Экология: оценка и контроль окружающей среды

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации 

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ 

 
 
 
 
 
В.В. ЛАРИЧКИН, Н.И. ЛАРИЧКИНА,  
Д.А. НЕМУЩЕНКО 
 
 
 
 
ЭКОЛОГИЯ: 
ОЦЕНКА И КОНТРОЛЬ  
ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ 
 
Утверждено Редакционно-издательским советом университета  
в качестве учебного пособия 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
НОВОСИБИРСК 
2019 

 

УДК 502.175(075.8) 
         Л 253 
 

Рецензенты: 

д-р хим. наук, профессор кафедры инженерных  проблем экологии  
НГТУ, вед. науч. сотр. Института химии твердого тела 
 и механохимии СО РАН В.А. Полубояров 
канд. техн. наук, доцент А.М. Парахин 
 
 
Ларичкин В.В. 
Л 253   
Экология: оценка и контроль окружающей среды: учебное 
пособие / В.В. Ларичкин, Н.И. Ларичкина, Д.А. Немущенко. – 
Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2019. – 124 с. 

ISBN 978-5-7782-3948-7 

Изложены некоторые теоретические вопросы, связанные с оценкой состояния и контролем окружающей среды, являющиеся важным 
материалом курсов «Экология» и «Экологический мониторинг». Для 
закрепления знаний и приобретения практических навыков определения химического состава и загрязнений в различных средах учебным 
планом предусмотрено выполнение контрольно-измерительных работ 
в химической (экологической) лаборатории. Основное внимание уделено рассмотрению методов контроля загрязнения воды, почвы и 
продуктов питания. 
Предназначено для студентов, обучающихся по направлениям высшего образования 20.03.01 – Техносферная безопасность и 05.03.06 – 
Экология и природопользование. Может быть рекомендовано обучающимся по другим направлениям и специальностям, где читается дисциплина «Экология». 
 

Работа подготовлена на кафедре инженерных проблем экологии. 

 
УДК 502.175(075.8) 
 
ISBN 978-5-7782-3948-7  
 
 
 
 
 
© Ларичкин В.В., Ларичкина Н.И., 
    Немущенко Д.А., 2019 
© Новосибирский государственный 
    технический университет, 2019 

 

ОГЛАВЛЕНИЕ 

Введение ................................................................................................................... 4 
1. Общие сведения .................................................................................................. 5 
   1.1. Оценка состояния окружающей среды ........................................................ 5 
   1.2. Классификация методов контроля  окружающей среды ............................ 8 
      1.2.1. Контроль и методы определения  загрязнения атмосферного 
                воздуха ...................................................................................................... 9 
      1.2.2. Контроль и методы определения  загрязнения водных объектов ...... 18 
      1.2.3. Контроль и методы  почвенно-химического мониторинга ................ 20 
2. Основы техники работы  в химической лаборатории .............................. 23 
   2.1. Стеклянная химическая посуда .................................................................. 23 
      2.1.1. Посуда общего назначения ................................................................... 23 
      2.1.2. Посуда специального назначения ......................................................... 27 
      2.1.3. Мерная посуда ........................................................................................ 29 
   2.2. Фарфоровая посуда ...................................................................................... 31 
   2.3. Нагревательное оборудование .................................................................... 32 
   2.4. Весы и взвешивание .................................................................................... 34 
   2.5. Работа со спектрофотометром .................................................................... 36 
3. Определение хлорофилла  в листве растений фотометрическим 
    методом для оценки  неблагоприятных условий среды ........................... 39 
   3.1. Теоретические сведения .............................................................................. 39 
   3.2. Практическая работа .................................................................................... 44 
4. Определение органолептических  свойств воды ....................................... 52 
   4.1. Теоретические сведения .............................................................................. 52 
   4.2. Практическая работа .................................................................................... 62 
5. Определение степени загрязненности  почвы химическими 
    веществами  по солевому составу водной вытяжки .................................. 70 
   5.1. Теоретические сведения .............................................................................. 70 
   5.2. Практическая работа .................................................................................... 80 
6. Определение содержания  калия в образцах растений ............................. 87 
   6.1. Теоретические сведения .............................................................................. 87 
   6.2. Практическая работа .................................................................................... 95 
7. Определение загрязнения  пищевых продуктов нитратами ................... 99 
   7.1. Теоретические сведения .............................................................................. 99 
   7.2. Практическая работа .................................................................................. 112 
Библиографический список ................................................................................ 120 

