УДК 574.632
СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ МОНИТОРИНГА КАЧЕСТВА ВОД ПО ГИДРОБИОЛОГИЧЕСКИМ ПОКАЗАТЕЛЯМ В РОССИИ
Буйволов Ю.А.*, Быкова И.В., Лазарева Г.А., Потютко О.М., Уваров А.Г.
Институт глобального климата и экологии Росгидромета и РАН
Россия, 107258, г. Москва, ул. Глебовская, д. 20Б, *ybuyvolov@gmail.com
Реферат. Изложены основные задачи и принципы организации мониторинга качества поверхностных вод суши и состояния пресноводных экосистем России методами биоиндикации. Приведен ретроспективный анализ становления и динамики современного состояния гидробиологических наблюдений за загрязнением поверхностных вод в России, в том числе дана оценка качества данных, получаемых подразделениями Росгидромета по показателям фитопланктона, зоопланктона и зообентоса. Выявлены основные методические и организационно-технические проблемы и недостатки государственной сети наблюдений. Рассмотрены концептуальные направления модернизации гидробиологических методов мониторинга, применяемых государственной наблюдательной сетью Росгидромета, выделены первоочередные мероприятия.
Ключевые слова: биоиндикация, гидробиологические показатели, государственная наблюдательная сеть, экологические модификации.
CURRENT STATUS AND PROSPECTS FOR THE DEVELOPMENT OF THE MONITORING AND ASSESSMENT FRESHWATER QUALITY BY HYDROBIOLOGICAL PARAMETERS IN RUSSIA
Yu.Buyvolov*, I. Bykova ,G. Lazareva, O.Potyutko, A. Uvarov
Institute of Global Climate and Ecology of Roshydromet & RAS,
107258, Moscow, Glebovskaya 20B, *ybuyvolov@gmail.com
Summary. The paper addresses main objectives and principles of monitoring of surface waters quality and condition of freshwater ecosystems in Russia by using bioindication methods. An analysis of the formation and current condition of hydrobiological observations of surface water pollution in Russia is provided, including an accuracy assessment for data collected by the Russian Federal Service for Hydrometeorology and Environmental Monitoring (Roshydromet) by using the parameters of phytoplankton, zooplankton and zoobenthos. Main methodological, organizational, and technical issues of the national monitoring network have been identified. Conceptual modernization perspectives for hydrobiological monitoring methods used by the Roshydromet national monitoring network have been addressed, and recommendations on top-priority actions provided.
Keywords: BIOINDICATION, HYDROBIOLOGICAL PARAMETERS, NATIONAL MONITORING NETWORK, ECOLOGICAL MODIFICATION.
Введение
Проблема чистой воды – одна из актуальных экологических проблем современности, развивающаяся на фоне изменения климата и негативного воздействия хозяйственной деятельности человека на окружающую среду. Для оценки качества состояния поверхностных вод России, предупреждения возникновения неблагоприятных изменений, и, в конечном счете, решения проблемы обеспечения чистоты природных вод осуществляется мониторинг качества поверхностных вод, в том числе по гидробиологическим показателям (постановление Правительства Российской Федерации от 6 июня 2013 г. № 477). Режимные наблюдения за загрязнением поверхностных вод суши (далее — ПВС), а также прибрежных морских вод по физическим, химическим и гидробиологическим показателям осуществляет государственная сеть наблюдений Росгидромета.
Гидробионты, как индикаторы состояния среды водного объекта, дают один из самых надежных откликов на изменение качества поверхностных вод на достаточно продолжительном временном отрезке, что позволяет установить факт нерегулярных или скрытых химических воздействий даже при проведении нескольких отборов в год.
Однако в биологической оценке можно столкнуться с существенными ограничениями точности и разрешающей способности. Биологические критерии на данный момент самостоятельно не способны однозначно ответить на вопрос о качестве водного объекта т.к. не имеют установленных норм предельного воздействия.
