ГЛАВА 2. ПРИНЦИПЫ И МЕТОДЫ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО НОРМИРОВАНИЯ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ

В настоящее время сСуществует три четыре подхода к нормированию антропогенных нагрузок и, соответственно, четыре класса нормативов допустимого воздействия на окружающую среду.:

1. Санитарно-гигиеническое нормированиеустанавливает уровни допустимых нагрузок на окружающую среду, при которых обеспечивается отсутствие в настоящем и будущем каких-либо отклонений состояния людей от нормы. Санитарно-гигиеническое нормирование предусматривает обязательную защиту и безопасность каждого человека.

2. Рыбохозяйственное нормированиеэкологическое нормирование (глобальный подход); санитарно-гигиеническое (устанавливает нагрузки на человека); производственно-хозяйственное (устанавливает нормативы, производственные от санитарно-гигиенических и экологических).

3. Экологическое нормирование (глобальный подход) определяет научно обоснованные нормы допустимых нагрузок на популяцию, сообщество, экосистему, регион и устанавливает границы антропогенного воздействия на ок­ружающую среду. Экологическое нормирование принципиально отличается от санитарно-гигиенического нормирования. Во-первых, санитарно-гигиенический подход предусматривает очень жесткий критерий – отсутствие в настоящем и будущем каких-либо отклонений состояния человека от нормы и предусматривает обязательную защиту и безопасность каждого человека. С точки же зрения защиты экосистем потеря отдельной особи не является опасной при условии сохранения стабильности системы, ее разнообразия, продуктивности. Во-вторых, санитарно-гигиенические нормативы устанавливаются по человеку и далеко не всегда, и не в равной мере обеспечивают защиту других объектов живой природы – организмов, популяций, экосистем. Например, атмосфера загрязнена двуокисью серы. В условиях длительного воздействия этого широко распространенного токсиканта при его концентрациях в воздухе, не превышающих ПДК для человека, происходит повреждение таких чувствительных к загрязнению объектов, как лишайники и хвойные деревья. Некоторые почвенные организмы при определенных уровнях загрязнения нефтью или тяжелыми металлами могут сильно пострадать, в то время как сельскохозяйственная продукция (молоко, мясо, зерно, овощи и др.) по санитарным нормам вполне пригодны для потребления человеком.

4. Производственно-хозяйственное нормирование

Следует различать понятия «Номативы качества окружающей среды» и «Нормативы допустимого воздействия на окружающую среду». Дать определения и разъяснения. Далее три показателя нормативов качества окружающей среды. (медицинский и др. стр.30). Затем принципы нормирования . Можно оставить без изменений. Далее методы нормирования. Санитарно-гигиенические и рыбохозяйственные нормативы допустимых нагрузок –экспериментальный метод, экологические нормативы –мктематическое моделирование. ОДК и ВДК –расчетный метод. Производственно-хозяйственные нормативы антропогенного воздействия, поскольку являются производными от эколог. , сан-гиг. И рыбохоз. _ расчетный метод.

Далее основные нормативные требования к природным средам.

Экологическая стандартизация в Беларуси

Анализ риска

Подавляющее большинство ПДК, которыми оперируют в природоохранной деятельности, – это санитарно-гигиенические нормативы.

Работа по экологическому нормированию включает следующие этапы:

1) оценка реального качества среды и определение требований к нему, исходя из категории, к которой относится конкретная экосистема (заповедная, урбанизированная и др.);

2) определение степени устойчивости и экологического резерва системы;

3) выработка нормативов допустимых воздействий и нагрузок на систему.

Суть первых двух этапов изложена в предыдущей главе. Рассмотрим заключительный этап процесса экологического нормирования.

Основным нормативом, регламентирующим уровень антропогенного воздействия, является показатель предельно допустимых концентра­ций загрязняющих веществ в природных средах (ПДК). Существуют также стандарты интенсивности шумового загрязнения, вибрации, электромагнитных полей и радиоактивности.

Остановимся подробнее на основном нормативе – ПДК. Это верхний предел концентраций загрязняющих веществ в среде, которые при постоянном контакте или при длительном воздействии не приводят к отклонению от нормы как в настоящем, так и в будущем. Выражается ПДК в единицах массы на единицу объема воздуха, воды, или на единицу массы почвы или грунтов другой природы. В качестве нормативов применяют также ориентировочные безопасные уровни воздействия (ОБУВ), ориентировочные допустимые концентрации (ОДК) и временно допустимые концентрации (ВДК). Эти показатели следует рассматривать как приближенные, временные, которыми обычно пользуются до установления ПДК.