 

ВВЕДЕНИЕ 

В настоящее время человечество стоит перед необходимостью реализации безопасного экологического развития. В случае невыполнения 
этого человеку как биологическому виду грозит исчезновение по причине деградации природных экосистем, загрязнения атмосферного 
воздуха, водных объектов, почвы, уменьшения природных ресурсов и 
др. Для реализации концепции устойчивого развития в период экономического роста и внедрения новых технологий необходимы новые 
знания об окружающей среде, новые нормы поведения. Все это напрямую связано с экологией, как наукой, изучающей условия существования живых организмов, в том числе и человека, а также взаимосвязи 
между организмами и средой обитания. Экологические знания имеют 
не только познавательное, практическое, но и эстетическое и этическое 
значение. Поэтому экологическое образование должно становиться 
обязательной составляющей всеобщей базовой подготовки специалистов, в первую очередь технического профиля. Повсеместное загрязнение окружающей среды вредными веществами представляет серьезную опасность для здоровья людей и благополучия будущих поколений. В этой связи решение вопросов обеспечения экологической безопасности должно быть важнейшим приоритетом государственной политики страны. Переход на путь экологически безопасного устойчивого развития общества может реализоваться только через подготовку 
ученых, инженеров, специалистов в области охраны окружающей среды. При этом всесторонняя подготовка должна быть не только теоретической, но, что особенно важно, практической. Она заключается в 
умении проводить мониторинг загрязнений, обеспечивать защиту от 
неблагоприятных экологических факторов, ликвидацию загрязнений 
окружающей среды. 
В настоящей работе нашли отражение вопросы оценки состояния и 
способы контроля окружающей среды (воздуха, воды, почвы), а также 
практическое проведение лабораторного мониторинга. 
 

 

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ 

1.1. Оценка состояния окружающей среды 

Методы оценки состояния окружающей среды [27] 

Метод – это способ теоретических исследований и практического 
осуществления какой-либо цели. 
Сам способ исследования объединяет объективные и субъективные методы. 
Выделяют следующие методы оценки состояния окружающей природной среды: всеобщий научный, общенаучные методы и конкретные 
методы. 

Всеобщий научный метод (диалектика), согласно которому все 
объекты рассматриваются в развитии, источником которого выступает 
единство и взаимодействие противоположностей, содержащихся в самом объекте. 

Общенаучные методы – методы, которые используются во всех 
науках: 
1) анализ – мысленное или практическое расчленение изучаемого 
предмета на элементы и исследование каждого элемента как отдельной 
системы; 
2) синтез – мысленное соединение частей в единое целое (рассмотрение объекта как единого целого); 
3) индукция – получение новых правил и законов из единичных 
фактов; 
4) дедукция – форма мышления, когда новое положение выводится 
логическим путем из предыдущего; 
5) наблюдение – способ познания, основанный на непосредственном восприятии предметов органами чувств исследователей без воздействия на объект наблюдения; 
6) сравнение – установление различий между объектами и их общих качеств; 
7) счет – нахождение числа, определяющего количественное соотношение однотипных объектов; 
8) измерение – физический процесс измерения численного значения некоторой величины по сравнению с эталоном; 

9) эксперимент – сфера человеческой деятельности, которая подвергает проверке истинность выдвигаемых гипотез (или выявление 
закономерностей развития данного объекта); 
10) обобщение данных (для изучения сложных объектов) – мысленное отделение несущественных связей и затем замена данного объекта 
его моделью; 
11) формализация объекта – отображение объекта в виде различных знаков в математической форме; 
12) аналогия – метод, посредством которого получают знание об 
исследуемых предметах или явлениях на основании того, что они 
имеют сходные признаки, которые уже известны; 
13) моделирование – метод, сущность которого заключается в замене изучаемого объекта его моделью. 

