44

Лекция 10. Глобальный фоновый мониторинг биосферы

1. Организация глобального фонового мониторинга

2. Система комплексного фонового мониторинга

3. Программа экологического мониторинга в биосферных заповедниках

3.1 Абиотический мониторинг

3.2 Биотический мониторинг

4. Методы и приборы для комплексного мониторинга загрязнения

5.Мониторинг таксономического и эколого-ценотического разнообразия растительного покрова Сихотэ-Алинского Биосферного заповедника

6. Мониторинг разнообразия наземных позвоночных Государственного биосферного заповедника «Катунский» (концепция, методы и вариант реализации)

Организация глобального фонового мониторинга

Рост выбросов различных загрязняющих веществ в атмосферу, реки, озера, океан и на почву в результате процесса индустриализации и урбанизации ведет к увеличению содержания примесей на значительном расстоянии от источников загрязнения. Возникает необходимость в фоновом мониторинге. Фоновый — это значит не подверженный местным влияниям. Может быть фоновым мониторинг города, когда определяются вредные примеси в городе, как бы осредненные (без учета влияния местных, локальных источников). Может определяться фоновое содержание ингредиентов в реке и т. д.

Мы рассматриваем фоновый мониторинг глобального уровня. Следует отметить, что первые шаги в данном направлении были предприняты Всемирной метеорологической организацией (ВМО), усилиями которой создана мировая сеть станций мониторинга фонового загрязнения атмосферы (Background air pollution monitoring network). В русскоязычной специальной литературе принята аббревиатура БАПМОН. Ее цель состояла в получении информации о фоновых уровнях концентрации атмосферных составляющих, их вариациях и долгопериодических изменениях, по которым можно судить о влиянии человеческой деятельности на состояние атмосферы. Такая служба позволяет накопить материал для оценки возможных изменений климата, перемещения и выпадения вредных веществ, оценить атмосферную часть биологических циклов.

Нарастающая острота проблемы загрязнения окружающей природной среды в глобальном масштабе привела к созданию в 1970-е гг. Комитета ООН по окружающей среде (ЮНЕП). Комитетом было принято решении об организации Глобальной системы мониторинга окружающей среды (ГСМОС), предназначенной главным образом для наблюдений за фоновым состоянием биосферы в целом и в первую очередь за ее загрязнением. Сюда входила организация наблюдений на суше и в океане.

ГСМОС включает ряд направлений:

— станции комплексного фонового мониторинга (КФМ) на базе биосферных заповедников;

— сеть станций БАПМОН;

— озонометрическая сеть;

 — сеть станций для определения СО₂.

Полное представление о состоянии ОПС не может дать мониторинг отдельных природных сред (атмосферы, почвы, геологической среды, природных вод).

Наряду с покомпонентным слежением необходим мониторинг целостных природных образований — геосистем и экосистем.

Регулярное слежение за состоянием этих объектов с целью оценки и прогноза их изменения под влиянием антропогенной деятельности называется геосистемным или ландшафтно-экологическим мониторингом.

Наблюдения за состоянием компонентов геосистем (сред) проводятся с учетом взаимосвязи между ними в пределах геосистем. Кроме того, надо наблюдать и за интегральными показателями, характеризующими состояние геосистем.

Мониторинг должен осуществляться в пределах 3-х важнейших групп геосистем:

— природных;

— природно-антропогенных;

— антропогенных.

Целесообразно различать следующие виды ландшафтно-экологического мониторинга:

— мониторинг природно-заповедных ландшафтов;

— мониторинг лесохозяйственных ландшафтов;

— мониторинг агроландшафтов;

— мониторинг экваториальных природных комплексов;

— мониторинг селитебных и рекреационных ландшафтов.

Геосистема — это сочетание взаимосвязанных природных компонентов и соподчиненных комплексов, относительно ограниченных в пространстве и функционирующих как одно целое.

Экосистема — совокупность живых организмов и неживой природы, составляющей среду обитания, которые взаимодействуя между собой образуют единое целое.

Под влиянием антропогенных факторов почти все геосистемы претерпели те или иные изменения. В качестве объектов монито­ринга выступают природно-антропогенные комплексы. Они включают как естественный, так и антропогенный компоненты. Наряду с саморегулированием в них присутствует элемент управления со стороны человека. Кроме того, они выполняют определенно-соци­альные экологические функции.

В качестве локальных природно-антропогенных геосистем выступают такие объекты, как сельскохозяйственные поля, мелиоративные системы, рекреационные угодья и др. Подобные объекты, тесно взаимодействуя друг с другом, образуют территориальные сочетания, обладающие определенным единством. Это крупные города, агломерации, промышленные узла и т. д.

