10.4. Мониторинг окружающей среды

Жизнь собирателей и охотников первобытных человеческих сообществ полностью зависела от состояния окружающей среды и изменений, происходящих в ней. Такие изменения всегда привлекали к себе внимание человека, прежде всего с точки зрения его хозяйственных интересов. В процессе развития человеческого общества люди учились наблюдать и предсказывать определенные события в окружающей природе: от изменения численности тех или иных видов животных и растений до солнечных затмений. И хотя едва ли в те далекие времена человек пытался оценивать результаты своего вмешательства в окружающую среду, очевидно,

что уже тогда основой его успешного хозяйственного опыта служили наблюдения. Особенно это было важно для сельского хозяйства, где результаты работы больше всего зависят от погоды.

Хозяйство человека сегодня — понятие глобальное, и для эффективной его организации, для оптимизации взаимоотношений человеческого общества с природой необходима объективная информация не только об изменениях природной среды в районах интенсивного развития промышленности и сельского хозяйства, но и о состоянии биосферы в целом. Прежде всего, нужны сведения о возможных отклонениях, например в глобальной биопродуктивности, либо о происходящих или возможных климатических изменениях. Под влиянием деятельности человека изменения в биосфере происходят достаточно быстро и в широких масштабах. В связи с этим возникла необходимость организации регулярных наблюдений за состоянием биосферы и ее реакцией на антропогенное воздействие на разных уровнях экосистем (локальном, региональном, глобальном), в различных экологических регионах, континентах.

Термин «мониторинг» (англ. monitoring — контроль) появился в связи с проведением Стокгольмской конференции ООН по окружающей среде (1972 г.).

В общем смысле мониторинг — это система непрерывных наблюдений и контроля за состоянием природной среды в связи с хозяйственной деятельностью человека; состоит из трех ступеней наблюдения, оценки состояния и прогноза возможных изменений.

Основная цель мониторинга — максимально раннее предупреждение нежелательных последствий антропогенного воздействия. Задачи мониторинга довольно широки. Необходимо не просто и не только наблюдать за изменениями в биосфере, но и научиться предсказывать, прогнозировать нежелательные по следствия вмешательства человека в установившееся природное равновесие. Задачами мониторинга являются также оценка со стояния среды и прогнозирование ее изменений.

Слежение и контроль за состоянием и изменением природных экосистем предполагают наличие широко разветвленной сети объектов наблюдений, представляющих различные компоненты этих экосистем.

В зависимости от уровня, на котором проводятся мониторинговые исследования, различают мониторинг глобальный, региональный и локальный.

Глобальный (биосферный) мониторинг — слежение за обще- мировыми процессами и явлениями в биосфере Земли и предупреждение о возникающих экстремальных ситуациях.

Региональный (природохозяйственный) мониторинг — оценка антропогенного влияния на природную среду обычной хозяйственной деятельности человека, которая обязательно предполагает тот или иной вид взаимодействия с природой (градостроительство, сельское хозяйство, энергетика и т.д.). При региональном мониторинге оценивают взаимодействие человека. и природы в различных отраслях народного хозяйства, дают характеристику общего нарушения природной среды, привноси и выноса из при родных систем веществ и энергии.

Локальный (биоэкологический) мониторинг — контроль за содержанием токсичных для человека химических веществ и других загрязнителей в атмосфере, природных водах, растительности, почве, подверженных воздействию конкретных источников загрязнения. При локальном мониторинге состояние окружающей среды оценивается с точки зрения здоровья человека, что служит самым важным, емким и комплексным показателем со стояния окружающей среды. Проводят локальный мониторинг природоохранные службы предприятий.

Наиболее важен для оценки состояния окружающей среды экологический мониторинг, т.е. мониторинг окружающей природной среды, при котором обеспечивается постоянная оценка экологических условий среды обитания человека и биологических объектов (растений, животных, микроорганизмов), а также оценка состояния и функциональной целостности экосистем.

Экологический мониторинг рассматривается, прежде всего, как базовый (фоновые) мониторинг слежение за общебиосферными, в основном природными, явлениями без наложения на них региональных антропогенных влияний. Фоновое состояние биосферы изучают на так называемых фоновых станциях, организованных в ряде стран на базе биосферных заповедников. Фоновое состояние среды в прошлом можно реконструировать с помощью анализа колец деревьев, газовых слоев ледников и донных отложений.

С помощью экологического мониторинга осуществляются наблюдения за антропогенными изменениями, а также за естественным состоянием природы как объекта для сравнения при оценке антропогенных изменений. Основной принцип его заключается в детальном изучении исходного состояния бионты на определенный момент (точка отсчета) и в последующих наблюдениях за отклонениями от этого состояния. Такой точкой отсчета являются биогеоценозы, расположенные в заповедных зонах биосферных заповедников. Экологический мониторинг — это слежение заразвитием живых организмов и динами кой природных биогеоценозов (экосистем) при естественных экологических процессах и при их нарушениях, чаще всего антропогенного происхождения. Такая информация может быть получена только на долговременных стационарных объектах.

