Экологическое прогназирование: понятие, виды, методы.
ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ ПРОГНОЗИРОВАНИЕ – 1. В узком смысле специальное научное исследование конкретных перспектив изменений экосистем, окружающей среды на какой-либо территории в результате развития естественных процессов и воздействия хозяйственной деятельности человека.
2. Процесс исследования возможных путей развития природных систем или их компонентов в будущем, определяемого как естественными процессами, так и воздействием на них хозяйственной деятельности человека с использованием разнообразных методик.
Различают краткосрочное Э.п. на срок до 5 лет, среднесрочное — от 5 до 10 лет, и долгосрочное — более 10 лет. По масштабам прогнозируемых явлений Э.п. делят на глобальное (физико-географическое), региональное (в пределах нескольких стран, одного материка, океана и т.п.), национальное (в пределах государства) и локальное (для небольших территорий). Э.п. проводится с помощью специальных методик: линейной (прямолинейной, экспоненциальной или по иным заранее известным кривым изменений) экстраполяции (продления существующих тенденций во времени), модельной экстраполяции (учитывающей возможную неравномерность в развитии процессов; модель может быть натурным экспериментом), интуитивного (экспертного) предсказания (так называемый метод Дельфи, основанный на логическом моделировании, индивидуально проводимом группой экспертов, затем сближающих свои позиции на основе специальной математической обработки результатов высказываний), анализа причинно-следственной цепи или проведения аналогий (предполагается, что грядущий процесс будет аналогичен по цепи причина — следствие уже известным явлениям, происходившим в сходных условиях), первичного толчка (наблюдаемое слабое изменение рассматривается как способное перерасти в сильное, высокозначимое), качественного скачка (предсказания перехода слабого роста в сверхэкспоненциальный вариант метода экстраполяции). Указанные методы имеют сильные внутренние ограничения, которые требуют осторожного отношения к результатам Э.п. Другое существенное ограничение возможностей Э.п. состоит в том, что для суждений о будущем поведении природных систем всегда недостает информации, что связано с исключительной сложностью природных систем, включающих организмы и человека. Разрыв в объеме имеющейся и необходимой информации, как правило, превышает несколько порядков. Обычно неизвестно, как поведет себя природная система в будущем при естественном развитии и тем более при наложении на нее процессов, связанных с хозяйственной деятельностью. Например, при довольно ясном представлении о физической природе парникового эффекта (см.) и наличии данных наблюдений о повышении температуры на Земле нет метода выделения в этом повышении антропогенного или естественного сигнала. Э.п. — необходимое условие для проектирования различных природоохранных мероприятий.
Экологический мониторинг: понятие, виды, основные элементы. Посты наблюдения: стационарные, передвижные, подфакельные.
Экологический мониторинг - это совокупность организационных структур, методов, способов и приемов наблюдения за состоянием окружающей среды, происходящими в ней изменениями, их последствиями, а также за потенциально опасными для окружающей среды, здоровья людей и контролируемой территории видами деятельности, производственными и иными объектами.
Экологический мониторинг осуществляется в целях:
• наблюдения за состоянием окружающей среды, в том числе за состоянием окружающей среды в районах расположения источников антропогенного воздействия и воздействием этих источников на окружающую среду;
• оценки и прогноза изменений состояния окружающей среды под воздействием природных и антропогенных факторов;
• потребностей государства, юридических и физических лиц в достоверной информации о состоянии окружающей среды и ее изменениях, необходимой для предотвращения и (или) уменьшения неблагоприятных последствий таких изменений;
• формирования государственных информационных ресурсов о состоянии окружающей среды;
• обеспечения участия РФ в международных системах экологического мониторинга.
Существуют различные виды мониторинга, выделяемые в зависимости от масштабов системы мониторинга, - глобальный, национальный, региональный, локальный, от уровня измененности человеком окружающей среды - фоновый и импактный, от объекта мониторинга - собственно экологический, воздуха, вод, земли (почв), животного мира, опасных отходов, радиационный, социально-гигиенический.
Глобальный мониторинг осуществляется в соответствии с международными соглашениями системой станций наблюдения, расположенных в различных точках Земли, путем обмена полученных различными государствами данных в целях наблюдения за состоянием окружающей среды, происходящими в ней изменениями, в том числе изменениями климата, создания системы данных, их распространения, прогноза развития свойств окружающей среды и их влияния на человека.
Национальный экологический мониторинг осуществляется отдельными государствами в пределах своей территории. В России Единая государственная система экологического мониторинга создана в 1993 г. Ее задачами являются: наблюдение за состоянием окружающей среды, ее загрязнением, в том числе атмосферы, поверхностных вод, морской среды, почв, околоземного космического пространства, радиационной обстановки на поверхности Земли и в околоземном космическом пространстве, оценка и прогноз изменений климата, водных ресурсов, трансграничного переноса загрязняющих веществ и т. д. В системе национального экологического мониторинга выделяются радиационный, комплексный фоновый, космический, а также государственный мониторинг континентального шельфа и исключительной экономической зоны.
Региональный экологический мониторинг -система наблюдений за состоянием окружающей среды в пределах административно-территориальной обособленной единицы (субъекта РФ) или части такой единицы либо частей нескольких субъектов РФ, характеризующихся общностью природных процессов либо подвергающихся антропогенному воздействию из одних и тех же источников.
Локальный экологический мониторинг осуществляется на обособленном производственном объекте (или его части), объекте правомерного природопользования, отдельном участке территории, постоянно или временно обладающем особым правовым статусом (например, в государственном заповеднике, в зоне экологического бедствия).
Фоновый мониторинг означает наблюдение за явлениями и процессами, происходящими в окружающей среде, минимально затронутой вмешательством человека, и осуществляется станциями, расположенными в биосферных заповедниках. Из 99 существующих в РФ государственных природных заповедников 22 имеют международный статус биосферных (по соответствующим сертификатам ЮНЕСКО).
Импактный мониторинг (от англ, impakt - воздействие, влияние) -разновидность системы наблюдений за источниками антропогенного воздействия на окружающую среду в специально выделенных зонах, где осуществляется деятельность, связанная с повышенными экологическими рисками.
Социально-гигиенический мониторинг - государственная система наблюдения, анализа, оценки и прогноза состояния здоровья населения и среды обитания человека (естественной и искусственной), а также определения причинно-следственных связей между состоянием здоровья населения и воздействием факторов среды обитания. Он проводится на уровнях: федеральном, субъектов РФ, муниципальных образований для формирования федерального информационного фонда данных на основе многолетних наблюдений за состоянием здоровья населения, физическими, химическими, биологическими и социальными факторами среды обитания, природно-климатическими факторами, за структурой и качеством питания, безопасностью пищевых продуктов учреждениями санитарно-эпидемиологической службы РФ.
