Экологический мониторинг
Бичев М.А.
Введение
Система экологического мониторинга должна накапливать, систематизировать и анализировать информацию:
• о состоянии окружающей среды;
• о причинах наблюдаемых и вероятных изменений состояния (т.е. об источниках и факторах воздействия);
• о допустимости изменений и нагрузок на среду в целом;
• о существующих резервах биосферы.
Таким образом, в систему экологического мониторинга входят наблюдения за состоянием элементов биосферы и наблюдения за источниками и факторами антропогенного воздействия.
В соответствии с приведенными определениями и возложенными на систему функциями, мониторинг включает три основных направления деятельности:
• наблюдения за факторами воздействия и состоянием среды;
• оценку фактического состояния среды;
• прогноз состояния окружающей природной среды и оценку прогнозируемого состояния.
Следует принять во внимание, что сама система мониторинга не включает деятельность по управлению качеством среды, но является источником необходимой для принятия экологически значимых решений информации.
Основные задачи экологического мониторинга:
• наблюдение за источниками антропогенного воздействия;
• наблюдение за факторами антропогенного воздействия;
• наблюдение за состоянием природной среды и происходящими в ней процессами под влиянием факторов антропогенного воздействия;
• оценка фактического состояния природной среды;
• прогноз изменения состояния природной среды под влиянием факторов антропогенного воздействия и оценка прогнозируемого состояния природной среды.
Экологические мониторинги окружающей среды могут разрабатываться на уровне промышленного объекта, города, области, края, республики в составе федерации.
Характер и механизм обобщения информации об экологической обстановке при её движении по иерархическим уровням системы экологического мониторинга определяются с помощью понятия информационного портрета экологической обстановки. Последний представляет собой совокупность графически представленных пространственно распределённых данных, характеризующих экологическую обстановку на определённой территории, совместно с картоосновой местности.
При разработке проекта экологического мониторинга необходима следующая информация:
• источники поступления загрязняющих веществ в окружающую природную среду - выбросы загрязняющих веществ в атмосферу промышленными, энергетическими, транспортными и другимиприводящие к выбросу в атмосферу опасных веществ и разливу жидких загрязняющих и опасных веществ и т.д.;
• переносы загрязняющих веществ - процессы атмосферного переноса;процессы переноса и миграции в водной среде;
• процессы ландшафтно-геохимического перераспределения загрязняющих веществ - миграция загрязняющих веществ по почвенному профилю до уровня грунтовых вод; миграция загрязняющих веществ по ландшафто-геохимическому сопряжению с учётом геохимических барьеров и биохимических круговоротов; биохимический круговорот и т.д.;
• данные о состоянии антропогенных источников загрязнения - мощность источника загрязнения и месторасположение его, гидродинамические условия поступления загрязнения в окружающую среду.
Следует принять во внимание, что сама система мониторинга не включает деятельность по управлению качеством среды, но является источником необходимой для принятия экологически значимых решений информации. Термин контроль, нередко употребляющийся в русскоязычной литературе для описания аналитического определения тех или иных параметров (например, контроль состава атмосферного воздуха, контроль качества воды водоемов), следует использовать только в отношении деятельности, предполагающей принятие активных регулирующих мер.
«Экологический контроль» — это деятельность государственных органов, предприятий и граждан по соблюдению экологических норм и правил. Различают государственный, производственный и общественный экологический контроль.
Законодательные основы экологического контроля регулируются Законом РФ "Об охране окружающей природной среды";
1. Экологический контроль ставит своими задачами: наблюдение за состоянием окружающей среды и ее изменением под влиянием хозяйственной и иной деятельности; проверку выполнения планов и мероприятий по охране природы, рациональному использованию природных ресурсов, оздоровлению окружающей природной среды, соблюдения требований природоохранительного законодательства и нормативов качества окружающей природной среды.
2. Система экологического контроля состоит из государственной службы наблюдения за состоянием окружающей природной среды, государственного,
производственного, общественного контроля. Таким образом, в природоохранительном законодательстве государственная служба мониторинга определена фактически как часть общей системы экологического контроля.
Классификация экологического мониторинга
Существуют различные подходы к классификации мониторинга (по характеру решаемых задач, по уровням организации, по природным средам, за которыми ведутся наблюдения). Отраженная на рис 2 классификация охватывает весь блок экологического мониторинга, наблюдения за меняющейся абиотической составляющей биосферы и ответной реакцией экосистем на эти изменения. Таким образом, экологический мониторинг включает как геофизические, так и биологические аспекты, что определяет широкий спектр методов и приемов исследований, используемых при его осуществлении.
Как уже было отмечено, осуществление экологического мониторинга в Российской Федерации входит в обязанности различных государственных служб. Это приводит к некоторой неопределенности (по крайней мере, для общественности) в отношении распределения обязанностей госслужб и доступности сведений об источниках воздействия, о состоянии окружающей среды и природных ресурсов. Ситуацию усугубляют периодические перестройки министерств и ведомств, их слияния и разделения.
На региональном уровне экологический мониторинг и/или контроль обычно вменяется в обязанность:
• Комитету по экологии (наблюдения и контроль за выбросами и сбросами действующих предприятий).
• Комитету по гидрометеорологии и мониторингу (импактный, региональный и отчасти
фоновый мониторинг).
• Санитарно-эпидемиологической службе Минздрава (состояние рабочих, селитебных и рекреационных зон, качество питьевой воды и продуктов питания).
• Министерству природных ресурсов (прежде всего, геологические и гидрогеологические наблюдения).
• Предприятиям, осуществляющим выбросы и сбросы в окружающую среду (наблюдение и контроль за собственными выбросами и сбросами).
• Различным ведомственным структурам (подразделениям Минсельхозпрода, МинЧС,
Минтопэнерго, предприятиям водно-канализационного хозяйства и проч.)
Для того, чтобы эффективно использовать сведения, уже полученные государственными службами, важно точно знать функции каждого из них в области экологического мониторинга (таол_ 2).
В системе официального экологического мониторинга задействованы мощные профессиональные силы. Нужен ли еще общественный экологический мониторинг? Есть ли для него место в общей системе мониторинга, существующей в Российской Федерации?
Для того, чтобы ответить на эти вопросы, рассмотрим уровни экологического мониторинга, принятые в России (рис. 4).
