Основные объекты мониторинга:

Общие положения, основные задачи и принципы экологического мониторинга

Эффективность природоохранных мероприятий может быть обеспечена только при наличии полной, достоверной и своевременной информации о состоянии и тенденциях изменения природной среды в целом или отдельных ее объектов (атмосферного воздуха, вод, почвы и др.). Такой информационной системой является экологический мониторинг.

Согласно «Концепции Национальной системы мониторинга окружающей среды Республики Беларусь», под экологическим мониторингом следует понимать «систему проводимых по определенной программе длительных, регулярных наблюдений за природными средами, природными ресурсами, растительным и животным миром, источниками антропогенного воздействия с целью оценки настоящего состояния и прогноза изменения в будущем».

Основное назначение мониторинга – обеспечение всех уровней управления необходимой экологической информацией для определения стратегии природопользования, а также принятия оперативных управленческих решений.

Экологический мониторинг представляет собой многоцелевую информационную систему, выполняющую следующие основные задачи: наблюдение за состоянием окружающей среды; оценка фактического состояния и прогноз изменения в будущем; определение степени воздействия на окружающую среду,а также определение факторов воздействия, выявление их источников и оценка этих факторов и источников; подготовка режимной информации (кадастры, ежегодники, экологические бюллетени, обзоры и др.) для органов управления и общественности; краткосрочные и долгосрочные прогнозы, оповещения о катастрофах, стихийных бедствиях и экологически опасных явления.

Следует помнить, что экологический мониторинг является необходимым звеном управления природной средой, однако, сама система экологического мониторинга не включает каких-либо элементов управления, регулирования качества окружающей
среды.

Этим система экологического мониторинга отличается от системы экологического контроля, целью которой является регулирование, управление качеством окружающей среды.

Система мониторинга – это четко отлаженный механизм слежения. Построена эта система на основе знания человечества о структуре и функционировании биосферы. Чем полнее знания, тем четче и эффективнее работает механизм. Система экологического мониторинга представляет собой практическое применение научных знаний и не является разделом науки.

Мониторинг проводится по строго определенной программе, но эта программа не является абсолютной и может корректироваться в целях обеспечения наибольшей достоверности и информативности получаемых данных.

Основные объекты мониторинга:

· природные среды и ресурсы: атмосферный воздух, поверхностные и подземные воды, почва, земной покров, а также животный и растительный мир, в том числе ресурсы леса;

· источники антропогенного воздействия: источники поступления в окружающую среду токсичных и экологически вредных веществ; источники, приводящие к изменению сложившегося или естественного состояния природных сред, природных комплексов, а также к сокращению или изменению естественной структуры биологического разнообразия; источники, приводящие к изменению ландшафта территорий;

· факторы воздействия среды обитания: химическое, биологическое, шумовое и тепловое загрязнение, электрические поля и электромагнитные излучения, ионизирующая радиация;

· состояние биоты и экосистем;

· состояние здоровья населения, поскольку характеристики состояния здоровья (хронические и профессиональные заболевания, продолжительность жизни, общая и детская смертность, генетические изменения, эпидемические вспышки и т.д.) являются одним из важных показателей качества среды обитания.

Для организации системы мониторинга состояния природной среды, позволяющей выделить изменения, вызванные антропогенными причинами, необходима детальная информация о естественных колебаниях и изменениях состояния среды. Осуществление системы мониторинга предусматривает получение и использование такой информации, это так называемый фоновый мониторинг. Фоновый мониторинг проводится в «чистых» районах, большую роль в его организации играют биосферные заповедники. Фоновые данные дает также палеомониторинг (исторический мониторинг). Фоновое состояние среды в прошлом до начала интенсивного воздействия человека можно восстановить по данным анализа годовых колец старых или уже погибших деревьев, донных отложений, годовых слоев ледников, пыльцы или створок диатомовых водорослей.

Мониторинг включает следующие основные направления деятельности:

· наблюдение за состоянием природной среды, за факторами, воздействующими на окружающую среду;

· оценку фактического состояния природной среды и факторов воздействия;

· прогноз состояния природной среды и оценку этого прогнозируемого состояния.

