Система биологического мониторинга вокруг объектов по уничтожению химического оружия (на примере терминала в пос. горный саратовской области)

На правах рукописи

Перевозникова Татьяна Викторовна

СИСТЕМА БИОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА ВОКРУГ

ОБЪЕКТОВ ПО УНИЧТОЖЕНИЮ ХИМИЧЕСКОГО ОРУЖИЯ

(на примере терминала в пос. Горный Саратовской области)

03.00.16 – экология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

Саратов – 2007

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Саратовский государственный университет

им. Н.Г. Чернышевского» на кафедре морфологии и экологии животных

Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор

Завьялов Евгений Владимирович

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор

Попов Николай Владимирович

доктор биологических наук, профессор

Иванов Александр Иванович

Ведущая организация: Саратовский филиал Института проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова РАН

Защита состоится «_7_» сентября 2007 г. в _10_ часов на заседании диссертационного совета Д 212.243.13 при Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского» по адресу: 410012, г. Саратов, ул. Астраханская, 83, E-mail: [email protected].

С диссертацией можно ознакомиться в Зональной научной библиотеке ГОУ ВПО «Саратовский ГУ».

Автореферат разослан «_5_» августа 2007 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Невский С.А.

Общая характеристика работы

Актуальность исследования. Конвенция о запрещении разработки, производства, накопления и применения химического оружия и его уничтожении ратифицирована Российской Федерацией в 1997 г. (Конвенция…, 1996; О ратификации…, 1997). В рамках выполнения взятых обязательств на основе Постановления Правительства РФ от 30.12.1994 г. № 1470 в Саратовской области был создан первый в РФ объект по уничтожению химического оружия (ОУХО), расположенный в пос. Горный Краснопартизанского района. Он приступил к уничтожению отравляющих веществ в 2002 г. К декабрю 2005 г. здесь были уничтожены все запасы иприта и люизита, что составило около 3% от общего объема запасов химического оружия (ХО) в стране. В настоящее время работа ОУХО в пос. Горный продлена до 2012 г. с целью уничтожения реакционных масс.

Строительство и функционирование потенциально опасных промышленных объектов связано с различными типами антропогенных перестроек экосистем. Учитывая социальную значимость возникающих экологических проблем, а также пристальный контроль со стороны государственных и общественных российских и международных организаций, ключевым направлением процесса уничтожения химического оружия (УХО) является обеспечение экологической безопасности. Основополагающим условием безопасного УХО является экологический мониторинг. Его многоуровневая система на территориях вокруг объектов по УХО включает концепцию мониторинга биоты. Именно с помощью биомониторинговых исследований могут быть получены объективные сведения об экологическом состоянии природных комплексов. Разработка и адаптация локальной системы биологического мониторинга представляет собой важное диагностическое звено по обеспечению экологической безопасности всего региона, а также по минимизации отрицательных воздействий, возникающих в процессе УХО и в последующие после уничтожения периоды.

Цель и задачи исследования. Основной целью исследования является разработка, внедрение и эксплуатация системы мониторинга биоты на ОУХО (на примере терминала в пос. Горный Саратовской области). В ходе реализации цели решались следующие задачи:

- анализ отечественного и зарубежного опыта функционирования систем экологического мониторинга, определение теоретических и практических подходов к организации системы мониторинга биоты вокруг объектов повышенной экологической опасности;

- разработка алгоритма и внедрение в эксплуатацию регламента биологического мониторинга вокруг ОУХО в пос. Горный Саратовской области, обоснование комплекса рекомендаций по ее использованию на других объектах по УХО в РФ;

- анализ современного (фонового) состояния экосистем и выявление основных форм лимитирующих и элиминирующих средовых и антропогенных факторов, влияние которых возможно в зоне защитных мероприятий (ЗЗМ) объекта и на сопредельных с терминалом территориях;

- анализ динамики биотических показателей в районе расположения ОУХО в рамках функционирования системы биологического мониторинга с использованием интегральной методики оценки экологического здоровья среды;

- определение и обоснование путей минимизации возможного ущерба флоре и фауне при строительстве и функционировании ОУХО, разработка стратегии охраны и восстановления живых компонентов экосистем на сопредельных с терминалом территориях.