Мониторинг животного мира - государственная система регулярных наблюдений за распространенностью, численностью, видовым составом объектов животного мира, состоянием среды их обитания, в том числе за миграционными путями, иными факторами в целях сохранения биоразнообразия, научно обоснованного использования и охраны животного мира, предотвращения распространения эпизоотии и иных негативных последствий. Его разновидностью является отраслевой мониторинг водных биологических ресурсов, проводимый во внутренних морских водах, территориальном море, на континентальном шельфе и в исключительной экономической зоне РФ, в Каспийском и Азовском морях и т. п.
Мониторинг атмосферного воздуха -система наблюдения за качеством атмосферного воздуха, количеством и составом содержащихся в нем вредных веществ и оказываемым на него антропогенным воздействием путем выбросов со стационарных и передвижных источников. Осуществляется путем забора проб воздуха и дождевой воды постоянными и мобильными станциями Росгидромета, санэпиднадзора, других субъектов.
Мониторинг водных ресурсов - наблюдение за качеством поверхностных вод, составом находящихся в них загрязняющих веществ, составом и количеством сбрасываемых в водные объекты сточных вод, осуществляемое химическими и биологическими (по водной флоре и фауне) методами с помощью проб, отбираемых периодически (ежемесячно) или сезонно.
Мониторинг земель - система базовых, периодических и оперативных наблюдений (съемки, обследования и изыскания) за состоянием всех земель в РФ с целью выявления изменений, их оценки, прогноза и выработки рекомендаций по предупреждению и устранению последствий негативных процессов, информационного обеспечения органов управления земельными ресурсами, а также владельцев земельных участков. Он осуществляется на федеральном, региональном и локальном уровнях Министерством природных ресурсов РФ и его территориальными органами.
Радиационный мониторинг осуществляется ЕГАСКРО (Единой государственной автоматизированной системой контроля радиационной обстановки на территории РФ) для определения уровней радиоактивности сре-дообразующих элементов (вод, воздуха, почв, растительности), ионизирующего излучения, количества и состава радиоактивных осадков. Субъекты экологического мониторинга — органы исполнительной власти РФ и субъектов РФ, органы местного самоуправления, специализированные организации, уполномоченные на осуществление функций экологического мониторинга, субъекты экономической деятельности, общественные объединения.
Экологический мониторинг проводится специальной наблюдательной сетью. Это система стационарных и подвижных пунктов наблюдений, в том числе постов, станций, лабораторий, центров, бюро, обсерваторий. Значительная часть наблюдательной сети функционировала (до реформы системы федеральных органов исполнительной власти в марте 2004 г.). в рамках Федеральной службы России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, Государственной службы по санитарно-эпидемиологическому надзору Министерства здравоохранения РФ, а также Министерства сельского хозяйства РФ, Государственной инспекции по торговле, Государственной службы наблюдения за состоянием окружающей природной среды Министерства природных ресурсов, других федеральных органов исполнительной власти и их территориальных органов. Согласно Указу Президента РФ «О системе и структуре федеральных органов исполнительной власти» от 9 марта 2004 г. (СЗ РФ. 2004. №11. Ст. 945) ведение социально-гигиенического мониторинга и мониторинга качества и безопасности продуктов и продукции возлагается на Федеральную службу по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека; мониторинга водных биоресурсов - Федеральное агентство по рыболовству; экологического мониторинга - на структуры Министерства природных ресурсов РФ и т. д. Указом Президента РФ от 20 мая 2004 г. (СЗ РФ. 2004. №21. Ст. 2023) Федеральная служба по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды была вновь образована, и руководство ею возложено на Правительство РФ. Кроме того, субъектами РФ, органами местного самоуправления создаются соответствующие посты, станции и иные элементы наблюдательной сети для ведения регионального или локального мониторинга.
Объекты экологического мониторинга — это окружающая среда в целом и отдельные ее элементы; негативные изменения качества окружающей среды, способные оказать отрицательное влияние на здоровье и имущество людей, безопасность территорий; виды деятельности, оцениваемые законодательством как представляющие потенциальную угрозу для окружающей среды, здоровья людей и экологической безопасности территорий; оборудование, технологии, производственные и иные технические объекты, существование, использование, преобразование и уничтожение которых представляет опасность для окружающей среды и здоровья людей; чрезвычайные и иные внезапно возникшие физические, химические, биологические и иные обстоятельства (аварии, инциденты, иные нештатные ситуации), способные оказать негативное воздействие на окружающую среду и здоровье людей; обладающие особым правовым статусом территории и объекты (например, заповедные).
Законодательством могут быть установлены порядок регистрации объектов экологического мониторинга, ведение единого Реестра таковых, ограничения на доступ к экологической информации и другие правила, регулирующие организацию и осуществление мониторинга.
Посты наблюдений за атмосферным воздухом
Наблюдения за уровнем загрязнения атмосферы производят на особых постах. Постом наблюденияименуется место, на котором располагают специально оборудованный павильон либо автомобиль. Есть посты наблюдений 3-х видов: стационарные, маршрутные и передвижные.
Стационарный пост употребляется для неизменного наблюдения за концентрацией загрязняющих веществ (ЗВ) либо для неизменного отбора проб воздуха с их следующим анализом в специальной лаборатории. Стационарные посты оборудованы павильонами, которые устанавливают в заблаговременно избранных местах. Они употребляются для длительного наблюдения за содержание главных ЗВ в атмосфере. Число стационарных постов определяется численностью населения городка, его площадью, рельефом местности, развитостью индустрии и расположением зон отдыха. Зависимо от численности населения, устанавливается: Один пост – до 50 тыс. обитателей; Два поста – 50–100 тыс.; 2–3 поста – 100–200 тыс.; 3–5 постов – 200–500 тыс.; 5–10 постов – более 500 тыс.; 10–20 постов – более Один млн. обитателей.
Маршрутный пост организуется для постоянного сбора проб, когда нецелесообразно устанавливать стационарный пост. Он устанавливается, когда необходимо детально изучить состояние воздуха в отдельных районах, к примеру в новостройках. Наблюдения на маршрутных постах осуществляются при помощи передвижной лаборатории, которая имеет все нужное оборудование и приборы. Маршрутные посты также устанавливают в заблаговременно избранных местах. Одна машина за рабочий денек может произвести замеры в 4-5 точках. Порядок объезда передвижной лаборатории маршрутных постов должен быть всегда одним и этим же, чтоб получать достоверную информацию о концентрации ЗВ с одних и тех же постов в одно и то же время.
Передвижной (подфакельный) пост размещается под дымовым либо газовым факелом предприятия, чтоб держать под контролем зону его воздействия как источника промышленных выбросов. Работа на подфакельных постах также производится при помощи специально оборудованных передвижных лабораторий. Передвижные посты – это точки, расположенные на определенных расстояниях от источника загрязнения в направлении факела выбросов. При подфакельных наблюдениях места сбора проб определяется таким макаром, чтоб учитывать наибольшее загрязнение на расстояниях 0,5; 1; 2; 3,..., 10 км от источника загрязнения и границы санитарно-защитной зоны.
