Методы статистической и математической обработки данных. Наземные Что такое мониторинг в биологии
Методы биологического мониторинга
- 1. Биоиндикация - метод, который позволяет судить о состоянии окружающей среды по факту встречи, отсутствия, особенностям развития организмов-биоиндикаторов. Биоиндикаторы - организмы, присутствие, количество или особенности развития которых служат показателями естественных процессов, условий или антропогенных изменений среды обитания. Условия, определяемые с помощью биоиндикаторов, называются объектами биоиндикации.
- 2. Биотестирование -- метод, позволяющий в лабораторных условиях оценить качество объектов окружающей среды с помощью живых организмов.
3. Оценка компонентов биоразнообразия- является совокупностью
методов сравнительного анализа компонентов биоразнообразия.
Методы статистической и математической обработки данных
Для обработки экомониторинговых данных используются методы вычислительной и математической биологии (в том числе и математическое моделирование), а также широкий спектр информационных технологий.
Географические информационные системы
Геоинформационная система (ГИС) - система сбора, хранения, анализа и графической визуализации пространственных (географических) данных и связанной с ними информацией о необходимых объектах. Термин также используется в более узком смысле - ГИС как инструмент (программный продукт), позволяющий пользователям искать, анализировать и редактировать цифровые карты, а также дополнительную информацию об объектах, например высоту здания, адрес, количество жильцов.
ГИС включают в себя возможности систем управления базами данных (СУБД), редакторов растровой и векторной графики и аналитических средств и применяются в картографии, геологии, метеорологии, землеустройстве, экологии, муниципальном управлении, транспорте, экономике, обороне и многих других областях.
По территориальному охвату различают глобальные ГИС (global GIS), субконтинентальные ГИС, национальные ГИС, зачастую имеющие статус государственных, региональные ГИС (regional GIS), субрегиональные ГИС и локальные, или местные ГИС (local GIS).
ГИС различаются предметной областью информационного моделирования, к примеру, городские ГИС, или муниципальные ГИС, МГИС (urban GIS), ГИС недропользователя, горно-геологические ГИС, природоохранные ГИС (environmental GIS) и т. п.; среди них особое наименование, как особо широко распространё иные, получили земельные информационные системы. Проблемная ориентация ГИС определяется решаемыми в ней задачами (научными и прикладными), среди них инвентаризация ресурсов (в том числе кадастр), анализ, оценка, мониторинг, управление и планирование, поддержка принятия решений. Интегрированные ГИС, ИГИС (integrated GIS, IGIS) совмещают функциональные возможности ГИС и систем цифровой обработки изображений (данных дистанционного зондирования) в единой интегрированной среде.
Полимасштабные, или масштабно-независимые ГИС (multiscale GIS) основаны на множественных, или полимасштабных представлениях пространственных объектов (multiple representation, multiscale representation), обеспечивая графическое или картографическое воспроизведение данных на любом из избранных уровней масштабного ряда на основе единственного набора данных с наибольшим пространственным разрешением. Пространственно-временные ГИС (spatio-temporal GIS) оперируют пространственно-временными данными. Реализация геоинформационных проектов (GIS project), создание ГИС в широком смысле слова, включает
этапы: предпроектных исследований (feasibility study), в том числе изучение требований пользователя (user requirements) и функциональных возможностей используемых программных средств ГИС, технико- экономическое обоснование, оценку соотношения «затраты/прибыль» (costs/benefits); системное проектирование ГИС (GIS designing), включая стадию пилот-проекта (pilot-project), разработку ГИС (GIS development); её тестирование на небольшом территориальном фрагменте, или тестовом участке (test area), прототипирование, или создание опытного образца, или прототипа (prototype); внедрение ГИС (GIS implementation); эксплуатацию и использование. Научные, технические, технологические и прикладные аспекты проектирования, создания и использования ГИС изучаются геоинформатикой.
Рассматривая методы экологического мониторинга, частично показывались и средства. Средств мониторинга создано множество. Целесообразно рассмотреть наиболее широкую группу средств наземного мониторинга.