Научная новизна. Впервые применительно для ОУХО разработана система мониторинга биоты и проанализированы результаты ее функционирования на сопредельных с потенциально опасным терминалом территориях. Представлен комплексный подход к оценке состояния экосистем по биологическим показателям. Выявлены лимитирующие и элиминирующие средовые, а также антропогенные факторы, действие которых проявляется в районе расположения ОУХО. Разработана технология восстановления популяций растений и животных, подвергшихся негативному воздействию в процессе штатного и внештатного функционирования ОУХО, осуществлена корректировка нормативно-разрешительной документации в области охраны окружающей среды и обеспечения экологической безопасности. Впервые для региона разработаны нормативы качества среды по биологическим переменным.

Научно-практическая значимость. Разработаны научно обоснованные рекомендации, обеспечивающие минимизацию воздействия на экосистемы в период эксплуатации объекта, осуществлена верификация прогностической модели динамики естественных и техногенных изменений растительности и животного мира в ЗЗМ терминала. Опыт организации и функционирования системы биологического мониторинга в Саратовской области внедряется при создании подобных систем на других ОУХО в РФ. Результаты исследований являются основой для долговременного экологического мониторинга по оценке отдаленных последствий антропогенной трансформации экосистем района расположения ОУХО. Разработанная система локального мониторинга включена в программу регионального мониторинга, утвержденного ГУПР РФ по Саратовской области. Материалы диссертации включены в учебно-методическое пособие, общие лекционные курсы по общей и физиологической экологии, специальный курс «Стратегия и методы сохранения биоразнообразия» на биологическом факультете Саратовского государственного университета.

Апробация работы. Материалы исследования докладывались и обсуждались на научных конференциях Саратовского государственного университета (Саратов, 2002–2006 гг.). Алгоритм биологического мониторинга реализован в рамках программы региональной многоуровневой системы экологического мониторинга окружающей среды района расположения ОУХО в пос. Горный (2002–2007 гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ, одна из которых в изданиях перечня ВАК РФ.

Декларация личного участия автора. Автор лично участвовал в экспедициях по сбору полевого материала, проведении камеральной обработки биологических проб. Анализ полученных данных, их интерпретация и оформление осуществлены автором самостоятельно. В совместных публикациях вклад соискателя составил 50–80%.

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 290 страницах, включает 8 рисунков и 20 таблиц. Работа состоит из введения, 5 глав, заключения, выводов и приложений; Библиографический указатель включает 295 источников отечественной и зарубежной литературы.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Обязательными компонентами многоуровневой системы биологического мониторинга в ЗЗМ ОУХО в Саратовской области являются: организация оперативного и стационарного мониторинга, в том числе системы модельных площадей и мест отбора биопроб, анализ фонового состояния биоты, выявление лимитирующих и элиминирующих факторов.

2. Система мониторинга биоты включает комплексную оценку состояния экосистем с использованием интегральной методики, основанной на применении пятибалльной шкалы, объективно оценивающей состояние экосистем по показателям морфогенетического, цитогенетического и иммунологического гомеостаза тест-объектов из числа фоновых видов растений и животных.

3. Экологическое состояние сопредельных с терминалом по УХО природных комплексов имеет динамический характер и региональные черты, определяющиеся совокупностью абиотических и биотических переменных, а также антропогенным воздействием, не связанным со спецификой функционирования ОУХО.

4. Экологическая ситуация вблизи границ терминала является удовлетворительной, дестабилизирующее воздействие на экосистемы ЗЗМ оказывают предприятия балаковского промышленного узла, инфраструктуры пос. Горный, а также расширение площадей агроценозов и пастбищная дигрессия.

5. Минимизация ущерба экосистемам, расположенным вокруг ОУХО, возможна на основе внедрения концепции охраны и восстановления живых компонентов, которая включает инвентаризацию и мониторинг редких видов растений и животных, специализированную территориальную охрану, искусственное лесоразведение и озеленение ЗЗМ терминала.

Содержание работы

Во введении обосновывается актуальность исследования, его практическая и теоретическая значимость; сформулированы основная цель и задачи, а также пути их реализации.

Глава 1. Основные принципы разработки и внедрения системы экологического мониторинга вокруг

промышленнных объектов (обзор литературы)

Приводятся результаты исследования отечественного и зарубежного опыта по организации экологического мониторинга в условиях штатного и внештатного функционирования объектов повышенной экологической опасности (Израэль, 1974, 1984; Холстов и др., 1995; Шляхтин и др., 1995; Захаров, 2002; Зубцовский, 2002; Рембовский и др., 2002). Подчеркивается, что биологический мониторинг направлен на изучение состояния экосистем вокруг экологически опасных объектов и является ключевым диагностическим звеном в системе экологического мониторинга в целом. В данной главе рассматриваются принципы, структура, основные этапы и объекты биологического мониторинга. Наглядно показано, что в настоящее время хорошо разработаны системы экологического мониторинга для различных промышленных объектов. Однако применительно к ОУХО опыт функционирования экомониторинговых систем, структурным элементом которых является мониторинг биоты, является недостаточным. В связи с этим, в главе обосновывается выбор индикаторных показателей состояния экосистем для целей биологического мониторинга, рассматриваются зоо- и фитоиндикаторы, которые могут быть использованы в условиях ОУХО в Саратовской области. В комплексе репрезентативных методов биологического мониторинга обосновывается возможность применения интегральной методики оценки состояния экосистем (Захаров и др., 2000).

