Биологические методы наблюдений 4 страница
– наблюдения за состоянием окружающей среды, в том числе за состоянием окружающей среды в районах расположения источников антропогенного воздействия и за воздействием этих источников на окружающую среду;
– оценки и прогноза изменений состояния окружающей среды под воздействием природных и антропогенных факторов;
– обеспечения потребностей государства, юридических и физических лиц достоверной информацией о состоянии окружающей среды и ее изменениях, необходимой для предотвращения и (или) уменьшения неблагоприятных последствий таких изменений.
Содержание экологического мониторинга составляют регулярные комплексные наблюдения, изыскания, обследования, съемки по программе наблюдения природных сред, природных ресурсов, растительного и животного мира, позволяющие оценить состояние и происходящие изменения под влиянием антропогенной деятельности.
Экологический мониторинг включает в себя мониторинг атмосферного воздуха, земель, лесов, водных объектов, объектов животного мира, уникальной экологической системы – заповедников.
Экологический мониторинг обеспечивает наблюдения за:
– источниками антропогенного воздействия;
– факторами антропогенного воздействия;
– состоянием природных сред.
При проведении экологического мониторинга решаются следующие задачи:
– организация и проведение наблюдения за количественными и качественными показателями (их совокупностью), характеризующими состояние окружающей среды, в том числе за состоянием окружающей среды в районах расположения источников антропогенного воздействия;
– оценка состояния окружающей среды, своевременное выявление и прогноз развития негативных процессов, влияющих на состояние окружающей среды; выработка рекомендаций по предотвращению вредных воздействий на нее;
– информационное обеспечение органов государственной власти, органов местного самоуправления, юридических и физических лиц по вопросам состояния окружающей среды;
– формирование государственных информационных баз данных о состоянии окружающей среды.
Ведение экологического мониторинга обеспечивает системы управления природоохранной деятельностью и экологической безопасности достоверной информацией, позволяющей:
– оценить состояние среды обитания человека, биологических сообществ;
– выявить причины отклонения показателей;
– оценить последствия изменения показателей;
– определить управляющие решения для ликвидации причин отклонения показателей.
Организацию и осуществление экологического мониторинга обеспечивают в пределах своей компетенции (в соответствии с законодательством Российской Федерации и законодательством субъектов Российской Федерации) специально уполномоченные федеральные органы исполнительной власти.
Информация о загрязнении окружающей среды по степени срочности делится на три категории:
1. Экстренная информация, содержащая сведения о резких изменениях уровня загрязнения, требующая безотлагательного принятия мер, немедленно сообщается местным и центральным органам;
2. Оперативная информация, охватывающая месячный период наблюдений, перерабатывается на местах и в центральных организациях Государственный комитет по гидрометеорологии, сообщается в местные и центральные организации;
3. Режимная информация, охватывающая годовой период наблюдения и отражающая общее состояние, тенденции в изменении загрязнения природных сред, служит для планирования мероприятий по охране окружающей среды на длительные сроки.
При оценке состояния окружающей среды в качестве критерия наиболее часто пользуются предельно допустимыми концентрациями (ПДК), хотя этот критерий не всегда однозначно и правильно характеризует влияние загрязнителя, особенно нескольких сразу, на различные экосистемы.
В настоящее время установлены ПДК в различных средах для нескольких сотен и даже тысяч загрязнителей, поэтому определение всех их при проведении национального мониторинга не представляется возможным. В этой ситуации при создании перечня приоритетных веществ для национального мониторинга приходится идти на компромисс между общей распространенностью и специфической токсичностью подлежащих контролю загрязнителей. В настоящее время приоритет пока отдается первым (пыль, CO, NOх, SO2 и др.), но постепенно их список начинает дополняться и «супертоксикантами» (например, 3,4-бенз(а)пирен).
К сожалению, в настоящее время отсутствует полноценный обмен информацией между ведомствами, осуществляющими экомониторинг, что в ряде случаев приводит к дублированию усилий, снижает эффективность всей системы мониторинга и затрудняет доступ к необходимой информации как для граждан, так и для государственных организаций.
Для обеспечения ведения государственного мониторинга окружающей среды необходимо выполнить ряд организационно-технических работ и исследований, направленных на создание системы экологического мониторинга.
