Экологическое нормирование должно стать частью обще­государственной программы обеспечения экологической безопасности природных ресурсов России. Без создания

Соотношение скоростей продукции и деструкции орга­нических веществ отражает состояние биотического балан­са в экосистемах и может служить интегральным функ­циональным показателем их экологического состояния.

ЭДН- это и есть та мера, которая позволит обеспе­чить баланс экологических и социально-экономичес­ких интересов человека - инструмент устойчивого раз­вития общества.

ЭДК- это экологически допустимые концентрации вред­ных веществ в окружающей среде, не нарушающие гомеопатические механизмы саморегуляции экосистем.

Глава 10. Основы права и нормирование качества окружающей природной среды

Глава 10. Основы права и нормирование качества окружающей природной среды

На основе ЭДК можно рассчитывать экологически допусти­мые нагрузки - ЭДН, не превышающие экологической емкости экосистем.

Рассмотреть подходы к разработке ЭДК и оценке емкости экосистем наиболее удобно на примере поверхностных вод, так как вода, в отличие от атмосферы, - жестко локализованное природное тело. Водные экосистемы - среда обитания большин­ства живых организмов и важнейший ресурс жизнеобеспечения всех организмов. Последствия загрязнения воды сказываются на здоровье экосистем и человека.

Авторы учебника предлагают один из возможных методологичес­ких подходов для расчетов ЭДК в пресноводных водоемах и экологически допустимых сбросов загрязняющих веществ - ЭДС.

Расчеты ЭДК и ЭДС для водоемов основаны на использова­нии показателя, интегрально отражающего экологическое со­стояние водной системы на надорганизменном уровне. Диагноз экологического состояния водоемов не может быть сведен к сумме традиционных характеристик неживых и живых компо­нентов системы. Анализ банков данных даже многолетней дина­мики сотен отдельных гидрохимических и гидробиологических показателей не может дать адекватного описания функциони­рования экосистемы. Необходимы критерии, интегрально отра­жающие функции и реакцию на стресс всей системы в целом с учетом ее эмерджентных свойств. При этом решающее значе­ние имеют аппаратурное и методическое обеспечение опера­тивного контроля за изменением этих показателей. Многие показатели могли бы выполнять роль интегральных, но мало таких, которые отвечают требованиям оперативности и автома­тизации контроля.

Интегральный критерий, предлагаемый авторами, основан на фундаментальной характеристике любых экосистем: соотноше­нии скоростей автотрофных и гетеротрофных процессов, т. е. продукции и деструкции органических веществ.

В водоемах баланс продукционно-деструкционных процессов может быть отрицательным (дистрофные и ультраолиготрофные водоемы), нулевым (олиготрофные водоемы) и положительным (мезотрофные и эвтрофные водоемы). Когда скорости гетеротрофных процессов сильно опережают скорости автотроф­ных, концентрация С0₂ в окружающей среде возрастает, а концентрация 0₂ падает. Это приводит, например, к «парнико­вому эффекту» в атмосфере. Поэтому соотношение концентра­ций углекислого газа и кислорода может характеризовать соот­ношение скоростей продукции и деструкции. В водоемах это соотношение может быть выражено количественной зависимостью рН и концентрации растворенного 0₂, что вытекает из схемы уравнения фотосинтеза:

где - скорости продукции (фотосинтеза) и деструкции соответственно.

Согласно закону действующих масс Гульдберга и Вааге следовательно,

где К₁ и К₂ - константы скорости продукции и деструкции соответственно.

Но согласно тому же закону концентрация веществ, находя­щихся в виде индивидуальных фаз , является постоянной величиной и принимается равной единице:

Отсюда следует, что

Глава 10. Основы права и нормирование качества окружающей природной среды

Но в водоемах связана строгой количественной зависи-

мостью с концентрацией ионов водорода , т. е. рН воды,

которая называется углекислотным равновесием:

При увеличении содержания концентрация ионов водо-

рода увеличивается, а рН снижается, и наоборот. Следователь­но, в водоемах соотношение скоростей продукции и деструкции можно выразить зависимостью

Использование зависимости и для этой цели очень

удобно, так как и рН, и содержание кислорода измеряются при любых исследованиях водоемов уже более 100 лет. Измерение их доступно, достаточно точно, легко автоматизируется. Суще­ствуют десятки приборов для их измерения.

