Инженерная экология (строительство) : практикум для лабораторных работ

УДК 504.13
ББК 28.088

П 38

Согласно 436-ФЗ от 29.12.2010 «О защите детей 
от информации, причиняющей вред их здоровью и 
развитию» данная продукция маркировке не подлежит.

Рецензент 
канд. с.-х. наук С.Б. Ловинецкая (ФГБОУ ВО ОмГАУ им. П.А. Столыпина) 

Работа утверждена редакционно-издательским советом СибАДИ в качестве практикума для лабораторных работ.   

П38

Плешакова, Ольга Владимировна. 
Инженерная экология (строительство) : практикум для лабораторных 
работ [Электронный ресурс] / О.В. Плешакова, С.А. Эмралиева.– Электрон. дан. 
–
Омск
: 
СибАДИ, 
2022. 
–
Режим
доступа:

http://bek.sibadi.org/MegaPro, для авторизованных пользователей. – Загл. с 
экрана.

Предназначен для проведения лабораторных работ обучающимися по дисциплине «Инженерная экология». Содержит теоретический материал, девять лабораторных работ, вопросы для защиты лабораторных работ, библиографический список.  
Имеет интерактивное содержание. 
Рекомендуется для обучающихся всех форм обучения по направлению подготовки бакалавриата «Строительство».  
Работа подготовлена на кафедре «Техносферная и экологическая безопасность». 

Текстовое (символьное) издание (7,3 Мб) 
Системные требования: Intel, 3,4 GHz 150 Мб; Windows XP/Visa/7;
 1 Гб свободного места на жестком диске; программа для чтения pdf-файлов: 
Adobe Acrobat Reader; Foxit reader 

Редактор И.Г. Кузнецова 
Техническая подготовка Л.Р. Усачева 

Издание первое. Дата подписания к использованию 24.05.2022 
Издательско-полиграфический комплекс СибАДИ. 644080, г. Омск, пр. Мира, 5 
РИО ИПК СибАДИ. 644080, г. Омск, ул. 2-я Поселковая, 1 

 ФГБОУ ВО «СибАДИ», 2022 

ВВЕДЕНИЕ 

Инженерная экология – прикладная дисциплина, представляющая
собой систему научно обоснованных инженерно-технических мероприятий, направленных на сохранение качества окружающей среды в 
условиях растущего промышленного производства. Инженерная экология возникла на стыке технических, естественных и социальных 
наук. 
Развитие всех отраслей народного хозяйства поставило перед 
человечеством острую проблему охраны окружающей среды. 
Строительство является одним из наиболее серьезных факторов 
негативного воздействия на окружающую среду. Антропогенное 
влияние строительства проявляется на всех этапах производства – 
начиная 
с 
добычи 
строительных 
материалов 
и 
заканчивая 
эксплуатацией построенных объектов.  
На этапе строительства наиболее существенными негативными 
влияниями на окружающую среду являются:  
‒ загрязнение атмосферного воздуха газопылевыми выбросами 
(строительная техника и автотранспорт, сварочные и лакокрасочные 
работы и т. д.);  
‒ загрязнение подземных и сточных вод (заправка техники и 
автотранспорта, проливы бетонной смеси и различных растворов и т.д.);  
‒ негативные воздействия на акустическую среду (строительная 
техника, свайные работы и т. д.);  
‒ загрязнение окружающей среды строительными отходами;  
‒ нарушение естественного ландшафта местности [1]. 
Требования 
в 
области 
охраны 
окружающей 
среды, 
предъявляемые к проектированию и строительству дорог, зданий и 
сооружений, 
являются 
основным 
регулирующим 
фактором 
обеспечения 
экологической 
безопасности, 
а 
экологическая 
безопасность – допустимый уровень негативного воздействия 

природных и антропогенных факторов экологической опасности на 
окружающую среду и человека.  

Целью освоения дисциплины «Инженерная экология» является 

получение знаний, практических умений и навыков по охране 
окружающей среды и экологической безопасности обучающимися. 

Дисциплина «Инженерная экология» преподается студентам на 

лекциях, а также лабораторных занятиях, которые проводятся в химической лаборатории и в компьютерном классе. В практикуме изложены теоретический материал, методики проведения лабораторных 
работ, после каждой лабораторной работы приводятся вопросы для ее 
защиты.  

Изучение основ дисциплины знакомит обучающихся с законо
мерностями природы, основным влиянием отрасли на окружающую 
среду, различными загрязнениями от различных источников, оценкой 
этого влияния и методами защиты природной среды от антропогенного воздействия. Эти знания необходимы для грамотного оценивания 
влияния объекта строительства на окружающую среду, выработки у 
обучающихся экологического мышления, способствующего рациональному использованию природных ресурсов, использованию малоотходных и ресурсосберегающих технологий, гармоничному взаимодействию человека и природы [2]. 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Лабораторная работа № 1 

БИОСФЕРА 

 

Цель 
работы: 
закрепить 
знания 
о 
биосфере 
планеты, 

полученные на лекционных занятиях. 