В идеальном случае система импактного мониторинга должна накапливать и анализироват детальную информацию о конкретных источниках загрязнения и их воздействии на окружающую среду. Но в сложившейся в РФ системе сведения о деятельности предприятий и о состоянии среды в зоне их воздействия по большей части усреднены или основаны на заявлениях самих предприятий. Большая часть доступных материалов отражает характер рассеяния загрязняющих веществ в воздухе и в воде, установленный с помощью модельных расчетов, и результаты замеров (ежеквартальных — по воде, ежегодных или более редких — по воздуху). Состояние окружающей среды достаточно полно описывается лишь в крупных городах и промышленных зонах.
В области регионального мониторинга наблюдения ведутся в основном Росгидрометом, имеющим разветвленную сеть, а также некоторыми ведомствами (агрохимслужба Минсельхозпрода, водно-канализационная служба и др.) И, наконец, существует сеть фонового мониторинга, осуществляемого в рамках программы МАВ (Man and Biosphere ). Практически не охваченными сетью наблюдений остаются малые города и многочисленные населенные пункты, подавляющее большинство диффузных источников загрязнения. Мониторинг состояния водной среды, организованный, прежде всего, Росгидрометом и, до некоторой степени, санитарно-эпидемиологическими (СЭС) и коммунальными (Водоканал) службами, не охватывает подавляющее большинство малых рек. В то же время известно, чт< загрязнение больших рек в значительной части обусловлено вкладом разветвленной сети их притоков и хозяйственной деятельностью в водосборе. В условиях сокращения общего числ; постов наблюдений очевидно, что государство в настоящее время не располагает ресурсами для организации сколько-нибудь эффективной системы мониторинга состояния малых рек.
Таким образом, на экологической карте ясно обозначены белые пятна , где систематически! наблюдения не проводятся. Более того, в рамках сети государственного экологического мониторинга отсутствуют предпосылки к их организации в этих местах. Именно эти белые пятна могут (а часто и должны) стать объектами общественного экологического мониторинга. Практическая ориентация мониторинга, концентрация усилий на местных проблемах в сочетании с продуманной схемой и корректной интерпретацией полученных данных позволяют эффективно использовать имеющиеся у общественности ресурсы. Кроме того, эти особенности общественного мониторинга создают серьезные предпосылки для организации конструктивного диалога, направленного на консолидацию усилий всех участников. Глобальная система мониторинга окружающей среды. В 1975г. была организована Глобальная система мониторинга окружающей среды (ГСМОС) под эгидой ООН, но эффективно действовать она начала только в последнее время. Эта система состоит из 5 взаимосвязанных подсистем: изучение климатических изменений, дальнего переноса загрязняющих среду веществ, гигиенических аспектов среды, исследования Мирового океана и ресурсов суши. Существуют 22 сети действующих станций системы глобального мониторинга, а также международные и национальные системы мониторинга. Одна из главных идей мониторинга - выход на принципиально новый уровень компетентности во время принятия решений локального, регионального и глобального масштабов.
Понятие общественная экологическая экспертиза возникло в конце 80-х годов и быстро получило широкое распространение. Первоначальная трактовка этого термина была весьма широкой. Под независимой экологической экспертизой подразумевали разнообразные способы получения и анализа информации (экологический мониторинг, оценка воздействия на окружающую среду, независимые исследования и т.д.). В настоящее время понятие общественная экологическая экспертиза определено законодательно. «Экологическая экспертиза» — установление соответствия намечаемой хозяйственной и иной деятельности экологическим требованиям и допустимости реализации объекта экспертизы в целях предупреждения возможных неблагоприятных воздействий этой деятельности на окружающую природную среду и связанных с ними социальных, экономических и иных последствий реализации объекта экологической экспертизы.
Экологическая экспертиза может быть государственной и общественной.Общественная экологическая экспертиза проводится по инициативе граждан и общественных организаций (объединений), а также по инициативе органов местного самоуправления общественными организациями (объединениями).
Объектами государственной экологической экспертизы являются:
• проекты генеральных планов развития территорий,
• все виды градостроительной документации (например, генеральный план, проект застройки),
• проекты схем развития отраслей народного хозяйства,
• проекты межгосударственных инвестиционных программ, • проекты комплексных схем охраны природы, схем охраны и использования природных ресурсов (в т.ч. проекты землепользования и лесоустройства, материалы, обосновывающие перевод лесных земель в нелесные),
• проекты международных договоров,
• материалы обоснования лицензий на осуществление деятельности, способной оказать воздействие на окружающую среду,
• технико-экономические обоснования и проекты строительства, реконструкции, расширения, технического перевооружения, консервации и ликвидации организаций и иных объектов хозяйственной деятельности, независимо от их сметной стоимости, ведомственной принадлежности и форм собственности,
• проекты технической документации на новую технику, технологию, материалы, вещества, сертифицируемые товары и услуги.
Общественная экологическая экспертиза может проводиться в отношении тех же объектов, что и государственная экологическая экспертиза, за исключением объектов, сведения о которых составляют государственную, коммерческую и (или) иную охраняемую законом тайну.
Целью экологической экспертизы является предупреждение возможных неблагоприятных воздействий намечаемой деятельности на окружающую среду и связанных с ними социально-экономических и иных последствий.
Согласно Закону, экологическая экспертиза основывается на принципе презумпции потенциальной экологической опасности любой намечаемой хозяйственной или иной деятельности. Это означает, что обязанностью заказчика ( хозяина намечаемой деятельности) является прогноз воздействия намечаемой деятельности на окружающую среду и обоснование допустимости этого воздействия. Заказчик также обязан предусмотреть необходимые меры по защите окружающей среды и именно на нем лежит бремя доказательства экологической безопасности намечаемой деятельности. Зарубежный опыт свидетельствует о высокой экономической эффективности экологической экспертизы. Агентство по охране среды США осуществило выборочный анализ заключений о воздействии на среду. В половине исследованных случаев отмечено снижение общей стоимости проектов за счет осуществления конструктивных природоохранных мероприятий. По данным Международного банка реконструкции и развития, возможное повышение стоимости проектов, связанное с проведением оценки воздействия на среду и последующим учетом в рабочих проектах экологических ограничений, окупается в среднем за 5-7 лет. По оценкам западных специалистов, включение экологических факторов в процесс принятия решений еще на стадии проектирования оказывается в 3-4 раза дешевле последующей до установки очистного оборудования. Сегодня сеть наблюдений за источниками воздействия и за состоянием биосферы охватывает уже весь земной шар. Глобальная система мониторинга окружающей среды (ГСМОС) была создана совместными усилиями мирового сообщества (основные положения и цели программы были сформулированы в 1974 году на Первом межправительственном совещании по мониторингу).
