Мониторинг окружающей природной среды. Научные, методические и организационные основы его проведения

18.1. Основные задачи и схема мониторинга

Информация о состоянии окружаю­щей природной среды (ОПС) и ее эле­ментов, об их пространственно-времен­ных изменениях используется челове­ком с незапамятных времен. Достаточ­но вспомнить о регулярных метеороло­гических, гидрологических, фенологи­ческих и некоторых других наблюдени­ях. Следует, разумеется, иметь в виду, что эти наблюдения регистрировали ес­тественные (природные) изменения со­стояния тех или иных компонентов.

Начавшийся в 50-х годах процесс яв­ного обострения проблем взаимодей­ствия общества и природы и сопутству­ющие ему негативные изменения и по­следствия, очевидная ущербность бес­контрольной эксплуатации ресурсов биосферы обусловили необходимость поиска и выработки соответствующих

комплексных решений. Так, еще в 1970 г. ЮНЕСКО была принята Между­народная научно-исследовательская программа «Человек и биосфера» (МАБ — Man and biosphere), цель кото­рой—организация в разных регионах мира комплексных многолетних наблю­дений за последствиями воздействия человека на естественные процессы в биосфере и изучение обратного влия­ния этих процессов на самого человека. Выполняют эту программу почти 90 стран, в том числе и Россия. Потре­бовалось не только расширить спектр наблюдений, но и сформировать на их основе элементы активных действий и управления, адекватных возникающим природоохранным ситуациям. Сложи­лась в основном целостная система, функционально объединяющая наблю­дения, информацию, действия. Она по­лучила название «мониторинг».

Термин «мониторинг» (от лат.

339

monitor — напоминающий, надзираю­щий) вошел в обиход специалистов, ра­ботающих в области охраны окружаю­щей природной среды, относительно недавно (в начале 70-х годов). Этот тер­мин применительно к экологии впер­вые употребили в рекомендациях Сток­гольмской конференции ООН по окру­жающей среде (1972).

Россия (ранее СССР) — участник Программы международного комитета ученых по окружающей среде (СКО­ПЕ), а также Программы ЮНЕП, по­священной наиболее острым экологи­ческим проблемам, которая предпола­гает организацию Глобальной системы мониторинга окружающей среды (ГСМОС). Основная ее задача — раннее предупреждение наступающих есте­ственных или антропогенных измене­ний состояния ОПС, которые могут причинить вред человеку.

Исходя из сложившихся к настояще­му времени представлений, можно дать следующее расширенное толкование понятия «мониторинг».

Мониторинг — система наблюдений и контроля за состоянием окружающей человека природной среды с целью раз­работки мероприятий по ее охране, ра­циональному использованию природ­ных ресурсов и предупреждению крити­ческих ситуаций, вредных или опасных для здоровья людей, живых организмов и их сообществ, природных комплексов и объектов. Помимо наблюдения задача­ми мониторинга являются также оценка состояния среды и прогнозирование ее изменений. Различают мониторинг биосферный (глобальный), региональ­ный, локальный (импактный), экологи­ческий, биологический, санитарно-ток-сикологический, международный, наци­ональный, базовый (фоновый), непос­редственный и дистанционный (в том числе авиационный и космический) и др. Первоочередное внимание в мони­торинге уделяют наблюдению за антро­погенными изменениями в природе.

Основные этапы эволюции понима­ния специалистами функций монито­ринга определялись последовательнос­тью стадий развития общей концепции разрешения экологических проблем. Каждый из вариантов такой концепции обогатил содержательность мониторин-

340 ^S

га «своими» задачами и направлениями.

В этом отношении нельзя не отме­тить значение концепции устойчивого развития, основы которой заложены на Конференции ООН по окружающей среде и развитию (июнь 1992 г., Рио-де-Жанейро), для обеспечения более ре­зультативного использования материа­лов наблюдений и последующего фор­мирования текущих и долговременных целей и задач управления, а также со­вершенствования самой структуры сис­темы мониторинга.

Естественные изменения состояния ОПС (как кратковременные, так и дол­госрочные) в достаточном объеме реги­стрируют и изучают функционирующие во многих странах геофизические служ­бы (гидрометеорологическая, сейсми­ческая, ионосферная, гравиметричес­кая, магнитометрическая и др.). Специ­альные же наблюдения за состоянием биосферы направлены на то, чтобы на фоне природных флуктуации выделить происходящие в ней изменения в ре­зультате антропогенной деятельности.

По сути, мониторинг — это система повторных наблюдений одного или не­скольких элементов ОПС в простран­стве и во времени с определенными це­лями в соответствии с заранее заданной программой. Выражаясь точнее, такую систему следует называть «мониторин­гом антропогенных изменений ОПС». Очевидно, что термин «мониторинг» не является неким новым обозначением уже , сложившегося наблюдательного комплекса геофизических служб. Он со­ответствует качественно иной системе обнаружения антропогенных эффектов в ОПС. При этом, разумеется, не ис­ключено использование некоторых структурных элементов и информации существующих геофизических служб.

Всестороннее обсуждение основных задач мониторинга и возможных путей их реализации состоялось на междуна­родных симпозиумах по комплексному глобальному мониторингу загрязнения ОПС в 1978 г. (Рига) и в 1981 г. (Тбилиси).

Академик Ю. А. Израэль, внесший весомый вклад в разработку теории и практики мониторинга, предложил универсальную схему информационной системы контроля состояния природ­ной среды (рис. 18.1), пригодную для

Рис. 18.1. Блок-схема системы мониторинга

различных уровней, направлений и мас­штабов оперативной и исследовательс­кой работы (Израэль, 1979).

Блоки, составляющие схему, взаимо­связаны между собой (существуют об­ратные и прямые связи).

Например, блоки «Наблюдение» и «Прогноз состояния» имеют прямую связь, так как прогноз состояния ОПС возможен лишь при наличии достаточ­но репрезентативной информации о фактическом состоянии.

Разработка прогноза, с одной сторо­ны, предполагает знание закономернос­тей изменений состояния природной среды, наличие схемы и возможностей расчета, а с другой стороны — необхо­димая направленность прогноза в зна­чительной степени должна определять структуру и состав наблюдательной сети (обратная связь).

Полученную в результате наблюде­ний или прогноза информацию оцени­вают в зависимости от того, в какой сфере деятельности она используется.

Оценка предусматривает определе­ние ущерба от воздействия, выбор опти­мальных условий для человеческой дея­тельности, выявление существующих «экологических резервов». При этом учитывают допустимые нагрузки на ок­ружающую среду.

Информационная система монито­ринга антропогенных изменений явля­ется частью системы управления взаи­модействием человека с ОПС, посколь­ку информация о реально складываю-

щемся состоянии окружающей природ­ной среды и тенденциях его изменения должна служить основой для разработ­ки мер по охране природы и учитывать­ся при планировании развития экосис­темы. Сравнивая фактическое и про­гнозируемое состояния, уточняют тре­бования к подсистеме наблюдений и оценивают фактическое положение. В конечном итоге появляется возмож­ность осуществлять целенаправленные и грамотные мероприятия по регулиро­ванию качества среды и предотвраще­нию неблагоприятных последствий ант­ропогенных воздействий.

Для объективной оценки, анализа и прогноза экологической ситуации в лю­бых масштабах ее проявления необхо­димо знание геофизических процессов, различных антропогенных эффектов и вызывающих их ситуаций.

Антропогенные факторы, влияющие на состояние биосферы, на здоровье на­селения, обширны (загрязнение различ­ными химическими веществами, выб­росы и сбросы отходов производства, физическое и биологическое воздей­ствие, нагрев биосферы и т. п.). Наблю­дения можно осуществлять по физичес­ким, химическим и биологическим по­казателям. Наиболее перспективны ин­тегральные показатели состояния природных систем.

