7. Экологический мониторинг

Если качество природной среды не соответствует нормативным требованиям, необходимо проводить специальные мероприятия по защите окружающей среды. Для этого необходима информация о фактическом состоянии природных объектов. Для эффективного управления качеством окружающей природной среды организована система экологического мониторинга.

Мониторинг состояния окружающей среды − это система непрерывных наблюдений за состоянием среды и прогнозирование изменений этого состояния. Объектами мониторинга могут быть природные, антропогенные и природно-антропогенные экосистемы.

Биосфера Земли постоянно меняется. Естественные изменения изучаются геофизическими службами: гидрометеорологической, сейсмической, ионосферной, гравиметрической, магнитометрической и т.п. Чтобы на фоне естественных изменений выявить антропогенные процессы, необходимы постоянные наблюдения.

Различают следующие основные уровни мониторинга.

Глобальный мониторинг − на уровне всей планеты. При этом ведется наблюдение за всей биосферой в целом, решаются задачи планетарного порядка. Глобальный мониторинг осуществляется на базе международного сотрудничества, его базой является современная вычислительная и космическая техника.

По вопросам мониторинга биосферы с 1974г. проводятся межправительственные совещания. За каждой страной закреплены определенные объекты мониторинга.

Национальный мониторинг − в пределах отдельный государств (например, мониторинг Российской Федерации).

Региональный мониторинг − на уровне отдельных регионов (например, мониторинг Омской области).

Локальный мониторинг − на уровне населенных пунктов.

Импактный мониторинг − точечный мониторинг источников загрязнения и опасных зон.

В зависимости от целей и объектов мониторинг можно разделить на санитарно-гигиенический, экологический и климатический.

Санитарно-гигиенический мониторинг представляет собой контроль над загрязнением окружающей среды и сопоставление ее качества с ПДК.

Основными показателями в санитарно-гигиеническом мониторинге являются:

- комплексные оценки санитарного состояния природных объектов (выраженные в баллах, процентах или других единицах);

- индексы загрязнения (ИЗ); общий принцип расчета индексов загрязнения следующий: вначале определяется степень отклонения каждого загрязнителя от его ПДК, затем полученные величины объединяются в суммарный показатель.

По полученным результатам делается вывод о санитарно-гигиеническом состоянии объекта.

Экологический мониторинг имеет целью оценку и прогноз антропогенных изменений в экосистемах и ответной реакции на них живых организмов. При этом основное внимание уделяется изучению всей экосистемы, а не только отдельных популяций живых организмов. В качестве критериев в экологическом мониторинге используются следующие:

- сбалансированность процессов образования продукции и деструкции;

- величина первичной продуктивности;

- скорость круговорота веществ.

Основной целью экологического мониторинга является определение отклика экосистем на антропогенные нарушения. Для этого используют различные индексы, основанные на теории информации. Примеров может служить индекс видового разнообразия Шеннона (Н):

где N − общее число особей; s − число видов;

N_i − число особей i−того вида.

Этот индекс отражает тот факт, что при любом негативном воздействии разнообразие видов в биоценозе уменьшается, а численность устойчивых видов возрастает. Так, на незагрязненных участках индекс Шеннона может быть равен 2,0 − 5,0, в то время как на аналогичных загрязненных участках он составляет 0,1 − 1,9.

Кроме снижения численности, реакцией экосистемы на загрязнение может быть снижение ее устойчивости, что также определяется специальными индексами и функциями.

Особенностью экологического мониторинга является то, что малозаметные при изучении одного организма эффекты приобретают большое значение при рассмотрении всей экосистемы в целом.

Климатический мониторинг − служба контроля и прогноза колебаний климатической системы.

Структуру системы мониторинга можно представить с помощью четырех основных блоков: «наблюдение за состоянием окружающей среды», «оценка фактического состояния среды», «прогноз будущего состояния среды», «оценка прогнозируемого состояния среды». Процесс мониторинга лежит в основе управления качеством окружающей среды (рис.18).