Как осуществляется отбор проб воздуха
Отбор проб воздуха делается способом аспирации, т.е. определенный объем воздуха прокачивается через какой-нибудь поглотительный прибор, заполненный жестким либо водянистым сорбентом, или через аэрозольный фильтр, который задерживает взвешенные в воздухе частички ЗВ.
Таким макаром примесь из огромного объема воздуха оказывается сконцентрированной в маленьком объеме сорбента либо на фильтре. Обычно, отбор проб воздуха и измерение концентрации разных вредных примесей делается на высоте от 1,5 до 3,5 метров от земли.
Стационарные посты оборудованы всеохватывающими лабораториями типа «Пост-1» и «Пост-2». К примеру, лаборатория «Пост-1» содержит в себе разные автоматические газоанализаторы, системы для сбора проб воздуха, приборы для проведения метеорологических наблюдений, систему энергоснабжения и освещения.
Лаборатория «Пост-2» употребляются для я тех же целей, что и «Пост-1», но имеет дополнительное аналитическое оборудование и автоматический метеорологический комплекс устройств.
На маршрутных и подфакельных постах для анализа свойства воздуха употребляется передвижная автолаборатория «Атмосфера II», оборудованная электроаспираторами и воздухопоглотителями.
Какие есть программки наблюдений?
На всех постах неизменное слежение за качеством воздуха осуществляется по одной из 4 программ: полной, неполной, сокращенной и дневной.
Полная программка наблюдений служит для того, чтоб иметь информацию о разовых и среднесуточных концентрациях ЗВ. Наблюдения ведутся раз в день с применением автоматических устройств регистрации либо Четыре раза в день через равные промежутки времени, в данном случае пробы отбираются в 1, 7, Тринадцать и Девятнадцать часов по местному времени. При выполнении неполной программки отбор проб проводится в 7, Тринадцать и Девятнадцать часов местного времени для того, чтоб получить информацию о разовом содержании ЗВ в воздухе.
По сокращенной программке с той же целью пробы собираются два раза в денек в Семь и Тринадцать часов. Программка дневного отбора проб создана для того, чтоб получить данные о среднесуточной концентрации. Наблюдения по этой программке производятся круглые сутки. Это не дает способности получить разовые значения концентрации ЗВ.
Но все четыре типа программ позволяют получить среднемесячные и среднегодовые значения.
Биоиндикация как метод экологического мониторинга состояния окружающей среды. Особенности и область применения.
Понятие «экологический мониторинг» определяется следующим образом:
-система наблюдений, оценки и прогноза любых изменений в биоте, вызванных факторами антропогенного происхождения;
-слежение за биологическими объектами и мониторинг с помощью биоиндикаторов.
-определение состояния живых систем на всех уровнях организации и отклика их на загрязнение среды.
Биоиндикация – обнаружение и определения экологически значимых природных и антропогенных нагрузок на основе реакций на них живых организмов непосредственно в среде их обитания. Биологические индикаторы обладают признаками, свойственными системе или поцессу, на основании которых производится качественная или количественная оценка тенденций изменений, определение или оценочная классификация состояния экологических систем, процессов и явлений. В настоящее время можно считать общепринятым, основным индикатором устойчивого развития в конечном итоге является качество среды обитания.
В соответствии с этим, организмы или сообщества организмов, жизненные функции которых так тесно связаны с определенными факторами среды, что могут применяться для их оценки, называют биоиндикаторами. При биоиндикации изменения биологической системы всегда зависят как от антропогенных, так и от природных факторов среды. Эта система реагирует на воздействие среды в целом в соответствии со своей предрасположенностью, то есть такими внутренними факторами, как условия питания, возраст, генетически контролируемая устойчивость и уже присутствующими нарушениями.
Существуют различные формы биоиндикации. Если две одинаковые реакции вызываются различными антропогенными факторами, то говорят о неспецифической биоиндикации. Если же те или иные происходящие изменения можно связать только с одним фактором, то речь идет о специфической биоиндикации. Если биоиндикатор реагирует значительным отклонением жизненных проявлений от нормы, то он является чувствительным биоиндикатором. Аккумулятивные биоиндикаторы, напротив, накапливают антропогенное воздействие большей частью без быстро проявляющихся нарушений. Для биоиндикаций пригодны в основном два метода – пассивный и активный мониторинг. В первом случае у свободно живущих организмов исследуются видимые или незаметные повреждения или отклонения от нормы, являющиеся признаками стрессового воздействия. При активном мониторинге пытаются обнаружить те же самые воздействия на тест – организмах, находящихся в стандартизированных условиях на исследуемой территории.
Заслуживает внимание индикаторная роль растений. Наблюдая за растениями, человек еще в глубокой древности усваивал ориентиры в пространстве и времени – растения, верно, служили ему вместо компаса. Некоторые растения довольно точно показывали человеку время суток. Другие растения выполняли функцию барометра и гигрометра, являлись индикаторами пресных и соленых вод. В настоящее время растения – индикаторы используют в своих исследованиях и практической деятельности геологии, гидрологии, почвоведы, климатические экологи, лесоводы, археологи и др.Например с помощью растений удается обнаружить кимберлитовые трубки, скрывающие алмазы. Растения могут служить индикаторами плодородия почв. Растения резко реагируют на изменения внешних условий. Отрицательные воздействия выхлопных газов автомобилей на некоторых растениях настолько отчетливо, что их с успехом можно использовать для обнаружения опасной для людей концентрации этих газов. Засыхания концов листьев, изменение окраски, появления белых пятен на листовых пластинках, замедление роста растений свидетельствует на присутствие в окружающей среде опаснейших загрязнителей.
Классификация биоиндикаторных показателей.
К числу наиболее распространенных методов оценки состояния ОС по различным параметрам индикаторных видов, а также по структуре и строению растительных сообществ относятся:
- анализ химического состава растений как неотъемлемая часть биогеохимического метода для оценки взаимосвязи химического состава живой и неживой природы, трансформации хим. элементов по звеньям пищевой цепи и др.;
- морфологический метод – изучения внешнего облика растений и его изменение под действием внешних факторов;
- флористический метод – исследование особенностей видового состава, индикаторных видов, характера распространения и динамики ареала, популяционный анализ и др.;
- спектрофотометрический – состоящий из ряда методик изучения состава, вертикальной и горизонтальной структуры и строения растительных сообществ: анализ видового разнообразия, экобиоморфного состава, анализ продуктивности, анализ жизненного состояния ярусов и др.;
- лихеноиндикация – изучение и анализ лишайникового покрова растительных сообществ;
- бриоиндикация – изучение и анализ мохового покрова;
- дендроидикация – изучение и анализ древесной растительности.
Биологические методы оценки.
