Экологический мониторинг

ВЫСШЕЕ ОБРАЗОВАНИЕ -  БАКАЛАВРИАТ 

серия основана в 1 996 г.

В.В. СТРЕЛЬНИКОВ
А.И. МЕЛЬЧЕНКО

ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ

МОНИТОРИНГ

УЧЕБНИК

Допущено Министерством сельского хозяйства 
Российской Федерации в качестве учебника 
для студентов высших учебных заведений, 
обучающихся по направлению подготовки 
«Экология и природопользование»

Эл е к т р о н н о

znanium.com

Москва

ИНФРА-М

2021

УДК 504.064.36(075.8) 
ББК 20.18я73 
С84

Р е ц е н з е н т ы :

Криворотое С.Б., доктор биологических наук, профессор; 
Жуков Б.И., доктор биологических наук, профессор; 
Воловик С.П., доктор биологических наук профессор

Стрельников В.В.

С 84 
Экологический мониторинг : учебник /  В.В. 
Стрельников, 
А.И. Мельченко. — Москва : ИНФРА-М, 2021. — 372 с. — (Высшее образование: Бакалавриат). — DOI 10.12737/1019057.

ISBN 978-5-16-015166-3 (print)
ISBN 978-5-16-109465-5 (online)
В предлагаемом учебнике раскрыты фундаментальные понятия в области экологического мониторинга. Рассмотрены основные контролируемые параметры и нормирование окружающей среды, проблемы охраны 
окружающей среды на современном этапе, приоритетные контролируемые 
параметры природной среды, виды мониторинга и пути его реализации, 
отбор проб образцов. Изучены научные основы охраны окружающей среды, взаимодействия общества и природы. Уделено внимание средствам 
и методам реализации мониторинга.

Соответствует требованиям федеральных государственных образовательных стандартов высшего образования последнего поколения.

Предназначен для студентов направления подготовки «Экология и природопользование» и аспирантов биологических и экологических специальностей, а также для научных работников и практиков, специализирующихся в области экологии.

УДК 504.064.36(075.8) 
ББК 20.18я73

ISBN 978-5-16-015166-3 (print) 
© Стрельников В.В.,

ISBN 978-5-16-109465-5 (online) 
Мельченко А.И., 2012, 2021

Оглавление

Введение 
....................................................................................  5

Глава 1.
Проблемы охраны окружающей среды

16

1.1 
Состояние окружающей среды ........................................ 16

1.2 
Система «человек -  окружающая
природная среда»...................................................................30

1.3 
Определение экологического мониторинга
и его задачи ............................................................................ 33

1.4 
Основные контролируемые параметры
и нормирование загрязнения окружающей среды ........48

1.5 
Критерии оценки изменения среды обитания
и состояния здоровья населения ........................................50
1.5.1 Ухудшение здоровья населения..............................51
1.5.2 Загрязнение воздуха

селитебных территорий ............................................52

1.5.3 Загрязнение питьевой воды, водоисточников

питьевого и рекреационного назначения..............55

1.5.4 Загрязнение почв селитебных территорий .......... 56
1.5.5 Радиационное загрязнение .......................................58
1.5.6 Критерии оценки изменения

природной среды........................................................59

Глава 2.
Приоритетные контролируемые параметры
природной среды................................................................................75

2.1 
Газы, аэрозоли, окиси и окислы серы и азота,
взвешенные в атмосферном воздухе частицы ................75

2.2 
Полициклические ароматические углеводороды,
полихлорированные бифенилы, хлорорганические 
пестициды .............................................................................. 86
2.2.1 Гербициды ............................................................... 100
2.2.2 Инсектициды ..........................................................  102
2.2.3 Дефолианты ............................................................. 108

2.3 
Тяжелые металлы и другие элементы .......................... 120

2.4 
Источники поступления тяжелых металлов
в окружающую среду .......................................................  142

3

2.5 
Сульфаты. Хлориды ...........................................................147

2.6 
Кальций, калий, натрий, магний .................................... 156

2.7 
Кислотность почвы ..........................................................  166

2.8 
Электропроводность ........................................................ 171

2.9 
Радиоактивные загрязнения ...........................................  178

2.10 Электромагнитное загрязнение

окружающей среды .......................................................... 185

2.11 Микроорганизмы................................................................ 200