Система мониторинга способствует выявлению критических ситуаций, по­зволяет выделить критические факторы воздействия и наиболее подверженные

341

антропогенному влиянию элементы биосферы.

Основные факторы, элементы и про­цессы, требующие тщательного наблю­дения и исследования, приведены в таб­лице 18.1.

18.1. Классификация состояний природной среды

и здоровья населения, реакций природных систем,

источников и факторов воздействия, охватываемых

системой мониторинга (Израэль, 1984)

Раздел наблю­дений	Название раздела наблюдений	Классификация
А	Источники и факторы воз­действия	А. 1. Локальные источни­ки загрязнений А. 2. Факторы воздействия (загрязняющие вещества, излучение и т. д.) Б. 1. Состояние среды, ха-
Б	Состояние окружающей природной среды	рактеризуемое физически­ми и физико-географичес­кими данными Б. 2. Состояние среды, ха­рактеризуемое геохими­ческими данными, дан­ными о составе и характе­ре загрязнений
В	Состояние биотической составляющей биосферы	В. 1. Реакция биоты — отклики и последствия: у отдельного организ­ма; популяции; сообщества и экосис­темы
Г	Реакция круп­ных систем и биосферы в целом	Г. 1. Реакция крупных систем (погода и климат) Г. 2. Реакция биосферы в целом
Д	Состояние здоровья и благосостоя­ния населения

Локальные источники загрязнений и факторы их воздействия выделены в раздел А. К ним относятся природные (извержение вулканов, самопроизволь­ный выход нефти, газов и т. д.) явления и антропогенные (выбросы промыш­ленных и сельскохозяйственных пред­приятий, нарушение правил химизации сельского хозяйства, выбросы транс­порта и т. д.) факторы.

В раздел Б (подраздел Б. 1) входят наблюдения по геофизическим данным, получаемым в результате последова­тельных или непрерывных измерений параметров состояния среды, а также на­блюдения за стихийными природными явлениями (вулканизм, землетрясения, засухи, наводнения, сели, эрозия почв и др.). Такие наблюдения находятся в компетенции географических служб.

Важнейшую информацию о состоя­нии ОПС несут физико-географические данные, включая данные о распределе­нии суши и воды, рельефе поверхности земного шара, природных ресурсах, на­родонаселении, урбанизации.

В этот же раздел включены наблюде­ния за состоянием ОПС (и его измене­ниями), характеризуемым геохимичес­кими данными (наблюдения за кругово­ротом веществ в природном комплексе, за составом инородных примесей в био­сфере, в том числе радиоактивных ве­ществ), различными специфическими физическими характеристиками среды, включая наблюдения за шумовыми и тепловыми загрязнениями, различными излучениями (ионизирующими и неио-низирующими).

К разделу Б относятся также наблю­дения за химическим составом (природ­ного и антропогенного происхождения) атмосферных осадков, поверхностных и подземных вод, вод океанов и морей, почвы, донных отложений, раститель­ного и животного мира и наблюдения за основными путями распространения загрязнений. Эти наблюдения чаще все­го относят к первостепенным по важно­сти в системе мониторинга.

Раздел В включает наблюдения за ре­акцией биоты (живой составляющей биосферы) на различные факторы воз­действий и изменений состояния ОПС; к этим наблюдениям относят наблюдения за откликом (обратимые изменения) и последствиями (необратимые измене­ния) у биоты. Возможны наблюдения по функциональным и структурным биоти­ческим признакам. К числу функцио­нальных можно отнести, например, при­рост биосферы в единицу времени, ско­рость поглощения различных веществ растениями и животными; к числу струк­турных — численность видов растений и животных, общую биомассу. Эти наблю­дения должны быть организованы на различных уровнях отдельного организ­ма и популяции, общества и экосистемы.

Раздел Г — наблюдения за реакцией среды крупных систем (погоды, клима­та) и биосферы в целом, включают всю систему наблюдений за состоянием климатической системы, перечислен­ных в предыдущих разделах и требую­щих специальных обобщений и оценок.

342

Раздел Д включает специальные ис­следования. Наблюдения, сформиро­ванные по определенной системе для реализации рассмотренных задач, в за­висимости от целевой установки после­дних проводят по физическим, хими­ческим и биологическим показателям. Система наблюдений может основы­ваться на точечных измерениях (на станциях), включая дистанционные на­блюдения, или на площадных съемках и получении интегральных показателей. Допустимо и целесообразно комбини­рованное использование этих подходов. Важное значение при организации мо­ниторинга принадлежит авиационным и спутниковым средствам и методам. Рассматривая и анализируя результаты наблюдений, крайне важно выделить изменения состояния среды, реакцию биоты на эти изменения, обусловлен­ные антропогенными воздействиями. Для этого необходима информация о первоначальном состоянии среды, т. е. о состоянии до существенного вмеша­тельства человека. Ретроспективу в оп­ределенной степени можно воспроизве­сти по результатам длительных наблю­дений, в этом случае полезным может оказаться анализ состава донных отло­жений, ледниковых слоев, древесных колец, относящихся к периоду, предше­ствующему началу заметного вмеша­тельства человека (Израэль, 1984).

Исследование антропогенного влия­ния на биосферу требует определения современного глобального фонового ее состояния в местах, удаленных от ис­точников локального воздействия (заг­рязнения), а также учета фактического фонового состояния в районах и регио­нах. Биосферный мониторинг, объеди­няя в единый комплекс наблюдения, оценку и прогноз состояния биосферы, вызванные антропогенными воздей­ствиями, определение источников, фак­торов и степени этих воздействий, ос­новывается на ряде последовательных действий. В том числе выделение (опре­деление) объекта наблюдений; обследо­вание выделенного объекта; составле­ние информационной модели для объекта наблюдения; планирование из­мерений; оценка состояния объекта на­блюдения и идентификации его инфор­мационной модели; прогнозирование

изменения состояния объекта наблюде­ния; представление информации в удобной для использования форме и до­ведения ее до потребителя.

В соответствии с задачами и проце­дурами мониторинга в первую очередь должна быть установлена приоритет­ность факторов, ведущих к наиболее се­рьезным изменениям ОПС (а также ис^ точники их формирования). Необходи­мо выявить и отдельные элементы тех или иных объектов наблюдения, наибо­лее подверженных воздействию (чув­ствительных), критические точки, пере­ход через которые вызывает нарушения и разрушения экосистем. Выбор факто­ров и показателей воздействия является важнейшим этапом научного обоснова­ния мониторинга.

Следует иметь в виду, что определе­ние приоритетности для подсистем мо­ниторинга при решении различных за­дач может привести к разным результа­там для одного и-того же фактора воз­действия.

Например, с одной стороны, ущерб от С0₂ в атмосфере для какой-либо эко­системы незначителен, а во многих слу­чаях увеличение С0₂ даже полезно (сти­мулирует повышение продуктивности растений). С другой стороны, при рас­смотрении возможного влияния на крупные системы, например на климат планеты, накопление С0₂ ведет к уси­лению «парникового эффекта» и воз­можным изменениям климата с различ­ными отрицательными последствиями для биосферы. Можно сослаться и на некоторые другие примеры выбора при­оритетов при организации мониторин­га. Если говорить о средах, то высший приоритет должен быть отдан атмос­ферному воздуху и воде пресноводных водоемов; по ингредиентам — пыли, S0₂, N_xO , бенз(а)пирену в воздухе, биоген-ньш продуктам, нефтепродуктам, фено­лам в воде; по источникам загрязнения (в городах) — автомобильному транспор­ту, тепловым электростанциям и т. д.