В главе приводятся стратегические подходы, практические рекомендации и регламент многоуровневой системы биологического мониторинга вокруг ОУХО в Саратовской области. Многоуровневость системы заключается в использовании организменного, видового, популяционного и биоценотического подходов в исследованиях (Захаров, 2002; Кургузкин, 2002; Ашихмина, 2002; Сохранение и восстановление…, 2002; Трубачев и др., 2002; Стрельцов, 2003). Территориальный охват предлагаемой системы мониторинга биоты является двухкомпонентным. Во-первых, мониторинг проводится в пределах зоны техногенного влияния объекта, во-вторых, наблюдения должны быть приурочены к территории ЗЗМ (поселки Горный, Октябрьский, Михайловский-4 и Б. Сакма, а также в местах водопользования – реки Б. Иргиз и Сакма).

Глава 2. МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Объектом настоящего исследования являются биологические компоненты экосистем района расположения терминала в пос. Горный Саратовской области. Работы осуществлены применительно к ЗЗМ терминала, протяженность которой определена в 5–7 км от промышленной территории с общей площадью около 50 км2 (Методика определения…, 2001). Предпринят комплексный подход к оценке состояния биоты. Работа обобщает результаты долговременных биомониториноговых исследований, выполненных на базе биологического факультета Саратовского госуниверситета в 2002–2007 гг. в рамках государственного оборонного заказа.

Полевые исследования в ЗЗМ и на сопредельных с ОУХО территориях относились к трем уровням контроля: наблюдения за флорой и фауной на стационарных пунктах, использование подвижных средств регистрации состояния растительного и животного мира, а также мероприятия по биотестированию и биоиндикации (табл. 1).

Таблица 1

Структура комплексных биомониторинговых наблюдений,

основные направления исследований, объем материала

Вид мониторингового контроля	Основные задачи исследований	Объекты исследований	Объем работ
Подвижные средства контроля и маршруты	Исследование видового разнообразия растений и животных	Растения и животные территории ЗЗМ	Пройдено ежегодно не менее 340 км маршрутов (площадь 32.5 км2)
Стационарные пункты наблюдений (модельные площадки)	Исследование биоразнообразия, динамики продуктивности экосистем	Растения и животные модельных площадок района расположения ОУХО	Заложено 10 модельных площадок 10 10 м для долговременных наблюдений
Биоиндикация и биотестирование	Интегральная оценка качества природной среды по биологическим показателям	Модельные виды животных (в том числе домовая и малая лесная мыши; речной окунь, плотва, серебряный карась, щука, озерная лягушка)	Осуществлен ежегодный отбор биопроб (по 25–75 экз. рыб, 25–30 экз. амфибий, 25 экз. млекопитающих)

На различных этапах исследований средствами оперативного и стационарного мониторинга осуществлялось регулярное (в пределах сезонных аспектов) слежение за биологическими переменными (выделение и характеристика основных типов сообществ, изучение биоразнообразия ЗЗМ, картографирование и описание динамических процессов флоры и фауны, выявление наиболее уязвимых и чувствительных видов (биоиндикаторов) флоры и фауны к техногенному загрязнению, анализ показателей продуктивности продуцентов и консументов наземных экосистем).

Кратность экспедиционных выездов в район исследования составила в среднем через каждые 20 дней в весенне-осеннее время, в зимний период – 1 раз в месяц. Учеты на маршрутах проводились с использованием общепринятых методик, разработанных для различных таксономических групп растений и животных. С учетом основных типов растительности, розы ветров и приуроченности точек химического пробоотбора заложено 10 модельных площадей, а также ряд дополнительных учетных площадок и мест сбора биообъектов, которые выбирались в зависимости от цели исследования (рис. 1). Проанализировано 110 проб растительности с модельных площадок.

