авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:     | 1 ||

631.46 воробейник евгений леонидович экологическое нормирование токсических нагрузок на наземные экосистемы

-- [ Страница 2 ] --

Биотестирование выполнено для лесной подстилки и почвы (по 75 образцов), отобранных в ельниках - пихтарниках, расположенных в районе СУМЗа в фоновой (20 км в западу от завода), буферной (4.5 км) и импактной (1 км) зонах токсической нагрузки. В каждой зоне образцы отбирали с площадки 100x100 м. В качестве тест объекта для оценки токсичности использовали проростки одуванчика лекарственно го. Для данного вида известно, что семенное потомство одного растения представля ет собой чистую линию. Использование такого генетически однородного материала позволяет максимально сократить вариабельность, вносимую индивидуальной гене тической изменчивостью. Токсичность субстрата оценивали по корневому тесту.

Семена проращивали методом рулонной культуры в сосудах, содержащих суспензию подстилки или почвы в дистиллированной воде в следующих пропорциях: для под стилки - 1:10 (первый эксперимент) и 1:50 (второй эксперимент), для почвы - 1: (первый эксперимент) и 1:10 (второй эксперимент). Растения культивировали в тече ние двух недель при постоянной температуре и искусственном освещении, ежеднев но доливая воду в сосуды для поддержания начальных условий разведения. В каждый вариант изначально закладывали по 70 семян. В конце эксперимента у каждого про ростка измеряли длину корня с точностью до 1 мм, а также отмечали наличие некро зов. Объем выборки при биотестировании подстилки в первом эксперименте соста вил 2330 проростков, во втором - 4125 (для почвы 4425 и 2500 соответственно).

Зависимость между загрязненностью подстилки и реакцией биотеста в масш табе всего градиента хорошо описывается S- образной логистической кривой (рис. 19). В пределах буферной зоны максимальные значения токсичности соизмери мы со значениями в импактной зоне;

в свою очередь, минимальные значения равны фоновому уровню. При оперировании индексом нагрузки, который рассчитан по кон центрациям подвижных форм металлов обнаруживаются «выпадающие» образцы из импактной зоны с низкой фитотоксичностью, которая соответствует высокому содер жанию металлов. Однако именно в данных образцах зарегистрированы очень низкие для импактной зоны значения кислотности: рН равен 5.5, в то время как для осталь ных - он лежит в интервале 3.7 - 4.5. Использование индекса нагрузки, рассчитанно го по обменным формам металлов, все расставляет по своим местам: прежде выпа дающие точки из импактной зоны сдвигаются к облаку буферных точек и логисти ческая функция значительно лучше аппроксимирует дозовую зависимость.

Результаты биотестирования почвы существенно отличаются от результатов для подстилки. Различия касаются двух аспектов: очень большого разброса токсичности в фоновой зоне и крайне нестабильного «положения» образцов из буферной зоны при раз ной концентрации суспензии. При выяснении причин большого разброса между образ цами фоновой зоны оказалось, что аномально низкие значения длины корня, равные значениям при биотестировании почвы из импактной зоны, связаны не с различиями в концентрациях тяжелых металлов, а с высокими значениями гидролитической кислотно сти. Учитывая тесную связь разных параметров почвенного поглощающего комплекса между собой, можно предположить, что разброс в фоновых образцах связан с известным эффектом эндогенной токсичности почвы, обусловленным повышенным выходом в по чвенный раствор алюминия и марганца при увеличении кислотности. Неустойчивое «по ложение» в дозовой зависимости образцов из буферной зоны важно в контексте обсуж даемой проблемы триггерного эффекта. При менее концентрированной суспензии облако буферных точек полностью совпадает с облаком фоновых, а при более концентрирован ной - импактных. Следовательно, относительно небольшое смешение параметров по чвенного раствора «переключает» реакцию биотеста с фонового уровня на импактный.