Небезынтересен метод установления приоритетности для мониторинга заг­рязнений, применявшийся на Первом межправительственном совещании по мониторингу в Найроби (Кения, 1974). Первоначально, основываясь на свой­ствах загрязнителей и возможности

343

организации измерений, были выбраны некоторые критерии для определения приоритетности.

В частности, учитывали:

1. Фактический и потенциально воз­можный эффект на здоровье и благопо­лучие человека, на климат или экосис­темы.

2. Склонность к деградации в ОПС и накоплению в организме человека.

3. Возможность химической транс­формации в физических и биологичес­ких системах, в результате чего вторич­ные вещества могут оказаться более токсичными.

4. Мобильность, подвижность.

5. Фактические или возможные тренды (тенденции) концентрации в ОПС и (или) в человеке.

6. Частота и (или) величина воздей­ствия.

7. Возможность измерений на дан­ном уровне в различных средах.

8. Значение для оценки положения в ОПС.

9. Пригодность с точки зрения все­общего распространения для равномер­ных измерений в глобальной и субреги­ональной программах.

Загрязнения оценивали в баллах (от О до 3) по каждому из принятых крите­риев. Суммируя баллы, определили приоритетные позиции (чем больше сумма, тем выше приоритет). Получен­ные таким образом приоритеты были разделены на восемь классов (чем выше класс, тем меньше его порядковый но­мер и больше приоритет) с указанием среды и типа программы измерений (импактный, региональный, глобаль­ный). При этом были определены те виды измерений, которые необходимо проводить, если загрязняющее веще­ство непосредственно трудно измерить (косвенный мониторинг). В таких слу­чаях учитывали (оценивали) следующие характеристики: индикаторы качества воды — коли-бактерии, БПК₅, ХПК, синезеленые водоросли, их первичную продуктивность; индикаторы качества почвы — соленость, кислотность и ще­лочность (рН), содержание нитратов и органического азота, содержание по-чвенныХкОрганических веществ (гумуси-рованность); индикаторы здоровья че­ловека и животных, индикаторы пора-

жения растений — заболевания, генети­ческие последствия, чувствительность к лекарствам; растительные индикаторы загрязнения — биоиндикация.

Одновременно рекомендованы сопут­ствующие выборочные наблюдения за метеорологическими, гидрологически­ми и другими геофизическими парамет­рами, которые позволяют лучше осмыс­лить результаты основных измерений.

В целом же надо иметь в виду, что пока еще не сложилась законченная це­лостная схема многоцелевого монито­ринга антропогенных изменений ОПС. Сформировавшиеся подсистемы (блоки) мониторинга, будучи органичной час­тью его, дают возможность вполне кор­ректно решать отдельные конкретные задачи в ограниченных, разумеется, по смысловой направленности масштабах.

Для объективного изучения послед­ствий антропогенных воздействий мо­ниторинг дифференцируется в соответ­ствии с существующей классификацией загрязнений (ингредиентное, парамет­рическое, биоценотическое, стациаль-но-деструкционное).

Такой подход в принципе получил отражение в концепции Глобальной си­стемы мониторинга окружающей среды (ГСМОС), разрабатываемой по линии ЮНЕП.

Универсальная система мониторинга обеспечивает возможность решения по­ставленных экологических задач и дос­тижения заданных природоохранных целей. Точкой же отсчета, как уже отме­чалось, является фоновое состояние биосферы на протяжении возможно длительного временного интервала, ко­торое углубленно изучают в ряде стран, в том числе и в России, на специальной сети биосферных заповедников.

В Российской Федерации (ранее в СССР) служба наблюдений и контроля за загрязнением окружающей природ­ной среды формировалась в основном на базе хорошо развитой гидрометео­рологической наблюдательной сети станций, традиционно обеспечивая по­лучение высококачественных первич­ных материалов. К сожалению, эконо­мические проблемы России повлияли на деятельность гидрометеорологичес­кой службы со всеми вытекающими от­рицательными последствиями для осу­ществления мониторинга.

344

По мнению Израэля (1984), в зави­симости от природы изучаемых сред до­статочно правомерно выделять абиоти­ческий (геофизический) и биотический (биологический) сектора мониторинга. Геофизический мониторинг направлен на определение реакции абиотической составляющей как в микро-, так и в макромасштабе (вплоть до определения реакции и состояния крупных сред, на­пример, погоды и климата). Сюда же относятся данные о загрязнении атмос­феры, гидрологические и почвенно-гео-химические характеристики сред.

Основная задача биологического мо­ниторинга — определение состояния биотической составляющей биосферы, ее отклика (реакции) на антропогенные воздействия, определение функции со­стояния и отклонение этой функции от нормального естественного состояния на молекулярном, клеточном, организ-менном и популяционном уровнях, а также на уровне сообществ. В этом сек­торе мониторинга целесообразны на­блюдения за состоянием здоровья чело­века, за важнейшими популяциями, за наиболее чувствительными к данному виду воздействия популяциями, за по­пуляциями- индикаторами, за состоя­нием биоты в целом. Особое место за­нимает генетический мониторинг.

Поэтому логично вести речь об эко­логическом мониторинге как более универсальной системе, объединяющей на качественно ином (более высоком) уровне элементы геофизического и био­логического блоков, обеспечивающей лучшее понимание их взаимосвязи и взаимодействия.

Видный отечественный географ ака­ демик И. П. Герасимов предложил под­ разделять мониторинг на три ступени (этапа): биоэкологический (санитарно- гигиенический) ; геоэкологический (геосистемный, природно-хозяйствен- ный) и биосферный.

Главное в биоэкологическом мони­торинге — выявить отклик биосферы на антропогенные воздействия на разных уровнях организации живого. Учиты­вая, что одна из основных целевых уста­новок мониторинга — защита интере­сов человека (человечества), на этой ступени очень важны наблюдения за со­стоянием человеческой популяции.

Важное значение отводят также на­блюдениям за жизнедеятельностью лег­коранимых популяций-индикаторов (например, лишайники).

Особое место на этом этапе занимает генетический мониторинг — наблюде­ния за возможными изменениями на­следственных признаков у различных популяций. При этом комплекс меро­приятий по генетическому мониторин­гу популяций должен сочетаться со скринингом химических соединений на мутагенную активность.

Среди задач этого этапа особо следу­ет выделить мониторинг генофонда са­мого человека. Представляется перспек­тивной организация на основе между­народного сотрудничества глобальной генетической службы слежения за дина­микой «генетического груза» в популя­циях человека. Ее целесообразно допол­нять мониторингом генофондов обита­ющих на Земле других видов животных, в первую очередь млекопитающих.

Геоэкологический мониторинг со­гласно И. П. Герасимову позволяет от­слеживать изменения геосистем (в том числе природных экосистем), а также последствия преобразования их в при-родно-технические (агроэкосистемы, среду индустриальных районов, городс­кую среду и т. д.) системы. Геоэкологи­ческий мониторинг существенно до­полняет биоэкологический, углубляя содержание последнего. В частности, предоставляется возможность предус­мотреть стихийное изменение окружа­ющей среды и возникновение явлений, ухудшающих жизненную среду обита­ния человека и биоты в целом. Расши­ряются также границы биоэкологичес­кого мониторинга, поскольку исследу­ют естественные ресурсы, используе­мые человеком в его хозяйственной деятельности.

