Автореферат диссертации на соискание ученой степени
| Вид материала | Автореферат диссертации |
- Автореферат диссертации на соискание ученой степени, 378.33kb.
- Автореферат диссертации на соискание учёной степени, 846.35kb.
- Автореферат диссертации на соискание ученой степени, 267.76kb.
- Акинфиев Сергей Николаевич автореферат диссертации, 1335.17kb.
- L. в экосистемах баренцева моря >03. 02. 04 зоология 03. 02. 08 экология Автореферат, 302.63kb.
- Автореферат диссертации на соискание ученой степени, 645.65kb.
- Автореферат диссертации на соискание ученой степени, 678.39kb.
- Автореферат диссертации на соискание ученой степени, 331.91kb.
- Автореферат диссертации на соискание ученой степени, 298.92kb.
- Автореферат диссертации на соискание ученой степени, 500.38kb.
На правах рукописи
степанова Надежда Юльевна
Факторы и критерии оценки экологического риска для устойчивого функционирования Куйбышевского водохранилища
03.00.16 – экология
автореферат
диссертации на соискание ученой степени
доктора биологических наук
Ульяновск - 2008
Работа выполнена на кафедре прикладной экологии факультета географии и экологии в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Казанский государственный университет им. В.И. Ульянова-Ленина»
| Научный консультант: | доктор химических наук, профессор Латыпова Венера Зиннатовна |
| Официальные оппоненты: | доктор биологических наук, профессор Филенко Олег Федорович доктор биологических наук Чуйко Григорий Михайловичдоктор биологических наук, профессор Каменек Валерий Михайлович |
| Ведущее учреждение | Институт водных и экологических проблем ДВО РАН, г. Хабаровск |
Защита состоится «19» декабря 2008 г. в 10 часов на заседании диссертационного Совета Д 212.278.07 при ГОУ ВПО Ульяновский государственный университет по адресу: ул. Набережная р. Свияга, 40, корпус 1, ауд. 703.
Отзывы на автореферат направлять по адресу: 432000, г. Ульяновск,
ул. Л. Толстого, 42, Ульяновский государственный университет, Управление научных исследований.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ульяновского государственного университета.
Автореферат разослан «_____»________________2008 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета
кандидат биологических наук, доцент С.В. Пантелеев
Общая характеристика работы
Актуальность работы
Научной основой реализации Экологической доктрины Российской Федерации (2002) является развитие знаний об экологических основах устойчивого развития, выявление новых экологических рисков, порождаемых развитием общества, а также природными процессами и явлениями. Стратегической целью экологической политики на уровне регионов является сохранение природных систем, поддержание их целостности и жизнеобеспечивающих функций для устойчивого развития общества, повышения качества жизни, улучшения здоровья населения, обеспечения экологической безопасности региона (Бондаренко и др., 2007). Для этого необходимо выполнение следующих условий:
- сохранение и восстановление биогеоценозов, их биологического разнообразия и способности к саморегуляции;
- организация рационального природопользования и возможности равноправного доступа к природным ресурсам ныне живущих и будущих поколений людей;
- обеспечение благоприятного состояния окружающей среды как необходимого условия улучшения качества жизни и здоровья населения;
- увеличение хозяйственной и рекреационной емкости всего региона при одновременном снижении нагрузок на уязвимые экосистемы через принятие научно обоснованных Программ по управлению природными ресурсами.
Преобразование природной среды в условиях внешнего воздействия формирует экологический риск, который является детерминированным производным от характера природных процессов и явлений (Евгеньев, Евгеньева, 2007). Анализ и управление экологическими рисками - важнейшее направление в области прикладной экологии и играют важную роль при разработке принципов и практических мер, направленных на охрану и управление функционированием экосистем. Оценка экологического риска (EPA, 1998; Chemical risk assessment, 2001) представляет собой процедуру выявления одного или нескольких стрессовых для экосистемы факторов и определения вероятности их опасного воздействия на совокупность живых организмов (включая человека). Эта процедура включает в себя систему оценки и систематизации данных исследований влияния антропогенных факторов на экосистемы различных уровней с целью разработки экологически обоснованных норм воздействия хозяйственной деятельности человека на живую природу и принятия правильных управленческих решений. В обобщенном виде концепция экологического риска – это современный методологический подход к оценке состояния природных комплексов, прогнозированию возможных негативных экологических ситуаций, их минимизации и поиску оптимальных решений при управлении природными ресурсами. Концепция экологического риска становится основным методологическим руководством при проведении любых форм социально-экологического мониторинга (Кондратьева, 2007).