Оценка степени загрязнения может быть проведена с использованием физико-химических и биологических методов. Биологические методы оценки - это характеристика состояния экосистемы по растительному и животному населению.
Любая экосистема, находясь в равновесии с факторами внешней среды, имеет сложную систему подвижных биологических связей, которые нарушаются под воздействием антропогенных факторов. Прежде всего, влияние антропогенных факторов, и в частности, загрязнения отражается на видовом составе сообществ и соотношении численности слагающих их видов. Биологический метод оценки состояния системы позволяет решить задачи, разрешение которых с помощью физических и химических методов невозможно. Рекогносцировочная оценка степени загрязнения по составу бионтов позволяет быстро установить его санитарное состояние, определить степень и характер загрязнения и пути его распространения в экосистеме, а также дать количественную характеристику протекания процессов естественного самоочищения.
Подчеркивая всю важность биоиндикационных методов исследования, необходимо отметить, что биоиндикация предусматривает выявление уже состоявшегося или происходящего загрязнения окружающей среды по функциональным характеристикам особей и экологическим характеристикам сообществ организмов. Постепенные же изменения видового состава формируются в результате длительного отравления водоема, и явными они становятся в случае в случае далеко идущих изменений.
Растения в качестве биоиндикаторов.
С помощью растений можно проводить биоиндикацию всех природных сред. Индикаторные растения используются при оценке механического и кислотного состава почв, их плодородия, увлажнения и засоления, степени минерализации грунтовых вод и степени загрязнения атмосферного воздуха газообразными соединениями, а также при выявлении трофических свойств водоемов и степени их загрязнения поллютантами. Например, на содержание в почве свинца указывают виды овсяницы (Festuca ovina и др.), полевицы (Agrostis tenuis и др.); цинка — виды фиалки (Viola tricolor и др.), ярутки (Tlaspi alpestre и др.); меди и кобальта — смолевки (Silene vulgaris и др.), многие злаки и мхи.
Чувствительные фитоиндикаторы указывают на присутствие загрязняющего вещества в воздухе или почве ранними морфологическими реакциями — изменением окраски листьев (появление хлорозов; желтая, бурая или бронзовая окраска), различной формы некрозами, преждевременным увяданием и опаданием листвы. У многолетних растений загрязняющие вещества вызывают изменение размеров, формы, количества органов, направления роста побегов или изменение плодовитости. Подобные реакции обычно неспецифичны. Некоторые естественные факторы могут вызывать симтомы, сходные с антропогенными нарушениями. Например хлороз листьев может быть вызван недостатком железа в почве или ранним заморозком. Индикаторы другого типа представляют собой растения – аккумуляторы. Они накапливают в своих тканях загрязняющее вещество или вредные продукты метоболизма, образуемые под действием загрязняющих веществ без видимых изменений.
Б. В. Виноградов классифицировал индикаторные признаки растений как флористические, физиологические, морфологические к фитоценотические. Флористическими признаками являются различия состава растительности изучаемых участков, сформировавшиеся вследствие определенных экологических условий. Индикаторное значение имеет как присутствие, так и отсутствие вида. К физиологическим признакам относятся особенности обмена веществ растений, к анатомо-морфологическим признакам — особенности внутреннего и внешнего строения, различного рода аномалии развития и новообразования, к фитоценотическим при знакам – особенности структуры растительного покрова: обилие и рассеянность видов растений, ярусность, мозаичность, степень сомкнутости.
Очень часто в целях биоиндикации используются различные аномалии роста и развития растения — отклонения от общих закономерностей. Ученые систематизировали их в три основные группы, связанные:
1 с торможением или стимулированием нормального роста (карликовость и гигантизм);
2 с деформациями стеблей, листьев, корней, плодов, цветков и соцветий;
3 с возникновением новообразований (к этой группе аномалий роста относятся также опухоли). Гигантизм и карликовость многие исследователи считают уродствами. Например, избыток в почве меди вдвое уменьшает размеры калифорнийского мака, а избыток свинца приводит к карликовости смолевки.
В целях биоиндикации представляют интерес следующие де формации растений:
· фасциация — лентовидное уплощение и сращение стеблей, корней и цветоносов;
· махровость цветков, в которых тычинки превращаются в лепестки;
· пролификация — прорастание цветков и соцветий;
· асцидия — воронковидные, чашевидные и трубчатые листья у растений с пластинчатыми листьями;
· редукция — обратное развитие органов растений, вырождение;
· нитевидность — нитчатая форма листовой пластинки;
· филлодий тычинок — превращение их в плоское листовидное образование.
Животные в качестве биоиндикаторов.
Позвоночные животные также служат хорошими индикатора ми состояния среды благодаря следующим особенностям:
· являясь консументами, они находятся на разных трофических уровнях экосистем и аккумулируют через пищевые цепи загрязняющие вещества;
· обладают активным обменом веществ, что способствует быстрому проявлению воздействия негативных факторов среды на организм;
· имеют хорошо дифференцированные ткани и органы, которые обладают разной способностью к накоплению токсических веществ и неоднозначностью физиологического отклика, что позволяет исследователю иметь широкий набор тестов на уровне тканей, органов и функций;
· сложные приспособления животных к условиям среды и чет кие поведенческие реакции наиболее чувствительны к антропогенным изменениям, что дает возможность непосредственно наблюдать и анализировать быстрые отклики на оказываемое воз действие;
· животных с коротким циклом развития и многочисленным потомством можно использовать для проведения ряда длительных наблюдений и прослеживать воздействие фактора на последующие поколения; для долгоживущих животных можно выбрать особо чувствительные тесты в соответствии с особо уязвимыми этапами онтогенеза.
Основное преимущество использования позвоночных животных в качестве биоиндикаторов заключается в их физиологической близости к человеку. Основные недостатки связаны со сложностью их обнаружения в природе, поимки, определения вида, а также с длительностью морфо-анатомических наблюдений. Кроме того, эксперименты с животными зачастую дороги, требуют многократной повторяемости для получения статистически достоверных выводов.
Оценка и прогнозирование состояния природной среды с привлечением позвоночных животных проводятся на всех уровнях их организации. На организменном уровне с помощью сравнительного анализа оцениваются морфо-анатомические, поведенческие и физиолого-биохимические показатели.
Морфо-анатомические показатели описывают особенности внешнего и внутреннего строений животных и их изменение под воздействием определенных факторов (депигментация, изменение покровов, структуры тканей и расположения органов, возникновение уродств, опухолей и других патологических проявлений).
Поведенческие и физиолого-биохимические параметры особенно чувствительны к изменению внешней среды. Токсиканты, проникая в кости или кровь позвоночных животных, сразу же воз действуют на функции, обеспечивающие жизнедеятельность. Даже при узкоспецифичном влиянии токсиканта на определенную функцию ее сдвиги отражаются на состоянии всего организма вследствие взаимосвязанности процессов жизнедеятельности. Достаточно отчетливо присутствие токсикантов проявляется в нарушении ритма дыхания, сердечных сокращений, скорости пище варения, ритмике выделений, продолжительности циклов размножения.
