Программа курса повышения квалификации
«Формирование качества вод и экосистем в условиях антропогенных нагрузок и изменения климата в Западной Сибири»
Пояснительная записка
В условиях научно-технического прогресса и роста численности человечества действие антропогенных факторов на окружающую среду и биосферу в целом будет усиливаться. Выявление в ней возможных изменений, познание условий их возникновения и законов развития становится жизненно-важной необходимостью, как основы сохранения природы и нахождения таких форм взаимодействия человека и биосферы, которые бы обеспечили их совместное развитие. Наиболее сильно подвержены воздействию человека и его хозяйственной деятельностью водные источники, особенно внутренние водоемы. В результате многофакторного антропогенного воздействия (гидростроительство, ирригация, промышленное и бытовое водопользование, химическое и тепловое загрязнение, промысел, рыбоводство) к настоящему времени трансформированы экосистемы почти всех крупных озер и рек. В силу объективной необходимости человек и впредь будет вовлекать в эксплуатацию водные ресурсы. Приоритет при комплексном использовании водных ресурсов должен быть отдан чистой воде и формированию в ней биопродукции, в частности рыбопродукции. Регионы Западной Сибири обладают неоценимыми запасами водных и рыбных ресурсов. Здесь же разведаны богатейшие минерально-сырьевые ресурсы (нефть и газ). В перспективе возрастет освоение ресурсов восточных склонов Урала (руды цветных и черных металлов, алмазы, платина, золото и др.). Возрастающая их эксплуатация привела к загрязнению природных сред и нарушению экосистем. В особенности подвержены загрязнению водные объекты, которые являются коллекторами всех стоков загрязняющих веществ.
В последние годы остро обозначились проблемы, связанные с развитием антропогенно-индуцированных процессов в окружающей среде, которые развиваются в региональном и глобальном масштабах. Без глубокого изучения последствий антропогенной деятельности, последствий освоения природно-сырьевых ресурсов и индустриальной деятельности невозможно предложить как адекватную систему мониторинга, так и технические решения, направленные на снижение загрязнения природных сред. Много выполнено исследований, которые дали понимание закономерностям антропогенных преобразований окружающей среды и ответам биологических систем на антропогенные воздействия, включая токсичное загрязнение вод. Однако прошлое не столь длительно, чтобы в настоящий момент можно было бы предсказать все сценарии будущих изменений, особенно отдаленные последствия длительного действия малых доз токсичных веществ. По мере развития науки и совершенствования аналитических измерений будут меняться наши представления об уровнях загрязнения и их последствиях для экосистем.
Корректность получаемых результатов определяется как проработанными методами сбора данных в натурных условиях, так и методами обработки данных с использованием современной измерительной аналитической аппаратурой, микроскопной техники, оборудованием для изучения физиологических, клеточных и генетических нарушений.
В рамках программы «Формирование качества вод и экосистем в условиях антропогенных нагрузок и изменения климата в Западной Сибири» слушатели освоят основные аспекты методологии, методик проведения практических исследований, анализа состояния и качества вод, а также вопросы, связанные с нормированием нагрузки на водные экосистемы и правовые аспекты устойчивого водопользования (табл. 1).
Таблица 1. Учебный план
| № | Название курса (форма отчетности) | Кол-во часов | В т.ч. аудитор-ных | В т.ч. самостоя- тельных |
| 1. | Гидрохимия (зачет) | 108 | 54 | 54 |
| 2. | Геохимия окружающей среды (зачет) | 108 | 54 | 54 |
| 3. | Химический анализ объектов окружающей среды (экзамен) | 144 | 68 | 76 |
| 4. | Экотоксикология (зачет) | 72 | 48 | 24 |
| 5. | Методы зооиндикации в экологическом мониторинге (зачет) | 72 | 48 | 24 |
| 6. | Общая гидробиология (экзамен) | 108 | 32 | 76 |
| 7. | Экологическая физиология (зачет) | 36 | 15 | 21 |
| 8. | Ихтиология (зачет) | 36 | 15 | 21 |
| 9. | Цитогенетические методы тестирования факторов среды (зачет) | 36 | 12 | 24 |
| 10. | Нормативные основы устойчивого водопользования (экзамен) | 72 | 28 | 44 |
| ИТОГО | 792 | 374 | 418 |
Материальное и профессиональное обеспечение курса
Проведение занятий по дисциплинам, запланированным в курсе повышения квалификации, планируется проводить силами квалифицированных преподавателей кафедр органической и экологической химии, зоологии и эволюционной экологии животных, геоэкологии и экологии и генетики ИМЕНИТ ТюмГУ.