Система санитарно-гигиенических норм ПДК загрязняющих веществ в природных средах разработана давно. Установление же ПДК при воздействии загрязняющих веществ на популяции и экосистемы начато сравнительно недавно. Так, установлены ПДК для рыбохозяйственных водоемов для популяций рыб, имеющих промысловое значение. Совсем недавно приступили к нормированию воздействия на лесные экосистемы.

Существует два основных метода определения ПДК: экспериментальный и расчетный. Экспериментальный метод используют, в основном, для установления санитарно-гигиенических норм ПДК. Устанавливаются санитарно-гигиенические нормативы на основе стандартизированных исследований и обследований органами Минздрава, утверждаются на различных уровнях и возводятся в ранг закона. В Республике Беларусь санитарно-гигиенические нормативы утверждаются совместно Министерством природных ресурсов и охраны окружающей среды и органами санитарного надзора Минздрава. ПДК устанавливаются по принципу тестирования на подопытных животных в хроническом эксперименте. Определяются пороговые концентрации, а также летальные концентрации или дозы (ЛК₅₀ или ЛД₅₀), при которых наблюдается гибель половины подопытных животных. Устанавливается ряд других токсикологических характеристик. Эти данные необходимы для определения класса опасности вещества, используемого при обосновании системы профилактических мероприятий.

Расчетный способ применяют для определения ОБУВ, ОДК, ВДК. Предельно допустимые концентрации загрязняющих веществ для популяций, экосистем определяют, как правило, также расчетным путем на основании построения математических моделей различного типа.

Нормативы качества окружающей среды включают в себя три показателя:

– медицинский – пороговый уровень угрозы здоровью человека;

– экономический – способность экономики обеспечить выполнение установленных пределов воздействия на человека и среду его обитания;

– научно-технический – уровень научного обоснования пределов воздействия и способность техническими средствами контролировать соблюдение этих пределов по всем параметрам.

Очевидно, что чем выше экономический и научно-технический уровень развития общества, тем больше существующие нормативы качества окружающей среды соответствуют потребностям человека.

В основу выработки экологических норм положены следующие фундаментальные принципы:

1. Экологические нормы не могут быть едиными для экосистем различных категорий (уникальных, заповедных, урбанизированных и др.). Этот принцип вытекает из различных требований к качеству среды в уникальных, урбанизированных и других экосистемах.

2. Экологические нормы должны разрабатываться с учетом структурно-функциональных особенностей конкретных экосистем, регионов. Это объясняется тем, что судьба загрязняющих веществ в значительной степени определяется особенностями экосистемы (как биотической, так и абиотической составляющей ее), в которую они попадают. Поэтому особенно большое значение в экологическом нормировании приобретает комплекс работ по изучению характера и закономерностей распространения, накопления, деструкции, биоаккумуляции и трофических превращений загрязняющих веществ, их трансформации в экосистемах, перехода из одной среды в другую, из одного блока экосистемы в другой. Необходимо установить, существуют ли критические звенья в экосистеме. Например, ассимиляционная емкость водной среды по отношению к различным загрязняющим веществам очень сильно зависит от самоочистительного потенциала экосистемы, в основе которого лежат процессы продукции, деструкции, минерализации, биоседиметации и др. От интенсивности этих процессов зависит величина допустимой антропогенной нагрузки на систему, что должно учитываться при экологическом нормировании. Важную роль также играет степень проточности, морфометрические и гидрологические характеристики.

3. Экологическое нормирование для популяций и экосистем должно проводиться с учетом множественных путей воздействия загрязняющих веществ. Это означает, что при экологическом нормировании должны учитываться эффекты химического и биологического накопления вредных веществ в недопустимо высоких концентрациях в результате их перехода в другие среды, например из воздуха в воду, из воды в биоту и т.д. Также должно учитывается накопление поллютантов в пищевых цепях, превращение при миграции в более токсичные формы.

