Критерии и показатели мониторинга

Экологический мониторинг среды обитания живых организмов в основном осуществляют тремя методами:

• 1. Выявлением биоиндикаторов, объективно отражающих изменения в экосистемах, которые происходят за фиксированное время под воздействием разного антропогенных факторов.
• 2. Определением зависимости «доза - ответная реакция» (или «доза - эффект»). Метод предполагает использование набора параметров, характеризующих отклик организмов-индикаторов и экосистем в целом на антропогенные воздействия разного уровня интенсивности.
• 3. Определение процессов трансформации загрязнителей в экосистемах и их включение в биогеохимический круговорот веществ. Жизненный цикл загрязнителей с момента образования до поступления и накопления в тканях и органах живых организмов («от колыбели до могилы»).

Мониторинг первым и вторым методом предполагает действия по оценке состояния и уровня загрязнения биосферы с помощью биоиндикаторов, которые объективно характеризуют качественные и количественные антропогенные изменения в экосистемах. Мониторинг третьим методом осуществляется на основе информации об уровнях загрязнения различных природных сред. Как отмечают А.Г. Бубнов с соавторами, это отличие в методологическом подходе определяет организационную составляющую, которая включает два взаимосвязанных блока. Первый блок связан с живыми (биотическими) компонентами, а второй - с неживыми (абиотическими) компонентами биосферы. Таким образом, при оценке состояния экосистем, тенденций их изменения и прогнозирования уровня загрязнения природной среды применяются две группы критериев:

• 1. Экологические - с помощью объектов-биоиндикаторов.
• 2. Санитарно-гигиенические - по информации о загрязнении биосферы.

Эти критерии противоположного действия: первый - от живого к неживому, второй - наоборот, от неживого к живому. Применяются либо совместно, либо раздельно, либо независимо друг от друга. Для их применения необходимо иметь достаточный объем данных, характеризующих взаимосвязь между уровнями загрязнения различных природных сред и ответными реакциями организмов и экосистем.

Понятием «экологическое состояние» характеризуются условия среды обитания людей в пределах конкретной территории, например, территории города. Оценка этого состояния и степени изменения окружающей среды является функцией экологического мониторинга. Соответствие экологического состояния определенным нормам характеризуется совокупностью показателей степени загрязнения среды обитания, изменением ресурсов, трансформацией ландшафтов, ухудшением здоровья человека, потерей генофонда растений и животных. Для территории города все это происходит на фоне конкретных физико-географических условий, при разных потенциальных возможностях природных экосистем к естественному самоочищению и восстановлению.

Рассматривая состояние природных экосистем и их компонентов, следует заметить, что это динамическая категория, поскольку всякое состояние преходяще и имеет определённую длительность. Из компонентов среды наиболее подвижными являются воздух, вода и биота. Их состояние может меняться в течение короткого времени - от нескольких часов до нескольких месяцев. Состояние почв, верхнего слоя горных пород, форм микро- и мезорельефа может оставаться относительно стабильным несколько лет, и даже несколько десятков лет. Как показывают наблюдения продолжительность антропогенных изменений в природных комплексах и для городских территорий - факторов жизни и элементов ландшафта - составляет в большинстве случаев не менее 3-5 лет. Поэтому наиболее приемлемым для геоэкосистем регионального уровня и районов города является изучение состояний длительностью в несколько лет. Они могут быть описаны либо усреднёнными показателями за этот период, либо показателями, полученными на момент проведения исследований, например, по рекомендации А.Г. Емельянова, раз в 5 лет.

Оценка состояния среды обитания заключается в сравнении показателей, характеризующих фактическое состояние, с заранее определенными нормативными показателями или критериями. Нормативные показатели устанавливаются на основе специальных исследований, в результате экспертных оценок или в качестве допустимых отклонений от нормативных значений. Комплексная оценка осуществляется на основе интеграции оценочных показателей отдельных компонентов природной среды, здоровья населения, эффективности хозяйственной деятельности, с учетом социальных факторов. В практике используют разные типы оценок, отличающиеся по содержанию и принципам использования, опирающиеся, как на качественные, так и на количественные показатели и критерии. Например, для геоэкологической оценки используют экологические показатели. Наиболее же распространены санитарно-гигиенические показатели. Они определяются в соответствии с существующим перечнем и кодами веществ, загрязняющих атмосферный воздух, а также нормативами качества окружающей среды, которые устанавливают исходя из требований экологической безопасности городского населения. К нормативам качества среды обитания относятся: предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в воздухе, воде, почвах и продуктах питания. Нормы предельно допустимых уровней (ПДУ) вредных физических воздействий: радиации, шума, вибрации, магнитных полей и др., нормы предельно допустимых выбросов (ПДВ) в воздух, нормы предельно допустимых сбросов (ПДС) загрязняющих веществ в водоемы.