Общая структура аппаратных средств сети наземных измерений в системе экологического мониторинга включает:
- 1. Для низового уровня мониторинговой сети
:
- - стационарные посты по воздуху и воде;
- - передвижные станции контроля выбросов и сбросов;
- - передвижные и стационарные лаборатории по состоянию атмосферы, воды, почвы, снега;
- - инспекционные службы;
- - службы получения данных от населения.
Число стационарных и передвижных станций и постов определяется в результате проведения исследований, расчё тов на имеющихся моделях конкретной природно-технической геосистемы (или природно-территориального комплекса), а также на основании накопленного опыта наблюдения за окружающей средой.
- 2. Для среднего уровня сети
:
- - центры сбора и обработки информации, полученной в низовых сетях, отличающиеся друг от друга спецификой и сложностью решаемых задач.
- 3. Для высшего уровня сети
:
- - пользователи информации, полученной в центрах ее сбора и обработки.
Непосредственными пользователями данных являются инспектора по охране окружающей среды.
К числу основных составляющих сети мониторинга относятся датчики и анализаторы; устройства загрузки данных; устройства передачи данных и др.
В иерархически построенной сети наземных измерений вычислительные средства обработки информации используются практически на всех уровнях сети. В стационарных и передвижных постах загрузчик данных не только управляет работой анализаторов, но и производит первичную обработку собранных данных. В локальных и центральном вычислительных центрах вычисляются по моделям уровни загрязнения среды по основным и дополнительным ингредиентам, строятся карты изолиний, рассчитываются прогнозы, вычисляются вероятные источники загрязнений и т. п.
Вычислительный центр сети мониторинга загрязнений выполняет следующие функции:
- - управление работой сети наземных измерений в оперативном, штормовом режимах и режиме проверки работоспособности;
- - сбор информации от стационарных постов и передвижных лабораторий контроля загрязнений;
- - обработка информации для получения общей картины загрязнений для вычисления прогнозов, интегральных оценок экологического состояния среды и др.;
- - ведение банков данных оперативного и долговременного хранения информации с обеспечением надежности хранения информации и защиты от несанкционированного доступа;
- - подготовка и выдача информации о загрязнениях в плановом порядке в виде сводных таблиц, картографического материала и т. п.;
- - передача информации в автоматическом режиме в главный вычислительный центр.
Сеть передачи данных наземных измерений со станций экологического мониторинга решает следующие задачи:
- - регулярная (один раз в 10 мин, 30 мин, 1 ч и т. п.) передача данных измерений от стационарных постов и передвижных лабораторий;
- - передача данных, поступающих от населения о тревожных и аварийных ситуациях;
- - передача данных по каналам связи от вычислительного центра пользователям информации (исполнительной власти, населению и т. п.).
Данные, передаваемые от стационарных постов и передвижных лабораторий, невелики по объему (сотни байт), но передаются достаточно часто. Скорость передачи данных невелика - сотни бит в секунду. Требования к надежности передаваемых данных не предельно жесткие, так как протекающие процессы в атмосфере и воде имеют скорость распространения десятки минут, часы.
Данные от вычислительного центра пользователям должны передаваться 1-2 раза в сутки, объем их достаточно велик (единицы и десятки килобайт). Поэтому скорость передачи и требования к надежности передачи данных должны быть достаточно высоки.
Информационное обеспечение системы комплексного экологического мониторинга должно содержать:
- - упорядоченную структуру информационных потоков (входных, внутренних, выходных);
- - инфраструктуру собственно информационной базы данных;
- - методики сбора данных от стационарных и передвижных постов;
- - методики передачи данных, полученных от постов различного уровня, включая лидары;
- - методики обработки данных и расчета интегральных показателей состояния окружающей среды;
- - методики определения источников выбросов;
- - структуру пользовательских организаций сети и эксплуатационных служб.
Программное обеспечение сети комплексного экологического мониторинга должно включать:
- - развитые операционные системы;
- - стандартные базы данных;
- - картографическое и графопостроительное обеспечение;
- - мониторы для управления сбором данных;
Базой данных называют совокупность хранимых операционных данных, используемых прикладными системами некоторого потребителя. Основополагающим при проектировании или выборе структуры базы данных является модель представления данных.