Эти виды мониторинга различаются и методами исследования. Так, биоэко­логический мониторинг носит преиму­щественно локальный характер, осно­вывается на систематическом слежении за определенными параметрами (инди­каторами) состояния ОПС (геофизичес­кими, биохимическими и биологичес­кими), имеющими биологическое зна­чение. Наблюдения ведут на сети конт­рольных пунктов. Геоэкологический

345

мониторинг базируется на применении геофизических и биогеохимических ме­тодов — предельно допустимые концен­трации (ПДК), естественная способ­ность природной среды к самоочище­нию, биологическая продуктивность экосистем. Для наблюдений использу­ют как контрольные пункты, входящие в общую сеть мониторинга, так и осо­бые ключевые (тестовые) площади. Этот этап мониторинга имеет регио­нальную направленность.

Считается целесообразным прово­дить геоэкологический мониторинг на специальных полигонах, организуемых в каждой природной зоне или крупном природно-хозяйственном регионе и диф­ференцируемых по объектам и содержа­нию наблюдений. В частности, подле­жат изучению трофические связи (био­логические круговороты), биологичес­кая продуктивность, показатели ПДК, эффективность функционирования при­родных систем и использования их ресур­сов, действенность методов управления процессами использования природных условий и ресурсов с точки зрения сохра­нения и улучшения окружающей среды.

Биосферный мониторинг включает наблюдения за параметрами биосферы в глобальном масштабе и замыкает систе­му слежения за окружающей средой. Содержательная часть этой ступени (этапа) предусматривает наблюдения за основными параметрами современной биосферы, достоверную регистрацию их периодических (естественных) или направленных (антропогенных) изме­нений (оценка и прогноз). Ключевыми проблемами здесь являются: глобаль­ный круговорот влаги и его антропоген­ные изменения, антропогенные преоб­разования глобальных круговоротов важнейших химических элементов с обязательным включением в объект на­блюдения почвенного покрова (почвен-но-химический мониторинг), наблюде­ния за загрязнением Мирового океана.

Концептуальное видение мониторин­га, предложенное академиком И. П. Ге­расимовым, и в научном, и в практичес­ком отношении достаточно значимо для понимания процессов, происходящих в системе «общество — природа», для по­иска конструктивных решений в этой области жизнеобеспечения.

Говоря о мониторинге, нельзя умол­чать о возможности классификации его систем и подсистем по факторам и ис­точникам воздействия. Целесообразной может быть и классификация по масш­табам воздействия (пространственным, временным, на различных биологичес­ких уровнях). При таком подходе мож­но выделить наблюдения, относящиеся к точке, небольшим площадям, райо­нам, регионам; наблюдения в глобаль­ном масштабе — обработанные, осред-ненные или обобщенные по определен­ной системе (схеме). Сюда же следует отнести и определение количества ве­щества, числа объектов воздействия в той или иной части пространства.

Несомненный интерес представляет классификация возможных систем (подсистем) мониторинга (Израэль,

Принцип классифи­кации	Существующие или разрабатываемые
	системы (подсистемы) мониторинга
Универ-	Глобальный мониторинг (базовый,
сальные	региональный, импактный уровни),
системы	включая фоновый и палеомониторинг.
	Национальный мониторинг (напри-
	мер, в б. СССР).
	Общегосударственная служба наблю-
	дений и контроля за уровнем загряз-
	нения внешней среды.
	Межнациональный, «международ-
	ный» мониторинг (например, мони-
	торинг трансграничного переноса
	загрязняющих веществ)
Реакция	Геофизический мониторинг.
основных	Биологический мониторинг, включая
составля-	генетический.
ющих	Экологический мониторинг (включа-
биосферы	ющий вышеназванные)
Различ-	Мониторинг антропогенных измене-
ные среды	ний (включая загрязнение и реакцию
	на него) в атмосфере, гидросфере,
	почве, криосфере, биоте
Факторы	Мониторинг источников загрязнений.
и источ-	Ингредиентный мониторинг (напри-
ники	мер, отдельных загрязняющих
воздей-	веществ, радиоактивных излучений,
ствия	шумов и т. д.)
Острота и	Мониторинг: океана; озоносферы
глобаль-
ность проблемы Методы
	Мониторинг по физическим, хими-
наблюде-	ческим и биологическим показателям.
ний	Спутниковый мониторинг (дистанци-
	онные методы)
Систем-	Медико-биологический мониторинг
ный	(состояния здоровья).
подход	Экологический мониторинг.
	Климатический мониторинг.
	Вариант: биоэкологический (в том
	числе агроэкологический), геоэколо-
	гический, биосферный мониторинг

346

Ведомственная система	I Основные направления ведения мониторинга
Министерство обороны	Мониторинг ОПС и источников воздействия на нее военных
	объектов. Обеспечение ЕГСЭМ техническими средствами и
	системами
Министерство природных ресурсов	Мониторинг водной среды водохозяйственных систем и
	сооружений в местах водозабора и сброса сточных вод.
	Мониторинг геологической среды (недра, подземные воды,
	опасные эндогенные и экзогенные геологические процессы)
Министерство сельского хозяйства и	Мониторинг загрязнения почв нитратами, пестицидами и
продовольствия РФ	тяжелыми металлами в агропромышленном комплексе.
	Осуществляется с 1990 г. на 300 постоянных реперных
	участках
Государственный комитет санитарно-	Мониторинг воздействия среды обитания на здоровье
эпидемиологического надзора РФ	населения
(Госкомсанэпиднадзор)
Государственный комитет РФ по делам	Участие в развитии и обеспечении функционирования
Севера (Госкомсевер)	ЕГСЭМ в районах Крайнего Севера и Арктики
Государственный комитет Российской	Функциональные задачи по мониторингу рассмотрены далее
Федерации по охране окружающей
среды (Госкомэкология)
Федеральная служба России по	Тоже
гидрометеорологии и мониторингу
окружающей среды (Росгидромет)
Федеральный горный и промышлен-	Координирует развитие и функционирование подсистемы
ный надзор России (Росгортехнадзор)	мониторинга геологической среды, связанной с добычей ми-
	нерально-сырьевых ресурсов. Осуществляет надзор за соблю-
	дением порядка пользования недрами при разработке место-
	рождений полезных ископаемых и переработке минерального
	сырья. Согласовывает и контролирует потери полезных иско-
	паемых при добыче и переработке, применяя санкции при
	сверхнормативных потерях. Ограничивает, приостанавливает
	или запрещает сброс в недра сточных вод, складирование
	вредных веществ и отходов производства и подземное их
	хранение. Надзирает за безопасностью горных работ
Федеральная служба геодезии и	Осуществляет топографо-геодезическое и картографическое
картографии (Роскартография)	обеспечение ЕГСЭМ, включая создание цифровых электрон-
	ных карт и геоинформационных систем
Комитет РФ по земельным ресурсам и	Мониторинг земельных ресурсов (учет количества и качества
земельному устройству (Роскомзем)	земель и их экологическая оценка)
Комитет РФ по рыболовству (Роском-	Мониторинг рыбных ресурсов во всех рыбопромысловых
рыболовство)	бассейнах (особенно в местах, наиболее подверженных
	антропогенному воздействию)
Федеральная служба лесного хозяйства	Мониторинг лесов, обеспечивающий учет лесного фонда и
России (Рослесхоз)	охрану лесов от пожаров, санитарно-лесопатологический
	контроль, а также контроль за вырубкой и восстановлением
	лесов. (Наблюдается тревожная тенденция превращения
	Федеральной лесной службы в лесозаготовительную.)

включающей показатели состояния ОПС, прогнозы ее эволюции, энерго­экологические и технологические ха­рактеристики производственной сферы, методико-биологические и санитарно-гигиенические условия существования человека и биоты.

Наряду с этим ЕЭМ может быть ори­ентирован на достижение специальных программных целей, связанных с обес­печением необходимой информацией организационных, социальных и других мер по повышению конкретных приро­доохранных мероприятий, проектов, международных соглашений и обяза­тельств государств в соответствующих областях.

