного, животного и микробиологического происхождения и др. Уровень загрязнения атмосферы естественными источниками является фоновым и мало изменяется с течением времени.

Антропогенные загрязнения отличаются многообразием видов и многочисленностью источников. Использование практически всех химических элементов существенно сказалось на составе промвыбросов и привело к качественно новому загрязнению атмосферы, в частности, аэрозолями тяжелых и редких металлов, синтетическими соединениями, не существующими в природе, радиоактивными, канцерогенными, бактериологическими и др. веществами.

Атмосфера загрязняется твердыми частицами (пыль), кислыми компонентами, оксидами углерода, галогенами и их соединениями, ртутью и тяжелыми металлами, выхлопными газами ДВС, растворителями, пестицидами и др. Ежегодно выделяется в атмосферу более 2,5 млрд.т. вредных веществ.

В России участие отраслей в загрязнении распределяется сле­дующий образом: черная и цветная металлургия, нефтедобыча и нефтехимия, предприятия стройматериалов, химическая промышленность - 30%, автотранспорт - 40%, теплоэнергетика - 30%.

Пыль. Вклад отдельных отраслей промышленности в общий пылевыброс следующий: производство стройматериалов - 34,7%, теп­лоэнергетика --15,8%, металлургия - 14,6%, химическая промышленность - 4,6%, прочие - 0,8%. Осаждение пыли зависит от размеров частиц. Гранулометрический состав пыли является определявшим при выборе оптимального типа аппарата, для обеспыливания газов.

Действие пыли на живые организмы определяется химическим составом и содержанием пыли в воздухе. При превышении ПДК при сухом воздухе снижается интенсивность фотосинтеза, растут затраты воды на транспирацию, учащаются случаи легочных заболеваний, развивается силикоз. Действие других групп загрязнителей отражено в таблице 1.

Таблица 1- Характеристика некоторых загрязнений атмосферы

Загрязнение	Среднесуточная ПДК (ПДКср), мг/м^3	Токсичность	Основные источники выброса загрязнения
СО2	1,0	малотоксичное	Дыхание растений, теплоэнергетика, ДВС, металлургия
SO2	0,05	Понижает уровень гемоглобина, вызывает заболевания легких, коньюктивиты	Теплоэнергетика – 50,3%, автотранспорт – 20%, металлургия – 25,8%
H2S	0,008	Головная боль, боль в глазах, отравление, судороги, потеря сознания	Целлюлозо-бумажная, химическая промышленность
NO2	0,04	Наркотическое действие, отек легких, отравления, разрушение нервной системы, гемоглобина	Теплоэнергетика – 72,5%, автотранспорт – 17,5%, черная металлургия – 6,1%
Галогены	0,03 – 0,1 в зависимости от вида	Особенно токсичны туманообразные соединения с водой	Промышленность полупроводниковых изделий
Ртуть	0,0003	высокотоксичная	Горнодобывающая промышленность, металлургия, применение пестицидов
Летучие углеводороды	0,08	Токсичны, аллергенны	Автотранспорт, сжигание отходов, испарение нефтепродуктов
Полициклические ароматические углеводороды	0,1мг/100м^3	Концерогенны, токсичны, мутагенны	Автотранспорт, нефтепереработка, химическая промышленность
Свинец и его соединения	0,0003	Концерогенен, токсичен	Автотранспорт, цветная металлургия

 

Задание: назвать основные группы загрязнителей атмосферы и их токсичность, назвать источники загрязнения по предложенной пре­подавателем группе загрязнений.

В настоящее время насчитывается более 500 вредных веществ, загрязняющих атмосферу, их количество все увеличивается. Для борьбы с загрязнением воздуха на основе Закона «Об охране атмосферного воздуха» установлены стандарты качества воздуха. Основной норматив качества - предельно допустимая концентрация (ПДК) загрязнителя. ПДК - такая концентрация, которая при ежедневном воздействии на человека в течение длительного времени не вызывает в его организме каких-либо патологических изменений или заболеваний.

Наряду с ПДК устанавливается предельно допустимый выброс (ПДВ) вредного вещества из источника, обеспечивающий концентрацию загрязнения в приземном слое воздуха не выше ПДК.

Устанавлены среднесуточные и максимально-разовые ПДК.

Таблица 2- ПДК некоторых веществ в воздухе для человека, мг/м³ (список №3086-84)

Загрязнение	ПДК	Класс опасности
Максимальная разовая (при воздействии в течение 20 мин.)	Среднесуточная
Азота диоксид	0,085	0,04
Аммиак	0,20	0,04
Ацетон	0,35	0,35
БВК	-	0,001
Бензпирен	-	0,001
Бензол	1,5	0,1
Метафос	0,008	-
Дихлорэтан
Йод	-	0,03
Мышьяк	-	0,003
Нафталин	0,003	0,003
Озон	0,16	0,03
Ртуть	-	0,003
Сероводород	0,008	-

Таблица 3 – ПДК некоторых вредных для растений веществ в воздухе, мг/м³

Вид растения	SO2	NH3	Формальдегид
Тимофеевка луговая	2,5	1,0	2,5
Сирень обыкновенная	0,25	1,0	-
Барбарис обыкновенный	0,5	-	-
Можжевельник	0,05	5,0	2,0
Смородина золотистая	1,0	-	-
Клен ясенелистный	2,0	-	-

Задание: дать определение ПДК и ПДВ некоторых веществ для человека, сравнить с ПДК для растений; уяснить уровни действия загрязнений на человека.

В связи с широким интервалом концентраций загрязнений и широким спектром размеров частиц невозможно создание универсального метода измерения атмосферных загрязнений.

Анализ содержания примесей в атмосфере сводится к следующим операциям: отбор проб воздуха, подготовка пробы к анализу, анализ и обработка ре