Оптимальным объектом мониторинга является биогеоценоз и его компоненты — фитоценоз, зооценоз, микробоценоз и экотоп. Наиболее чувствительной структурой, своеобразным маркером биогеоценоза является растительное сообщество, или фитоценоз.

Оценка изменений природно-общественных ситуаций осуществляется с помощью комплексного мониторинга — системы наблюдения и отслеживания состояния атмосферы, гидросферы, почвы, растительности, животного мира и ландшафта в целом. Комплексный мониторинг проводится с целью объединения ряда программ, различных видов мониторинга для всесторонней оценки загрязнения окружающей среды на разных уровнях экосистем:

• локальном — слежение на сравнительно небольшой территории (загрязнение воздуха в городских условиях, загрязнение питьевой воды, загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами и т.д.);

• региональном — слежение в пределах какого-либо региона (крупного территориального подразделения Земли);

• глобальном — слежение за общемировыми процессами и явлениями в биосфере (включая все ее экологические компоненты).

Комплексный мониторинг — это непрерывная программа долгосрочного сбора информации о специфических экологических системах. Число таких систем должно быть установлено в соответствии с фактическим биологическим разнообразием данного региона, а также с современным уровнем знаний по идентификации типов экосистем. Сбор информации должен осуществляться с помощью сравнительно простой технологии, чтобы нивелировать различные технические возможности сторон — участников мониторинга.

Выделяют несколько этапов организации мониторинга окружающей среды. Первый этап — инвентаризация природных объектов, второй — выбор объектов мониторинга, третий — организация регулярных наблюдений, четвертый — систематизация и анализ полученной информации.

По методам ведения и объектам наблюдения выделяют мониторинг авиационный, космический, окружающей человека среды, агроценозов, леса.

для изучения качественных и количественных характеристик окружающей среды, их пространственно-временных изменений используются физические явления, химические вещества и т.п. Однако в последнее время ученые все чаще применяют более простые и доступные методы.

Реакция животных, растений, грибов и других организмов на воздействие антропогенных факторов не адекватна. Например, многие высшие сосудистые растения сильно страдают от высоких концентраций некоторых поллютантов (загрязнителей) и в итоге, особенно при длительном их воздействии, погибают. Этого нельзя сказать о таких организмах, как лишайники и мхи. Некоторые из них способны выдерживать длительное воздействие поллютантов, сохраняя при этом свою жизненную структуру и накапливая в организме значительное количество, загрязните ля, содержание которого затем определяют в лабораторных условиях и изучают его природу.

В условиях глобального загрязнения окружающей среды перед учеными встала проблема своевременной и быстрой оценки происходящих в природе изменений. Одним из ее решений является применение такого метода мониторинговых исследований природных экосистем, как биологическая индикация.

Биоиндикация — метод определения степени загрязненности геофизических сред с помощью живых организмов. В качестве биоиндикаторов используются бактерии, грибы, водоросли, лишайники, мхи, некоторые высшие растения (особенно хвойные породы деревьев) и животные (чаще беспозвоночные).

В основу биоиндикации положена способность организмов накапливать в тканях и органах загрязняющие вещества или их производные, а также биохимические и физиологические изменения на уровне популяции.

Использование биоиндикации в качестве сигнальной ин формации имеет все преимущества: высокую чувствительность биты к изменениям состояния атмосферного воздуха и почв, интегральный характер данных и возможность анализировать образцы в одной (центральной) лаборатории.

Одним из примеров биоиндикации является лихеноиндикация — процесс определения состояния, изменения окружающих условий и степени загрязнения природной среды с помощью лишайников (от лат. lichen — лишайник). Установлено, что, обладая крайне медленным ростом (прирост слоевища составляет 2—5 см в год), автотрофностью и другими биологическими особенностями, лишайники особенно чутко реагируют на загрязнение атмосферы токсическими веществами. Произрастая на раз личных субстратах, в различных местообитаниях, они являются одними из самых надежных и доступных индикаторов состояния воздушной и водной среды, почв, состояния и возраста каменистых субстратов, а также санитарно-гигиенических свойств при родных и селитебных ландшафтов. Своими слоевищами лишайники активно поглощают атмосферные осадки, а следовательно, и растворенные в них вредные вещества, в частности тяжелые металлы. Поэтому по количеству вредных веществ, содержащихся в лишайниках, можно судить о степени загрязненности территории.

Лишайники быстро погибают в крупных городах, а также вблизи заводов и фабрик.