По способу организации баз данных различают реляционные, иерархические и сетевые базы данных.
Реляционные базы данных строятся на основе реляционной модели данных, использующей математическое понятие теоретико-множественного отношения. База данных при этом представляется в виде совокупности таблиц.
Иерархические базы данных строятся на основе иерархической модели данных, в которой данные имеют структуру простого дерева. База данных представляется при этом в виде совокупности деревьев.
Сетевые базы данных строятся на основе сетевой модели данных, в которой данные имеют структуру ориентированного графа. База данных представляется ориентированной сетью.
Выбор конкретной базы данных зависит от характера выполняемых задач. В соответствии с общей структурой сети наземных измерений должны быть созданы следующие основные базы данных: по воздуху, выбросам и отходам, водным объектам, картографии и др. Большинство из них целесообразно строить как реляционные. В то же время, скажем, для картографических систем могут быть использованы базы данных иерархического типа .
Термин "биологический мониторинг" был впервые предложен в 1980 г на семинаре, организованным Европейским экономическим сообществом (ЕЭС) совместно с Национальным институтом проблем безопасности труда и здравоохранения США (NIOSH), а также Управлением по безопасности труда и охране здоровья (OSHA) (Berlin, Yodaiken, Henman, 1984 г) в Люксембурге. Под данным термином понимают "измерение и оценку содержания химических агентов или их метаболитов в тканях, секрете, выделениях, а также в альвеолярном воздухе с целью определения величины воздействия и риска для здоровья посредством сравнения с соответствующими стандартами". Мониторинг - это действие на основе диагностических процедур, повторяющееся с определенными интервалами, имеющее профилактические и, в случае необходимости, корригирующие функции.
Биологический мониторинг - один из трех важнейших мероприятий, необходимых для профилактики заболеваний, обусловленных токсичными факторами или загрязнением окружающей среды. Этим же целям служит мониторинг окружающей среды и наблюдение за состоянием здоровья.
Последовательность событий, приводящих к развитию заболеваний подобного рода, может быть схематично представлена следующим образом: источник - воздействующий химический фактор (агент) - полученная внутренняя доза - биохимический или клеточный эффект - неблагоприятное воздействие на организм - заболевание. Взаимосвязь между различными видами мониторинга (биологическим, окружающей среды и вредного воздействия) и наблюдением за состоянием здоровья продемонстрирована. Определением количества токсичных веществ (напр. промышленных химикатов) в воздухе, воде, пище или на поверхностях, контактирующих с кожей, занимаетсямониторинг окружающей среды .
В результате процессов абсорбции, распределения, метаболизма и экскреции определенная часть внутренней дозы токсичного агента (т.е. количества вещества, абсорбированного или метаболизированного в организме в течение определенного промежутка времени) оказывается в жидких средах организма, где она и может быть определена. При действии внутренней дозы на критический орган (на котором неблагоприятное воздействие сказывается в первую очередь или наиболее сильно) возникают определенные биохимические и клеточные эффекты.
Биологический мониторинг и наблюдение за состоянием здоровья предполагают определение содержания химических агентов или их метаболитов в организме посредством оценки их биохимических и клеточных эффектов, а также выявления симптомов поражения критического органа. Кроме того, они используются для определения масштабов заболевания. Биологический мониторинг можно подразделить на: (а) мониторинг воздействия и (б) мониторинг эффекта, использующих соответственно индикаторы внутренней дозы и эффекта.
Цель биологического мониторинга воздействия - оценка риска для здоровья посредством определения внутренней дозы, отражающей, в свою очередь, биологически активную нагрузку химических факторов на организм. Доза загрязнения не должна достигать уровня, при котором могут проявиться патологические эффекты. Эффект считается патологическим или вредным, если снижается функциональная активность организма, уменьшается адаптационная способность к стрессам, способность к поддержанию гомеостаза, или повышается восприимчивость к другим воздействиям среды.
В зависимости от химического вещества или анализируемого биологического параметра термин "внутренняя доза" может быть интерпретирован по-разному (Bernard, Lauwerys, 1987 г).
