Принципы организации экологических наблюдений

Для определения временных параметров состояния биосферы измерения должны повторяться через определенные интервалы времени, а по важнейшим характеристикам должны быть непрерывными.

Не меньшее значение имеет пространственная организация сети слежения. Она может быть построена на основе точечных измерений (на станциях), включая дистанционные наблюдения, или на основе площадных съемок и получения интегральных показателей; возможно и целесообразно комбинированное использование этих способов.

При рассмотрении и анализе результатов важно выделить изменение состояния среды, реакцию биоты на эти изменения, происходящие вследствие антропогенного воздействия. Для этого важно знать первоначальное состояние среды (а лучше - ретроспективу его состояния), т.е. состояние до существенного вмешательства человека. Это первоначальное состояние можно частично восстановить по результатам районных наблюдений, ведущихся длительное время, а также анализа состава донных отложений, ледниковых слоев, древесных колец, относящихся к периоду, предшествующему заметному влиянию человека на природную среду.

Комплекс антропогенных факторов, влияющих на состояние окружающей человека среды, на здоровье населения, исключительно разнообразен - сюда включается загрязнение природных сред различными химическими веществами, физическое воздействие.

Основные антропогенные факторы: выброс в атмосферу физически и химически активных веществ, инертного материала (аэрозольных частиц); тепловое загрязнение; эрозия, вспашка земель, урбанизация территории; биологическое воздействие (создание агроценозов, интродукция биологических видов и т.д.); изъятие и уничтожение ресурсов (невозобновляемых и возобновляемых); антропогенные упорядочение потоков вещества. 

Наблюдения проводятся за составом и свойствами экосистем, разнообразных оболочек планеты: атмосферы; гидросферы, в том числе вод суши и мирового океана; литосферы; криосферы; почвы и биосферы.

К основным последствиям и эффектам антропогенного воздействия, как правило, относят изменение циркуляции воздуха в атмосфере и воды в океане; изменение погоды и климата (потепление или похолодание); перераспределение и изменение возобновимых ресурсов; нарушение озонового слоя; изменение прозрачности атмосферы; эрозия земной поверхности; нарушение естественных геохимических циклов.

Наблюдения проводятся за экологическими последствиями нарушения экосистем: нарушение устойчивости водных, наземных экосистем; возникновение генетических эффектов; исчезновение видов; падение продуктивности, деградация лесов, опустынивание; деградация почв; утрачивается способность экосистем к воспроизводству ресурсов; изменяется характер эволюции экосистемы и биосферы в целом.

Влияние загрязнений и антропогенных изменений окружающей среды на здоровье человека выражается в понижении работоспособности; нанесении эстетического ущерба, ухудшении настроения; в возникновении болезней, стрессов; в появлении генетические дефектов; сокращении продолжительности жизни; уменьшении темпов роста населения; численности населения.

Социальные последствия природно-антропогенных изменений окружающей среды: изменение качества и количества произведенных продуктов продовольствия, недоедание населения, голод; изменение структуры энергопотребления; изменение экономики; понижение благосостояния, возможное нарушение развития общества.

Для выявления вышеуказанных эффектов и определения параметров создается комплексная сеть экологических наблюдений.

Система наблюдений – первичное и наиболее важное звено мониторинга, ее цель – получение репрезентативной (достоверной) информации о природно-антропогенных процессах. Без этого невозможно полноценное выполнение остальных стадий мониторинга (оценки, прогноза).

Экологическая оценка – одна из основных функций экологического мониторинга. Экологическая оценка определяется по состоянию окружающей природной среды и степени влияния на нее антропогенных процессов. Оценка — действие по оцениванию (определение ценности), уровня или значения какого-либо объекта. Качество окружающей среды - состояние окружающей среды, которое характеризуется физическими, химическими, биологическими и иными показателями и (или) их совокупностью. Критерии экологических оценок. Экологический стандарт — количественный и качественный показатель состояния природных объектов или природных процессов. Экологический стандарт входит в систему правовых актов, устанавливающих режим использования природных ресурсов. Нормативы в области охраны окружающей среды (далее также - природоохранные нормативы) - установленные нормативы качества окружающей среды и нормативы допустимого воздействия на нее, при соблюдении которых обеспечивается устойчивое функционирование естественных экологических систем и сохраняется биологическое разнообразие.

