Анализ и прогноз загрязнений окружающей среды

ВЫСШЕЕ ОБРАЗОВАНИЕ -  БАКАЛАВРИАТ 

серия основана в 1 996 г.

B.B. СТРЕЛЬНИКОВ 
Н.В. ЧЕРНЫШЕВА

АНАЛИЗ И ПРОГНОЗ 
ЗАГРЯЗНЕНИЙ 
ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

УЧЕБНИК

Допущено

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

Электронно

znanium.com

Москва

ИНФРА-М

2021

УДК 504.064.2(075.8) 
ББК 20.18я73 
С84

Р е ц е н з е н т ы :

Елецкий Б.Д., доктор биологических наук, профессор; 
Воловик С.П., доктор биологических наук, профессор; 
Корпакова И.Г., доктор биологических наук, профессор

Стрельников В.В.

С 84 
Анализ и прогноз загрязнений окружающей среды : учебник /  
В.В. Стрельников, Н.В. Чернышева. — Москва : ИНФРА-М, 2021. — 
339 с. — (Высшее образование: Бакалавриат). — DOI 10.12737/1030338.

ISBN 978-5-16-015389-6 (print)
ISBN 978-5-16-107839-6 (online)
В предлагаемом учебнике рассматриваются многообразные аспекты 
анализа, прогноза и оценки различных видов воздействий на окружающую 
природную среду. Призван сформулировать у будущих экологов представление об основных типах сред обитания живых организмов, основных видах воздействия на компоненты окружающей среды, о методах отбора проб 
в разных средах, а также об их анализе. Проанализированы основные понятия об экологической оценке воздействия на компоненты окружающей 
среды, экологическом прогнозировании и моделировании.

Для студентов бакалавриата высших учебных заведений по направлению подготовки «Экология и природопользование». Может представлять 
определенный интерес для специалистов смежных специальностей.

УДК 504.064.2(075.8) 
ББК 20.18я73

ISBN 978-5-16-015389-6 (print) 
ISBN 978-5-16-107839-6 (online)

© Стрельников В.В.,

Чернышева Н.В., 2012, 2021

Оглавление

Введение .
5

Глава 1.
Характеристика основных типов сред обитания ..................... 6

1.1 Водная среда обитания ............................................................ 6

1.1.1 Экологические зоны Мирового океана......................9
1.1.2 Основные свойства водной среды........................... 12

1.2 Наземно-воздушная среда обитания ...................................27

1.2.1 Строение атмосферы ...................................................27
1.2.2 Состав атмосферы........................................................31
1.2.3 Основные свойства наземно-воздушной среды .... 33

1.3 Почвенная среда обитания ....................................................54

1.3.1 Строение почвы ........................................................... 55
1.3.2 Основные свойства и функции почвы ................... 62
1.3.3 Почва как среда обитания ..........................................73

1.4 Организм как среда обитания .............................................. 78

Глава 2.
Характеристика основных видов воздействия 
на компоненты окружающей среды........................................... 84

2.1 Воздействие на атмосферный воздух..................................84

2.1.1 Химическое воздействие

на атмосферный воздух.............................................. 86

2.1.2 Физическое и биологические воздействие

на атмосферный воздух........................................... 102

2.2 Воздействие на водную среду........................................... 118

2.2.1 Химическое воздействие на водную среду .......... 121
2.2.2 Физическое и биологическое воздействие

на водную среду.......................................................  136

2.3 Воздействие на почвенную среду.................................... 143

2.3.1 Химическое воздействие на почвенную

среду .............................................................................. 151

2.3.2 Физическое и биологическое воздействие

на почвенную среду.................................................  164

2.4 Характеристика основных загрязнителей

окружающий среды............................................................. 175

3

Глава 3.
Методы отбора проб в разных средах ...................................... 191

3.1 Методы отбора проб автомосферпого воздуха ............. 197
3.2 Методы отбора проб воды...................................................232
3.3 Методы отбора проб почвы и донных отложений....... 269
3.4 Методы отбора проб животного происхождения

и растительности ...................................................................279

Глава 4.
Экологическое прогнозирование и моделирование...............282

Список использованной литературы......................................... 332

4

Введение

Проблемы окружающей среды актуальны для всех стран мира 
и находятся в поле постоянного внимания международного сообщества. Крупнейшим международным событием последнего десятилетия прошлого века стала Конференция ООН по окружающей среде 
и развитию, состоявшаяся в июне 1992 г. в Рио-де-Жанейро. На 
конференции приняты «Декларация РИО об окружающей среде и 
развитии», «Повестка дня на XXI век» и другие важные для выживания человечества на Земле документы. В соответствии с принципами конференции в Рио, ее рекомендациями разработана и в апреле 
1996 г. Указом Президента Российской Федерации утверждена Концепция перехода Российской Федерации к устойчивому развитию.