Заключение о состоянии наземных и водных экосистем района расположения ОУХО получено при использовании интегральной методики оценки здоровья среды на основе изучения морфогенетического, цитогенетического и иммунологического гомеостаза организмов (Захаров и др., 2000). Для этого использовались 4 вида рыб, 1 вид амфибий и 2 вида млекопитающих. Отбор животных проводился в 4 точках (центр пос. Горный; р. Сакма в центре поселка; около границы с ОУХО; р. Сакма у развилки на ст. Рукополь). Условно контрольные точки для наземных и водных экосистем находились в 25 км от пос. Горный.

В качестве показателя морфогенетического гомеостаза принята величина флуктуирующей асимметрии билатеральных морфологических структур, которая оценивалась по абсолютному и относительному различию между сторонами. У модельных видов также анализировались показатели цитогенетического и иммунологического гомеостаза, который изучался на базе 3-й Клинической больницы Саратовского медицинского госуниверситета. Цитогенетический гомеостаз организмов определялся на основе учета частоты хромосомных аберраций и микроядер в клетках красного костного мозга. Общая оценка иммунологического гомеостаза получена при исследовании клеточного состава периферической крови модельных видов, а также с помощью метода розеткообразования с теофиллином (Захаров и др., 2000). Полученные данные обрабатывались на персональном компьютере с использованием пакета программ Statgraphics.

Глава 3. Оценка фонового состояния экосистем

района расположения объекта по уничтожению

химического оружия и сопредельных территорий

На основе регулярных биомониторинговых наблюдений в 2002–2003  гг. проведена оценка фонового состояния растительного и животного мира района расположения ОУХО. Установлено, что флора изучаемой территории насчитывает 454 вида сосудистых растений, из которых 25 занесены в Красную книгу Саратовской области. Фауна позвоночных бедна и включает около 210 видов, при этом более 50 из них являются редкими. Герпетофауна представлена только 7 видами, среди которых степная гадюка отнесена к редким и охраняемым. Наиболее разнообразна фауна птиц: выявлено 137 видов, в том числе – 39 редких и исчезающих. Состав млекопитающих включает 40 видов (8 редких и подлежащих охране). В ихтиофауне 22 вида, из которых 3 являются редкими. В ЗЗМ были также изучены некоторые группы беспозвоночных. Например, чешуекрылые представлены 339 видами, из которых 106 – редкие и охраняемые.

Изучение флоры и фауны основных типов экосистем района ОУХО позволило сделать вывод о том, что динамика биоразнообразия за годы исследований относительно стабильна. Не выявлено значимых отличий в видовом составе по сравнению со стартовым состоянием (2002 г.). Это может свидетельствовать об устойчивом состоянии экосистем района расположения терминала. Однако флора и фауна сопредельных с объектом территорий относительно бедны. Это связано с небольшим разнообразием биотопов в этом районе и его значительной антропогенной преобразованностью.

При изучении динамики биомассы первичных продуцентов отмечено, что показатели биопродукции имеют хорошо выраженную сезонную и фитоценотическую специфичность (рис. 2). Минимальные показатели биомассы в начале вегетационного периода (Бо) выявлены для пастбищных участков, находящихся на различных сукцессионных стадиях (площадки 4 и 6), – 0.7 и 0.5 кг СВ/м2 соответственно. Наиболее продуктивными в весенний период являются лугово-степные и прибрежноводные сообщества (площадки 5 и 9), для которых биомасса в конце вегетационного периода (Бм) составила 5.7 и 6.2 кг СВ/м2 соответственно (2002 г.). Продукция естественных фитоценозов характеризуется типичными для данной геоэкологической зоны чертами. Динамика их биопродукции свидетельствует о повышенном антропогенном влиянии, выражающемся в перевыпасе (площадки 3, 4 и 6) и другой сельскохозяйственной деятельности (площадка 8).

Анализ показателей биомассы консументов наземных экосистем подтверждает вывод о том, что динамические показатели состояния фауны определяются также в большей степени сезонными и биоценотическими факторами. Так, для малой лесной мыши в 2002 г. на участках, находящихся на разных сукцессионных стадиях демутации пастбищного сбоя, в летний период Бм составила 2.1 · 10-6 кг СВ/м2, а в осенний период – 1.0 · 10-6. Это значительно уступает аналогичному показателю для тех же периодов в пределах слабо нарушенных местообитаний луговой степи (7.7 и 7.8 · 10-5 кг СВ/м2 соответственно).

Оценка величины вторичной продукции экосистем района исследования также показала, что она вполне сопоставима с аналогичными показателями для других природных комплексов, испытывающих антропогенный пресс. На внешние воздействия наиболее сильно реагируют зоофаги основных местообитаний и фитофаги ценозов, нарушенных перевыпасом. Прямое влияние ОУХО на динамические показатели биомассы при изучении ассоциаций продуцентов и консументов наземных экосистем не обнаружено.