Имеющиеся в настоящее время санитарно-гигиенические нормы определяют предельно допустимые для человека концентрации вредных веществ в конкретной среде: атмосферном воздухе, питьевой воде, почве. В этих нормах перечисленные эффекты не учитываются или учитываются только частично.

Возможна следующая ситуация. При выбросе загрязняющих веществ из достаточно высоких источников (высокие трубы) их концентрации в результате рассеяния быстро достигают в приземном слое воздуха существующих допустимых норм. Однако в дальнейшем в результате химических превращений и накопления (после осаждения на растительность, почву или вымывания в реки и озера) их относительная токсичность и потенциальная опасность для многих организмов и человека возрастают. В таких случаях необходимо определение конечного распределения поллютантов между различными средами и определение критической, или как чаще ее называют, лимитирующей среды, откуда поступление их в организм человека, животных и растений сопровождается наибольшим вредным эффектом. Указанное распределение зависит, с одной стороны от физико-химических характеристик поллютантов, а с другой – от климатических, физико-географических и других местных условий, а также от конкретных особенностей природных сред.

Рассмотрим конкретные примеры. Наглядно иллюстрируют необходимость учета множественных путей воздействия поллютанта случаи с загрязнением среды двуокисью серы, соединениями ртути и пестицидами. Все эти вещества опасны, широко распространены и характеризуются множественными путями воздействия на человека и биоту. Кроме того, эти антропогенные загрязнители существенно различаются по «времени жизни» в природной среде.

Пример 1. Атмосфера загрязнена двуокисью серы (SO₂). Это «короткоживущий» загрязнитель. «Время жизни» в атмосфере из-за химических превращений составляет всего порядка нескольких часов. В связи с этим возможность загрязнения и опасность воздействия непосредственно двуокисью серы носят, как правило, локальный характер. Кроме химического превращения SO₂ выводится из атмосферы в результате вымывания осадками и абсорбции подстилающей поверхностью. Однако главный путь выведения – химические превращения. Двуокись серы легко окисляется до серного ангидрида (SO₃). В жидкой фазе это приводит к образованию серной кислоты (H₂SO₄). Реакция окисления SO₂ идет чрезвычайно быстро. В только что выпавших осадках соединения серы в основном представлены серной кислотой или ее солями, образующимися при химических реакциях различных примесей с серной кислотой. Сульфаты являются устойчивыми соединениями. После испарения капель в атмосфере сохраняются аэрозольные частицы, состоящие из сульфатов. Эти частицы выводятся из атмосферы путем вымывания и осаждения (мокрое и сухое осаждение).

Все перечисленные соединения серы токсичны. Двуокись серы угнетает рост растений, вызывает заболевания органов дыхания человека и животных. Влияние на органы дыхания человека проявляется при хроническом воздействии концентраций 100 мкг/м³. Очень чувствительны к воздействию SO₂ мхи и лишайники, поражение хвои сосен начинается уже при концентрации 20 мкг/м3, листвы деревьев лиственных пород – при концентрации 100 мкг/м³. Однако гораздо сильнее действуют продукты превращения двуокиси серы (в данном случае она выступает как триггер). Действие сульфатов начинает проявляться при концентрации 6 мкг/м³, а при концентрации 10–12 мкг/м³ наблюдается повышение респираторных заболеваний у человека до 30 %.

Кроме перечисленных прямых эффектов на животных и растительность, необходимо подчеркнуть серьезные негативные эффекты, к которым приводит воздействие серной кислоты – это закисление почв и воды пресных водоемов, ускорение коррозионных процессов металлоконструкций, разрушение конструкций из известняка. Закисление почв и воды водоемов также отрицательно влияет на растительный и животный мир. Так, в результате дальнего переноса соединений серы многие реки и озера Норвегии и Швеции к настоящему времени потеряли рыбопромысловое значение. При закислении озер бурно развиваются зеленые нитчатые водоросли. Плодородие почв при закислении резко снижается. Особенно сильно этот эффект проявляется в зонах кислых почв. Таким образом, действие соединений серы весьма многогранно и достаточно токсично. Из вышеизложенного очевидно, что проблема, возникающая в результате эмиссии двуокиси серы в атмосферу, является комплексной, и нормирование выбросов двуокиси серы и ее содержания в атмосфере необходимо проводить с учетом всех описанных эффектов. Недостаточно разрабатывать нормирование SO₂, исходя лишь из санитарно-гигиенических норм предельно допустимых концентраций SO₂ в атмосфере.

