Экологический мониторинг

Получение объективной информации о состоянии окружающей природной среды и характере антропогенного воздействия требует создания системы наблюдения и контроля за состоянием биосферы — осуществления многоступенчатого и комплексного мониторинга.

Мониторинг — система наблюдений за состоянием окружающей среды и природными ресурсами, позволяющая оценить изменения, происходящие под влиянием антропогенной деятельности.

Основными задачами мониторинга являются:

— систематическое наблюдение за современным состоянием природных компонентов и комплексов;

— выявление факторов и закономерностей техногенного и естественного изменения экосистем во времени и пространстве;

— оценка изменений на основе качественных и количественных показателей;

— моделирование и прогнозирование изменений компонентов и комплексов под антропогенным воздействием;

— выработка рекомендаций для управления процессами природопользования.

В систему мониторинга входят следующие процедуры:

— обследование объектов наблюдения;

— оценка фонового состояния окружающей среды;

— составление информационной модели объекта наблюдения;

— планирование и реализация мероприятий мониторинга;

— периодическое проведение оценки состояния объекта;

— идентификация его информационной модели;

— прогнозирование изменения состояния объекта.

Система мониторинга включает в себя наблюдение за всеми компонентами окружающей среды:

— воздушной средой;

— водными ресурсами;

— почвенными ресурсами;

— биологическими ресурсами;

— минерально-сырьевыми ресурсами.

Различные виды мониторинга в зависимости от задач, вида, объекта, масштаба характеризуются своей периодичностью и разнообразием контролируемых параметров, структурой и последовательностью, иерархической системой станций и постов, требованиями к месту размещения или проведения замеров и т.д. По масштабам проведения мониторинг подразделяется на глобальный, региональный, национальный, локальный.

Глобальный (биосферный) мониторинг представляет систему наблюдений на планетарном уровне за объектами биосферы, гидросферы, атмосферы, литосферы, где отслеживаются масштабные изменения и распространение агентов загрязнения, как правило, не связанные с конкретными источниками загрязнения. В конце 70-х гг. была создана глобальная система мониторинга окружающей среды (ГСМОС). Главная цель этой программы заключается в сохранении и регулировании биогеохимических круговоротов, в сохранении всего биоса. Программой ГСМОС предусмотрено изучение реакции различных видов биоты на загрязнение среды. Кроме того, при Организации Объединенных Наций существует специализированное агентство — Всемирная метеорологическая организация (ВМО) которая, используя базовые и региональные станции, осуществляет специальную программу наблюдений. На территории Российской Федерации существует несколько станций (расположены в биосферных заповедниках), которые являются частью глобальных международных наблюдательных сетей, ориентированных на решение следующих задач:

— организация системы предупреждения угрозы здоровья человеку;

— оценка глобального загрязнения и его влияния на климат;

— оценка количества и особенностей миграции загрязнителей биосферы;

— оценка критических проблем, возникающих в сельском хозяйстве;

— изучение реакции наземных экосистем на загрязнение окружающей среды;

— оценка загрязнения океана и его влияние на водные экосистемы;

— создание разветвленной системы предупреждения о стихийных бедствиях.

Национальный мониторинг ведется отдельными странами по собственной программе в соответствии с собственными приоритетами. В Российской Федерации с 1993 г. создается Единая государственная система экологического мониторинга (ЕГСЭМ), в рамках которой реализуются: единые требования к средствам измерения и их метрологическому обеспечению, единая система нормируемых и контролируемых параметров, система сбора и передачи данных, типовые службы экологического мониторинга для субъектов Федерации и городов. При этом ЕГСЭМ входит составным звеном в сеть глобального экологического мониторинга. Основными задачами ЕГСЭМ являются:

— разработка программ наблюдения за состоянием окружающей среды в субъектах Федерации и отдельных районах;

— организация наблюдений и проведение измерений показателей экологического мониторинга;

— обеспечение достоверности и сопоставимости данных наблюдений на территории РФ;

— сбор и обработка данных наблюдений;

— организация и хранение данных наблюдений;

— совмещение банков и баз экологической информации с международными эколого-информационными системами;

— оценка и прогноз состояния объектов окружающей среды, природных ресурсов и здоровья населения на изменение среды обитания;

— организация и проведение оперативного контроля и радиоактивного и химического загрязнения в результате аварий и катастроф, а также прогнозирование экологической обстановки и нанесенного ущерба;

— обеспечение органов власти информацией о состоянии окружающей среды и природных ресурсов.