 

Оценки применяются для нахождения количественных значений свойств, среди них качество среды, устойчивость экосистемы, трофический статус, экологическое благополучие территории и т.п. При этом исходные характеристики, определяющие уровень оцениваемого свойства, могут быть очень разнообразны.

Экологическая оценка – определение состояния среды жизни или степени влияния на нее каких-то факторов (Реймерс, 1990).

Современные экологические нормы и правила позволяют дать оценку качества с позиций гигиенических критериев, использования ресурсов и сохранения природной среды.

Экологические критерии — признаки, на основании которых производится оценка, определение или классификация экологических систем, процессов и явлений. В зависимости от направленности оценок могут предлагаться нижеследующие критерии.

Природозащитные критерии – разрабатываются для сохранения целостности популяции, вида, экосистемы. Антропоэкологические или санитарно-гигиенические критерии позволяют оценить воздействие вредного фактора на человека. Эколого-ресурсные, как правило, стимулируют экономное расходование и максимальное извлечение ресурсов. Воздействие на социальные структуры и функции общества измененной природы осуществляется через эколого-социальные критерии.

Кроме того, предлагаются разнообразные эколого-хозяйственные критерии, которые оценивают воздействие на системы природа – население — хозяйство. Некоторые исследователи в отдельные группу выделяют критерии качества окружающей среды — признаки, по которым производится оценка качества природной среды и отдельных компонентов и элементов ландшафтов. Стандарты качества окружающей среды являются научно обоснованными предельно допустимыми нормативами состояния компонентов природы, превышение которых создает угрозу для человека, биоты ландшафта, ландшафта в целом.

Экологические нормативы

При экологическом нормировании используют различные виды экологических критериев. Результатом экологического нормирования является установление пространственных и временных норм, регламентов и нормативов антропогенного воздействия на элементы и компоненты ландшафтов. Данные нормативы должны обеспечивать регулирование антропогенной нагрузки, при котором не происходит структурно-функциональных изменений ландшафтов, экосистем.

Также оценивается радиоактивность и радиоактивное загрязнение, шум, вибрация, электромагнитные волны, воздействие транспорта, промышленных и бытовых отходов, сточных вод и их осадков, минеральных удобрений, безопасность в чрезвычайных ситуациях, рекультивация и, наконец, пищевые продукты.

 В настоящее время существуют государственные стандарты охраны окружающей среды, которые представляют собой узкофункциональные руководства и инструкции, регламентирующие различные виды хозяйственной деятельности, объясняющие термины, а также определяющие некоторые задачи, связанные с планированием и проектированием. Стандартизация по охране окружающей среды, начатая в 80-е гг. XX в., завершилась разработкой совокупности ГОСТов: охраны и преобразования ландшафтов (Ландшафты); рационального использования и охраны недр (Недра); охраны и использования почв (Почвы); улучшения использования земель (Земли); охраны и использования вод (Гидросфера); охраны атмосферы (Атмосфера); рационального использования биологических ресурсов (Биологические ресурсы); охраны флоры (Флора); охраны фауны (Фауна).

Кроме того, существуют стандарты качества окружающей среды. Они выступают как критерии ее состояния и определяются предельно допустимыми нормативами вредных воздействий, превышение которых создает угрозу для здоровья человека и биоты.

Деятельность по нормированию допустимого загрязнения природной среды (ПДК), в частности водных объектов, начала развиваться в 30-е годы, в связи с принятием «Правил об условиях сброса сточных вод в водоемы» (1939). Несколько позже, в 50-х гг., была начата работа по нормированию предельно допустимого загрязнения атмосферы. Нормативы воздействия на природу в виде ПДВ и ПДС начали действовать в РФ с 70—80-х годов прошлого века

Первая группа — санитарно-гигиенические нормативы: приводятся нормы предельно допустимых концентраций (ПДК) вредных веществ в воздухе, воде, почве, пище. Нормативы предельно допустимого вредного воздействия на окружающую среду определяют: предельно допустимые выбросы в атмосферу; предельно допустимые сбросы в воду; предельно допустимые уровни шума, вибрации, магнитных полей и других вредных физических воздействий; предельно допустимый уровень радиационного воздействия; предельно допустимые нормы применения агрохимикатов в сельском хозяйстве, нормы (лимит) размещения отходов и т.д.

