Прикладная экология методические указания

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Самарский государственный аграрный университет»

В. В. Петряков

Прикладная экология

Методические указания для проведения лабораторных занятий

Кинель РИО СамГАУ

2019

УДК 577.4 (07)

ББК 40.08 Р

П30

Петряков, В. В.

П30 Прикладная экология : методические указания. – Кинель : РИО СамГАУ, 2019. – 30 с.

В методических указаниях кратко изложен лабораторный материал по предмету «Прикладная экология». Описаны фундаментальные понятия, проблемы и аспекты изучения основ окружающей природной среды, биологических и экологических исследований, методы определения состояния окружающей среды и её компонентов с учётом экологического нормирования, экологической экспертизы и камеральной обработки данных исследований.

Методические указания предназначены для студентов, обучающихся по направлению подготовки 06.03.01 Биология и других биологических специальностей.

©ФГБОУ ВО Самарский ГАУ, 2019

©Петряков В. В., 2019

2

Предисловие

Проблемы взаимодействия общества и природы волновали человечество с древнейших времен. Решались они достаточно трудно и, самое главное, только в пользу человечества. Жизнь в согласии с природой – один из главных принципов жизни на Земле.

Целью издания методических указаний «Прикладная экология» является формирование у обучающихся глобального, рационального, биологического мышления и целостного естественнонаучного мировоззрения о природопользовании, представлений о рациональном научно-обоснованном хозяйственном использовании природных ресурсов с учетом знаний о структуре и функционировании окружающей среды. Важнейшее значение уделяется изучению разработки комплекса мероприятий, предназначенных для ограничения отрицательного влияния человеческой деятельности на природу.

Процесс изучения дисциплины направлен на формирование общепрофессиональных компетенций (в соответствии с ФГОС ВО и требованиями к результатам освоения ОПОП ВО).

3

Занятие 1. Методы биологических и экологических исследований

Цель занятия: изучить основные биологические и экологические методы исследований в прикладной экологии.

Особенности проведения экологических экспедиций

имониторинговых исследований

Вцелях определения состояния окружающей среды, экологических систем, биоценозов организуются экологические экспедиции. Для детального изучения объектов окружающей среды определяется цель и задачи проведения экологической экспедиции.

Организация экспедиции начинается с выбора места и времени проведения экспедиции, отбора группы обучающихся по её проведению и оформлению необходимой документации.

Набор оборудования, используемого при проведении экологической экспедиции зависит от целей и задач. Данный набор состоит из гербарной папки, гербарной сетки, лопатки, планшета, компаса, рулетки, фотоаппарата, бинокля, топографической карты, карандашей, ручек, блокнотов и необходимой литературы.

Наиболее объективными результатами по изучению состояния окружающей среды и живых организмов выступают мониторинговые исследования. Мониторинг окружающей среды представляет собой систему комплексных наблюдений за состоянием окружающей среды, в том числе компонентов природной среды, естественных экологических систем, за происходящими в них процессами, явлениями, оценка и прогноз изменений состояния окружающей среды.

Системы регионального мониторинга могут объединяться в пределах одного государства в единую национальную (или государственную) сеть мониторинга, образуя, таким образом, национальный уровень) системы мониторинга.

Характеристика методов биотестирования и биоиндикации

Биотестирование – это оценка качества среды при активном вмешательстве в природные процессы, путем постановки эксперимента в природных или лабораторных условиях.

4

Негативное влияние испытываемой среды оценивается по выживаемости, плодовитости, заболеваемости, скорости роста и индивидуального развития, особенностям поведения, морфологическим изменениям тест-объектов.

Биоиндикация – это оценка качества среды по состоянию тех или иных представителей биоты, осуществляемая путем наблюдения за ними, без активного (экспериментального) вмешательства в природные процессы. Объектами таких наблюдений (биоиндикаторами) могут служить биосистемы любого уровня организации. Оценка качества среды производится по биоиндикаторным признакам, тем характеристикам наблюдаемых биосистем, которые наиболее полно и точно отражают степень их благополучности.

Особенности проведения моделирования и прогнозирования

Для изучения процессов, происходящих в экологических системах, используется как математическое, так и имитационное моделирование. В экологическом моделировании можно выделить два основных направления:

1)моделирование взаимодействия организмов друг с другом и

сокружающей средой;

2)моделирование, связанное с состоянием окружающей среды и ее охраной.

Применение моделирования даёт следующие преимущества:

- создаваемые модели помогают выделить суть или объединить и выразить с помощью нескольких параметров важные разрозненные свойства большого числа уникальных наблюдений, что облегчает биологу-экологу анализ рассматриваемого процесса или проблемы;

- модели выступают в качестве «общего языка», с помощью которого может быть описано каждое уникальное явление; относительные свойства таких явлений становятся более понятными;

Экологическое прогнозирование ‒ это предсказание возможно-

го поведения природных систем, определяемого естественными процессами и воздействием на них человеческой деятельности. Одна из главных целей прогнозирования заключается в сохранении природных ресурсов на высокопродуктивном уровне, в результате чего они могут быть использованы человечеством в течение неопределенно продолжительного времени.

5

В основе экологического прогнозирования лежит, прежде всего, поисковое прогнозирование с задачей возможно более точного предсказания будущего состояния природного явления, процессов, изучаемых в окружающей среде.

Задание 1. Изучите особенности проведения экологических экспедиций и мониторинговых исследований.

Задание 2. Раскройте характеристики методов биотестирования и биоиндикации.

Задание 3. Обозначьте особенности проведения методов моделирования и прогнозирования.

Контрольные вопросы

1.Каковы особенности проведения экологических экспедиций и мониторинговых исследований?

