ИЗВЕСТИЯ РАИ. СЕРИЯ ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ, 2009, № 1, с. 23-35
^ ТЕОРИЯ И СОЦИАЛЬНЫЕ
ФУНКЦИИ ГЕОГРАФИИ
УДК 504.54.05
МЕТОДОЛОГИЯ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ВОД С ПОЗИЦИЙ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ПАРАДИГМЫ
© 2009 г. Т. И. Моисеенко
Институт водных проблем Российской академии наук Поступила в редакцию 04.09.2007 г.
В работе дается понимание качества вод с позиций экологической парадигмы, приводится критический анализ существующих подходов и методов его оценки; обосновывается методологический подход в рамках концепции "здоровья" экосистемы. Приводятся методические решения по определению интегрального показателя дозы воздействия загрязняющих веществ по гидрохимическим данным и обоснованию информативных биологических критериев оценки состояния организмов, популяций и сообществ. Представлены результаты практической апробации разработанных методов на ряде водных объектов по оценки качества вод на основе исследований патофизиологического состояния рыб и построения доза-эффектных зависимостей.
Поверхностные воды суши являются компонентом природы, сознательные преобразования или попутные изменения которого в результате человеческой деятельности наиболее существенны. Антропогенный фактор в формировании химического состава вод по значимости встает в один ряд с природными геохимическими и биологическими процессами. Преобразование водосборов, трансграничные потоки, атмосферные выпадения, прямые индустриальные и хозбытовые сбросы, неорганизованные стоки с селитебных территорий приводят к изменению геохимических циклов элементов в системе "водосбор-водоем", появлению токсичных компонентов в водной среде, эв-трофированию, закислению, что в конечном итоге ухудшает качество вод. В настоящее время сложно встретить водные объекты, не подверженные тем или иным антропогенным воздействиям. Высокое качество вод является необходимым условием сохранения здоровья населения, биоразнообразия, эстетического и рекреационного потенциала природы, обеспечения населения рыбной продукцией.
В силу высокой научной и практической значимости проблема оценки качества вод привлекает большое количество исследователей. Предлагается ряд классификационных схем, позволяющих по физико-химическим или гидробиологическим показателям с определенной долей условности отнести водный объект к определенному классу качества вод [2, 6, 19]. Не ново мнение, что система ограничений поступления загрязняющих веществ, основанная на данных о предельно допустимых концентрациях (ПДК) вредных веществ в воде, не совершенна, не дает адекватной оценки качества вод и не охраняет в полной мере водные экосистемы от деградации [3]. Поэтому, справедливо критикуя систему ПДК, специалисты гидрохимического профиля
предлагают оценивать качество вод и нормировать загрязнения по средним фоновым значениям показателей его химического состава (в том числе и компоненты загрязнения) плюс одно или два квадратичных отклонения. Уместен вопрос - что будут означать эти отклонения для живых систем? В свою очередь, специалисты биологического профиля предлагают учитывать показатели состояния индивидуумов, популяций и сообществ. При этом не ясно, в каких условиях (т.е. при каких показателях химического состава вод) произошли регистрируемые изменения в биологических системах?
Согласно ГОСТ [4], под качеством вод понимают "совокупность физических, химических и биологических свойств вод с учетом требований конкретных водопотребителей". Критерии качества вод у водопотребителей различны в соответствии с их целями. Для промышленного водопользования, питьевого водоснабжения, естественного или искусственного воспроизводства рыб они существенно отличаются. В самом определении "качество" заложена эпитетная характеристика вод, выражающаяся в экспертных оценках - чистая, загрязненная, сильно загрязненная; удовлетворительная или неудовлетворительная и т.д. Поскольку вода - это жизненно необходимый ресурс для всех живых организмов, включая человека, и среда обитания для водных организмов, ее качество может быть оценено только по отношению к живым системам [13]. Возникает логичный вопрос - насколько эпитет-ные, зачастую субъективные определения качества вод соотносятся с состоянием живых организмов, потребляющих ее или живущих в ней?
Качество вод характеризуется определенными свойствами (характеристиками). Следует отметить, что выражение "биологические свойства вод" не корректно, поскольку биологические системы от-
личаются более высоким уровнем организации, чем химические структуры, включая воду, как компонент природы. Свойства природных вод формируются в результате сложных процессов на водосборе и в водоеме: 1) физико-химических - химическое выветривание элементов, их взаимодействия, фильтрация, миграция, адсорбция, десорбция элементов, атмосферное выпадение и эвапорация с поверхности; 2) биологических - биохимических, микробиологических, биофильтрационных. В процессе жизнедеятельности организмы, используя воду как ресурс и среду обитания, активно влияют на ее свойства, в ряде случаев играя определяющую роль, поэтому вода является биокосным телом.
