В статье представлена концепция критических нагрузок на

УДК 504.062
Д-р техн. наук, проф. КЕЛОЕВ Т.А.,
асп. ОСИКИН Д.Е.
МЕТОДОЛОГИЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КРИТИЧЕСКИХ НАГРУЗОК
НА ЭКОСИСТЕМУ
В статье представлена концепция критических нагрузок на
экосистему и методология их определения.
Одним из свойств экосистемы является ее устойчивость к тому или
иному внешнему воздействию. Устойчивость – способность экосистемы
сохранять свое функционирование под воздействием антропогенных
факторов. К числу антропогенных факторов, пагубно влияющих на
окружающую среду, относят химическое воздействие, включая воздействие
атмотехногенных выпадений загрязняющих веществ. Одним из показателей
устойчивости экосистем к данному воздействию являются величины
критических нагрузок, рассчитываемые для различных поллютантов, в том
числе соединений серы и азота, обладающих подкисляющим и
эвтрофирующим влиянием на экосистемы.
В основе концепции критических нагрузок, согласно Нильсону, лежит
предположение о некоторой величине – пороге поступления загрязнителя,
превышение которого приводит к необратимым изменениям в структуре
функционирования экосистемы. Ниже этого порога существенного вредного
воздействия не происходит. Обеспечив поступление загрязнителя ниже
предельных норм, можно тем самым создать условия для нормального
развития природных экосистем. Однако, если привнос поллютантов
превышает безопасный уровень, необходимо оценить данное превышение с
целью снижения вредного воздействия, что обеспечило бы сохранность
экосистем.
Известно, что биогеохимическая цикличность является универсальным
свойством биосферы, определяющим устойчивость экосистем к поступлению
различных антропогенных поллютантов, включая и кислотообразующие
соединения. Концепция критических нагрузок (КН), исходно основанная на
биогеохимических принципах, предполагала определение того уровня
выпадений поллютантов, когда начинает проявляться их вредное воздействие
на экосистемы. В конце 1980-х годов было дано следующее определение
критических нагрузок: количественная оценка выпадения того или иного
поллютанта, ниже которого не происходит существенного воздействия на
чувствительные специфические элементы экосистем в соответствии с
современным уровнем знаний. Величины критических нагрузок могут быть
охарактеризованы и как максимальное поступление поллютантов (сера, азот,
тяжелые металлы, стойкие органические соединения и др.), которое не
сопровождается необратимыми изменениями в биогеохимической структуре,
биоразнообразии и продуктивности экосистем в течение длительного
времени, т.е. 50-100 лет.
Термин «критическая нагрузка» относится только к выпадениям
поллютантов. Опасные концентрации газообразных соединений в атмосфере
называют критическими уровнями и определяют их как концентрации в
атмосфере, выше которых могут проявляться обратимые и необратимые
воздействия на компоненты экосистем или строительные материалы в
соответствии с современным уровнем знаний.
Следовательно, региональные оценки критических нагрузок позволяют
оптимизировать стратегию сокращения выбросов серы и азота и их
трансграничный перенос.
Концепция критических нагрузок предусматривает достижение
максимальной экологической выгоды при сокращении эмиссии поллютантов,
поскольку показывает оценку дифференцированной чувствительности
различных экосистем к атмотехногенным выпадениям поллютантов, включая
кислые дожди. Таким образом, этот подход можно рассматривать как
альтернативу гораздо более дорогому подходу, связанному с использованием
наилучших доступных технологий. Расчеты и картографирование
критических нагрузок позволят создавать оптимизационные экологоэкономические модели с соответствующей оценкой минимальных
экономических вложений для достижения максимального экологического
эффекта в локальном, региональном и (особенно) континентальном
масштабах.
