Кафедра Экологической безопасности и природопользования осуществляет научные работы по следующим темам:
Эта работа началась в 2011 году и стала для кафедры первым опытом массового вовлечения студентов (более 200 чел.) в масштабный изыскательский проект. Было проведено тотальное обследование водоохранных зон рек города Москвы. Студенты побригадно обследовали участки 10…15 км длиной, выявляли источники загрязнения, проводили экологическое описание и фотодокументирование. Руководил проектом А. В. Пуховский, осуществлявший взаимодействие с представителем исполнительного органа власти, курировавшим проект. Заместителем руководителя выступил А. В. Евграфов, подготовивший в паре с Пуховским на основе пробного обследования в районе Южного порта модельный образец отчета по участку. Активное участие в разработке программы обследования, критериальной шкалы, распределении студентов по участкам и руководстве студенческими бригадами приняли А. В. Новиков и все остальные сотрудники кафедры.
В 2012 году в рамках государственной программы города Москвы на среднесрочный период (2012-2016 гг.) «Развитие образования города Москвы» («Столичное образование») в рамках подпрограммы «Высшее и непрерывное профессиональное образование» преподаватели кафедры провели мероприятие «Образовательный экологический мониторинг рек г. Москвы» (рук. — Н. В. Лагутина). Оно было направленно на формирование у подрастающего поколения экологического мировоззрения в целом и, в частности, бережного отношения к экологическому состоянию своего города. Непосредственное вовлечение подрастающего поколения в природоохранные процессы и концентрация внимания обучающихся как граждан города позволяют рассчитывать на сознательное отношение к рациональному природопользованию, на активное участие в борьбе с экологическими нарушениями и на передачу полученного положительного опыта будущим поколениям.
Цели и задачи мероприятия — воспитание экологической культуры, духовности, патриотизма; вовлечение обучающихся в экологический контроль, получение ими дополнительных профессиональных навыков; общественный экологический контроль состояния рек (Москва, Чермянка, Лихоборка, Яуза, Сетунь, Сходня, Раменка, Химка, Самородинка, Очаковка и др.) с фотодокументированием экологических нарушений; анализ экологических нарушений, обсуждение и оценка проблем состояния рек г. Москвы и их водосборов в пределах водоохранных зон; обсуждение проблем непрерывного экологического образования и организации учебно-методического образовательного мониторинга.
В рамках проведения мероприятия «Образовательный экологический мониторинг рек г. Москвы» выполнено 4 этапа.
Этап 1. Проведение экологического обследования водосборов с участием обучающихся и преподавателей. Фотодокументирование экологических нарушений с координатной привязкой экологически опасных объектов и экологических нарушений.
Этап 2. Проведение семинара «Экология рек Москвы» с привлечением школьников, студентов и преподавателей.
Этап 3. Подготовка к изданию материалов семинара «Экология рек Москвы».
Этап 4. Проведение семинара «Современное состояние малых рек Москвы» с привлечением школьников, студентов и преподавателей.
В настоящее время данная работа продолжается в рамках учебных практик (рис. 1), подготовки курсовых работ и индивидуальных проектов. Она существенно дополнена детальными гидрохимическими и гидробиологическими изысканиями. В ходе данного развёрнутого в пространстве и во времени исследования собран обширный материал для анализа и научных обобщений.
Некоторые публикации по теме:
Учеными кафедры ОиИЭ и кафедры Организации и технологии строительства объектов природообустройства разработаны перспективные метантенки, предназначенные для мезофильной и термофильной переработки жидких органических c.-х. и коммунальных отходов (в т. ч. отходов очистных сооружений и частных домохозяйств), с быстрой и качественной регулировкой температурных режимов и режимов подачи и перекачки жидких органических, микробиологических и газообразных сред. Метантенки компактны, высокопроизводительны, могут окупаться за 3–4 года за счет выработки биогаза с увеличенным содержанием метана (рис. 2).
В качестве промежуточного технического результата работы по данной тематике на ФГБОУ ВО РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева оформлены два патента на полезные модели.
Н. В. Лагутиной и Д. Ю. Мартыновым совместно с представителями кафедры гидротехнических сооружений разработана инновационная быстровозводимая конструкционная дамба, предназначенная для эффективной защиты населенных пунктов и природной среды от наводнений и селевых потоков. Дамба состоит из каркасной основы, закрепленной в грунте с помощью раскрывающихся анкеров и свай, и современных композитных тканей с гидроизоляционным слоем (рис. 3).