Для этого необходимо решить следующие задачи:
- создать межведомственную рабочую группу по координации, стратегическому и оперативному планированию и ведению экологического мониторинга;
- разработать подпрограммы экологического мониторинга контролируемых природных сред;
- сформировать единую систему контролируемых показателей объектов экологического мониторинга;
- разработать методические указания по унификации, систематизации, учету материалов и данных мониторинга окружающей среды;
- разработать методические указания по представлению данных и технических отчетов ведения экологического мониторинга;
- разработать концепцию и технический проект автоматизированной региональной информационной системы мониторинга окружающей среды;
- создать автоматизированную информационную систему сбора, хранения и обработки информационных данных мониторинга окружающей среды;
- создать картографическую информационную базу ведения экологического мониторинга;
- осуществить разработку комплексной оценки состояния окружающей среды для выявления эколого-хозяйственного состояния территории.
4.1 Фоновый мониторинг
Фоновое загрязнение окружающей среды изменяется за счет распространения антропогенно-техногенных загрязняющих веществ в атмосфере на большие расстояния. Это обусловлено тем, что антропогенный выброс в атмосферу смешивается и переносится естественными потоками вещества. Загрязняющие вещества в процессе дальнего переноса претерпевают физико-химические изменения, осаждаются на земную поверхность и включаются в природные процессы миграции. В фоновых районах, удаленных от мест интенсивной антропогенной деятельности, происходит накопление загрязнителей. В связи с этим необходима система наблюдений за антропогенными изменениями окружающей среды на фоне ее естественной изменчивости. Фоновый экологический мониторинг должен выявить глобальные тенденции антропогенных изменений биосферы на фоновом уровне загрязнения. Поэтому перечень приоритетных загрязнителей и мест контроля определяется масштабами воздействия.
Станции фоновых наблюдений делятся на региональные и базовые.
Региональные станции располагаются вблизи урбанизированных районов и дают информацию о состоянии подверженных антропогенному влиянию экосистем. Количество, положение и программа наблюдений таких станций должны позволить как можно скорее и полнее выявить все неблагоприятные тенденции регионального характера.
Базовые станции размещаются в районах, не подверженных непосредственному антропогенному воздействию, и дают информацию об исходном состоянии биосферы. Для всей Земли таких станций, как предполагают, достаточно 30-40 на суше и около 10 – в Мировом океане.
Для проведения систематических комплексных наблюдений и измерений фонового уровня загрязняющих веществ антропогенного происхождения созданы станции комплексного фонового мониторинга, которые расположены в биосферных заповедниках.
В результате проведения фонового мониторинга должны быть решены следующие задачи:
- определение уровней загрязняющих веществ;
- оценка тенденции изменения уровней загрязняющих веществ;
- определение пространственного распределения загрязняющих веществ в природных средах.
В настоящее время в Российской Федерации по программе комплексного фонового мониторинга работают 6 станций, которые располагаются в следующих биосферных заповедниках: Приокско-террасном, Центрально-лесном, Воронежском, Кавказском, Астраханском и Баргузинском.
На станциях комплексного фонового мониторинга определяют:
- в атмосферном воздухе: взвешенные частицы, свинец, кадмий, мышьяк, ртуть, 3,4-бензпирен, сульфаты, ДДТ и другие хлорорганические соединения, озон, оксиды азота, серы (IV) и углерода (IV);
- в атмосферных выпадениях (осадки, снежный покров, сухие выпадения): свинец, кадмий, мышьяк, ртуть, 3,4-бензпирен, сульфаты, ДДТ и другие хлорорганические соединения, главные катионы и анионы, рН;
- в пресных водах, донных отложениях и почве: свинец, кадмий, мышьяк, ртуть, 3,4-бензпирен, ДДТ и другие хлорорганические соединения, биогенные элементы;
- в биоте (растительность, объекты животного мира): те же вещества, что и в предыдущих средах, кроме биогенных элементов.
Кроме того, одновременно проводятся и гидрометеорологические измерения, характеризующие физическое состояние природных сред.
Время усреднения для осадков, как правило, составляет 1 месяц. Однако эти параметры наблюдений, так же как расширение списка определяемых загрязнителей (а иногда его сокращение), зависят часто от местных условий, технических, а в последнее время особенно экономических возможностей.