Расчет и картографирование критических нагрузок при мониторинге
атмосферных выпадений серы и азота могут быть также использованы для
идентификации регионов, где современные выпадения превышают величины
критических нагрузок. Эта информация, а также использование моделей
атмосферного переноса позволят определить регионы, в которых необходимо
провести в той или иной степени сокращение выбросов загрязняющих
веществ (ЗВ), чтобы обеспечить снижение региональных превышений
критических нагрузок и уменьшить вероятность проявления экологического
риска.
Критическая нагрузка представляет собой индикатор чувствительности
экосистем,
определяющий
максимально
допустимое
поступление
поллютантов, при котором риск нанесения ущерба экосистеме будет резко
уменьшен. Измеряя определенные физические и химические свойства
экосистем, можно рассчитать чувствительность экосистем к поступлению
вредных веществ и определить критическую нагрузку поллютанта.
Несмотря на привлекательность концепции критических нагрузок,
количественная оценка их величин связана с рядом неопределенностей.
Фраза «существенное вредное воздействие» в определении критических
нагрузок представляет дискуссионное понятие. В зависимости от типа
воздействия в наземных и водных экосистемах оно может относиться к
самым разным организмам:
почвенным микроорганизмам и почвенной фауне, водным и донным
организмам, ответственным за биогеохимические циклы в почве и других
компонентах экосистем (например, снижение их биоразнообразия);
наземной фауне: животным и птицам, водным растениям (например,
снижение воспроизводства, биоразнообразия, эвтрофирование);
человеку как замыкающему звену в биогеохимической пищевой цепи
(например, возрастающая в кислых условиях миграция тяжелых металлов в
почвах и водах приводит к их избыточному поступлению в организм
человека и др.).
Таким образом, критическая нагрузка представляет индикатор
устойчивости экосистемы, поскольку показывает величину максимально
допустимого поступления загрязняющих веществ, выше которой существует
риск повреждения биогеохимической структуры и функций рассматриваемой
экосистемы. Путем измерения или оценки определенных звеньев
биогеохимических циклов элементов, например серы, азота, тяжелых
металлов, основных катионов и некоторых других сопряженных элементов,
можно определить уровень устойчивости, или чувствительности, как
биогеохимических циклов, так и общей структуры экосистемы к
поступлению вредных соединений; рассчитать критический уровень
поступления кислотности, тяжелых металлов, персистентных органических
веществ и/или критический уровень поступления питательных веществ,
определяющий возможность изменения биоразнообразия в экосистеме.
Используя эти величины, можно определить критическую нагрузку
поллютантов для каждой экосистемы на территории того или иного региона.
Расчет критических нагрузок осуществляется для всех возможных
комбинаций почв и растительных видов в случае наземных экосистем или
водной биоты (включая рыб) и природных типов вод для водных экосистем.
Принимая во внимание широкое разнообразие экосистем, величины
критических нагрузок, например, кислотности, серы и азота, сравниваются с
поступлением этих соединений с атмосферными осадками и выявляются
экосистемы, для которых величины критических нагрузок превышены.
Сопоставляя величины превышений для различных регионов, можно
определить такой уровень необходимого сокращения эмиссии соединений
серы и азота, чтобы величины критических нагрузок не были превышены.
Это сокращение должно осуществляться как на локальном, так и на
региональном уровнях, поскольку соединения серы и азота за время жизни в
атмосфере могут быть перенесены за значительные расстояния (до
нескольких тысяч километров). Часто подобный перенос осуществляется в
трансграничном и даже трансконтинентальном масштабах, что требует
именно международных подходов к снижению эмиссии соединений серы и
азота в атмосферу. Расчеты снижения выбросов серы и азота производят с
использованием
эколого-экономических
оптимизационных
моделей,
позволяющих оценить изменение уровней превышений критических
нагрузок в течение длительного времени.
И наконец, величины критических нагрузок можно рассматривать как
биогеохимические стандарты для оценки допустимого антропогенного
воздействия на экосистемы различного уровня, а их превышения – как меру
эколого-экономического риска хозяйственной деятельности на данной
территории.