Рассмотрим подробнее каждое из этих направлений.

Наблюдение за состоянием природной среды. Системы наблюдений можно классифицировать по типам платформ (по методологии проведения): наземная, надводная, подводная, воздушная, космическая.

Платформы могут быть подвижными и неподвижными.

По способу производства наблюдения подразделяются на прямые и опосредованные, контактные и дистанционные, ручные и автоматические (или автоматизированные), визуальные и инструментальные.

По регулярности наблюдений различают: регулярные, нерегулярные, регулярные синхронные, асинхронные, наблюдения целевых экспериментов.

Массивы данных наблюдений должны упорядочиваться по пространственным и временным признакам (географические координаты, линейные номера, квадраты, реперные сети, системы счета времени и т. д.).

Существующие сети контактных наблюдений за атмосферой, гидросферой, почвой включают гидрометеорологические посты, станции и обсерватории, научно-исследовательские стационары, опытные сельскохозяйственные и лесные станции, природные заповедники. Сети дистанционных наблюдений включают: спутники, самолеты, вертолеты, лазеры, буи и др. Дистанционные слежения за состоянием окружающей среды с помощью периодической авиационной и космической съемки, а также с помощью автоматических станций контроля являются наиболее эффективным способом получения информации.

Экологический мониторинг осуществляется с использованием двух основных методологий: 1) на базе инструментальных (физико-химических) методов, позволяющих проводить идентификацию и количественное определение широкого спектра ингредиентов; 2) на базе биологических и биофизических методов, с помощью которых возможна комплексная оценка состояния отдельных природных сред и экосистем в целом.

Важнейшей задачей методологического обеспечения мониторинга является разработка требований к данным (точность, дискретность, однородность, репрезентативность, заблаговременность представления, экономичность получения и т. д.), оптимизация систем наблюдения, выбор ключевых районов для наблюдения и др. В основе выработки таких требований и оптимизации систем наблюдения должны лежать методы объективного анализа, основанные на исследовании свойств природных полей и требований потребителя.

Мониторинг должен обеспечивать адекватное отображение состояния природных систем на всех участках спектра их пространственно-временной изменчивости. Количественное описание объектов мониторинга должно быть полным и информативным.

Вторым основным направлением работ по мониторингу является: оценка фактического состояния природной среды и факторов воздействия. У нас в Беларуси такая оценка, начиная с 1991 г., представляется в экологических бюллетенях, выпускаемых ежегодно Академией наук и Министерством природных ресурсов и охраны окружающей среды РБ. В бюллетенях представляется за каждый прошедший год следующая информация: климатическая характеристика года и загрязнение атмосферы; характеристика водного режима рек, водоканалов и оценка загрязнения поверхностных вод; состояние подземных вод; земельные ресурсы, их состояние и использование; растительные ресурсы и их изменение под влиянием естественных и антропогенных факторов; животный мир, его состояние, динамика, использование и охрана; образование и накопление отходов; социально-экономическая ситуация в РБ, а также некоторая другая информация.

Третье направление работ по мониторингу – прогноз состояния окружающей среды. Самое сложное направление деятельности. Прогнозы, как правило, имеют низкую оправдываемость.

Выполнение прогнозных функций мониторинга требует создания системы оптимальных экосистемных моделей, разрабатываемых на основе той или иной концепции и хозяйственных требований. В настоящее время не разработаны надежные методы экологических прогнозов. При принятии хозяйственных решений чаще используются оценки (сценарии) вероятных геоэкологических последствий проведения крупных хозяйственных мероприятий, т. е. выявление предполагаемых форм и интенсивности ответных реакций природной среды на то или иное воздействие, например, мелиоративных мероприятий.

Информационная система мониторинга должна быть построена на основе следующих принципов:

1. Длительность и регулярность наблюдений.

2. Проведение наблюдений по строго определенной программе.

3. Регламентированность, т. е. обязательность единой методологической и методической основы получения данных.

4. Статистическое обобщение наблюдаемых величин и сравнение их с доступными историческими рядами, их вероятностная оценка, пространственное осреднение.