Во-первых, он может означать количество абсорбированного химиката за короткий промежуток времени, к примеру, в течение одной рабочей смены. Концентрации загрязнителя в альвеолярном воздухе может определяться непосредственно в течение рабочей смены или на следующий день (образцы крови и альвеолярного воздуха могут храниться до 16 часов).
Во-вторых, если химическое вещество имеет большой биологический период полураспада (например, металлы в системе кровообращения), то величина внутренней дозы может отражать количество вещества, поступившего в организм на протяжении нескольких месяцев.
В-третьих, термин "внутренняя доза" может также означать количество накопленного в организме вещества. В этом случае внутренняя доза отражает распределение вещества по органам и тканям, из которых оно потом медленно выводится.
К примеру, для получения достоверной картины содержания в организме ДДТ, достаточно измерить их содержание в крови.
Наконец, величина внутренней дозы служит показателем количества химического вещества в местах его действия. Одной из наиболее важных и многообещающих возможностей применения данного показателя представляется определение соединений, образованных токсичными веществами с белками гемоглобина или с ДНК.
Биологический мониторинг эффекта направлен на выявление симптомов ранних обратимых изменений, возникающих в критическом органе. В этом смысле значение биологического мониторинга эффекта для наблюдения за здоровьем рабочих трудно переоценить.
Наряду с инструментальными методами оценки качества окружающей среды в последнее время широко используются методы биоиндикации (экологического индикации) и биотестирования. Эти методы основываются на использовании живых организмов в качестве тест-объектов, чувствительных к конкретным факторам окружающей среды Объекты экологической индикации называют индикатами
Экологическими индикаторами в экологии называют организмы, которые своим присутствием (гни отсутствием) в данной среде свидетельствуют о ее специфичности. Все индикаторы обязательно являются организмами-сгеноэками, видами с узким диапазоном толерантности. Индикаторы можно подразделить на:
♦ панареальные - проявляют индикаторные свойства на всем ареале обитания, например, тростник везде может служить индикатором иочв с избыточным увлажнением;
♦ региональные - проявляют индикаторные свойства только в пределах конкретных регионов, например, сосна обыкновенная в Прибалтике служит индикатором бедности почв, а в Карелии -индикатором выхода скальных пород на поверхность почвы;
♦ локальные - проявляют индикаторные свойства в том месте, где проводится тестирование.
В зависимости от индиката различают следующие виды биоиндикации:
♦ аэроиндикация - индикация состояния атмосферного воздуха;
♦ гидроиндикация - индикация состояния воды;
♦ литоиндикация - индикация состояния почвы;
♦ галииндикация - индикация уровня солености и другие.
Рассмотрим некоторые примеры биоиндикации
Примеры видов биоиндикации
Об экологических особенностях среды могут свидетельствовать не только обитающие в ней виды, но их особенности внешнего характера, например, хлорозы и некрозы растений. В настоящее время основную роль в контроле за состоянием окружающей среды играют санэпидемстанции. Однако для получения объективных, интегральных оценок "загрязненности среды необходимо применять не только инструментальные методы, но и биоиндикацию. Конечно, прием биотестирования, как правило, не дает возможности установить весь спектр загрязняющих веществ, но зафиксировать сам факт присутствия в окружающей среде загрязнения позволяет достаточно быстро
Биоиндикация позволяет осуществлять:
♦ непрерывный контроль за состоянием окружающей среды (организмы-индикаторы, постоянно находясь в данной среде, обмениваются с ней веществом и энергией и вне зависимости от того, в какое время суток или дня недели произошел акт загрязнения среды, сигнализируют о нем изменениями в своем состоянии или гибелью);
♦ объектный контроль за состоянием окружающей среды (любой факт загрязнения неизбежно вызовет изменения в их состоянии или гибель),
♦ интегральный контроль за состоянием среды (индикаторы реагируют на любые опасные для их существования элементы, поэтому их гибель всегда однозначно свидетельствует о загрязнении среды).
