Глава 4. Оценка здоровья среды в Калужской области

В Калужской области оценкой здоровья среды занимаются ОООО «Экологический центр», региональное отделение «Центра экологической политики и культуры, Лаборатория биоиндикации КГУ им. К.Э. Циолковского. Суть метода, разрабатываемого и используемого Лабораторией биоиндикации КГПУ, заключается в определении и анализе ответной реакции растений и мелких животных на условия существования; т.е. местообитание живых организмов (в том числе и людей) оценивается с точки зрения благоприятности для их жизни и развития.

В основу положена методология, принятая Международным фондом " БИОТЕСТ", ориентированная на оценку состояния биологического «здоровья» (самочувствия) некоторых видов растений и мелких животных, постоянно проживающих на исследуемой местности. Непосредственно определить воздействие неблагоприятных факторов данной местности на человека невозможно т.к. жизнь человека не ограничивается рамками одного района. Анализ ответов на вопрос " Как вы себя чувствуете? ", адресованный разным видам живых существ, является базовым подходом оценки среды. Особенностью этой методологии является то, что главным объектом биомониторинга оказывается состояние живого организма, надежное определение которого может быть получена лишь на популяционном уровне.

Теоретические основы применяемого нами метода разработаны и апробированы ведущими учеными-биологами России и Мира [1, 2]. В фундамент системы положен новый взгляд на оценку качества среды, разрабатываемый Институтом биологии развития Российской Академии Наук и рекомендуемый Центром экологической политики России (Председатель - член-корреспондент РАН А.В.Яблоков) [17]. Полученные результаты применения этого подхода при анализе территорий, подвергшихся радиоактивному загрязнению после Чернобыльской катастрофы [2, 4] заставили пересмотреть проблему контроля среды и выявили закономерности, не замеченные при использовании других методов.

В используемом морфогенетическом подходе оценивается стабильность развития (гомеостаз). Снижение его эффективности приводит к появлению отклонений от нормального строения различных морфологических признаков, обусловленных нарушениями развития. Состояние природных популяций билатерально симметричных организмов оценивается на основе анализа флуктуирующей асимметрии, характеризующей мелкие ненаправленные нарушения гомеостаза развития и являющейся ответом организма на состояние окружающей среды [1].

Для практической работы у живых организмов подобран ряд признаков, легко читаемых и достаточно четко отвечающих увеличением билатеральной асимметрии на изменение внешней среды. После замеров выбранных признаков на первичном биологическом материале рассчитываются коэффициенты флуктуирующей асимметрии.

При анализе флуктуирующей асимметрии оценивается величина математической дисперсии различий между сторонами от некоторого среднего различия между сторонами, имеющего место в рассматриваемой выборке. Величина дисперсии асимметрии не зависит от абсолютных размеров признака. При этом получается точная количественная оценка величины флуктуирующей асимметрии даже при наличии направленной асимметрии. Метод строг с математической точки зрения, что позволяет проводить анализ полученных результатов с использованием обычных статистических подходов.

Лабораторией впервые применен сплошной площадной анализ исследуемых участков, проявляющий экологическую картину в каждой точке территории (добиться такой оценки физико-химическими методами пока не удается). Полученные картографические результаты оказались пригодны для интеграции в ГИС (геоинформационные системы).

Все используемые биологические виды детально изучены как в природных, так и в лабораторных условиях в целом ряде фундаментальных и прикладных исследований, адекватность отклика измеряемых параметров на изменения экологической ситуации строго доказана. Более того, рыжая полевка, например, - классический объект популяционных и генетических исследований; представления об эпигенетическом полиморфизме во многом аргументируются примерами на рыжей полевке. Зеленые и бурые лягушки - популярный объект экологических исследований, генетика этих видов хорошо изучена (например монография Ищенко В.Г.), им посвящен целый цикл работ школы крупнейшего советского эколога академика С.С.Шварца. Береза бородавчатая положительно характеризуется малой специфической чувствительностью к конкретным условиям и присутствует практически везде, даже на месте будущих чисто хвойных лесов.

Те же виды успешно применяются как основные объекты в полевых исследованиях МФ " Биотест" и прочно зарекомендовали себя. Этой теме была посвящена специальная международная конференция " Новые методы исследования популяций" [2]

Результаты работы подтверждают пригодность всех использованных в работе биологических видов и показывают сходную их реакцию в одной и той же точке наблюдений. Следовательно, для оценки состояния в любой конкретной точке достаточно проанализировать какой-либо один вид. Однако, в зависимости от степени подробности оценки территории и для сильно различающихся условий биотопов, необходимо иметь набор видов.

