1.3. Расчёты массового баланса
Одним из центральных подходов комплексного мониторинга является мониторинг баланса масс основных химических компонентов в пределах участка. Основой для него является гидрологический баланс, который может быть описан как:
P - E = R ± ΔS
где P = Осадки, E = Эвапотранспирация, R = Сток и ΔS = Изменение в накоплении
Этот подход заключается в исследовании внешних потоков открытой системы (рис. 1.3). Цель подхода – измерение потоков и со временем контроль их показателей. Простой массовый баланс может в дальнейшем быть разделён на более сложные для изучения отношения доза-эффект (отклик) (рис. 1.3).
Рисунок 1.3. Потоки веществ в лесных экосистемах. Модели разной сложности могут быть использованы для описания баланса масс экосистемы.
1.4. Применение моделей
Предсказание экосистемного отклика на изменение в нагрузке загрязняющих веществ и условий окружающей среды необходимы как с научной, так и с политической точек зрения. Прогнозы дают основу для разработки и количественной оценки компенсационных мероприятий. С этой точки зрения, весьма результативными являются, математические имитационные модели, способные прогнозировать экосистемный отклик на будущие варианты осаждения загрязнений. Такие модели должны иметь возможность описывать физические, химические и биологические взаимодействия, наблюдающиеся в экосистеме. Степень повреждения экосистемы можно оценить при условии, что модели основываются на принципе «доза – эффект». Результат, получаемый с использованием модели настолько точен, насколько точны вводимые данные. В связи с чем, очень важную роль играет комплексный подход, нацеленный на выявление функций системы, а так же предоставление достаточных данных для калибровки модели.
К выбранным станциям МСП КМ (Forsius, M., Guardans, R... 1998, Forsius, M., Alveteg, M., … 1998, . Jenkins, A., Larssen, T., Moldan, F., Hruška, J., Krám, P. and Kleemola, S. 2003) уже были применены три общеизвестные динамические биогеохимические модели (MAGIC, SAFE, SMART). Преимущество применения одной и той же модели на большом количестве точек исследования, в том, что может быть использован последовательный подход и может быть произведено сравнение. Единожды созданная модель, охватывающая многие точки исследования, может быть использована для оценки долгосрочных изменений и стратегий борьбы с выбросами в политике, а так же для изучения тенденций изменения получаемых данных. Это один из самых действенных способов использования данных МСП КМ для поддержания работы в рамках Конвенции о трансграничном загрязнении воздуха на большие расстояния, в будущем эта тема должна стать приоритетной. Что требует постоянных усилий по улучшению процедур сбора данных и отчётности в программе КМ.
Широко раскинувшаяся сеть станций МСП КМ идеально подходит для применения моделей, но не для их разработки. Что подтверждается преимуществами использования центральной базы данных, позволяющей использовать общий подход к управлению данными и объединению их для калибровки моделей. Развитие модели требует специальной разработки технологий отбора проб и экспериментов. Сильная сторона моделирования нагрузки в МСП КМ заключается в оценке возможных сценариев с использованием обширной сети станций наблюдений и в развитии технологий для связи моделей с комплексной оценкой экологических изменений и с использованием доступных интегрированных наборов данных.
В настоящее время доступные модели, как правило, сосредоточены на одном компонентов экосистемы, например атмосферных осадках, почве/химическом составе почвенного раствора или на биологии почвы. Биологические модели, требуют дальнейшего развития для достижения механистического уровня гидрохимических моделей и моделей атмосферных выпадений загрязняющих веществ. Тем не менее, эти модели, если они связаны с гидрохимическими, обеспечивают плодотворные прогнозы, например, долгосрочные отклики растений и растительности на изменения в потоках выпадений загрязнителей.
Не все существующие методы моделирования процессов, идущих в природных экосистемах, адекватно учитывают воздействие озона и тяжёлых металлов, и даже роль азота ясна не до конца. Однако задачей МСП КМ не является разработка методологии моделирования. При этом вновь разработанные модели могут применяться в рамках программ комплексного мониторинга, так же, как и существующие ныне корректные модели. Новые подходы к моделированию природных процессов находят широкое применение в рамках МСПКМ, которая предоставляет уникальную базу данных для проверки и тестирования таких моделей.
1.5. Биоиндикация
Определение биологических откликов на изменения внешней среды необходимо в связи с тем, что биологические организмы дают интегрированные отклики на изменение экосистемы. Это самый древний и наиболее эффективный способ обнаружить систёмные сдвиги в состоянии природной среды. Такой подход получил название биоиндикация, а виды или группы организмов, за состоянием которых ведутся наблюдения, называются биоиндикаторами.
Использование биоиндикаторов основано на негативной реакции любого биологического организма на ухудшение условий его существования. При этом, набор реакций на множественное отрицательное воздействие изменений окружающей среды, как правило, у биологического организма довольно ограничен. Организм начинает «болеть», после чего либо погибает, либо покидает (если может) данную местность, либо существенно ухудшает показатели своего здоровья, которые можно определить визуально или с использованием специальных, как правило, не очень трудоёмких измерений.
По реакциям выбранных биологических объектов – биоиндикаторов мы получаем информацию о наличии отклика экосистемы в целом или её компонента на изменения среды. Поэтому, крайне важно определить нужный биоиндикатор, который окажется наиболее информативным и чувствительным для определения негативного воздействия на функционирование экосистемы в целом. Использование методов биоиндикации также позволяет определить причинно-следственные связи в экосистеме и установить зависимости типа «доза – эффект», например при выборе индикатора по принципу наиболее слабого звена.
Зачастую бывает совершенно неясно, какое конкретно загрязняющее вещество или другой фактор были причиной эффекта и, соответственно, делать выводы о прямой зависимости между видом-индикатором и загрязняющим веществом нельзя. Особенность интегрального подхода заключается именно в том, что тот или иной объект-индикатор только сигнализирует нам, что что-то в его жизни изменилось.
Явным преимуществом МСП КМ в подходе к мониторингу экосистем является возможность одновременного использования и сочетания биологических переменных, в том числе данных биоиндикации, с широким спектром данных физико-химических измерений.
В Оценочном докладе по интегрированному мониторингу (Evaluation of Integrated Monitoring … 1992) рост лесов и состояние их питания признаны наиболее важными переменными с точки зрения моделирования процесса. Вместе с тем, рекомендуется использовать многочисленные самостоятельные биологические переменные. Эти многочисленные биологические параметры, которые непосредственно не используются при моделировании, но могут быть индикаторами изменений.
Существует множество биологических параметров, которые могли бы быть использованы для целей МСП КМ, но не нашли своего отражения в программе и в данном руководстве. Причина в том, что пригодность определённого биологического параметра для включения его в программу долгосрочного международного мониторинга зависит от многих факторов, в том числе продвижении методологии в разных странах, стоимость необходимого оборудования и материалов, наличие квалифицированного персонала, возможностей и источников финансирования. Недостаточное развитие методической базы для применения многих информативных биологических параметров является одной из основных проблем развития комплексного мониторинга состояния экосистем.
Многие аспекты биоиндикации требуют национального развития из-за специфических условий в каждой стране, участнице МСП КМ.
|