Глава 3.
Виды мониторинг а и пути его реализации ...............................209

3.1 
Организация и структура мониторинга
состояния окружающей среды .........................................209

3.2 
Виды мониторинга: глобальный, региональный,
национальный, локальный, медико-экологический, 
биологический, радиационный ....................................... 215
3.2.1 
Биомониторинг ..................................................... 229

3.2.2 
Биоиндикация ........................................................230

3.2.3 
Биоиндикация на разных уровнях
организации живого .............................................245

3.2.4 
Биотестирование окружающей среды ...............271

3.2.5 
Радиационный мониторинг ................................276

3.2.6 
Применение космических снимков
в работе природоохранных организаций........285

3.3 
Мониторинг природных сред: воздушной,
водной, почв.........................................................................288
3.3.1 
Мониторинг воздушной среды.......................... 288

3.3.2 
Мониторинг водной среды .................................291

3.3.3 
Мониторинг почв..................................................296

3.3.4 
Выявление источников.........................................299

3.4 
Мониторинг живых организмов,
биологические ресурсы..................................................... 301

3.5 
Мониторинг трансграничных загрязнений ...................305

3.6 
Фоновый мониторинг.........................................................310

3.7 
Средства и методы реализации мониторинга...............320

Глава 4.
Методики отбора проб.......................................................................349

Библиографический список.......................................................... 363

Введение

Особенность ситуации на современном этапе развития человечества заключается в том, что изменения в окружающей среде опережают темпы развития методов контроля и прогнозирования ее состояния. К сожалению, пока, что человек лишь констатирует неблагоприятные экологические явления и не может их 
предотвратить. Необходим качественно новый подход к описанию состояния окружающей среды как динамической химикобиологической системы.

Научные исследования в области охраны окружающей среды должны быть направлены на снижение возможных отрицательных последствий того или иного вида хозяйственной деятельности, на разработку эффективных методов очистки газовых 
выбросов и сточных вод, на обоснование норм допустимых воздействий на природные экосистемы.

Необходимы научные данные о том, как ведут себя, какие испытывают превращения, к каким последствиям приводят те или 
иные химические вещества, попадающие в биосферу. С констатации 
происходящих в природе изменений пора переходить к их прогнозированию и управлению качеством среды обитания. Основу этого 
перехода должен составить экологический мониторинг.

Диагноз и лечение болезни любого живого организма 
должны опираться на определенную систему наблюдений и 
средств контроля параметров, отражающих состояние организма. 
Развитие болезни и эффективность мер по ее излечению. Точно 
так же и состояние окружающей среды должно характеризоваться определенным набором параметров, методологией «лечения» и прогнозирования исхода экологических «заболеваний». 
Для профилактики «заболеваний» необходимы постоянная диагностика и регулирование состояния окружающей среды.

Состояние биосферы, меняющееся под влиянием естественных причин, как правило, вскоре возвращается к исходному. Перепады температуры и давления, сезонное изменение биомассы растений и животных -  это естественные вариации в состоянии биосферы. Тогда как средние ее характеристики (климат, круговорот воды 
и веществ, глобальная продуктивность живой природы и т.д.) могут 
заметно измениться лишь за тысячи и даже миллионы лет.

5

В противоположность этому перемены в биосфере, вызываемые деятельностью человека (антропогенные изменения), 
идут чрезвычайно быстро.

Изменения в природе контролируют и изучают многочисленные службы: гидрометеорологическая, сейсмическая, гравиметрическая и т.д. Но они ставят своей основной целью выделение антропогенных сдвигов в природе на фоне естественных вариаций. Поэтому появилась потребность в специальных наблюдениях и экспериментах, изучающих изменения в окружающей 
среде, особенно вызванные деятельностью цивилизации.