Первоочередной задачей была признана организация мониторинга загрязнения окружающей природной среды и вызывающих его факторов воздействия.
Система мониторинга реализуется на нескольких уровнях, которым соответствуют специально разработанные программы:
• импактном (изучение сильных воздействий локальном масштабе в— И );
• региональном (проявление проблем миграции и трансформации загрязняющих веществ, совместного воздействия различных факторов, характерных для экономики региона — Р);
• фоновом (на базе биосферных заповедников, где исключена всякая хозяйственная деятельность — Ф).
Программа импактного мониторинга может быть направлена, например, на изучение сбросов или выбросов конкретного предприятия. Предметом регионального мониторинга, как следует из самого его названия, является состояние окружающей среды в пределах того или иного региона. Наконец, фоновый мониторинг, осуществляемый в рамках международной программы Человек и биосфера , имеет целью зафиксировать фоновое состояние окружающей среды, что необходимо для дальнейших оценок уровней антропогенного воздействия.
Программы наблюдений формируются по принципу выбора загрязняющих веществ и соответствующим им характеристикам. Определение этих загрязнений при организации систем мониторинга зависит от цели и задач конкретных программ: так, в территориальном масштабе приоритет государственных систем мониторинга отдан городам, источникам питьевой воды и местам нерестилищ рыб; в отношении сред наблюдений первоочередного внимания заслуживают атмосферный воздух и вода пресных водоемов. Приоритетность ингредиентов определяется с учетом критериев, отражающих токсические свойства загрязняющих веществ, объемы их поступления в окружающую среду, особенности их трансформации, частоту и величину воздействия на человека и биоту, возможность организации измерений и другие факторы.
Государственный экологический мониторинг
ГСМОС основывается на системах национального мониторинга, которые функционируют в различных государствах согласно как международным требованиям, так и специфическим подходам, сложившимся исторически или обусловленным характером наиболее остро стоящих экологических проблем. Международные требования, которым должны удовлетворять национальные системы-участники ГСМОС, включают единые принципы разработки программ (с учетом приоритетных факторов воздействия), обязательность наблюдений за объектами, имеющими глобальную значимость, передачу информации в Центр ГСМОС. На территории СССР в 70-е годы на базе станций гидрометеослужбы была организована Общегосударственная служба наблюдений и контроля состояния окружающей среды (ОГСНК), построенная по иерархическому принципу.
Рис. 3. Лоток информации в иерархической системе ОГСНК
В обработанном и систематизированном виде полученная информация представлена в кадастровых изданиях, таких как Ежегодные данные о составе и качестве поверхностных вод суши (по гидрохимическим и гидробиологическим показателям), Ежегодник состояния атмосферы в городах и промышленных центрах и др. До конца 80-х годов все кадастровые издания имели гриф Для служебного пользования , затем в течение 3-5 лет были открытыми и доступными в центральных библиотеках. К настоящему времени массивные сборники типа Ежегодных данных... в библиотеки практически не поступают. Некоторые материалы можно получить (приобрести) в региональных подразделениях Росгидромета.
Помимо ОГСНК, входящей в систему Росгидромета (Федеральной службы России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды), экологический мониторинг осуществляется целым рядом служб, министерств и ведомств.
Единая государственная система экологического мониторинга
С целью радикального повышения эффективности работ по сохранению и улучшению состояния окружающей среды, обеспечению экологической безопасности человека в Российской Федерации «О создании Единой государственной системы экологического мониторинга» (ЕГСЭМ).
ЕГСЭМ решает следующие задачи:
• разработка программ наблюдений за состоянием окружающей природной среды (ОПС) на территории России, в её отдельных регионах и районах;
• организация наблюдений и проведение измерений показателей объектов экологического мониторинга;
• обеспечение достоверности и сопоставимости данных наблюдений как в отдельных регионах и районах, так и по всей территории России;
• сбор и обработка данных наблюдений;
• организация хранения данных наблюдений, ведение специальных банков данных, характеризующих экологическую обстановку на территории России и в отдельных её районах;
• гармонизация банков и баз экологической информации с международными эколого-информационными системами;
• оценка и прогноз состояния объектов ОПС и антропогенных воздействий на них, природных ресурсов, откликов экосистем и здоровья населения на изменение состояния ОПС;
• организация и проведение оперативного контроля и прецизионных изменений радиоактивного и химического загрязнения в результате аварий и катастроф, а также прогнозирование экологической обстановки и оценка нанесённого ОПС ущерба;
• обеспечение доступности интегрированной экологической информации широкому кругу потребителей, включая население, общественные движения и организации;
• информационное обеспечение органов управления состоянием ОПС, природных ресурсов и экологической безопасностью;
• разработка и реализация единой научно технической политики в области экологического мониторинга;
• создание и совершенствование организованного, правового, нормативного, методологического, методического, информационного, программно-математического, аппаратурно-технического обеспечения функционирования ЕГСЭМ.
ЕГСЭМ в свою очередь включает в себя следующие основные компоненты:
• мониторинг источников антропогенного воздействия на окружающую среду;
• мониторинг загрязнения абиотического компонента окружающей природной среды;
• мониторинг биотического компонента окружающей природной среды;
• социально-гигиенический мониторинг;
• обеспечение создания и функционирования экологических информационных систем.
При этом распределение функций между центральными органами исполнительной федеральной власти осуществляются следующим образом.
Госкомэкологии: координация деятельности министерств и ведомств, предприятий и организаций в области мониторинга ОПС; организация мониторинга источников антропогенного воздействия на окружающую среду и зон их прямого воздействия; организация мониторинга животного и растительного мира, мониторинг наземной фауны и флоры (кроме лесов); обеспечение создания и функционирования экологических информационных систем; ведение с заинтересованными министерствами и ведомствами банков данных об окружающей природной среде, природных ресурсах и их использовании. Росгидромет: организация мониторинга состояния атмосферы, поверхностных вод суши, морской среды, почв, околоземного космического пространства, в том числе комплексного фонового и космического мониторинга состояния окружающей природной среды; координация развития и функционирования ведомственных подсистем фонового мониторинга загрязнения ОПС; ведение государственного фонда данных о загрязнении окружающей природной среды.