Степень загрязнения природной среды определяется сравнением фактических и нормативных показателей. В качестве критериев оценки используют: кратность превышения соответствующих значений ПДК, ПДУ, ПДВ и ПДС; класс опасности (токсичности) веществ; допустимую повторяемость концентраций заданного уровня; количество химических элементов и соединений. В случаях одновременного присутствия нескольких загрязняющих веществ (что является весьма типичной ситуацией) используются суммарные (интегральные) показатели. Дмитриев В.В. с соавторами констатируют, что для веществ разного происхождения существует большое число нормативов допустимого их содержания. Только ПДК для химических веществ в водоемах установлено около 1500, в атмосферном воздухе - более 450, в почве - более 100. Поэтому определяют перечень наиболее представительных веществ, подлежащих контролю в процессе мониторинга (табл. 2.4).

Таблица 2.4 Классификация приоритетных загрязняющих веществ по Е.Г. Язикову и A.IO. Шатилову

Примечание. И - импактный, Р - региональный, Б - базовый, Г - глобальный.

Санитарно-гигиенические показатели лишь частично отвечают требованиям геоэкологического мониторинга. Это обусловлено тем, что указанные показатели, особенно это касается ПДК, территориально не дифференцированы. Не учитывают влияния реальной физико-географической ситуации: особенностей рельефа, климата, геохимических условий, минерализации вод и другие составляющие среды обитания. При их разработке часто нс принимают во внимание следующие эффекты: появление химических реакций при контакте загрязняющих веществ с иными веществами или при переходе из одной среды в другую; миграционные свойства загрязнителей; способность накапливаться в отдельных компонентах экосистем и вызывать вторичное загрязнение. Наконец, санитарно-гигиенические нормативы, установленные для человека не обязательно являются такими же нормативами для иных организмов. Допустимые для человека уровни загрязнения могут привести к нарушению состояния многих видов растений и животных, а соответственно их сообществ и экосистем в целом.

Кроме того, нормативные показатели, установленные в разных странах, различаются. Здесь оказывает влияние разница в подходах и методиках исследований. Это же является косвенным подтверждением того, что санитарно-гигиенические показатели оценки качества среды недостаточно объективны.

Рассматривая экологические показатели как меру антропогенного воздействия на экосистемы и ландшафты, Ю.А. Израэль полагает, что допустимой считается такая антропогенная нагрузка, под воздействием которой отклонения в экосистеме от нормального состояния не превышают естественных изменений и, следовательно, нс вызывают нежелательных последствий у живых организмов нс ведут к ухудшению качества среды обитания.

Предельно допустимая антропогенная нагрузка (ПДАН) - это максимальная интенсивность антропогенного воздействия на окружающую среду, не приводящая к нарушению устойчивости экосистемы, или к выходу экосистемы за пределы экологической емкости. Состояние экосистемы определяется через оценку формирующих ее биотических и абиотических компонентов. Такая оценка проводится на основе ограниченного числа критериев, обеспечивающих при совместном рассмотрении уверенную классификацию ее состояния. В основу этих уровней положено ранжирование нарушений экосистем по глубине и необратимости. Большинство исследователей (Е.Г. Язиков, А.Ю. Шатилов, В.В. Виноградов и др.) предлагают выделять четыре уровня природноантропогенных экологических состояний экосистемы (табл. 2.5): нормы (Н), риска (Р), кризиса (К) и бедствия (Б).

Нарушенное™ компонентов экосистем (Виноградов, 2003)