Безусловно, использованный нами корневой тест - очень упрощенная модель реакции биоты на токсическую нагрузку. Тем не менее, в полученной дозовой зави симости наблюдается выраженный триггерный эффект: в буферной зоне разброс фитотоксичности покрывает почти весь диапазон возможных значений, а переход от фонового уровня к импактному занимает небольшую долю от общей величины всего градиента нагрузки. Следовательно, пространственное варьирование концен траций поллютантов в буферной зоне даже в пределах относительно небольшого участка приводит к возникновению нелинейности в реакции биоты и может слу жить объяснением триггерного эффекта. Учитывая, что при биотестировании ис пользована генетически однородная выборка, можно говорить о том, что именно высокое пространственное варьирование содержания токсичных форм тяжелых металлов, которое, в свою очередь, определяется наложением двух пространствен ных мозаик - валового содержания и кислотности субстрата - ключевой механизм возникновения триггерного эффекта в реакции биоты на токсическую нагрузку.

Глава 8. Авторская концепция экологического нормирования токсических нагрузок на наземные экосистемы Анализ теоретических основ экологического нормирования и существующих подходов к определению критических нагрузок, полученные результаты по методи ческим аспектам свертывания информации о загрязнении и состоянии биоты, а также по дозовым зависимостям для экосистемных параметров позволили нам раз работать концепцию экологического нормирования для случая аэрогенного загряз нения наземных экосистем от локальных источников выбросов.

8.1. Основные допущения и ограничения концепции При разработке концепции были сделаны следующие существенные упроще ния и допущения: 1) все рассуждения ведутся в предположении, что экосистемы как в фоновом, так и в трансформированном состоянии находятся в стационарных режимах функционирования (это позволяет зависимости доза - время - эффект редуцировать до зависимостей доза - эффект);

2) нормативы разрабатываются для определенной структуры выбросов, а при ее существенном изменении необходима разработка нового норматива;

3) схема исследований может быть корректно осуще ствлена лишь в том регионе, фоновая среда которого мало отличается от доиндус триального состояния, т.е. сама считается «хорошей».

В концепции имеются следующие слабые места: 1) разбиение параметров био ты на группы по значимости осуществляется экспертным путем;

2) в полученном нормативе не учитываются возможные отдаленные последствия действия загрязне ния;

3) нормативы не имеют запаса прочности;

4) вторичные нормативы базируют ся на материалах официальной статистической отчетности о выбросах, которые мо гут быть неполными.

8.2. Основные положения концепции 1. Характерный пространственный масштаб в данном варианте нормирования - локальный, соответственно, основной объект при разработке нормативов - био геоценоз (экосистема в пределах элементарного водосборного бассейна). Это обус ловлено двумя обстоятельствами: 1) размеры биогеоценоза существенно меньше зоны влияния крупных источников выбросов (т.е. его можно считать «точкой» про странства);

2) биогеоценоз соответствует характерному пространственному масш табу восприятия природы человеком.

2. Все множество параметров, которыми можно описать экосистему, делится на два подмножества: основных и коррелятивных. К первому относят параметры, непосредственно удовлетворяющие потребности человека, либо обеспечивающие устойчивое функционирование экосистемы и вклад в функционирование экосистем более высокого ранга;

ко второму - коррелятивно связанные с первыми, но непос редственно не интерпретируемые в ценностных шкалах.

3. Предельные нагрузки находят путем определения критических точек в до зовых зависимостях, построенных для всех основных и коррелятивных перемен ных, закономерно изменяющихся в градиенте загрязнения. Под критической точкой понимается начало наиболее стремительного изменения параметра. Для построе ния дозовой зависимости необходимо проведение натурных исследований экосис тем, испытывающих воздействие от источника выбросов. Интерпретация результа тов базируется на пространственно-временных аналогиях: пространственный гра диент считается «образом» сукцессионных смен.