Пример 2. Эмиссия в атмосферу соединений ртути. Это пример с «долгоживущим» поллютантом. Именно на этом примере особенно ярко видно, как при выбросах в одну среду (атмосферу) лимитирующей является другая среда (поверхностные воды). При миграции и трансформации в водной среде ртуть накапливается в виде высокотоксичных органических соединений в гидробионтах, причем, коэффициент накопления может быть весьма высоким. Даже очень небольшие количества ртути в форме органических соединений приводят к уменьшению фотосинтеза фитопланктона. В Японии известны случаи отравления людей при употреблении в пищу рыбы и других морепродуктов. В литературе есть сведения, что выброс ртути, приводящий повсеместно в большом регионе к концентрациям ртути в атмосфере, соответствующим ПДК, в воде пресноводных водоемов создает концентрации, в 30 раз превышающие предельные значения, обеспечивающие безопасность потребления рыбы в пищу. Важно отметить, что в связи с очень протяженным по времени периодом перехода ртути из почвы в водоемы (сотни лет) наблюдается большая инерционность нарастания концентраций ртути в воде этих водоемов (даже после прекращения выбросов в атмосферу) и затем очень медленный спад концентраций в воде (особенно в малопроточных водоемах).

Пример 3. Пестициды. Опасность пестицидов обусловлена как их прямым токсичным и генетическим действием, так и вторичным эффектом, связанным с нарушением биологического равновесия в экосистемах. Этот эффект особенно выражен для устойчивых пестицидов (в основном хлорорганических соединений), которые накапливаются в органах животных, завершающих трофические цепи, даже при весьма небольшом содержании этих веществ в природных средах, что уже привело к гибели и деградации некоторых популяций. Задача заключается в определении конечного распределения пестицидов между различными средами и определении критической среды, откуда поступление их в организмы человека, животных и растений сопровождается наибольшим вредным эффектом. Судьба внесенных в почву пестицидов сильно зависит от физико-географических и других местных условий. Это хорошо видно на примере отдельных районов Средней Азии, где широко применяли пестициды, а местные условия способствовали их распространению и перераспределению.

Множественность путей воздействия загрязняющих веществ иллюстрирует рис. 2.

4. Экологическое нормирование должно учитывать эффект суммации вредных воздействий. Как правило, на организм или экосистему воздействует не один какой-либо загрязнитель. Чаще всего в среде (воздушной, водной, в почве) одновременно присутствует несколько загрязнителей, некоторые из них могут оказывать сходное неблагоприятное воздействие. В этом случае говорят об эффекте суммации вредного действия. Существуют специальные перечни веществ, для которых необходим учет эффекта суммации.

Рассмотрим следующий простой пример. Согласно общему правилу, С/ПДК £ 1, где С – фактическая, а ПДК – предельно допустимая концентрация поллютанта в воздухе. Допустим, что в воздухе одновременно присутствуют пары фенола и ацетона, для которых известен эффект суммации. Концентрации их составляют: С_ацет. = 0,345 мг/м³; С_фен. = 0,009 мг/м³; соответствующие ПДК равны 0,35 и 0,01 мг/м³. Таким образом, оба вещества присутствуют в концентрациях, существенно меньших, чем установленные для них ПДК. В каждом отдельном случае отношение фактической концентрации к предельно допустимой меньше единицы. Однако эти вещества обладают эффектом суммации и их суммарная концентрация (0,345+0,009=0,354), выше, чем любая из ПДК, установленных для каждого вещества в отдельности. Следовательно, загрязнение воздуха превышает допустимое.

Если в воздухе присутствует несколько веществ, обладающих эффектом суммации, то качество воздуха будет соответствовать установленным нормативам при условии, что:

С₁/ПДК₁ + С₂/ПДК₂ + ... + Сn/ПДКn £ 1, 3

где С₁, С₂, ..., С_n – концентрации вредных веществ, обладающих эффектом суммации. Это означает, что в воздухе сумма отношений фактических концентраций к ПДК веществ, обладающих эффектом суммации не должна превышать 1.