Анализ состояния фоновых континентальных районов Земли свидетельствует о том, что концентрации основных загрязнителей в воздухе на несколько порядков меньше, чем в атмосферных осадках, а концентрации в последних практически совпадают с концентрациями в поверхностных водах. Концентрации загрязнителей в почвах на несколько порядков выше концентраций их в поверхностных водах. Содержание же загрязнителей в растениях близко к таковому в почвах, т.е. концентрирования приведенных загрязняющих веществ биотой на фоновом уровне практически не наблюдается.
4.2 Мониторинг источника загрязнения
(«точечный» мониторинг)
В иерархии единой системы мониторинга, самым «низким», следующим за локальным уровнем является мониторинг источника загрязнения окружающей среды (ОС), представляющий собой постоянное или эпизодическое наблюдение за конкретным объектом – источником реального или потенциального загрязнения и фиксирование количественных параметров ОС в точке (зоне) первичного контакта среды с источником. Фактически мониторинг источника загрязнения вплотную смыкается с производственным (техническим) контролем технологических или других антропогенных процессов, «открытых» во внешнюю среду, а также соответствующих объектов наблюдения (объектовый «точечный» контроль).
Мониторинг источника загрязнения (МИЗ) может являться составной частью подсистемы локального мониторинга окружающей среды, а может (что бывает намного чаще) включать в себя только элементы производственного контроля, практически полностью замкнутого на технологию, ее процессы и аппараты. Информационная связь между этими двумя подсистемами в рамках еще только формируемой, многозвенной, но постепенно становящейся единой государственной системы экологического мониторинга (ЕГСЭМ) в настоящее время только устанавливается. Наиболее отчетливо и многообразно эта связь проявляется в случае особо опасных, в том числе в экологическом отношении, техногенных объектов, которые в силу своей опасности должны наиболее жестко и постоянно контролироваться и внутри, и снаружи. Поэтому именно на примере этих объектов целесообразно рассматривать задачи и организацию мониторинга источников загрязнения.
Организация экологического мониторинга источником загрязнения на объектах осуществляется с целью получения оперативной и систематической информации о состоянии среды, прежде всего, для обеспечения технологической и экологической безопасности самих контролируемых объектов, с приоритетом вопросов безопасности и комфортности условий труда работающего на них персонала. По данным МИЗ можно оценивать не только собственно параметры окружающей среды, но и косвенно судить по их характеристикам о работоспособности, а также о характере режима функционирования («штатный» или аварийный) технологического оборудования на объекте, являющегося главным источником опасности для его персонала и проживающего вокруг населения.
Организация точечных (объектовых) подсистем МИЗ и решаемых ими задач наиболее наглядно может быть показана на примерах традиционно наиболее хорошо оснащенных в этом отношении особо опасных промышленных объектов (ОПО). К таковым, в первую очередь, могут быть отнесены объекты, связанные с производством, хранением, переработкой и уничтожением сильнодействующих ядовитых веществ (СДЯВ), высокотоксичных промышленных отходов (ВТПО) и, естественно, боевых отравляющих веществ (ОВ). Но прежде чем характеризовать системы мониторинга источников загрязнений особо опасных объектов, необходимо уяснить критерии их категорирования и иметь представление о нормативно-правовых документах, на основании которых оно осуществляется, и о том, как связана с этим периодичность контроля.
При мониторинге источников загрязнения перечень подлежащих контролю веществ определяется специализацией предприятия, конкретным составом его выбросов. Установление предельно допустимых выбросов (ПДВ) или лимитов на выброс сводит мониторинг источников загрязнения к контролю за соблюдением этих величин, а также изучению характера и путей распространения загрязнений с учетом гидрометеорологических и других условий.
4.3 Локальный мониторинг
Локальный мониторинг является составной частью регионального. Однако в ряде случаев мониторинг небольшой территории может организовываться для решения задач исключительно местного масштаба. Так, например, при строительстве какого-либо промышленного или энергетического объекта или в начале разработки месторождения нефти, газа или рудного сырья проводят фоновый мониторинг места расположения этого объекта и его ближайших окрестностей, а затем, после его пуска, ведут мониторинг данного района, с целью выяснения влияния этого нового антропогенного источника воздействия на окружающую среду ограниченной площади. При этом для большой территории региона, включающего этот район, новое производство может не иметь практически никакого значения в силу различных причин, хотя бы из-за исключительно местного характера распространения загрязнителей.