Роскомзем: мониторинг земель.
Министерство природных ресурсов: мониторинг недр, включая мониторинг подземных вод и опасных геологических процессов; мониторинг водной среды водохозяйственных систем и сооружений в местах водосбора и сброса сточных вод. Роскомрыболовство: мониторинг рыб, других животных и растений.
Рослесхоз: мониторинг лесов.
Роскартография: осуществление топографо-геодезического и картографического обеспечения ЕГСЭМ, включая создание цифровых, электронных карт и геоинформационных систем. Госгортехнадзор России: координация развития и функционирования подсистем мониторинга геологической среды, связанных с использованием ресурсов недр на предприятиях добывающих отраслей промышленности; мониторинг обеспечения промышленной безопасности (за исключением объектов Минобороны России и Минатома России). Госкомэпиднадзор России: мониторинг воздействия факторов среды обитания на состояние здоровья населения. Минобороны России; мониторинг ОПС и источников воздействия на нее на военных объектах; обеспечение ЕГСЭМ средствами и системами военной техники двойного применения. Госкомсевер России: участие в развитии и функционировании ЕГСЭМ в районах Арктики и Крайнего Севера. Технологии единого экологического мониторинга (ЕЭМ) охватывает разработку и использование средств, систем и методов наблюдений, оценки и выработки рекомендаций и управляющего воздействия в природно-техногенной сфере, прогнозы её эволюции, энерго-экологические и технологические характеристики производственной сферы, медико-биологические и санитарно-гигиенические условия существования человека и биоты. Комплексность экологических проблем, их многоаспектность, теснейшая связь с ключевыми отраслями экономики, обороны и обеспечением защиты здоровья и благополучия населения требует единого системного подхода к решению проблемы. Мониторинг в целом создан, чтобы предотвратить различные экологические проблемы, а также разрушение экосистем.
Истребление видов и разрушение экосистем
Воздействие человека на биосферу привело к тому, что очень многие виды животных и растений или исчезли полностью, или стали редкими. По млекопитающим и птицам, которых легче учитывать, чем беспозвоночных, можно привести совершенно точные данные. За период с 1600 года по настоящее время человеком истреблено 162 вида и подвида птиц и 381 виду угрожает та же участь; среди млекопитающих исчезла, по меньшей мере, сотня видов и 255 находятся на пути к исчезновению. Хронологию этих печальных событий проследить не трудно. В 1627 году в Польше умер последний тур, предок нашего крупного скота. В средние века это животное ещё можно было встретить во Франции. В 1671 году исчез дронт с острова Маврикий. В 1870-1880 гг. бурами уничтожены два вида южноафриканских зебр - бурчеллова зебра и квагга. В 1914 году в зоопарке города Цинциннати (США) умер последний представитель странствующего голубя. Можно было бы привести большой список животных, находящихся под угрозой уничтожения. Чудом уцелели американский бизон и европейский зубр; азиатский лев сохранился лишь в одном из лесов Индии, где его осталось всего 150 особей; во Франции с каждым днём становится всё меньше медведей и хищных птиц.
Исчезновение видов сегодня
Вымирание - это естественный процесс. Однако со времени появления сельского хозяйства около 10 тысяч лет назад скорость исчезновения видов резко возрастала по мере расселения людей по всему земному шару. По приблизительным оценкам, в период между 8000 годом до н.э. средняя скорость исчезновения видов млекопитающих и птиц возросла в 1000 раз. Если включить сюда скорость исчезновения видов растений и насекомых, то скорость вымирания в 1975 году составляла несколько сотен видов в год. Если взять нижний предел в 500 000 исчезнувших видов, то к 2010 году в результате антропогенной деятельности в среднем будет исчезать 20 000 видов в год, т.е. в общей сложности 1 вид каждые 30 минут - 200-кратное увеличение скорости вымирания всего за 25 лет. Даже если среднюю скорость исчезновения в конце XX века принять за 1000 в год, общие потери будут несравнимы с великими массовыми вымираниями прошлого. Наибольшей огласке предаётся исчезновение животных. Но исчезновение растений с экологической точки зрения более важно, так как от растительной пищи прямо или косвенно зависит большинство видов животных. По оценкам, более 10% видов растений мира сегодня находятся под угрозой исчезновения. К 2010 году исчезнет от 16 до 25% всех видов растений.
Принципы комплексной характеристики состояния загрязнения природной среды
Комплексная характеристика состояния загрязнения исходит из концепции всестороннего анализа окружающей среды. Главным и обязательным условием этой концепции является рассмотрение всех основных сторон взаимодействий и связей в природной среде и учёт всех аспектов загрязнения природных объектов, а также поведении загрязняющих веществ (ЗВ) и проявления их воздействия.
Программа комплексного исследования загрязнений наземных экосистем
В условиях возрастающей нагрузки индустриальной цивилизации, загрязнение среды превращается в глобальный фактор, определяющий развитие природной среды и здоровье человека. Перспективы такого развития общества губительны для существования развитой цивилизации. Предлагаемая программа дает возможность реально оценить комплекс проблем, связанных с организацией мониторинга окружающей среды и спланировать работу по изучению загрязнения конкретной территории. В рамках программы поставлена также задача показать, что загрязнение среды -это реально действующий и повсеместно распространенный фактор окружающей среды.
Загрязнение среды - это объективная реальность и ее нельзя панически боятся. (Пример - радиофобия, т.е. психическое заболевание, связанное с постоянной боязнью радиоактивного заражения). Надо учиться жить в изменившихся условиях так, чтобы уменьшить воздействие загрязнения на свое здоровье и здоровье своих ближних. Формирование природоохранного мировоззрения - основной путь для борьбы за сохранение и улучшение качества окружающей среды. Обычно в школьных, внешкольных и вузовских программах прикладной экологии широко разбираются проблемы загрязнения водоемов и мирового океана. Особое внимание уделяется оценке состояния водоемов и местных водотоков по экологическим и гидрохимическим показателям. Существуют и действуют многочисленные программы по оценке экологического состояния водоемов. Этот вопрос хорошо отработан в методическом и научном плане.