Концепция предусматривала решение главной задачи -  
обеспечение стабилизации экологической ситуации.

Оздоровление экологической обстановки в Российской Федерации затрагивает интересы каждого гражданина нашего государства и относится к наиболее острым проблемам жизнеобеспечения населения.

Президент Российской Федерации утвердил своим Указом 
от 12 мая 2009 г. № 537 Стратегию национальной безопасности 
РФ до 2020 года, в котором отражены вопросы сохранения окружающей природной среды и обеспечение ее защиты. К важным 
аспектам обеспечения экологической безопасности РФ отнесены 
также анализ последствий антропогенного воздействия, прогноз, 
оценка и контроль состояния окружающей среды.

В настоящем учебнике собран и обобщен материал, касающийся характеристики основных типов сред жизни живых 
организмов, основных видов воздействия на компоненты природной среды, основных загрязнений компонентов природной 
среды, законодательной базы, нормирования, элементов экологического мониторинга. Большое внимание уделено вопросам отбора и анализа проб в разных средах, оценке, прогнозу воздействия на окружающую природную среду.

Учебник предназначен для студентов ВУЗов, обучающихся 
по направлению «Экология и природопользование», а также может быть полезен слушателям факультетов повышения квалификации соответствующих направлений и специалистам, занимающимся вопросами природопользования.

5

ГЛАВА 1.
ХАРАКТЕРИСТИКА ОСНОВНЫХ ТИПОВ 
СРЕД ОБИТАНИЯ

На нашей планете живые организмы освоили четыре основные среды обитания, сильно различающиеся по специфике 
условий. Водная среда была первой, в которой возникла и распространилась жизнь. В последующем живые организмы овладели наземно-воздушной средой, создали и заселили почву. Четвертой специфической средой жизни стали сами живые организмы, 
каждый из которых представляет собой целый мир для населяющих его паразитов или симбионтов.

1.1 Водная среда обитания

Гидросфера как водная среда жизни занимает около 71 % 
площади и 1/800 часть объема земного шара. Вода, как среда обитания, имеет ряд специфических свойств, таких, как большая плотность, сильные перепады давления, относительно малое содержание 
кислорода, сильное поглощение солнечных лучей и др. Водоемы и 
отдельные их участки различаются, кроме того, солевым режимом, 
скоростью горизонтальных перемещений (течений), содержанием 
взвешенных частиц. Для жизни придонных организмов имеют значение свойства грунта, режим разложения органических остатков и 
т.п. Поэтому наряду с адаптациями к общим свойствам водной среды ее обитатели должны быть приспособлены и к разнообразным 
частным условиям. Обитатели водной среды получили в экологии 
общее название гидробионтов. Они населяют Мировой океан, континентальные водоемы и подземные воды. В любом водоеме можно 
выделить различные по условиям зоны. Основное количество воды, 
более 94 %, сосредоточено в морях и океанах (рис. 1).

В полярных льдах содержится около 1,2 % воды и совсем 
малая доля -  менее 0,5 %, в пресных водах рек, озер и болот. Соотношения эти постоянны, хотя в природе, не переставая, идет 
круговорот воды (рис, 2).

В водной среде обитает около 150 000 видов животных 
(рис. 3) и 10 000 растений, что составляет соответственно всего 7 
и 8 % от общего числа видов Земли.