4. Предельно допустимая нагрузка - это минимальная из предельных нагрузок по набору параметров. Набор основных параметров определяет текущий (оператив ный) норматив, коррелятивных - ознакомительный (перспективный) норматив. Нор матив имеет смысл кратности снижения выбросов до такого уровня, при котором параметры экосистем не будут отличаться от фоновых значений на всем пространстве возле источника. При этом достижение норматива может быть осуществлено тогда, когда выбросы снижены по всем ингредиентам (т.е. нормируется совокупная нагрузка от источника эмиссии, а не отдельные ингредиенты его выбросов).

8.3. Последовательность процедур для установления экологических нормативов Экологические нормативы могут быть определены в результате выполнения сле дующих этапов: 1. Выбор полигона (набор пробных площадей в градиенте нагрузки), служащего аналогом для существующих и проектируемых производств. Полигон дол жен отвечать следующим основным критериям: а) источник эмиссии поллютантов дей ствует достаточно долго и трансформация экосистем должна выйти на стационарный уровень;

б) пробные площади должны представлять собой генетически однотипные биогеоценозы;

в) полигон должен «выходить» на региональный фон и не пересекать ся с зонами действия других источников выбросов;

г) структура выбросов и их вели чина должны мало меняться в течении времени действия источника. 2. Измерение ве личины нагрузки на каждой пробной площади полигона. Для этого отбираются образ цы депонирующих сред (снег, почва, подстилка), в которых определяется содержание основных поллютантов. На основе этих данных конструируется агрегационный индекс нагрузки. 3. Регистрация на каждой пробной площади основных и коррелятивных па раметров экосистем. 4. Построение зависимостей доза - эффект для всех регистриру емых параметров, которые закономерно изменяются в градиенте нагрузки;

подбор ап проксимирующих уравнений логистической кривой;

определение координат критичес ких точек логистических кривых для всех параметров и выбор наименьших абсцисс этих точек для подмножества основных и подмножества коррелятивных параметров.

Наименьшие критические нагрузки служат первичными экологическими нормативами.

5. Анализ технологического цикла производства и определение абсолютных и удель ных показателей выбросов. Расчет вторичных экологических нормативов, имеющих смысл абсолютных и удельных показателей производства, при которых нормальное со стояние экосистем наблюдается «у стен завода».

В первом приближении вторичные нормативы могут быть получены на ос нове пропорции из следующего элементарного соображения: существующие ве личины выбросов соответствуют найденной максимальной мере нагрузки, необ ходимо найти такую величину выбросов, которая будет соответствовать полу ченной предельно допустимой нагрузке. При этом не учитывается необходи мость дополнительного снижения нагрузки (а также существенных рекульти вационных мероприятий), которое потребуется для возврата уже деградировав ших экосистем в исходное состояние.

8.4. Экологические нормативы техногенных нагрузок для наземных экосистем Среднего Урала (пример реализации авторской концепции экологического нормирования) На основе анализа материалов по дозовым зависимостям (раздел 7.1) опреде лены минимальные значения критических нагрузок (табл. 8). Соответственно, для района СУМЗа текущий норматив равен 5 - 9% от максимального уровня нагруз ки (необходимая кратность снижения существующего уровня составляет 11 - раз), перспективный - 3 - 6 % от максимального уровня (необходимая кратность - 1 7 - 3 3 раза). Для района КМЗ текущий норматив равен 17 - 27% от максимально го уровня (необходимая кратность снижения 4 - 6 раз), перспективный - 8 - 14 % (необходимая кратность 7 - 1 2 раз).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ Подведены итоги обсуждения проблемы нахождения предельно допустимых экологических нагрузок. Сформулированы основные положения работы.

ВЫВОДЫ 1. В общем виде решение задачи экологического нормирования сводится к анализу зависимостей в системе «антропогенная нагрузка - состояние биоты - ка чество экосистемы». Все разнообразие существующих подходов и концепций в области экологического нормирования порождается конкретизацией общей задачи.