Поэтому, для надежной и эффективной оценки состояния вод необходимо совместное использование биологических, химических и токсикологических (биотестовых) методов.
Получаемая при проведении гидробиологических наблюдений информация позволяет решать следующие задачи мониторинга состояния и загрязнения поверхностных водных объектов:
оценить качество воды ПВС как среды обитания организмов;
выявить и оценить опасность протекающих в наблюдаемых водных объектах негативных биологических процессов;
определить экологический эффект суммарного воздействия антропогенной нагрузки на водные биоценозы.
Выполнение гидробиологических наблюдений в составе системы мониторинга состояния загрязнения поверхностных вод, с одной стороны, повышает информативность и надежность оценки качества поверхностных вод по гидрохимическим показателям, а с другой стороны, позволяет провести оценку состояния экосистем ПВС, в том числе оценить воздействие антропогенного загрязнения на экосистемы водоемов. Только система гидробиологических наблюдений позволяет получить информацию о непосредственном отклике биоты на изменение внешней среды и оценить состояние водных биоценозов.
Гидробиологические наблюдения в системе Росгидромета
Систематические наблюдения за загрязнением ПВС по гидробиологическим показателям Госкомгидрометом СССР начались в 1974 г., на базе государственной наблюдательной сети (далее ГНС) за загрязнением поверхностны вод. В основу организации и проведения наблюдений на ГНС за качеством ПВС заложены следующие основные принципы:
массовость гидробиологических наблюдений;
комплексность наблюдений по гидрохимическим, гидрологическим и биологическим показателям;
единство методического руководства гидробиологическими наблюдениями за состоянием морских и континентальных вод;
унификация и стандартизация методов гидробиологических наблюдений и контроля (Израэль и др., 1981).
На начальном этапе в систему гидробиологических биоиндикационных наблюдений закладывался принцип осуществления работ, как на пресноводных объектах, так и в морских прибрежных пунктах наблюдений (Израэль и др., 1981).
Внедрение в систему мониторинга водных объектов гидробиологических методов биоиндикации было необходимо по целому ряду причин (Абакумов, Сущеня, 1991).
Во-первых, доминирующая система оценки состояния водных объектов на основе сравнения значений показателей загрязнения в воде с предельно-допустимой концентрацией веществ (ПДК) имела и имеет ряд недостатков. Основной недостаток заключается в том, что нормативы ПДК установлены для более 1000 химических соединений (Мелиорация…, 1988), а наименований загрязнителей, сбрасываемых в водные объекты, гораздо больше. Кроме того, система ПДК не позволяет учесть отклик экосистем на концентрацию загрязнителя, а также региональные и локальные особенности водного объекта.
Во-вторых, в водных экосистемах образуются сложные комплексы различных химических соединений антропогенного происхождения, которые не могут быть учтены методами гидрохимии, и которые могут быть токсичнее исходных.
В-третьих, методы гидробиологической индикации позволяют получить объективные данные о состоянии водных объектов и их экосистем при антропогенном воздействии на них, как в текущий момент, так и с учетом предшествующего отбору периода в многолетней динамике.
Использование методов химического анализа и биотестирования не учитывают фактор возможного биологического загрязнения — внедрение малоценных и вредных для биоценозов гидробионтов и патогенных организмов. Такие изменения выявляются биоиндикационными методами. Гидробиологические данные позволяют проводить оценку эффективности мероприятий по защите и экологической реабилитации водных объектов. Анализ недостатков методов оценки на основе ПДК приведен в работе Булгакова Н.Г. «Индикация состояния природных экосистем и нормирование факторов окружающей среды. Обзор существующих подходов» (Булгаков, 2002).
В целом, гидрохимические методы применимы при наличии конкретного загрязнения в момент сбора материала, в то время как использование методов гидробиологической биоиндикации позволяет оценить долговременные последствия влияния загрязнителей на экосистему в целом (Абакумов, 1979; Израэль и др., 1981а,б).
