«Предисловие Российская Федерация принимает участие в выполнении ряда международных программ мониторинга, обеспечивает проведение наблюдений и исследований, выполняемых ...»

Руководство по проведению комплексного

мониторинга влияния загрязнения воздуха на

экосистемы

Предисловие

Российская Федерация принимает участие в выполнении ряда международных

программ мониторинга, обеспечивает проведение наблюдений и исследований,

выполняемых под эгидой Конвенции по трансграничному переносу загрязнений на

большие расстояния экономической комиссии ООН для Европы (ЕЭК ООН), включая

реализацию Международной совместной программы по комплексному мониторингу влияния загрязнения воздуха на экосистемы (далее - МСП КМ)/(International Cooperative Programme on Integrated Monitoring (ICP IM)).

Загрязнение атмосферы является ключевым вопросом для специалистов и экологов всего мира, с ним связывают крупнейшие глобальные экологические проблемы современности. Например, “парниковый эффект”, нарушение озонового слоя, выпадение кислотных дождей. Под загрязнением атмосферного воздуха следует понимать любое изменение его состава и свойств, которое оказывает негативное воздействие на здоровье человека и животных, состояние растений и экосистем. Оно подразделяется на естественную (ветровая эрозия, дым от пожаров, вулканическая деятельность и т.п.) и антропогенную составляющую (выбросы загрязняющих веществ в процессе деятельности человека).

По данным исследований процессов загрязнения среды, в некоторых частях Европы подкисление остаётся серьёзной проблемой, однако, в Западной Европе его воздействие уменьшается. Исследования по восстановлению экосистем в случаях значительного уменьшения подкисляющего осаждения подтвердили положительное воздействие сокращения выбросов. Происходит химическое и биологическое восстановление экосистем, однако для снижения уровня антропогенного воздействия попрежнему требуется более значительное сокращение выбросов.

Доказано, что цикл азота в биосфере был изменен антропогенной деятельностью, в частности процессами сжигания и внесения удобрений. Азот способствует подкислению почвы и воды, а его высокий уровень содержания в окружающей среде может изменить распределение и относительные доли видов в экосистемах. В рамках соответствующих программ производится мониторинг такого воздействия.

Что касается приземного озона, который является сильно окисляющим газом, то в последние годы его фоновые уровни в сельской местности повысились, при снижении пиковых показателей.

Выброс твердых частиц (ТЧ) происходит как из естественных, так и из антропогенных источников. Кроме того ТЧ могут образовываться в атмосфере из газовпрекурсоров, таких как двуокись серы (SO2) и NO2. В ТЧ могут содержаться тяжелые металлы и органические соединения. Они создают угрозу здоровью людей и способствуют загрязнению материалов.

Кроме того за последние десятилетия были сокращены выбросы тяжёлых металлов, что повлияло на снижение уровня содержания тяжелых металлов в окружающей среде.

Однако по-прежнему важное значение имеет мониторинг этих веществ [2].

Известно, что стойкие органические загрязнители (СОЗ) переносятся на большие расстояния по воздуху или морскими течениями. Их разложение в окружающей среде происходит очень медленно, в течение десятилетий или столетий. Они являются токсичными и накапливаются в пищевых цепочках в концентрациях, которые могут привести к проблемам со здоровьем и репродуктивностью у хищных животных, находящихся в верхнем звене трофической цепочки. Особенно высокие концентрации загрязнителей были обнаружены в водных животных, например в рыбе.

Исследования загрязнения среды показали, что для понимания механизмов воздействия на природные сообщества в целом не достаточно только исследовать перенос загрязняющих веществ, необходим комплексный подход.

1.1. Задачи МСП КМ Исследования загрязнения атмосферного воздуха показали, что для понимания механизмов нанесения ущерба биогеоценозам и изучения взаимодействий типа «доза – эффект» необходим комплексный подход с использованием биоиндикаторов. Например, когда кислотные осадки поступают в почву, их воздействие можно выявить как по состоянию локальной растительности, так и по изменению химического состава суммарного стока из данной экосистемы. Параметры физико-химических процессов в экосистемах определяют ее пригодность для биоты. МСП КМ включает в себя одновременные физические, химические и биологические измерения различных компонентов изучаемых экосистем.

Первоначально, МСП КМ создавалась для определения состояния и прогнозирования изменений наземных и пресноводных экосистем в долговременной перспективе под воздействием различных загрязнителей воздуха, особенно соединений азота и серы. Начала создаваться единая база данных, которая могла бы быть использована для принятия решения по контролю эмиссий загрязняющих веществ (в том числе их трансграничного переноса) в Европе и для оценки последствий воздействия загрязнения на состояние экосистем.

В настоящее время, основной задачей МСП КМ является обеспечение научных и статистически верных данных, которые могут быть использованы для моделирования и для принятия решений. Особое внимание уделяется формированию непрерывных временных рядов экологических параметров вместо спорадических исследований в различных регионах ЕЭК ООН.

Основными целями МСП КМ являются:

осуществление мониторинга состояния экосистем и выявление связи их состояния с факторами окружающей среды с целью обеспечения научных основ для контроля выбросов загрязняющих веществ;

построение имитационных моделей экосистем, оценка и прогноз изменений состояния экосистем под воздействием меняющегося уровня загрязнения среды;

выявление антропогенных трендов состояния экосистем.

