Дисциплина БИОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ Лекция 10 Принципы нормирования

Дисциплина «БИОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ» Лекция № 10. Принципы нормирования Зуев И. В. ©

Мониторинг Нормирование Эффективное функционирование системы природоохранных мероприятий при отсутствии нормативов допустимых нагрузок практически невозможно, так как переводит обсуждение конкретных проблем управления природопользованием в область чисто эмоциональных споров «технократов» и «зеленых» , оперирующих неформализованными критериями (Воробейчик и др. , 1994). Научная составляющая: научные тексты Природоохранные мероприятия Официальная составляющая: нормативные документы

Нормативы Первичные 1. Нормативы качества окружающей среды Вторичные 1. Нормативы допустимого воздействия на окружающую среду 2. Государственные стандарты и иные нормативные документы в области охраны окружающей среды «Вторичные» нормативы должны обеспечивать соблюдение нормативов качества окружающей среды ( «первичных» ) с учетом природных особенностей территорий и акваторий (статья 22, п. 2)

Альтернативная классификация нормативов (по объекту нормирования) 1. Санитарно-гигенические нормативы (объект – человек) 2. Производственно-хозяйственные нормативы (объект – источник загрязнения) 3. Экологические нормативы (объект – окружающая природная среда)

Нормативы качества природной среды (первичные) нормативы, установленные в соответствии с химическими показателями состояния окружающей среды, в том числе нормативы предельно допустимых концентраций химических веществ, включая радиоактивные вещества нормативы, установленные в соответствии с физическими показателями состояния окружающей среды, в том числе с показателями уровней радиоактивности и тепла нормативы, установленные в соответствии с биологическими показателями состояния окружающей среды, в том числе видов и групп растений, животных и других организмов, используемых как индикаторы качества окружающей среды, а также нормативы предельно допустимых концентраций микроорганизмов иные нормативы качества окружающей среды. (ФЗ «Об охране окружающей среды» Ст. 21)

Концепция критичности (пороговости воздействия) Физико-химическое нормирование Порог вредного действия – это минимальная доза вещества, при воздействии которой в биореципиенте возникают изменения, выходящие за пределы физиологических и приспособительных реакций, или появляется скрытая (т. е. временно компенсированная) патология Пороговая доза вещества или критическое воздействие вызывает в биологическом объекте (в экологическом аспекте – популяции особей) отклик, который не может быть скомпенсирован за счет гомеостатических механизмов поддержания внутреннего равновесия реакций живого организма (или биоценоза). Санитарногигиенический подход Здоровье человека Экологический подход Стабильное функционирование экосистемы

Нормативы качества среды по химическим показателям ПДК – предельно допустимая концентрация Под ПДК понимается такая концентрация химических элементов и их соединений в окружающей среде, которая при повседневном влиянии в течение длительного времени на организм человека не вызывает патологических изменений или заболеваний, устанавливаемых современными методами исследований в любые сроки жизни настоящего и последующего поколений. Принципы разработки ПДК: 1. Допустима такая концентрация, которая не оказывает прямого или косвенного вредного воздействия 2. Привыкание к вредным веществам необходимо рассматривать как неблагоприятный момент и доказательство недопустимости концентрации 3. ПДК устанавливаются по самым чувствительным организмам и наиболее чувствительным процессам 4. Реакция организма должна определяться объективным, точным и чувствительным методом 5. Определяются максимально-разовые (за 20 -30 минут) и среднесуточные концентрации (за 3 -4 часа) 6. ПДК определяется по максимально недействующей концентрации, окончательная величина устанавливается в несколько раз ниже найденной для обеспечения надежности

Разработка ПДК Проведение токсикологических экспериментов ПДК - множество n порогов хронического действия Limch, оцененных для различных видов i биологических объектов (подопытные животные, рыбы, зеленые насаждения) и разных путей транспортировки вещества к рецепторам живого организма: ПДК = min ( Lim ch i) / Kз , i = 1, 2, …, n, где Kз – коэффициент запаса, учитывающий видовую чувствительность, реальную опасность интоксикации, кумулятивные свойства вещества, вероятность канцерогенного или иного специфического действия, возможность отдаленных последствий на генетическом уровне и т. д. при n → ∞, ПДК → 0, т. е. «всегда можно найти такую специфическую лошадь, которую убьет капля никотина

