Экологический мониторинг

 

При анализе продуктивности и потоков вещества и энергии в экосистемах выделяют понятия биомасса и урожай на корню. Под урожаем на корню понимается масса тел всех организмов на единице площади суши или воды[15], а под биомассой — масса этих же организмов в пересчёте на энергию (например, в джоулях) или в пересчёте на сухое органическое вещество (например, в тоннах на гектар)[15]. К биомассе относят тела организмов целиком, включая и витализированные омертвевшие части и не только у растений, к примеру, кора и ксилема,но и ногти и ороговевшие части у животных. Биомасса превращается в некромассу только тогда, когда отмирает часть организма (отделяется от него) или весь организм. Часто зафиксированные в биомассе вещества являются «мёртвым капиталом», особенно это выражено у растений: вещества ксилеммы могут сотнями лет не поступать в круговорот, служа только опорой растения[15].

 

Под первичной продукцией сообщества[42] (или первичной биологической продукцией) понимается образование биомассы (более точно — синтез пластических веществ) продуцентами без исключения энергии, затраченной на дыхание за единицу времени на единицу площади (например, в сутки на гектар).

 

Первичную продукцию сообщества разделяют на валовую первичную продукцию, то есть всю продукцию фотосинтеза без затрат на дыхание, и чистую первичную продукцию, являющуюся разницей между валовой первичной продукцией и затратами на дыхание. Иногда её ещё называют чистой ассимиляцией или наблюдаемым фотосинтезом[2]).

 

Чистая продуктивость сообщества[43] — скорость накопления органического вещества, не потребляемого гетеротрофами (а затем и редуцентами). Обычно вычисляется за вегетационный период либо за год[2]. Таким образом, это часть продукции, которая не может быть переработана самой экосистемой. В более зрелых экосистемах значение чистой продуктивости сообщества стремится к нулю (см. концепцию климаксных сообществ).

 

Вторичная продуктивность сообщества — скорость накопления энергии на уровне консументов. Вторичную продукцию не подразделяют на валовую и чистую, так как консументы только потребляют энергию, усвоенную продуцентами, часть её не ассимилируется, часть идёт на дыхание, а остаток идёт в биомассу, поэтому более корректно называть её вторичной ассимиляцией[2].

 

 Схема распределения потоков  вещества и энергии среди продуцентов  и консументов (по Ю. Одуму, 1971)

 

Распределение энергии и вещества в экосистеме может быть представлено в виде системы уравнений. Если продукцию продуцентов представить как P1, то продукция консументов первого порядка будет выглядеть следующим образом:

P2=P1-R2,

 

где R2 — затраты на дыхание, теплоотдача и неассимилированная энергия. Следующие консументы (второго порядка) переработают биомассу консументов первого порядка в соответствии с:

P3=P2-R3

 

и так далее, до консументов самого высшего порядка и редуцентов. Таким образом, чем больше в экосистеме потребителей (консументов), тем более полно перерабатывается энергия, первоначально зафиксированная продуцентами в пластических веществах[8]. В климаксных сообществах, где разнообразие для данного региона обычно максимально, такая схема переработки энергии позволяет сообществам устойчиво функционировать на протяжении длительного времени.

[править]

Энергетические соотношения в экосистемах (экологические эффективности)

Соотношения B/R (биомасса к дыханию) и P/R (продуктивность к дыханию)[8]. Первое соотношение (B/R) показывает необходимое количество энергии, затрачиваемой на поддержание существующей биомассы. В случае, если сообщество находится в критических условиях, данное соотношение уменьшается, так как необходимо затратить больше энергии на поддержание той же биомассы. Обычно в таких ситуациях биомасса также уменьшается. Второе соотношение, величина (P/R), характеризует эффективность затрачиваемой энергии (дыхания) на производство биомассы (продуктивность). Такое соотношение можно наблюдать в популяции мелких млекопитающих (к примеру, грызунов).

 

 График изменения соотношения P/B в экосистемах (по А. К. Бродскому, 2002)

Соотношения A/I (ассимилированная энергия к поступившей) и P/A (продуктивность к ассимилированной энергии)[8]. Первое (A/I) называется эффективностью ассимиляции, а второе (P/A) — эффективностью роста тканей. Эффективность ассимиляции обычно варьирует от 1-4 % для растений и до 20-60 % для животных, для которых всё определяется качеством пищи: травоядные обычно усваивают не более 10-15 % поступившей энергии (но этот показатель может достигать и 80 % при поедании семян и плодов). Хищники, наоборот, могут ассимилировать до 60-90 %. Эффективность роста тканей в большой степени зависит таже и от коэффициента P/R и изменяется в довольно больших пределах. Поэтому, как и P/R, эффективность роста тканей обычно достигает максимальных значений в популяциях малых организмов, в условиях, где не требуется больших затрат на поддержание гомеостаза.

