Критерии и показатели установления ПДАН

В обосновании нормативов предельно допустимой антропогенной нагрузки на геосистемы должны использоваться критерии и показатели, отражающие «норму» их состояния и допустимую степень отклонения от нее. Здесь нельзя основываться только на ПДК загрязняющих веществ или ПДУ физических воздействий, как это делается в санитарно-гигиеническом направлении ЭН. К ведущим критериям в экосистемном нормировании относятся прежде всего общие показатели биоразнообразия (состояние основных звеньев трофических цепей, организмов-индикаторов, структурная целостность биоценозов), а также показатели перестройки экосистемы (снижение биомассы, уменьшение продуктивности и численности видов, замена доминирующих видов, колебание внутривидовой численности, сдвиги возрастных структур, появление признаков угнетения биоценозов, повышение интенсивности биоаккумуляции и транспорта загрязняющих веществ в трофических цепях вплоть до пороговых уровней и т. д.). Укажем не приемлемые на экосистемном уровне эффекты:

1) разрушение экосистемы;

2) статистически достоверные изменения величины продуктивности (в ту или иную сторону);

3) уменьшение ассимиляционной емкости экосистемы и ее способности к самоочищению;

Таблица 54. Лимитирующие факторы качества морской среды при различных видах хозяйственной деятельности на континентальном шельфе

____________________

П р и м е ч а н и е. Значение факторов: «++» — определяющее; «+» — значительное; «–» — незначительное

4) сокращение видового разнообразия;

5) выпадение из экосистемы видов-доминантов.

На биоценотическом уровне недопустимы следующие отклонения:

1) статистически достоверные изменения величины продуктивности (в ту или иную сторону);

2) упрощение трофической цепи;

3) переход с пастбищного на детритный путь утилизации первичной продукции;

4) изменение роли отдельных групп биоты.

При установлении нормативов ПДАН представить интегральную картину качества среды в экосистемных категориях с учетом кумулятивного эффекта всех форм техногенного воздействия позволяют только те данные, которые получены с помощью исследований на популяционно-видовом и биоценотическом уровнях. При этом необходимо использовать комплекс показателей, отражающих состояние биоценоза. Поиск универсального показателя вряд ли оправдан. Например, при исследованиях состояния морской среды применяются численные значения следующих биотических характеристик:

1) количественный состав донных сообществ;

2) видовое разнообразие или видовое богатство биоценозов;

3) суммарная биомасса бентоса;

4) типы топических и трофических группировок бентоса;

5) групповой состав, суммарная плотность поселения и биомасса доминирующих и сопутствующих организмов;

6) структура популяций массовых видов по размерам и биомассе;

7) соотношение кривых численности и биомассы для донного биоценоза в целом.

Вывод о тенденциях изменения корректен лишь в том случае, если он основан на значениях нескольких показателей. Применительно к лесным экосистемам критериями допустимости антропогенных нагрузок являются структурная целостность фитоценоза, т.е. ненарушение вертикальной (ярусной) и горизонтальной (парцилярной) структуры лесных сообществ, а также завершенность биогеохимического круговорота вещества и энергии.

В теории экосистемного нормирования предложены разные подходы к оценке состояния экосистем. При разработке нормативов ПДАН для природных и природно-техногенных систем продуктивно использование концепции экологических модификаций. Показателями состояния среды в этом случае выступают типы экологических модификаций природно-территориальных комплексов, морских экосистем и т.д.

Основы теории экологических модификаций базируются на следующих представлениях. В условиях нарастающего антропогенного воздействия на окружающую среду происходит перестройка биоценозов. Существование биоценозов в широком диапазоне условий жизнеобитания возможно благодаря их приспособительным изменениям – экологическим модификациям. Фундаментальную основу существования живого составляют процессы утилизации энергии и вещества в окружающей среде, а также извлечения энергии и продуцирования биомассы. Повышение интенсивности этих процессов ведет к прогрессивному развитию метаболизма биоценоза, уменьшение – к метаболическому регрессу.