Конкретизация касается выбора: а) пространственно-временного масштаба рас смотрения объектов и процессов;

б) целевых функций использования экосистем;

в) способов измерения величины антропогенной нагрузки;

г) способов описания со стояния биоты;

д) способов нахождения граничных значений нагрузок.

2. Зависимости доза - эффект, описывающие реакцию основных компонентов наземных экосистем на токсическую нагрузку, нелинейны и чаще всего имеют S-образ ный вид, что позволяет удовлетворительно аппроксимировать их логистической фун кцией или комбинацией двух логистических функций. В дозовых зависимостях можно выделить два (в ряде случаев - три) относительно стабильных состояния (фоновое и импактное, в ряде случаев добавляется промежуточное) с резкими переходами между ними. Доля градиента токсической нагрузки, которая приходится на область перехода между стабильными состояниями в большинстве случаев не превышает 5 - 10 %.

3. Дозовые зависимости для структурных показателей экосистем (разнообра зие, доля индикаторных групп) относительно устойчивы во времени, тогда как для функциональных (общая фитомасса) - значительна межгодовая изменчивость.

4. Существуют значительные экотопические различия дозовых зависимостей по положению критических точек. Почвенная биота (по интегральному параметру тро фической активности - мощности лесной подстилки) наименее устойчива в аккуму лятивных элементах ландшафта, наиболее - в элювиальных. Эпифитные лишайники (по параметрам видового разнообразия) наименее устойчивы в более освещенных и увлажненных биотопах по сравнению с менее освещенными и увлажненными.

5. Разные компоненты лесных экосистем имеют близкие минимальные значе ния критических нагрузок (в пределах конкретного района). Для темнохвойных лесов Среднего Урала критические нагрузки от выбросов медеплавильных заводов в отсутствии других видов воздействия составляют 3 - 6 % от максимального уров ня нагрузки для наиболее чувствительных параметров, 5 - 9 % для основных струк турных и функциональных параметров.

6. Относительные значения токсических нагрузок (агрегационные индексы), рассчитанные на основе данных по валовому содержанию или содержанию под вижных форм тяжелых металлов в разных депонирующих средах (снег, лесная подстилка, почва), связаны линейными зависимостями.

7. Варьирование содержания тяжелых металлов (Cu, Cd, Pb, Zn) в природных депонирующих средах (снег, лесная подстилка, почва) значительно увеличивается в условиях промышленного загрязнения в широком диапазоне пространственных мас штабов (от десятков сантиметров - единиц метров до сотен метров - единиц кило метров). Пространственное варьирование выше для обменных форм металлов по сравнению с подвижными формами и до определенной степени возрастает при уве личении площади опробования. В импактной и буферной зонах разброс содержания металлов достигает 70 - 100 % от всего диапазона возможного варьирования.

8. Пространственное варьирование кислотности лесной подстилки и почвы по мере приближения к источнику выбросов не меняется: во всех зонах токсической нагрузки разброс кислотности в большинстве случаев равен 1.5 - 2.0 единицы рН водный, что составляет 50 - 70 % от всего диапазона возможного варьирования.

9. Пространственное варьирование микроклиматических параметров (осве щенность под пологом леса, температура и влажность почвы и подстилки) в усло виях промышленного загрязнения увеличивается, однако в значительно меньшей степени, чем варьирование содержания поллютантов в депонирующих средах.

10. Нелинейность в реакции биоты на токсическую нагрузку в первую очередь возникает из-за большого пространственного варьирования токсичности почвы и под стилки, которое наблюдается в переходной части градиента нагрузки. Основной детер минант токсичности депонирующих сред - содержание обменных форм тяжелых ме таллов. Увеличение варьирования токсичности в переходной части градиента обуслов лено наложением двух пространственных мозаик - содержания подвижных форм тяже лых металлов и значений параметров почвенного поглощающего комплекса (актуаль ная и гидролитическая кислотность, емкость катионного обмена).

