УДК 577.4

Нормирование абиотических факторов среды, т.е. поиск границ их значений, безопасных для биотического компонента экосистем, является необходимой составной частью экологического мониторинга природных объектов. Согласно биотической концепции контроля природной среды (Максимов, 1991; Абакумов, Сущеня, 1991; Левич, 1994) оценки состояния экосистем на шкале "норма — патология" следует проводить не по уровням абиотических факторов (как, например, в концепции ПДК), а по комплексу биологических показателей. Именно на этой ключевой предпосылке строится метод экологически допустимых уровней (ЭДУ), позволяющий не только определять факторы, угрожающие “здоровью” экосистемы и рассчитывать их ЭДУ, но и ранжировать факторы по степени их вклада в возникающую “патологию” биоты, прогнозировать состояние экосистемы на перспективу по предлагаемым сценариям абиотических факторов, выявлять пробелы в программах наблюдений за физико-химическими переменными (Левич, Терехин, 1997; Левич и др., 2001).

Метод ЭДУ предусматривает совместный анализ всего комплекса абиотических переменных, измеряемых службами мониторинга, на предмет отбора среди них наиболее опасных для биоты с одновременным вычислением границ ЭДУ и последующим ранжированием.

С помощью метода ЭДУ нормирование факторов окружающей среды проводится на основе принципа региональности, т.е. достаточно обширная природная территория (в настоящей работе — водосборный бассейн крупной реки) делится на несколько составных частей (подбассейнов), для которых процедура нормирования ведется отдельно. Соблюдение принципа региональности необходимо вследствие вероятных различий между составляющими бассейн экосистемами в степени адаптированности гидробионтов к неблагоприятным воздействиям, климатических условиях.

Прежние работы, посвященные применению метода ЭДУ, касались регионального нормирования физико-химических факторов в бассейнах Сырдарьи, Дуная, Средней и Нижней Волги (Замолодчиков, 1993), Нижнего Дона (Булгаков и др., 1995, 1997; Левич и др., 1996; Maximov et al., 1999), в пресноводных водоемах Калмыкии (Максимов и др., 1997, 1998) и реке Суре (Максимов, 2000). Сравнительный анализ причин экологического неблагополучия планктона и зообентоса в крупнейших реках Европейской территории России и сопредельных стран был дан в статье В.Н.Максимова с соавторами (2001). Продолжение этой работы, посвященное бассейнам наиболее крупных рек Азиатской части России и Узбекистана, составляет предмет настоящей статьи.

Анализ причин экологического неблагополучия проводили для 5 бассейнов рек азиатской части России и Узбекистана:

1. бассейн Оби (реки Чулым, Урюп, Береш, Кадат, Базыр, Ужур, Можары, Сереж, Иртыш, Бухтарма, Ульба, Глубочанка, Уба, Тобол, Ишим, Берешское Кадатское, Бухтарминское и Усть-Каменогорское водохранилища, озера Белое, Зайсан);
2. бассейн Енисея (реки Енисей, Тыя, Верхняя Ангара, Баргузин, Турка, Селенга, Чикой, Темник, Хилок, Уда, Большая Речка, Оронгой, Вилюйка, Ангара, Ушаковка, Иркут, Ока, Ия, Бирюса, Куда, Кая, Малая Белая, Иреть, Большая Белая, Белая, Мана, Кача, Уярка, Кан, Большая Уря, Илань, Тины, Решеты, Татарка, Тасеева, Мурожное, Рыбное, Аладьино, Каменка, Манзя, Иркинеева, Карабула, Чуна, Усолка, Малый Енисей, Тапса, Большой Енисей, Верхний Енисей, Элегаст, Унгеш, Хемчик, Ус, Ак-Суг, Большой Он, Абакан, Большая Тель, Братское, Иркутское, Саяно-Шушенское, Красноярское, Хантайское водохранилища, озеро Байкал);
3. бассейн Лены (реки Лена, Витим, Алдан, Вилюй, Кенгдей, озеро Мелкое);
4. бассейн Амура (реки Ингода, Тында, Зея, Деп, Большая Бира, Тунгуска, Амур, Сунгач, Хор, Черная, Березовая, Шилка, Аргунь, Онон, Спасовка, Кулешовка, Илистая, Абрамовка, Нестеровка, Мельгуновка, Тур, Большие Усачи, Комиссаровка, Арсеньевка, Уссури, Большая Уссурка, Бикин, Малиновка, Дальняя, озеро Ханка);
5. бассейн Сырдарьи (реки Сырдарья, Карадарья);