Процедура оценки экологического риска достаточно хорошо разработана по отношению к факторам, воздействующим на здоровье человека (Тихомиров и др., 2003; Ревич и др., 2004), однако оценка риска для экосистемы как сложноорганизованной системы с множественными компенсаторными возможностями и пролонгированным ответом на стрессовые факторы пока еще детально не разработана.
Имеющиеся в литературе (EPA/630/R-00/002, 2000; Lee, 2000; Guidelines…, 2002; Ray, 2002; Ranke, 2004; Fabiano et al., 2004; EPA/630/P-03/001F, 2005; Foudoulakis, 2006;; Baird et al., 2008; Palma et al., 2008; Chen et al., 2008; Stackelberg et al., 2008; Strause et al., 2008) данные об оценке риска касаются отдельных компонентов водных экосистем: донных отложений, биоразнообразия в целом или наиболее важных для функционирования экосистемы или ценных для человека видов. В рамках функционирования единой мониторинговой системы России были разработаны рекомендации по оценке риска антропогенного воздействия приоритетных загрязняющих веществ на поверхностные воды суши (РД 52.24.661-2004), в основе которых лежит статистическая обработка результатов многолетних наблюдений за состоянием водоемов по гидрохимическим и биологическим показателям, и в соответствии с предложенным ранжированием отнесение экосистемы к состоянию умеренного, повышенного или высокого уровня риска (Захаров и др., 2007). В данном подходе не рассматривается взаимосвязь между абиотическими характеристиками и биотическим ответом экосистемы. Кроме того, отсутствует анализ состояния донных отложений и их влияние на устойчивое функционирование водной экосистемы, что особенно важно для озер и водохранилищ (Брагинский, 2005), а количество анализируемых показателей ограничивается программами мониторинга и, как правило, не включает экотоксикологический анализ, характеристику ихтиоценоза и состояния здоровья населения, проживающего на водосборной территории. Отсутствует также прогноз дальнейшего развития экосистемы и предложения по улучшению управления водным бассейном.
Одним из ведущих факторов изменения окружающей среды на земном шаре за последние 50 лет стали искусственно созданные водоемы - водохранилища. Создание каскада Волжских водохранилищ значительно преобразовало естественный гидрологический режим реки, что повлекло за собой целый ряд негативных последствий: изменение ландшафта на прилегающих к нему территориях; изменение окружающей среды долины реки ниже гидроузла и его плотины; изменение природы речных долин, придолинных, а иногда и водораздельных территорий (Авакян, 2002); наконец, опосредованное влияние водохранилищ на устойчивое социально-экономическое функционирование территории. Под устойчивым функционированием таких водоемов многоцелевого использования, как водохранилища, понимают: устойчивое социально-экономическое функционирование (обеспечение промышленности и населения водой соответствующего качества, простое и расширенное воспроизведение видов, имеющих хозяйственную ценность, в т.ч. рыбы); устойчивость экосистемы в целом; необходимый вклад конкретной экосистемы в функционирование экосистем более высокого уровня (Дмитриев, Фрумин, 2004). Для обеспечения такого устойчивого функционирования необходимо проведение оценки экологического риска как меры потенциальной опасности, т.е. выявление наиболее опасных для экосистемы факторов воздействия.
Цель данной работы - разработка методологии оценки экологического риска для устойчивого функционирования равнинных водохранилищ многоцелевого использования (на примере Куйбышевского водохранилища).