СПИСОК ОСНОВНЫХ РАБОТ ПО МАТЕРИАЛАМ ДИССЕРТАЦИИ 1. Воробейчик Е.Л. Концепция экологической диагностики // Методология экологического нормирования. Ч.1 Харьков, 1990. С.17-18.

2. Воробейчик Е.Л., Михайлова И.Н., Усолкина Е.В., Фарафонтов М.Г. Про странственные эффекты при оценке техногенных нарушений экосистем // Экологи ческие проблемы охраны живой природы. Ч.З. М., 1990. С.197-198.

3. Воробейчик Е.Л., Фарафонтов М.Г. Пространственные аспекты определе ния нагрузки на экосистемы (по данным загрязнения снежного покрова) // Пробле мы устойчивости биологических систем. Харьков, 1990. С.88-90, 4. Воробейчик Е.Л. Устойчивость в экологии: опыт экспликации понятия // Проблемы устойчивости биологических систем. Харьков, 1990. С.22-23.

5. Воробейчик Е.Л. Изменение интенсивности деструкции целлюлозы под воздействием техногенной нагрузки // Экология. 1991. N 6. С.73-76.

6. Воробейчик Е.Л. О влиянии техногенных эмиссий фтора на животное насе ление почвы //Очерки по экологической диагностике. Свердловск, 1991. С.75-81.

7. Воробейчик Е.Л. О форме реакции почвенной биоты на техногенное заг рязнение среды // Насекомые в естественных и антропогенных биогеоценозах Ура ла. Екатеринбург, 1992. С. 17-19.

8. Воробейчик Е.Л., Садыков О.Ф., Фарафонтов М.Г. Методология экологиче ского нормирования аэрогенных загрязнений наземных экосистем от локальных ис точников // Экологическое нормирования: проблемы и методы: М., 1992. С.39-40.

9. Воробейчик Е.Л. О некоторых показателях ширины и перекрывания экологических ниш // Журн. общей биологии. 1993. Т. 54, N 6. С. 706-712.

10. Воробейчик Е.Л. Методологические основы диагностики техногенных на рушений наземных экосистем // Биология и экология. Вестник Днепропетровского ун-та. Вып.1. Днепропетровск, 1993. С.31.

11. Воробейчик Е.Л., Садыков О.Ф., Фарафонтов М.Г. Экологическое нормирование техногенных загрязнений наземных экосистем (локальный уровень).

Екатеринбург: Наука, 1994. 280 с.

12. Безель B.C., Большаков В.Н., Воробейчик Е.Л. Популяционная экотокси кология. М.: Наука, 1994. 83 с.

13. Воробейчик Е.Л. Об анализе зависимостей типа доза-эффект для парамет ров надорганизменных уровней // Биота Урала. Екатеринбург, 1994. С. 14-16.

14. Воробейчик Е.Л., Хантемирова Е.В. Реакция лесных фитоценозов на техно генное загрязнение: зависимости доза-эффект // Экология. 1994. № 3. С. 31-43.

15. Воробейчик Е.Л. Реакция почвенной биоты лесных экосистем Среднего Урала на выбросы медеплавильных комбинатов: Автореф. дис.... канд. биол. наук.

Екатеринбург, 1995. 24 с.

16. Воробейник Е Л. Изменение мощности лесной подстилки в условиях химического загрязнения // Экология. 1995. № 4. С. 278-284.

17. Михайлова КН., Воробейчик Е.Л. Эпифитные лихеносинузии в условиях хи мического загрязнения: зависимости доза-эффект// Экология. 1995. №6. С.455-460.

18. Vorobeychik E.L., Mikhailova I.N., Khantemirova E. V. Estimation of the toxic load critical levels for the forest ecosystems // Sustainable development: environmental pollution and ecological safety. V.I. Dnipropetrovsk, 1995. P.54-55.