2.Что из себя представляют методы биотестирования и биоиндикации?

3.Каковы преимущества метода моделирования?

4.В чём смысл экологического прогнозирования?

Занятие 2. Методы определения состояния окружающей среды и её компонентов

Цель занятия: изучить количественные методы анализа состояния окружающей среды и основные определяемые ингредиенты в её компонентах.

Достоверность получаемой информации

Достоверность информации о состоянии и уровень загрязнения объектов окружающей среды (ОС) зависит от выбора методов анализа данных. Обычно для получения разнообразной и достоверной информации одного метода недостаточно.

Исследование состояния компонентов окружающей среды осуществляется с помощью количественных и качественных методов анализа. При количественном анализе определяют содержание конкретного элемента в объекте исследования. При качественных методах производят оценку состояния объектов ОС на основании наличия каких-либо негативных элементов и соединений.

6

Методы оценки компонентов окружающей среды

Основным методом определения состояния окружающей среды на количественном уровне является физико-химический метод. Для определения состояния окружающей среды отбираются пробы, которые подвергаются физико-механическим воздействиям с целью определения содержания конкретного химического элемента или группы. При этом наблюдения за составом проб производятся методами хроматографии, атомной адсорбции и масс спектрометрии.

Количественные методы оценки компонентов ОС представлены в таблице 1.

Таблица 1 Количественные методы оценки компонентов ОС

Задание 1. Изучите особенности достоверности получаемой информации и количественные методы оценки компонентов окружающей среды.

7

Контрольные вопросы

1.От чего зависит достоверность получаемой информации о состоянии и уровне загрязнения объектов окружающей среды?

2.Каковы особенности проведения физико-химического метода исследований?

3.В чём смысл количественных методов оценки компонентов ОС с определяемыми ингредиентами?

Занятие 3. Приёмы рекультивации земель

Цель занятия: изучить особенности рекультивации земель, подвергающихся процессам загрязнения.

Механические приёмы рекультивации земель

Рекультивация земель – это комплекс мероприятий, направленных на восстановление продуктивности нарушенных земель в процессе природопользования, а также на улучшение условий окружающей среды.

В рекультивации земель различают два этапа:

1.Технический ‒ подготовка земель для последующего целевого использования.

2.Биологический ‒ восстановление плодородия, осуществляемое после технического этапа и включающее комплекс агротехнических и фитомелиоративных мероприятий, направленных на возобновление исторически сложившейся совокупности флоры, фауны и микроорганизмов.

Механические приёмы рекультивации включает следующие виды работ: снятие и складирование плодородного слоя почвы, планировку поверхности, транспортирование и нанесение плодородных почв на рекультивируемую поверхность, строительство осушительной и водоподводящей сети каналов, устройство противоэрозионных сооружений.

Биологические методы рекультивации

Биологическая рекультивация ‒ комплекс мелиоративных и агротехнических мероприятий по восстановлению плодородия и хозяйственной ценности земель, осуществляемый после технической рекультивации. Биологическая активность рекультивируемо-

8

го слоя повышается с помощью микроорганизмов, вносимых с органическими удобрениями. Обычно биологический этап рекультивации длится от 4-6 до 10 лет.

Биологическая рекультивация на землях, предназначенных для использования в сельском и лесном хозяйствах, осуществляется землепользователями (совхозами, колхозами, лесхозами и пр.).

Задание 1. Изучите механические приёмы рекультивации земель.

Задание 2. Охарактеризуйте биологические приёмы рекультивации земель.

Контрольные вопросы

1.Каковы особенности проведения механической рекультивации нарушенных земель?

2.В чём заключается смысл биологической рекультивации?

Занятие 4. Нормирование качества воды

Цель занятия: изучить особенности нормирования качества воды и методы очистки воды.

Показатели качества воды

В соответствии с санитарными правилами и нормами СанПиН 2.1.4.59-96 питьевая вода должна быть безопасна в эпидемиологическом и радиационном отношении, безвредна по химическому составу и иметь благоприятные органолептические свойства.

Главное требование, предъявляемое к воде – это её качество. Качество воды выражается в её основных характеристиках, которые определяют ее пригодность для конкретных видов водопользования (питьевая, вода для культурно-бытовых целей, вода для рыбохозяйственных целей и т.п.).

Основными признаками, определяющими качество воды являются:

1) общесанитарный, при котором учитывают микробиологические и паразитологические показатели воды (число бактерий в единице объема исследуемой воды);

9

2)санитарно-токсикологический, при котором определяют безвредность химического состава;

3)органолептический, учитывают температуру, прозрачность, цвет, запах, вкус, жесткость воды.

Задание 1. На основании отобранных образцов проб воды из разных мест, провести изучение основных показателей качества воды. Результаты работы занести в таблицу 2.

Таблица 2 Показатели качества отобранных образцов проб воды

Сделать выводы по полученным показателям качества отобранных образцов проб воды.

Методы очистки воды

1.Физические методы очистки, в основу которых заложены различные физические явления, которые используются для воздействия на воду или содержащиеся в ней загрязнения. К ним относятся: процеживание, отстаивание, фильтрование (в том числе центробежное), ультрафиолетовая обработка.

2.Химические методы очистки, основаны на химическом взаимодействии определенных веществ (реагентов) с загрязнителями, в результате чего вторые либо разлагаются на неопасные компоненты.

3.Физико-химические методы очистки, совмещают в себе химическое и физическое воздействие на загрязнители воды. К ним относятся: флотация, сорбция, экстракция, ионообмен, электродиализ, обратный осмос, термические методы.

4.Биологические методы очистки, основаны на использова-

нии живых организмов. Биологическая очистка может

10