Авторы разработали интегральный показатель, характеризую­щий сбалансированность продукционно-деструкционных процессов в водоемах, основанный на измерениях и , и установили

его численные значения для различных экологических состояний пресноводных водоемов'. Таким показателем является величина рН, приведенная к нормальному 100 %-ному насыщению воды кислородом - рН_100%. Показатель рассчитывается по формуле

(10.5)

где - измеренные значения за время , - концентрации (в %), измеренные

синхронно с за то же время - эмпирический коэффициент зависимости от

; п - число измерений за время

С помощью этого показателя можно оценивать не только основные, но и промежуточные состояния биотического баланса и прослеживать тенденции его изменения за многолетний период (рис. 10.9).

Для каждого водоема можно выбрать свой допустимый диапа­зон колебаний интегрального показателя в пределах его гомеоста-

¹ Патент РФ № 2050128 от 20 декабря 1995 г., патентообладатели Л. И. Цветкова, В. Н. Пономарева, Т. И. Копина, Е. В. Неверова-Дзиопак.

Глава 10. Основы права и нормирование качества окружающей природной среды

тического плато. В приведенном на рис. 10.9 примере колебания рН _100!% не должны выходить за пределы 7,2 - 7,9, обозначенные красными линиями. При значении показателя рН₁₀₀°_/о меньше нижне­го предела (возможно при загрязнении токсикантами) и больше верхнего (при загрязнении биогенами) нарушение биотического баланса может стать необратимым, и система деградирует.

Рис. 10.9. Изменение экологического состояния эстуария р. Невы с 1962 по 1992 г. (по Л. И. Цветковой, 1995)

Значения показателя для различных состояний биотического баланса в пресноводных водоемах приведены в табл. 10.7.

Таблица 10.7 Значения рНюо% в пресноводных водоемах с различным экологическим состоянием

Глава 10. Основы права и нормирование качества окружающей природной среды

Таблица 10.9 ЭДК некоторых загрязняющих веществ в воде Невской губы()

Глава 10. Основы права и нормирование качества окружающей природной среды

На основе интегрального показателя выбираются факторы, регулирующие экологическое состояние водоема. Для приведен­ного примера путем многофакторного статистического анализа было установлено, что основными экологическими факторами, стимулирующими эвтрофирование, тенденция к которому в водо­еме очевидна, являются: увеличение концентраций минеральных форм фосфора , азота и высокая температура воды.

К факторам, тормозящим эвтрофирование, относятся: увеличе­ние соотношения между атомно-массовыми концентрациями азота и фосфора , большие глубины и высокие скорости тече-

ния воды. Выбор приоритетных или лимитирующих факторов позволяет использовать простую регрессионную модель для ин­женерных расчетов:

где - интегральный показатель - приоритетные экологические факторы.

Нормативные значения показателя для конкретной водной экосистемы устанавливаются на основе эмпирических данных.

Задавая нормативные значения показателя и величины неуправляемых абиотических факторов (температу­ры, глубины, скоростей и др.), рассчитали ЭДК азота и фосфо­ра для некоторых заливов Балтийского моря (табл. 10.8).

Для Невской губы, кроме биогенов, рассчитаны ЭДК и дру­гих загрязняющих веществ (табл. 10.9).

Таблица 10.8 ЭДК биогенных веществ (по Е. В. Неверовой, 1988)

Приведенные в табл. 10.8 и 10.9 данные показывают, что, во-первых, ЭДК в отдельных районах Балтийского моря различаются в зависимости от природных и антропогенных региональных усло­вий. Во-вторых, ЭДК отличаются от гигиенических и рыбохозяйственных ПДК: они могут быть более жесткими (по нитратам, фос­фатам), менее жесткими (по , ионам аммония, нитритам) или совпадать с ПДК (по ртути).

Конечно, возможно, использование других интегральных пока­зателей состояния водоемов и других подходов к оценке ЭДК и емкости экосистем. Но в любом случае интегральные критерии облегчают решение многих прикладных задач:

- упрощается построение математических моделей экосистем, так как резко снижается число переменных;

- появляется перспектива создания инструментальных экспресс-методов контроля за экологическим состоянием природных систем;

- на основе компьютерных банков данных облегчаются выбор приоритетных (лимитирующих) факторов, управляющих конкретной экосистемой, и получение статистических зависимостей, пригодных для расчетов ЭДК, ЭДС, ЭДН загрязняющих веществ; других инже­нерных расчетов (например, степени очистки стоков и выбросов); прогнозов экологических нарушений.

Глава 10. Основы права и нормирование качества окружающей природной среды

Дата добавления: 2014-11-18