Наземные экосистемы, неотъемлемым компонентом которых является и человек, менее изучены и в учебных курсах реже используются как модельные объекты. Это связано со значительно более сложной организацией наземной биоты. Когда мы рассматриваем наземные экосистемы, природные или в значительной степени измененные человеком, количество внутренних и внешних взаимосвязей резко возрастает, источник загрязнения или иного воздействия становится более размытым, а его воздействие идентифицируется труднее, по сравнению с водными экосистемами. Размытыми оказываются и границы экосистем и территорий, подверженных антропогенному воздействию. Однако, именно состояние наземных экосистем, т.е. территории суши, наиболее заметно и существенно влияет на качество нашей жизни. Чистота воздуха, которым мы дышим, продуктов питания и питьевой воды, которые мы потребляем, в конечном счете, связаны с состоянием загрязнения экосистем суши. С середины 50-х годов загрязнение среды приняло глобальные масштабы - в любом месте планеты можно теперь обнаружить токсичные продукты нашей цивилизации: тяжелые металлы, пестициды и другие токсичные органические и неорганические соединения. Потребовалось 20 лет для осознания учеными и правительствами стран мира необходимости создания службы контроля глобального загрязнения природной среды.
Под эгидой программы ООН по проблемам окружающей среды (ЮНЕП) было принято решение о создании Глобальной Системы Мониторинга Окружающей Среды (ГСМОС) с координационным центром в г. Найроби (Кения). На первом межправительственном совещании, проходившим в 1974 году в Найроби были приняты основные подходы к созданию комплексного фонового мониторинга. Россия является одной из первых стран мира, на территории которой к середине 80-х годов была создана национальная система комплексного фонового мониторинга Госкомгидромета. Система включает сеть станций комплексного фонового мониторинга (СКФМ), расположенных в биосферных заповедниках, на территории которых проводятся систематические наблюдения за загрязнением природных сред и состоянием животного и растительного мира. Сейчас в России действуют 7 станций фонового мониторинга Федеральной службы России ' по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, распложенные в биосферных заповедниках: Приокско-Террасном, Центральнолесном, Воронежском, Астраханском, Кавказском, Баргузинском и Сихотэ-Алинском.
На СКФМ проводятся наблюдения за загрязнением воздуха, осадков, поверхностных вод, почв, растительности и животных. Эти наблюдения позволяют оценить изменение фонового загрязнения среды, т.е. загрязнения, вызванного не каким-то одним или группой источников, а общее загрязнение обширной территории, вызванное суммарным воздействием близких (локальных) и удаленных источников загрязняющих веществ, а также общим загрязнением планеты. На базе этих данных можно составить комплексную характеристику загрязнения территории.
Для того, чтобы составить предварительную комплексную характеристику загрязнения территории, нет необходимости в долговременном мониторинге. Важно, чтобы при проведении исследования, учитывались основные требования и принципы, на которых строится концепция ком¬плексности исследования.
Принципы комплексной характеристики состояния загрязнения природной среды. Комплексная характеристика состояния загрязнения исходит из концепции всестороннего анализа окружающей среды. Главным и обязательным условием этой концепции является рассмотрение всех
основных сторон взаимодействий и связей в природной среде и учет всех аспектов загрязнения природных объектов, а также поведения загрязняющих веществ (ЗВ) и проявления их воздействия. При комплексной характеристике загрязнений ЗВ отслеживаются во всех средах, при этом большое значение придается изучению накопления (аккумуляции) того или иного ЗВ в природных объектах или определенных ландшафтах, его переходу (транслокации) из одной природной среды в другую и вызываемых под его воздействием изменений (эффектов). Проводимые комплексные исследования загрязнений призваны определить источник загрязнения, оценить его мощность и время воздействия и найти пути оздоровления среды. Подход, учитывающий перечисленные требования, принято считать комплексным.
В связи с этим, выделяют 4 основных принципа комплексности:
1. Интегральность (наблюдения за суммарными показателями).
2. Многосредность (наблюдения в основных природных средах).
3. Системность (воссоздание биохимических циклов загрязняющих веществ).
4. Многокомпонентность (анализ различных видов загрязняющих веществ).
При организации долговременного мониторинга особое внимание уделяется пятому принципу - унификации методов анализа и контролю и обеспечению качества данных. Далее мы подробно охарактеризуем каждый из этих принципов.
Следует обратить внимание, что при проведении комплексного исследования используются не только чисто экологические знания и методы, но также знания и методы географии, геофизики, аналитической химии, программирования и др.
Интегральность
Особенность интегрального подхода заключается в использовании для определения наличия загрязнений признаков реакций различных природных объектов и биоиндикаторов.
Попадая в незнакомую местность, наблюдательный человек, а особенно натуралист, может по косвенным чертам определить состояние загрязнения в данной местности. Неестественный запах, задымленность горизонта, серый февральский снег, радужная пленка на поверхности водоема и многие другие черты подскажут наблюдателю повышенное промышленное загрязнение местности. В приведенном примере индикаторами состояния загрязнения местности являются неживые (абиотические) объекты - приземный воздух, поверхность снежного покрова и водоема. Наиболее широко в качестве абиотического индикатора промышленного загрязнения территории используется снеговой по¬кров и метод его изучения - снегомерная съемка (этому методу будет по¬священо одно из методических пособий данной серии).
При использовании интегрального подхода особое внимание уделяется состоянию живых организмов.
Так, известно, что к загрязнению воздуха в нашей полосе наиболее уязвимой оказывается сосна. При высоком уровне загрязнения воздуха окислами серы, азота и другими токсичными соединениями наблюдается общее осветление окраски хвои, суховершинность, пожелтение краёв хвоинок. В подлеске засыхает можжевельник. Через несколько часов после кислотного дождя края листьев берёзы желтеют, листья покрываются серо-жёлтым налётом ил крапинками. При обилии окислов азота в воздухе на стволах деревьев бурно развиваются водоросли, при этом исчезают эпифитные кустистые лишайники и т.д. Наличие широкопалых раков в водоёме свидетельствует о высокой чистоте воды.