 

Базовая часть 

 

Биосфера. Термин «биосфера» впервые был введен в науку 

австрийским геологом Э. Зюссом в 1875 г. Он подразумевал под 
термином «биосфера» особую тонкую оболочку Земли, «пленку 
жизни». Учение о биосфере, раскрывшее её роль и значение для 
развития жизни на нашей планете, создал русский ученый-геохимик 
В.И. Вернадский. Он определил биосферу как область существования 
жизни и живых организмов на Земле как единого целого. Согласно 
учению 
В.И. 
Вернадского, 
биосфера 
начала 
формироваться 

одновременно 
с 
образованием 
Земли 
и 
пронизывает 
все 
её 

географические оболочки: атмосферу, гидросферу и литосферу. 
Верхней границей биосферы служит озоновый слой (озоносфера) – 
тонкий слой в стратосфере на высоте 25…30 км с повышенным 
содержанием озона (О3), который защищает все живое на планете от 
жёсткого ультрафиолетового и мягкого рентгеновского излучений. 
Установить, где проходит нижняя граница биосферы, сложно, так как 
даже 
на дне 
Мирового океана, в 
сверхглубоких скважинах, 

пробуренных до глубины 10…12 км, обнаружены живые организмы 
или следы их пребывания. К физико-химическим условия жизни можно 
отнести: наличие доступной для организмов воды, температурный 
режим (средняя температура планеты составляет +15 °С), наличие 
элементов питания (предел солености воды составляет 270 г/л), газовый 
состав атмосферы (N2 – 78%, О2 – 21%, СО2 – 0,03%).  

Биосфера, как любая экосистема, состоит из абиотической и 

биотической частей. Абиотическая часть представлена почвой и 
подстилающими её породами, атмосферным воздухом, водной средой 
океанов, морей, рек, озер. Биотическая часть состоит из живых 
организмов: растений, животных и микроорганизмов. Биосфера 
представляет 
собой 
достаточно 
сложную 
систему, 
которая 

характеризуется рядом свойств, определяющих ее специфику. К их 
числу относятся:  

- централизованность, то есть центральным звеном биосферы 

являются живые организмы;  

- открытость, биосфера существует только за счет получения от 

Солнца энергии, усваиваемой растениями и передаваемой далее по 
цепям питания;  

- саморегулируемость и организованность, наличие в биосфере 

механизмов, способных возвращать экосистемы в исходное состояние 
(гомеостаз);  

- разнообразие – разные среды жизни, входящие в состав 

биосферы 
(водная, 
почвенная, 
наземно-воздушная 
и 
т.д.), 

разнообразие природных зон, наличие различных геохимических 
областей и самое главное – большое число элементарных экосистем 
со свойственным им видовым разнообразием. Предполагают, что в 
настоящее время на Земле обитает до 2 млн видов животных и более 
340 тыс. видов растений и грибов. Самую многочисленную группу 
растений (более 280 тыс. видов) составляют цветковые или 
покрытосеменные. Разнообразие в целом рассматривают как основное 
условие устойчивости любой экосистемы и биосферы в целом;  

- наличие механизмов, обеспечивающих круговорот веществ и 

связанную с ним неисчерпаемость отдельных химических элементов 
и их соединений.  

В составе биосферы В.И. Вернадский выделил четыре основных 

вида вещества:  

o 
косное, в создании которого живые организмы участия не 

принимали (гранит, базальт). В составе косного вещества иногда 
выделяют в отдельные группы: космическое, радиоактивное и 
рассеянные атомы;  

o 
биокосное – это неорганические породы, переработанные 

живыми организмами (в первую очередь почва);  

o 
биогенное, образовавшееся в процессе жизнедеятельности 

живых организмов (нефть, каменный уголь, известняки);  

o 
живое – все живые организмы планеты как единое целое.  

Биосфера за тысячелетия своего существования прошла долгий 

путь. Человек, преобразуя природные экосистемы в процессе своей 
производственной деятельности, создал особую часть биосферы – 
техносферу. Если преобразование биосферы в техносферу будет идти 
такими же темпами, то через несколько десятилетий на Земле не 
останется естественных природных экосистем, биосфера окажется на 
грани гибели. Единственной альтернативой этому является разумное 
использование 
природных 
ресурсов 
и 
условий, 
минимальное 

вмешательство 
в 
природные 
экосистемы 
без 
нарушения 
их 

способности к самовосстановлению. Такую высшую стадию развития 
биосферы, «сферу разума» В.И. Вернадский назвал ноосферой. 