Для решения задач биоиндикации и связанных с ними задач экологического прогнозирования необходимо уделять внимание четырем основным аспектам:
♦ разработке соответствующих методов и моделей;
♦ выделению системообразующих факторов;
♦ формулированию соответствующих целей прогнозирования,
♦ оценке достоверности получаемых результатов.
Мониторинговые наблюдения за состоянием ОС охватывают наблюдения за изменением не только абиотической составляющей биосферы, но и ответной реакцией её биотического компонента , что определяет широкий спектр методов и приёмов исследований, используемых при проведении экологического мониторинга. Именно сообщества живых организмов относятся к наиболее показательным при оценке изменений, протекающих в экосистеме под влиянием антропогенных факторов, т. к. они являются конечным звеном протекающих в биогеоценозах процессов. Поэтому для мониторинга окружающей среды одной из важных составляющих является мониторинг состояния биосферы или биологический мониторинг (биомониторинг) – система наблюдений, оценки и прогноза любых изменений в биотических компонентах, вызванных факторами антропогенного происхождения и проявляемых на организменном, популяционном или экосистемном уровнях. Т. е. это комплекс наблюдений, оценки и прогноза изменений состояния биологических систем под влиянием антропогенных воздействий.
Основными задачами биологического мониторинга являются:
ü оценка качества изучаемых экосистем (в конечном итоге – с точки зрения возможности их использования человеком);
ü выявление причин наблюдаемых и вероятных структурно-функциональных изменений биотических компонентов и адресная индикация источников и факторов негативного внешнего воздействия;
ü прогноз устойчивости экосистем и допустимости изменений и нагрузок на среду в целом;
ü оценка существующих резервов биосферы и тенденций в их исчерпании (накоплении).
Ещё одно широко используемое определение термина биологический мониторинг – наблюдение за биологическими объектами (наличием видов, их состоянием, появлением случайных интродуцентов и т. д.) и оценка качества окружающей среды с помощью организмов-биоиндикаторов. Биоиндикаторы – это организмы или сообщества организмов, по наличию, состоянию и поведению которых судят об естественных и антропогенных изменениях в среде, в т. ч. о присутствии и концентрации загрязнителей .
Индикаторное сообщество – это сообщество организмов, по скорости развития, структуре и благополучию отдельных популяций микроорганизмов, грибов, растений и животных которого можно судить об общем состоянии среды, включая её естественные и искусственные изменения.
Проведение наблюдений за состоянием ОС с использованием биоиндикаторных организмов называют биоиндикацией. Биоиндикация – это метод оценки изменений в среде при помощи биологических объектов, т. е. определение биологически значимых нагрузок на основе реакций на них живых организмов и их сообществ. Это относится ко всем видам антропогенных загрязнений. Для учёта изменения среды под действием антропогенного фактора составляются списки индикаторных организмов.
Задачи биоиндикации и биомониторинга:
ü разработка методов и критериев для адекватной оценки уровней антропогенного воздействия с учётом комплексного характера загрязнения;
ü диагностика ранних нарушений в наиболее чувствительных компонентах биотических сообществ.
Биомониторинг и биоиндикация могут осуществляться на различных уровнях организации биосферы: макромолекул, клетки, ткани, органа, организма, популяции, биоценоза .
Проведение биологического мониторинга имеет как преимущества, так и недостатки по сравнению с аналитическими методами оценки качества ОС.
Преимущества биомониторинга:
ü доступность и дешевизна по сравнению с химическими методами;
ü получение интегральной оценки влияния комплекса загрязняющих веществ;
ü возможность использовать биоиндикаторы на всех уровнях организации;
ü возможность распознавать ранние симптомы нарушения экосистем, трудно регистрируемые химическими методами, на момент, пока расходы на восстановление не стали слишком велики.
Недостатки использования биоиндикаторов:
ü трудность интерпретации реакции организмов на действие различных факторов и точной количественной оценки степени воздействия факторов – для большинства видов реагирование на любое техногенное воздействие (если оно не носит катастрофический характер) принципиально не отличается от выработанных в ходе эволюции тривиальных реакций на колеблющиеся изменения среды;
ü существенная многомерность факторов среды и измеряемых параметров экосистем;
ü недостаточный уровень знаний о реакции живых организмов и экосистем в целом на действие антропогенных факторов.