Глава 4. Интегральная оценка состояния экосистем

и отдельных видов в районе расположения объекта по уничтожению химического оружия

Изучение состояния организмов 7 модельных видов животных осуществлялось с применением интегральной методики оценки здоровья среды и трех эколого-физиологических подходов. Несмотря на некоторые различия в результатах, полученных по разным методам и видам, общая картина сходна. Так, анализ показателей морфогенетического гомеостаза двух модельных видов млекопитающих позволяет отметить, что ситуация на обширных пространствах агроценозов и участках степей различной стадии дигрессии вокруг объекта и поселка в целом соответствует условной норме (рис. 3). Относительно тяжелая ситуация по пятому критическому баллу пятибалльной шкалы отклонений от нормы обнаружена в зоне наиболее сильного антропогенного воздействия – в центральной части пос. Горный. Причина этого – комплекс воздействий природного и антропогенного характера, не связанных со спецификой функционирования терминала по УХО. В непосредственной близости от границ промышленной площадки терминала степень отклонения от нормы снижается или остается на прежнем уровне. При этом малая лесная мышь является более чувствительным видом в отношении внешних воздействий по сравнению с домовой.

Оценка состояния рыб и земноводных показала, что для участка русла р. Сакмы в пределах центральной части пос. Горный отклонения состояния организма по большинству параметров очень значительны (соответствуют IV–V баллам пятибалльной шкалы отклонений от нормы) и наблюдаются даже в Сакминском водохранилище (рис. 4). В непосредственной близости от ОУХО ситуация несколько нормализуется (II–III баллы), однако она несколько хуже показателей, отмеченных для контрольной точки (р. Б. Иргиз в окрестностях с. Н. Сакма). Следует отметить, что озерная лягушка явилась более чувствительным к внешним воздействиям видом, чем другие использованные биоиндикаторы из числа гидробионтов. Главной причиной негативного состояния р. Сакмы в пределах населенного пункта являются бытовые стоки и низкая проточность водоема, что значительно ухудшает способность его к самоочищению. Прямого или опосредованного воздействия ОУХО на водные ценозы не выявлено.

Таким образом, интегральный показатель морфогенетического гомеостаза достоверно выше в выборках из точек, находящихся в центральной части пос. Горный, и его значения соответствуют в среднем 4.3 балла пятибалльной шкалы оценки отклонений от нормы. В местах с интенсивным сельским хозяйством и выпасом скота, а также рядом с крупной автомобильной развилкой, находящейся на границе с ОУХО, этот показатель составил 3.9 балла.

У модельных видов наземных и водных позвоночных были изучены некоторые показатели цитогенетического и иммунологического гомеостаза (табл. 2 и 3). Оценка цитогенетического гомеостаза по частоте аберраций хромосом свидетельствует о его нарушении у животных из точек 2 и 3 по сравнению с контролем (местоположение точек см. на рис. 3). По пятибалльной шкале отклонений от нормы ситуация в условно контрольной точке соответствует первому баллу, в остальных отмечены отклонения от нормы, соответствующие II–III баллам.

Таблица 2

Частота клеток с разными типами хромосомных нарушений (%) в выборках домовой мыши из разных точек в окрестностях пос. Горный

Показатели	Точки
	1		2		3
	2003 г.	2004 г.	2003 г.	2004 г.	2003 г.	2004 г.
Число особей	15	15	25	25	25	25
Число клеток	189	211	201	219	254	211
Аберрантные клетки:
- с хромос. делециями	1.6	1.8	6.7	6.2	5.4	5.3
- анеуплоидные клетки	-	-	-	-	0.5	-
Общее число аберрантных клеток*	1.6 ± 0.90	1.6±0.09	6.7 ± 1.04	6.5±1.06	5.9 ± 1.05	5.7 ± 1.02

*) В качестве спонтанного уровня принята частота аберрантных клеток до 3.5%

Анализ результатов микроядерного теста у домовой мыши выявил, что максимальная частота клеток с микроядрами отмечена в выборке из точки 2, в которой исследованный вид показал превышение известной частоты спонтанного образования микроядер на 1% больше нормы. Данные микроядерного теста, характеризующего мутагенность среды, свидетельствуют о неблагоприятной ситуации в центральной части пос. Горный при наибольшем антропогенном воздействии.