Микроорганизмы в качестве биоиндикаторов.
Микроорганизмы – наиболее быстро реагирующие на изменение ОС биоиндикаторы. Их развитие и активность находятся в прямой связи с составом органических и неорганических веществ в среде, так как микроорганизмы способны разрушать соединения естественного и антропогенного происхождений. На этом основаны принципы биоиндикации с использованием микроорганизмов.
Симбиологические методы в биоиндикации
Симбиоз широко распространен в природе, а симбиотические ассоциации часто играют ключевую роль в поддержании нормального функционирования наземных, пресноводных и морских эко систем. Симбиоз грибов и азотфиксирующих бактерий с высшими растениями и водорослей с грибами обеспечил процветание этих ассоциаций в наземной среде. Лишайники, симбиотическая ассоциация водорослей и грибов, очень чувствительны к качеству среды и уже давно используются как традиционные биомаркеры состояния атмосферного воздуха. Мадрепоровые кораллы (скле-рактинии) — симбиоз одноклеточных водорослей зооксантелл с кишечнополостными животными, определяющий важную ландшафтообразующую роль этой ассоциации в тропических морях. Все более значительной признается роль симбиотических микроорганизмов в трофике практически всех видов организмов. Прямо или косвенно регулируя численность своих хозяев, симбионты оказывают существенное влияние на их динамику численности и структуру популяции. Биоразнообразие симбионтов (паразитов, комменсалов, мутуалистов), как правило, значительно превышает разнообразие их хозяев. Так, на Большом Барьерном рифе (коралловая постройка) водится около 2 000 видов рыб, а их паразитофауна представлена более чем 20 000 видов; три вида австралийских промысловых креветок в качестве симбионтов имеют 38 видов организмов из разных систематических групп.
Многие симбионты чувствительны к изменениям внешней среды, в частности симбионты водных организмов — к загрязнению и опреснению, а симбионты наземных организмов — к радионуклидам. При оценке разнообразия фауны симбионтов широко используют статистические методы. Учет симбиотических, в том числе и паразитических, организмов, а также исследование состояния симбиотических ассоциаций позволяют более точно оценить биоразнообразие и характер динамических процессов в экосистемах и могут быть рекомендованы в качестве важных элементов экодиагностических исследований.
Области применения
Оценка качества воздуха
От загрязнения воздуха страдают все живые организмы, но особенно растения. По этой причине растения, в том числе низшие, наиболее пригодны для обнаружения начального изменения состава воздуха. Соответствующие индексы дают количественное представление о токсичном эффекте загрязняющих воздух веществ.
Лишайники являются симбиотическими организмами. Многими исследователями показана их пригодность для целей биоиндикации. Они обладают весьма специфическими свойствами, так как реагируют на изменение состава атмосферы, обладают отличной от других организмов биохимией, широко распространены по разным типам субстратов, начиная со скал и кончая корой и листьями деревьев, удобны для экспозиции в загрязненных районах.
Выделяют четыре основные экологические группы лишайников: эпифитные — растущие на коре деревьев и кустарников; зпиксильные — растущие на обнаженной древесине; эпигейные — на почве; эпилитные — на камнях. Из них наиболее чувствительны к загрязнению воздуха эпифитные виды. С помощью лишайников можно получать вполне достоверные данные об уровне загрязнения воздуха. При этом можно выделить группу химических соединений и элементов, к действию которых лишайники обладают сверхповышенной чувствительностью: оксиды серы и азота, фторо- и хлороводород, а также тяжелые металлы. Многие лишайники погибают при невысоких уровнях загрязнения атмосферы эти ми веществами. Процедура определения качества воздуха с помощью лишайников носит название лихеноиндикации. Оценку чистоты воздуха можно проводить с помощью высших растений. Например, голосеменные — отличные индикаторы чистоты атмосферы. Возможно также изучение мутаций в волосках тычиночных нитей традесканции. Французские ученые подмети ли, что при увеличении в воздухе окиси углерода и окислов азота, выбрасываемых двигателями внутреннего сгорания, окраска ее тычиночных нитей меняется от синей к розовой. По следствия нарушений в индивидуальном развитии растений могут быть выявлены также по частоте встречаемости морфологических отклонений (фенодевиантов), величине показателей флуктуирующей асимметрии (отклонение от совершенной билатеральной и радиальной симметрии), методом анализа сложноорганизованных комплексных структур (фрактал-анализ). Уровни любых отклонений от нормы оказываются минимальными лишь при оптимальных условиях и возрастают при любых стрессирующих воз действиях.
Оценка качества воды
Для биологической индикации качества вод могут быть использованы практически все группы организмов, населяющие водоемы: планктонные и бентосные беспозвоночные, простейшие, водоросли, макрофиты, бактерии и рыбы. Каждая из них, выступая в роли биологического индикатора, имеет свои преимущества и недостатки, которые определяют границы ее использования при решении задач биоиндикации, так как все эти группы играют ведущую роль в общем круговороте веществ в водоеме. Организмы, которые обычно используют в качестве биоиндикаторов, ответственны за самоочищение водоема, участвуют в создании первичной продукции, осуществляют трансформацию веществ и энергии в водных экосистемах. Всякое заключение по результатам биологического исследования строится на основании совокупности всех полученных данных, а не на основании единичных находок индикаторных организмов. Как при выполнении исследования, так и при оценке полученных результатов необходимо иметь в виду возможность случайных, местных загрязнений в точке наблюдения. Например, разлагающиеся растительные остатки, труп лягушки или рыбы могут вызывать местные изменения в характере населения водоема.
Диагностика почв
Теоретической предпосылкой применения почвенно-зоологического метода для целей диагностики почв является сформулированное М.С.Гиляровым в 1949 г. представление об «экологическом стандарте» вида — потребности вида в определенном комплексе условий среды. Каждый вид в пределах своего ареала встречается только в тех местообитаниях, которые обеспечивают полный комплекс необходимых для проявления жизнедеятельности условий. Амплитуда варьирования отдельных факторов среды характеризует экологическую пластичность вида. Эврибионты мало пригодны для индикационных целей, тогда как стенобионты служат хорошими индикаторами определенных условий среды и свойств субстрата. Это положение представляет собой общий теоретический принцип в биологической диагностике. Однако использование для индикации одного вида не дает полной уверенности в правильности выводов (здесь имеет место «правило смены местообитаний» и как следствие смена экологических характеристик вида). Лучше исследовать весь комплекс организмов, из которых одни могут быть индикаторами на влажность, другие — на температуру, третьи — на химический или механический со став. Чем больше общих видов почвенных животных встречается на сравниваемых участках, тем с большей долей вероятности можно судить о сходстве их режимов, а следовательно, о единстве почвообразовательного процесса. Менее других полезны микроскопические формы — простейшие и микроартроподы (клещи, ногохвостки). Их представители отличаются космополитизмом в силу того, что почва для них не выступает как единая среда обитания: они живут в системе пор, капилляров, полостей, которые можно найти в любой почве. Из микроартропод наиболее хорошо изучены индикаторные свойства панцирных клещей. Состав их комплексов сообществ зависит не только от почвенных условий, но и от характера и флористического состава растительности, поэтому данный объект перспективно использовать для индикации повреждающих воздействий на почву.