В Российской Федерации монито­ринг в пределах своих целевых функций и компетенции осуществляют ряд ве­домств.

Ключевые позиции в ЕГСЭМ при­надлежат Госкомэкологии и Росгидро­мету.

Госкомэкология (ранее Министер­ство охраны окружающей среды и при­родных ресурсов) координирует дея­тельности министерств и ведомств, предприятий и организаций в области мониторинга ОПС; организует монито­ринг источников антропогенного воз­действия на ОПС и зон их прямого воз­действия; организует мониторинг жи­вотного и растительного мира (кроме

348

лесов); обеспечивает создание и функ­ционирование экологических информа­ционных систем; ведет с заинтересован­ными министерствами и ведомствами банки данных об ОПС, природных ре­сурсах и их использовании.

Государственная служба мониторинга Росгидромета базируется на сети пунк­тов режимных наблюдений. По состоя­нию на начало 1995 г. масштабы ее рабо­ты характеризуются следующими дан­ными.

Наблюдения за уровнем загрязнения атмосферного воздуха проводились в 284 городах на 664 стационарных постах (в том числе регулярно в 234 городах не­посредственно подразделениями Рос­гидромета). Измеряли концентрацию от 5 до 25 ингредиентов. Общий объем ра­боты по анализу содержания вредных веществ — около 4 млн проб в год. Спи­сочный состав пунктов режимных на­блюдений за загрязнением поверхност­ных вод России (на 01.01.96) включал 1928 пунктов, 2617 створов, 2958 верти­калей и 3407 горизонтов, расположен­ных на 1363 водных объектах (на 1204 водотоках и 159 водоемах). Было ото­брано и проанализировано почти 50 тыс. проб воды и выполнено около 980 тыс. определений по 158 гидрохи­мическим показателям.

Мониторинг загрязнения морской среды (по химическим и гидробиологи­ческим показателям) базируется на дан­ных более 500 станций (623 станции на начало 1993 г.), расположенных на всех морях России.

Подсистема национального монито­ринга загрязнений в ЕГСЭМ имеет цен­тральную и 10 региональных лаборато­рий, а также средства для экспедицион­ных обследований.

Сеть станций по наблюдениям за трансграничным переносом вредных веществ ориентирована на западную границу России. На трех станциях отби­рают пробы на атмосферный аэрозоль, диоксиды серы и азота, а также пробы атмосферных осадков. Насчитывается около 40 постов наблюдения системы комплексного мониторинга загрязне­ния ОПС.

Контроль за загрязнением снежного покрова осуществляют на 645 метео­станциях, охватывая площадь 17 млн

км². В пробах определяют ионы сульфа­та, нитрата, аммония, рН, бенз(а)пирен и тяжелые металлы.

На территории России функциони­руют шесть станций комплексного фо­нового экологического мониторинга (СКФЭМ), расположенные в биосфер­ных заповедниках. Создана система экологического мониторинга по важ­нейшим компонентам атмосферы (озон, диоксид углерода, оптическая плотность аэрозолей, химический со­став осадков, атмосферно-электричес-кие характеристики). Наблюдения за этими ингредиентами входят в обяза­тельную программу исследований.

Сеть наблюдений за радиоактивным загрязнением ОПС включает 456 гидро­метеостанций и постов. 1394 пункта ре­гистрируют мощность экспозиционной дозы гамма-излучения; за радиоактив­ными атмосферными выпадениями на­блюдают 487 пунктов, аэрозолями — 51. На 300 пунктах фиксируют уровни ра­диационных выпадений (на 50 из них — концентрацию); на 30 пунктах опреде­ляют содержание трития в атмосферных осадках, на 82 — стронция-90.

Кроме того, ведут интенсивные ра­боты по обследованию территорий, по­страдавших в результате аварии на Чер­нобыльской АЭС, в том числе обследо­вание дворов в населенных пунктах с загрязнением более 5 Ки/км².

Созданные в сетевых подразделениях оперативные группы осуществляют маршрутные наблюдения за радиацион­ной обстановкой в районах, прилегаю­щих к радиационно-опасным объектам.

В Росгидромете создана система опе­ративного выявления и расследования опасных эколого-токсикологических ситуаций, связанных с аварийным заг­рязнением ОПС.

Как уже отмечалось, в подсистемах экологического мониторинга проводят наблюдения (и изучение) составляющих биосферы на различных уровнях — им-пактном (локальном), региональном и фоновом (глобальном).

Отличительная особенность эколо­гического мониторинга локального уровня — тесная связь системы контро­ля источников эмиссий и их воздей­ствия на ОПС с технологическими про­цессами объекта. Это позволяет рас-

349

сматривать систему экологического мо­ниторинга техногенных воздействий в комплексе с мероприятиями по контро­лю и управлению технологическими процессами того или иного производ­ства. В данном случае оценивают имен­но объекты техносферы в отличие от природных экосистем, мониторинг ко­торых заключается в наблюдении, ана­лизе и прогнозировании состояния и изменений природных сред и биоты (фоновый мониторинг заповедных зон, лесов, земель и т.д.). Все основные функции систем экологического мони­торинга в полной мере реализуются в мониторинге регионального уровня. Структуру построения Единого эколо­гического мониторинга (ЕЭМ) для это­го уровня можно представить в виде сфер получения, обработки и отображе­ния информации, а также сфер оценки ситуации и принятия решений.

Задачи единого экологического мо­ниторинга можно свести к следующим:

оперативный контроль экологичес­кого, социального, медико-биологичес­кого состояния ОПС;

выявление факторов экологического неблагополучия региона (в том числе источников негативного воздействия на ОПС и здоровье населения);

характеристика фактического состо­яния ОПС;

подготовка и обобщение информа­ции при ее прохождении по иерархи­ческим уровням для принятия реше­ний, адекватных экологической обста­новке;

сбор, систематизация и хранение объективной информации о состоянии ОПС, здоровье населения (с учетом воз­можной субъективности в оценке этих факторов);

выработка управляющего решения, направленного на улучшение состояния ОПС (с использованием подсистемы поддержки для принятия решений с анализом степени риска).

Необходимыми структурными зве­ньями (блоками) любой подсистемы Единого экологического мониторинга являются: измерительный комплекс; информационный комплекс, включаю­щий в себя базы и банки данных право­вой, медико-биологической, санитар­но-гигиенической, социальной, техни-

ко-экономической направленности; си­стемы оценки и оптимизации промыш­ленных объектов; системы восстановле­ния и прогноза полей экологических и метеорологических факторов, а также системы принятия решений.

Разработка проекта единого эколо­гического мониторинга требует разно­сторонней информации. В том числе необходимо знать:

источники поступления загрязняю­щих веществ (ЗВ) в ОПС [выбросы ЗВ в атмосферу промышленными, энергети­ческими, транспортными и другими объектами; сбросы сточных вод; повер­хностные смывы загрязняющих и био­генных веществ; внесение в почвенный слой загрязняющих и биогенных ве­ществ вместе с агрохимикатами при сельскохозяйственной деятельности; места захоронения и складирования промышленных и коммунальных отхо­дов; техногенные аварии, приводящие к выбросу в атмосферу опасных веществ и (или) разливу жидких загрязняющих и опасных веществ и т. д.];

процессы переноса ЗВ (атмосфер­ный перенос, перенос и миграция в вод­ной среде);

процессы ландшафтно-геохимичес-кого перераспределения ЗВ (миграция ЗВ по почвенному профилю до уровня грунтовых вод; миграция ЗВ по ланд-шафтно-геохимическому сопряжению с учетом геохимических барьеров и био­химических круговоротов);

данные о состоянии антропогенных источников эмиссии (мощность и место­расположение источника, гидродинами­ческие условия поступления ЗВ в ОПС).

