Экологический мониторинг, его цели и задачи

В целом мониторинг подразумевает проведение наблюдений за каким-либо объектом с целью получения информации о его текущем состоянии и направлении происходящих с ним изменений. Одна из разновидностей мониторинга — экологический мониторинг, который неразрывно связан с природопользованием. Экологический мониторинг представляет собой систему слежения за состоянием окружающей природной среды с целью определения ее количественных и качественных параметров и прогноза состояния в будущем. Объектами экологического мониторинга являются экосистемы в целом и отдельные их компоненты (например отдельные популяции в составе биоценоза, состояние атмосферного воздуха как части биотопа, глобальные климатические изменения), а также источники негативного воздействия на окружающую среду.

Определение количественных и качественных показателей состояния компонентов окружающей природной среды позволяет своевременно принимать меры по недопущению развития экологических кризисов и катастроф. Обладая надежной и полной информацией о состоянии объектов растительного и животного мира, а также компонентов среды обитания, можно осуществить научно обоснованное нормирование уровней негативного воздействия на компоненты окружающей среды и выявить основные источники экологических нагрузок. При этом можно обеспечить поддержание значений основных параметров среды обитания на уровнях, при которых они не будут выходить за пределы диапазона выносливости особей большинства биологических видов.

Существует несколько возможных классификаций систем экологического мониторинга. Например, по масштабам проведения экологический мониторинг можно подразделить на глобальный, региональный и мониторинг локального уровня. Глобальный экологический мониторинг призван оценивать состояние природных систем на уровне биосферы в целом. Система мониторинга регионального масштаба оценивает окружающую природную среду и каналы воздействия на ее состояние в масштабах отдельных регионов планеты и государств. Примером системы мониторинга регионального уровня может служить российская Единая государственная система экологического мониторинга (ЕГСЭМ). Система локального мониторинга следит за состоянием отдельных объектов, например за состоянием атмосферного воздуха в отдельном городском районе или вокруг отдельного источника выбросов загрязняющих веществ. Локальный мониторинг еще называют детальным. Иногда детальный мониторинг считается отдельным самым низшим уровнем мониторинга. В расчете на единицу обследуемой площади локальный (детальный) мониторинг является наиболее затратным, но вместе с тем и одним из наиболее точных способов оценки состояния природных объектов.

В зависимости от объекта наблюдения можно выделить мониторинг состояния атмосферного воздуха, мониторинг водных объектов, мониторинг земель, мониторинг объектов растительного и животного мира, мониторинг недр, климатический мониторинг. Здесь можно упомянуть геофизический мониторинг, при котором исследуются такие параметры среды, как прозрачность атмосферы, мутность воды, метеорологические и гидрологические показатели. Очевидно, что с климатическим мониторингом тесно связана деятельность по наблюдению за погодой, осуществляемая Росгидрометом.

В зависимости от применяемых средств наблюдения можно выделить мониторинг с использованием наземного пешего обследования объектов наблюдения, систему авиационного мониторинга и систему космического мониторинга, когда для наблюдения используют космические аппараты.

Существует классификация систем мониторинга, основанная на типах приборов, используемых для определения параметров окружающей среды и наблюдения за отдельными объектами, например источниками выбросов и сбросов. В целом все виды мониторинга, использующие технические средства наблюдения, называют приборными методами мониторинга. В приборных методах для целей сбора и обработки информации могут применяться самые разнообразные и высокотехнологичные средства наблюдений за состоянием окружающей природной среды. Среди приборных методов контроля особого внимания заслуживают фотографические системы зондирования Земли из космоса, микроволновое пассивное зондирование, оптико-электронные сканирующие системы, радиолокационное активное зондирование, методы инфракрасного пассивного зондирования, активное зондирование в оптическом спектральном диапазоне с использованием лидаров^[1]. Лидар представляет собой оптический прибор, оснащенный источником лазерного излучения и приемником-анализатором отраженного или прошедшего сквозь исследуемую среду лазерного излучения. Приемник может располагаться как непосредственно на излучателе и улавливать вернувшийся сигнал либо располагаться на удалении от источника излучения и анализировать спектральный состав и остаточную мощность сигнала, прошедшего сквозь исследуемую среду. Лидары используют для определения состава атмосферы и в некоторых случаях гидросферы. При помощи лидара можно определить, например, наличие и концентрацию в атмосферном воздухе аэрозольных частиц, некоторых газообразных примесей, влажность и температуру воздуха.