5. Определение базовых систем мониторинга (например, мониторинг атмосферного воздуха, мониторинг поверхностных и подземных вод, медицинский мониторинг и др.) и координация их деятельности.

6. Выделение в рамках базовых систем государственных и ведомственных функциональных систем мониторинга.

7. Четырехуровенная организация структуры мониторинга (объектовый, локальный, региональный и национальный).

8. Оценка состояния окружающей среды на основе единой системы нормативов качества.

9. Создание информационной системы на базе государственных и ведомственных банков данных, обеспечивающей достоверность, непрерывность, последовательность, оперативность и репрезентативность получаемой информации.

10. Интеграция Национальной системы мониторинга в международные системы мониторинга и глобальные базы данных.

Функциональные системы экологического мониторинга.Организации, осуществляющие экологический мониторинг, подразделяются на государственные и ведомственные. Государственные организации не связаны с производственной деятельностью, в результате которой загрязняется или изменяется окружающая среда. Они выполняют исключительно наблюдательные функции или функции контроля за выполнением природоохранного законодательства. Финансируется эта деятельность из бюджета, т. е. финансирование независимое от природопользователей. Основной сбор информации осуществляется на государственной сети мониторинга. При ведении мониторинга отдельных сред (ресурсов), государственные организации, обеспечивающие на своих сетях основной объем наблюдений за состоянием данной среды, назначаются головными. Функции головных организаций: общая координация работ всех ведомств-соисполнителей; методологическое, методическое и метрологическое обеспечение работ; обобщение и анализ информации; создание прогнозов изменения среды. Обобщенные данные передаются заинтересованным министерствам и ведомствам для принятия решений и информирования населения.

Ведомственныеорганизации ведут наблюдения за природной средой (источниками антропогенного загрязнения) при выполнениии основной производственной деятельности, связанной с загрязнением среды, или потреблением ресурсов. Финансируется ведомственный мониторинг из собственных средств предприятия. Координацию мониторинга по ведомственному мониторингу и контроль за его осуществлением проводят головные государственные организации.

Виды обслуживания потребителей продукцией мониторинга:

1. Регулярный для широкого круга потребителей. Предусматривает регулярное издание бюллетеней с определенной, заранее установленной структурой и набором параметров.

2. Регулярный специальный. Предусматривает обслуживание только постоянных потребителей, имеющих специфические запросы.

3. Разовое обслуживание по запросам.

3. 2. Классификация мониторинга. Характеристика основных
систем и подсистем мониторинга

Существует большое число различных систем классификации мониторинга. Один из возможных вариантов классификации систем и подсистем мониторинга представлен в таблице (табл. 2). Приведенная классификация не исчерпывает всех существующих систем и подсистем мониторинга, однако, дает общее представление о принципах классификации. Так, система мониторинга может охватывать как земной шар в целом (глобальный мониторинг), так и локальные районы.

Таблица 2

Классификация систем (подсистем) мониторинга

(по: «Экология. Учебное пособие», 1997)

Национальным мониторингом обычно называют систему мониторинга в рамках одного государства. Такая система отличается от глобального мониторинга не только масштабами, но и тем, что основной задачей национального мониторинга является получение информации и оценка состояния окружающей среды в национальных интересах.

Экологический мониторинг является комплексной системой мониторинга и включает в себя как биологический, так и геофизический аспекты. Экологический мониторинг включает в качестве подсистем мониторинг природных сред, природных ресурсов, растительного и животного мира, источников антропогенного воздействия. Необходимым условием успешного функционирования экологического мониторинга является требование, чтобы в качестве конечного результата выступала оценка и прогноз состояния экосистем, оценка экологического равновесия в экосистемах. Данное требование отличает систему экологического мониторинга от частных подсистем мониторинга.

Глобальный мониторинг (биосферный мониторинг). Обеспечивает наблюдение, оценку и прогноз возможных изменений биосферы в глобальном масштабе. В рамках биосферного мониторинга ведутся наблюдения за следующими параметрами: геофизические характеристики (геомагнетизм, гравитация и т. д.); солнечная радиация как главный показатель энергетической базы всех биосферных процессов; содержание в атмосфере озона, парниковых газов (углекислый газ, метан, окислы азота) и аэрозолей; мировой водный баланс, глобальный круговорот воды; радиоактивность; трансграничный перенос загрязняющих веществ.