Следующая группа нормативов, производная от первой, устанавливает требования к источнику вредного воздействия. Это нормативы ПДВ в атмосферу и ПДС в водные объекты, они определяют предельно допустимые уровни вредных физических воздействий (шума, облучения, радиационного воздействия и др.), по ним делается разрешение на вывоз и захоронение твердых отходов.

Третья группа содержит нормы и правила, регламентирующие различные виды деятельности, включая использование ресурсов и охрану природы. К ним относятся предельно допустимые нормы нагрузки на окружающую природную среду (ПДН), это нормативы стимулирования экономного использования природных ресурсов, выдачи различных разрешений и установления ограничений на землепользование и лесопользование, определения квот вылова рыбы и добычи диких животных. Нормативы использования (изъятия) природных ресурсов принимаются с целью предупреждения истощения природных ресурсов, рационального их использования. Конкретным природопользователям устанавливаются объемы предельного изъятия природных ресурсов. Использование природных ресурсов ограничивается на определенный срок по каждому их виду.

Все природопользователи разрабатывают проекты нормативов по предельно допустимым выбросам газов в атмосферу (ПДВ), предельно допустимым сбросам загрязняющих веществ в водные объекты (ПДС), по лимитам размещения отходов. Устанавливаются как «технические» нормативы выброса вредного (загрязняющего) вещества в атмосферный воздух, так и предельно допустимые выбросы. ПДВ и ПДС определяются как для стационарных источников, так и их совокупности, т.е. для объекта в целом. Если по технологическим причинам невозможно соблюдать нормы ПДВ, разрабатываются нормативы временно согласованных выбросов (ВСВ). Разработка ПДВ и ВСВ осуществляется как в рамках процесса проектирования, так и для действующих производств. Порядок разработки и утверждения экологических нормативов выбросов и сбросов, лимитов использования природных ресурсов, размещения отходов обеспечивается соответствующими законодательными и нормативными актами.

Постоянно используются и оптимизируются строительные нормы и правила, нормативы санитарно-защитных зон. В настоящее время все чаще разрабатываются экологические требования к технике, технологии, продукции. Как правило, рекомендуется иметь экологические обоснования хозяйственной деятельности. До сегодняшнего дня сохранилось лицензирование деятельности по обращению с отходами.

Для территорий и акваторий с определенным режимом охраны, а также для особо охраняемых природно-территориальных и природно-антропогенных комплексов устанавливаются более строгие нормативы, с учетом природных региональных и локальных особенностей территории.

Нормативы предельно допустимой антропогенной нагрузки (ПДАН) на окружающую среду устанавливаются для субъектов хозяйственной и иной деятельности с целью оценки и регулирования воздействий всех источников в пределах конкретной территории или акватории. Эти нормативы устанавливаются по видам влияния хозяйственной деятельности и по совокупному воздействию всех источников на определенную территорию или акваторию с учетом ее природных особенностей.

Экологические нормативы предлагается подразделить на три временные категории – текущие, перспективные и конечные.

Текущие экологические нормативы – совокупность унифицированных и стандартизированных регламентов и нормативов антропогенных воздействий, которые достижимы при данном научно-техническом уровне развития производительных сил в конкретных экологических условиях ведения хозяйственной деятельности, и они позволяют оптимальным образом сочетать краткосрочные интересы природопользователей и долгосрочные интересы общества.

Перспективный уровень экологического нормирования – совокупность унифицированных и стандартизированных регламентов и нормативов антропогенных воздействий, которые должны быть достигнуты к определенному сроку на основе внедрения в хозяйственную деятельность научно-технических, экологических инноваций и экономического стимулирования экономного использования ресурсов в предшествующий период действия текущих нормативов.

Конечные экологические нормативы – совокупность унифицированных и стандартизированных регламентов и нормативов антропогенных воздействий, которые соответствуют критерию ноосферосовместимости, т.е. обеспечивают восстановление в ранее освоенных регионах и сохранение в регионах нового освоения высокого качества окружающей среды.

Такой временной комплекс нормативов должен позволить поступательно улучшать состояние экологической обстановки в стране.

Экологическая оценка состояния окружающей природной среды –необходимая составляющая экологического мониторинга, позволяющая определить качество среды обитания, придать целесообразность и эффективность сети наблюдений.