Региональный (геосистемный) мониторинг отслеживает состояние и результаты воздействия человека на крупные территории или биосферные структуры. Реализуется в рамках одной страны (мониторинг Московского региона, Байкала) или международного проекта (мониторинг бассейна Черного или Балтийского моря).

Локальный (импактный) мониторинг предусматривает контроль за инженерно-геологическими явлениями и содержанием в различных природных объектах вредных для человека соединений техногенного происхождения на местном уровне под влиянием конкретных объектов (промышленного предприятия, теплоэлектростанции, водохранилища, стройки, горнодобывающего предприятия, животноводческой фермы и т.д.).

Характер и механизм обобщения информации об экологической обстановке при ее движении по иерархическим уровням системы экологического мониторинга определяются с помощью понятия информационного портрета экологической обстановки, который представляет собой совокупность графически представленных данных, характеризующих экологическую обстановку на определенной территории.

На локальном уровне в эколого-информационном портрете должны присутствовать все источники эмиссий (вентиляционные трубы промышленных предприятий, места выпусков сточных вод и т.д.). На региональном уровне близко расположенные источники воздействия «сливаются» в один групповой источник. На национальном уровне происходит еще большее обобщение информации. Источники воздействия образуют промышленные узлы, ареалы, районы.

По объектам изучения виды мониторинга разделяются на экологический, медико-экологический (эколого-социологический), биологический, климатический, геофизический, геохимический (в т.ч. радиационный).

Под экологическим мониторингом следует понимать организованный мониторинг окружающей среды, при котором, во-первых, обеспечивается постоянная оценка экологических условий среды обитания человека и биологических объектов (растений, животных, микроорганизмов и т.д.), а также производится оценка состояния и функциональной ценности экосистем; во-вторых, создаются условия для определения корректирующих действий в тех случаях, когда целевые показатели экологических условий жизни не достигаются.

Основная цель экологического мониторинга состоит в обеспечении системы управления экологической безопасностью своевременной и достоверной информацией. Помимо основной цели, экологический мониторинг может быть ориентирован на достижение специальных программных целей, связанных с обеспечением необходимой информацией организационных мер по выполнению конкретных проектов, международных соглашений в области охраны окружающей среды.

Основные задачи экологического мониторинга:

— наблюдение за источниками антропогенного воздействия;

— наблюдение за факторами антропогенного воздействия;

— наблюдение за состоянием природной среды и происходящими в ней процессами под влиянием факторов антропогенного воздействия;

— оценка фактического состояния природной среды;

— прогноз динамики природной среды под влиянием факторов антропогенного воздействия, оценка прогнозируемого состояния природной среды.

При разработке проекта экологического мониторинга необходима следующая информация:

— источники поступления загрязняющих веществ в окружающую природную среду — выбросы загрязняющих веществ в атмосферу промышленными, энергетическими, транспортными и другими объектами; сбросы сточных вод в водные объекты, поверхностные смывы загрязняющих веществ; внесение на земную поверхность и (или) в почву загрязняющих и биогенных веществ вместе с удобрениями и ядохимикатами при сельскохозяйственной деятельности; места захоронения и складирования промышленных и коммунальных отходов; техногенные аварии, приводящие к выбросу опасных веществ или разливу жидких загрязняющих веществ, и т.д.;

— данные о состоянии антропогенных источников эмиссии — мощность, месторасположение, условия поступления эмиссии в окружающую среду;

— переносы загрязняющих веществ (в атмосфере, в водной среде);

— процессы ландшафтно-геохимического перераспределения веществ (миграция загрязняющих веществ).