Метод использования живых организмов в качестве индикаторов, сигнализирующих о состоянии природной среды, называется биоиндикацией, а сам живой организм, за состоянием которого проводятся наблюдения, называют биоиндикатором. В приведенных выше примерах биоиндикаторами служили живые объекты - береза, сосна, можжевельник, эпифитные лишайники, широкопалые раки.
Использование биоиндикаторов основано на реакции любого биологического организма на отрицательное воздействие. При этом, набор реакций на множественное, интегральное, отрицательное воздействие ок¬ружающей среды, как правило, весьма ограничен. Организм либо погибает, либо покидает (если может) данную местность, либо влачит жалкое существование, что можно определить визуально или с использованием различных тестов и серии специальных наблюдений (методикам биоиндикации посвящены несколько пособий данной серии).
Подбор и использование биоиндикаторов - целиком в русле эко¬логической науки, а биоиндикация - интенсивно развивающийся в метод исследования результатов воздействий. Так, например, при наблюдениях за качеством воздуха широко используются различные растения. В лесу, в каждом ярусе, можно выделить определенные виды растений, реагирующие по своему на состояние загрязнения среды.
Таким образом, интегральный подход заключается в использовании природных объектов в качестве индикаторов загрязнения среды.
При этом, зачастую, бывает совершенно неясно, какое конкретно вещество было причиной того или иного эффекта и делать выводы о прямой зависимости между видом-индикатором и загрязняющим веществом нельзя. Особенность интегрального подхода заключается именно в том, что тот или иной объект-индикатор только сигнализирует нам, что в данной местности что-то не в порядке. Использование биоиндикаторов для характеристики состояния загрязнения позволяет эффективно (т.е. быстро и дешево) определять наличие общего, интегрального воздействия загрязнения на среду и составлять лишь предварительные представления о химической природе загрязнения. К сожалению, точно определять химический состав загрязняющих веществ с помощью методов биоиндикации нельзя. Для того, чтобы конкретно определить, какое вещество или группа веществ оказывает наиболее губительное воздействие, необходимо использовать другие методы исследования. Точное определение вида воздействующего ЗВ, его источника и масштабов загрязнения и распространения невозможно без проведения аналитических долговременных исследований во всех природных средах.
Многосредность
При проведении мониторинговых исследований важен охват всех основных природных сред: атмосферы, гидросферы, литосферы (главным образом почвенного покрова - педосферы), а также биоты. Для анализа миграций ЗВ, определения мест их локализации и аккумуляции и определения лимитирующей среды необходимо проведение измерений в объектах основных природных сред.
Особенно важно определить лимитирующую среду, то есть среду, загрязнение которой определяет загрязнение всех других сред и природных объектов. Также весьма важно определить пути миграции ЗВ и возможности и коэффициенты перехода (транслокации) ЗВ из одной среды (или объекта) в другую. Этим занимается наука геофизика.
Основные среды (объекты), которые должны быть охвачены при проведении комплексного исследования: воздух, почва (как часть литосферы), поверхностные воды и биота. Загрязнение каждой из этих сред характеризуется по результатам анализов ЗВ в различных объектах в пределах этих сред, выбор которых имеет важное значение для получаемых результатов и выводов. Чтобы получить сведения о загрязнении определенного объекта требуется отобрать пробу для анализа. Основные принципы, которыми необходимо руководствоваться при выборе объекта и отборе проб охарактеризованы ниже.
Атмосфера.
Основным объектом, по которому характеризуется загрязнение атмосферы является приземный слой воздуха. Пробы воздуха для анализа отбираются на уровне 1,5 - 2 м от поверхности земли. Отбор пробы воздуха заключается, обычно в его прокачивании через фильтры, сорбент (связующее вещество) или измерительное устройство. Особые требования предъявляются к площадке отбора. Во-первых, площадка должна быть открытой и удаленной более чем на 100 м от леса. Измерения под пологом леса дают, как правило, заниженный результат и более характеризуют плотность крон, чем уровень загрязнения воздуха. Опосредованно о качестве воздуха можно судить по загрязнению атмосферных осадков (главным образом - снега и дождя). Осадки отбирают, используя большие воронки, специальные осадкосборники или просто тазы, лишь в момент их выпадения и в точке отбора проб воздуха. Иногда для характеристики загрязнения воздуха используют пробы сухих выпадений, т.е. твердых частиц пыли, постоянно осаждающихся на подстилающую поверхность. Методически это довольно сложная задача, которая, однако, достаточно просто решается методом снегомерной съемки.
Поверхностные воды.
Основными объектами исследования являются малые (местные) реки и озера.
Особое внимание при отборе проб требуется обратить на то, что отбор воды должен проводится на 15 - 30 см ниже зеркала воды. Это связано с тем, что поверхностная пленка представляет собой граничную среду между воздухом и водой и концентрации большинства ЗВ в ней в 10-100 и более раз выше, чем в самой толще воды. О загрязнении непроточных водоемов можно судить по донным отложениям. При отборе проб важно учитывать сезон, в который происходит отбор. Различают 4 основных сезонных периода: зимняя и летняя межени (минимальный уровень) и весенний и осенний паводки (максимальный уровень). В межени уровни воды в водоемах минимальны, т.к. нет поступления воды с осадками или количество осадков меньше, чем испарение. В эти периоды роль подземных и грунтовых вод в питании наиболее велико. В периоды паводков уровень воды в водоемах и водотоках повышается, особенно весной, в период половодья. В эти сроки дождевое питание и питание за счет снеготаяния составляют максимальную долю. При этом происходит поверхностный смыв частиц грунта и с ними ЗВ в реки и озера. Для мелких рек и ручьев выделяют также дождевые паводки, харак¬теризующиеся повышением уровня воды в течении нескольких часов или дней после дождя, что играет заметную роль в смыве ЗВ с окружающих территорий. Состояние уровня воды в водоемах важно учитывать в связи с тем, что по тому, в какой период концентрация ЗВ в воде выше, можно судить об его источнике. Если концентрация в межень выше, чем в паводок или практически не изменяется, значит ЗВ в водоток поступают с грунтовыми и подземными водами, если же наоборот - с выпадениями из атмосферы и смывом с подсти¬лающей поверхности.
Литосфера (педосфера).