Экологические показатели эффективности производства и их нормирование.
Экологические критерии производства широко используются в промышленности для оценки состояния окружающей среды и совершенства технологических процессов.
Различают экологические показатели, определяемые опытным путем, и показатели, которые получают расчетом.
- К первой группе показателей относятся ПДК (предельно допустимая концентрация) и ОБУВ (ориентировочно безопасные уровни воздействия). После разработки и утверждения этих показателей они приобретают законодательную силу и обязательны к применению на всей территории Российской Федерации. В некоторых случаях эти величины могут быть скорректированы (например, в регионах с аномальными природными условиями). Но в любом случае изменения закрепляют в законодательных документах с четким ограничением границ ареала.
- К расчетным экологическим критериям относят ПДВ (предельно допустимый выброс) и ПДС (предельно допустимый сброс). Эти критерии учитывают многочисленные факторы, действующие на ограниченной территории региона или предприятия, такие как природные условия, климат, географическое положение, насыщенность региона промышленными предприятиями. Они рассчитываются местными экологическими службами, имеют ограниченную область применения и могут многократно изменяться.
Основными критериями оценки состояния природной среды (атмосферного воздуха, водоемов) являются стандартные нормативные показатели: ПДК химических веществ и ОБУВ.
Применительно к водным объектам понятие ПДК трактуется как «концентрация вещества в воде, выше которой вода не пригодна для одного или нескольких видов водопользования» (ГОСТ 17403-72 «Гидрохимия. Основные понятия. Термины и определения») или «совокупность допустимых значений показателей состава и свойств воды, в пределах которых надежно обеспечиваются благоприятные условия водопользования и экологическое благополучие водного объекта» («Правила охраны поверхностных вод от загрязнений», 1991).
Ориентировочно безопасный уровень воздействия вещества представляет собой временный норматив, действующий до двух лет. Установление ОБУВ необходимо для решения вопросов о допустимости закупки вещества за рубежом, организации его производства в стране, использования того или иного препарата в экономике.
Многочисленными исследованиями установлено, что непрерывное воздействие экотоксикантов более вредно для организма человека, чем кратковременное, поэтому для воздушной среды принимают несколько значений ПДК:
• ПДКмр — максимальная разовая предельно допустимая концентрация вещества в воздухе населенных пунктов;
• ПДКр — предельно допустимая концентрация в рабочих зонах производственных помещений, при этом исходят из того, что в цехах работают здоровые люди в течение 7 — 8 ч в сутки на протяжении 5 — 6 дней в неделю;
• ПДКсс — среднесуточная предельно допустимая концентрация в воздухе населенных пунктов. Она устанавливается из учета непрерывного воздействия вещества на все население, включая стариков и детей.
Значение ПДКр, определяют в пробах воздуха, отобранного в м чение 20 мин (ПДКрз > ПДК^).
При наличии в атмосфере нескольких вредных веществ их концентрации в сумме не должны быть больше 1: С./ПДК, + С2/ПДК2+ С3/ПДК3 + … С„/ПДК„ <1, (3.10) I кг С,, С2,…, С„ — концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе, мг/м3; ПДК1; ПДК2,…, ПДКИ — соответствующие знаачения ПДК. Подобное положение справедливо для веществ однонаправленного действия. К таким веществам относятся химические соединения, близкие по химическому строению и характеру биологического воздействия на живой организм. Одновременно при изучении токсикологического воздействия смеси веществ отмечают такие явления, как аддитивность, синергизм и антогонизм. Аддитивность указывает, что токсикологическое действие какого-либо вещества в смеси пропорционально его концентрации. Синергизм отвечает состоянию суммирования токсикологических свойств отдельных представителей. В этом случае токсическое воздействие смеси усиливается по отношению к индивидуальным ществам. Антагонизм наблюдается в случае, когда присутствие одного или нескольких компонентов смеси снижает токсичную активность другого компонента. В настоящее время введены нормативы на ряд сочетаний вредных иеществ, которые обладают суммирующим действием, например: озон + оксид азота(1У); оксид серы(1У) + оксид азота(1У); оксид серы(1У) + аэрозоль серной кислоты; оксид серы(1У) + фторид водорода; оксид серы(1У) + сероводород; оксид серы(1У) + оксид серы(У1) + аммиак + оксиды азота; оксид серы(1У) + фенол. Из этих сочетаний наибольшее значение для энергетики и химической промышленности имеет вторая композиция, поскольку при горении топлива всегда совместно выделяются оксиды серы и азота.
Одновременное присутствие на химических предприятиях цехов по производству серной и азотной кислот также приводит к совместному выделению этих веществ в атмосферу. В то же время известно, что суммарное присутствие в атмосфере ряда веществ приводит к образованию менее токсичных соединений. Например, сероводород снижает в воздухе токсичность озона и сам при этом переходит в менее токсичное вещество. Бенз(а)пирен под воздействием солнечного света за 2 сут разрушается на 24 %. Процесс его разрушения ускоряется в присутствии кислорода. В соответствии с Международным стандартом ИСО 4226 для оценки количества загрязняющих веществ в атмосфере и водных объектах в качестве критерия используют их массовую концентрацию, выраженную в мг/л или в мкг/м3. Экологические нормы устанавливают пределы допустимых изменений выбранных абиотических и биотических параметров среды. Для этих целей используют химические показатели допустимого содержания в окружающей среде отдельных природных и антропогенных веществ. Наборы таких регламентов (ПДК, стандарты качества и др.) включают обычно десятки и сотни различных веществ.