Целью медико-гэкологического мониторинга является отслеживание состояния здоровья населения различных возрастных, профессиональных и социальных групп, распределение отдельных видов заболеваемости по территориям и т.д. В последнее время активно развивается и эколого-социоло-гический мониторинг, изучающий перемещение и изменение соотношений различных национальных и возрастных групп под воздействием техногенных, естественных и социальных факторов.

Биологический мониторинг осуществляет контроль за состоянием живых и растительных организмов. Выделяют две разновидности:

— слежение за биологическими объектами (наличием видов, их состоянием, популяционная изменчивость и т.д.);

— мониторинг окружающей среды с помощью биоиндикаторов (позвоночные и беспозвоночные животные, растения, бактерии и т.д.).

В соответствии с объектом биологический мониторинг разделяется на геоботанический, зоологический, микробиологический и др. Сложность проведения заключается в правильном выборе биоиндикаторов, обитающих на суше, в воде и воздухе, и являющихся комплексным или специфическим показателем состояния окружающей среды, а также необходимости учета временного аспекта изменчивости экосистем (суточный, сезонный, годовой, вековой), с определением формы изменчивости биологического объекта (стохастическая, циклическая, сукцессионная).

Климатический мониторинг — система контроля, оценки прогноза и изменений колебаний климатической системы «атмосфера — океан — поверхность суши (включая реки и озера) — криосфера — биота».

Объектом геофизического мониторинга является состояние абиотической составляющей Земли. Например, система контроля и мониторинга состояния геологической среды получила названиелитомониторинга. Подсистемами литомониторинга являются:

— подземные воды (загрязнение, подтопление, режим);

— поверхностная толща литосферы (оползни, карст, эрозия, сели и др.).

Геохимический мониторинг осуществляет контроль за состоянием окружающей среды, оценивая концентрации и формы нахождения химических элементов и соединений в различных компонентах ландшафта. По объектам изучения он делится на атмохимический, гидрохимический, биогеохимический, литохимический (почвы, донные отложения, кора выветривания).

По характеру контролируемых объектов выделяют мониторинг фоновый (базовый), мониторинг загрязнения и мониторинг источников загрязнения. Фоновый мониторинг осуществляется на территориях, находящихся вне сферы влияния локальных источников загрязнения. В общемировом масштабе он называется глобальным.

По средствам реализации мониторинг может проводиться стационарными станциями, передвижными постами, аэрокосмическими системами, автоматизированными системами.

По иерархии ландшафтов и экосистем мониторинг разделяется на комплексный (экосистемный, геосистемный) и компонентный (атмосферный, водный, почвенный, инженерно-геологический).

Особо следует выделить ландшафтно-геохимический мониторинг, который отслеживает поведение элементов не только в отдельных компонентах, но и в ландшафте в целом. Поэтому его методология, основывающаяся на сопряженном изучении всех блоков ландшафта, может являться базой для разработки и проведения мониторинга в самых различных условиях [26].

Анализ результатов мониторинга разнообразных регионов свидетельствует о том, что ландшафты, в одинаковой степени подвергающиеся воздействию техногенных потоков, в итоге отличаются динамикой и степенью загрязнения. Это является отражением их индивидуальности, порождаемой отличиями в растительном покрове и виде природопользования, химизме почвенных растворов и интенсивности ветровой эрозии, особенностях почвообразующих пород и рельефа. Все эти особенности, являющиеся внешними факторами миграции, определяют физико-химические параметры среды и миграционную активность химических элементов. Поэтому геохимические ландшафты, обладающие различными наборами внешних факторов миграции, отличаются концентрацией и соотношением химических элементов в почвах и растениях, по-разному реагируют на внешнее воздействие.