При решении задач биосферного мониторинга используются данные существующих сетей наблюдений: гидрометеорологической, санитарно-гигиенической и эпидемиологической, рыбохозяйственной, сейсмической и др. В систему биосферного мониторинга входят и биосферные заповедники.

Санитарно-гигиенический мониторинг – это система за состоянием окружающей среды с точки зрения оценки ее влияния на состояние здоровья человека. Здоровье населения – наиболее важный критерий состояния окружающей среды.

Важной задачей при выборе и определении состава показателей санитарно-гигиенического мониторинга является установление связей между процессами и явлениями в окружающей среде и состоянием здоровья населения. Наиболее распространенными являются токсикологические показатели загрязнения водной, воздушной среды и почв.

В первоочередной состав показателей санитарно-гигиенического мониторинга входят: радионуклиды; газовые загрязнители – оксиды и диоксиды серы, углерода и азота; минеральные загрязнители – тяжелые металлы (ртуть, свинец, мышьяк, кадмий и др.), соединения фосфора, фтора, нитраты, нитриты; органические и полимерные загрязнители – ДДТ и другие пестициды, различные производные нефти и др.; физические явления – электромагнитные и шумовые возмущения, вызывающие психогенные заболевания. Имеются основания для включения в состав первоочередных показателей санитарно-гигиеничес-кого мониторинга ряда биологически активных веществ, вызывающих аллергические заболевания.

Геосистемный мониторинг(геоэкологический или природно-хозяйственный). Объектом является геосистема – структурная единица геологического ландшафта, объединяющая геоморфологические, климатические и гидрологические элементы и экосистемы на определенном участке земной поверхности.

Геосистемный мониторинг заключается в наблюдениях над изменениями геосистем и их преобразованием в природно-технические (агросистемы, городскую среду, среду индустриальных районов).

Основные цели геосистемного мониторинга:

· изучить естественные ресурсы окружающей среды, используемые в хозяйственной деятельности;

· оценить происхождение и взаимосвязи процессов и явлений в окружающей среде;

· предсказать неблагоприятные для людей и биоты в целом изменения окружающей среды.

При изучении естественных ресурсов одним из важнейших свойств экосистем является их биологическая продуктивность, поэтому в геосистемный мониторинг включены индикаторы биологической продуктивности как для природных экосистем, так и для преобразованных человеком природно-технических экосистем. Первоочередной задачей геосистемного мониторинга является также оценка самоочистительного потенциала экосистемы, ее экологической емкости, экологического резерва, устойчивости, предельно допустимых экологических нагрузок.

Мониторинг состояния лесов. Решает следующие задачи:

1. На уровне природных зон (глобальный уровень) – изучение общих тенденций изменения лесных экосистем и их элементов (лесистость, породный состав).

2. На уровне природных регионов – изучение местных закономерностей динамики элементов лесных экосистем (особенности хода роста и производительности лесных пород).

3. На уровне отдельных объектов (заповедник, лесхоз и др.) – контроль и прогноз динамики лесного фонда с учетом почвенно-типологических условий; изучение хода роста и производительности древостоев в зависимости от интенсивности антропогенного воздействия; изучение санитарного состояния лесных насаждений; изучение взаимосвязи лесной растительности с лесной фауной; изучение происходящих физиологических процессов; экономическая оценка лесных ресурсов; ведение лесного кадастра.

Мониторинг сельскохозяйственных земель. Существует два подхода к оценке состояния земель. Первый базируется на характеристике конкретных показателей загрязнения; второй основывается на использовании признаков-индикаторов, с помощью которых можно судить об экологическом состоянии изучаемой территории.

В мониторинге земель важным является понятие элементарного земельного участка как элементарного объекта наблюдения. В почвенно-географических наблюдениях этому понятию соответствует определение элементарного ландшафта (почвенная, гидрологическая и геохимическая однородность), в землеустройстве (в рамках которого получается значительная часть земельно-учетной информации) оно близко к понятию экологически однородного рабочего участка.