Материальной базой курса послужит укомплектованная новейшей техникой и аналитическим оборудованием Лаборатория Качества вод, устойчивости водных экосистем и экотоксикологии.
Обучение в области химического направления основано на методиках обработки экспериментальных и полевых материалов по качеству вод и на современных научных представлениях в области аналитической химии, геохимии и других наук о Земле. В экспериментах предполагается использовать основные физико-химические методы исследования с учетом современных достижений науки и техники и собственных методических разработок; математическая обработка экспериментальных данных.
Основными дисциплинами эколого-географического профиля будут методики, нацеленные на получение исходной информации о состоянии водных и околоводных изучаемых экосистем и выявление динамики изменений по мере роста продолжительности и интенсивности природопользования на территории. Предполагается использование методов отраслевых физико-географических дисциплин (почвоведение, гидрология, геоботаника и пр.). Накопленный фактический материал позволит привлечь к использованию в учебном процессе методы математического моделирования, направленные на решение задач, связанных с выявлением, оценкой и контролем за рассредоточенными источниками загрязнения окружающей среды. Предполагается активное использование методов картографии, основная задача которых связана с визуализацией данных химико-аналитических работ, анализ причин и процессов миграции загрязняющих веществ с тех или иных территорий на исследуемые водосборы. Методы палеогеографии будут востребованы при изучении динамики процессов загрязнения окружающей среды территории Тюменского региона и для прогнозных исследований.
Основой дисциплин биологического профиля будут методики натурных и экспериментальных исследований, позволяющие наиболее репрезентативно и адекватно оценить характер и степень влияния различных антропогенных факторов (в первую очередь, химического загрязнения среды обитания) на экологические и биологический системы разного уровня. Для этого в ходе комплексных работ планируется использование частных методов и методик: 1) методы гистологического и гистохимического исследования, направленные на изучение влияния загрязнения на процессы формирования органов и тканей в онтогенезе, 2) методы цитологического анализа, с помощью которых предполагается изучение механизмов влияния поллютантов на клеточном уровне (в лаборатории имеется LSM 510-Мета – оптический микроскоп, обладающий значительным контрастом по сравнению с обычным микроскопом, что достигается использованием апертуры, размещённой в плоскости изображения и ограничивающей поток фонового рассеянного света; позволяет исследовать ткань на клеточном уровне в состоянии физиологической жизнедеятельности и демонстрировать клеточную активность в четырех измерениях), 3) методы микробиологического анализа, позволяющие не только фиксировать изменения в микрофлоре загрязненных территорий по сравнению с фоном, но и предлагать технологические схемы биологической реабилитации нарушенных земель, 4) метод морфофизиологических индикаторов, предложенный академиком С.С. Шварцем и хорошо зарекомендовавший себя для изучения влияния возмущаищих факторов окружающей среды на популяции теплокровных организмов, раскрывающий механизмы процессов адаптации организма и популяций видов разных таксонов и трофических уровней к стрессовым факторам, 5) методы цитогенетических и токсикологических исследований, раскрывающие ранние нарушения в биологических структурах на уровне отдельных генов и хромосом (для этого лаборатория располагает оборудованием для проведения: протеомного анализа, электрофореза, полимеразной цепной реакции, включая ПЦР в реальном времени, цитогенетического анализа, жидкостной высокоскоростной хроматографии, иммуноферментного анализа, иммуноблотинга, технологическим комплексом для биотехнологических разработок), 6) методы геоботанических, гидробиологических, ихтиологических, орнитологических и териологических исследований, направленные на выявления эффектов загрязнения среды обитания в натурных условиях на основе оценки состояния популяций доминирующих видов или видов-индикаторов, а также сообществ организмов различных таксономических групп, 7) методы биохимических и биогеохимических исследований, основанные на использовании современной приборной базы (система для микроволнового разложения образцов MW Transform 800 позволяет провести разрушение исследуемых образцов любого происхождения способом мокрого озоления в минеральных кислотах для дальнейшего анализа атомно-адсорбционным методами, атомно-адсорбционный спектрофотометр AA-6300 с графитовой печью и ртутной установкой MVU -1 AА позволяет определить концентрации тяжелых металлов (Cd, Pb, Co, Fe, Cu, Ni, As, Hg) в биологических и небиологических образцах, спектрофлуоро-фотометр Shimadzu RF-5301 PC предназначен для флюориметрического анализа качества вод, анализатор биохемилюминесцентный БЛМ используется для оценки загрязненности воды по выживаемости культур микроорганизмов, анализатор гематологический компьютеризированный Unicell позволяет обнаружить самые ранние признаки отклонений или диагностировать норму врожденных механизмов чувствительности и сопротивляемости организма, общую адьювантность (устойчивость) по состоянию параметров периферической белой и красной крови).