Ведущая роль в организации, методическом становлении и развитии гидробиологического мониторинга принадлежит д.б.н., проф. В.А. Абакумову. С 1974 по 1981 гг. научно-методическое руководство гидробиологическими наблюдениями на ГНС осуществлялось Институтом прикладной геофизики Росгидромета (ИПГ, г. Москва) под непосредственным руководством работами В.А. Абакумовым.
При создании сети были сформулированы следующие основные требования к выбору пунктов:
охват основных водных объектов, имеющих большое народнохозяйственное значение;
наблюдения на фоновых пунктах с наименьшей антропогенной нагрузкой, в границах заповедников и других особо охраняемых природных территорий;
объекты, испытывающие высокие антропогенные воздействия, расположенные в зоне высокого уровня загрязнения и экологического бедствия.
Сеть быстро развивалась и к 1980 году в 28 лабораториях, действующих в составе гидрометеорологических обсерваторий сети Госкомгидромета СССР было задействовано 126 сотрудников, из них 11 кандидатов биологических наук (Израэль и др., 1981 б).
По результатам гидробиологических наблюдений с 1977 по 1981 г. ИПГ ежегодно выпускал «Обзор состояния поверхностных вод СССР по гидробиологическим показателям» (Обзор состояния…, 1978) под научной редакцией В.А. Абакумова. Последний такой обзор был сделан за 1981 год (Обзор состояния …, 1983).
С 1982 года научно-методическое руководство и выпуск ежегодного обзора были закреплены за Гидрохимическим институтом Росгидромета (ГХИ) в г. Ростов-на-Дону, осуществлявшим научно-методическое руководство системой гидрохимического контроля качества поверхностных вод. Объединение научно-методического руководства мониторингом поверхностных вод по гидробиологическим и гидрохимическим показателям в составе единого научного учреждения позволило существенно продвинуть развитие методов анализа и оценки данных гидробиологических наблюдений. Развивались работы по сопоставлению гидробиологических показателей с гидрохимическими данными, унифицировались подходы к интерпретации данных. При унификации подходов изменилось и название ежегодного обзора. По аналогии с Ежегодником качества поверхностных вод по гидрохимическим показателям в ГХИ приступили к выпуску Ежегодника качества поверхностных вод Советского Союза по гидробиологическим показателям (Ежегодник качества…, 1983). Научное руководство работами и подготовку Ежегодника на тот момент осуществляли к.х.н. Л.В. Бражникова и к.х.н. В.А. Брызгало. Планировался переход на выпуск единого Ежегодника, в котором оценка состояния водных объектов и качества воды будут сделаны на основе согласования гидрохимических и гидробиологических данных (Ежегодник качества…, 1985).
С 1989 года, накануне создания Института глобального климата и экологии Госкомгидромета СССР и АН СССР, ныне Институт глобального климата и экологии Федеральной службы по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды и Российской академии наук (далее ИГКЭ), научно-методическое руководство гидробиологическими наблюдениями и выпуск Ежегодника снова были перенесены в Москву. Научно-методическое руководство работами по наблюдению за загрязнением ПВС в рамках ГСН по физическим, химическим и биотестовым (токсикологическим) показателям по-прежнему осуществлял ГХИ (г. Ростов-на-Дону), по гидробиологическим – ИГКЭ (г. Москва). В подразделениях сети ГНС (Мурманская, Ростовская области, Красноярский край) в дополнение к биоиндикации и гидрохимическим измерениям внедрено биотестирование.
С 1990 года изменяется концепция гидробиологических биоиндикационных наблюдений в ГНС, методы анализа и интерпретации данных, а научным редактором ежегодного обзора вновь становится проф. В.А. Абакумов. В соответствии с новыми подходами к гидробиологическим наблюдениям меняется и название обзора, он стал называться «Ежегодник состояния экосистем поверхностных вод Советского Союза», под таким названием он вышел в 1990 году (Ежегодник состояния экосистем…, 1990).
