Наземные экосистемы, неотъемлемым компонентом которых является и человек, менее изучены и в учебных курсах реже используются как модельные объекты. Это связано со значительно более сложной организацией наземной биоты. Когда мы рассматриваем наземные экосистемы, природные или в значительной степени измененные человеком, количество внутренних и внешних взаимосвязей резко возрастает, источник загрязнения или иного воздействия становится более размытым, а его воздействие идентифицируется труднее, по сравнению с водными экосистемами. Размытыми оказываются и границы экосистем и территорий, подверженных антропогенному воздействию. Однако, именно состояние наземных экосистем, т.е. территории суши, наиболее заметно и существенно влияет на качество нашей жизни. Чистота воздуха, которым мы дышим, продуктов питания и питьевой воды, которые мы потребляем, в конечном счете, связаны с состоянием загрязнения экосистем суши. С середины 50-х годов загрязнение среды приняло глобальные масштабы - в любом месте планеты можно теперь обнаружить токсичные продукты нашей цивилизации: тяжелые металлы, пестициды и другие токсичные органические и неорганические соединения. Потребовалось 20 лет для осознания учеными и правительствами стран мира необходимости создания службы контроля глобального загрязнения природной среды.
Под эгидой программы ООН по проблемам окружающей среды (ЮНЕП) было принято решение о создании Глобальной Системы Мониторинга Окружающей Среды (ГСМОС) с координационным центром в г. Найроби (Кения). На первом межправительственном совещании, проходившим в 1974 году в Найроби были приняты основные подходы к созданию комплексного фонового мониторинга. Россия является одной из первых стран мира, на территории которой к середине 80-х годов была создана национальная система комплексного фонового мониторинга Госкомгидромета. Система включает сеть станций комплексного фонового мониторинга (СКФМ), расположенных в биосферных заповедниках, на территории которых проводятся систематические наблюдения за загрязнением природных сред и состоянием животного и растительного мира. Сейчас в России действуют 7 станций фонового мониторинга Федеральной службы России ' по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, распложенные в биосферных заповедниках: Приокско-Террасном, Центральнолесном, Воронежском, Астраханском, Кавказском, Баргузинском и Сихотэ-Алинском.
На СКФМ проводятся наблюдения за загрязнением воздуха, осадков, поверхностных вод, почв, растительности и животных. Эти наблюдения позволяют оценить изменение фонового загрязнения среды, т.е. загрязнения, вызванного не каким-то одним или группой источников, а общее загрязнение обширной территории, вызванное суммарным воздействием близких (локальных) и удаленных источников загрязняющих веществ, а также общим загрязнением планеты. На базе этих данных можно составить комплексную характеристику загрязнения территории.
Для того, чтобы составить предварительную комплексную характеристику загрязнения территории, нет необходимости в долговременном мониторинге. Важно, чтобы при проведении исследования, учитывались основные требования и принципы, на которых строится концепция ком¬плексности исследования.
Принципы комплексной характеристики состояния загрязнения природной среды. Комплексная характеристика состояния загрязнения исходит из концепции всестороннего анализа окружающей среды. Главным и обязательным условием этой концепции является рассмотрение всех
основных сторон взаимодействий и связей в природной среде и учет всех аспектов загрязнения природных объектов, а также поведения загрязняющих веществ (ЗВ) и проявления их воздействия. При комплексной характеристике загрязнений ЗВ отслеживаются во всех средах, при этом большое значение придается изучению накопления (аккумуляции) того или иного ЗВ в природных объектах или определенных ландшафтах, его переходу (транслокации) из одной природной среды в другую и вызываемых под его воздействием изменений (эффектов). Проводимые комплексные исследования загрязнений призваны определить источник загрязнения, оценить его мощность и время воздействия и найти пути оздоровления среды. Подход, учитывающий перечисленные требования, принято считать комплексным.
В связи с этим, выделяют 4 основных принципа комплексности:
1. Интегральность (наблюдения за суммарными показателями).
2. Многосредность (наблюдения в основных природных средах).
3. Системность (воссоздание биохимических циклов загрязняющих веществ).
4. Многокомпонентность (анализ различных видов загрязняющих веществ).
При организации долговременного мониторинга особое внимание уделяется пятому принципу - унификации методов анализа и контролю и обеспечению качества данных. Далее мы подробно охарактеризуем каждый из этих принципов.
Следует обратить внимание, что при проведении комплексного исследования используются не только чисто экологические знания и методы, но также знания и методы географии, геофизики, аналитической химии, программирования и др.