В зоне влияния источников эмиссии организуют систематические наблюде­ния с привлечением измерительного комплекса системы ЕЭМ на основе то­чечного и интегральных методов изме­рений с помощью стационарных (ста­ционарные посты наблюдения) и мо­бильных (автомобили-лаборатории и аэрокосмическое зондирование) средств. Следует отметить, что аэрокосмические средства привлекают лишь при необхо­димости получения крупномасштабных интегральных показателей о состоянии ОПС, о чем будет сказано далее.

Получение информации обеспечива­ется тремя группами приборов, дающих

350

метеорологические характеристики, фо­новые (на уровне ПДК) концентрации ЗВ и концентрации их вблизи источни­ков эмиссии.

Атмосфера: метеорологические дан­ные, химический и радионуклидный состав газовой и аэрозольной фаз воз­душной сферы; твердые и жидкие осад­ки (снег, дождь), их химический и ра­дионуклидный состав; тепловое и влаж-ностное загрязнение атмосферы.

Гидросфера: гидрологические показа­тели (расход, скорость течения и уро^ вень воды); гидробиологические пока­затели (фитопланктон, зоопланктон, зообентос, перифитон) на контрольных водосборах и створах (реки, озера, водо­хранилища и т.д.); гидрохимический и радионуклидный состав поверхностных вод (реки, озера, водохранилища и т. д.), грунтовых вод, взвесей и донных отложений (в природных водотоках и водоемах); тепловое загрязнение повер­хностных и грунтовых вод.

Почвенный покров: химический и ра­дионуклидный состав плодородного слоя почвы, фитотоксичность, микроб­ная биомасса, миграция отдельных форм ЗВ.

Биота: видовой состав, заболевае­мость, оценка продукции основных зве­ньев трофической цепи; химическое и радиоактивное загрязнение сельскохо­зяйственных угодий, растительного по­крова, почвенных зооценозов, назем­ных сообществ, домашних и диких жи­вотных, птиц, насекомых, водных рас­тений, планктона, рыб.

Урбанизированная среда: химический и радиационный фон воздушной среды городов, населенных пунктов; химичес­кий и радионуклидный состав продук­тов питания, питьевой воды и т. д.

Население: характерные медико-де­мографические параметры (числен­ность и плотность, рождаемость и смер­тность, возрастной состав, заболевае­мость, уровень врожденных уродств и аномалий); социально-экономические факторы.

Использование в измерительном комплексе современных контроллеров, обеспечивающих сбор информации с датчиков, передачу ее потребителю с помощью модемной телефонной и ра­диосвязи или по компьютерным сетям

(электронная почта), значительно по­вышает оперативность системы.

На вооружении измерительного ком­плекса ЕЭМ имеются полностью авто­матизированные, сложные многоцеле­вые, но в то же время компактные авто­номные системы слежения за качеством ОПС. Их развитие в основном сдержива­ется не техническими и технологически­ми, а финансовыми трудностями.

Основные структурные блоки совре­менных автоматических систем ЕЭМ следующие:

датчики параметров ОПС (темпера­тура воздуха, солнечная радиация, со­став вод, ионная форма металлов в вод­ной среде, концентрации загрязняющих веществ в атмосфере и воде, включая СПАВ, гербициды, инсектициды, фе­нолы, бенз(а)пирены и др.);

датчики биологических параметров (прирост древесины, проективное покры­тие растительностью, гумус почв и др.).

Простейшей автоматизированной системой слежения за параметрами ОПС является система «Радуга», разра­ботанная Ассоциацией по решению экологических проблем г. Выборга. Эта система мониторинга экологического состояния водной среды предназначена для измерения необходимых парамет­ров, первичной обработки данных и пе­редачи информации по радиоканалу, обработки и хранения информации в IBM, выдачи результатов измерений в графическом и табличном варианте на дисплей и принтер.

Система слежения «Радуга» обеспе­чивает качественный мониторинг, спо­собствующий в последующем восстанов­лению нормального экологического со­стояния водоемов. Ее применяют для контроля химического состава промыш­ленных сточных вод, для слежения за уровнем ПДК и их соблюдением, а также для контроля требуемого качества техно­логических вод в различных производ­ственных процессах. Экономия по тех­нической и сырьевой базе составляет 20 % ее первоначальной стоимости.

«Радуга» улучшает технико-эконо­мические показатели производства бла­годаря введению в программное обеспе­чение расчета ущерба, наносимого дан­ным предприятием ОПС и человеку.

Используя систему «Радуга» можно

351

регистрировать в автоматическом режи­ме до 256 параметров.

Рассматриваемая система слежения работает круглосуточно с возможным циклом опроса каждого датчика — от 1 ч до 1 сут. «Радуга» может служить свое­образным «сторожем», позволяя фикси­ровать залповые аварийные (незаплани­рованные) выбросы и сбросы, как пра­вило, скрываемые предприятиями.

В качестве датчиков применяют раз­личные типы ионоселективных элект­родов, регистрирующие насыщение во­дородом, ионами хлора, брома, нитра(-ри)тов, аммонийным азотом, сульфа(-фи)тами, фосфатами и некоторыми тяжелыми металлами.

Региональная подсистема ЕЭМ предполагает работу с большими масси­вами разнообразной первичной инфор­мации. Поэтому одна из актуальных за­дач — создание единого научно-инфор­мационного пространства, которое мо­жет быть сформировано на основе геоинформационных технологий.

В этом отношении важное значение имеет создание геоинформационных систем (ГИС), являющихся универсаль­ным средством сбора, обработки, хране­ния, систематизации, научного анализа и представления информации. Только с введением ГИС должным образом реа­лизуется возможность целостного под­хода к комплексным по своей сути про­блемам ОПС.

Геоинформационную систему ЕЭМ целесообразно создавать, исходя из кон­цептуальной модели, синтезирующей те­оретическую, экспериментальную и эк­спертную информацию, а также интег­рирующей разнотипную информацию.

При этом необходимо предусмот­реть:

формирование баз данных кадастро­вой и картографической информации, материалов дистанционного зондирова­ния;

функционирование в естественном режиме с использованием каналов связи;

возможность реализации программ на персональных компьютерах;

информационную и программную совместимость ГИС областного уровня при ее объединении в системы бассей­нового (регионального) и федерального уровней;

поддержку распределенных (терри­ториально разнесенных) баз данных.

ГИС необходимо создавать на раз­личных иерархических уровнях управ­ления (местном, областном, региональ­ном). Каждая из уровневых систем име­ет основную базу данных, интеллекту­альный интерфейс, комплекс программ моделирования и программы принятия управленческих решений. Отличие — в уровне генерализации информации, со­держащейся в базах данных, а также в характере решаемых задач.

Система ЕЭМ предусматривает не только контроль за состоянием ОПС и здоровьем населения, но и возможность активного воздействия на ту или иную ситуацию.

Используя иерархический уровень ЕЭМ (сфера принятия решений), а так­же подсистемы экологической экспер­тизы и оценки воздействия на окружаю­щую среду ОВОС, представляется воз­можным управлять источниками эмис­сии на основе результатов математи­ческого моделирования промышленных объектов и регионов, а также сложных экосистем. (Под математическим моде­лированием, например промышленных объектов, понимают моделирование технологического процесса, включаю­щее модель вероятного воздействия на ОПС и его последствия.)

Модели позволяют исследовать чув­ствительность отдельной экосистемы к изменению того или иного воздейству­ющего фактора (в том числе и на фоно­вом уровне). Предполагается, что чис­ленные значения отдельных коэффици­ентов в этих моделях можно определить путем лабораторных экспериментов.