На пике развития системы наблюдений в 1989 году гидробиологические показатели измерялись на половине пунктов ГНС, а наблюдениями были охвачены все крупные водные объекты СССР в объеме около 2000 створов на 450 водных объектах (см. рисунок. 1). В стране измерения осуществлялись в 30 гидробиологических сетевых лабораториях. В каждом крупном географическом регионе наблюдения проводили как на фоновых объектах, в том числе в ряде государственных природных биосферных заповедников, так и на водных объектах крупных городов и промышленных центров.
Рисунок 1. Развитие гидробиологических наблюдений в СССР в период 1976-1991 гг.
Анализ данных по состоянию бактерио-, зоо- и фитопланктона, макрозообентоса, перифитона, а также синтезу и разложению органического вещества осуществляется через призму экологических модификаций экосистем. Этот метод был разработан под руководством В.А. Абакумова, всесторонне рассмотрен и одобрен к применению Международным симпозиумом «Экологические модификации и критерии экологического нормирования». Согласно данному методу, наиболее существенным системным показателем изменения состояния пресноводных экосистем под воздействием антропогенных факторов является перестройка структуры и метаболизма биоценозов (Абакумов, 1978, 1979). Следует отметить, что такая перестройка происходит на фоне естественной пространственно-временной изменчивости биоценозов. В условиях загрязнения окружающей среды может происходить как увеличение интенсивности метаболизма биоценоза — метаболический прогресс, так и ее уменьшение — метаболический регресс. Изменения структуры биоценозов, связанные с этими явлениями, объединяются общим термином — экологическая модификация (Абакумов, 1991; Израэль, Абакумов, 1991).
Метод экологических модификаций включает следующие градации оценки состояния экосистем:
фоновое состояние;
состояние антропогенного экологического напряжения;
состояние антропогенного экологического регресса;
состояние антропогенного метаболического регресса.
Метод экологических модификаций в сочетании с классическим методом оценки качества поверхностных вод по состоянию отдельных компонентов в полной мере применяется с 1991 года, в том числе в структуре и тексте Ежегодника (Ежегодник состояния…, 1991).
Планировалось также развитие экологического нормирования состояния экосистем на основе экологических модификаций. Предусматривалось выделение трех категорий пресноводных экосистем:
заповедные уникальные экосистемы;
водные объекты, испытывающие умеренную антропогенную нагрузку;
водные объекты с сильно преобразованными или искусственными экосистемами.
Предполагалось, что в экосистемах третьей категории недопустим метаболический регресс, в экосистемах второй категории не допустимо состояние экологического регресса, а впервой категории не допустимы экологические модификации (Израэль, 1984; Израэль, Абакумов, 1991). В этой связи большое внимание уделяется развитию сети наблюдений в государственных природных биосферных заповедниках.
В силу ряда причин эти исследования не были завершены и не внедрены в практику. В большинстве биосферных заповедников так и не были открыты новые пункты, а в период 90-х годов закрыты действующие, как неэффективные в связи с отсутствием источников загрязнения и превышений ПДК по гидрохимическим показателям. Оценка состояния и качества вод на основе ПДК сегодня прочно закрепилась в государственных документах и вытеснила любые альтернативные методологии, которые продолжают разрабатывать ряд исследователей (Шитиков и др., 2003; Левич и др., 2004; Максимов и др., 2009).
После распада СССР, с 1993 года и по настоящее время ИГКЭ выпускает «Ежегодник состояния экосистем поверхностных вод России (по гидробиологическим показателям)». С 2011 года в связи развитием тенденции выпуска электронных публикаций отчетов и обзоров Росгидромета в сети Интернет, Ежегодник больше не издаётся на бумажном носителе, а публикуется исключительно на сайте ИГКЭ (http://www.igce.ru).
За период более 40 лет основные методы и принципы построения сети гидробиологических наблюдений практически не претерпели принципиальных изменений и формализованы в РД 52.24.309-2011 «Организация и проведение режимных наблюдений за состоянием и загрязнением ПВС» (РД 52.24.309-2011).
|