Как результат проведенной теоретической и экспериментальной работы по данной тематике на ФГБОУ ВО РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева оформлен патент на изобретение и статьи в журналах, входящих в ВАК и Scopus.
Преподавателями кафедры Д. Ю. Мартыновым, Т. С. Король, магистром О. А. Стрижниковым в сотрудничестве с доцентом Тимирязевской Академии А. И. Новиченко разработана энергоэффективная технология обеззараживания и выделения из питательной среды, состоящей из органических стоков сельскохозяйственных предприятий, биологическим и механическим путем токсичных соединений с последующим малозатратным размножением водорослей Chlorella vulgaris BIN на полученной обезвреженной и обеззараженной питательной среде в специальных проточных блоках (фотобиореакторах) в присутствии солнечного освещения (рис. 4).
Технология дополнена запатентованными технологическими решениями, связанными с извлечением ценных сухих и жидких органических продуктов из суспензии Chlorella vulgaris BIN.
Результаты проведенной НИР были представлены на 20-ой Российской агропромышленной выставке «Золотая осень — 2018», по итогам которой разработка получила серебряную медаль в конкурсной номинации «Инновационные разработки в области агробиотехнологии». Промежуточные итоги работы также оформлены в виде статей и патентных решений:
Преподаватели кафедры Д. Ю. Мартынов, Н. В. Лагутина, Т. С. Король приняли активное участие в проведении научно-исследовательских работ по биологической ремедиации Нижнего Фермского пруда, реализуемого в рамках подписанного в 2019 году договора о научном сотрудничестве между РГАУ-МСХА им. К. А. Тимирязева и предприятием ООО «Альготек». Исследования проводились не двух прудах прудового комплекса. Активный эксперимент ставился на Нижнем Фермском пруду, а идентичный по местоположению, площади и источникам водоснабжения Средний Фермский пруд использовался в качестве контрольного. Альголизация пруда проходила в несколько этапов, включая подледное, послепаводковое и летнее внесение альголизанта, живых планктонных штаммов микроводорослей Chlorella vulgaris BIN. Весь весенне-летний и осенний период велся гидрохимический и гидробиологический мониторинг состояния Нижнем Фермского пруда (рис. 5).
На основе полученных данных была разработана технология управляемой биоремедиации рыбохозяйственных, рекреационных и ландшафтных водоемов методом альголизации штаммов микроводорослей Chlorella vulgaris BIN. Важным и полезным результатом применения данной технологии является комплексное восстановление экосистемы рыбохозяйственного водоема и эффективное подавление роста сине-зеленых водорослей. Сама хлорелла и выделяемые ею в процессе жизнедеятельности вещества являются хорошим кормом для зоопланктона (рачков, дафний и других полезных микроорганизмов), что создает оптимальные условия для роста популяции рыб, питающихся зоопланктоном. Рост численности микроводорослей хлореллы при этом также регулируется естественным путем, без негативных последствий для экосистемы водоема. Результаты проведенной научно-исследовательской работы были представлены на 21-ой Российской агропромышленной выставке «Золотая осень — 2019», по итогам которой разработка получила золотую медаль в конкурсной номинации «Инновационные разработки в области животноводства, включая рыбоводство, пчеловодство» (рис. 6).
Апробация новых методов и технологий производства биостимулирующих кормовых добавок на основе биологических суспензий микроводорослей, в т. ч. при получении пророщенного зеленого гидропонного корма (из пророщенных семян) и при проращивании семян в закрытых грунтах тепличных хозяйств для разных видов с.-х. животных и птиц, прошла в лабораториях центра развития животноводства, факультета агрономии и биотехнологии, ИМВХС в сотрудничестве с учеными, представляющими группу компаний «ЭЛНАН» и компанию ООО «Альготек».