Соотношение P/B (суммарная продуктивность сообщества к его биомассе) является важной характеристикой зрелости сообщества[8]. Коэффициент P/B безразмерен и может рассчитываться как продукция за определённый промежуток времени к средней за этот промежуток биомассе, или в конкретный момент времени как продуктивность в этот момент к существующей биомассе. Это соотношение обычно намного больше единицы в молодых сообществах, но с ростом числа видов и приближением к климаксному сообществу этот коэффициент стремится к единице.

 

19. Иерархическая организация региона

 

20.

 

22. Мониторинг атмосферного воздуха

Организация наблюдений за уровнем загрязнения атмосферы в городах и населенных пунктах осуществляется в соответствии с ГОСТ 17.2.3.01 — 86 «Охрана природы. Атмосфера. Правила конт¬роля качества воздуха населенных пунктов». Наблюдения за уров¬нем загрязнения атмосферы производятся на посту, представляю¬щем собой заранее выбранное для этой цели место (точку местно¬сти), на котором размещается павильон или автомобиль, обору¬дованный соответствующими приборами.

Посты наблюдений устанавливаются трех категорий: стационар¬ные, маршрутные и передвижные (подфакельные).

Стационарный пост предназначен для обеспечения не¬прерывной регистрации содержания загрязняющих веществ или регулярного отбора проб воздуха для последующего анализа. Из числа стационарных постов выделяются опорные стационарные посты, которые предназначены для выявления долговременных измерений содержания основных и наиболее распространенных специфических загрязняющих веществ.

Маршрутный пост предназначен для регулярного отбора проб воздуха в том случае, когда невозможно (нецелесообразно) установить пост или необходимо более детально изучить состоя¬ние загрязнения воздуха в отдельных районах, например в новых жилых районах.

Передвижной (подфакельный) пост служит для отбора проб под дымовым (газовым) факелом с целью выявле¬ния зоны влияния данного источника промышленных выбросов.

Стационарные посты оборудованы специальными павильона¬ми, которые устанавливают в заранее выбранных местах. Наблюде¬ния на маршрутных постах проводятся с помощью передвижной лаборатории, оснащенной необходимым оборудованием и прибо¬рами. Маршрутные посты также устанавливают в заранее выбран¬ных точках. Одна машина за рабочий день объезжает 4...5 точек. Порядок объезда автомашиной выбранных маршрутных пестов дол¬жен быть одним и тем же, чтобы определение концентраций при¬месей проводилось в постоянные сроки. Наблюдения под факелом предприятия также ведутся с помощью специально оборудован¬ной автомашины. Подфакельные посты представляют собой точ¬ки, расположенные на фиксированных расстояниях от источника. Они перемещаются в соответствии с направлением факела обсле¬дуемого источника выбросов.

Каждый пост независимо от категории размещается на откры¬той, проветриваемой со всех сторон площадке (на асфальте, твер¬дом грунте, газоне).

Стационарный и маршрутный посты организуются в местах, выбранных с учетом обязательного предварительного исследова¬ния загрязнения воздушной среды города промышленными выбро¬сами, выбросами автотранспорта, бытовыми и другими источ¬никами, а также с учетом изучения метеорологических условий рассеивания примесей путем эпизодических наблюдений и расче¬тов полей максимальных концентраций примесей. При этом сле¬дует учитывать повторяемость направления ветра над территорией города. В определенных направлениях выбросы от многочисленных предприятий могут создавать общий факел, соизмеримый с факе¬лом крупного источника. Если повторяемость таких направлений ветра велика, то зона наибольшего среднего уровня загрязнения будет формироваться на расстоянии 2...4 км от основной группы предприятий, причем иногда она может располагаться и на окра¬ине города. Для характеристики распреде¬ления концентрации примеси по городу посты необходимо уста¬навливать в первую очередь в тех жилых районах, где возможны наибольшие средние уровни загрязнения, затем в административ¬ном центре населенного пункта и в жилых районах с различными типами застройки, а также в парках и зонах отдыха. К числу наи¬более загрязненных районов относятся зоны наибольших максимальных разовых и среднесуточных концентраций. Эти концентрации создаются выбросами промышленных предприятий. Такие зоны находятся на расстоянии 0,5... 2 км от низких источников выбросов и 2... 3 км от высоких. Такие концентрации могут создавать также магистрали интенсивного движения транспор¬та, поскольку влияние автомагистрали обнаруживается лишь в непосредственной близости от нее (на расстоянии 50... 100 м).

Регулярные наблюдения на стационарных постах проводятся по одной из четырех программ наблюдений: полной (П), неполной (НП), сокращенной (СС), суточной (С).

1.Полная программа наблюдений  предназначена для по¬лучения  информации о разовых и среднесуточных  концентрациях. Наблюдения в этом  случае выполняются ежедневно  путем непре¬рывной регистрации  с помощью автоматических устройств или дискретно, через равные промежутки времени, не менее четырех раз при обязательном отборе проб в 1, 7, 13и19ч по местному декретному времени.