Методология данного нормирования отличается в разных странах, но содержит такие экспериментальные процедуры, как изучение хронического действия токсикантов на организмы, оценку биоаккумуляции и устойчивости в среде, выявление мутагенных свойств и других эффектов, которые позволяют судить о «допустимых» пределах содержания вещества в окружающей среде. Эти же оценки используются для расчетов ПДС загрязняющих веществ с учетом ассимилирующей способности экосистем воспринимать внесенный материал без нарушения их структуры и функций. В нашей стране использование экологических показателей установлено законодательно. Технологические нормы служат для регламентации состава, свойств и объема отходов перед их сбросом в окружающую среду. Эту группу нормативов называют иногда «стандартами для конца трубы». При обосновании технологических норм обычно исходят из принципа использования наилучших из имеющихся в данное время технологий производства основного продукта. По мере совершенствования техники и технологий нормы пересматривают и, как правило, ужесточают. Основное преимущество технологических норм — относительная простота их определения и возможность оперативного использования для контроля при сбросе отходов, поэтому они доминируют в современной мировой практике работы обращения с отходами. Экспериментальное установление ПДК представляет собой многоплановое комплексное химико-биологическое (токсикологическое, гидрохимическое и др.) исследование, учитывающее влияние вещества на все объекты жизнедеятельности живых организмов. Определение максимально допустимых концентраций для водных объектов, имеющих рыбохозяйственное значение, проводится на стандартных тестобъектах всех трофических уровней по схеме «от бактерий до рыб». Определяется воздействие вещества: на органолептические показатели воды (запах, цвет, прозрачность, мутность, появление осадка и взвешенных веществ, опаюсценция); гидрохимические показатели воды (рН, содержание 02, NH4, N02, NO3, биологическое потребление кислорода за 5 сут (БПК5); изменение численности сапрофитовой микрофлоры; изменение численности простейших организмов (инфузорий); изменение численности фитопланктона (тест-объект — одноклеточные зеленые водоросли Scenedesmus quadricauda (Turh); выживаемость и размножение зоопланктона (тест-объекты — дафния Daphnia magna Staus); показатели жизнедеятельности бентоносных организмов (тест-объекты — хирономиды Chironomus phumosus); различные стадии онтогенеза рыб. Оценивается также стабильность вещества в воде, его токсичность на генном и хромосомном уровнях, мутагенный эффект. Токсичность исследуемого вещества для гидробионтов анализируется в острых опытах (24—96 ч) в широком диапазоне концентраций.
В этом случае определяется 50%-я гибель организмов (ЛК5о), которая служит основанием для отнесения вещества по степени острой токсичности к одной из пяти групп — от очень слаботоксичного до особо токсичного вещества. При анализе экспериментальных данных определяют лимитирующее звено по наименьшей из полученных недействующих концентраций. С учетом коэффициента запаса эту величину уменьшают и предлагают в качестве ПДК. Правила установления и принятия ПДК, а также ориентировочно безопасного уровня воздействия (ОБУВ) регулируются законодательством. После утверждения нормативов они являются обязательными для соблюдения на всей территории Российской Федерации. В справочных изданиях, помимо значений ПДК или ОБУВ, дается дополнительная информация о методах их определения, лимитирующий показатель вредности (ЛПВ) и класс опасности.
Лимитирующий показатель вредности имеет пять значений: «Токе» — токсикологический, что означает прямое токсическое воздействие вещества на организмы; «Сан» — санитарный. Означает, что при внесении вещества в водоемы происходит нарушение экологических условий. Возможно изменение трофности водоемов, гидрохимических показателей (содержание кислорода, азота, фосфора, рН); «Орг» — органолептический. При внесении вещества изменяются органолентические свойства водоема. На поверхности воды образуется пленка или пена, возможно появление неприятных и посторонних привкусов и запахов; «Рыбохоз» — рыбохозяйственный. При попадании вещества в водные объекты происходит порча товарных качеств промысловых водных организмов, появляются посторонние привкусы и запахи. Класс опасности вещества устанавливается: - в целях определения степени экологической опасности вещества в связи с его появлением в водной экосистеме; - для установления приоритета при контроле веществ, загрязняющих водную среду; — для обоснования рекомендаций о замене использования высокоопасных веществ на менее опасные препараты. Класс опасности вещества характеризуется тремя показателями: о величиной ПДК; о стабильностью вещества; о степенью аккумуляции вещества. Выявляют четыре класса опасности веществ, загрязняющих водоемы и опасных для гидробионтов: 1-й (1К) класс — чрезвычайно опасные загрязняющие вещества, лимитируемые по токсикологическому или рыбохозяйственному ЛПВ.
В ряде случаев решающее значение приобретают количественные характеристики содержания отдельных соединений в атмосфере. Особенно это утверждение относится к веществам, оказывающим глобальное влияние на изменение климата Земли. Наиболее опасными загрязнителями считаются диоксид углерода, мелкодисперсные частицы твердых и жидких веществ и в качестве дополнительного компонента — озон.
В связи с этим создана система критериев, нормирующих абсолютное количество вредных веществ, поступающих в окружающую среду (для газов — ПДВ, для жидких стоков — ПДС).
Устанавливается система экономических показателей, предусматривающая плату за выбросы, и вводятся ужесточающие санкции за превышение лимитов, что повышает ответственность производителей и способствует разработке технических мероприятий по улучшению технологии производимых продуктов и совершенствованию системы очистки.
В качестве критериев количества выбросов как в России, так и зарубежных странах применяют несколько количественных показателей.
Массовый поток выброса [кг/с, кг/ч, т/год] — масса выделяющихся загрязняющих веществ в единицу времени. Этот показатель дает сведения об общем количестве выбросов и является гигиеническим и балансовым критерием. Он применяется преимущественно для определения суммарной степени загрязнения атмосферы.
Массовая концентрация выброса [г/кг, мг/кг, мг/м3] — масса выделяющихся загрязняющих веществ, отнесенная к единице объема продукции, чаще всего газа. Критерий полезен для оценки совершенства технологии и работы очистных сооружений. Его используют во многих европейских странах. Критерии концентрации могут представлять как массовые, так и объемные отношения. В первом случае используют отношение массы выделившегося загрязняющего вещества к массе отходящего газа. Это выражение полезно при оценке содержания твердых частиц (пыли) в отходящих газах, поскольку оба компонента — твердое вещество и газ — имеют массовые показатели, и количественные данные о них не меняются при изменении состояния газа.
Понятие природно-техногенного комплекса. Компоненты природно-техногенного комплекса.
Сосуществование и взаимодействие естественных ландшафтов и встроенных в них человеком искусственных сооружений, устройств несколько меняет ландшафт, при этом изменяются растительный покров, режим течения рек при строительстве водохранилищ, шахт, карьеров и т. д.
Новые техногенные, антропогенные компоненты входят в ландшафт, становятся его элементами, но ландшафт остается природной системой. Эти элементы работают вместе с природными, и именно их взаимодействие нужно изучать, чтобы уменьшить негативные последствия изменения ландшафта.