К сожалению, особенно в последние 15-20 лет, в нашей 
стране отмечается несоответствие в развитии теоретических и 
экспериментальных работ и отсутствие необходимой связи теории с практикой. Для гармоничного развития науки нужно, конечно, чтобы теория не отрывалась от опыта, и это может иметь 
место только тогда, когда теория опирается на достаточно крупную экспериментальную базу. Почему же экспериментальная база у нас не на «высоте», почему мало желающих заниматься экспериментальной работой? Одна из причин -  слабое финансирование, устаревшее оборудование (иногда приобретенное еще во 
времена СССР), другая причина -  работа экспериментатора гораздо более тяжелая и менее «рентабельная». Не только потому, 
что экспериментатор в случае неудачи работы теряет не два-три 
месяца, как теоретик, а год или полгода, т.е. то время, которое 
обычно сейчас нужно, чтобы завершить эксперимент. Работа экспериментатора требует гораздо больших усилий, ему не только 
нужно понимать теорию, но он должен иметь ряд практических 
навыков в работе с приборами, нужно знать методики постановки 
эксперимента, правильно их применять, часто эксперимент требует работы в течение длительного срока без перерыва. Все это 
ведет к тому, что признание экспериментатора как ученого, достигшего научной степени, приходит значительно позже, чем для 
теоретиков. Все это отталкивает многих людей от экспериментальной работы. Кроме того, в нашей стране, особенно в последние 15-20 лет нет должного поощрения этой очень трудной в 
науке работы. Потерять специалиста-экспериментатора таким 
образом очень легко, воспитать очень трудно и дорого.

Работа крупных ученых-есгествоиспытателей, внесших большой вклад в развитие современного естествознания, неизменно про6

ходила в тесной связи теории и опыта. Поэтому для развития естественных наук на здоровой материалистической основе всякое теоретическое обобщение должно непременно проверяться на опыте. 
Гармоничное развитие теории и практики является абсолютно необходимым во всех областях естествознания.

Высокое качество эксперимента является необходимым условием здорового развития науки.

Чтобы значение и роль хорошего эксперимента запомнились, можно использовать шутливый афоризм, принадлежащий 
героине романа «Джентльмены предпочитают блондинок» -  одного из «классических» американских произведений: «Любовь -  
эго хорошая вещь, но золотой браслет остается навсегда». Но 
можно сказать и: «теория -  это хорошая вещь, но правильный 
эксперимент остается навсегда».

Настоящее экологическое состояние территории России 
можно определить как критическое. Продолжается интенсивное 
загрязнение природной среды. Спад производства не повлек аналогичного снижения загрязнений, поскольку в экономически кризисных условиях предприятия стали экономить в первую очередь 
на природоохранных затратах. В период перестройки, раздававшиеся голоса о наконец-то улучшающейся экологической обстановке, в связи с развалом производства и ухудшением дел в сельскохозяйственной сфере оказались, по меньшей мере, вымыслом.

«Разрабатываемые с начала перестройки и частично реализуемые экологические государственные и региональные программы 
не способствуют улучшению в целом экологической обстановки, и с 
каждым годом на территории России все больше регионов, городов 
и поселков становится опасными для проживания населения» [1]. 
Следует больше внимания уделять экологическому образованию 
населения. Только не понимание последствий, хотя бы для своего 
здоровья, при ухудшающейся экологической обстановке, может вызывать полное безразличие населения.

«Наше отечество ставит уникальный эксперимент. Ни на 
одном этапе цивилизации не скапливалось столько отходов и не 
выбрасывалось в воздух и воду такое количество загрязняющих и 
отравляющих веществ. В этих условиях население не осознает 
приближение экологической катастрофы, оно стало безучастно к 
сохранению природы и защите окружающей среды» [1].

Человечеству следует осознать, что не военные действия в 
дальнейшем следует считать великой опасностью для его суще
7

сгвования, а ухудшение состояния окружающей среды. Возродить разрушенную природу деньгами невозможно. Улучшая свое 
благосостояние человек должен задуматься о Природном Доме, в 
котором кроме него пока еще живут и его младшие братья.

Информация о состоянии окружающей природной среды, об 
изменениях этого состояния давно используется человеком для планирования своей деятельности. Уже более 100 лет наблюдения за 
изменениями погоды, климатом ведутся регулярно в цивилизованном мире. Все шире становится круг наблюдений, число измеряемых параметров, все гуще сеть наблюдательных станций.

Идея использования нового термина «мониторинг» в природоохранной практике впервые была озвучена в 1972 году на 
Стокгольмской конференции ООН по проблемам окружающей 
среды, который стал альтернативой термину «контроль».