Таблица 2.5

Окончание табл. 2.5

• 1. Уровень нормы (Н) соответствует удовлетворительному (благоприятному) состоянию среды. Это территории с относительно устойчивым и стабильным состоянием экосистем, без заметного снижения продуктивности. Значение прямых критериев оценки ниже ПДК или фоновых. Деградация земель менее 5% площади.
• 2. Уровень риска (Р) соответствует относительно удовлетворительному (неблагоприятному) состоянию среды. Это территории с заметным снижением продуктивности и устойчивости экосистем, их нестабильным состоянием, ведущим к спонтанной деградации экосистем. Возможно восстановление территорий при разумном хозяйственном использовании и планировании мероприятий по восстановлению обратимых нарушений. Значения прямых критериев оценки незначительно превышают ПДК или фон. Деградация земель от 5 до 20% площади.
• 3. Уровень кризиса (К) соответствует неудовлетворительному (неблагоприятному) состоянию среды. Это территории с сильным снижением продуктивности, потерей устойчивости экосистем и трудно обратимыми нарушениями. Возможно выборочное хозяйственное использование территорий. Необходимо планирование их глубокого улучшения. Значения прямых критериев оценки значительно превышают ПДК или фон. Деградация земель более 50% площади.
• 4. Уровень бедствия (Б) соответствует катастрофическому состоянию среды. Это территории с полной потерей продуктивности, необратимыми нарушениями экосистем, исключающими территорию из хозяйственного использования. Значения прямых критериев оценки в десятки раз превышают ПДК или фон. Деградация земель более 50% площади.

Для оценки экосистем и их компонентов разработаны различные показатели, характеризующие их ресурсный потенциал (В.В. Виноградов. 2003). Биотические зоологические и почвенные компоненты среды характеризуются тематическими, пространственными и динамическими показателями (см. табл. 2.5). В состав тематических показателей входят ботанические (геоботанические и биохимические).

Ботанические показатели имеют наибольшее значение. Они не только чувствительны к нарушениям окружающей среды, но и наилучшим образом отражают нарушения в пространстве и во времени. Биохимические критерии (см. табл. 2.5) основаны на измерениях содержания химических веществ в растениях. Измеряют содержание токсичных и биологически активных микроэлементов в укосах растений с пробных площадок (в сухой массе травянистых растений, в мг/кг).

Качество зоологического компонента среды характеризуется показателями нарушения жизни животных (см. табл. 2.5), которые рассматриваются как на ценотическом, так и на популяционном уровне. Для цснотичсского уровня такими показателями являются изменения:

• • видового разнообразия;
• • пространственной и трофической структуры;
• • биомассы и продуктивности;
• • энергетики.

Нарушениями на популяционном уровне являются изменения:

• • пространственной структуры;
• • численности и плотности;
• • поведения;
• • демографической и генетической структуры.

Стадии экологического нарушения территории характеризуются по зоологическим критериям:

• • зона риска или начальная стадия выделяется по критериям: синантропизация, потеря стадного поведения, изменение путей миграции, реакции толерантности;
• • зона кризиса характеризуется нарушением структуры популяции, сужением ареала, нарушением продуктивности цикла;
• • зона бедствия определяется исчезновением части ареала или местообитания, массовой гибелью животных, резким ростом анропозооносных и зоонозных заболеваний.

Почвенные критерии оценки (см. табл. 2.5). Свойства почв являются одним из наиболее сильных оценочных факторов формирования зон экологического риска, кризиса или бедствия. Прежде всего, это снижение плодородия почв на большой площади и с высокой скоростью, ускорение эрозионных процессов, которые распространены и в естественных условиях. Нарушение же человеком устойчивости растительного покрова вызывает значительное ускорение и расширение площади (например, вырубка лесов, распашка почв, перевыпас пастбищ и т.п.). Пространственные критерии экологической оценки характерны для всех компонентов экосистем. Антропогенные изменения природной среды оцениваются по степени и направлению изменений, как во времени, так и в пространстве. Временные (динамические) показатели характеризуются скоростью нарастания неблагоприятных изменений в природной среде, например, скоростью накопления тяжелых металлов в почве, скоростью прироста площадей эрозии и др. Динамика изменения территорий с неблагоприятными процессами в экосистемах классифицируется соответствующим делением:

• 1) стабильные - скорость деградации площадей менее 0,5% в год);
• 2) умеренно динамичные - деградация до 2% площади в год (полная смена экосистем за 50-100 лет);
• 3) среднединамичные - деградация 2-3% площади в год (полная смена экосистем в течение 30-50 лет);

4) сильнодинамичные экосистемы - скорость деградации более 4% площади в год (т.е. их полная смена происходит менее чем за 25 лет).

Размеры ареалов, в пределах которых проявляются антропогенные нарушения природных комплексов и их компонентов, также характеризуются показателями их площади. Если площади нарушения превышают предельно допустимые размеры, то негативные изменения среды могут быть необратимыми. Например, выгорание лесов площадью в десятки и сотни гектаров практически обратимо, и леса, как правило, восстанавливаются. Однако если площади выгорания достигают нескольких тысяч или десятков тысяч гектаров, изменения становятся необратимыми и могут рассматриваться как катастрофа.