Экологический прогноз – предсказание возможного поведения природных систем, определяемого естественными процессами и воздействием на них человечества. Поисковый прогноз – определение возможных состояний экосистем, процессов, явлений в будущем. Нормативный прогноз – определение путей и сроков достижения возможных состояний экосистем, процессов, явлений в будущем, принимаемых в качестве цели.

По масштабам прогнозируемых явлений прогноз делят на глобальный (физико-географический, региональный в пределах нескольких стран, одного материка, океана и т. п.), национальный (в пределах государства) и локальное (для небольших территорий). Прогноз не имеет ограничений по временной шкале (возможно, и делается на неопределенно долгое будущее).

Прогноз – всякое конкретное предсказание или вероятностное суждение о состоянии чего-то (кого-то) или о проявлении какого-то события в будущем.

Значение прогноза в системе мониторинга определяется целью ведения экологического мониторинга (предотвращение отрицательных последствий антропогенных изменений природной среды), который невозможен без разработки достоверного прогноза.

Типизация прогнозов

Экологический прогноз может быть выполнен в двух основных формах: поисковый и нормативный.

IIрогноз может быть нормативным, т. е. жестко определенным нынешним ходом событий, их направленностью и способами управления ими. Другая форма – поисковый прогноз (предсказание). Предсказаниевсегда вероятностно.

Поисковый прогноз – определение возможных состояний экосистем, процессов явлений в будущем. Имеется в виду условное продолжение в будущем тенденций развития изучаемого процесса, происходившего в прошлом и отмечаемый в настоящем. При таком прогнозе предсказывается, что вероятнее всего произойдет при сохранении существующих тенденций? Прогноз основан на выборе из множества вариантов из ряда возможных направлений процесса наиболее вероятных, с точки зрения прогнозиста, событий, явлений, направлений развития, последствий какого-то действия (прогноз влияния предприятия на окружающую его среду; прогноз воздействия обводнения или осушения местности на природу и хозяйственное развитие; прогноз наводнений, цунами, селей и других стихийных бедствий).

Нормативный прогноз – определение путей и сроков достижения возможных состояний экосистем, процессов, явлений в будущем, принимаемых в качестве цели. Имеется в виду прогнозирование достижения желательных состояний на основе заранее заданных нормативов, оценок, критериев. Такой прогноз отвечает на вопрос: какими способами достичь желаемого?

Кроме вышеперечисленных основных типов прогнозов могут выделять и другие общепринятые формы прогнозов. Например, предупреждение-экстраполяция, т. е. утверждение, что если процесс будет идти в современном направлении и наблюдаемыми темпами, то это приведет к определенным последствием. Такие предупреждения-экстраполяции лишь указывают на обязательность (или весьма высокую вероятность) качественных перемен, перерыва постепенности в развитии процесса. В прогнозе наиболее сложно именно предугадать эти перерывы постепенности, время их наступления. Нашумевшие «модели мира» - Форрестера, Медоуза и других представляют собой предупреждения-экстраполяции.

К разновидностям экологических прогнозов, очевидно, необходимо отнести прогнозы: изменения среды, воздействия на среду, использования природных ресурсов, природопользования.

Прогноз изменения среды – предсказание устойчивых перемен в природной среде, происходящих в результате сложных цепных реакций, связанных как с прямым воздействием человечества на среду, так и с отдаленными косвенными последствиями этих воздействий, включая изменения, нередко принимаемые за исключительно естественные (фактически в настоящее время природно-антропогенные). Если центр тяжести в прогнозе переносится на явления природного характера, то это физико-географический прогноз. Прогноз изменения среды представляет собой интеграцию прогнозов воздействия на cpeду и ответных реакций среды на эти воздействия.

Прогноз воздействия на среду — предсказание изменений в природной среде в результате воздействий на нее проектируемого, строящегося или недавно введенного в эксплуатацию производственного предприятия, сооружения или их совокупности. Реже — предварительное определение изменений в природной среде или отдельных ее составляющих в результате воздействий агентов, ранее не попадавших в природную среду или действие которых было неизвестно. Например, прогноз воздействия на среду фреонов через нарушение ими озоносферы.