Конкретные методы подразделяются на общенаучные, междисциплинарные и биологические. 
К общенаучным методам относятся: анализ, синтез, наблюдение и 
моделирование. Основной метод – системный. Различают методы теоретические и практические. Цель теоретических исследований – получение знания о существующих связях между объектами и окружающей 
средой. Теоретические исследования завершаются формулированием 
концепций, правил и теорий, которые дают качественное объяснение 
какого-либо явления, т. е. гипотезу. Далее гипотеза подвергается количественному изучению и проверке, создаются математические модели 
изучаемого явления. 
Междисциплинарные методы – методы математики, физики, химии, биологии, географии, геохимии и геофизики. 
К биологическим относятся следующие методы: 
– закладки пробных площадей, профиля; 
– метод фитомеров; 
– биологической индикации; 
– фитоиндикации по растениям-индикаторам; 
– зооиндикации и др. 
Метод закладки пробных площадей используют в основном для 
изучения экосистем. Он состоит в том, что выбирается участок, наиболее типичный для данной экосистемы. Далее закладывают от 4 до  
10 проб, которые могут быть разной формы: квадратные, прямоугольные, круглые. Пробные площади бывают вре´менные и постоянные. 
На временных площадях структуру экосистем изучают один раз, а на 

постоянных – ежегодно и в течение многих лет (25…100 и более лет), 
чтобы изучить динамику изменения, в том числе и от антропогенного 
фактора. Размеры пробных площадей зависят от различных факторов, 
но в первую очередь от растительного покрова. Например, в условиях 
лесной зоны для изучения всех компонентов обследуют примерно 
один гектар. 
Метод профиля применяют для изучения экосистем в зависимости 
от структуры рельефа. Например, с помощью этого метода можно выявить: 
– изменение в природных экосистемах в зависимости от склонов 
южной и северной экспозиции (на северных – лесные экосистемы 
спускаются ниже по высоте, чем на южных); 
– уровень грунтовых вод; 
– влияние выбросов загрязняющих веществ промышленными 
предприятиями. 
Метод фитомеров используют для изучения изменения среды под 
влиянием различных показателей (температуры, кислотности, загрязнения и др.). Для анализа берут растения непосредственно из изучаемой экосистемы. Затем полученные результаты сравнивают с предельно допустимыми концентрациями (ПДК) веществ и загрязнителей для 
данной экосистемы и отдельных растений. 
Метод биологической индикации используют для изучения изменения среды по состоянию отдельных организмов или растительных сообществ. Например, для измерения загрязнения воздуха часто используют лишайники, так как разные виды лишайников неодинаково реагируют на концентрацию диоксида серы (
2
SO ). При ее высокой концентрации лишайники отсутствуют, а при уменьшении загрязнения 
они увеличивают площадь покрытия, видовое разнообразие и типы. 
Другой пример: кресс-салат – однолетнее садовое растение, обладающее повышенной чувствительностью к загрязнению почвы тяжелыми 
металлами, а воздуха – вредными газообразными выбросами. Этот биоиндикатор отличается быстрым прорастанием, почти 100 %-й всхо- 
жестью, которая изменяется в зависимости от степени загрязнения. 
В качестве биоиндикаторов могут также выступать мхи (в лесах), аквариумные «золотые» рыбки (в воде), дождевые черви (в почве) и др. 
Метод фитоиндикации по растениям-индикаторам основан на 
способности растений произрастать только в определенных параметрах среды (шкала влажности, кислотности, засоления, типов водного 

режима, влияние выпаса скота и др.). По состоянию видового разнообразия можно определить: 
– различные факторы абиотической (неживой) среды; 
– антропогенное воздействие на общее состояние экосистем; 
– степень загрязнения окружающей среды. 
Метод зооиндикации используют для выявления изменений природной среды на основе изучения животного мира, в первую очередь 
энтомофауны (насекомых). В частности, для изучения загрязнения 
водных экосистем используются: 
– микроорганизмы водных систем; 
– водоросли (водорослевый тест); 
– различные насекомые, живущие в воде (метод изучения дафний). 

