CC BY
9Вестник защиты растений, 2, 2003 УДК 632.15:574.4/5
ЭКОЛОГО-ГИГИЕНИЧЕСКОЕ НОРМИРОВАНИЕ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ, ВОЗДЕЙСТВУЮЩИХ НА КОМПОНЕНТЫ АГРОСФЕРЫ (КОНЦЕПТУАЛЬНОЕ ОБОСНОВАНИЕ)
М.С.Соколов, Г.А.Жариков, Н.Р.Дядищев
Научно-исследовательский центр токсикологии и гигиенической регламентации биопрепаратов, г. Серпухов
Обоснованы цели и задачи эколого-гигиенического (экологического) нормирования антропогенных воздействий на социальные, природные и сельскохозяйственные экосистемы. Сформулированы общие принципы экологического нормирования и критерии оценки состояния агро-экосистем. Наряду с традиционными показателями санитарно-гигиенического нормирования, они включают скорости эмиссии компонентами агроэкосистем газообразных соединений важнейших биогенов - углерода, кислорода и азота. Предложенные критерии экологического нормирования (наряду с такими, как биопродуктивность, биологическая полноценность и эколо-гичность агропродукции) рекомендуется использовать в процессе государственной экологической экспертизы в качестве первичного отклика при оценке последствий воздействия на компоненты агросферы различных агрохимикатов и других управляемых загрязняющих веществ.
Общемировые неблагоприятные изменения окружающей природной среды в настоящее время принято именовать глобальной экологической проблемой. Это и исчерпание невозобновимых ресурсов, и загрязнение биосферы, и сокращение биоразнообразия нашей планеты. На фоне резкого роста народонаселения (особенно в отдельных регионах мира) с лица Земли исчезают целые экосистемы, невиданными темпами происходит ее обезлесение, опустынивание, истощается озоновый слой, растет концентрация парниковых газов в атмосфере, ухудшается качество поверхностных вод суши, деградируют земли сельскохозяйственных угодий, уменьшается объем душевого производства продовольствия, растет заболеваемость населения. Применительно к агросфере эти неблагоприятные воздействия могут иметь катастрофические последствия, ибо дефицит продовольствия, трансформированный в продовольственный кризис, в конечном счете, обязательно приведет к сокращению народонаселения.
На протяжении, главным образом, второй половины XX в. все три подсистемы агроландшафта - производственная (агроэкосистемы), природная (экосистемы) и социальная (социоэкосистемы) подвергаются систематической и все усиливающейся агротехногенной нагрузке. При этом, основным антропогенным
фактором, негативно влияющим на агро-ландшафт, являются, как правило, ксе-нобиотические химические соединения. Этот постоянно действующий антропогенный пресс включает, в первую очередь, так называемые, управляемые (искусственно вносимые) загрязняющие вещества (3В) - пестициды, вредные примеси других агрохимикатов (мелиорантов, синтетических удобрений) и разнообразные производственно-коммунальные отходы (осадки сточных вод и др.). Хотя в мировом масштабе пестициды занимают 9-10 место в списке приоритетных ЗВ, в отдельных агрорегионах их негативное действие может быть значительным. В целом, современное растениеводство выступает как наиболее сильный и практически повсеместный антропогенный фактор, неоднозначно воздействующий на аг-роландшафт, его компоненты и элементы.
В ряде случаев чрезмерная техногенная нагрузка приводит не только к сокращению объемов агропроизводства, но и к необратимому ухудшению свойств или деградации агроландшафта. Следствием ее является ухудшение состояния здоровья и социального благополучия сельского населения. Чтобы выправить негативную ситуацию, развитые страны начали переходить к био-сферосовместимым агротехнологиям. Они обеспечивают щадящий режим для компонентов агросферы, жестко регламентируя
применение агрохимикатов и других управляемых 3В.