Бассейн Оби был разделен на два подбассейна (район КАТЭК и подбассейн Иртыша), бассейн Енисея — на три подбассейна (район Забайкалья, подбассейны Ангары и Верхнего Енисея), бассейн Амура — на два подбассейна (собственно Амура и Уссури). Расчет ЭДУ вели как по всему бассейну в целом, так и по составляющим его подбассейнам.

Исходные гидробиологические данные включали в себя сведения о численности, и биомассе фито-, зоопланктона, перифитона и зообентоса (Ежегодники состояния..., 1979-1992). Оценку экологического состояния проводили отдельно для толщи воды (по показателям индексов сапробности фито- и зоопланктона, перифитона) и для грунтов (по показателям олигохетных и биотических индексов зообентоса). В результате по каждому створу наблюдения за период 1978-1991 гг. ежегодно имели по две среднегодовые оценки состояния на 5-балльной экспертной шкале, соответствующей экологическим модификациям состояния сообществ (Абакумов, 1991), где 1 баллу соответствует наибольшее экологическое благополучие, а 5 баллам — наибольшее неблагополучие. В свою очередь метод экологических модификаций является развитием метода оценки состояния по классификатору Росгидромета (Организация и проведение..., 1992). Чтобы оценить экологическое состояние водной толщи, брали наихудший из имеющихся баллов по трем группам организмов. Наблюдения с баллами 1 и 2 маркировали как благополучные, а наблюдения, оцененные баллами от 3 до 5, как неблагополучные.

Методика поиска, нормирования и ранжирования факторов среды, влияющих на степень благополучия биологической составляющей экосистем, основана на современных процедурах одномерного (Замолодчиков, 1993) и многомерного (Левич, Терехин, 1997; Maximov et al., 1999) статистического анализа экологических данных, позволяющих распознать в пространстве абиотических факторов среды область нормального функционирования водной экосистемы и рассчитать границы этой области, которые и названы экологически допустимыми уровнями воздействия абиотических факторов на биоту. Все включенные в анализ факторы делятся на значимые, т.е. те, которые влияют на оценку экологического состояния биоты (для всех значимых факторов найдены ЭДУ), и незначимые, т.е. те, колебания которых не сказываются на ухудшении экологического благополучия. Значимость факторов задается посредством критериев точности и полноты, привлеченных из теории детерминационного анализа (Чесноков, 1982). Под точностью понимается доля случаев с неблагополучными оценками экологического состояния, при которых не соблюдены ЭДУ, от общего числа случаев с несоблюдением ЭДУ. Полнота — это доля случаев с неблагополучными оценками экологического состояния, при которых не соблюдены ЭДУ, от общего числа случаев с неблагополучными оценками состояния. В качестве значимых отбирали факторы, точность определения ЭДУ которых была не ниже 10%. При этом общее количество наблюдений, для которых существовали биологические и физико-химические данные, не должна была быть менее 10, количество благополучных или неблагополучных наблюдений за биотой — менее 2-7 (в зависимости от бассейна), или менее 15% от общего количества наблюдений.

Во всех указанных выше речных бассейнах был произведен поиск факторов, значимых для возникновения экологического неблагополучия биоценозов водной толщи (организмы фито-, зоо-, бактериопланктона) и грунтов (организмы зообентоса). Данные по Сырдарье взяты из литературы (Замолодчиков, 1993).