При организации и проведении локального мониторинга должны определяться приоритетные загрязнители, прежде всего, за которыми уже ведутся наблюдения по программам глобального и национального мониторинга (или хотя бы большинство из них), а также загрязнители, выявляемые при организации мониторинга имеющихся источников загрязнения или на основе изучения технологических регламентов (проектов) создаваемых производств.
Для интерпретации результатов наблюдений необходимы данные о местных гидрометеорологических условиях, что и делает необходимым участие в локальном мониторинге подразделений Росгидромета. Помимо мониторинга загрязнений именно на локальном уровне важен мониторинг здоровья, осуществляемый службами Минздрава Российской Федерации.
К локальному мониторингу можно отнести мониторинг среднего города (до 500 тыс. жителей), района расположения промышленного предприятия, ТЭС или АЭС, нефте-, газопромысла, разработки минеральных ресурсов, а также небольших территорий специфических географических объектов, таких как озеро, искусственное водохранилище, дельта крупной реки, лиман, морской залив и т.п.
Сеть точек отбора проб, периодичность наблюдений, сроки выдачи информации органам местного самоуправления и другие детали организации мониторинга определяются на основе общих требований, изложенных ранее, и специфики местных условий. Как обычно, при возникновении экстремальных ситуаций частота отбора проб и выдачи информации должна быть резко увеличена впредь до ликвидации последствий этой ситуации.
По результатам локального мониторинга соответствующие компетентные органы могут приостанавливать деятельность предприятий, приводящих к сверхнормативному загрязнению окружающей среды, до ликвидации аварийной ситуации и ее последствий или улучшения технологического процесса, устраняющего возможность таких загрязнений. В особых случаях может ставиться вопрос о полном закрытии предприятия, его перепрофилировании или переносе в другую местность.
Результаты мониторинга локального фона на стадии проектирования и строительства также могут привести к необходимости улучшения, совершенствования проекта, изменению места строительства или даже к его запрету по экологическим соображениям.
При планировании и проведении локального мониторинга необходимо учитывать не только распространение загрязнителей из местных источников, но и поступление их извне за счет глобального и регионального переноса, что существенно также и при определении предельно допустимых выбросов и допустимой нагрузки на окружающую среду.
Для правильной организации локального мониторинга необходимо определить наиболее чувствительное к ожидаемому или уже существующему набору загрязнителей звено экосистемы в данном районе или хотя бы ряд таких предполагаемых критических звеньев в окружающей среде и биоте – осуществить биомониторинг.
4.4 Региональный мониторинг
Региональный мониторинг направлен на оценку состояния окружающей среды региона всех видов деятельности (распашки, разведения и вырубки лесов, градостроительства, транспорта, промышленного производства, энергетики, сельского хозяйства, торговых сетей, здравоохранения и пр.). Он представляет собой слежение за взаимодействием природы и человека в процессе природопользования и землепользования. Контроль осуществляется различными службами: гидрометеослужбой, агрохимической службой, гидрохимической, лесоустроительной, сейсмологической и другими службами. Этот вид мониторинга И.П. Герасимов называл еще геосистемным, так как в основу контроля распространения загрязняющих веществ в регионе положены принципы распространения природных химических веществ в геосистеме.
Региональный мониторинг организуется на территории крупных районов больших государств, например, таких, как: Российская Федерация, США, Канада и т.п. Региональный мониторинг не только является частью национального, но и решает задачи, специфические для данной территории. Кроме того, региональный мониторинг может быть международным, если регион включает море (например, Черное или Балтийское) или другие природные образования, требующие особого внимания нескольких стран, как, например, Великие озера, лежащие на границе США и Канады.
Важной подсистемой регионального мониторинга является мониторинг источников загрязнителей, на основе которого уточняется список подлежащих определению в разных природных средах загрязняющих веществ, а также выявляется вклад глобальных и региональных источников-загрязнителей в изменение природной среды региона.
Результаты регионального мониторинга используются местными органами управления, ответственными за природоохранную деятельность и принятие решений в этой области.