Из латинского слова Monita -  означающее напоминание, 
увещевание, предсказание, предупреждение, было образовано английское слово monitoring, которое переводится как «слежение».

Согласно Закону РФ «Об охране окружающей природной 
среды» под мониторингом окружающей среды (экологическим 
мониторингом) -  понимается комплексная система наблюдений 
за состоянием окружающей среды, оценки и прогноза изменений 
состояния окружающей среды под воздействием природных и 
антропогенных факторов.

Государственный доклад «О состоянии окружающей природной среды в РФ в 1995 г.» определяет экологический мониторинг 
в РФ как комплекс выполняемых по научно обоснованным программам наблюдений, оценок, прогнозов и разрабатываемых на их основе рекомендаций и вариантов управленческих решений, необходимых и достаточных для обеспечения управления состоянием окружающей природной среды и экологической безопасностью.

Исходя из приведенных определений, можно выделить три 
основные направления деятельности системы мониторинга:

• 
наблюдение за факторами воздействия и состояния среды;

• оценку фактического состояния среды;
• 
прогноз состояния окружающей природной среды и 
оценку прогнозируемого состояния.

Основная цель, которую ставит перед собой общественный 
экологический мониторинг -  повышение доступности экологической информации для общественности.

8

Таблица 1 -  Классификация экологического мониторинга

М ониторинг источников 
воздействия

И сточники воздействия:

М ониторинг ф акторов 
воздействия

Ф акторы  воздействия: 
Ф изические 
Б иологические 
Х им ические

М ониторинг состояния биосф еры
П риродны е среды
А тм осф ера
О кеан
П оверхность суш и с реками и 
озерам и, подзем ны е воды  Б иота 
Г еоф изический м ониторинг Биологический м ониторинг

Общественный экологический мониторинг может выполнять 
следующие функции:

1. Повышение оперативности экологического контроля и 
эффективности оповещения населения о происшествиях и чрезвычайных ситуациях.

2. Мониторинг объектов, которые либо не включены в 
программы 
мониторинга 
государственных 
природоохранных 
служб, либо описываются недостаточно полно.

3. Привлечение внимания к проблемам, которые ранее не 
были обозначены.

4. Участие в экологическом образовании и просвещении.
Система экологического мониторинга должна накапливать,

систематизировать и анализировать информацию:

• о состоянии окружающей среды;
• о причинах наблюдаемых и вероятных изменений состояния (т.е. об источниках и факторах воздействия);

• о допустимости изменений и нагрузок на среду в целом;
• о существующих резервах биосферы.

Таким образом, в систему экологического мониторинга 
входят наблюдения за состоянием элементов биосферы и наблюдения за источниками и факторами антропогенного воздействия.

В соответствии с приведенными определениями и возложенными на систему функциями, мониторинг включает три основных направления деятельности:

9

• 
наблюдения за факторами воздействия и состоянием 
среды;

• оценку фактического состояния среды;
• 
прогноз состояния окружающей природной среды и 
оценку прогнозируемого состояния.

Следует принять во внимание, что сама система мониторинга не включает деятельность по управлению качеством среды, 
но является источником необходимой для принятия экологически 
значимых решений информации.

Основные задачи экологического мониторинга;
• 
наблюдение за источниками антропогенного воздействия;

• 
наблюдение за факторами антропогенного воздействия;

• 
наблюдение за состоянием природной среды и происходящими в ней процессами под влиянием факторов антропогенного воздействия;

• 
оценка фактического состояния природной среды;

• 
прогноз изменения состояния природной среды под 
влиянием факторов антропогенного воздействия и оценка прогнозируемого состояния природной среды.

Экологические мониторинги окружающей среды могут 
разрабатываться на уровне промышленного объекта, города, области, края, республики в составе федерации.

Характер и механизм обобщения информации об экологической обстановке при ее движении по иерархическим уровням 
системы экологического мониторинга определяются с помощью 
понятия информационного портрета экологической обстановки. 
Последний представляет собой совокупность графически представленных пространственно распределенных данных, характеризующих экологическую обстановку на определенной территории, совместно с картоосновой местности.

