Руководящий документ РД 52.24.633-2002 Методические указания. Методические основы создания и функционирования подсистемы мониторинга экологического регресса пресноводных экосистем.
РД 52.24.633-2002
РУКОВОДЯЩИЙ ДОКУМЕНТ
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
Методические основы создания и функционирования подсистемы мониторинга
экологического регресса пресноводных экосистем
Дата введения 2003-06-01
Предисловие
1 РАЗРАБОТАН Гидрохимическим институтом (ГХИ) Федеральной службы России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (Росгидромет)
2 РАЗРАБОТЧИКИ В.А.Брызгало, канд. хим. наук; Л.П.Соколова, канд. хим. наук; Л.С.Косменко, канд. хим. наук
3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ первым заместителем Руководителя Росгидромета Ю.С.Цатуровым 24 апреля 2002 г.
4 ЗАРЕГИСТРИРОВАН Центральным конструкторским бюро гидрометеорологического приборостроения (ЦКБ ГМП) за номером РД 52.24.633-2002 от 15 мая 2002 г.
5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ
Введение
Основанием для разработки настоящих методических указаний явилась необходимость регламентации деятельности оперативно-производственных подразделений Росгидромета по организации специальной подсистемы для проведения мониторинга экологического регресса пресноводных экосистем.
Состояние водных объектов России, особенно малых рек, в экономически развитых регионах продолжает оставаться неблагополучным, а качество воды в большинстве из них не удовлетворяет современным нормативным требованиям.
Антропогенное воздействие, выраженное в дополнительном поступлении в водные объекты органических и неорганических веществ, приводит к увеличению нагрузки на трофические цепи, нарушается естественное равновесие между абиотической и биотической составляющими. Экосистема становится менее устойчивой, как всякая неравновесная система. Поступление токсических веществ в водный объект приводит к гибели особо чувствительных организмов, как правило, относящихся к "пастбищной составляющей биотического круговорота". Начинают доминировать сообщества, ответственные за процессы разложения, - бактерии, микроскопические водоросли.
Постоянное поступление большого количества аллохтонного органического вещества "освобождает" экологическую систему от необходимости самостоятельного продуцирования органического вещества из неорганического. Происходит упрощение отношений биоценоза с окружающей средой и как следствие его организационная деградация, приводящая, как правило, к экологическому регрессу. Антропогенный экологический регресс проявляется обычно в уменьшении видового разнообразия, пространственно-временной гетерогенности, увеличении энтропии, упрощении межвидовых отношений в трофической цепи, значительном увеличении интенсивности метаболизма биоценозов.
Обобщение многолетней информации по качественным и количественным показателям развития гидробиоценоза в водных экосистемах, регрессирующих в условиях высокой антропогенной нагрузки, позволило оценить приоритетность водных сообществ с точки зрения отклика экосистемы, в которой они преобладают, на внешнее воздействие и выявить основные черты их многолетней сукцессии в современных условиях.
Весьма информативным, быстро реагирующим на загрязнение показателем может быть общая численность бактериопланктона. Выявлена довольно четкая прямая связь этого показателя со степенью антропогенного воздействия, что позволило выделить градации модальных интервалов значений численности, соответствующих определенным уровням экологического регресса.
К числу надежных биоиндикаторов загрязнения водных экосистем, особенно придонного слоя, следует отнести зообентосное сообщество, многолетняя сукцессия которого проявляется в повышении относительной численности олигохет и уменьшении видового и группового состава.
Исследования показали, что уже многие годы групповой состав бентофауны водных экосистем, пребывающих в состоянии антропогенного напряжения с элементами экологического регресса, в основном представлен двумя группами с тенденцией к формированию олигохетно-хирономидного комплекса. Для этих водных экосистем многолетняя сукцессия проявляется в угнетении развития бентофауны в целом вплоть до ее гибели.
При оценке состояния водной толщи озер и водохранилищ в качестве биоиндикатора особенно широко используются показатели развития зоопланктонного сообщества, которое характеризуется постоянством видового состава, динамической устойчивостью и определенной, присущей ему организацией.