Данные по программе получают по единым международным согласованным методикам, размещенным на сайте Финского института окружающей среды, являющегося научным Центром по реализации МСП КМ (http://www.environment.fi). Информация в электронной форме накапливается в Центре данных по окружающей среде (ЦДОС) в г.

Хельсинки (Финляндия), куда она поступает из национальных научных центров, ответственных за сбор данных внутри стран.

В каждой стране, участнице МСП КМ, определены национальные научные центры по реализации МСП КМ. Подходы к размещению стационаров сети международной программы в разных странах-участницах Конвенции отличаются друг от друга, мониторинговые площадки заложены на особо охраняемых природных территориях (далее – ООПТ) различного статуса – в заповедниках, национальных парках, на национальных сетях Natura-2000.

Выполнение МСП КМ позволит определить экологические последствия воздействия тропосферного озона, тяжёлых металлов и органических загрязняющих веществ, а также выявлять и прогнозировать эффекты изменений климата и изменения уровня биоразнообразия для природных экосистем.

1.2. Концепция экосистемного мониторинга Комплексный мониторинг экосистем подразумевает проведение физических, химических и биологических измерений в течение долгого времени. Эти измерения должны производиться одновременно на различных компонентах экосистемы на одной и той же территории. МСП КМ состоит из отдельных подпрограмм, выполняемых с использованием одних и тех же стандартизованных в рамках программы методик и параметров в одних и тех же пунктах наблюдений. Количественный анализ потоков и водоёмов, и контроль скорости происходящих в них изменений, важны для развития всех экологических политик ориентированных на воздействие (например, Джонсон и Линдберг 1992, Moldan and Cerny 1994).

Пункт наблюдения МСП КМ должен включать территорию небольшого водосбора (или другую гидрологически хорошо определенную область), достаточную для того, чтобы охватить все взаимодействующие компоненты: атмосферу и растительность, растения и почвы, коренную подстилающую породу и грунтовые воды, ручей или озеро, и окружающую землю. Небольшой водосбор обычно включает наземную экосистему и водную экосистему смежного ручья. Наземная экосистема традиционно рассматривается как комплекс живых организмов, взаимодействующих сложным образом друг с другом и со своей средой обитания: воздухом, почвой и водой (Moldan и Cerny 1994).

Концептуальная схема небольшой экосистемы водосбора приведена на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 Концептуальная схема экосистемы небольшого водосбора (основные составляющие и основные процессы, являющиеся объектами комплексного мониторинга) Рисунок 1.2 Концептуальная модель средств, через которые идёт развитие рациональной экологической политики, последовательность мониторинга и оценки. Положение программы МСП КМ в иерархии программ мониторинга обозначено.

Для формирования региональной политики по сокращению выбросов антропогенных загрязнителей необходимы данные экологического мониторинга (рисунок 1.2). Для проведения регулярной оценки и корректировки политики в отношении загрязнения среды необходимо проведение наблюдений, а также развитие и применение моделирования экосистем и потоков загрязнителей в них.

Национальная или международная программа мониторинга по оценке воздействия любых антропогенных воздействий на окружающую среду (например, кислотного смещения, токсичных загрязнителей, изменения климата и т.д.) лучше всего организуется в интегрированной, иерархической схеме (левая пирамида на рисунке 1.2). В вершине пирамиды небольшое количество пунктов наблюдений интенсивного мониторинга по исследованию процессов. Эти пункты дают достаточную информацию в связи, с чем существует возможность развития моделей. Многие из стран ЕЭК управляют совсем небольшим числом (1-10) таких стационаров.

Ниже вершины обозначены региональные сети мониторинга, которые используют осуществление выборки на большем количестве станций. Фундамент пирамиды мониторинга составляют национальные 'обзоры', в которых осуществляется выборка и анализ данных, это может происходить нечасто, вплоть до нескольких раз в десятилетие.

Число иерархических уровней, представленных на рисунке 1.2, является, вероятно, минимумом для эффективного экосистемного мониторинга в международном масштабе.

Ниже вершины пирамиды МСП КМ располагаются источники информации для сравнения сложных и разнообразных эффектов через климатические изменения в геологических, экологических, и политических границах. Большая часть значений, которые сообщаются на международный уровень, усредняются по времени (например, ежемесячная объёмная масса стоковых концентраций). Они очень полезны для утверждения моделей и проверки 'универсальности'. Как только уверенность в работе модели была получена, модель применяется для региональной оценки. Следовательно, мульти иерархические уровни мониторинга необходимы для представления информации, которая в свою очередь необходима для развития моделирования процесса. МСП КМ представляет собой уровень международного сотрудничества и должна соответствовать потребности международной политики. Самостоятельно, однако, МСП КМ не может поставлять соответствующую информацию; для политических решений программа зависит от решений участников программы.

1.3. Расчеты массового баланса Одним из центральных подходов комплексного мониторинга (КМ) является мониторинг баланса масс основных химических компонентов в пределах участка.

Основой для него является гидрологический баланс, который может быть описан как:

где P = Осадки, E = Эвапотранспирация, R = Сток и S = Изменение в накоплении Этот подход заключается в исследовании внешних потоков открытой системы (рис.

1,3). Цель подхода – измерение потоков и со временем контроль их показателей. Простой массовый баланс может в дальнейшем быть разделён на более сложные для изучения отношения доза-эффект (отклик) (рис. 1.3).

Рисунок 1.3. Потоки веществ в лесных экосистемах. Модели разной сложности могут быть использованы для описания баланса масс экосистемы.