Серьезным препятствием на пути к таким технологиям и в России и за ее пределами является отсутствие комплексных экологических нормативов. Это научно обоснованные и юридически узаконенные критерии оценки допустимых агротехногенных нагрузок на агроланд-шафт, его компоненты и элементы - аг-
Вестник защиты растений, 2, 2003 роэкосистемы, агроценозы и почвы. Разработка ландшафтно-охранных нормативов в настоящее время тормозится из-за почти полного отсутствия необходимого для этого теоретического базиса и методологии. Потому начинать эту работу следует с концептуального обоснования эколого-гигиенического (экологического) нормирования, выбора его критериев и показателей.
Содержание эколого-гигиенического нормирования
Нормирование поступления 3В в окружающую среду продолжает носить ярко выраженный антропоцентристский характер. До недавнего времени оно было направлено на решение единственной задачи - ограничение выбросов, сбросов 3В до уровней, при которых их концентрации не превышали бы опасных для человека значений, то есть ПДК. Такое традиционное нормирование является санитарно-гигиеническим и его непосредственная цель - защита здоровья человека.
При всей важности санитарно-гигиенического нормирования оно абсолютно недостаточно для предотвращения негативного воздействия 3В на элементы и компоненты ландшафта (в частности, агроландшафта) - почву, воду, приземную атмосферу и разнообразную биоту. При применении пестицидов в сельском и лесном хозяйстве, кроме ПДК, в качестве важного регламентирующего показателя выступает и так называемое "время ожидания". Однако и этот показатель, за небольшим исключением, ориентирован практически исключительно на человека и не способствует недопущению негативного воздействия ЗВ на ландшафтную сферу.
Последствия такого подхода для многих ранимых экосистем оказались поистине катастрофическими. После массово-
го внедрения в агропроизводство стойких или высоколетучих препаратов их отрицательное сопутствующее действие стало проявляться в течение длительного времени и далеко за пределами мест их первоначального применения. Так, стойкие триазиновые гербициды, выщелачиваясь из почвы пахотного горизонта, попадают в грунтовые воды и на длительный срок загрязняют их; при попадании в открытые водоисточники эти токсиканты вызывают гибель автотрофных гидро-бионтов. После строительства высоких дымовых труб распространение кислотных осадков превратилось из локальной проблемы в крупнорегиональную и даже межрегиональную: следствием кислотных дождей стала элиминация многих видов гидробионтов открытых водоисточников.
Очевидно, что защита всех видов экосистем от химического загрязнения должна быть ориентирована не только на безопасный для человека уровень 3В в их компонентах, но и на лимитирование содержания поллютантов (в доступной форме), предотвращающее воздействие на незаменимые, критические звенья наземных экосистем. Только при таких условиях могут быть обеспечены гомеоста-зис и/или устойчивое развитие и социальных, и природных, и сельскохозяйственных экосистем.
Определение и основная цель эколого-гигиенического нормирования
Итак, нельзя считать благополучной социальную среду, в которой вследствие каких-либо антропогенных воздействий наносится необратимый урон продуктивности полезных и/или так называемых индифферентных (нейтральных) видов биоты. Поэтому в открытых агроэкоси-
стемах вся антропогенная деятельность должна оцениваться с позиций экологического нормирования. Следовательно, эко-лого-гигиеническое нормирование должно рассматриваться как атрибут экологической безопасности агросферы страны. На это важнейшее междисциплинарное на-
Вестник защиты растений, 2, 2003 правление научно-практической деятельности (по определению) мы возлагаем решение триединой задачи.
Эколого-гигиеническое нормирование - это, во-первых, научная, правовая и практическая деятельность по обоснованию допустимых уровней различных антропогенных воздействий на среду обитания биоты природных, сельскохозяйственных и социальных экосистем; во- вторых, это использование в конкретном географическом регионе системы научно обоснованных экологических регламентов для сравнения его статуса с нормальным
(фоновым) состоянием и прогноза возможных изменений; в-третьих, это научно и методически обоснованное приведение нагрузки на агроландшафт к установленному нормативу.
Основная цель эколого-гигиенического нормирования определяется нами как регламентация антропогенных воздействий на агроландшафт в процессе рационального природопользования до уровня, который обеспечивает его фукциониро-вание, самоподдержание, самовосстановление и самоочищение его элементов (от различных 3В).