Примечательно, что в пределах одного бассейна или подбассейна те гидрохимические факторы, превышение ЭДУ по которым закономерно связано с неблагополучием оценок водной толщи, являются экологически значимыми и для грунтов. Перечни значимых переменных для толщи и грунтов в бассейне Амура в целом, например, почти полностью совпадают. Более того, значения ЭДУ по этим переменным также не зависят от того, какие организмы исследовались как индикаторы неблагополучия — бентосные или планктонные. Как правило, ЭДУ по отдельному фактору для воды равно или близко к ЭДУ для дна. Это касается, в первую очередь бассейна Амура в целом, подбассейнов собственно Амура и Уссури, бассейна Енисея в целом и подбассейнов Верхнего Енисея и Ангары. В то же время список значимых переменных толщи значительно отличался от такового грунтов в бассейне Лены и в подбассейне Забайкалья. Совпадение или несовпадение данных по грунтам и водной толще зависит от различной степени запаздывания гидробионтов (бентоса и планктона) на неблагоприятные воздействия среды. Очевидно, в водных объектах Амура, Уссури, Енисея и Ангары неблагополучие донных биоценозов сопровождается неблагополучием биоценозов пелагиали. В других бассейнах такого соответствия нет.

В бассейне Лены и подбассейне Забайкалья ЭДУ для грунтов, как правило, более жесткие, чем для воды. Это говорит о том, что бентосные организмы менее толерантны к воздействию неблагоприятных факторов.

Набор экологически значимых факторов сильно неоднороден для разных бассейнов и подбассейнов. В больших пределах варьирует также общее количество этих факторов: от 0 (толща воды подбассейна Ангары) до 29 (толща воды подбассейна Иртыша и грунты подбассейна Уссури).

Наиболее высокие значения ОЭДУ как водной толщи, так и грунтов зарегистрированы в бассейне Амура, включая оба подбассейна. Также высоки оказались значения нормативов в Ангаре, Верхнем Енисее и в Енисее в целом. В остальных регионах ОЭДУ значительно ниже, а самые жесткие ЭДУ предъявляются к водным объектам Забайкалья и Лены.

Отсюда следует, что экосистемы водных объектов Дальневосточного региона характеризуются наиболее высокой устойчивостью к неблагоприятным воздействиям. Это означает, что только очень высокие концентрации веществ могут привести к возникновению в биоценозе элементов экологического регресса. Отметим, что бассейн Амура уникален также тем, что бентосные организмы здесь более толерантны по отношению к факторам среды, чем представители планктона и перифитона

Что касается бассейна Енисея, то отдельные его участки качественно отличаются друг от друга по степени отклика на внешние воздействия. Если в Забайкальском регионе уже небольшое содержание в воде загрязнителей приводит к неблагополучию оценок, то в водной толще Ангары экологическая обстановка близка к той, что была описана для Амура. То, что средние ЭДУ для бассейнов Амура и Енисея (водная толща) оказались выше ОЭДУ для любого из составляющих подбассейнов, доказывает, что необходима как можно более высокая степень регионализации при нормировании, т.е. по возможности выделение территорий, ограниченных небольшими площадями в пределах водосборного бассейна крупной реки. Понятно, что эта возможность реализуема только при условии достаточного количества наблюдений за биологическими и физико-химическими факторами (как минимум 10-20).

Соотношение между ЭДУ и ПДК для одного и того же фактора также зависит от бассейна наблюдения (табл. 1 и 2). Например, в Амуре почти по всем факторам, кроме хрома, СПАВ, альфа-ГХЦГ и гамма-ГХЦГ, ЭДУ выше ПДК. В других бассейнах переменные ведут себя по-разному. Существуют, однако, переменные, для которых отношение ЭДУ/ПДК всегда либо больше (нефтепродукты, медь), либо меньше (азот нитратов) единицы.

Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант 00-04-49325) и Программы Министерства образования РФ “Университеты России — фундаментальные исследования” (грант 990941)

Список литературы

Таблица 1. Значения ЭДУ (выделены шрифтом) и ЭБГ физико-химических переменных для разных бассейнов и подбассейнов, вычисленные по показателям организмов водной толщи — фито-, зоопланктона и перифитона (названия физико-химических переменных см. в тексте)

Таблица 2. Значения ЭДУ (выделены шрифтом) и ЭБГ физико-химических переменных для разных бассейнов и подбассейнов, вычисленные по показателям организмов грунтов — зообентоса (названия физико-химических переменных см. в тексте)

Усредненные значения ОЭДУ физико-химических факторов (пустые столбики - водная толща, заштрихованные столбики - грунты)