Система комплексного фонового мониторинга

Система комплексного фонового мониторинга включает станции КФМ и региональные аналитические лаборатории.

СКФМ ответственны за отбор проб, их своевременную отправку в региональную аналитическую лабораторию, анализ проб, выполняемый непосредственно на СКФМ, и своевременную передачу информации в региональную аналитическую лабораторию. На управления Росгидромета возлагается материальное обеспечение станций и метрологический контроль пробоотборной и аналитической аппаратуры, работающей на станции.

Региональные аналитические лаборатории фонового мониторинга обеспечивают анализ проб, передачу данных в научно-методический центр, инспекционный контроль станций КФН, внедрение новых методов, разрабатываемых научно-методическим центром. Материальное снабжение и контроль аналитической лаборатории фонового мониторинга осуществляет региональный центр наблюдений.

Научно-методический центр системы КФМ контролирует выполнение программы наблюдений, качество данных, разрабатывает и передает на сеть методы фонового мониторинга, координирует работу на международном уровне, собирает первичную информацию о фоновом загрязнении окружающей среды и передает ее в центр автоматизированной системы обработки данных, издает ежегодный бюллетень фонового состояния среды.

Станция КФМ включает стационарный наблюдательный полигон и химическую лабораторию. Сама станция должна располагаться не ближе 100 км от крупных городов (500 тыс. нас.). Наблюдательный полигон включает пробоотборные площадки, гидропосты, наблюдательные скважины. На полигоне производится отбор проб атмосферного воздуха, атмосферных осадков, воды, почвы, растительности, живых организмов. Также выполняются гидрометеорологические и геофизические измерения.

Химическая лаборатория располагается на расстоянии не ближе 500 м от пробоотборной площадки. В лаборатории проводится обработка и анализ той части проб, которые не подлежат высылке в региональную лабораторию.

В программу наблюдений СКФМ входят:

— мониторинг загрязнения природной среды и других факторов антропогенного воздействия;

— мониторинг откликов биоты на антропогенное воздействие;

— наблюдения за изменением функциональных и структурных характеристик нетронутых (эталонных) природных экосистем.

Интерпретация указанных наблюдений возможна лишь при изучении гидрометеорологических характеристик. Наблюдения должны быть организованы так, чтобы можно было проследить потоки вещества из атмосферы на подстилающую поверхность, миграции их с поверхности в подземные воды, по трофическим циклам в экосистемах.

Гидрометеорологические наблюдения должны включать:

— скорость и направление ветра, давление атмосферы, температуру и влажность воздуха, атмосферные осадки;

— интенсивность солнечной радиации (прямой, рассеянной, суммарной);

— уровень и температуру воды, расход воды, взвешенных и растворенных веществ;

— влажность и тепловой баланс почвы.

Метеорологические наблюдения производятся по программе станций I разряда.

Химические пробы воды и наносов берутся 6 раз в год, донные отложения — 1 раз в год; почва исследуется 1-2 раза в год. Анализы биоты на содержание химических веществ выполняются 2 раза в год.

Программа биотического мониторинга включает:

— оценку текущего состояния биоты (повторяющиеся с некоторой периодичностью измерения коэффициентов размножения некоторых видов);

— прогноз ответной реакции биоты (установление зависимости чувствительности биоты к антропогенным загрязняющим веществам);

— контроль состояния биоты полевыми методами.

Изменение коэффициентов размножения сводится к их непрерывной регистрации у популяций тестовых видов. Тестирование производится в вегетационных камерах-экостатах с регулированием условий абиотической среды. Периодичность измерений для каждого вида индивидуальна. Уровни загрязнений в эксперименте (воздух, вода, почва) должны соответствовать уровню загрязнения в регионе. Такие измерения проводятся на станциях фонового мониторинга в каждом биосферном заповеднике.

Для простейших бактерий, водорослей (по одному виду) рекомендуется 12 тестов в год (прирост численности за 1 сутки); мхи и лишайники — 1 тест в год, высшие растения — 4 теста в год. Достоверное изменение коэффициента размножения свидетельствует о наличии влияния загрязнения. Проводят также эксперименты на отдельные загрязняющие вещества.

Указанные лабораторные исследования должны подтверждаться исследованиями в полевых условиях. При этом хорошим объектом является почвенная фауна. На 1 м2 встречается 200-300 видов почвенных беспозвоночных — это до 2 млн. особей. Многие из них хорошие концентраторы (дождевые черви — концентраторы кадмия, жужелицы — свинца, мокрицы — меди). Учет численности и активности почвенной фауны следует проводить 3 раза в сезон.