При разработке проекта экологического мониторинга необходима следующая информация:

• 
источники поступления загрязняющих веществ в окружающую природную среду -  выбросы загрязняющих веществ в атмосферу промышленными, энергетическими, транспортными и другими объектами, приводящие к выбросу в атмосферу опасных веществ и разливу жидких загрязняющих и опасных веществ и т.д.;

• 
процессы переноса загрязняющих веществ -  в атмосферной среде, переноса и миграции в водной среде;

10

• 
процессы ландшафтно-геохимического перераспределения загрязняющих веществ -  миграция загрязняющих веществ по 
почвенному профилю до уровня грунтовых вод; миграция загрязняющих веществ по ландшафто-геохимическому сопряжению с 
учетом геохимических барьеров и биохимичес-ких круговоротов; 
биохимический круговорот и т.д.;

• данные о состоянии антропогенных источников загрязнения -  мощность источника загрязнения и месторасположение 
его, гидродинамические условия поступления загрязнения в окружающую среду.

Следует принять во внимание, что сама система мониторинга 
не включает деятельность по управлению качеством среды, но является источником необходимой для принятия экологически значимых решений информации. Термин контроль, нередко употребляющийся в русскоязычной литературе для описания аналитического определения тех или иных параметров (например, контроль состава атмосферного воздуха, контроль качества воды водоемов), 
следует использовать только в отношении деятельности, предполагающей принятие активных регулирующих мер.

«Экологический контроль» -  это деятельность государственных органов, предприятий и граждан по соблюдению экологических норм и правил. Различают государственный, производственный и общественный экологический контроль.

Для того, чтобы иметь возможность повлиять на ситуацию, 
следует прибегнуть к профессиональному экологическому мониторингу. Это значит, с помощью системы наблюдений, оценить и 
спрогнозировать изменения в состоянии окружающей среды. 
Именно мониторинг позволяет определить антропогенные причины этих изменений и контролировать их. К примеру, экспертиза в рамках мониторинга устанавливает, что химический завод 
наносит огромный вред экологической системе города, в котором 
находиться. Устанавливается так же, что именно вызвало столь 
разрушительный эффект. Предельно допустимые концентрации 
вредных веществ в воздухе вокруг завода превышены. Теперь у 
жителей города есть не только возможность высказать претензии 
заводу, но и информация, которая поможет изменить работу завода так, чтоб уменьшить его негативное воздействие.

Естественно, мониторинг должен проводиться специалистами. Их деятельность влияет на жизнь абсолютно каждого жи11

теля той местности, в которой они работают. Квалификация специалиста по мониторингу должна быть высокой, а методы исследований и оборудование -  современными и действенными. От 
этого зависит точность и достоверность информации, без которой 
невозможно осуществление эколог ического контроля.

Итак, мониторинг -  это способ получения информации. 
Изменение ситуации к лучшему осуществляется экологическим 
контролем. Контроль экологический -  деятельность государственных органов, предприятий и граждан по соблюдению экологических норм и правил. Его задача -  следить за качеством окружающей среды и его изменением под воздействием антропогенных факторов, а так же -  оздоровление окружающей среды и соблюдения нормативов ее качества. Из определения видно, что 
контроль осуществляется не только государственными структурами, но и обычными людьми. Каждый должен определить свою 
роль в этом процессе.

Любому владельцу предприятия следует задуматься о том, 
как его работа влияет на экосистему. Есть ли у предприятия экологический паспорт? В нем помещается информация об оборудовании, используемых природных ресурсах, отходах производства 
и прочие важные сведенья.

Мониторинг 
источников 
антропогенного 
воздействия 
(МИАВ) направлен на решение проблемы специфического (конкретного) воздействия, оказываемого субъектом хозяйственной 
деятельности на компоненты окружающей среды, и является информационной основой разработки стратегии по управлению антропогенным воздействием и принятию соответствующих управленческих решений.

Функционирование МИАВ обеспечит:
1. Проведение наблюдений в районе расположения предприятий.

2. Получение достоверной информации об источниках 
эмиссии и их воздействии на окружающую среду.

3. Информационную 
поддержку 
разработки 
природоохранных мероприятий и оценку их эффективности.

4. Улучшение экологической обстановки и здоровья населения в зоне воздействия источников антропогенного воздействия субъекта хозяйственной деятельности.

12