Для мониторинга земель в соответствующих системах наблюдения предложены следующие показатели:

· геодезическая характеристика элементарного участка (координаты и отметки высот точек окружной границы элементарного участка);

· географическое положение (тип природного или класс антропогенного ландшафта, водосбора, экспозиция склона, к которым приурочен участок);

· административно-территориальное деление (район, землепользование, поле);

· общая оценка состояния земель (тип, подтип, род, вид и разновидность почв, степень увлажнения, эродированности, завалуненности, закустаренности, окультуренности, оценочный балл плодородия почвы, урожайность сельскохозяйственных культур);

· динамика изменения содержания гумуса, элементов питания, площади эродированных дефлированных (развевание, раздувание) почв и интенсивность ежегодных потерь почв вследствие эрозии и дефляции, физическое состояние почв при осушении, а также при использовании машин и механизмов;

· содержание в почве пестицидов и их метаболитов, тяжелых металлов и других токсичных веществ;

· территориальная организация использования (вид угодий, площадь и конфигурация участка, средний уклон местности, расстояние до сельскохозяйственного центра, пунктов сбыта продукции);

· показатели состояния участка, посевов в течение сезона, а также температурный режим, влажность почвы, засоренность и др.

Указанная информация необходима для создания нормативно-справочной базы для оперативного контроля, анализа и прогнозирования использования каждого элементарного участка.

Дальнейшее совершенствование этого направления состоит в разработке и внедрении автоматизированной системы мониторинга земель на основе взаимосвязанной геодезической, географической, эколого-экономической, другой информации.

Мониторинг гидросферы можно разделить на две подсистемы: мониторинг поверхностных и мониторинг подземных вод. Мониторинг поверхностных вод, в свою очередь, можно также разделить на две подсистемы: мониторинг мирового океана и мониторинг континентальных вод.

Мониторинг подземных водвключает показатели водоотбора, уровня подземных вод, физические показатели (температура, мутность, цветность и др.), химический состав и бактериологические характеристики. Осуществляется организациями коммунального хозяйства, санитарно-эпидемиологической и геологической служб.

Мониторинг океанапредставляет собой глобальную систему мониторинга. Проблема подробно изложена в монографии Ю. А. Израэля «Экология и контроль состояния природной среды» (1984), поэтому в настоящем пособии не рассматривается.

Мониторинг поверхностных вод осуществляется на следующих стационарных сетях: гидрологической, гидрохимической, санитарно-эпидемиологической и гидробиологической. Все сети взаимосвязаны и интегрируются в единую целостную систему мониторинга поверхностных вод, которая дает полную картину состояния водных объектов.

Гидрологическая сеть.На гидрологических постах ежедневно осуществляются визуальные наблюдения за состоянием водных объектов (ледостав, вскрытие, деформация берегов во время вскрытия, паводки, цветение, нагон и др.), а также измерение основных гидрологических (уровень воды и др.) и гидрофизических (температура и др.) параметров.

Гидрохимическая сеть.На стационарной гидрохимической сети осуществляется наблюдение за широким спектром показателей и ингредиентов (в Беларуси более 50), в том числе газовый (растворенный кислород, сероводород и др.) и основной солевой (калий, кальций, магний, железо и др.) состав, биогенные элементы и приоритетные загрязняющие вещества. В качестве критерия для оценки загрязненности поверхностных вод используются ПДК химических веществ и ПД уровни по другим показателям, принятые для водоемов рыбохозяйственного назначения, которые предъявляют самые жесткие критерии к химическому составу природных вод.

Качество поверхностных вод устанавливается по индексу загрязнения вод (ИЗВ), рассчитываемому по формуле:

, 4

где С – среднегодовые величины приоритетных показателей, ПДК (У) – предельно допустимые концентрации химических веществ или уровни величин по соответствующим показателям, n – число приоритетных показателей. В системе мониторинга поверхностных вод Беларуси n = 6 (растворенный кислород, БПК₅ , азот аммонийный, азот нитритный, нефтепродукты и фенолы). Степень загрязнения вод осуществляется с помощью единых критериев оценки (табл. 3).

Таблица 3