Фотографические системы работают в различных частотных диапазонах, осуществляя так называемую спектрозональную съемку в диапазонах длин волн от 450 до 950 нм. Использование в процессе съемки отдельных спектральных диапазонов позволяет хорошо выделять определенные экологические объекты. Например, при исследовании в ближнем ИК-диапазоне при длине волн от 0,7 до 0,9 мкм можно хорошо фиксировать элементы земной поверхности, и в частности геологические объекты. При этом изображение растительного покрова сильно ослаблено, что облегчает поиск полезных ископаемых. Снимки в ближнем ИК-диапазоне весьма полезны для дешифровки тепловых свойств поверхности суши и воды, а также элементов гидрографической сети.

Помимо приборных методов экологический мониторинг может осуществляться с использованием методов биоиндикации и биотестирования. Такой вид мониторинга иногда называют биологическим мониторингом или биомониторингом. Под биоиндикацией понимают оценку качества среды по наличию или отсутствию в ней специфических организмов, называемых организмы-индикаторы. В качестве организмовиндикаторов используют организмы, особенно чувствительные к наличию или отсутствию в окружающей среде того или иного компонента. Например, отсутствие лишайников в биогеоценозах таежной зоны может свидетельствовать о наличии в воздухе значительного количества загрязнителей. Обитающие в водоеме раки могут свидетельствовать о сравнительно высоком качестве воды.

В отличие от биоиндикации биотестирование подразумевает сознательное привнесение в исследуемую среду организмов, выполняющих роль тест-объектов, и последующее наблюдение за их состоянием. Например, в резервуарах очищенных вод на водопроводных станциях и очистных сооружениях сточных вод зачастую содержат раков, по состоянию которых судят о качестве произведенной водоподготовки или о степени очистки стоков. Преимуществом таких методов мониторинга является возможность гарантированно и комплексно контролировать качественный состав среды.

В зависимости от объекта биоиндикации различают индикацию состояния атмосферного воздуха, гидроиндикацию (состояние воды), литоиндикацию (состояние почвы), галииндикацию (уровень солености) и прочие виды биоиндикации.

Помимо названных существуют и другие принципы классификации систем мониторинга. В связи с этим с вопросами природопользования тесно связаны такие виды мониторинга, как геофизический, биологический, социально-медицинский и промышленный^[2].

Как следует из названия, геофизический мониторинг заключается в наблюдении, оценке и прогнозе состояния и изменений геофизической среды. В рамках геофизического мониторинга осуществляется наблюдение, оценка и прогноз состояния таких крупных геофизических систем, как климат, глобальные атмосферные процессы, геомагнетизм и т. д.

Биологический мониторинг осуществляет наблюдения за биологическими объектами, например за лесными массивами, микроорганизмами, с целью установления самых различных параметров. К таким параметрам в зависимости от конкретных задач наблюдения могут относиться видовое разнообразие, численность, плотность, присутствие в среде патогенных форм микроорганизмов, степень поврежденное™ лесонасаждений и т. д.

Медицинский мониторинг предполагает наблюдение, оценку и прогноз состояния здоровья населения. В рамках медицинского мониторинга зачастую проводят наблюдения и оценивают состояние наиболее чувствительных к антропогенным воздействиям популяций растений и животных.

Промышленный мониторинг помимо прочего призван обнаруживать выбросы вредных веществ в атмосферу, водную среду, а также осуществлять сбор информации о распространении загрязняющих веществ.