Анализ периферической крови домовых мышей в исследуемых выборках показывает, что у животных из точек 2 и 3 наблюдается лейкопения при выраженном лимфоцитозе. У животных из точки 2 отсутствуют изменения в количестве нейтрофилов и моноцитов по сравнению с контролем. Число эозинофилов в выборке мышей из точки 2 достоверно (при p < 0.05) меньше. В противоположность этому у мышей из точки 3 наблюдалось пониженное содержание нейтрофилов и повышенное – эозинофилов. Результаты, подтверждающие некоторые нарушения цитогенетического и иммунологического гомеостаза, были также получены в отношении малой лесной мыши, четырех модельных видов рыб и одного вида амфибий.

Таблица 3

Частота встреч эритроцитов с микроядрами (%) в периферической крови домовой мыши из разных точек окрестностей пос. Горный

Показатели	Точки
	1		2		3
	2003 г.	2004 г.	2003 г.	2004 г.	2003 г.	2004 г.
Число особей	15	15	25	25	25	25
Число клеток	9000	10000	21000	17000	11000	13000
Частота микроядерных клеток	2.12	2.01	3.12	3.11	1.76	1.89

На основании полученных данных необходимо заключить, что состояние экосистем на большей части района является удовлетворительным, однако имеет черты, характерные для регионов с развитыми сельским хозяйством и промышленностью и не связано со спецификой функционирования терминала по УХО. Зафиксированное антропогенное воздействие на природные комплексы, граничащие с объектом, является множественным и имеет отрицательную, а в некоторых случаях и положительную направленность. С одной стороны, в ЗЗМ возрос фактор беспокойства вследствие привлечения к строительству промышленного комплекса значительного количества строительной техники и автотранспорта. Прокладка новых подъездных артерий, сооружение очистных сооружений и линий электропередач, распашка эталонных степных и лугово-степных участков, примыкающих к границе промышленной зоны, сказались на увеличении раздробленности и контурности полей, а также вызвали некоторое снижение видового разнообразия природных комплексов в непосредственной близости от объекта.

С другой стороны, переход завода в режим штатного функционирования постепенно приводил к ситуации, когда степень антропогенного воздействия на экосистемы ЗЗМ несколько снизилась. Этап исследований 2004–2007 гг. показал, что большинство подъездных путей к объекту, интенсивно используемых при его строительстве, законсервировано или демонтировано, в зоне отчуждения вокруг терминала стали преобладать молодые залежи, которые сформировались после распашки доминирующих здесь ранее целинных участков. В связи с этим, в непосредственной близости от терминала были зарегистрированы различные формы пребывания редких для Саратовской области видов птиц (дрофы, стрепета, красавки, огаря, ходулочника, степной тиркушки).

Глава 5. Стратегия мониторинга БИОТЫ, охранА

и восстановлениЕ живых компонентов экосистем

На основе осуществленных исследований применительно к ОУХО в пос. Горный обоснована система мониторинга биоты, которая объединяет как традиционные методы биологических исследований, так и специальные методики. Она может быть рекомендована к использованию на других ОУХО. Алгоритм исследований объединяет несколько последовательных этапов: подготовительный, этап апробации и внедрения, анализа результатов мониторинга, контроля, корректировки и оптимизации системы, этап управления качеством среды и принятия управленческих решений (рис. 5).

На подготовительном этапе проводится определение биоиндикаторных и биомаркерных показателей состояния экосистем района расположения ОУХО. В состав биоиндикаторов включаются виды растений и животных, соответствующие требованиям, предъявляемым к тест-объектам и являющиеся фоновыми в условиях расположения ОУХО. При создании системы определяются критерии качества окружающей природной среды по биологическим показателям для конкретного региона. Критерии качества, предлагаемые для использования в биологическом мониторинге, должны относиться к различным уровням организации живых систем – организменному, популяционному и экосистемному.

Учитывая расположение основных типов растительности, геотехнических систем и мест химического пробоотбора, в районе расположения ОУХО разрабатывается система стационарных площадок и маршрутов. Проводится их картирование и маркирование для долговременного использования. Затем определяются периодичность и сроки выполнения биомониторинговых работ. Этап апробации и внедрения регламента мониторинга биоты заключается в постоянном круглогодичном слежении за состоянием растительного и животного мира средствами оперативного и стационарного мониторинга. Главной тенденцией данного этапа является оценка современного фонового состояния растительного и животного мира. При качественном анализе состава флоры оценивается спектр жизненных форм, эндемизм и степень синантропизации. Изучение фауны предполагает определение фаунистических типов, количества и обилия фоновых и редких видов. Особое место в исследованиях отводится выявлению видов животных и растений, занесенных в Красные книги различного ранга.