Основным объектом, характеризующим загрязнение подстилающей поверхности является почва, особенно ее верхние 5 сантиметров. В связи с этим, в большинстве исследований для характеристики загрязнения почвы отбирается только этот верхний слой.
При отборе почвенных проб важно выделение автохтонных, то есть коренных, экосистем, сформированных на возвышенных участках коренного берега (плакора). Загрязнение почв в этих участках свидетельствует о типичном состоянии загрязнения. Как правило, это водораздельные коренные леса и верховые болота. Также необходимо проведение исследований почв в аккумулятивных ландшафтах, расположенных в понижениях и вбирающих в себя загрязнение с обширных территорий.
Биота.
В понятие биота включаются объекты растительного и животного мира, обитающие на исследуемой территории.
На примере этих объектов контролируется содержание загрязнителей, имеющих склонность к накоплению в растениях и животных, то есть веществ, содержание которых в биологических объектах выше, чем в абиотических средах. Это явление называется биоаккумуляцией.
Первопричина биоаккумуляции в том, что поступление загрязнителя в живой объект происходит значительно легче, чем его выведение или разложение. Например, радиоактивный металл стронций (Sr 90) накапливается в костной ткани животных, так как его свойства весьма близки к кальцию, который является основой минеральной составляющей костей. Организм путает эти соединения и включает стронций в состав костей. Другой пример - хлорорганические пестициды, например ДДТ. Эти вещества хорошо растворяются в жирах и плохо растворимы в воде (это свойство в химии называется липофильностью). В результате, из кишечника вещества попадают не в кровь, а в лимфу. С кровью, токсические вещества были бы доставлены к печени и почкам - органам, ответственным за разложение и выведение токсичных веществ из организма. Попав в лимфу, эти вещества распределяются по всему организму и растворяются в жирах. Таким образом, создается запас токсичных веществ в жирах. В животных и растениях накапливаются также тяжелые металлы, радио¬нуклиды, токсичные органические соединения (пестициды, полихлориро-ванные бифенилы). Эти соединения присутствуют в животных и растениях в ультрамалых концентрациях (менее 10 мг/кг), для определения которых необходимо использовать сложное аналитическое оборудование.
Системность
Частично мы уже говорили о необходимости учитывать взаимосвязи сред и объектов при отборе проб.
Идеальная система исследований должна быть в состоянии проследить путь ЗВ от источника до стока, и от выходной точки до мишени (объекта воздействия). Система мониторинга должна работать таким образом, чтобы, изучая взаимодействия между средами, описывать пути биохимического кру¬говорота веществ. Для этого и используется системный подход, позволяющий создавать модели переноса.
На суше основным путем распространения и переноса ЗВ является атмосфера. Поступление веществ связано с концентрацией их в воздухе и выпадениями из атмосферы с осадками и сухими выпадениями. Вынос происходит реками, ручьями и поверхностным смывом в период снеготаяния и дождя. Выноса за пределы территории может и не быть, а вещества аккумулируются в так называемых аккумулятивных ландшафтах - низинных болотах, понижениях, оврагах и озерах. Чтобы связать все обследованные компоненты в единую систему необходим сбор параметров основных абиотических и биотических показателей объектов и экосистем в целом.
Основными абиотическими показателями являются:
Климатические:
1) Температура воздуха и давление - для приведения объема прокаченного воздуха при отборе проб к нормальным условиям, а также для моделирования процесса переноса ЗВ.
2) Скорость и направление ветра - пути переноса ЗВ от источника, идентификация источника, моделирование процесса переноса, наблюдения за выбросом от предприятия (источника).
3) Количество осадков - вычисление выпадений ЗВ из атмосферы. Гидрологические: уровень воды, скорость течения и объем стока -
необходимы для определения времени отбора проб и расчета объема выноса ЗВ и определения источника (пути поступления).
Почвенные: объемный вес почвы, тип и генетические горизонты, механический состав. Все это необходимо исследовать для определения плотности загрязнения и биологической емкости почв. Важно также учитывать аэрированность, дренированность и обводненность почв. Эти показатели характеризуют интенсивность обеззараживания загрязнителей. Например, в анаэробных условиях (без доступа кислорода в почве преобладают восстановительные реакции) и в условиях повышенного увлажнения (признаком чего являются следы оглеения на почвенном профиле) большинство пестицидов и других сложных углеводородов (например полихлорированные бифенилы) довольно быстро разлагаются или пожираются анаэробными микроорганизмами. Биотические параметры: ключевые параметры экосистем собираются для обнаружения эффекта загрязнения и для расчета биогеохимических циклов и транслокаций ЗВ в экосистемах. Основными параметрами являются: продуктивность, опад, суммарная биомасса и фитомасса. Важной характеристикой, которую используют при организации долговременного мониторинга состояния природных экосистем является скорость разложения опада. Разработаны специальные тесты, позволяющие контролировать скорость разложения. При высоком уровне загрязнения скорость разложения опада снижается.
Многокомпонентность
Современная индустрия и сельское хозяйство использют огромное количество токсичных соединений и элементов и, соответственно, являются мощными источниками загрязнения окружающей среды. Многие из них являются ксенобиотиками, т.е. синтетическими веществами, не свойственными живой природе. Причиной ухудшения экологической обстановки и угнетения биоты может быть любое из веществ. Контроль по всему спектру загрязнителей до недавнего времени был практически невозможен. Тенденции развития аналитических методов и приборов привели к тому, что сейчас вполне реально получить информацию об ультрамалых концентрациях практически всех веществ. Однако, эти приборы слишком дороги для широкого внедрения в практику, да в этом и нет необходимости. Достаточно выделить наиболее опасные или наиболее информативные вещества, и по ним проводить тщательный контроль. При этом, естественно, приходится мирится с имеющи¬мися в распоряжении инструментальными методами анализа.
В программе ГСМОС выделены основные, наиболее опасные (приоритетные) загрязнители и наиболее важные среды для их контроля (табл. 1). Чем выше класс приоритетности, тем выше их опасность для биосферы и тем тщательнее контроль.
Данные по основным приоритетным загрязнителям необходимы и достаточны для проведения комплексной характеристики загрязнения территории. Многие из них показательны для целого класса загрязнителей. Условно, загрязнители по поведению в природной среде можно разделить на 3 типа:
1. Вещества, не склонные к накоплению в природных средах и к переходу из одной среды в другую (транслокации). Как правило, это газообразные соединения.