Важное место в получении достоверных сведений о состоянии окружающей среды в целом и ее отдельных компонентов играет техника проведения наблюдений и отбора проб. Для получения достоверных сведений один и тот же объект наблюдения должен исследоваться несколько раз подряд, что позволяет получить ряд данных и снизить влияние ошибок измерений на конечный результат. Проведение наблюдений опирается на принципы статистического анализа данных. Целью многократного измерения одного и того же параметра исследуемого объекта является уменьшение размера погрешности или отклонения от истинного значения, обозначаемого обычно значком ±Д. С увеличением количества измерений растет вероятность того, что исследуемая величина будет измерена с заданной точностью и, соответственно, снижается вероятность ошибки. Задавшись определенной допустимой величиной погрешности и данными по точности используемых измерительных приборов, можно с помощью статистических методов рассчитать необходимое количество замеров того или иного параметра для обеспечения необходимой точности и надежности полученных результатов. Для получения 100% надежных результатов количество необходимых измерений и стоимость проведения работ устремляются в бесконечность. По этой причине во многих случаях они задаются величиной надежности измерений в пределах 95%.

Помимо обеспечения статистической достоверности при проведении мониторинга компонентов окружающей среды, важное значение имеет правильность техники отбора проб, если наблюдения связаны с этим. Способы отбора проб существенно различаются в зависимости от изучаемых компонентов среды.

Пробы воздуха могут отбираться в основном двумя методами: аспирационным и отбором проб в сосуды. При аспирационном методе производится прокачивание определенного объема воздушной среды через химические поглотители среды или через физические детекторы компонентов. Отбор проб в сосуды состоит в заключении необходимого объема воздушной среды в специально подготовленный сосуд. В дальнейшем отобранный воздух исследуют на наличие или отсутствие интересующих исследователя примесей. Метод отбора проб в сосуды требует высокочувствительных методик анализа, так как объем анализируемого воздуха в этом случае весьма ограничен.

Отбор проб воды осуществляется с помощью чистых емкостей, в качестве которых чаще всего используют пластиковые бутылки из полиэтилена высокой плотности (маркировка РЕТ) объемом 1,5—2 л. Важно время, прошедшее с момента отбора проб до момента начала анализов. Это связано с деятельностью микроорганизмов, присутствующих в воде. Так как после отбора проба воды закрывается в ограниченном объеме, нарушается нормальный газообмен с окружающей средой и при наличии в воде легко окисляемых примесей могут возникнуть существенные изменения концентрации кислорода в воде, а также появление примесей, связанных с деятельностью микроорганизмов в условиях дефицита кислорода. Поэтому в случае невозможности своевременной доставки пробы воды в лабораторию пробу необходимо хранить в холодильнике.

Важным является и место отбора проб. Отбор проб воздуха осуществляют в приземном слое на высоте около двух метров, так как именно в этом слое воздуха располагаются органы дыхания большинства людей. Однако при исследовании состава промышленных выбросов пробы берут на выходе из источника, например на выходе из трубы. Место отбора проб воды сильно зависит от объекта исследований и цели наблюдений. Например, при исследовании качества водопроводной воды необходимо 1—2 мин пропускать воду из крана, после чего произвести отбор пробы. Если отбор проб воды осуществляется из открытых водоемов, то это необходимо делать по возможности дальше от берега, чтобы исключить появление примесей, не характерных для водоема в целом, и аномального изменения органолептических показателей, таких как цвет, вкус, запах^[3]. Помимо этого, проба воды из открытого водоема может быть точечной или объединенной (на основе нескольких точечных проб).

• [1] См.: Кузнецов Л. М., Николаев А. С. Экология: учебник и практикум для прикладного бакалавриата. 2-е изд., перераб. и доп., 2016.
• [2] См.: Кузнецов Л. М., Николаев А. С. Экология.
• [3] ГОСТ 31 861– — 2012. «Вода. Общие требования к отбору проб».