Биоиндикация незаменима в случаях, когда: фактор трудно измерить или он не может быть измерен; фактор легко измерить, но трудно интерпретировать.
Критерии выбора биоиндикатора:
ü организм должен давать быстрый ответ;
ü надёжность реакции и повторяемость (ошибка < 20 %);
ü простота интерпретации реакции (делают необязательным применение дорогостоящих трудоёмких физических и химических методов);
ü возможность мониторинга (постоянно присутствующий в природе объект). Наиболее подходит для биоиндикации и мониторинга организм, показывающий линейную связь между уровнями загрязнения среды и реакцией организма.
Основные требования к биоиндикатору:
ü присутствие в большом количестве в исследуемой экосистеме;
ü широкая представленность в разных географических зонах;
ü лёгкость в идентификации;
ü биология вида-индикатора должна быть хорошо изучена;
ü доступность получения (сбора в природе) или лёгкость в культивировании;
ü отсутствие сезонных отличий;
ü относительная устойчивость к воздействию и накоплению токсиканта;
ü чётко выраженная количественная и качественная реакция на отклонение свойств среды обитания от экологической нормы;
Что такое "МОНИТОРИНГ"? Как правильно пишется данное слово. Понятие и трактовка.
МОНИТОРИНГ МОНИТОРИНГ (от лат. monitor - тот, кто напоминает, предупреждает), комплексная система наблюдений, оценки и прогноза изменений состояния биосферы или её отд. элементов под влиянием антропогенных воздействий. М. может быть локальным, региональным и глобальным. В М. состояние биосферы характеризуется геофизич., физико-геогр., геохимич., биол. параметрами. Напр., биологический М. на изменения окружающей среды возможен по функциональным (прирост биомассы в единицу времени, скорость поглощения разл. веществ растениями и животными) и структурным (численность и состав видов, общая биомасса и др.) биол. признакам. Интенсивно развивается М. загрязнения окружающей природной среды: в воздухе более 450 городов СССР постоянно определяются пыль, окислы серы, азота, углерода и пр., более 5000 пунктов наблюдений расположены на реках, озёрах и водохранилищах, в почвенном покрове на больших площадях определяются пестициды, тяжёлые металлы и пр. Важную роль в М. имеет глобальная система биосферных заповедников. В службе М. растёт роль дистанц. и автоматич. методов наблюдений (данные из труднодоступных мест передаются по радио, через спутники и т. п.). Система М. является информационной, она не включает управление качеством окружающей природной среды. .(Источник: «Биологический энциклопедический словарь.» Гл. ред. М. С. Гиляров; Редкол.: А. А. Бабаев, Г. Г. Винберг, Г. А. Заварзин и др. - 2-е изд., исправл. - М.: Сов. Энциклопедия, 1986.)монито?ринг слежение за какими-либо объектами или явлениями, в т.ч. биологического характера. Мониторинг биологический – это слежение за природными и антропогенными процессами, протекающими в биоценозах и на более высоких уровнях биологической организации, с целью выявления изменений, возникающих при взаимодействии живого с факторами внешней среды (колебания численности популяций, накопление тяжёлых металлов в организмах и др.) и изучения ответных реакций всех биологических уровней на эти воздействия (изменение климата, разрушение биоценозов, заболевания организмов и др.)..(Источник: «Биология. Современная иллюстрированная энциклопедия.» Гл. ред. А. П. Горкин; М.: Росмэн, 2006.)