Режимные наблюдения на водотоках, регрессирующих в условиях современного внешнего воздействия, подтверждают заключение о перспективности использования отдельных показателей развития зоопланктонного сообщества при оценке загрязненности. Многолетняя сукцессия этого сообщества сводится:
- к обеднению группового состава до двух групп, в основном коловраток и циклопид;
- к перестройке видового состава в сторону преобладания в развитии полисапробных видов.
Одним из важнейших сообществ водных экосистем, оказывающим влияние на качество вод, является фитопланктон.
Фитопланктону принадлежит ведущая роль в индикации изменения качества воды в результате эвтрофирования водоемов. Обобщение многолетней информации о состоянии этого сообщества в водных экосистемах, находящихся в состоянии экологического регресса, позволило оценить перспективность использования отдельных показателей его развития при оценке загрязненности поверхностных вод. В большинстве случаев закономерности многолетней сукцессии при усилении антропогенной нагрузки проявляются:
- в краткосрочной, ограниченной во времени и в пространстве вспышке вегетации диатомовых и синезеленых водорослей;
- в нарушении сезонного хода развития синезеленых водорослей и выходе их весной на доминирующее и содоминирующее положение;
- в деградации сообщества вплоть до его гибели.
Столь серьезные структурные преобразования сообществ происходят за счет усиления токсического воздействия на биоту многих загрязняющих веществ, поступление которых в водоемы и водотоки остается по-прежнему высоким. Это чрезвычайно опасные вещества - свинец, бенз(а)пирен, ртуть, кадмий - и высокоопасные вещества - сероводород, сероуглерод, кислота серная, бензол, фтористые соединения, дихлорэтан, фенол, медь, формальдегид, метилмеркаптан, марганец, никель, хлор, мышьяк. Причем эффект токсического воздействия может проявляться как при прямом поступлении в водоемы токсичных веществ, так и на определенных стадиях их трансформации. Кроме того, для большинства водных экосистем в настоящее время характерны заметные различия в развитии сообществ водной толщи и дна, что обусловлено снижением стабильности экосистемы при переходе ее в новое трофическое состояние и усилении процессов эвтрофирования и экологического регресса.
Интенсивно нарастающий экологический регресс водных объектов, а также своеобразие этого процесса предъявляют особые требования к выбору путей и методов контроля и защиты водных экосистем. Назрела необходимость создания в рамках Государственной службы наблюдений (ГСН) подсистемы контроля за экологическим регрессом водных экосистем.
Как показал анализ многолетней гидробиологической информации, отсутствие длительных рядов наблюдений гидробиологической сети ГСН, неудовлетворительное пространственно-временное разрешение, не всегда достаточный комплекс контролируемых параметров не позволяют точно оценить скорость и масштабы экологического регресса.
Ряды наблюдений за динамикой развития сообществ водных организмов вследствие необеспеченности необходимой частоты контроля не всегда отражают экстремумы в развитии гидробионтов и в первую очередь фитопланктона. Нередки случаи отсутствия в программе наблюдений показателей его развития.
Для объективной оценки последствий экологического регресса требуется особый подход к расположению створов, срокам отбора проб и перечню определяемых показателей и особенно к разработке систем оценки уровня регресса экосистем.
В настоящих методических указаниях изложены положения, относящиеся к специфике наблюдений за экологическим регрессом водоемов и водотоков России. Наиболее общие положения организации и проведения режимных наблюдений взяты из отраслевых нормативных документов. В работе использованы данные многолетних наблюдений, проводимых гидробиологической и гидрохимической подсистемами ГСН за загрязнением природной среды Росгидромета. Настоящие методические указания разрабатывались на основе результатов обобщения многолетней режимной гидрохимической и гидробиологической информации и оценки пространственной, внутригодовой и межгодовой изменчивости комплекса приоритетных гидрохимических и гидробиологических показателей состояния пресноводных экосистем России, регрессирующих в условиях современного антропогенного воздействия.
1 Область применения
Настоящие методические указания предназначены для оперативно-производственных подразделений Росгидромета, осуществляющих наблюдения за изменчивостью химико-биологического состояния поверхностных вод суши в рамках ГСН за загрязнением природной среды, для подразделений соответствующих министерств, осуществляющих природоохранную деятельность в районах повышенного риска антропогенного загрязнения, а также для научно-исследовательских организаций, занимающихся вопросами оценки и прогнозирования последствий антропогенного воздействия на пресноводные экосистемы.