В связи с этим геохимия ландшафта как наука, изучающая ландшафты системно и на атомарном уровне, может являться основой при разработке и ведении мониторинга на всех этапах его реализации:

— первичной оценки состояния региона;

— обоснования выбора участков для мониторинга;

— картографического обеспечения мониторинга;

— разработки методики ведения мониторинга (периодичность, объекты опробования и т.д.);

— разработки системы нормирующих показателей для оценки результатов мониторинга;

— систематизации и ведении базы данных по результатам мониторинга;

— моделировании и прогнозе развития ситуации;

— разработки управленческих решений по результатам мониторинга.

Разработка мониторинга на ландшафтно-геохимической основе в зависимости от масштаба и целей предусматривает проведение ряда предварительных исследований [2]. В наиболее полном варианте эти исследования предполагают три стадии работ:

— мелкомасштабные или региональные (масштаб 1:500 000—1:1 000 000);

— среднемасштабные (масштаб 1:50 000—1:200 000);

— крупномасштабные (масштаб 1: 5 000—25 000).

При ландшафтно-геохимических исследованиях целесообразен последовательный переход от одной стадии к другой. Однако в ряде случаев при специфических природных и техногенных условиях или в зависимости от задач мониторинга возможны отклонения от этой схемы. Работы, связанные с выполнением заданий каждой стадии, разделяются на ряд этапов:

— составление предварительных схем ландшафтно-геохимического районирования камеральным путем;

— полевые ландшафтно-геохимические исследования и составление кондиционных ландшафтно-геохимических карт;

— сопряженное геохимическое опробование и проведение анализов;

— обработка результатов анализов, выявление отдельных аномалий и аномальных участков;

— оценка состояния окружающей среды и факторов, оказывающих на нее влияние.

Поэтапное проведение всех стадий работ позволяет установить, попадает ли подлежащая мониторингу территория в крупные и удаленные от загрязнителей аномалии или поля рассеяния месторождений или ее можно относить к фоновым участкам, не подверженным техногенному воздействию с обычным уровнем концентраций и соотношением химических элементов.

Основной целью исследований стадии «мелкомасштабные работы» является общая региональная оценка состояния окружающей среды всей территории. При количественной оценке состояния окружающей среды на этой стадии определяются фоновые содержания всех рассматриваемых элементов (их соединений) в каждом выявленном геохимическом ландшафте. На картах выделяются основные региональные аномалии отдельных элементов (их соединений), а также аномальные участки, представляющие собой площади, занятые группой сближенных геохимических аномалий. Определяются их вероятная природа и источник загрязняющих веществ, образующих эти аномалии.

Основной целью стадии «среднемасштабных работ» является оценка состояния окружающей среды (качественная или количественная) отдельных территорий, расположенных вблизи крупных городов или территориально-промышленных комплексов. Исследования, отвечающие этой стадии, могут проводиться и на аномальных участках, выявленных на стадии «мелкомасштабных работ». В последнем случае площадь проектируемых работ должна обязательно выходить за пределы всех установленных на участке аномалий.

Среднемасштабные ландшафтно-геохимические исследования целесообразно проводить только после окончания региональных работ. В виде исключения на этой стадии могут начинаться работы по оценке состояния окружающей среды в новых, ранее не освоенных районах, на площадях, расположенных в районе проектируемых крупных и промышленных центров.

Задачей ландшафтно-геохимических исследований на стадии «крупномасштабных работ» должна быть детальная оценка степени загрязнения окружающей среды в пределах ранее выявленных аномальных участков и отдельных аномалий. Эти работы могут проводиться и за пределами аномалий на «фоновых площадях» для подготовки мониторинговых наблюдений. Целью работ в этом случае является изучение участков без следов техногенного воздействия на окружающую среду.

Крупномасштабные работы должны проводиться после окончания работ, относимых к стадии среднемасштабных. В виде исключения они могут проводиться на аномалиях, выявленных при региональных исследованиях первой стадии. Размеры участков, выбираемых для крупномасштабных работ, должны быть такими, чтобы в их контурах полностью помещались изучаемые геохимические аномалии и аномальные участки.