Представление о фоновом состоянии экосистем дополняется сведениями о динамике биоценозов. Одновременно с определением основных типов растительных сообществ анализируются показатели динамики биомассы растительности модельных площадок. Оценивается также динамика зооценозов, в том числе колебания численности фоновых видов животных и особенности образования вторичной продукции в различные периоды наблюдений. Важным компонентом исследовательской деятельности на данном этапе является отбор проб растительности и животного материала для последующего анализа содержания в них загрязняющих веществ. Отбор биопроб производится в тех же точках, где отбираются почва, вода и воздух, а также учитывается видовая территориальная представительность биообъектов и их транслокационная способность к загрязняющим веществам. На этапе апробации и внедрения целесообразно использовать комплексные тест-системы, в том числе интегральную оценку здоровья среды (Захаров и др., 2000).

Следующий этап биомониторинговых наблюдений является полностью аналитическим. Данные, полученные при реализации предыдущих этапов, предполагают основу для описания состава и структуры фито- и зооценозов, построения индексов, характеризующих видовое разнообразие, полового и возрастного составов сообществ, анализа индикаторных показателей состояния экосистем и т.д. Результаты комплексных биомониторинговых работ, выполненных с помощью различных методик как на модельных площадках, так и на сопредельных территориях, способствуют получению интегральной оценки состояния природных комплексов района расположения ОУХО.

Контроль, корректировка и оптимизация алгоритма биологического мониторинга охватывают все направления биомониторинговых работ. Например, дорабатываются методики унифицированного описания фенологических процессов, с помощью статистических методов определяются временные границы сезонных аспектов жизнедеятельности растительных и животных сообществ, в пределах которых проводится дальнейшее описание динамических процессов в экосистемах.

Этап управления качеством природной среды заключается в принятии и реализации управленческих решений с учетом информации, полученной на основе анализа результатов биологического мониторинга. Кроме того, данный этап работ должен закладывать основу для прогнозирования динамики биологических показателей в период функционирования ОУХО и в последующий после УХО период. Используя параметры, характеризующие состав и структурные особенности растительных и животных сообществ, исторические сведения о функционировании биоценозов в прошлом, а также опираясь на сведения о современных динамических процессах в популяциях, формируется модель наиболее вероятного развития биоты. При этом рассматриваются варианты естественной трансформации экосистем и ожидаемые изменения при различной интенсивности воздействия контролируемых факторов, вплоть до последствий техногенной катастрофы. Нормативные документы, основанные на данных о биоразнообразии исследованных территорий и характере антропогенного вмешательства, представляют собой предварительные материалы для определения стоимостных показателей ущерба растительному и животному миру, который может быть нанесен в процессе строительства и функционирования ОУХО.

Результаты мониторинга биоты на сопредельных с ОУХО территориях актуализировали проблему сохранения и восстановления нарушенных человеческой деятельностью экосистем, и особенно редких и исчезающих видов флоры и фауны. С целью определения путей минимизации возможного ущерба в результате штатного и внештатного функционирования объекта в работе представлена стратегия охраны и восстановления экосистем и их разнообразия. Важно, чтобы охранные и восстановительные мероприятия на сопредельных с ОУХО территориях начинались с биоремедиации, технической и биологической рекультивации, специализированной территориальной охраны, лесовос-становительных работ и озеленения.

Современный этап биологического мониторинга на территории вокруг ОУХО предполагает решение задач по оптимизации вхождения разработанной системы в единую систему государственного экологического мониторинга, а также по внедрению современных высокотехнологичных биологических подходов и ГИС-технологий.

ВЫВОДЫ

1. Разработаны теоретические и практические рекомендации по формированию многоуровневой системы биологического мониторинга вокруг ОУХО, обоснованы репрезентативные методы мониторинга биоты, индикаторные показатели состояния экосистем и критерии качества окружающей среды по биологическим показателям.

2. Внедрен в эксплуатацию проект биологического мониторинга вокруг ОУХО в пос. Горный Саратовской области, включающий организацию системы модельных площадей и мест отбора биопроб, анализ фонового состояния биоты и лимитирующих и элиминирующих факторов, изучение состояния экосистем с использованием интегральной методики оценки здоровья среды по показателям морфогенетического, иммунологического, цитогенетического гомеостаза организмов модельных видов.

3. Выявлено, что флора сопредельных с ОУХО территорий включает более 450 видов сосудистых растений, из которых 25 занесены в Красную книгу Саратовской области. Состав позвоночных включает около 210 видов, из которых более 50 являются редкими. В видовом составе флоры и фауны района расположения ОУХО значимых отличий за годы исследования не обнаружено, что свидетельствует об их устойчивом состоянии. Динамика биомассы продуцентов и консументов наземных экосистем находится в пределах, обусловленных влиянием сезонных и ценотических факторов.