Интегральность
Особенность интегрального подхода заключается в использовании для определения наличия загрязнений признаков реакций различных природных объектов и биоиндикаторов.
Попадая в незнакомую местность, наблюдательный человек, а особенно натуралист, может по косвенным чертам определить состояние загрязнения в данной местности. Неестественный запах, задымленность горизонта, серый февральский снег, радужная пленка на поверхности водоема и многие другие черты подскажут наблюдателю повышенное промышленное загрязнение местности. В приведенном примере индикаторами состояния загрязнения местности являются неживые (абиотические) объекты - приземный воздух, поверхность снежного покрова и водоема. Наиболее широко в качестве абиотического индикатора промышленного загрязнения территории используется снеговой по¬кров и метод его изучения - снегомерная съемка (этому методу будет по¬священо одно из методических пособий данной серии).
При использовании интегрального подхода особое внимание уделяется состоянию живых организмов.
Так, известно, что к загрязнению воздуха в нашей полосе наиболее уязвимой оказывается сосна. При высоком уровне загрязнения воздуха окислами серы, азота и другими токсичными соединениями наблюдается общее осветление окраски хвои, суховершинность, пожелтение краёв хвоинок. В подлеске засыхает можжевельник. Через несколько часов после кислотного дождя края листьев берёзы желтеют, листья покрываются серо-жёлтым налётом ил крапинками. При обилии окислов азота в воздухе на стволах деревьев бурно развиваются водоросли, при этом исчезают эпифитные кустистые лишайники и т.д. Наличие широкопалых раков в водоёме свидетельствует о высокой чистоте воды.
Метод использования живых организмов в качестве индикаторов, сигнализирующих о состоянии природной среды, называется биоиндикацией, а сам живой организм, за состоянием которого проводятся наблюдения, называют биоиндикатором. В приведенных выше примерах биоиндикаторами служили живые объекты - береза, сосна, можжевельник, эпифитные лишайники, широкопалые раки.
Использование биоиндикаторов основано на реакции любого биологического организма на отрицательное воздействие. При этом, набор реакций на множественное, интегральное, отрицательное воздействие ок¬ружающей среды, как правило, весьма ограничен. Организм либо погибает, либо покидает (если может) данную местность, либо влачит жалкое существование, что можно определить визуально или с использованием различных тестов и серии специальных наблюдений (методикам биоиндикации посвящены несколько пособий данной серии).
Подбор и использование биоиндикаторов - целиком в русле эко¬логической науки, а биоиндикация - интенсивно развивающийся в метод исследования результатов воздействий. Так, например, при наблюдениях за качеством воздуха широко используются различные растения. В лесу, в каждом ярусе, можно выделить определенные виды растений, реагирующие по своему на состояние загрязнения среды.
Таким образом, интегральный подход заключается в использовании природных объектов в качестве индикаторов загрязнения среды.
При этом, зачастую, бывает совершенно неясно, какое конкретно вещество было причиной того или иного эффекта и делать выводы о прямой зависимости между видом-индикатором и загрязняющим веществом нельзя. Особенность интегрального подхода заключается именно в том, что тот или иной объект-индикатор только сигнализирует нам, что в данной местности что-то не в порядке. Использование биоиндикаторов для характеристики состояния загрязнения позволяет эффективно (т.е. быстро и дешево) определять наличие общего, интегрального воздействия загрязнения на среду и составлять лишь предварительные представления о химической природе загрязнения. К сожалению, точно определять химический состав загрязняющих веществ с помощью методов биоиндикации нельзя. Для того, чтобы конкретно определить, какое вещество или группа веществ оказывает наиболее губительное воздействие, необходимо использовать другие методы исследования. Точное определение вида воздействующего ЗВ, его источника и масштабов загрязнения и распространения невозможно без проведения аналитических долговременных исследований во всех природных средах.
Многосредность
При проведении мониторинговых исследований важен охват всех основных природных сред: атмосферы, гидросферы, литосферы (главным образом почвенного покрова - педосферы), а также биоты. Для анализа миграций ЗВ, определения мест их локализации и аккумуляции и определения лимитирующей среды необходимо проведение измерений в объектах основных природных сред.
Особенно важно определить лимитирующую среду, то есть среду, загрязнение которой определяет загрязнение всех других сред и природных объектов. Также весьма важно определить пути миграции ЗВ и возможности и коэффициенты перехода (транслокации) ЗВ из одной среды (или объекта) в другую. Этим занимается наука геофизика.