Приоритетная среда наблюдений - воздух.
2. Вещества, частично склонные к накоплению, в основном в абиотиче¬ских средах, а так же мигрирующие в различных средах. К таким веществам относятся нитраты и другие удобрения, некоторые пестициды, нефтепродукты и др.
Приоритетная среда - природные воды, почва.
3. Вещества, накапливающиеся в живой и неживой природе и включающиеся в биогеохимические циклы экосистем. В эту группу входят наиболее опасные для организма животных и человека вещества - пестициды, диоксины, полихлорированные бифенилы (ПХБ), тяжелые металлы.
Приоритетная среда - почвы и биота.
Тип (или уровень) программы наблюдения говорит о масштабе распространения загрязнителя.
Импактный (локальный) уровень говорит о том, что загрязнитель опасен лишь вблизи от источника (крупный город, завод и т.п.). На значительном удалении уровни загрязнения неопасные.
Региональный уровень означает, что в отдельных регионах на достаточно большой площади могут создаваться опасные уровни загрязнения.
При базовом или глобальном уровне загрязнение приняло планетарные масштабы.
Таблица 1. Классификация приоритетных загрязнителей
Примечание: И - импактный, Р - региональный, Б -базовый (глобальный).
С чего начать проведение комплексной характеристики загрязнения?
Начиная создавать систему местного мониторинга загрязнений окружающей среды, следует:
1) Четко определить территорию исследования.
2) После этого необходимо определить ближние и удаленные источники загрязнения. Эта работа называется - инвентаризация источников загрязнения . Для ее проведения необходимо на территории Вашего проживания и(или) исследования определить действующие и другие возможные источники загрязнения и вещества, которые могут выбрасывать эти источники, а также оценить объем выбросов выделяемых ЗВ (мощность источников). Источники, при этом, разделяют на точечные и площадные. Точечные, или организованные, источники локализованы на местности, т.е. имеют определенную точку выброса, например, в виде трубы. Это могут быть промышленные предприятия, дома с печным отоплением, котельные, свалки.
Площадные, или неорганизованные, источники не имеют определенной трубы - ЗВ выбрасываются по определенной площади. Это автомобильные и железнодорожные магистрали, сельхозугодья, на которых применяются удобрения и пестициды, лесные угодья, которые могут обрабатываться инсектицидами и дефолиантами.
Различают локальные источники, т.е. расположенные на территории исследования или в пределах 10-20 км от нее и региональные, расположенные в 50-200 км. При этом следует попытаться оценить источники и выделить наиболее мощные, определяющие уровень загрязнения Вашей местности.
Например, зона воздействия точечного регионального источника -Мончегорского горнорудного комбината Северони-кель , распространяется на территорию более 100 км. В зоне до 20 км от комбината кислотными осадками выжжена вся растительность за исключением наиболее устойчивых мхов, а за¬грязнение почв и, соответственно, грибов и ягод тяжелыми металлами распространяется в радиусе 50 км от комбината.
В таких случаях, более мелкие источники тяжелых металлов и сернистых соединений практически не оказывают влияния на общую картину загрязнения, т.к. полностью подавляются более мощным источником. Результаты измерений, таким образом будут определяться метеорологическими факторами переноса ЗВ и интенсивностью выбросов комбината.
Важно также обратить внимание на пути распространения ЗВ. Вещества от источника в окружающую среду могут поступать в виде выброса в атмосферу или сброса в водоток или канализацию. Инвентаризация источников - кропотливая и трудная работа. Однако, успешно проведенная инвентаризация источников обещает половину успеха Вашего начинания. Получить необходимую информацию об источниках и мощности выбросов можно в местных комитетах по экологии. Каждый промышленный объект, выделяющий в окружающую среду продукты своей деятельности, имеет экологический паспорт и обязан провести инвентаризацию источников загрязнения на своей территории. 3) На третьем этапе, используя знания и методики биоиндикации, следует попытаться обнаружить эффекты. 4) Четвертый этап включает комплексное обследование всех сред исходя из имеющихся у вас средств измерений. Здесь на первых порах большую пользу принесут простые планшетные исследования, например снегомерная съемка и анализ проб снега на содержание и состав твердых частиц и концентрацию ионов водорода (рН). После проведенного обследования Вы уже можете судить о степени промышленного и сельскохозяйственного загрязнения Вашей местности и определить наиболее значимые источники загрязнения.
5) После этого можно приступать к подфакельным наблюдениям и организации мониторинга за деятельностью конкретного предприятия, вносящего максимальный вклад в загрязнение Вашей местности. Суть подфакельных наблюдений заключается в том, что по направлению преобладающих ветров на равном удалении от источника закладываются пункты (точки) сбора информации. При этом хорошо сочетать различные методы исследования - химические, биологические (например биоиндикацию), географические и др. На наветреной стороне, на некотором удалении от источника, также необходимо заложить точку наблюдений, которая будет играть роль контрольной точки, но лишь в том случае, если она не располагается на наветреной стороне другого, не менее мощного источника. Сравнивая результаты, полученные по подветреным точкам, находящимся на разном удалении от источника между собой и с контрольной точкой можно наглядно показать влияние данного предприятия на состояние среды и определить зону его воздействия.
Конечно, при ограниченных количествах наблюдений вы не сможете воссоздать биогеохимические циклы. Эта задача под силу лишь крупным научным коллективам, однако уже сможете судить об уровне загрязнения и об источниках, вносящих максимальный вклад в загрязнение природной среды Вашей местности. Конечной целью проведения комплексного обследования территории является оценка состояния загрязнения Вашей местности. Оценка включает сравнение уровней загрязнения Вашей местности с другими районами, обычным, фоновым уровнем загрязнения по выбранным загрязняющим веществам и определение силы воздействия и соответствия качества сред принятым предельно допустимым нормам. К сожалению, экологические нормы в полной мере не разработаны и часто приходится использовать лишь санитарно-гигиенические нормы, приведенные в списке дополнительной литературы [1, 10]. С фоновыми уровнями Вы можете ознакомится в местных СЭС, комитетах экологи и в ежегодниках Росгидромета.
|