2.По неполной программе наблюдения  проводятся с це¬лью получения  информации о разовых концентрациях ежедневно в 7, 13 и 19 ч местного декретного времени.

3.По сокращенной программе наблюдения  проводятся с целью получения  информации только о разовых  концентрациях ежедневно в 7 и 13 ч  местного декретного времени. Наблюдения  по сокращенной программе допускается проводить при температуре воздуха ниже 45 °С и в местах, где среднемесячные концентрации ниже 1/20 максимальной разовой ПДК или меньше нижнего пре¬дела диапазона измерений концентрации примеси используемым методом.

Допускается проводить наблюдения по скользящему графику: в 7, 10 и 13 ч — во вторник, четверг и субботу, в 16, 19 и 22 ч — в понедельник, среду и пятницу. Наблюдения по скользящему гра¬фику предназначены для получения информации о разовых кон¬центрациях.

4.Суточная программа отбора проб предназначена для по¬лучения информации о среднесуточной концентрации. В отличие от полной программы наблюдения в этом случае проводятся пу¬тем непрерывного суточного отбора проб, при этом исключается получение разовых значений концентрации. Все программы на¬блюдений позволяют получать информацию о среднемесячных, среднегодовых и средних концентрациях за более длительный период.

 

24. 11 Мониторинг природных вод

11.1 Мониторинг загрязнения поверхностных  вод

 

Контроль качества поверхностных вод проводится в соответ¬ствии с ГОСТ 17.1.3.07 — 82, устанавливающим единые требова¬ния к построению сети контроля, проведению наблюдений и об¬работке получаемых данных.

В основе организации и проведения контроля лежат следующие принципы: комплексность и систематичность наблюдений, согла¬сованность сроков их проведения с характерными гидрологиче¬скими ситуациями, определение показателей качества воды еди¬ными методами. Соблюдение этих принципов достигается с помощью:

- установ¬ления программ контроля (по физическим, химическим, гидробиологическим и гидрологическим показателям);

- периодичнос¬тью проведения контроля;

- выполнением анализа проб воды  по еди¬ным, обеспечивающим требуемую  точность методикам, проведе¬нием  гидрометрических работ.

Формирование сети пунктов контроля качества поверхностных вод. Первым этапом организации работ по наблюдению и контролю качества поверхностных вод является выбор местоположения пунк¬тов контроля.

Под пунктом контроля качества поверхностных вод понимает¬ся место на воде или водотоке, в котором производят комплекс работ для получения данных о качестве воды.

Пункты контроля организуют в первую очередь на водоемах и водотоках, имеющих большое хозяйственное значение, а также подверженных значительному загрязнению промышленными, хо¬зяйственно-бытовыми и сельскохозяйственными сточными вода¬ми. На водоемах и водотоках или их участках, не загрязняемых сточными водами, создаются пункты для фоновых наблюдений.

Пункты контроля располагают с учетом существующего исполь¬зования водоема или водотока для нужд хозяйства и перспектив¬ных планов развития хозяйства на основании предварительных ис¬следований. Исследования включают в себя подбор и анализ сведений о водо¬пользователях, источниках загрязнения вод, аварийных сбросах за¬грязняющих веществ, данные о режимных (водных, ледовых, тер¬мических), физико-географических признаках водоема или водо¬тока и проведение обследований водоемов или водотоков или их участков.

Пункты контроля организуют на водоемах и водотоках в районах:

- расположения городов и крупных рабочих поселков, сточные воды которых сбрасываются в водоемы и водотоки;

- сброса сточных вод отдельно  стоящими крупными промышлен¬ными  предприятиями (заводами, рудниками, шахтами, нефтепро¬мыслами, электростанциями  и т.п.), территориально-производ¬ственными комплексами, организованного сброса сельскохозяй¬ственных сточных вод;

- мест нереста и зимовья ценных  и особо ценных видов промыс¬ловых  организмов;

- предплотинных участков рек, являющихся  важными для рыб¬ного хозяйства;

- пересечения реками государственной границы РФ и границ со¬юзных республик СНГ;

- замыкающих створов больших  и средних рек;

- устьев загрязненных притоков  больших водоемов и водотоков.

На водоемах с интенсивным водообменом (свыше 5,0) распо¬ложение створов аналогично расположению их на водотоках: один створ устанавливают примерно на 1 км выше источника загрязне¬ния (вне влияния сточных вод), остальные створы — ниже источ¬ника загрязнения (не менее двух, на расстоянии 0,5 км от сброса сточных вод и непосредственно за границей зоны загрязненности). Границу зоны загрязненности (части водоема, в которой наруше¬ны нормы качества воды по одному или нескольким показателям) устанавливают по размерам максимальной зоны загрязненности, определенной расчетным путем и уточненной при проведении об¬следования водоема.