За примером обратимся к морским экосистемам. При негативном воздействии человека на морскую среду на основе анализа направленности экологических и метаболических процессов выделяются несколько экологических модификаций экосистем. По результатам оценки состояния устанавливают количественные критерии поддержания экосистемы на соответствующей экологической стадии. Данный подход наиболее эффективен в условиях эвтрофикации, химического и органического загрязнения водных объектов, развития других процессов, стимулирующих экологический и метаболический прогресс или регресс экосистемы.

Метаболический прогресс вызывается антропогенным загрязнением, прежде всего поступлением биогенных веществ, что предопределяет развитие процессов эвтрофикации. Так, в эвтрофных озерах интенсивность фотосинтеза в 100–400 раз выше по сравнению с олиготрофными. Это соответствует основному биоценотическому закону: уровень метаболизма зависит от уровня обеспеченности жизненными ресурсами. Метаболический прогресс идет по трем различным путям: с усложнением экологической структуры (экологический прогресс), с упрощением структуры (экологический регресс) и перестройкой экологической структуры, не ведущей ни к прогрессу, ни к регрессу (экологические модуляции). В соответствии с этими представлениями выделяют четыре основных стадии изменения экосистем под действием возмущающих факторов.

В течение первой стадии — экологических модуляций, характерна трансформация видовой структуры при сохранении уровня организации экосистемы. Такие изменения находятся в пределах нормального функционирования экосистемы.

На второй стадии — экологического прогресса, наблюдается увеличение видового разнообразия биоценоза, что позволяет стабильно поддерживать высокий уровень метаболизма в широком диапазоне флуктуации значений тех или иных факторов внешней среды. Среди основных признаков экологического прогресса отмечают уменьшение энтропии в системе, увеличение устойчивости к внешним возмущениям, усложнение межвидовых связей, удлинение жизненных циклов. Если эти изменения вызваны антропогенным воздействием, то система находится в состоянии антропогенного возбуждения, сравнимого с легкой формой патологии.

Третья стадия — экологический регресс, сопровождающийся метаболическим прогрессом. Типичны повышение интенсивности обмена биогенными веществами между биоценозом и природной средой, рост продукции органического вещества в процессе жизнедеятельности, увеличение отношения продукции к деструкции, уменьшение видового разнообразия, упрощение межвидовых отношений и снижение устойчивости. Одновременно происходит рост энтропии в геосистеме. Примеры экологического регресса — высокопродуктивные сообщества эстуариев в умеренном поясе, характеризующиеся низкими значениями показателей видового разнообразия. Обычным явлением для таких систем становится процесс эвтрофикации. Данная стадия отражает тяжелую патологию экосистемы. Предпосылкой этого служит поступление аллохтонного органического вещества, т. е. пропадает необходимость продуцировать его из неорганических соединений.

Четвертая стадия – метаболический регресс при экологическом регрессе, когда изменения окружающей среды выходят за рамки адаптационных механизмов биоценоза. Отмечается уменьшение биопродуктивности, снижение общей активности, т. е. суммы всех процессов продукции и деструкции вещества. Увеличивается воздействие токсических веществ, изменяются физические и химические свойства среды. Все это, в конечном счете, приводит к гибели биоценоза.

Разработка нормативов ПДАН и оценка устойчивости осуществляются на этих принципах с учетом разного исходного состояния водоемов:

1) на заповедных акваториях, сохранивших естественные условий обитания биоценозов, недопустимы никакие экологические модификации;

2) на водоемах, испытывающих умеренную антропогенную нагрузку, необходимо поддерживать минимальный уровень воздействия, обеспечивающий недопустимость экологических модификаций, ведущих к экологическому регрессу;

3) на акваториях с сильно преобразованной средой в составе природно-технических систем поддерживаются минимально необходимые условия существования экосистемы, когда недопустимы экологические модификации, ведущие одновременно к экологическому и метаболическому регрессу.

Вопрос определения уровня воздействия, приемлемого для конкретной экосистемы, остается узловым в экосистемном нормировании. Его решение должно основываться на проведении натурных исследований и экологическом моделировании. В отличие от лабораторных экспериментов знания, полученные при исследованиях in situ, позволяют в необходимой степени учесть все многообразие условий и факторов развития экосистемы. Бесспорно, что в практике экологического нормирования такой подход необходимо комбинировать с комплексом лабораторных исследований.