При этом решались следующие задачи:
- На основе результатов натурных исследований и лабораторных экспериментов выявить и оценить вклад основных факторов экологической опасности для устойчивого функционирования водохранилища многоцелевого назначения.
- Разработать критерии оценки экологического риска для устойчивого функционирования водохранилища на основе количественной характеристики «воздействие - биотический отклик».
- Научно обосновать и разработать подходы к определению нормативов качества воды на основе интегральной оценки экологического состояния водоема.
- С использованием разработанного подхода рассчитать региональные нормативы предельно допустимых уровней содержания органических и неорганических токсикантов в донных отложениях Куйбышевского водохранилища.
- Оценить экологический риск устойчивого функционирования Куйбышевского водохранилища.
Научная новизна. Впервые применительно к сложной водной экосистеме водохранилища, испытывающей воздействие одновременно нескольких факторов различной природы, введено понятие «экосистемного риска» и предложена методология его оценки на основе количественной характеристики «воздействие - биотический отклик», выявления доминирующих стрессовых факторов, формализации и ранжирования показателей биологического отклика. Предложен интегральный индекс (ИЭС) экологического статуса (потенциала) водохранилища, рассчитываемый с учетом величин подындексов состояния абиотических компонентов, основных таксономических групп и здоровья населения на исследуемой эколого-экономической территории.
На основе результатов натурных исследований и лабораторных экспериментов по выявлению закономерностей распределения металлов в системе донные отложения – бентосные организмы впервые достоверно показано, что макрозообентос, обитающий в песчаных грунтах, больше подвержен риску токсического воздействия металлов и их накопления в мягкой ткани.
Разработаны подходы к оценке допустимого уровня содержания загрязняющих веществ разной природы в воде и донных отложениях водохранилища на региональном уровне. Впервые региональные нормативы качества донных отложений включены в единую систему оценки состояния и риска вторичного загрязнения биотических, абиотических компонентов водохранилища.
Основные положения, выносимые на защиту.
- Понятие «экосистемного риска» применительно к сложной водной экосистеме водохранилища, испытывающей воздействие одновременно нескольких факторов различной природы, и методология его оценки.
- Выявленные количественные закономерности характеристики «воздействие-биотический отклик» для экосистемы Куйбышевского водохранилища.
- Система экологического нормирования допустимых уровней содержания загрязняющих веществ в воде и донных отложениях на основе установления экологического состояния водохранилища.
Практическая значимость работы. Материалы и фактологическая информация, полученные в результате многолетних систематических исследований акватории Куйбышевского водохранилища, использованы при создании электронной карты «Эколого-водохозяйственная ситуация Куйбышевского водохранилища» по заданию Министерства природных ресурсов Российской Федерации (РФ) по следующим тематическим слоям: качество воды, донных отложений, характеристика основных таксономических групп организмов, состояние рыбных ресурсов, водопотребление (2002).
Предложенная методология оценки экологического риска апробирована на примере Куйбышевского водохранилища, результаты переданы в Министерство экологии и природных ресурсов Республики Татарстан (РТ) для использования в природоохранной деятельности. Разработанный интегральный индекс экологического состояния носит универсальный характер и может быть тиражирован для оценки состояния других водных объектов.
Разработанные нормативы качества воды и донных отложений могут быть встроены в общую систему санитарно-гигиенических и экологических нормативов и использованы для реализации нового принципа бассейнового управления качеством водных ресурсов и Экологической доктрины РФ.
Материалы данного исследования могут быть использованы для разработки схемы комплексного использования и охраны водных объектов в соответствии с российскими нормативными документами (Методические указания по разработке схем…, 2007), совершенствования нормативной базы в области установления качества воды и донных отложений и развития методологии разработки целевых показателей качества воды как основы бассейнового принципа управления водопользованием.
Результаты исследования используются при чтении лекций по курсам «Экологический мониторинг», «Управление качеством водных ресурсов», «Техногенные системы и экологический риск» на факультете географии и экологии Казанского государственного университета.