Сеть региональных станций наблюдения организуется с учетом физико-географических условий, расположения промышленных, энергетических и сельскохозяйственных предприятий, распределения населения в регионе.
В Российской Федерации региональный мониторинг организуют и осуществляют местные органы Минприроды, Росгидромета, других министерств и ведомств, представленных в данном регионе.
Основная задача регионального мониторинга – получение более полной и детальной информации о состоянии окружающей среды региона и воздействии на нее антропогенного фактора, что не представляется возможным сделать в рамках глобального и национального мониторинга, так как в их программах нельзя учесть особенности каждого региона.
По итогам мониторинга ежегодно издаются региональные доклады.
5. БИОСФЕРА И ЧЕЛОВЕК, ВЗАИМООТНОШЕНИЯ ОРГАНИЗМА И СРЕДЫ
5.1Теоретические основы экологического мониторинга
Основной задачей экологического мониторинга является изучение изменений природной среды, возникающих в результате воздействия на неё человека, получение как качественных, так и количественных характеристик происшедших изменений в природной среде.
Рациональное природопользование предполагает управление природными процессами, т.е. запрограммированное воздействие на природные объекты с целью получения определенного хозяйственного эффекта.
В общем смысле термин «мониторинг» образован от латинского слова «монитор» – наблюдающий, предостерегающий.
В соответствии со ставшим уже каноническим определением, экологический мониторинг - информационная система (Рис.1) наблюдений, оценки и прогноза изменений в состоянии окружающей среды, созданная с целью выделения антропогенной составляющей этих изменений на фоне природных процессов.
Рисунок 3 - Блок-схема системы экомониторинга
Система экологического мониторинга должна накапливать, систематизировать и анализировать следующую информацию:
- состояние окружающей среды;
- причины наблюдаемых и вероятных изменений состояния (т.e. об источниках и факторах воздействия);
- допустимости изменений и нагрузок на среду в целом;
- существующие резервы биосферы.
В систему экологического мониторинга входят наблюдения за состоянием элементов биосферы и наблюдения за источниками и факторами антропогенного воздействия. Для достижения поставленной цели необходимо дать решить следующие вопросы:
- состояние природной среды в рассматриваемый отрезок времени в сравнении с предшествующим техногенезу состоянием и какие изменения ожидаются в природной среде в прогнозируемый отрезок времени;
- причиныпроисшедших изменений и возможных изменений в будущем и что явилось, является или будет являться источником этих изменений.
Приоритетные направления экологического мониторинга.
Определение приоритетов основывается на свойствах загрязнителей и возможности организации наблюдений и проводится по следующим критериям:
— размер фактического или возможного эффекта на здоровье и благополучие человека, на климат или экосистемы;
— склонность к деградации в окружающей природной среде и накоплению в человеке и пищевых цепях;
— возможность химической трансформации в физических и биологических системах, в результате чего вторичные (дочерние) вещества могут оказаться более токсичными или вредными;
— мобильность, подвижность загрязняющих веществ;
— фактические или возможные тенденции концентрации в окружающей среде и (или) в человеке;
— частота и (или) величина воздействия;
— возможность измерений;
— значение для оценки состояния окружающей среды;
— пригодность с точки зрения всеобщего распространения для равномерных изменений в глобальной или субрегиональной программах.
5.2Методы оценки состояния окружающей среды
Для определения концентраций вредных примесей в атмосферном воздухе вблизи автомагистралей и в отработавших газах двигателей используются разные методы оценки.
Основные требования к отбору проб газа и его анализу следующие:
- все части системы отбора должны быть инертны по отношению к исследуемому компоненту;
- температура системы отбора проб должна поддерживаться на уровне, исключающем конденсацию паров или взаимодействие компонентов исследуемой газовой смеси друг с другом;
- объем пробы должен быть точно измеренным и достаточным для обеспечения требуемой точности измерений.
Измерение уровня шума производят с помощью шумомеров как с присоединением к ним октавных фильтров (анализаторов спектра), так и без них.
Шумомеры измеряют суммарные уровни интенсивности звука в четырех частотных характеристиках: А, В, С и линейной в диапазоне частот 2—40 000 Гц. Анализатор спектра шума — усилитель, который в зависимости от настройки позволяет выделять определенную полосу частот. Он устанавливает не абсолютные уровни интенсивности шума в этих полосах частот, а их соотношение, что позволяет определить полосу с максимальной энергией (интенсивностью шума).