Проращивание зерна до величины ростков и корешков до 1,5–2,0 см длиной обеспечивает увеличение содержания витаминов в 146 раз. Увеличивается усваиваемость питательных веществ, поскольку в процессе проращивания активизированные ферменты зерна превращают сложные питательные вещества в простые соединения. Рацион, содержащий много легкоусвояемых и физиологически активных соединений, за счёт введения пророщенного зерна, благотворно влияет на все функции и оздоровление организма. Включение зеленого гидропонного корма из пророщенных семян (обычно злаковых культур, таких как пшеница, ячмень, овес и другие), имитирующего свежую траву с весенних пастбищ, естественного натурального корма для разных видов животных, позволяет резко увеличить продуктивность, выживаемость, прирост живой массы и коэффициент усваиваемости корма до 95 % (по сравнению с плохо перевариваемыми концентрированными кормами, обладающими коэффициентом усваиваемости 25-35 %). Использовавшийся для гидропонного проращивания семян штамм микроводоросли Chlorella vulgaris BIN содержал 45-60 % белков, 5-10 % липидов, 10-35 % углеводов и до 10 % минеральных веществ. Важно отметить, что по качеству продуцируемого белка суспензия хлореллы превосходит все известные кормовые добавки и пищевые продукты, и включает все необходимые аминокислоты, в том числе незаменимые. По содержанию витаминов суспензия хлореллы, также многократно превосходит все растительные корма и культуры сельскохозяйственного производства.
В результате исследований удалось выявить симбиоз семян и суспензии хлореллы, благотворно влияющий на рост и развитие прорастающих семян пшеницы отборной. Отмечено ускорение роста семян на 50-80 %, и увеличение их веса по сравнению с контрольной средой при прорастании в воде по окончании 5 суток исследований почти на 7 %. Весьма значимый эффект также наблюдается при использовании суспензии хлореллы в качестве удобрения для проращивания кормовых семян, прорастающих в закрытом грунте. Так количество проросших в грунте семян увеличивается на 20-40 %, биомасса проросших семян увеличивается на 30-50 %, при сравнении с другими биостимуляторами роста растений. Органические соединения, микроэлементы и витаминами вырабатываемые суспензией хлореллы осаждаются на корневой системе прорастающих семян, стимулируя их рост и насыщая их полезными элементами (рис. 7).
Результаты были представлены на 21-ой Российской агропромышленной выставке «Золотая осень — 2019» (золотую медаль в конкурсной номинации «Инновационные разработки в области агробиотехнологии»).
Во многих отраслях человеческой деятельности — экономике, политике, экологии, управлении ресурсами и охране природы, кадастре, науке и образовании, везде, где требуется пространственная информация — ГИС стали инструментом решения повседневных задач. Из самых востребованных систем класса desktop в России наибольшую известность в 2000-х годах имели: ArcView, ArcInfo фирмы ESRI, MapInfo корпорации MapInfo, Atlas GIS из Strategic Mapping Inc., GeoGraph ЦГИ ИГ РАН, Sinteks/Tri фирмы Трисофт, WinGIS от Progis.
Соответственно в программах подготовки специалистов направлений «Природообустройство», «Водные ресурсы и водопользование» и других в своё время появились дисциплина «Экологический мониторинг и ГИС». Так, лабораторные работы по ArcView в рамках этой дисциплины проводятся на кафедре Общей и инженерной экологии МГУП с 1999 г. ArcView — одна из самых распространенных на Российском рынке программ, работающих в операционной среде Windows. Учебный процесс организован в форме выполнения студентами упражнений на компьютерах по сборнику упражнений, состоящему из 13 примеров с подробным описанием последовательности операций. Студенты имеют возможность самостоятельно контролировать правильность своих действий, благодаря этому участие преподавателя сведено к минимуму.
Навыки оцифровки карты студенты приобретают, работая с программой Surfer.
К сожалению, упомянутые выше известные и дорогостоящие программы далеко не всегда пригодны для решения специфических задач, стоящих перед инженерами водного хозяйства. Поэтому на кафедре ОиИЭ Никитенковым Б.Ф. была разработана специальная ГИС «Учебная», отличительными особенностями которой была возможность оцифровки большинства специфических объектов, с которыми имеют дело специалисты данной отрасли и столь необходимые при проектировании и оценке воздействия на окружающую среду связи хранимых в ГИС данных с инженерными подпрограммами.