Живое вещество биосферы, его функции. Живое вещество 

биосферы состоит из тех же элементов, что и неживое вещество. Это 
подтверждает единство природы и делает возможным круговорот 
веществ. Живое вещество образует тонкий слой в массе геосфер 
Земли. Его масса 2420 млрд т, что более чем в две тысячи раз меньше 
массы самой легкой оболочки Земли – атмосферы. Но живое 
вещество, хотя оно распределено в биосфере неравномерно, 
пронизывает все геосферы Земли.  

В.И. Вернадский отмечал следующие функции живого вещества:  
- газовая – обеспечивает постоянство газового состава атмосферы 

за счет фотосинтеза и дыхания;  

- концентрационная – организмы накапливают в своих телах 

многие химические элементы;  

- 
окислительно-восстановительная 
– 
высокая 
скорость 

окислительно-восстановительных реакций, проходящих в живых 
организмах, обеспечивает высокую скорость круговорота веществ;  

- биохимическая – размножение, рост и перемещение в 

пространстве;  

- деструкционная – микроорганизмы разлагают органические 

остатки до простых минеральных соединений, чем способствуют 
возвращению элементов в круговорот веществ;  

- средообразующая – живые организмы воздействуют на 

окружающую их среду, изменяя её (растения создают тень, сохраняют 
влагу, формируют особый тип почв);  

- энергетическая – зелёные растения усваивают энергию Солнца, 

превращают её в химическую энергию органического вещества, по 
цепям питания эта энергия передаётся от одного организма к другому;  

- транспортная – живые организмы способствуют перемещению 

веществ и отдельных элементов в пространстве;  

- 
информационная 
– 
благодаря 
наследственности 
живые 

организмы передают информацию следующим поколениям. 

Круговороты веществ в биосфере. Основных круговоротов в 

биосфере два: большой (геологический) и малый (биогеохимический, 
биотический).  

Большой 
(геологический) 
круговорот 
веществ 
в 
природе 

обусловлен взаимодействием солнечной энергии с глубинной 

энергией Земли и осуществляет перераспределение вещества между 
биосферой и более глубокими горизонтами Земли.  

Осадочные горные породы, образованные за счет выветривания 

магматических пород, под действием осадков, ветра переносятся 
потоками ручьёв, рек в Мировой океан, где постепенно в подвижных 
зонах земной коры вновь погружаются в зону высоких температур и 
давлений. Там они переплавляются в магму – источник новых 
магматических пород. После поднятия этих пород на земную 
поверхность и действия процессов выветривания круговорот косного 
вещества продолжается.  

Малый (биохимический, биотический) круговорот совершается в 

пределах биосферы. Он начинается с образования органического 
вещества из неорганического в процессе фото- и хемосинтеза, 
продолжается при передаче вещества по трофическим цепям и 
заканчивается разложением органического вещества в простые 
неорганические соединения. Этот круговорот для существования 
биосферы главный. В нем главная роль принадлежит живому 
веществу. Источником энергии биохимического круговорота является 
энергия Солнца. Именно под её воздействием начинается процесс 
фотосинтеза. Если перенос вещества и энергии осуществляется 
преимущественно посредством трофических цепей, такой круговорот 
называют 
биологическим. 
Он 
предполагает 
замкнутый 
цикл 

вещества, многократно используемого в трофической цепи.  

В 
масштабах 
всей 
биосферы 
биологический 
круговорот 

невозможен. В биохимическом круговороте происходит обмен макро- 
и микроэлементами, простыми неорганическими веществами (СО2, 
Н2О) с веществом атмосферы, гидросферы и литосферы.  

Круговороты отдельных элементов В.И. Вернадский назвал 

биогеохимическими циклами. В таком цикле химический элемент 
перемещается из живого организма во внешнюю среду, затем, 
претерпев определенные изменения, снова поглощается живым 
организмом. Элементы, участвующие в биогеохимических циклах, 
называют биофильными. К ним относятся углерод, азот, водород, 
кислород, фосфор и сера.  

В биогеохимических круговоротах различают две части:  
- резервный фонд – это масса веществ, не связанных с живыми 

организмами. Их перемещение происходит в рамках геологического 
круговорота;  

- обменный фонд – меньшая, по сравнению с резервным фондом, 

масса веществ, участвующая в обмене между живыми организмами и 
окружающей их средой.  

В биосфере можно выделить:  
1) круговорот газообразных веществ с резервным фондом в 

атмосфере и гидросфере;  

2) осадочный цикл с резервным фондом в земной коре.  
Углерод вступает в биохимический цикл в форме углекислого 

газа (растения поглощают его в процессе фотосинтеза), передается по 
трофическим цепям в составе органического вещества и возвращается 
в атмосферу в виде углекислого газа, который образуется при 
разложении 
редуцентами 
органических 
остатков. 
Скорость 

круговорота углерода составляет примерно 300 лет.  