Использование лишайников дает положительные результаты при биологической индикации атмосферного О2, фторидов, тяжелых металлов и фотохимических загрязнителей. Лишайники позволяют наблюдать за динамикой загрязнения в течение 20—25 лет. Хотя лишайники не могут заменить дорогостоящую измерительную аппаратуру, они дополняют данные, полученные физико-химическими и химическими методами.

Изучение лишайников крупных городов мира. (Парижа, Мюнхена, Цюриха, Хельсинки, Лондона, Нью-Йорка, Риги и др.), вы явило ряд общих закономерностей: чем больше индустриализирован город, чем больше загрязнен в нем воздух, тем меньше видов лишайников встречается в его границах, тем меньшую площадь покрывают лишайники на стволах деревьев и других субстратах, тем ниже их жизнеспособность.

Каждому уровню загрязнения воздушной среды соответствует свой набор видов лишайников. Видовой состав лишайников в различных частях города (в центре, индустриальных районах, парках, периферийных районах) оказался настолько различным, что исследователи выделяют в пределах городов следующие так называемые зоны лишайников (в скобках указаны соответствующие значения содержания О2 в воздухе, мг/м относительно чистую (<0,05), умеренного и критического загрязнения (0,05—0,2), «лишайниковую пустыню» (>0,2).

В качестве биоиндикаторов можно также использовать широко распространенные в наших лесах виды зеленых мхов (бриоиндикация; от греч. Bryon — mox). Их применяют в странах Запад ной и Северной Европы для мониторинга содержания тяжелых металлов в криофитах (мохообразные) и гумусовом слое экосистем сосновых лесов.

Объектами мониторинга нередко являются насекомые, поскольку они быстро реагируют на воздействия человека, обитают повсеместно и доступны для количественного учета. Например, чехословацкие ученые установили, что в районе золоторудных месторождений увеличивается содержание золота в майских жуках. Известны случаи, когда под влиянием загрязнения среды меняется цвет насекомых, например божьих коровок. Высказана гипотеза, что потемнение божьих коровок в некоторых промышленных центрах — реакция на ухудшение освещения в результате загрязнения атмосферы.

В качестве биологического теста на чистоту воды могут использоваться аквариумные «золотые рыбки». Рыбок помешают в специальный аквариум с речной водой. Если вода загрязнена, они начинают метаться, биться о его стенки.

Состояние обширной территории можно охарактеризовать с помощью анализа меда пчел. Американские исследователи показали, что в пробах меда обнаруживается до 47 различных металлов и Химикатов. На территории США насчитывается 4—5 млн. пчелиных семей, каждая из которых собирает пыльцу и нектар с площади свыше 4 тыс., га. Пчелиные семьи выносливы к воздействию многих химических препаратов, поэтому медоносных, пчел можно эффективно использовать в качестве индикаторов загрязнения окружающей среды.

Первые опыты по использованию медоносных пчел для биологического мониторинга были проведены в 1974 г. в штате Мотана, где изучали степень ущерба, нанесенного выбросами работающей на каменном угле ТЭС. Интенсивное изучение возможности использования медоносных пчел для биологического мониторинга началось в 1981 г. Радиус сбора нектара пчелами, как правило, составляет 1,5 км (иногда до 6 км) от улья, поэтому пчелиный мед является достоверным индикатором состояния окружающей среды в данной местности. Содержание загрязнителей в меде коррелирует с их содержанием в окружающей среде.

Хорошими биоиндикаторами содержания некоторых тяжелых металлов могут служить дождевые черви. Польские исследователи изучали содержание цинка, меди, свинца и кадмия в почвах и тканях дождевых червей, взятых с газонов вдоль дорог с интенсивным движением в Варшаве и с газонов парков, расположенных на расстоянии 200 м от дорог. Результаты ис следований показали способность дождевых червей аккумулировать в своих тканях цинк, медь, свинец и особенно кадмий. Содержание последнего в тканях червей во много раз выше, чем в почвах.

Большое значение для контроля состояния водоемов имеет наблюдение за поведением рыб и содержанием некоторых компонентов в их организме. Установлено, что по мере загрязнения из европейских водоемов исчезает вначале лосось, затем форель, окунь и др.

Резюме

Система мер, направленных на поддержание взаимодействия между деястельностью человека и окружающей природы с средой, называется охраной природы. Охрана окружающей среды - это комплекс различных мероприятий, направленных на обеспечение функционирования природных систем. Рациональное природопользование подразумевает обеспечение экономной эксплуатации природных ресурсов и условий существования человечества.

К системе особо охраняемых природных территорий относятся заповединкии, национальные парки, заказники, памятники природы. Инструментом контроля состояния биосферы является мониторинг окружающей среды — система непрерывных наблюдений за состоянием природной среды в связи с хозяйственной деятельностью человека.