ГИС «Учебная» обладала всеми основными чертами современных ГИС — т.е. достаточными возможностями по оцифровке, отображению и редактированию введенных объектов (рис. 8). Благодаря наглядности, присущей программам своего класса, она демонстрировалась студентам на практических занятиях, например в рамках курса «Моделирование и прогнозирование природных и антропогенных процессов в окружающей среде», «Оценка воздействия на окружающую среду» и др.
Кафедрой был приобретён некоторый опыт использования этой программы не только в учебных, но и в научных целях, в частности, для моделирования поверхностного стока. В ГИС «Учебная» были заложены алгоритмы схематизации бассейна реки, и тогда она выступала как инструмент получения новой информации для гидравлических и гидрологических расчётов.
Н. В. Лагутина прошла стажировку по ГИС во Франции, разработан сборник упражнений для лабораторных работ.
Публикации по теме:
На водосборах большинства освоенных рек во второй половине XX века произошли существенные изменения структуры растительных сообществ, распаханности и заболоченности. Антропогенные изменения в окружающей среде нарушают однородность имеющихся гидрологических рядов наблюдений за расходами и снижают эффективность традиционных статистических способов расчетов стока.
Процедура восстановления естественного стока рек осложняется неполнотой и отсутствием сведений об использовании вод.
Актуальность создания и применения генетических моделей, использующих в качестве входных данных климатические параметры, рельеф, почвенные и геоморфологические условия, возросла в наши дни в связи с необходимостью иметь механизм прогнозирования стока и его качества не только в отдельных створах, но и по всей длине рек. Совмещение динамических моделей расчета стока с возможностями ГИС позволяет оперативно отслеживать изменение условий на водосборах.
В основу модели склонового стока Б. Ф. Никитенковым в начале 2000-х было положено уравнение Сен-Венана без инерционных членов и уравнение баланса массы. Эту систему уравнений, применяющуюся обычно для расчётов стока в открытых руслах, он преобразовал в нелинейное уравнение параболического типа и приспособил для расчётов движения воды по склонам.
Результаты численных экспериментов показаны в диссертационной работе А. В Евграфова «Моделирование интенсивности склонового стока с водосборных бассейнов малых рек с использованием геоинформационной системы» и монографии «Методологические основы моделирования склонового стока водосборных бассейнов».
В настоящее время развитие темы моделирования стока в зависимости от условий на водосборе продолжается в части методологии подготовки исходных данных и изучения закономерностей пространственного и временного распределения значений факторов стокообразования.
Озеленение города является необходимым мероприятием для современного мегаполиса. Зеленые насаждения регулируют температурный режим города, благоприятно влияют на состав и чистоту воздуха, помогают в борьбе с шумом, а также положительно влияют на самочувствие человека, оказывая необходимое гигиеническое и психологическое воздействие.
Лиственница является однодомным листопадным деревом и относится к группе мезоксерофитов, олиготрофов. С такими требованиями к условиям произрастания ей легче приспособиться к специфике городской среды, чем другим хвойным растениям. Как и все хвойные, лиственница служит источником фитонцидов, что способствует обеззараживанию городского воздуха и созданию благоприятной среды обитания человека, а наравне с рябиной обыкновенной, дубом черешчатым, сосной обыкновенной, также является растением-аэроионокомпенсатором и эффективно влияет на уровень ионизации воздуха в условиях города при создании локальных зон озеленения.
В городах лесопосадки постоянно испытывают стресс от техногенного воздействия, и одними из самых опасных воздействий являются внезапные, спонтанные и достаточно быстро происходящие. Изменение внешних факторов, увеличение шумовой нагрузки или уменьшение доступного светового потока могут привести к гибели как отдельных деревьев, так и всей аллейной посадки.
Основным биоиндикационным признаком состояния и устойчивости лесопосадок в городских условиях является вариативность и изменчивость морфологических признаков. Для оценки влияния стрессового техногенного воздействия на лиственницу необходимо проводить мониторинг по основным морфометрическим параметрам.
Основные результаты работы были доложены на ряде конференций.
Об актуальности проблемы снижения уровня шума в городе Москве свидетельствуют такие цифры, как нахождение 70 % территории в зоне шумового дискомфорта при наблюдаемой величине превышений допустимого уровня шума на отдельных территориях города и в квартирах жилых домов до 15…25 дБА. В структуре жалоб населения на негативные факторы окружающей среды 32 % жалоб связано с повышенным шумом (по данным социологических опросов шум попадает в «тройку» наиболее актуальных экологических проблем). Речь идет о приоритете шумового загрязнения среди физических факторов воздействия и непосредственном влиянии шумового загрязнения на здоровье человека. В крупных городах шумовое загрязнение стало серьезной проблемой для горожан наряду с загрязнением атмосферного воздуха.