Воздействие человека на ландшафт рассматривается как природный процесс, в котором человек выступает как внешний фактор. Новые элементы (орошение, сооружения, техногенные выбросы) не вытекают из структуры ландшафта, не обусловлены им, и поэтому оказываются чужеродными, которые ландшафт стремится отторгнуть или модифицировать. В этой связи антропогенные элементы, внедряемые в ландшафт, являются неустойчивыми, неспособными самостоятельно существовать без поддержки человека. Геосистемы — природные системы различных уровней, охватывающие взаимосвязанные части литосферы, гидросферы, биосферы и атмосферы. Геосистема характеризуется общими критериями природной устойчивости. Природно-техногенные комплексы (ПТК) представляют собой техногенно-природную геосистему. Для оценки технического воздействия, определения допустимого предела воздействия антропогенной нагрузки на геосистему необходима определить ее устойчивость к техногенным нагрузкам. Геосистема приспособлена к устойчивости и нормальному функционированию при возмущениях внешних природных факторов лишь в определенных пределах. Техногенные возл мущения часто превосходят природные. Природно-техногенные комплексы — взаимосвязь природных и техногенных компонентов, образующих целостную систему различных уровней в природных ландшафтах, между которыми осуществляется обмен веществ и энергии. Природно-техногенные комплексы, или техноприродные системы — это неотъемлемая часть природообустройства, включающая в себя природные и техногенные компоненты. К природным компонентам относятся: атмосфера, гидросфера, литосфера, биосфера. К техногенным компонентам относятся: промышленный, энергетический, сельскохозяйственный, лесохозяйственный, коммунальный, рыбохозяйственный и рекреационный компоненты. Природно-техногенные комплексы располагаются на ландшафтах, являющихся природно-географическим компонентом. Устойчивость техноприродных компонентов как составляющих геосистемы определяется способностью выполнять социально-экономическую функцию. При создании техноприродных систем руководствуются следующими принципами: Принцип целостности — воздействия на геосистемы определенного ранга (урочище, местность, ландшафт и другие).Принцип природных аналогий — воспроизводство естественных процессов функционирования компонентов природы (черноземы — используют дождевание; рис — выращивают затоплением). Принцип сбалансированности — соответствие хозяйственной деятельности по обустройству территории ресурсным и экологическим возможностям природных систем (соответствующие системы земледелия, выращивание сельскохозяйственных культур с учетом климатических условий и т. п.). Принцип необходимого разнообразия — управляющая техногенная система может успешно справляться со1 своей функцией, если она будет устроена так же разнообразно, как и управляемая природная система (гидромелиоративная система, созданная человеком для управления водным режимом почвы, должна быть столь же разнообразна, насколько разнообразны условия форм водного режима в разных частях конкретной геосистемы. Примером может служить комплексная мелиорация). Принцип адекватности воздействия — соответствие прямых и обратных связей. Принцип гармонизации круговоротов — сочетание антропогенного и природного круговорота веществ и энергии (например, вторичное засоление почв).
Принцип предсказуемости — использование достоверных долгосрочных прогнозов изменения как природной системы, так и экономической и социальной обстановки на обустраиваемых территориях. Принцип интеграции знаний — собственная научная база для использования знаний о природе, социальной экологии, обосновывающих инженерно-технические мероприятия.
Объекты, относящие к природно-техногенному комплексу. Принципиальная схема ПТК.
ПТК – это образование целостной системы различных уровней в природных ландшафтов, между которыми осуществляется обмен веществ и энер.
К природным компонентам относятся: ат-ра, гидросфера, литосфера и биосфера. К техногенным компонентам ПТК относятся мероприятия и все виды созданных человеком объектов (промышленные, энергетические, с/х, лесохозяйственные, коммунальные, рекреационные, и рыбохоз. компоненты.) Техногенные объекты можно разделить на технические устройства и сооружения – точечные, локальные объекты (скважина, шлюз-регулятор на канале, насосная станция); инженерные сети – протяженные и разветвлённые объекты, связывающие устройства и сооружения (каналы, дренажная и дорожная сети, сети водоснабжения и водоотведения и пр.); технические системы – комплекс разнообразных сооружений и инженерных сетей, расположенных на определённой территории и функционирующих в соответствии с единой задачей (инженерно-экологическая система, водохранилищный гидроузел).
Принципиально важно, что встроенные в ландшафт или в геосистемы любого ранга искусственные сооружения или вносимые в него новые элементы ( здания, сооружения) функционируют в нем, подчиняясь природным законам, «работают» вместе с природными элементами.
Участие человека в техногенном изменении геосистем не ограничивается встроенной техникой. Большую роль играют мероприятия, которые, будучи однажды (многократно, периодически) проведенными, придают компонентам природы новые качества, не оставляя после себя сооружений, построек, технических систем (например, культуртехнические работы, регулирование русел рек). Таким образом, мероприятия влияют в основном на свойства компонентов природы . Для регулярных воздействий, изменения состава компонентов природы и управления природными процессами создаются специальные технические элементы – подсистемы.
Технические подсистемы, общие для всех инженерных систем природообустройства:
1. Регулирующая подсистема непосредственно оказывает влияние на природные процессы. Представляет собой, как правило, инженерные сети, подводящие либо отводящие вещество; они должны оптимально покрывать площадь. Примеры: вертикальный дренаж, создающий условия для очистки земель от нефтепродуктов; сеть дренажных и газоотводных трубок для отвода фильтрата и биогаза из пласта отходов на полигоне ТБО.
2. Проводящая подсистема подает (отводит) вещество к (от) регулирующей сети. Это сеть коллекторов в осушительной и канализационной сети, магистральные и распределительные каналы и трубопроводы.
3. Локализующая подсистема ограничивает по площади действие регулирующей сети, защищая окружающую ПТК среду от косвенных и побочных негативных воздействий. Это, например, стена в грунте, изолирующая область загрязнения нефтепродуктами и препятствующая их движению.
4. Ограждающая подсистема защищает ПТК от нежелательных внешних воздействий. Это дамба обвалования для защиты территории от затопления, нагорные и ловчие каналы по границам осушаемой площади.
5. Аккумулирующая подсистема запасает вещество. Например, чаша водохранилища запасает воду в соответствии со способом регулирования – сезонным или многолетним. Водооборотные системы имеют специальные накопительные резервуары для повторного использования воды, на системах утилизации сточных вод накопители стоков используются для согласования режимов их поступления и режима орошения.
6. Заборные и сбросные подсистемы – с их помощью ПТК связаны с источниками и приемниками веществ. Как правило, это водозаборы, водовыпуски.
7. Гидротехнические сооружения строятся в составе тех ПТК, которые используют водные потоки. К гидротехническим сооружениям относятся сооружения на каналах , насосные станции, плотины, водосбросы.
8. Подсистемы обеспечения экологической безопасности снижают и компенсируют экологическую опасность ПТК, действуют как в штатном, так и в аварийном режимах. К ним относятся очистные сооружения и биоплато, опреснители поливной воды, поля фильтрации, песколовки в каналах и пр.
9. Подсистемы мониторинга, контроля и автоматизации поддерживают и обеспечивают прямую (само воздействие) и обратную (восприятие и анализ ответных реакций) связи при управлении ПТК.
10. Эксплуатационная инфраструктура включает в себя производственные, жилые и административные постройки; дороги; линии связи и электросети; техника для эксплуатации ПТК; запасы стройматериалов, стандартных сборных элементов, запчастей для техники.