Для оценки уровня загрязнения водной среды используются традиционные приборы физико-химического анализа, а также хроматографы. Контролируется мутность, цвет, запах, жесткость, удельная электрическая проводимость, коэффициент светопропускания, редокс-потенциал, активность водородных ионов (рН), уровень насыщения кислородом, активность и концентрация ионов различных веществ, поступающих в воду в виде загрязнений, и другие параметры (температура, давление, скорость потока).
Для контроля состояния поверхности земель, качественного и количественного состава почв и грунтов, оценки уровня и состава загрязнений используются приборы и оборудование, приведенные выше (анализ водной вытяжки грунта), а также ряд специальных приборов, предназначенных для определения плотности, свойств почв, грунтов (твердомер, глубинный гамма-плотномер, сдвиговый прибор, измеритель объемной влажности), параметров снегового покрова. Широко используется переносной лабораторный комплект определения гидрофизических и физико-механических свойств грунтов.
Седиментация атмосферных транспортных аэрозолей, в частности тяжелых металлов, приводит к загрязнению растительности. Наземные части растений аккумулируют атмосферные загрязнения, и их химический состав может быть индикатором для выделения территорий с высоким уровнем воздействия транспортных средств.
Измеряемые параметры- физиологическое состояние растений; элементный состав тканей растения.
5.3Технические средства получения и обработки информации
Общая структура аппаратных средств сети наземных измерений в системе экологического мониторинга включает:
1. Для низового уровня мониторинговой сети:
- стационарные посты по воздуху и воде;
- передвижные и стационарные лаборатории по состоянию атмосферы, воды, почвы, снега;
- передвижные станции контроля выбросов и сбросов;
- инспекционные службы;
- службы получения данных от населения.
Число стационарных и передвижных станций и постов определяется в результате проведения исследований, расчётов на имеющихся моделях конкретной природно-технической геосистемы (или природно-территори-ального комплекса), а также на основании накопленного опыта наблюдения за окружающей средой.
2. Для среднего уровня сети:
- центры сбора и обработки информации, полученной в низовых сетях, отличающиеся друг от друга спецификой и сложностью решаемых задач.
3. Для высшего уровня сети:
- пользователи информации, полученной в центрах ее сбора и обработки.
Непосредственными пользователями данных являются инспектора по охране окружающей среды.
5.4 Классификация экологического мониторинга
Существуют различные подходы к классификации мониторинга (по характеру решаемых задач, по уровням организации, по природным средам, за которыми ведутся наблюдения).
Рисунок 4 - Классификация мониторинга
5.5 Контактные методы наблюдений
Контактные методы наблюдений можно разделить на три большие группы: электрохимические, оптические и хроматографические.
Электрохимические методы включают в основном кондуктометрию, кулонометрию, полярографию.
Оптические методы анализавключают в себя абсорбционные и эмиссионные методы.
Абсорбционные методыоснованы на способности веществ избирательно поглощать лучистую энергию Солнца в характерных участках спектрального диапазона и, в свою очередь, подразделяются на недисперсионные и дисперсионные. Недисперсионные методы основаны на выделении нужной спектральной области без разложения излучения в спектр, а дисперсионные – на выделении нужной спектральной области путем разложения излучения в спектр.
Эмиссионные методыоснованы на измерении интенсивности излучения анализируемой газовой смеси. Исследуемые молекулы приводят в состояние оптического возбуждения, а затем регистрируют интенсивность люминесценции или флуоресценции – испускания возбужденными молекулами квантов света при возвращении в основное состояние.
Хроматографические методы относят к гибридным или комбинированным, так как они основаны на комбинировании как минимум двух разнородных принципов: предварительного разделения смеси веществ и последующего детектирования каждого из веществ по очереди. Чем четче производится разделение компонентов смеси, тем более мягкие требования предъявляют к селективности детектора. Все известные детекторы делят на универсальные (абсолютно неселективные) и селективные, причем степень селективности может быть разной.
5.6 Дистанционные методы наблюдений
Дистанционные методы наблюдений могут быть пассивными и активными.