2 Нормативные ссылки
В настоящих методических указаниях использованы ссылки на следующие стандарты:
ГОСТ 17.1.1.01-77 Охрана природы. Гидросфера. Использование и охрана вод. Основные термины и определения
ГОСТ 19179-73 Гидрология суши. Термины и определения
3 Термины и определения
В настоящих методических указаниях применяются следующие термины с соответствующими определениями.
Антропогенное экологическое напряжение - состояние биоценоза, выражающееся в увеличении его разнообразия, в частности в увеличении общего числа видов, усложнении межвидовых отношений, увеличении пространственно-временной гетерогенности, усложнении временной структуры и пищевой цепи и т.д. [2, 3].
Антропогенный метаболический регресс - состояние биоценоза, характеризующееся снижением активности биоценоза по сумме всех процессов образования и разрушения органического вещества, включая процессы первичного продуцирования водорослями макрофитов, перифитона и планктона, продукцию хемосинтетиков, а также вторичную продукцию бактерий и зоонаселения водоема [2, 3].
Антропогенный экологический регресс - состояние биоценоза, характеризующееся уменьшением разнообразия и пространственно-временной гетерогенности, упрощением межвидовых отношений, временной структуры, трофических цепей [2, 3].
Вариационный ряд - совокупность значений варьирующего признака [4].
Вариация - изменчивость значений признака [4].
Водный объект - сосредоточение природных вод на поверхности суши либо в горных породах, имеющее характерные формы распространения и черты режима (по ГОСТ 19179).
Водоток (река) - водный объект, характеризующийся движением воды в направлении уклона в углубленной поверхности (по ГОСТ 19179).
Границы интервала (интервальная разность) - разность между верхним и нижним значениями исследуемого параметра [4].
Динамические (временные) ряды - ряды показателей, характеризующих величину явления по состоянию на определенные моменты времени (моментальные ряды) или за определенные периоды (интервальные ряды) [4].
Модальный интервал - интервал, включающий наиболее часто встречающиеся значения в данном вариационном ряду [4].
Поверхностные воды - воды, находящиеся на поверхности суши в виде различных водных объектов (по ГОСТ 19179).
Пункт (створ) наблюдений за состоянием поверхностных вод суши - место на водоеме или водотоке, в котором производят комплекс работ для получения данных о качестве воды и развитии биоценоза, предназначенных для последующего обобщения по времени и пространству и представления обобщенной систематической информации заинтересованным организациям.
Сеть пунктов наблюдений - совокупность пунктов наблюдений конкретного вида, построенная по научно обоснованному принципу.
Состояние водного объекта - характеристика водного объекта по совокупности его количественных и качественных показателей применительно к видам водопользования.
Токсичность воды - свойство воды вызывать развитие патологического процесса или гибель тест-объекта [1].
4 Общие положения
4.1 Подсистема мониторинга экологического регресса пресноводных экосистем (далее подсистема мониторинга) входит в качестве специального вида в состав системы мониторинга поверхностных вод суши.
4.2 Для оценки последствий экологического регресса необходимо иметь большие ряды комплексных наблюдений (статистически достоверные многолетние данные) за изменением специфических показателей, характеризующих направление и скорость природных модификаций биоценозов с учетом региональных особенностей экосистем. Подобные исследования частично осуществляются последние 15-20 лет силами сетевых и научных подразделений Росгидромета по единой программе с использованием унифицированных методов постановки и проведения комплексных гидролого-гидрохимических и гидробиологических наблюдений на водных объектах. Поэтому изучение экологического регресса в пресноводных экосистемах целесообразно рассматривать как один из видов специальных режимных наблюдений в мониторинге поверхностных вод ГСН (наряду с такими, как системы специальных наблюдений за загрязнением поверхностных вод пестицидами [5], антропогенным эвтрофированием пресноводных экосистем [6], состоянием поверхностных вод в районах разработки месторождений нефти и газа [7], состоянием трансграничных поверхностных вод суши [8]).
4.3 Задачей подсистемы мониторинга является обеспечение наблюдений для оценки:
- последствий экологического регресса при антропогенном воздействии на экосистемы;
- природного экологического состояния водоемов и водотоков и возможных его изменений при усилении антропогенного воздействия;
- направлений изменений структурной организации сообществ водных организмов с учетом специфики и длительности внешнего воздействия.