При изучении и анализе воздействия различных факторов на сложные биоло­гические системы целесообразно про­водить обоснованные математически и экологически многофакторные экспе­рименты. Такой эксперимент позволяет одновременно и независимо анализиро­вать различные множества сочетаний факторов, воздействующих на биологи­ческие системы. Здесь первостепенное значение имеет исследование вероят­ных (ожидаемых) ситуаций, прогнози­руемых на основании существующих тенденций изменения биологических систем. Посредством отдельных экспе-

352

риментов и надлежащих математичес­ких обоснований можно моделировать реальные ситуации состояния ОПС в будущем, выявлять отдельные факторы, ответственные за ожидаемые изменения (например, эвтрофирование водоемов в результате поступления соединений азота, фосфора и др.), что позволяет до­статочно достоверно определять отдель­ные очаги загрязнения и вырабатывать обоснованные меры адекватных управ­ляющих воздействий на технологичес­ком и экологическом уровнях.

Единому экологическому монито­рингу уделяют значительное внимание в рамках Глобальной системы монито­ринга окружающей природной среды (ГСМОПС). Основными задачами ЕЭМ при этом являются оценки:

проблемных и критических ситуа­ций, которые могут возникать в резуль­тате землепользования и сельскохозяй­ственной деятельности;

реакций наземных экосистем на ант­ропогенные изменения ОПС;

состояния и функциональной целос­тности среды обитания и экосистем.

К ЕЭМ относятся также мониторинг состояния почв (почвенно-экологичес-кий мониторинг); мониторинг водных (в том числе морских) систем и ресур­сов, мониторинг биоты.

Очень важно наблюдать за природ­ными комплексами, подверженными в различной степени антропогенному влиянию (от заповедных территорий до экосистем, формирующихся после су­щественного направленного или нена­правленного воздействия со стороны человека). Так, одним из наиболее рас­пространенных антропогенных воздей­ствий на водные экосистемы (озера, во­дохранилища) является процесс эвтро­фирование, ускоряющий их «старение». Поэтому в системе показателей эколо­гического мониторинга необходимы критерии, характеризующие развитие эвтрофирования.

Наглядным примером определения антропогенного воздействия на основе экологического мониторинга может служить оценка закисления вод (и почв) в результате выпадения кислотных дож­дей [S0₂(S0₃) + H₂0]. При низких зна­чениях рН в водоемах исчезают диато­мовые и синезеленые водоросли, пред-

ставители зоопланктона (например, дафнии). Увеличение содержания ионов резко меняет рН. В результате за­метно ухудшаются условия воспроиз­водства рыбных запасов, а в отдельных случаях рыба полностью исчезает из за-кисленных водоемов. Из-за загрязнения сточными водами речных и озерных экосистем (рН < 5,0) отмечается умень­шение числа моллюсков, а в эстуари­ях — членистоногих. Возможную реак­цию экосистем следует, разумеется, учитывать при организации экологи­ческого мониторинга для определения влияния нетоксичных органических и неорганических веществ в водных эко­системах (увеличение биомассы синезе-леных водорослей и появление их ток­синов, уменьшение численности или исчезновение различных организмов, появление продуктов разложения план­ктона, увеличение гетеротрофной части ценоза и т. д.).

Воздействие загрязнений на назем­ные экосистемы также сопровождается изменениями, которые могут быть ис­пользованы в качестве специфических показателей в различных подсистемах экологического мониторинга. Напри­мер, уменьшение видового разнообра­зия и изменение распределения особей по видам. Повышенная кислотность почв способствует увеличению подвиж­ности ионов Al, Mn, Fe и др., приводит к их перераспределению. Понижение рН изменяет почвенную микрофлору и наносит повреждения даже высшим ра­стениям. В этом случае снижается про­дуктивность азотфиксирующих бакте­рий и уменьшается скорость разложе­ния органических соединений.

Кислотные осадки, повреждая ли­шайники, изменяют азотный цикл (ба­ланс) экосистем (лишайники, поглощая азот, переносят его растениям), накоп­ление же серы ведет к нарушению ее биогеохимического цикла.

Отмечено, что почва как компонент биогеоценоза во многом определяет ус­тойчивость ландшафта к закислению. Поэтому знания потенциальной воз­можности почв в процессах аккумуля­ции, трансформации и нейтрализации кислотных выпадений необходимы для своевременных выявления и оценки тенденции изменения свойств, способ-

353

ных оказать негативное воздействие на биогеоценозы.

Следовательно, для почвенно-эколо-гического мониторинга необходимо на­личие информации о свойствах почвы эталонного участка (для различных био­геоценозов или почвенно-растительных зон). К сожалению, доступность такой информации довольно-таки ограничена по ряду причин. Главные среди них: ес­тественные сукцессии в растительных сообществах, изменения в природо­пользовании территорий, переход к но­вым аналитическим методам исследова­ния (наблюдения) почв и_% наконец^ ог­раниченность комплексных долговре­менных исследований состояния почв. Не случайно возникла необходимость разработки подпрограммы «Химия по­чвы» в рамках программы ГСМОПС (International Cooperative Programme on Integrated Monitoring, 1989). Создание сети станций мониторинга и проведе­ние на них долговременных наблюде­ний за показателями состояния почвен­ных экосистем позволят получить дос­товерную информацию, необходимую для долгосрочного прогнозирования возможных изменений свойств почв.

В последнее время предпринимают­ся небезуспешные попытки использо­вать количественные характеристики процессов потребления протонов в ре­акциях внутрипочвенного выветрива­ния, изменения баланса элементов и их геохимической миграции при установ­лении критических кислотных нагрузок для разных по устойчивости почв и эко­систем в целом.

Для расчета критических кислотных нагрузок на почву можно использовать достаточно простой балансовый метод, основанный на предположении о рав­новесном состоянии процессов ионного обмена:

CL(AC) = BC_W - BC_V - ANq - AC_n,

где CL(AC) — критическая нагрузка кислотности; BC_W — скорость высвобождения основных катио­нов (Са, Mg, K, N) при выветривании минералов; BC_V — поглощение основных катионов корнями растений; ANQ —потери кислотно-нейтрализу­ющей способности с поверхностным и внутри-почвенным стоками; АС_П — продуцирование ионов водорода при трансформации азота в почве.

Хотя этот метод и не учитывает всей совокупности почвенных процессов и

изменения их интенсивности по по­чвенному профилю, но его небезуспеш­но использовали шведские экологи при расчетах критических нагрузок для лес­ных почв.

Широкий экологический спектр воз­можных изменений почвенного покро­ва под воздействием кислотных осадков представлен в таблице 18.2.

18.2. Возможные изменения в почве под воздействием кислотных осадков

		Наличие измене­ний по
Свойства 1 почвы	> У^н^ътгтаж*& *	разным ) литера­турным источни-| кам
Кислот-	Снижение рНводн и рНСОл	+
но-ос-	Увеличение обменной и	■ +
новные	гидролитической кислотности
	Повышение доли А13+ в струк­туре обменных катионов ППК	±
Катио-	Выщелачивание Са, Mg, К из	+
нооб-	ППК
менные	Снижение степени насыщен­ности ППК основаниями	'+
Содер-	Снижение скорости деструк-	±'
жание и	ции растительных остатков
качество	Торможение процессов	+
гумуса	минерализации гумуса
	Повышение подвижности	±
	фульвокислот и агрегация
	гуминовых кислот Уменьшение содержания
		±
	водорастворимых органичес-
	ких соединений
	Изменение элементного	±
	состава гумусовых кислот
Формы	Аккумуляция подвижных	±
соедине-	форм соединений металлов в
ний же-	верхних горизонтах профиля
леза и	Увеличение доли аморфных	±
алюми-	соединений за счет трансфор-
ния	мации несиликатных ©крис­таллизованных и силикатных форм Мобилизация в почвенный
Содер-		+
жание и	раствор Mn, Zn, Cd, Ni Уменьшение подвижности
подвиж-		+
ность	Мо,Сг
микро-	Уменьшение подвижности РЬ,	±
элемен-	Си при умеренных кислотных
тов	нагрузках и мобилизация их при повышении кислотности
Микро-	Снижение общей численности	+
биоце-	бактерий и актиномицетов
ноз и	Рост численности микроско-	+
биохи-	пических грибов
мичес-	Снижение интенсивности	±
кие	«дыхания» почвы
	Изменение закономерностей	±
	биохимического цикла азота

Примечание. «+»— изменения есть, «±» — однозначных суждений нет.