Основные способы наблюдения за состоянием окружающей среды

Рис. 18. Структура системы мониторинга

1) Контрольно-замерные станции − специально оборудованные лаборатории, которые бывают передвижными и стационарными. В России с конца 60-х годов действует общегосударственная наблюдения и контроля за состоянием окружающей среды. Наблюдения ведутся на трех уровнях:

- локальном (локальные контрольно-замерные станции и вычислительные центры обработки информации);

- региональном (обработка всей поступающей от локальных станций информации на региональном уровне);

- государственном − главный центр обработки данных.

2) Автоматизированные системы слежения за качеством окружающей среды − электронные, полностью автоматизированные системы наблюдения, позволяющие оперативно отслеживать изменения состояния среды в автоматическом режиме. Автоматические системы фиксируют залповые, аварийные выбросы в различное время суток, не прерывая свою работу в праздничные и выходные дни.

3) Биологическая индикация − перспективный метод наблюдения за состоянием среды. Она основана на реакции различных организмов на загрязнение окружающей среды. Биологическая индикация лежит в основе биомониторинга − наблюдение за качеством окружающей среды с помощью специально выбранных для этой цели живых организмов. Например, биомониторинг водной среды, применяемый Росгидрометом, оценивает состояние планктона, безпозвоночных и других мелких организмов. Качество воздуха оценивается при помощи лишайников, деревьев и кустарников, их состояния, биомассы и окраски.

В некоторых случаях биоиндикация становится незаменимым источником информации. Так, например, при быстром разложении пестицидов трудно иначе оценить их исходные концентрации в почве.

Биоиндикаторы выбирают с учетом следующих особенностей:

- быстрота реакции;

- надежность (ошибка менее 20 %);

- простота наблюдения;

- мониторинговые возможности (постоянное присутствие в среде).

Чаще всего применяют следующие растения-индикаторы (так называемые тест-организмы):

- одноклеточные зеленые водоросли;

- простейшие (например, инфузория-туфелька);

- членистоногие (рачки-дафния);

-мхи и лишайники;

- цветковые.

При биоиндикации сравнивают состояние тест-организмов с контрольными экземплярами.

Например, при загрязнении почвы солью на листьях липы появляются черные пятна. Загрязнение атмосферы сернистым газом обуславливает пятна на листьях подорожника.

4) Индикаторы неживой природы (снег, торф)также позволяют судить о состоянии окружающей среды. Например, исследование снега проводится вблизи предприятия в конце зимы, полученные результаты затем пересчитывают на единицу времени и экстраполируют на год.

5) Методы дистанционного наблюдения (космические системы, спутники, и т. п.) широко применяют для оценки глобальных изменений биосферы. Особенно эффективны системы трехуровнего наблюдения с помощью спутниковых систем, самолетов и наземных служб.

На основе наблюдаемого состояния среды строится прогноз об ее будущем состоянии. Задачи экологического прогнозирования состоят в разработке прогнозирующих моделей и оценке достоверности прогнозов.

При составлении экологических прогнозов используются разнообразные методы исследования: сравнительный, метод аналогий, экстраполярный и т.п.

Методы прогнозирования будущего состояния экосистем можно разделить на качественные и количественные. Качественные основываются на логическом анализе объектов, используя установленные закономерности. Количественные заключаются в математическом анализе построенных моделей сложных систем.

Чаще всего разрабатываются модели промышленных объектов и территорий с разной глубиной их проработки. Моделирование обычно осуществляется на двух уровнях:

первый уровень обеспечивает моделирование технологических процессов отдельных производств с учетом их локального воздействия на окружающую среду;

второй уровень представляет собой эквивалентное моделирование на основе общих показателей работы групп промышленных объектов целого административного региона, с целью оперативного прогнозирования экологической обстановки.

Модели могут быть детерминированными (давать точный прогноз состояния системы) и вероятностными (предсказывать события с некоторой долей вероятности).

При моделировании строят поля загрязнения (по данным прямых измерений или в результате решения ряда уравнений, описывающих рассеяние примесей). На основе этого оценивается экологическая ситуация в регионе.

Выводы, сделанные на основе моделей, могут носить объяснительный характер (т.е. объяснять ситуации в прошлом) и прогнозировать ситуации в будущем. На основе новых данных и сведений модели модифицируются; весь процесс повторяется циклически по тому же контуру. Таким образом, любая модель носит временный характер. Нет единственно правильной модели.

Анализ прогнозируемого состояния экосистем позволяет выбирать приоритетные природоохранные мероприятия.