Мониторинг и критерии оценки экологического состояния растительного покрова

Основная задача мониторинга — контроль состояния растительности в зоне влияния источника воздействия (предприятия или экологического фактора) и анализ изменения основных характеристик растительного сообщества. Оценка экологического состояния растительности (и ландшафта в целом) предполагает использование различных показателей. Анализ характеристик индикаторных показателей позволяет оценить степень угрозы деградации и вычленить роль разных факторов в техногенной трансформации растительности. Сравнение производится на основании геоботанических описаний пробных площадок в зоне непосредственного воздействия, в пределах санитарно-защитной зоны (СЗЗ) и на границе СЗЗ (для предприятия) с аналогичными сообществами вне зоны воздействия (фон). Поскольку официальных нормативов допустимых концентраций для растительности не существует, оценка воздействия источников загрязнения проводится в основном посредством сравнения измеренных в ходе мониторинга значений показателей с их фоновыми величинами.

Пробные площадки на топологическом профиле закладываются с учетом ландшафтного разнообразия и градиента фактора воздействия. Они охватывают участки с различной степенью поражения экосистем и ненарушенные. Пространственное размещение и количество пробных площадок для наблюдений за растительным покровом совпадает с количеством пробных площадок для экологического мониторинга почвенного покрова. Количество проб с площадок зависит от видового состава, биопродуктивности и фенофазы растительных сообществ и в каждом конкретном случае решения по этому поводу принимаются исполнителем на месте согласно методике работ.

Производственная деятельность нромплощадки может воздействовать на флору и растительный покров прилегающих территорий следующим образом:

• — путем изменения местообитания видов растений и сообществ, что может проявиться в связи с выпадением пыли на поверхность почвы, которое происходит, в основном, вблизи источника воздействия и уменьшается по мере удаления от него;
• — накоплением отдельными видами растений элементов, в том числе и токсических, происходящим в основном из почвы. Источником поступления в растения загрязняющих элементов могут служить горные породы, формирующие ореолы рассеяния, а также вещества, поступающие аэрогенным путем. Растения вовлекают в биогеохимический цикл большое количество различных элементов.

Объекты наблюдения — отдельные фитоценозы, отдельные виды растений-индикаторов, сельскохозяйственные культуры и растительные сообщества на пробных площадках. При выборе объектов должны выполняться следующие требования: относительная быстрота сбора информации, получение достоверных и воспроизводимых результатов, при этом погрешность получаемой информации должна быть незначительной. Выбор объектов-индикаторов основывается на анализе структурных и функциональных признаков. Выбор объектов мониторинга проводят с учетом возможных типов воздействия (кратковременный залповый выброс, постоянные или переменные утечки загрязняющих веществ, пожары) и типов реакции биологических систем на эти воздействия (гибель организмов, быстрые и значительные отклонения признаков от нормы, «накопление» воздействий с последующим отложенным проявлением реакции). Виды со значительным временем жизни могут использоваться в качестве индикаторов при необходимости оценки длительных воздействий.

Выбор растений-индикаторов и методика проведения режимных наблюдений. Обычно в качестве индикаторов выбирают растения, максимально аккумулирующие загрязняющее вещество. К числу таких растений относятся лишайники, сфагновые мхи, основные доминанты различных ярусов растительного сообщества и водные макрофиты. Выбор вида-индикатора или его органа (листьев, корней, плодов) требует соблюдения следующих требований: распространенность, обильность и присутствие на всех пробных (учетных) площадях, простота идентификации. Как правило, используют виды — доминанты каждого яруса или их части, а также наиболее распространенные виды мхов и лишайников. Геоботаническое описание пробной площади проводится стандартным методом с оценкой состава, структуры, продуктивности, фенологического развития, обилия и жизненности видов, проективного покрытия, состояния индикаторных показателей, фитопатологических особенностей — наличия аномалий развития, берутся пробы для выявления биохимической аккумуляции токсикантов.