По результатам проводимых на этом этапе работ должны быть установлены источники загрязнения, вызвавшие возникновение изучаемых аномалий; разработаны рекомендации для предотвращения дальнейшего загрязнения участка и ликвидации его последствий, предложена схема постановки мониторинговых исследований.

Ландшафтно-геохимический мониторинг включает как количественную оценку состояния окружающей среды (контроль содержания химических элементов в различных компонентах ландшафта), так и качественную (соотношение различных ландшафтов, динамика границ, природно-функциональ-ное зонирование). Качественная оценка опирается на ландшафтно-геохими-ческое картографирование.

В основе выделения геохимических ландшафтов лежат представления о взаимосвязи между климатом, горными породами, почвами, рельефом, растительностью, водами и содержанием химических элементов и соедине-

ний. Поэтому ландшафты могут выделяться по физико-географическим и геологическим данным без использования специальных геохимических материалов. Иначе говоря, границы ландшафтов совпадают с различными границами: геологическими, литологическими, геоморфологическими, климатическими, геоботаническими и др.

Для составления схематических ландшафтно-геохимических карт камеральным путем [2] собирают все имеющиеся опубликованные и фондовые материалы, а также изданные карты масштаба, соответствующего проводимым работам, при использовании которых можно получить необходимую информацию о следующих особенностях района работ:

• распределении сельскохозяйственных угодий, площадей мелиорируемых земель (отдельно орошаемых и осушаемых); местонахождении населенных пунктов; автомобильных и железных дорог; лесополос;

• расположении участков, занимаемых лесами, полями, лугами болотами, пустынями, солончаками, т.е. о площадях, занимаемых различными группами, типами и семействами геохимических ландшафтов, выделяемых в выбранном масштабе работ;

• распределении почв различного состава и генезиса, содержание в водных вытяжках из них типоморфных элементов, ионов и соединений;

• наличии и распределении участков, подверженных интенсивной ветровой эрозии;

• геоморфологии района;

• геологическом строении района.

При сборе перечисленных данных особое внимание следует уделять космическим снимкам, так как дальнейшее совершенствование космической съемки позволит использовать космические снимки как основу для составления ландшафтно-геохимических карт камеральным путем.

Используя перечисленные данные, составляется шесть различных карт, соответствующих основным классификационным уровням (факторам внешней миграции) для биогенных и техногенных ландшафтов. Контуры ландшафтов, выделяемых на каждом уровне, переносятся на отдельные кальки. Затем путем последовательного наложения всех карт, переснятых на кальку, составляется схематическая ландшафтно-геохимическая карта, а на ее основе схема выделения ландшафтов. Выделенные таким образом ландшафты характеризуется различным набором факторов внешней миграции, определяющих их геохимические особенности. Такой подход позволяет установить наиболее вероятное содержание тяжелых металлов в почвах даже неопробованных фрагментов региона, опираясь на результаты картографирования и опробования аналогичных ландшафтов.

Карты геохимических ландшафтов и карты, характеризующие состояние окружающей среды, являются основными материалами при организации и ведении мониторинга при осуществлении природно-функционального зонирования. Картографический подход к сбору информации благоприятствует системному отслеживанию состояния техногенных, биотических и климатических факторов. Их представление в форме базовых и оперативных карт существенно повышает объективность и оперативность мониторинга. Картографический блок информационного обеспечения мониторинга разделяется на следующие формы картографирования — базовую, оперативную, прогностическую и оценочную [8]. Коротко остановимся на анализе блока картографирования как важнейшей составной всей системы геоинформационного обеспечения мониторинга.

Базовая форма информации включает различные картографические материалы, характеризующие природные условия и хозяйственное использование территории, на которой предполагается обустройство полигонов, а также данные о конкретных объектах, по которым планируется организовать исследования. Непременными составляющими этого картографического комплекса являются карты геохимических ландшафтов района мониторинга, распределения химических элементов и соединений в различных компонентах ландшафтов к началу мониторинга и карты, характеризующие основные миграционные потоки, которыми распространяется загрязнение.