МОНИТОРИНГ - м. 1. Постоянное наблюдение за каким-л. процессом с целью выявления его соответствия желаемому резу... Толковый словарь Ефремовой
МОНИТОРИНГ - МОНИТОРИНГ, комплексная система наблюдений, оценки и прогноза изменений состояния биосферы или ее от... Современная энциклопедия
МОНИТОРИНГ - МОНИТОРИНГ - наблюдение за состоянием окружающей среды (атмосферы, гидросферы, почвенно-растительног... Большой энциклопедический словарь
МОНИТОРИНГ - методика и система наблюдений за состоянием определенного объекта или процесса, дающая возможность н... Словарь бизнес терминов
МОНИТОРИНГ - (от лат. monitor - напоминающий, надзирающий), система наблюдений и контроля за состоянием биосферы... Ветеринарный энциклопедический словарь
МОНИТОРИНГ - – систематическое сопоставление действительного положения фирмы, организации с желаемым. Наблюдения,... Коммерческая электроэнергетика. Словарь-справочник
МОНИТОРИНГ - наблюдение за состоянием окружающей среды (атмосферы, гидросферы, иных геосфер, почвенно-растител... Гражданская защита. Понятийно-терминологический словарь
МОНИТОРИНГ - (от лат. monitor - тот, кто напоминает, предупреждает * a. monitoring; н. Monitoring; ф. mo...
Информация о состоянии окружающей природной среды, об изменениях этого состояния давно используется человеком для планирования своей деятельности. Уже более 100 лет наблюдения за изменением погоды, климатом ведутся регулярно в цивилизованном мире. Это всем нам знакомые метеорологические, фенологические, сейсмологические и некоторые другие виды наблюдений и измерений состояния окружающей среды. Теперь уже никого не надо убеждать, что за состоянием природной среды надо постоянно наблюдать. Все шире становится круг наблюдений, число измеряемых параметров, все гуще сеть наблюдательных станций. Все большей сложностью обладают проблемы, связанные с мониторингом окружающей среды.
Огромное значение в организации регионального природопользования на глобальном, региональном и локальном уровнях, а также оценка качества окружающей человека среды на конкретных территориях, в экосистемах различного ранга. Существует специальный термин для обозначения всей сложной службы по наблюдению, оценке и прогнозу за качеством среды и характером природопользования: «Мониторинг».
Мониторинг окружающей среды – это система повторных, целенаправленных наблюдений за одним или более элементами окружающей природной среды в пространстве и времени по научно обоснованным программам наблюдений, проводимая для оценки и прогноза изменений в состоянии окружающей среды (ОС), с целью выделения антропогенной составляющей этих изменений на фоне природных процессов.
Сам термин «мониторинг» впервые появился в рекомендациях специальной комиссии СКОПЕ (научный комитет по проблемам окружающей среды) при ЮНЕСКО в 1971 г., а в 1972 г. уже появились первые предложения по Глобальной системе мониторинга окружающей среды (Стокгольмская конференция ООН по окружающей среде). Однако такая система не создана по сей день из-за разногласий в объемах, формах и объектах мониторинга, распределении обязанностей между уже существующими системами наблюдений.
Мониторинг – это система наблюдений, оценки и прогноза позволяющая выявить изменения состояния окружающей среды под влиянием антропогенной деятельности. Прежде всего, это мониторинг антропогенных загрязнений. Наряду с отрицательным влиянием на природу человек может в результате хозяйственной деятельности оказывать и положительное влияние. Часто плачевные результаты хозяйственной деятельности возникают из благих намерений. Чтобы такого не произошло и необходимо изучать окружающую среду, прогнозировать её возможные изменения, как в лучшую, так и в худшую стороны. Рассмотрим, что же представляет собой так необходимая обществу служба мониторинга.
В состав мониторинга входит:
– наблюдение за качеством окружающей среды, факторами, воздействующими на окружающую среду;
– оценка фактического состояния природной среды;
– прогноз изменения качества среды.
Наблюдения могут осуществляться по физическим, химическим и биологическим показателям, но особенно перспективны интегрированные показатели состояния окружающей среды.
Составной частью экологического мониторинга слежения за состоянием окружающей среды по физическим, химическим и биологическим показателям является биомониторинг. В задачи биомониторинга входит регулярно проводимая оценка качества окружающей среды с помощью специально выбранных для этой цели живых объектов.
Цели биологического мониторинга. Биологический мониторинг можно подразделить на: (а) мониторинг воздействия и (б) мониторинг эффекта, использующих соответственно индикаторы внутренней дозы и эффекта.