Необходимость и актуальность эколого-гигиенического нормирования
Вышеизложенное позволяет констатировать, что существующие в настоящее время единые для всей России санитарно-гигиенические и ветеринарные нормативы (МДУ, ПДК, ОД К и др.), а также фрагментарные (для отдельных видов гидробионтов, мезофауны, полезной энтомоакарифауны) экологические нормативы 3В не гарантируют сохранения и поддержания среды обитания человека из-за нарушения структуры и функций биоты агроландшафта.
Во-первых, рассчитываемые на основе этих нормативов допустимые воздействия (ПДН, ПДВ и др.) ориентированы преимущественно на человека, они далеко не всегда обеспечивают нормальное функционирование биотической компоненты агроландшафта.
Во-вторых, существующие нормативы вредных воздействий основаны на поро-говости действия вредного фактора, что не характерно для таких вредных агентов, как суперэкотоксиканты, РН, ТМ и
ряда других.
В-третьих, эти нормативы не учитывают сопутствующее негативное воздействие на организмы, здоровье работающего и проживающего в сельской местности населения совокупного влияния вредных ксенобиотических и природных веществ (агрохимикаты, их метаболиты, продукты неполного сгорания моторного топлива, микотоксины, РН, ТМ и проч.).
Наконец, в реальных условиях сельскохозяйственного производства человек и вся биота непрерывно подвержены действию комплекса факторов внешней среды (так называемых эдафических модификаторов). В их числе инсоляция (особенно УФ-излучение), температура, осадки, влажность воздуха, почвы и ряд других. Хотя их регистрируют в процессе агроэкологического мониторинга и учитывают при прогнозировании, однако при разработке санитарно-гигиенических и/или экологических регламентов их обычно игнорируют.
Общие требования, предъявляемые к эколого-гигиеническому нормированию и его реализация
нормирование зяйственных и социальных экосистем.
Эколого-гигиеническое должно удовлетворять следующим общим принципам, или условиям.
Первое - это обеспечение устойчивого, сбалансированного развития агросферы путем преимущественно ее биотической регуляции на основе принципов биоцентризма и биосистемности, то есть биосфе-росовместимого, коэволюционного, симбио-тического развития природных, сельскохо-
Второе - это поддержание и сохранение биоразнообразия агросферы, исходящее из презумпции жизнеобеспечен-ности и означающее, что нельзя произвольно считать обреченным на вымирание какой-либо биологический объект до тех пор, пока имеются условия, приемлемые для его выживания.
Третье - это систематическая регист-
рация и количественная оценка (в качестве первичного отклика на разнообразные антропогенные воздействия) потоков одних и тех же химических элементов биогенных веществ - компонентов биогеохимических циклов.
Четвертое - приоритетность санитарно-гигиенического регламентирования -этого неотъемлемого компонента эколого-гигиенического нормирования; в случае различий для человека и биоты в безо-
Вестник защиты растений, 2, 2003 пасных воздействиях какого-либо фактора среды (или группы факторов) в качестве единого норматива утверждается имеющий наименьшее значение; для оценки степени неблагоприятного действия вредного фактора используется самое слабое звено в системе воздействия. Наконец, в процессе эколого-гигиенического нормирования должна учитываться специфика заболеваний населения агроре-гиона.
Характеристики компонентов агроэкосистемы, пригодные для эколого-гигиенического нормирования
Самым актуальным вопросом эколого-гигиенического нормирования является его параметризация. До сих пор предлагаемые для этих целей показатели многочисленны, инерционны, недостаточно экспрессны, зачастую дублируют друг друга. Это затрудняет их использование даже для целей агроэкологического мониторинга.
Применительно к рассматриваемой проблеме параметр эколого-гигиеничес-кого нормирования - это самая общая характеристика экосистемы или отдельных ее компонентов (косных, живых, биокосных), благодаря которой обеспечиваются нормальный ход эволюции и онтогенез биоты, здоровье и жизнедеятельность человека. Параметры отдельных компонентов экосистемы более детально характеризуются разнообразными критериями. В их числе фактологические (статические) критерии, характеризующие параметры состояния экосистемы и ее компонентов. К ним относятся численность, соотношение, структура, разнообразие, продолжительность жизни, концентрация, удельная активность, площадь, мощность, нагрузка и т.д.