Водные организмы более зависимы от свойств вод в силу высокого уровня метаболизма в водных экосистемах по сравнению с таковым в наземных. Для них вода является средой обитания, которая характеризуется определенными условиями. Условие, по определению Ю. Одума [17], это изменяющийся во времени и пространстве абиотический фактор среды, на который организм реагирует в зависимости от его силы. "Оптимальными" считаются те условия, при которых особи способны оставить наибольшее количество потомства. Это определение согласуется с понятием, предложенным Н.С. Строгановым [20] в начале 70-х годов: "хорошим можно считать такое качество вод, при котором эффективность размножения водных организмов наиболее высокая". Однако следует обратить внимание, что патофизиологические нарушения в живых организмах появляются раньше, чем снижается их способность к воспроизводству. К тому же, в ряде случаев в условиях загрязнения успешно происходит размножение устойчивых к загрязнению видов.
Если абстрагироваться от субъективных требований к качеству вод отдельных водопотребителей, то более универсальным определением будет характеристика качества вод с позиций экологической парадигмы: "Качество вод - это свойства вод, сформированные в процессе химических, физических и биологических процессов, как на водоеме, так и водосборе; благоприятное качество вод в том случае, если отвечает требованиям сохранения здоровья организмов и воспроизводства наиболее чувствительных видов в экосистеме конкретного водоема".
Если исходить из предложенного понятия "качества вод", очевидно, что в основе методов его оценки (в экспериментальных или натурных условиях) лежит изучение влияния свойств вод на водные экосистемы и их структурные элементы - отдельные организмы, популяции или сообщества. Принимается, что если свойства вод отвечают требованиям существования и воспроизводства наиболее чувствительных водных организмов, то качество вод (за исключением частных случаев) можно считать
соответствующим требованиям и для сохранения здоровья человека.
Анализ существующих методов оценок. Наиболее известными методами оценки качества вод являются: система ПДК (или химиндикация), биотестирование и биоиндикация.
Система ПДК. Загрязнение водного объекта оценивается на основе установления кратности превышения измеренных концентраций отдельных элементов и веществ к их ПДК или числа случаев с превышением ПДК. В Государственном докладе о состоянии окружающей среды [5], как и в ряде научных публикаций, на многих страницах констатируется в какой водной системе и по каким элементам превышено ПДК. При этом не всегда ясно сколько веществ и элементов было измерено в каждом конкретном случае, на фоне каких природных условий и в какой комбинации они оказывают вредное воздействие на биологические системы. И тем более не ясно - насколько эти превышения опасны для живых организмов и человека?
Устанавливаются ПДК на основе экспериментальных работ с тест-организмами. Пороговое значение, вызывающее видимые отклонения от нормы у наиболее чувствительной группы организмов, принимается как ПДКрбхз опасного вещества [8, 9]. Отметим, что для большинства элементов и веществ ПДК для рыбохозяйственных водоемов (ПДКрбхз) жестче, чем санитарно-гигиенические нормативы (ПДКсан-гиг).
ПДК достаточно условны и существенно различаются в различных странах, несмотря на унифицированные методы по их установлению. Например, в России [10] по сравнению с другими странами (Канада, США, страны ЕС) [23, 25, 28] неоправданно низкие значения для Си, V, Мп и др., тогда как нормативы для С^ А8, РЬ и А1 завышены. В последние годы внимание мировой научной общественности концентрируется на таких опасных элементах, как РЬ и С^ в связи с возрастающим глобальным повышением их содержания в окружающей среде. Если нормативы по ^ в России сопоставимы с западными странами, то по РЬ и Cd они значительно более жесткие в Европе и Америке, чем в России. Не совпадают ПДК и по ряду токсичных органических соединений. Рассмотрим другой пример -ПДКрбхз по N1. В России его значение 10 мкг/л, тогда как в Канаде - 25 мкг/л [25]. Величину этого норматива в Канаде можно объяснить не иначе как влиянием политических решений, которые благоприятствуют деятельности медно-никелевых производств в Садбери. Следует отметить, что аналогичные производства на Кольском Севере России загрязняют никелем поверхностные воды в концентрациях 20-30 мкг/л в радиусе 30 км от плавилен, несмотря на установленные в России более жесткие нормативы для этого элемента [12].
ПДК не учитывают природные условия водного объекта. Известно, что токсичные свойства элементов зависят не только от их концентрации в воде, но от форм их нахождения, содержания кальция в воде, гумусовых кислот, рН, температуры, комбинаций с другими металлами [12, 29, 35]. Поэтому, содержание металлов в воде в ряде стран нормируется в зависимости от концентрации кальция, например при содержании СаС03 (мг/л) в водах до 60, допускается содержание наиболее опасных металлов (мкг/
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.