История и типы ПДК В СССР с 1939 года (ПДК для питьевой воды), с 1951 ПДК для атмосферного воздуха , с 1980 – ПДК для почвы Типы ПДК По контролируемой среде По длительности воздействия атмосферный воздух: - жилой зоны (около 500) - рабочей зоны (около 5000 вода: - хозяйственно-питьевая (около 2000) - культурно-бытовая (около 2000) - рыбохозяйственная (1071) почва (40 -100) пищевые продукты разовые (20 -30 минут) Сан. Пи. Н среднесуточные (24 часа)

ПДК для воды ПДК хозяйственно-бытовых вод ПДК культурно-бытовых вод ПДК рыбохозяйственных вод Показатели вредности 1) Токсикологические 2) Органолептический 3) Общесанитарный (очищение от патогенной микрофлоры) - ориентировочные допустимые уровни (ОДУ), - ориентировочные безопасные уровни воздействия (ОБУВ)

Нормативы качества среды по физическим показателям Регламентируются предельные уровни воздействия на человека шума, вибрации, ультразвука, инфразвука, теплового, ионизирующего и иного излучения ПДУ – предельно допустимые уровни Нормативы качества среды по биологическим показателям* * - биологические объекты рассматриваются как загрязнители Регламентация микробиологического и иного патогенного для человека загрязнения

Критика системы ПДК как не соответствующей экологическим требованиям 1. Нормативы ПДК определяются в лабораторных условиях в краткосрочных и хронических экспериментах на изолированных популяциях организмов, принадлежащих к небольшому числу видов, по ограниченному набору физиологических и поведенческих реакций по отношению к отдельным факторам без учета какого-либо их возможного взаимодействия, поэтому экстраполяция нормативов ПДК на реальные природные объекты неправомерна. 2. ПДК принимаются как единые нормативы для огромных административных территорий, в то время как действие загрязняющих веществ зависит от специфических фоновых, климатических, хозяйственных и многих других характеристик конкретного региона.

Критика системы ПДК как не соответствующей экологическим требованиям 3. Перечень веществ на которые разработаны ПДК всегда будет меньше перечня потенциальных загрязнителей. ПДК не учитывает эффектов синергизма, антагонизма, суммации и биоаккумуляции веществ. 4. Одинаковые концентрации веществ по разному воздействуют на живые организмы при разном сочетании физических факторов

Нормативы качества среды по биологическим показателям Как оценить качество (норму) биологического объекта? Возможные подходы в установлении порога (границы) нормального и патологического состояния биологического объекта Установление границы «норма – патология» количественными методами, или методами экспертной оценки Сравнение с природным эталоном (фоном) или с предшествующим состоянием Крошка сын к отцу пришел, и спросила кроха: - Что такое хорошо и что такое плохо? (В. Маяковский).

Проблема оценки нормы и патологии живых организмов Норма Адаптационные возможности Патология граница нормального и патологического состояния Норма Эустресс Дистресс 1. Теоретические определение нормы 2. Практические способы нахождения границы норма - патология

Проблема оценки нормы и патологии живых организмов Норма как среднее Норма как оптимальное Норма – число, мода, диапазон, функция и т. д. Уильям Тенн. Нулевой потенциал Слабая доказательная (статистическая) база многих работ по биологическому мониторингу Проблема «мнимых» повторностей в экологии (Хилберт)

Проблема оценки нормы и патологии живых организмов 1. Организменный уровень Крайняя степень патологии – смерть организма 2. Уровень популяции Крайняя степень патологии – неспособность популяции поддерживать свою численность 3. Экосистемный уровень Крайняя степень патологии – ? С «точки зрения» экосистемы любое ее состояние нормально. Субъектом оценки может быть только человек, который исходя из своих потребностей формирует класс систем, которые он считает «хорошими» , то есть полностью удовлетворяют его потребности. Затем формируется мера этого класса, т. е. границы качественных изменений параметров, при которых система остается в этом классе (ее качество не меняется). Эта мера и есть норма системы. Экспертная оценка