Апробация работы. Результаты диссертации докладывались и обсуждались на республиканских, всероссийских и международных конференциях: Актуальные экологические проблемы Республики Татарстан (Казань, 1996, 1997, 1999, 2003), VII, VIII, IX Съезды Гидробиологического общества РАН (Казань, 1996; Калининград, 2001; Тольятти, 2006), International symposium on new microbiotests for routine toxicity screening and biomonitoring (Brno, 1998), International Conference on River Restoration (The Netherlands, 2000), International Conference «Water is life – take care of it» (Bratislava, 2001), Conference «Fundamental and Applied Aspects of Aqueous Ecosystems Functioning: problems and perspectives of hydrobiology and ichthyology in XXI century» (Saratov, 2001), «Современные проблемы водной токсикологии» (Борок, 2002), «Биоразнообразие и биоресурсы Среднего Поволжья и сопредельных территорий» (Казань, 2002), 2-й Съезд токсикологов России (Москва, 2003), «Актуальные проблемы водной токсикологии» (Борок, 2004), «Эколого-фаунистические исследования в Среднем Поволжье» (Ульяновск, 2004), The World Conference on Ecological Restoration (Zaragoza, Spain, 2005), 3rd Symposium “Quality and Management of Water Resources” (St. Petersburg, 2005), «Биоиндикация в экологическом мониторинге пресноводных экосистем» (Санкт-Петербург, 2006), Актуальные экологические проблемы Республики Татарстан (Казань, 2007), итоговая научная конференция КГУ (Казань, 2008), «Геоэкологические проблемы Среднего Поволжья» (Ульяновск, 2008).
Личный вклад автора. Основная работа по получению экспериментального материала, обобщению результатов и формулированию выводов выполнена непосредственно автором. Соавторами публикаций являются: научный консультант (профессор В.З. Латыпова); коллеги, принимавшие участие в обсуждении результатов (профессор В.А. Яковлев, профессор А.В. Иванов, профессор С.Ю. Селивановская, профессор Г. де Персоне (Гентский университет, Бельгия), д.б.н. В.В. Зобов, к.х.н.
О.Г. Яковлева, к.х.н. Д.А. Семанов, к.б.н. А.М. Петров, к.ф-м.н. Р.Р. Шагидуллин, к.б.н. Т.А. Кондратьева, к.б.н. Л.Б. Назарова), и в написании коллективных монографий (профессор Янг-Тсе Ханг, Кливлендский университет, Огайо, США, профессор
Р.И. Ибрагимова, Йошкар-Олинский технический университет); а также соискатели и аспиранты (к.б.н. Л.К. Говоркова, ФГУ ГосНИОРХ, Казань, к.х.н. О.К. Анохина, Казань, ФГУ ГосНИОРХ, к.б.н. А.М. Пономаренко, ФГУ ГосНИОРХ, СП(б), к.б.н. С.Д. Захаров, Росгидромет, Казань, к.б.н. А.М. Мухаметшин, УГПУ, Ульяновск, К.Н. Малова, КГУ, Казань). При проведении экспедиций большую помощь оказали начальник ФГУ ГосНИОРХ Р.Г. Таиров и К.С. Гончаренко. При проведении химического анализа воды, донных отложений и биологических образцов принимали участие инж. З.Н. Арефьева,
Е.Р. Иванова, О.Б. Выборнова, Т.В. Якимова, биологического анализа к.б.н. Т.А.Кондратьева, н.с. Л.Ю. Халиуллина, которым автор выражает искреннюю благодарность.
Публикации. По теме диссертации в отечественной и зарубежной печати опубликовано 58 научных работ, в том числе 5 монографий и 15 статей, в журналах, рекомендованных ВАК РФ, 4 учебных пособия и разработки (в т.ч. 1 - с грифом УМО).
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 343 страницах машинописного текста, содержит 69 рисунка, 71 таблицу и состоит из введения, 5 глав, заключения и выводов. Список цитируемой литературы включает 416 наименований, из которых 133 работы на иностранных языках.