Наиболее сезонно изменяющейся частью фитоценозов являются травянистые растения и листопадные древесные породы. Большая часть наблюдаемых параметров фитоценозов зависит от погодных условий, поэтому очень важно, чтобы сравниваемые параметры были определены в одни и те же сроки и фенофазу. Структуру и состав растительного покрова лучше всего описывать в фазу цветения основных доминантов, а продуктивность — в августе.

Кроме традиционных геоботанических описаний на пробных (учетных) площадях производится определение таких индикаторных критериев состояния растительного сообщества, как нарушение естественного хода сукцессии.

Отбор проб растительности. Для веществ, которые попадают в растения из почвы, необходимо учитывать тот факт, что определяемые соединения могут прочно связываться с внутренними тканями растения. Для их определения следует применять специальные методы. В случае попадания в пределы воздействия сельскохозяйственных угодий, где выращиваются продукты растениеводства, в ряде случаев необходимо определение химического состава растений для выявления накопления ими загрязняющих веществ. В основном, это тяжелые металлы (мышьяк, ртуть и др.) и органические токсиканты (бензопирен, фенол, нефтепродукты, диоксин, ядохимикаты, пестициды и пр.). Для контроля рекомендуется отбирать растения, не подвергавшиеся химическому воздействию.

Временной режим. Съемка стартового состояния структуры и состава растительного покрова производится на начальном (фоновом, нулевом) этапе и затем проводятся ежегодные контрольные оценки. Временной диапазон мониторинговых исследований может корректироваться по результатам предыдущих этапов исследований.

Формы представления результатов. Картосхемы, анализ фенологических наблюдений, продуктивности, видового состава и структуры растительности, оперативная информация в виде отчетов.

Методы прогнозирования. Составление картосхем тенденций изменения в составе и структуре растительного покрова, анализ состояния растительного покрова. Программные решения по мониторингу растительного покрова принимаются в нормальном и аварийном режимах — регламент разработан для мониторинга в нормальном режиме, в аварийных ситуациях временной режим меняется в соответствии с характером и масштабом аварии.

Для мониторинга состояния растительности возможно использование данных спутниковой съемки, поскольку уровень содержания хлорофилла в растениях является косвенным показателем актуального состояния растительного покрова. Карты, составленные автоматизированным способом, безусловно, имеют ряд погрешностей, но играют важную роль для экстраполяции точечных наземных данных при оценке территории по степени нарушенное™ растительного покрова [Корец, Рыжкова, Барталев].

Уровни нарушений. Изучение растений и растительного покрова в ходе мониторинга позволяет решать целый комплекс задач, обеспечивающих выявление естественного состояния наземных экосистем данной территории, их устойчивости, направлений и причин динамических смен. В настоящее время большинство исследователей предлагает выделять 4 уровня природно-антропогенных экологических нарушений: нормы (Н), риска (Р), кризиса (К) и бедствия (Б).

Уровень экологической норм ы — это территории без заметного снижения продуктивности и устойчивости экосистем. Значение прямых критериев оценки ниже ПДК или фоновых. Деградация земель менее 5 % площади.

Уровень риска — зона экологического риска, территория с заметным снижением продуктивности и устойчивости экосистем, их нестабильным состоянием, но еще обратимыми нарушениями. Необходимо планирование мероприятий, но их улучшению. Значения прямых критериев оценки незначительно превышают ПДК или фон. Деградация земель от 5 до 20% площади.

Уровень кризиса — зона неудовлетворительного состояния среды, территория с сильным снижением продуктивности, потерей устойчивости и трудно обратимыми нарушениями. Здесь необходимо выборочное хозяйственное использование и планирование глубокого улучшения. Значения прямых критериев оценки значительно превышают ПДК или фон. Деградация земель от 20 до 50% площади.

Уровень бедствия — зона экологического бедствия, территория с полной потерей продуктивности, практически необратимыми нарушениями экосистем, исключающими их из хозяйственного использования. Значения прямых критериев оценки в десятки раз превышают ПДК или фон. Деградация земель более 50 % площади. Кроме статических критериев, при оценке нарушений используются динамические — скорость нарастания неблагоприятных изменений среды. Например, выделяются сильно динамичные территории с большой скоростью изменений, когда полная смена растительного покрова происходит менее чем за 25 лет.