1.2. Классификация методов контроля  
окружающей среды 

В обеспечении контроля за качеством окружающей среды важнейшую роль играют: 
– природоохранное законодательство; 
– стандартизация (ГОСТы); 
– экологическая экспертиза; 
– экологический мониторинг. 
Центральными органами по контролю за качеством окружающей 
среды и управлению им являются: 
– Министерство природных ресурсов и экологии РФ (Минприроды 
России); 

– Федеральная служба России по гидрометеорологии и мониторин
гу окружающей среды (Росгидромет); 

– Федеральная служба России по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека (Роспотребнадзор). 

Экологический мониторинг (мониторинг окружающей среды) – это 

комплексные наблюдения за состоянием окружающей среды, в том 
числе компонентов природной среды, естественных экологических 
систем, за происходящими в них процессами, явлениями, оценка и 
прогноз изменений состояния окружающей среды. Он включает в себя 
звенья разного уровня: глобальный (в пределах земного шара), национальный (в пределах государства), региональный (в пределах субъектов РФ), локальный (в пределах населенных пунктов, промышленных 

центров, предприятий). Системы мониторинга необходимы для учета, 
анализа, оценки и прогноза изменения состояния природной среды на 
различных уровнях с целью принятия мер по достижению и сохранению стабильного состояния среды обитания. 

1.2.1. Контроль и методы определения  

загрязнения атмосферного воздуха 

Анализ загрязнения воздуха относится к наиболее трудным зада
чам аналитической химии, поскольку в одной пробе одновременно могут находиться сотни токсичных примесей, органических и неорганических соединений различных классов. Концентрации токсичных веществ, попадающих из различных источников в атмосферу и воздух 
рабочей зоны предприятий, находятся на уровне следовых количеств 
или микропримесей. Кроме того, воздух представляет собой неустойчивую систему с постоянно изменяющимся составом (наличие влаги, 
кислорода, фотохимические реакции, изменение метеорологических 
условий). Трудности при анализе подобных систем встречаются практически в каждой аналитической операции, начиная с отбора пробы и 
заканчивая определением (детектированием) примесей. 
Согласно Федеральному закону «Об охране атмосферного воздуха» 
от 04.05.1999 г. № 96-ФЗ основными задачами Общегосударственной 
системы наблюдения и контроля атмосферного воздуха (ОГСНКА) 
являются: 
 наблюдение за уровнем загрязнения атмосферы и распределением загрязнителей во времени и пространстве и их контроль, выявление 
источников выбросов и их контроль; 
 обеспечение заинтересованных организаций систематической и 
экстренной информацией об изменении уровня загрязнения атмосферы, а также прогнозами и предупреждениями о возможных изменениях 
этих уровней. 
Нормативно-методическое обеспечение решения этих задач представлено в работах [29–45]. 

Для определения концентраций вредных примесей в атмосферном 

воздухе, например в отработавших газах двигателей автомобилей, 
используются разные методы оценки, когда анализируются индивидуальные пробы газа, взятые дискретно или при непрерывных измерениях. 

Основные требования к отбору проб газа и его анализу состоят в 

следующем: 

 все части системы отбора должны быть инертны по отношению 

к исследуемому компоненту; 

 температура системы отбора проб должна поддерживаться на 

уровне, исключающем конденсацию паров или взаимодействие компонентов исследуемой газовой смеси друг с другом; 

 объем пробы должен быть точно измеренным и достаточным для 

обеспечения требуемой точности измерений. 