Требования к критериям эколого
Характеристики экологического нормирования должны отвечать следующим общим требованиям.
- Параметры и функциональные критерии экологического нормирования должны ориентироваться на реакцию биосистем и социоэкосистем, с приемлемой чувствительностью отражать их неспецифический первичный отклик в ответ на внешнее нарушение экосистемных про-
Функциональные (динамические) критерии характеризуют интенсивность процессов, присущих как организмам, так и системам надорганизменного ранга - таким как популяции, консорции, сообщества, биогеоценозы и агроэкосистема в целом. Такие процессы как ассимиляция, питание, дыхание, выделение, размножение, миграция, сукцессия, самоочищение биотопа, скорость образования биопродукции и прочие во многом определяют метаболизм и круговорот биогенов в природе.
Наконец, показатель (индикатор) эко-нормирования - это количественное (размерное) выражение нормативного критерия, позволяющего конкретно судить о допустимых пределах изменений качества среды жизнедеятельности человека или динамики функционирования биоты.
Итак, критерий эколого-гигиеничес-кого нормирования должен корректно характеризовать функцию или состояние экосистемы и ее компонентов, на основании которых оценивается качество или, образно говоря, "здоровье" биотической, биокосной и/или социальной среды.
-гигиенического нормирования
цессов или изменение качества среды обитания, вызванные разнообразными вредными воздействиями, в частности 3В.
- Параметры и критерии экологического нормирования должны в определенной мере учитывать степень комфортности социоэкосистемы для человека, то есть быть востребованными в его индивидуальной повседневной и социально-общественной жизни.
Вестник защиты растений, 2, 2003
- Параметры и критерии экологического нормирования должны иметь четкое определение, а критерии - быть размерными, представительными, достоверными, воспроизводимыми, в различной степени сенсорными, оперативно и технологично получаемыми, допускать возможность автоматизации их регистрации, а также включения в единую систему сбора и обработки информации, регистрируемой в процессе экомониторинга.
13
При реализации эколого-гигиеническо-го нормирования и мониторинга экологическая информация должна регистрироваться как с угодий, подвергаемых агро-техногенным воздействиям (в частности действию управляемых 3В), так и со специально выделенных (не обрабатываемых) эталонных, или фоновых участков; при этом следует учитывать специфику и пространственную неоднородность ландшафтных и социоэкосистемных комплексов.
Реализация эколого-гиг]
При реализации экологического нормирования должны приниматься во внимание все звенья цепи "воздействие-отклик-последствия", нарушаемые в результате вмешательства человека в аг-роландшафт. Отклики и последствия такого воздействия должны оцениваться с помощью различных (по чувствительности и буферности) биоиндикаторных процессов. Из многочисленных функциональных параметров, характеризующих агроландшафт, предпочтительнее использовать биогеоценотический (точнее микробофитоценотический) параметр эконормирования. В качестве его функциональных критериев предлагаются скорости эмиссии экосистемой соединений важнейших биогенов - углерода, кислорода и азота.
Величина эмиссии Q2 в процессе фотосинтеза в качестве сенсорного критерия на 3В определяет функциональный статус автотрофных биоресурсов экосистем.
Продуцирование СО2 и NOx - буферные критерии, проявляющиеся как дыхание и микробная трансформация азота почвы в его летучие соединения. Это -функции преимущественно ее гетеротрофных биоресурсов; вследствие бу-ферности отклик почвы на воздействие 3В (то есть изменения эмиссии этих газообразных соединений почвенной био-той и корневой системой автотрофов) всегда запаздывает.
Пользуясь предложенными критериями, допустимое негативное воздействие элемента агротехнологии на экосистему целесообразно оценивать с учетом фактора релаксации. Применительно к экосистеме это бинарный показатель, совокуп-
шческого нормирования
но учитывающий степень вредного воздействия и время релаксации. Под последним понимается период после воздействия, в течение которого происходит восстановление функций экосистемы до уровня, при котором не ухудшается среда жизнеобитания, не снижаются количество и качество продуцируемой биопродукции.