4. Установлено, что интегральный показатель морфогенетического гомеостаза достоверно выше в выборках из точек, находящихся в центральной части пос. Горный. Его средние значения соответствуют 4.3 балла пятибалльной шкалы оценки отклонений от нормы. На границе с промышленной площадкой ОУХО, где отмечены интенсивное ведение сельского хозяйства и пастбищная дигрессия, а также вблизи крупных автомобильных развязок этот показатель составляет 3.9 балла. В данных точках также отмечены некоторые нарушения цитогенетического и иммунологического гомеостаза у тест-объектов, связанные с увеличением частоты аберрантных клеток метафазных хромосом костного мозга и признаками острой или хронической иммунной реакции.

5. Интегральная оценка гомеостаза организмов модельных видов показала, что состояние экосистем на большей части сопредельных с ОУХО территорий является удовлетворительным, имеет особенности, характерные для регионов с развитым сельским хозяйством и промышленностью и не связано со спецификой функционирования терминала.

6. С целью минимизации ущерба биоразнообразию предлагается внедрить разработанную стратегию мониторинга, охраны и восстановления живых компонентов экосистем, граничащих с объектом по УХО, ключевыми направлениями которой являются инвентаризация и мониторинг редких видов растений и животных, специализированная территориальная охрана, искусственное лесоразведение и озеленение.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

* – публикации в печатных изданиях перечня ВАК РФ

1. Шляхтин Г.В., Завьялов Е.В., Перевозникова Т.В. Теоретические подходы и практические рекомендации по созданию и внедрению системы биологического мониторинга на объектах по уничтожению химического оружия // Вопросы биологии, экологии, химии и методики обучения. Саратов, 2004. Вып. 7. С. 119–130.

2. Шляхтин Г.В., Завьялов Е.В., Перевозникова Т.В. Экологические и исторические аспекты уничтожения химического оружия в Саратовской области // Вопросы биологии, экологии, химии и методики обучения. Саратов, 2005. Вып. 8. С. 88–96.

3. Шляхтин Г.В., Завьялов Е.В., Перевозникова Т.В. Экологические проблемы уничтожения химического оружия в Саратовской области // Вопросы биологии, экологии, химии и методики обучения. Саратов, 2005. Вып. 8. С. 97–105.

4. Толстых А.В., Шляхтин Г.В., Завьялов Е.В., Перевозникова Т.В. и др. Разработка, внедрение и эксплуатация системы биологического мониторинга на объекте по уничтожению химического оружия в Саратовской области // Поволжский экол. журн. Саратов, 2005. Вып. спец. С. 47–62.

5. Шляхтин Г.В., Толстых А.В., Завьялов Е.В., Перевозникова Т.В. и др. Оценка морфогенетического гомеостаза живых компонентов экосистем в системе биологического мониторинга (на примере объекта по уничтожению химического оружия в пос. Горный Саратовской области) // Поволжский экол. журн. Саратов, 2005. Спец. вып. С. 83–102.

6. Шляхтин Г.В., Завьялов Е.В., Перевозникова Т.В. Интегральная оценка состояния живых компонентов экосистем в биологическом мониторинге объектов по уничтожению химического оружия (на примере пос. Горный Саратовской области) // Вопросы биологии, экологии, химии и методики обучения. Саратов, 2006. Вып. 9. С. 82–90.

7. Перевозникова Т.В., Шляхтин Г.В., Завьялов Е.В. и др. Теоретические и практические подходы к выделению модельных площадей как основополагающий этап в организации биомониторинговых наблюдений на объектах по уничтожению химического оружия // Вопросы биологии, экологии, химии и методики обучения. Саратов, 2006. Вып. 9. С. 97–102.

8. *Шляхтин Г.В., Завьялов Е.В., Перевозникова Т.В. Опыт эксплуатации системы биологического мониторинга на объекте по уничтожению химического оружия в Саратовской области // Известия Самарского научного центра РАН. 2007. Т. 9, № 1. С. 332–340.

Подписано в печать 30.07.2007. Формат 6084 1/16.

Бумага офсетная № 1. Гарнитура Таймс. Печать офсетная.

Усл. печ. л. 1,25. Тираж 100 экз. Заказ 91

Отпечатано в типографии ООО «Тироль».

410005, Саратов, ул. Чернышевского, 203.