Дискретные измерения проводятся с помощью переносных реги
страторов концентраций загрязняющих атмосферный воздух веществ. 

Автоматические приборы непрерывного действия используются 

для оперативного контроля за уровнем загрязнения атмосферного воздуха вблизи интенсивных источников выбросов (объектов энергетики, 
автомагистралей, химических производств и др.). 

В газоаналитической аппаратуре реализуются следующие методы 

измерений. 

1. Непосредственное измерение показателя, характеризующего 

вредное вещество, без изменения химического состава пробы газа. Используются приборы, построенные на принципах избирательной абсорбции света в инфракрасной, ультрафиолетовой и видимой части 
спектра, парамагнетизма, изменения плотности, теплопроводности, 
показателя преломления света. 

2. Вредное вещество, подлежащее измерению, переводится путем 

химических реакций в состояние, обладающее свойствами, доступными автоматическому измерению. Используются приборы фотометрического, гальванометрического, потенциометрического, термохимического принципа действия. 

В конструкциях наиболее распространенных анализаторов различ
ных газов используются разнообразные методы. 

Абсорбционный метод спектрального анализа газов основан на 

свойстве веществ избирательно поглощать часть проходящего через 
них электромагнитного излучения. Специфичность спектра поглощения позволяет качественно определять состав газовых смесей, а его 
интенсивность связана с количеством поглощающего энергию вещества. Каждому газу присуща своя область длин волн поглощения. Это 
обусловливает возможность избирательного анализа газов. 

Электрохимический метод газового анализа основан на использо
вании химических сенсорных датчиков, состоящих из двух чувстви

тельных элементов и определенного химического покрытия, которое 
непосредственно контактирует с анализируемой средой и на котором 
происходит адсорбция анализируемого вещества. В зависимости от 
того, какие физические свойства, зависящие от количества адсорбированного вещества, измеряются, датчики делятся на потенциометрические, кулонометрические, полярографические и др. Электрохимические газоанализаторы отличаются сравнительной простотой, низкой 
чувствительностью к механическим воздействиям, малыми габаритами 
и массой, незначительным энергопотреблением. 

Пламенно-ионизационные газоанализаторы используются для из
мерения суммарной концентрации углеводородов различных классов, 
контролировать которые избирательными методами анализа весьма 
сложно. Они обеспечивают надежное измерение в диапазоне концентраций 10…10 000 
1
млн , отличаются высокой чувствительностью (до 

0,001 
1
млн ) и малой инерционностью; позволяют раздельно опреде
лять содержание метана и реакционно-способных углеводородов, образующих в атмосфере фотохимический смог. 

Хемилюминесцентный метод газового анализа применяется для 

измерения концентраций 
3
NО ,  О
x
 и основан на реакции этих компо
нентов, подающихся одновременно в реакционную камеру. Интенсивность излучения, измеряемого фотоумножителем, пропорциональна 
концентрации оксидов азота. Озон получают в генераторах в результате воздействия тлеющего разряда или ультрафиолетового излучения на 
кислородсодержащую смесь (воздух). 

Хроматографический метод широко распространен и основан на 

использовании свойства разделения сложных смесей на хроматографической колонке, заполненной сорбентом. Проба газа вводится в поток соответствующего газа-носителя форсункой и вместе с ним пропускается через колонки с твердыми адсорбирующими поверхностями 
(адсорбционная газовая хроматография) или с нанесенными на твердые поверхности нелетучими жидкостями (газожидкостная хроматография). Отдельные компоненты смеси с различными скоростями перемещаются в колонке, выходят из нее раздельными фракциями и регистрируются. 

Газ-носитель, транспортирующий молекулы исследуемой газовой 

смеси, протекает с постоянной скоростью. Колонки, по которым проходит газ, калибруются, для того чтобы установить время прохождения того или иного компонента. Соответствующий детектор использу