354

Изменения отдельных характерис­тик почвенного покрова, индуцируемые воздействием кислотных осадков, спо­собны отразиться на жизненном состоя­нии и структуре растительной компо­ненты биогеоценозов. Кроме косвенно­го эффекта кислотных выделений они способны оказывать на растения и пря­мое воздействие, например, путем кон­такта осадков с кронами деревьев, при­водящего к повреждению кутикулы и эпидермиса листьев, выщелачиванию питательных элементов, нарушению репродуктивных процессов и т /д.

Рассмотрим подробнее, каким обра­зом под влиянием кислотных осадков нарушается состояние фитоценоза.

Изменение кислотно-основного рав­новесия в почве влияет на мембранный потенциал корней, подавляя диссоциа­цию активных групп липидов, протеи­нов и других компонентов клеточной мембраны, а также понижая отрица­тельный заряд поверхности корней. Как следствие, затрудняется преимуще­ственное поглощение катионов из ра­створа. Нарушение этих процессов усу­губляется изменениями в составе по­чвенного раствора. Доступность расте­ниям важных биогенных элементов (Са, Mg, К) падает в результате их выщела­чивания из ризосферы в более глубокие почвенные горизонты.

Одновременно возрастает мобиль­ность других элементов, обладающих фитотоксичными свойствами. К ним от­носятся Mn, Zn, Cd, Co, Ni, т. е. элемен­ты, активно мигрирующие в кислых по­чвах в виде минеральных ионов. Почти все они — биохимические антагонисты железа. Повышение их активности ведет к возникновению хлороза, обусловлен­ного железистой недостаточностью. Кроме того, вследствие нарушения пи­тательного режима растений снижается их устойчивость к насекомым, патоген­ным грибам, бактериям и вирусам, ос­лабляется морозо- и засухоустойчивость.

Установлена зависимость поведения в почвах загрязнителей от минералоги­ческого состава и состава органических веществ. Глинистые минералы и сво­бодные полуторные оксиды могут удер­живать химические вещества в резуль­тате ионного обмена, хемосорбции, осаждения и окклюзии.

Участие органических веществ в раз­личных по природе реакциях взаимо­действия с загрязняющими веществами диктует необходимость определения ряда показателей гумусового состояния почв при почвенно-экологическом мо­ниторинге. Это общее содержание гуму­са, групповой его состав, водораствори­мые органические вещества. Например, растворимая форма фульватов Zn может передвигаться по почвенному профилю, а гуматы его образуют пленки на повер­хности почвенных частиц. Образование комплексных соединений может рас­ширить границы распространения ме­таллов в ландшафте, а при высоком их содержании они могут закрепляться в почвенном профиле в форме связанных органоминеральных и сорбционных со­единений (комплексов).

Влияние кислотно-основных усло­вий на геохимическую подвижность ме­таллов в почвенно-геохимических ассо­циациях приведено в таблице 18.3.

18.3. Классификация элементов по степени гео­химической подвижности (по М. А. Глазовской)

	Практи-
Геохимическая	чески не-	Слабопод-	Подвиж-
ассоциация	подвиж­ные	вижные	ные
Кислые суб-	Мо4	РЬ2-4,Сг3-6,	Sr, Ba, Cu,
аэральные,		Ni2-3, V4-5, As3, Se3, Co2-3	Zn, Cd, Hg,
рН<5,5			S6
Слабокислые	РЬ	Sr, Ba, Cu, Cd, Zn, V5, As5,
и нейтраль-		Q.3...6 Ni2...3 Co2-3, Mo4,	s6
ные суб-
аэральные,		Hg
рН 5,6...7,5
Щелочные и	РЬ, Ва,	Zn, Ag, Си,	Mo6, V5,
сильноще-	Со	Cd, Sr	As5, S6
лочные суб-
аэральные,
рН 7,6.-9,5

При проведении мониторинга необ­ходимо обращать внимание на выбор объектов исследования. В зоне локаль­ного загрязнения участки для наблюде­ния и контроля выбирают в зависимости от расстояния до источника загрязнения с учетом направления преобладающих ветров и рельефа.

На фоновой территории в качестве тестовых участков выбирают те почвы, где ожидается наиболее раннее повыше­ние концентрации загрязняющих ве­ществ. Многочисленные полевые иссле­дования свидетельствуют о накоплении

355

химических веществ различной приро­ды (катионогенные, анионогенные, пе­стициды) в почвах аккумулятивных ландшафтов. Их в первую очередь и об­следуют при фоновом мониторинге.

Методологические основы почвен-но-экологического (в том числе и ланд-шафтно-геохимического) мониторинга в рамках ЕГСЭМ частично разработа­ны; углубление и совершенствование их продолжается на базе почвоведения, геохимии, географии и других смежных дисциплин. Соответствующие, работы ведут по следующим направлениям: анализ закономерностей формирования техногенных потоков загрязняющих ве­ществ в различных ландшафтах, изуче­ние реакций отклика почв и природных ландшафтов геохимических систем в целом на техногенные воздействия, изу­чение в модельных опытах влияния заг­рязняющих веществ на почвы и процес­сы их трансформации, определение ин­дикаторов загрязнения почв в целях мо­ниторинга, обоснование мероприятий по прогнозу и снижению отрицательно­го воздействия техногенеза на почву. Чтобы обеспечить успешное проведе­ние исследований по названным на­правлениям, необходимо разработать количественные модели миграции и по­ведения ингредиентов-загрязнителей в том или ином природном комплексе, затем на их основе определить констан­ты, являющиеся параметрами ОПС. Не­сомненно, что полностью учесть весь обширный комплекс действующих фак­торов расчетом весьма непросто, поэто­му эмпирический метод.в этих исследо­ваниях еще долго будет преобладать.

В целях повышения эффективности экологического мониторинга в рамках ГСМОПС последовательно расширяют применяемые методы исследований. В качестве примера можно сослаться на использование дистанционных методов аэрокосмического мониторинга. Его про­водят самолеты-лаборатории, спутни­ки, космические корабли. Дистанцион­ные наблюдения могут быть визуальны­ми, фотографическими, телевизионны­ми, спектрофотометрическими. Диапа­зон информации, получаемой с помо­щью этих методов, весьма обширен.

Например, результаты аэрокосми­ческих наблюдений позволяют оценить

развитие процессов опустынивания в результате дигрессии пастбищ (что на­блюдается в Калмыкии), определить степень техногенных воздействий на со­стояние земельных ресурсов, выявить деградацию лесных угодий и т. д.

Важное место в системе аэрокосми­ческого мониторинга отводится уста­новлению мест особенно сильного заг­рязнения, состоянию жизненно важных экосистем (тропические леса и т. п.), ареалам загрязненных территорий, увя­зывая с непосредственными изменени­ями на местах.