Последствия массового воздействия повышенного шума проявляются в росте заболеваний слухового аппарата, нервной системы, нарушениях режима сна. В связи с объективным развитием города, ростом объемов и темпов строительства, развитием транспортного комплекса будут появляться новые источники шума, шумовые характеристики существующих источников шума — возрастать. Это относится в первую очередь к основному источнику шума в городе Москве — шуму автотранспортных потоков. Так, согласно данным Генерального плана города Москвы, существующая протяженность улично-дорожной сети в два раза ниже заложенной в планах развития города. Это требует применения адекватных мер «компенсационного» характера и разработки специальных шумозащитных мероприятий в зонах наличия сверхнормативных показателей шума.
Преподаватели кафедры О. В. Сумарукова, А. В. Новиков принимают активное участие в проведении научно-исследовательских работ по оценке шумового воздействия в городской среде. Сотрудниками кафедры решаются следующие задачи: изучение допустимых уровней шума; описание основных источников шума в городской среде; проводятся исследования акустического загрязнения городских территорий автомобильным транспортом и шума в московском метрополитене, а также на участках МЦК и МЦД; разрабатываются рекомендации по организации наблюдений для оценки акустического загрязнения от различных видов транспорта; разрабатывается алгоритм создания шумовых карт, особое внимание уделяется организации зон акустического благополучия на ООПТ города Москвы.
Публикации по теме:
Сотрудники кафедры регулярно участвуют в Международных, Всероссийских, отраслевых научных, научно-практических конференциях, форумах, семинарах.
С 2011 года ведется плодотворное и многолетнее сотрудничество с Департаментом природопользования и охраны окружающей среды. Значительное число научных работ преподавателей кафедры ЭБиП связано систематизацией исследовательских и расчетных методик, позволяющих определить и предсказать уровень комплексного техногенного воздействия на водные объекты, и разработке комплексных решений по их экологической реабилитации, изучению и восстановлению водных систем и архитектурно-парковых ансамблей. Кафедра занимается оценкой экологического состояния ООПТ г. Москвы и состоянием дорожно-тропиночных сетей, результаты исследований докладывает на конференциях (рис. 9).
Студенты активно вовлекаются в исследовательскую деятельность под руководством сотрудников кафедры.
В 2017 году на 70-й Международной студенческой научно-практической конференции, посвященной 125-летию со дня рождения профессора Н. Д. Кондратьева отличился Николай Науменко — студент 3 курса бакалавриата с докладом на тему: «Экологические последствия вследствие потенциального подрыва плотины на примере реки Волга», его работа была признана лучшей среди научных и научно-практических исследованиях в студенческой среде (рис. 10).
На 71-й Международной студенческой научно-практической конференции, посвященной 130-летию со дня рождения А. В. Чаянова лучшим научно-практическим исследованием была признана работа студента Лудини Билляль, студента ИМВХС, с докладом на тему: «Обработанное масло — новая эра в экологической переработке».
На 72-й Международной студенческой научно-практической конференции, посвященной 145-летию со дня рождения А. Г. Дояренко высокой наградой была отмечена и научная работа Ширяевой Маргариты «Оценка экологического состояния реки Сетунь (в пределах города Москвы)» под руководством А. В. Новикова и О. В. Сумаруковой. Проект признан лучшей научной работой среди студентов высших учебных заведений Минсельхоза России в номинации «Природообустройство и водопользование» во II этапе Всероссийского конкурса, состоявшегося 30 апреля 2019 года.
В 2019 году студент 4 курса Лудини Биляль Нассерович под руководством А. В. Новикова и О. В. Сумаруковой, выступая с докладом на тему «Экологические аспекты в процессе регенерации моторного масла» на ХХVI Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов», занимает I место. Дипломы вручал ректор МГУ им. М. В. Ломоносова В. А. Садовничий, подчеркивая, что это — актуальная и единственная тема в области рециклинга вторичных отходов, которая была практически реализована (рис. 11).