Разработана комплексную 3-х уровневую оценку биологических показателей качества среды [11, 12, 13, 14]:

1-й уровень - для больших территорий (область, край, район) и отдельных точек, имеющих особое значение. Наблюдения проводятся в сравнительно небольшом количестве реперных точек (30-40), располагаемых на однородных участках. Степень однородности предварительно определяется на основании всего массива уже имеющихся данных о состоянии природной, экономической и социальной сред.

2-й уровень - для населенных пунктов, участков с большой антропогенной нагрузкой и аномальных точек, как определенных на основании анализа экономико-географических данных, так и выявленных в ходе исследований 1-го уровня. Местность покрывается большим количеством точек, в которых анализ состояния живых организмов проводится по отдельной, менее трудоемкой методике. Этот уровень позволяет подробно охарактеризовать градиент качества среды на всей площади рассматриваемого участка методом построения изолиний.

3-й уровень - при необходимости локализации и определения степени воздействия конкретного антропогенного или иного источника загрязнения среды. Для достижения этой цели на 3-ем уровне биоиндикационное исследование должно быть дополнено анализом химических и физических параметров и метеоданными.

Таким образом, реперные точки позволяют укрупненно оценить территорию региона в целом и выявить «больные места», а определение границ последних и локализация источников неблагоприятности достигается сплошным анализом площадей. Именно такая, трехуровневая система мониторинга с концентрацией усилий на неблагоприятных участках и подключением дорогостоящих методов анализа лишь на последнем этапе, является наиболее оперативной и экономически выгодной. Все это в сочетании с другими достоинствами биомониторинга - направленностью на живые организмы (в т.ч. человека) и интегральностью - делают разработанный метод, пожалуй, единственным РЕАЛЬНО ДОСТУПНЫМ и осуществимым в условиях современной экономики.

Рис.13. Трехуровневая схема регионального мониторинг здоровья среды.

Рис. 14. Оценка здоровья среды по стабильности развития рдеста плавающего (Potamogeton natans L.). в реке Яченка, Ока и Яченском водохранилище. (по материалам диссертационного исследования А.А. Изотова)

Рис. 15. Динамика здоровья среды в Калужском городском бору (площадная оценка с помощью ГИС-технологий

Рис. 16. Динамика здоровья среды на территории Калужской области.

Заключение

Наиболее удобным способом представления информации для практической работы и принятия управленческих решений является разграничение территории по экологическим баллам (по 5-балльной шкале), дополненное другими картографическими способами представления информации.

Экологическое состояние подавляющей части территории Калужской области может быть признано нормальным (характеризуется баллами 1 и 2).

Выявлено 6 ограниченных локальных зон, характеризующихся баллом 3, и одна точечная зона с баллом 4.

Конечный результат обработки экологической информации представлен в картографическом виде - конкретное расположение зон, не испытывающих сколько-нибудь существенного антропогенного влияния, и зон с различными степенями отклонения от оптимальности.

Определено конкретное расположение сети наблюдательных точек региональной системы мониторинга качества среды на территории Калужской области и их количество (60 точек).

Оптимальный период проведения полного планового обследования территории - 3 года. Возможно возникновение необходимости более частого проведения работ в отдельных точках.

Наиболее рационально ежегодно обрабатывать по 1\3 территории.

Основным рабочим видом для биоиндикационной оценки качества среды является береза повислая.

В ряде точек информация должна быть дополнена обработкой выборок зеленых лягушек.

Дальнейшее развитие метода

В ходе дальнейшей работы по развитию содержания метода биоиндикации и расширению возможностей его применения необходимо:

1. Изучить корреляцию результатов биоиндикации и биомониторинга с результатами других исследований: социальных, медицинских, геологических; шумового, электромагнитного, радиационного и химического загрязнения и т.д. с целью выявления алгоритмов системной реакции.

2. Дополнить набор видов-биоиндикаторов для того, чтобы получить возможность использовать метод биоиндикации не только в регионе Средней полосы России, но и в других природных зонах.

3. Разработать автоматизированную компьютерную систему экологического районирования изучаемых территорий на основе ГИС.