Кислород 
синтезируется 
зелеными 
растениями 
в 
процессе 

фотосинтеза, поглощается животными, почвенными организмами и 
растениями при дыхании, включается в состав сложных органических 
соединений, выделяется при дыхании в составе углекислого газа, который 
поглощается растениями. Скорость круговорота кислорода – 2 тыс. лет.  

Азот в огромных количествах сосредоточен в атмосфере, но 

живые организмы не могут усваивать его при дыхании, как кислород. 
Атомы азота входят в состав белковых молекул. Растения могут 
усваивать азот только в виде нитратов, нитритов или солей аммония. 
Важнейшую роль в круговороте азота играют нитрифицирующие 
хемосинтезирующие бактерии. Они разлагают органические остатки 
погибших организмов, превращая азот из белковых молекул в 
нитраты 
и 
нитриты. 
Азот 
почвенного 
воздуха 
усваивают 

азотфиксирующие (клубеньковые) бактерии, которые поселяются на 
корнях бобовых растений. Возвращается азот в атмосферу при 
разложении, гниении органических остатков.  

Основная масса фосфора и серы содержится в резервном фонде 

земной коры и недоступна живым организмам. Круговороты серы и 
фосфора – типичные осадочные геохимические циклы.  

Фосфор содержится в горных породах в виде фосфатов. В 

биохимический круговорот он может попасть при подъёме земной 
коры на поверхность суши. В процессе выветривания горные породы 
разрушаются. Часть соединений, содержащих фосфор, попадает в 
океан, где усваивается фитопланктоном и передается по трофической 
цепи до консументов третьего порядка – морских птиц. Из 
экскрементов морских животных и птиц, при разложении умерших 

организмов, особенно рыб, фосфор вновь попадает в море и в 
круговорот, но часть скелетов достигает больших глубин и 
заключенный в них фосфор попадает в осадочные породы. Именно на 
этой стадии фосфор выключается из биотического круговорота на 
долгие годы, что может привести к его дефициту. В наземных 
экосистемах из почвы фосфор поглощают растения, далее он 
передается по трофической цепи. Возвращается фосфор в почву после 
отмирания животных и растений. Вымывание соединений фосфора и 
азота из почвы и попадание больших количеств этих элементов в 
водоёмы приводит к увеличению биомассы водорослей – «цветению» 
водоёмов, называемому эвтрофикацией.  

Сера имеет резервный фонд в почве и в атмосфере. В горных 

породах сера встречается в виде сульфидов и сульфатов, в природных 
водах – в виде растворимых в воде сульфатов, в атмосфере – в виде 
сероводорода и сернистого газа. В биохимический круговорот сера 
вовлекается серобактериями – особыми хемосинтетиками, способными 
перерабатывать серу и её соединения в сероводород. Под действием 
кислорода воздуха и некоторых микроорганизмов сероводород 
окисляется до сульфатов, растворяется в воде и с осадками попадает в 
почву, где становится доступным растениям. В наземных экосистемах 
сера возвращается в почву при отмирании организмов [3]. 

 

Ход лабораторной работы 

 

Используя лекционный материал, а также базовую часть, выпол
нить следующие задания и ответить на вопросы к лабораторной работе. 

 

Задания и вопросы к лабораторной работе 

 

1. Дайте определение понятию «биосфера». Укажите границы 

биосферы и сферы, в которых обитают живые организмы. 

2. Укажите части биосферы из приведенного списка:  
а) абиотическую; б) биотическую. 

Пчелы, дерево, скала, песчаный нанос, валун, болото, пашня, камень, 
лишайники, движущийся бархан, овцы, дюна, галечная отмель, 
кустарники, 
каменистая 
осыпь, 
однолетние 
травы, 
рыбы, 

фитопланктон, волки, микроорганизмы, насекомые, скальные породы, 
глинистые почвы, дельфины, песчаное дно, птицы, атмосферные 
осадки, ветер, вирусы, ледяной покров, люди. 

3. Дайте определения основных круговоротов веществ в природе.  

4. Составьте схему круговорота воды в природе, используя 

следующие компоненты: осадки, испарение, транспирация, водяной 
пар, конденсация, облака, растительность, водоем, суша, сток. 

5. Рассмотрите рис. 1.1 и дайте описание главных процессов, в 

сумме составляющих круговорот углерода. 

 

 

 

Рис. 1.1. Круговорот углерода 

 
6. Изучите схему (рис. 1.2) и дайте характеристику важнейших 

процессов, обеспечивающих круговорот азота. Какие организмы 
участвуют в этих процессах? 

 
 

 

 

Рис. 1.2. Круговорот азота