6

Суша 
Мировой океан

Джомолунгма 
361,3 млн км:

8848 м

Объем воды в млн ш‘

707,1 
330,1 
284,6 
18,7 
Всего 1338,5

Рисунок ) -  Мировой океан в сравнении с сушей 
(по Н.Ф. Реймерсу, 1990)

Следует обратить внимание и на то, что представители 
большинства групп растений и животных остались в водной среде, но число их видов значительно меньше, чем наземных. Отсюда вывод -  эволюция на суше проходила значительно быстрее. 
Разнообразием и богатством растительного и животного мира 
отличаются моря и океаны экваториальных и тропических областей, в первую очередь Тихого и Атлантического океанов. На север и юг от этих поясов качественный состав постепенно обедняется. Например, в районе Ост-Индского архипелага распространено не менее 40000 видов животных, тогда как в море Лаптевых 
всего 400. Основная масса организмов Мирового океана сосредоточена на относительно небольшой по площади зоне морских по
7

Диссипация атомов 
подородя в космосе

Рисунок 2 -  Круговорот воды в природе

8

бсрежий умеренного пояса и среди мангровых зарослей тропических стран. Удельный вес рек, озер и болот, как уже было отмечено ранее, по сравнению с морями и океанами незначителен. 
Однако они создают необходимый для растений, животных и человека запас пресной воды.

Известно, что не только водная среда оказывает сильное 
влияние на ее обитателей, но и живое вещество гидросферы, воздействуя на среду обитания, перерабатывает ее и вовлекает в круговорот веществ. Установлено, что вода океанов, морей, рек и 
озер разлагается и восстанавливается в биотическом круговороте 
за 2 млн лет, т.е. вся она прошла через живое вещество на Земле 
не одну тысячу раз. Следовательно, современная гидросфера 
представляет собой продукт жизнедеятельности живого вещества 
не только современной, но и прошлых геологических эпох. Характерной чертой водной среды является ее подвижность, особенно в проточных, быстро текущих ручьях и реках. В морях и 
океанах наблюдаются приливы и отливы, мощные течения, 
штормы. В озерах вода перемещается под действием температуры и ветра

1.1.1 Экологические зоны Мирового океана

В океане и входящих в него морях различают, прежде всего, две экологические области: толщу воды -  пелагиаль и дно -  
бенталь (рис. 4).

Бенталь. Население дна (бентали) называется бентос («глубинный»). По вертикали бенталь делится на ряд зон: литораль -  
часть берега, заливаемая во время приливов; занимает промежуточное положение между водной и наземно-воздушной средой обитания; сублитораль -  материковая отмель, или континентальный 
шельф -  часть бентали от нижней границы приливов до глубины 
примерно 200 м; батиаль -  область более или менее крутого материкового склона до глубины ~ 3^4 км; абиссаль -  область океанического ложа с глубиной ~ 3-6 км. Еще более глубокие области бентали, соответствующие впадинам океанического ложа, называют 
ультраабиссалыо. Кромка берега, заливаемая во время приливов, 
называется литоралью. Выше уровня приливов часть берега, увлажняемая брызгами прибоя, получила название супралиторали.

9

Обитатели сублиторали живут в условиях относительно невысокого давления, дневного солнечного освещения, часто довольно значительных изменений температурного режима. Обитатели абиссальных и ультраабиссальных глубин существуют во 
мраке, при постоянной температуре и чудовищном давлении в 
несколько сотен, а иногда и около тысячи атмосфер. Поэтому одно лишь указание на то, в какой зоне бентали обитает тот или 
иной вид организмов, уже говорит о том, какими общими экологическими свойствами он должен обладать. Все население дна 
океана получило название бентоса.

Пслагиаль. Население пелагиали (водной толщи) называется 
пелагос. Совокупность организмов, парящих в толще воды и неспособных к передвижению против течения, называется планктон 
(«блуждающий»). Различают фитопланктон (совокупность фотосинтезирующих планктонных организмов) и зоопланктон (совокупность планктонных организмов, неспособных к фотосинтезу). Организмы, способные к активному перемещению против течения, называются нектон. По вертикали пелагиаль делится на зоны:

-  нейсталь -  поверхностный слой воды, граничащий с атмосферой; население нейстали называется нейстон; организмы, 
часть тела которых находится в воде, а часть над ее поверхностью, называются плейстон;

10

-  эпипелагиаль -  соответствует глубине сублиторали;
-  батипелагиаль -  соответствует глубине батиали;
-  абиссопелагиаль -  соответствует глубине абиссали.
Совокупность организмов, способных вести и пелагический, и бентосный образ жизни, называется пелагобентос. Совокупность организмов, обитающих на различных предметах и живых телах, находящихся в толще воды, называется перифитон.