Норма – есть мера «хорошей» системы. А какие критерии «хорошей» системы? Признаки «хорошего» биогеоценоза (С. С. Шварц, 1976) 1. Биомасса всех основных звеньев трофических цепей большая и без резкого преобладания фитомассы над зоомассой. 2. Большой биомассе соответствует большая продуктивность. 3. Структура системы в целом и разнородность отдельных трофических уровней обеспечивают высокую стабильность биогеоценоза в широком диапазоне внешних условий. 4. Обмен вещества и энергии протекают с большой скоростью. 5. Способность к быстрой адаптивной перестройке при направленном изменении внешней среды. Критерии нормальности искусственных систем

ЧТО ИЗМЕРЯТЬ? Основные переменные Коррелятивные переменные Скорость разложения активных фракций опада (масса подстилки, толщина подстилки, скорость деструкции целлюлозы) Соотношение гуминовых и фульвокислот в верхних горизонтах Запас гумуса в почвенном профиле (толщина гумусных горизонтов, концентрация гумуса в верхнем горизонте) Агрегатный состав – соотношение водопрочных агрегатов разных фракций Буферность почв против кислотных агентов Емкость катионного обмена Актуальная кислотность почвенного раствора верхних горизонтов Буферность почв к тяжелым металлам Запас доступных растениям соединений азота и фосфора Окислительно-восстановительный потенциал Водопроницаемость верхнего горизонта почв Лесные экосистемы (почвы)

Иерархическая структура разных биологических переменных Типы выражения зависимости доза-эффект: - Градированное - Альтернативное С 1 С 2 С 3 С 4 – критическая численность популяции

Нормативы Первичные 1. Нормативы качества окружающей среды Вторичные 1. Нормативы допустимого воздействия на окружающую среду 2. Государственные стандарты и иные нормативные документы в области охраны окружающей среды «Вторичные» нормативы должны обеспечивать соблюдение нормативов качества окружающей среды ( «первичных» ) с учетом природных особенностей территорий и акваторий (статья 22, п. 2)

Вторичные нормативы, основанные на ПДК и их аналогах Предельно допустимый сброс (ПДС) - масса вещества в сточных водах, максимально допустимая к отведению с установленным режимом в данном пункте водного объекта в единицу времени с целью обеспечения норм качества воды в контрольном пункте Предельно допустимый выброс (ПДВ) - норматив предельно допустимого выброса вредного (загрязняющего) вещества в атмосферный воздух, который устанавливается для стационарного источника загрязнения атмосферного воздуха с учетом технических нормативов выбросов и фонового загрязнения атмосферного воздуха при условии непревышения данным источником гигиенических и экологических нормативов качества атмосферного воздуха

Экологически допустимые уровни (ЭДУ) как альтернатива ПДВ И ПДС Цель метода ЭДУ - выделить в пространстве факторов область нормального функционирования экосистемы (в форме многомерного параллелепипеда) и рассчитать границы этой области по каждому из факторов. Данные границы и определяются как ЭДУ Способы выявления критической точки (границы фактора) при экологическом нормировании (на примере стационарного источника выброса) Фоновые концентрации Точечный источник эмиссии

Способы выявления критической точки 1. Предельная нагрузка, соответствующая изменению параметров на определенную величину o На числовую константу (5, 10, 25, 33, 50%) o На долю среднеквадратичного отклонения (дисперсии) o На величину, соответствующую желательности, равной 0, 63 или 0, 8 o Соответствующая переходу из одной типологической единицы в другую

Способы выявления критической точки 2. Предельная нагрузка базируется на анализе кривой доза - эффект o Как критическая точка функции o Как максимально недействующая нагрузка эффект доза

Способы выявления критической точки 3. Привлекает дополнительную информацию o Нагрузка, соответствующая минимально заданной величине социальноэкономической функции ландшафта o Нагрузка, соответствующая превышению ПДК в с/х продукции и сопредельных средах.