19. Воробейчик E.Л., Марин Ю.Ф., Жигальский O.A., Горячев B.M., Хантемирова Е.В., Лукьянов О.А., Михайлова И.Н., Кайгородова С.Ю., Гольдберг И.Л. Перспективы использования Висимского заповедника для исследования антропогенных воздействий на наземные экосистемы // Проблемы заповедного дела. Екатеринбург, 1996. С.19-23.

20. Кайгородова С.Ю., Воробейчик Е.Л. Трансформация некоторых свойств серых лесных почв под действием выбросов медеплавильного комбината // Эколо гия. 1996. № 3. С. 187-193.

21. Жигальский О.А., Воробейчик Е.Л. Проблемы экологического нормирова ния техногенных нагрузок // Региональные и муниципальные проблемы природо пользования. Кирово-Чепецк, 1996. С. 34-35.

22. Воробейчик Е.Л. К методике измерения мощности лесной подстилки для целей диагностики техногенных нарушений экосистем // Экология. 1997. № 4.

С.265-269.

23. Воробейчик Е.Л. Население дождевых червей (Lumbricidae) лесов Сред него Урала в условиях загрязнения выбросами медеплавильных комбинатов // Эко логия. 1998. № 2. С.102-108.

24. Михайлова И.Н., Воробейчик Е.Л. Размерная и возрастная структура по пуляций эпифитного лишайника Hypogymnia physodes (L.) Nyl. в условиях атмос ферного загрязнения // Экология. 1999. № 2. С. 131 139.

25. Vorobeichik E.L. Nonlinearity of an ecosystem response to toxic load: a fundamental for environmental quality estimation // Environmental Indices: system analysis approach. International Conference on Indices of Environment Quality. July 7 11, 1997, St.Petersburg, Russia. Eds.: Pykh Yu.A., Hyatt D.E., Lenz R.J.M. Oxford:

EOLSS Publishers Co.Ltd., 1999. P. 442-454.

26. Воробейчик Е.Л. Статическая аллометрия в условиях существенно нео днородной выборки: опасность артефакта // Сибирский экологический журнал.

2001. № 5. С. 631-636.

27. Воробейчик Е.Л., Жигальский О.А. Экологическое нормирование антропо генных нагрузок // Финно-угорский мир: состояние природы и региональная страте гия защиты окружающей среды: Материалы конф. Сыктывкар, 2000. С.66-74.

28. Воробейчик Е.Л., Трубина М.Р., Михайлова И.Н., Хантемирова Е.В., Кай городова С.Ю., Картавое С.А. Устойчивость природных экосистем к токсической нагрузке: экспериментальное измерение упругости и эластичности // Современные проблемы биоиндикации и биомониторинга. Сыктывкар, 2001. С.28-29.

29. Воробейчик Е.Л. Изменение пространственной структуры деструкционно го процесса в условиях атмосферного загрязнения лесных экосистем // Известия РАН. Сер. Биологическая. 2002. № 2. С. 263 - 274.

30. Vorobeichik E. and Mikhailova I. Estimation of critical levels of air pollution (metals) on the basis of field study of epiphytic lichen communities // Monitoring with Lichens - Monitoring Lichens / Nimis P.L., Scheidegger C. & Wolseley P.A. (eds.).

Kluwer Academic Publishers: The Netherlands, 2002. P.317-321.

31. Воробейчик Е. Л. Изменение пространственной структуры деструкцион ного процесса в высотном и токсическом градиентах: Природно-техногенные ана логии // Экологические проблемы горных территорий: Материалы междунар. науч.

конф. Екатеринбург, 2002. С. 224-232.

32. Воробейчик Е.Л. Реакция лесной подстилки и ее связь с почвенной био той при токсическом загрязнении //Лесоведение. 2003. № 2. С. 32-42.

33. Воробейчик Е.Л. Экология импактных регионов // Труды VI популяцион ного семинара. Н.Тагил. 2003.

34. Воробейчик Е.Л., Позолотина В.Н. Микромасштабное пространственное варьирование фитотоксичности лесной подстилки // Экология. 2003. № 6.



Pages:     | 1 ||
 




 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.