Прогноз использования природных ресурсов – предварительное определение объема природных ресурсов, которые могут быть вовлечены в хозяйственный оборот с учетом экономических, социальных, технических и экологических ограничений и возможностей. Производится на какой-либо прогнозный срок как теоретическая и экспертная или расчетная оценка.

Прогноз природопользования – предсказание динамики изменения природно-ресурсного потенциала и потребностей в природных ресурсах в локальном, региональном и глобальном масштабах.

Многие ученые считают, что географический прогноз исторически древнее экологического, но в настоящее время термином «географический прогноз» пользуются только географы, тогда как термин «экологический прогноз» широко употребляется в науке и практике. Поскольку в общей терминологии не существует правила приоритета, как в биологической систематике, понятие географического прогноза на практике слилось с понятием «экологическое прогнозирование». Фактически же географический и экологический прогнозы — синонимы.

В ряде случаев прогноз в рамках «большой экологии» или социальной экологии рассматривают как соединение естественноисторического, социально-экономического и технологического прогнозов, т. е. всей системы «общество -природа». Такой прогноз глобальной динамики называют также прогнозом экоразвития. Практически он выходит за рамки любой из отраслей знаний и является общенаучным.

Прогноз выполняется на основе создания модели природно-антропогенного процесса. Разрабатываются и применяются различные экологические модели: реальные, идеальные, концептуальные, вербальные, графические, математические, аналитические, имитационные.

Реальная модель отражает существенные черты оригинала по самой природе своей физической (а может, химической и биологической) реализации. Примером может служить аквариум с растительностью, животным миром и микробами. Несомненно, он воспроизводит некоторые существенные характеристики естественного водоема. На сегодняшний день остается проблема адекватности реальной модели оригинальной экосистеме.

Знаковая модель представляет собой описание с помощью каких-либо символов, которые интерпретируются как отражения свойств и связей экосистемы-оригинала.

Считается, что наиболее значимы концептуальные и математические модели. Назначение первой из них – дать обобщенное и понятное выражение представлений и знаний об изучаемом объекте.

Прогнозирование рассматривается как совокупность приемов мышления, позволяющих на основе ретроспективного анализа внешних и внутренних связей, присущих объекту, а также их вероятных изменений в рамках рассматриваемого явления или процесса вынести суждения определенной достоверности относительно его будущего развития.

Экологическое прогнозирование производится с помощью специальных методик: прямолинейной зависимости, по известным заранее кривым изменений, экспотенциальной зависимости, экстраполяции (продления существующих тенденций во времени), модельной экстраполяции, учитывающей возможную неравномерность в развитии процессов, анализа причинно-следственной связи, проведения аналогий (предполагается, что грядущий процесс будет аналогичен уже известным явлениям, происходившим в сходных условиях).

Продолжают развиваться методики прогнозирования, основанные на анализе данных экспериментов и на натурных моделях для нахождения эмпирических зависимостей.

Рекомендуется при разработке прогноза соблюдать следующую последовательность:

1. Предпрогнозная ориентация.

2. Построение исходной концептуальной модели.

3. Анализ исходных данных.

4. Построение динамических рядов показателей методом экстраполяции.

5. Построение серии предварительных моделей.

6. Оценка достоверности моделей и результатов прогноза.

Предпрогнозная ориентация представляет собой предварительное обсуждение систематизированной информации на совместном заседании исследовательской группы и нескольких специалистов, способных дать важные дополнительные оценки. На этой стадии помимо основных моментов предпрогнозной ориентации определяются и уточняются масштабы и особенности исследуемых природно-антропогенных процессов, круг экспертов, перечень рабочих документов прогнозирования, производится выбор основной концепции.

Выбор и построение концептуальной модели, как правило, зависят от объекта прогнозирования. После выбора объектов рассматриваются имеющиеся фактические сведения (результаты наблюдения) и проводится сбор дополнительных сведений, методами интерполяции решаются задачи по составлению репрезентативной базы данных. Наиболее простое и в то же время достоверное предсказание можно выполнить, продолжая динамические ряды данных на будущее (этап 4). Наконец определяются наиболее оптимальные математические зависимости и модели для описания экологических процессов, дается оценка их достоверности. В случае неудовлетворительных результатов необходимо вернутся ко второму этапу и повторить процедуру разработки прогноза.