Цель биологического мониторинга воздействия – оценка риска для здоровья посредством определения внутренней дозы, отражающей, в свою очередь, биологически активную нагрузку химических факторов на организм. Доза загрязнения не должна достигать уровня, при котором могут проявиться патологические эффекты. Эффект считается патологическим или вредным, если снижается функциональная активность организма, уменьшается адаптационная способность к стрессам, способность к поддержанию гомеостаза, или повышается восприимчивость к другим воздействиям среды.
В зависимости от химического вещества или анализируемого биологического параметра термин "внутренняя доза" может быть интерпретирован по-разному. Во-первых, он может означать количество абсорбированного химиката за короткий промежуток времени, к примеру, в течение одной рабочей смены. Концентрации загрязнителя в альвеолярном воздухе может определяться непосредственно в течение рабочей смены или на следующий день (образцы крови и альвеолярного воздуха могут храниться до 16 часов). Во-вторых, если химическое вещество имеет большой биологический период полураспада (например, металлы в системе кровообращения), то величина внутренней дозы может отражать количество вещества, поступившего в организм на протяжении нескольких месяцев.
В-третьих, термин "внутренняя доза" может также означать количество накопленного в организме вещества. В этом случае внутренняя доза отражает распределение вещества по органам и тканям, из которых оно потом медленно выводится. К примеру, для получения достоверной картины содержания в организме ДДТ, достаточно измерить их содержание в крови.
Наконец, величина внутренней дозы служит показателем количества химического вещества в местах его действия. Одной из наиболее важных и многообещающих возможностей применения данного показателя представляется определение соединений, образованных токсичными веществами с белками гемоглобина или с ДНК.
Биологический мониторинг эффекта направлен на выявление симптомов ранних обратимых изменений, возникающих в критическом органе. В этом смысле значение биологического мониторинга эффекта для наблюдения за здоровьем рабочих трудно переоценить.
В 1990 г. экономическая комиссия Европы под эгидой ООН приняла программу интегрированного мониторинга (1М) окружающей среды по следующим группам показателей (в скобках указано их количество) общая метеорология (6), химизм воздуха (3), химизм почвенных и подземных вод (4), химизм поверхностных вод (4), почва (6), биологические показатели (11).
Среди отслеживаемых показателен видное место заняли биологические индикаторы: эпифитные лишайники, напочвенная растительность, кустарниковая и древесная растительность, проективное покрытие деревьев, биомасса деревьев, химический состав хвойных игл, микроэлементы в хвое, почвенные ферменты, микориза, скорость разложения растительных остатков и один из прочих методов биомониторинга по выбору.
На территории бывшего СССР было намечено шесть площадей для проведения регионального мониторинга по перечисленным выше биологическим показателям.
Наиболее развиты системы регионального мониторинга в Германии и Нидерландах.
Для примера рассмотрим одну из систем биомониторинга, принятую в Германии (земля Баден-Вюртемберг). Она предполагает оценку следующих показателей:
– степени дефолиации (преждевременной потери листвы) бука, ели и пихты;
– состава поллютантов в листьях и хвое;
– сукцессии (закономерной смены) травянистой растительности;
– жизненности травостоя и содержания в нем поллютантов;
– площади покрытия эпифитных лишайников;
– численности коллембол (мелких почвенных членистоногих) и наземных моллюсков;
– аккумуляции поллютантов в дождевых червях.
Результаты мониторинга представляют в виде таблиц и графиков. К числу удачных способов относится метод «Амебы». Рисуют круг, который делят линиями на равные секторы по числу измеряемых показателей. Линия окружности означает их нормальные значения. Показатели могут быть химическими (содержание тяжелых металлов, фосфора и т.д.), физическими (уровень грунтовых вод, мутность и пр.) и биологическими (численность, разнообразие и другие характеристики биоиндикаторов). Далее в каждом секторе закрашивают площадь, пропорциональную значениям соответствующего показателя. Линии могут выходить за пределы круга, если значения «зашкаливают», тогда у «Амебы» появляются «выросты-ложноножки». Результаты мониторинга, представленные в виде ряда таких рисунков, наглядно выявляют направление «движения Амебы» и, соответственно, направление изменений в экосистеме.