Оперативная форма картографической информации, основная цель которой заключается в представлении текущей информации в картах, используемых для прогноза и контроля, включает результаты последних этапов мониторинга, оперативные сведения о наблюдаемом объекте, качественную (изменение границ ландшафтов, обстановки в почвах и др.) и количественную (концентрации химических элементов и соединений) характеристику происходящих изменений.

Оценочная форма картографических сведений на основе обобщения многолетних результатов наблюдений позволяет определить качественные и количественные изменения, происходящие в природных и техногенных ландшафтах под влиянием хозяйственной деятельности, их современное состояние, характеристику основных нормируемых параметров.

Прогностическая форма информации, задачей которой является составление рекомендательных карт, включает карты оценки состояния наблюдаемых объектов и прогноза возможного направления их развития во времени и пространстве, что обеспечивает дополнительную информацию при принятии решений в области охраны окружающей среды.

Итоговыми материалами ланшафтно-геохимического мониторинга могут быть эколого-геохимическая база данных, карты геохимических ланд-

шафтов и таблицы, содержащие параметры фонового и аномального распределения химических элементов в почвах различных ландшафтов, а также карты фоновых концентраций и схемы аномалий.

Карты, характеризующие аномальное распределение, позволяют выявить зоны повышенных и пониженных концентраций химических элементов в почвах, что, дает возможность использовать их при оценке качества земель, обосновании корректировки способа хозяйствования, оценке нанесенного ущерба, определения платы за землю и т.д.

Карты фоновых концентраций характеризуют распределение по площади групп ландшафтов с различными уровнями фоновых содержаний химических элементов в почвах. На них одним цветом показываются ландшафты с близкими по величине фоновыми величинами. Распределение ландшафтов по разным группам целесообразно производить с таким расчетом, чтобы фоновые содержания какого-либо элемента в почвах ландшафтов, например, второй группы были аномальны для 40-50 % ландшафтов из первой группы (с самыми низкими фоновыми концентрациями) [27]. Фоновые содержания ландшафтов третьей группы (с самыми высокими содержаниями) были аномальны для 90-100 % ландшафтов из первой группы и 40-50% ландшафтов из второй группы. Соответственно, если выделена и четвертая группа ландшафтов (с еще более высокими содержаниями) их фоновые значения должны быть, безусловно, аномальны для всех ландшафтов из первой группы, для 90-100 % ландшафтов из второй группы и 40-50 % ландшафтов третьей группы. Выделение более трех групп ландшафтов (а как показывает опыт, их бывает от трех до семи для разных элементов) свидетельствует о большом разбросе фоновых содержаний и значительном влиянии ландшафтно-геохимических факторов на перераспределение химических элементов в почвах данного региона. При определении численных границ разных групп целесообразно использовать величины санитарно-гигиенических нормативных показателей (ПДК, ОДК).

|Весь комплекс вышеперечисленных материалов имеет несколько облас-й применения. Во-первых, они являются своеобразным репером, характеризующим ндшафты региона и уровень концентраций химических элементов в по-ах на период опробования, и таким образом создают основу для проведе-[я качественного и количественного мониторинга. Во-вторых, позволяют выделить аномалии химических элементов в по-ах, требующие особого внимания при оценке состояния окружающей сре-.1 и подхода в определении качества землепользования в будущем, а также рректировки платы за пользование землей в настоящем. 201

В-третьих, на основе фоновых и аномальных концентраций различного уровня контрастности (целесообразно не менее трех уровней) необходимо разработать нормирующие величины и в дальнейшем использовать их для оценки степени отклонения концентраций, выявленных во время контрольного опробования от расчетного значения, с целью объективного определения качества хозяйствования субъекта землепользования или масштабов причиненного ущерба.

В-четвертых, помогут определить перечень приоритетных региональных и местных показателей (с учетом федеральных), подлежащих обязательному контролю.

В-пятых, будут важнейшим компонентом земельного и комплексного территориального кадастра природных ресурсов и основой для разработки дальнейшей природоохранной деятельности и корректировки природопользования в регионе.