Очевидно, что даже высокоинформативные критерии первичного отклика аг-роэкосистемы на воздействие 3В не могут предопределить его окончательный эффект, то есть степень этого воздействия или конечные последствия для чувствительных компонентов экосистемы. В частности, такой важный показатель как генотоксический эффект совместного действия вредных агентов in situ должен оцениваться по общепринятым специфическим показателям - средней скорости мутирования или по снижению фертиль-ности пыльцы в популяции аборигенного фитотеста, a ex situ - по тесту Эймса.
Итак, эмиссия газообразных соединений биогенов микробофитопедоценозом -универсальный, экологически значимый, репрезентативный критерий эколого-гигиенического нормирования вредных воздействий на агроландшафт. Предложенные критерии экологического нормирования могут быть использованы практически повсеместно. Они характеризуют органическое единство двух глобальных, противоположно направленных процессов - фотосинтеза и минерализации органического вещества. Эти оба глобальных процесса приводят в действие не только биологический круговорот углерода и кислорода, но и практически всех биогенов Земли.
Существенным преимуществом предлагаемых критериев является возможность использования их как in situ, так и ex situ, то есть в разнообразных экспериментах для целей физического моделирования. Кроме экологического нормирования, предложенные функциональные критерии первичного отклика агроценоза на воздействие потенциального вредного вещества (приема) вполне приемлемы и для регулярно проводимой в рамках аг-
Вестник защиты растений, 2, 2003 роэкологического мониторинга оценки состояния агроландшафтных угодий. Унифицированные методики полевой регистрации предложенных критериев очевидно смогут быть использованы в качестве объективного и достаточно точного инструмента выявления потенциальной фи-тотоксичности разнообразных ксенобио-тических и природных соединений как при их индивидуальном, так и при соче-танном воздействии на фитоценоз.
Рассмотренные подходы успешно реализуются в комплексных исследованиях способности почвы к самоочищению от пестицидов и оценки ее устойчивости к другим антропогенным воздействиям.
В то же время, предлагаемая методология эколого-гигиенического нормирования антропогенных воздействий на компоненты агроландшафта базируется также и на использовании общепринятых принципов санитарно-гигиенического нормирования - "этапности" и "узкого места". Они, в частности, традиционно используются при гигиенической регламентации пестицидов и других агрохи-микатов.
Обсуждаемые критерии первичного отклика агроэкосистемы на вредное воздействие (с учетом лимитирования по фактору релаксации) - это необходимый, но только начальный этап скрининга антропогенных воздействий на агроланд-шафт. На последующих этапах обязательными, императивными критериями экологического нормирования должны
быть качество элементов агроландшафта (почвы, воды, воздуха), биопродуктивность экосистемы, биологическая полноценность и экологичность агропродукции.
Итак, эколого-гигиеническое нормирование агротехногенных воздействий должно стать обязательной составной частью государственной экологической экспертизы. Ее реализация на местах - в республиках, краях и областях РФ должна осуществляться соответствующими государственными учреждениями здравоохранения, сельского хозяйства, различных природоохранных ведомств. Эти же ведомства могут выступать в качестве заказчиков научно-прикладных работ по экологическому нормированию. К выполнению подобных исследований должны привлекаться компетентные научные коллективы РАН, отраслевых академий, НИУ различных ведомств и вузов. Общую координацию этих работ должны осуществлять Министерство здравоохранения и Министерство промышленности, науки и технологий.
ECO-HYGIENIC NORMALIZATION OF POLLUTANTS AFFECTING THE COMPONENTS OF AGROSPHERE (CONCEPTUAL DEFINITION) M.S.Sokolov, G.A.Zharikov, N.R.Diadistshev Criteria of eco-hygienic (ecological) normalization of anthropogenic impacts on ecosystems are considered. These criteria must be used for quality evaluation of the biotic environment. As functional criteria of normalization, the ecosystem's emission rates of compounds of the most important organics - carbon, oxygen and nitrogen - are proposed. The criteria developed are recommended for use in the process of state expertise when evaluating impacts of different chemicals and other pollutants on the components of agrosphere.