Нижняя граница эпипелагиали (не более 200 м) определяется 
проникновением солнечного света в количестве, достаточном для 
фотосинтеза. Фотосинтезирующие растения глубже этих зон существовать не могут. В сумеречных батиальных и полных мрака абиссальных глубинах обитают лишь микроорганизмы и животные. Разные экологические зоны выделяются и во всех других типах водоемов: озерах, болотах, прудах, реках и т.д. Разнообразие гидробио- 
нтов. освоивших все эти места обитания, очень велико.

Наибольшим разнообразием жизни отличаются теплые моря и океаны (40000 видов животных) в области экватора и тропиках, к северу и югу происходит обеднение флоры и фауны морей 
в сотни раз. Что касается распределения организмов непосредственно в море, то основная масса их сосредоточена в поверхностных слоях (эпипелагиаль) и в сублиторальной зоне. В зависимости от способа передвижения и пребывания в определенных слоях, морские обитатели подразделяются на три экологические 
группы: нектон, планктон и бентос.

Нектон (nektos -  плавающий) -  активно передвигающиеся 
крупные животные, способные преодолевать большие расстояния 
и сильные течения: рыбы, кальмары, ластоногие, киты. В пресных водоемах к нектону относятся и земноводные и множество 
насекомых.

Планктон (planktos -  блуждающий, парящий) -  совокупность 
растений (фитопланктон: диатомовые, зеленые и сине-зеленые 
(только пресные водоемы) водоросли, растительные жгутиконосцы, 
перидинеи и др.) и мелких животных организмов (зоопланктон: 
мелкие ракообразные, из более крупных -  крылоногие моллюски, 
медузы, гребневики, некоторые черви), обитающих на разной глубине, но не способных к активным передвижениям и к противостоянию течениям. В состав планктона входят и личинки животных, образуя особую группу -  нейстон. Это пассивно плавающее «времен11

ное» население самого верхнего слоя воды, представленное разны 
ми животными (десятиногие, усоногие и веслоногие ракообразные 
иглокожие, полихеты, рыбы, моллюски и др.) в личиночной стадии 
Личинки, взрослея, переходят в нижние слои пелагиали. Выше ней 
стона располагается плейстон -  это организмы, у которых верхняЕ 
часть тела растет над водой, а нижняя -  в воде (ряска -  Lemma, си 
фонофоры и др.). Планктон иг рает важную роль в трофических свя 
зях биосферы, т.к. является пищей для многих водных обитателей, е 
том числе основным кормом для усатых китов (.Myatcoceti).

Бентос (benthos -  глубина) -  гидробионгы дна. Представлег 
в основном прикрепленными или медленно передвигающими^ 
животными (зообентос: форамшЕсфоры, рыбы, губки, кишечнополостные, черви, плеченогие моллюски, асцидии, и др.), боле« 
многочисленными на мелководье. На мелководье в бентос входят 
и растения (фитобентос: диатомовые, зеленые, бурые, красньк 
водоросли, бактерии). На глубине, где нет света, фитобентос от 
сутствует. У побережий встречаются Ещетковые растения зостера 
рупия. Наиболее богаты фитобентосом каменистые участки дна.

В озерах зообентос меЕЕее обилен и разнообразен, чем в море. Его образуют простейшие (инфузории, дафнии), пиявки, моллюски, личинки насекомых и др. Фитобентос озер образован свободно плавающими диатомеями, зелеными и сине-зелеными водорослями; бурые и красные водоросли отсутствуют.

УкореЕ1яющиеся прибрежные растения в озерах образуют 
четко В1лраженные пояса, видовой состав и облик которых согласуются с условиями среды в пограничной зоЕ1е «суша -  вода». Е 
воде у само1Ю берега растут гидрофиты -  полупогруженные в воду растения (стрелолист, белокрыльник, камыши, роЕоз, осоки 
трищетинник, тростник). О ееи сменяются гидагофитами -  растениями, погруженными в воду, но с плавающими листьями (лотос 
ряски, кубышки, чилим, такла) и далее -  полностью погруженными (рдесгы, элодея, хара). К гидагофитам относятся и плавающие на поверхности растения (ряска).

1.1.2 Основные свойства водной среды

Плотность воды -  это фактор, определяющий условия передвижения водных орЕтшизмов и давление на разных глубинах. 
Для дистиллированной воды плотность равна 1 г/см' при 4 °С. 
Плотность природных вод, содержащих растворенные соли, мо12