5. Особое внимание при экологическом нормировании должно уделяться устойчивым загрязнителям, обладающим эффектом кумуляции. Отдельные устойчивые загрязнители представляют особую опасность из-за накопления их в пищевых цепях, что может привести к вредному воздействию на высоких трофических уровнях. К таким веществам относятся хлорорганические соединения, среди которых печально известный пестицид ДДТ, вещества, входящие в состав некоторых смазочных материалов, гидравлических жидкостей, синтетических смол и других широко применяемых материалов. Кумулятивным эффектом обладают также некоторые тяжелые металлы (например, ртуть, свинец), радионуклиды.

В качестве примера можно привести кумуляцию ДДТ по пищевым цепям в водной среде. При концентрации ДДТ в воде 0,0000003 мкг/л, содержание его в фитопланктоне составляет 0,04, в зоопланктоне –0,20, в мелкой рыбе – 2,00, а в рыбоядных птицах – 20,00 мкг/кг. Активно накапливаются на верхних уровнях пищевых цепей полихлорбифенилы (ПХБ). ПХБ входят в состав смазочных материалов, синтетических смол, гидравлических жидкостей и попадают в окружающую среду при их сбросе на свалки и неполном сгорании. Рано или поздно ПХБ попадают в водную среду, где они обладают высокой миграционной активностью. Коэффициенты накопления ПХБ водными беспозвоночными и рыбами достигают
10³–10⁵ (по сравнению с содержанием в водной среде), птицами и млекопитающими, связанными с водной средой, – 10⁷–10⁸. Показателен также пример кумуляции по пищевым цепям радиоизотопа цезия. Коэффициент накопления ¹³⁷ Cs в хищной рыбе достигает 10⁵ .

Санитарно-гигиенические нормы в их современном виде правомерны главным образом для условий городов, населенных пунктов, мест водопользования, т. е. для тех объектов, в которых вторичные природные процессы являются несущественными. При оценке воздействия вредных веществ на экосистемы оказывается, что именно эти, не имеющие большого значения для санитарно-гигиенического нормирования “вторичные” эффекты приобретают важную, а зачастую и решающую роль. Нередко определяющей является не первоначальная концентрация вредных веществ в какой-либо среде, а их накопление и трансформация в критических звеньях экосистемы, или в лимитирующих средах, в результате чего наблюдаются иные концентрации и вторичные продукты с иными токсичными свойствами.

Для выработки допустимых экологических нагрузок, разработки систем мониторинга необходимо использовать модели с учетом скорости переноса, разложения, биоаккумуляции и химических превращений. В эти модели должны включаться источники загрязнений, пути перемещения и влияния загрязнителей в региональных и глобальных масштабах.

Таким образом, только изучение судьбы загрязняющего вещества от источника его выброса (через процессы его физических, химических и биологических превращений и взаимодействий с другими разнообразными факторами окружающей среды) до попадания в живой организм и воздействия на него может обеспечить разработку научно обоснованных экологических норм допустимых воздействий на живую составляющую биосферы, экосистемы в целом.

Среди свойств, учитываемых в рейтинге и нормировании загрязнителей (поллютантов), решающее значение имеют следующие показатели:

1. Синергизм – способность усиливать эффект при совместном действии различных загрязнителей. Так, известно немало случаев, когда воздействие загрязняющего вещества в пределах научно обоснованных и официально утвержденных норм приводило к серьезным отрицательным последствиям. По-видимому, проявляются совместные эффекты поллютной среды, долгодействия, генетических особенностей и иммунного статуса населения. Немаловажное значение имеют и культурно-бытовые традиции населения.

2. Триггерность – способность запускать цепные процессы, результаты которых несопоставимы по масштабам с начальным воздействием. Так, парниковый эффект СО₂ привлекает внимание главным образом как триггер процессов, которые могут привести к неблагоприятному перераспределению атмосферных осадков и повышению уровня мирового океана.

3. Устойчивость – способность долгое время сохраняться (накапливаться) в среде воздействия. Этот параметр имеет решающее значение, в первую очередь, для пестицидов, среди которых предпочтение отдается менее устойчивым разновидностям.

4. Ксенность – чужеродность загрязнителя по отношению к среде, в которую он попадает. Этот параметр в значительной степени определяет характер взаимодействия между загрязнителем и экосистемой. Чем выше ксенность, тем более вероятно отрицательное воздействие.