Подсистема мониторинга включает изучение фоновых характеристик природной среды. Показатели фонового мониторинга, наиболее близкие к естественным природным, чрезвычайно важны как "точки отсчета" для любых суждений об антропогенных изменениях.
4.4 Подсистема мониторинга в России создается впервые. Последовательность внедрения подсистемы определяется исходя из возможностей действующей в настоящее время гидрохимической и гидробиологической сети ГСН. В ее состав должны войти пункты действующей сети, в которых обеспечен длительный ряд наблюдений по комплексу гидрологических, гидрохимических и гидробиологических показателей. В настоящее время оценку последствий антропогенного воздействия можно проводить с помощью:
- сопоставления результатов наблюдений по пунктам и срокам и выделения приоритетных гидрохимических и гидробиологических показателей;
- анализа пространственно-временной изменчивости этих показателей;
- выявления специфических особенностей в развитии сообществ водных организмов при усилении антропогенного воздействия;
- ранжирования участков реки по уровню загрязненности с регрессирующим последствием антропогенного воздействия.
4.5 Поскольку экологический регресс водных экосистем проявляется в заметном изменении не только количественных показателей развития всех трофических уровней, но и структурной организации экосистем, наблюдения за развитием основных сообществ водных организмов должны включать показатели, отражающие изменчивость этих признаков. К ним относятся:
- качественные и количественные показатели развития планктонных сообществ и комплекса ведущих и доминирующих видов;
- соотношения между основными группами организмов;
- качественные и количественные показатели развития донных сообществ;
- видовой состав перифитона, соотношения видов разной сапробности в доминирующем комплексе;
- общая численность бактерий (при наличии микробиологической лаборатории).
4.6 В качестве основы для интегральной оценки последствий экологического регресса пресноводных экосистем используют сравнительный метод, который основан на сопоставлении результатов обобщения многолетней (10-20 лет) гидробиологической информации, полученной в пунктах режимных наблюдений с разным уровнем антропогенного воздействия, в том числе и в условно "фоновом" пункте.
4.7 Количественную оценку уровня экологического регресса проводят с использованием модальных интервалов многолетних вариационных рядов количественных показателей развития сообществ водных организмов и качественных характеристик нарушения их структуры [3].
4.8 Достоверность и объективность оценки уровня экологического регресса требуют соблюдения следующих условий:
- использование в качестве исходной многолетней гидробиологической информации, представляющей результаты анализа проб, отобранных в назначенных пунктах при строгом соблюдении сроков отбора;
- проведение оценки по результатам режимных наблюдений, выполняемых на единой методической основе в лабораториях контроля за загрязнением поверхностных вод в системе ГСН; допускается включение результатов специальных научных подразделений;
- сравнение результатов наблюдений, полученных на различных участках водных объектов, по идентичным показателям и в единые сроки отбора проб.
5 Формирование сети и программы наблюдений
5.1 Формирование сети наблюдений
5.1.1 Формирование сети наблюдений за экологическим регрессом производят на основе анализа размещения действующих в системе ГСН пунктов контроля. Анализ включает:
- оценку наиболее характерных, представительных участков экосистем;
- учет неравномерности антропогенного воздействия, а следовательно, и физико-химических условий водной среды.
В качестве репрезентативных выбирают те зоны, районы, участки водных объектов, где наиболее отчетливо проявляется исследуемый процесс по показателям сообществ, привязанных к соответствующим биотопам и имеющих свою пространственную и временную организацию.
5.1.2 Высокая антропогенная нагрузка на пресноводные экосистемы России на фоне серьезных изменений природных условий их формирования и функционирования за счет сооружения плотин и гидроузлов усиливает вероятность появления критических ситуаций, в результате которых могут возникать серьезные экологические последствия. Для ранней диагностики их возникновения необходимо в систему наблюдения включить пункты оперативного контроля с целью выявления пространственных неоднородностей распределения величин, характеризующих функционирование экосистемы как водоема в целом, так и отдельных его биотопов.
Для получения доступа к полной версии без ограничений вы можете выбрать подходящий тариф или активировать демо-доступ.