CC BY
85
УДК 551.577.13
Е. В. Степанова, Г. Т. Фрумин
ПЛАН ДЕЙСТВИЙ ПО БАЛТИЙСКОМУ МОРЮ:
ПРОБЛЕМА ЭВТРОФИРОВАНИЯ
Балтийское море относится к бассейну Атлантического океана и является крупнейшим внутриматериковым морем севера Европы. Площадь Балтийского моря 422,6 тыс. км2, объем 20080 км3. Балтийское море сравнительно мелководное, средняя глубина 48м, максимальная — 459м [1]. Для Балтийского моря характерна сильная расчлененность. Такие обособленные его части, как Каттегат и проливы Малый и Большой Бельт (лежащие между датскими островами и называемые морем Бельтов), образуют естественную переходную область между Балтикой и Северным морем, в то время как на севере и востоке к основной части моря примыкают Ботнический, Финский и Рижский заливы [2] (рис. 1). По своей площади Балтика вполне сравнима с другими окраинными морями. Однако по количеству содержащейся в нем воды Балтийское
Рис. 1. Карта-схема Балтийского моря [10]
1 — Ботнический залив; 2 — Ботническое море; 3 - Финский залив; 4 — Рижсвкий залив; 5 — Центральная Балтика; 6 — Датские проливы; 7 — Каттегат.
© Е. В. Степанова, Г. Т. Фрумин, 2009
море относится к малым морям, а по отношению к Атлантике его даже можно считать пренебрежимо малым. Это обстоятельство приводит к тому, что Балтийское море, и в частности, его характерные океанологические процессы, чрезвычайно чувствительны к антропогенным воздействиям [2]. Балтийское море испытывает мощную антропогенную нагрузку с водосборной площади (260675 км2), обусловленную поступлением биогенных и загрязняющих веществ из атмосферы, от точечных и диффузных источников. Согласно [3] основные экологические проблемы Балтийского моря связаны с процессами антропогенного эвтрофирования и загрязнения различными по структуре и токсичности химическими соединениями.
В марте 1974 г. представителями стран Балтики — ГДР, Данией, Польшей, СССР, Финляндией, ФРГ и Швецией — была подписана конвенция по охране морской среды Балтийского моря (Хельсинкская конвенция), вступившая в силу в мае 1980 г. Эта конвенция, принятая в целях охраны морской среды района Балтийского моря, стала первым международным соглашением, затрагивающим все источники загрязнения, расположенные на побережье (точечные и диффузные), в море (морские суда), а также и в атмосфере. Однако и сегодня, по прошествии более тридцати лет, основные экологические проблемы Балтики, обусловленные процессами эвтрофирования и химического загрязнения, остаются весьма актуальными [4].
Одна из центральных проблем Балтийского моря связана с антропогенным эвтро-фированием. Развитие процесса антропогенного эвтрофирования приводит ко многим неблагоприятным последствиям с точки зрения водопользования и водопотребления (развитие «цветения» и ухудшения качества воды, появление анаэробных зон, нарушение структуры биоценозов и исчезновение ценных промысловых рыб). Кроме того, в период цветения сине-зеленые водоросли производят сильнейшие токсины, которые сами не используют, но они, попадая в водную толщу, представляют опасность для живых организмов и человека. Эти токсины могут вызывать цирроз печени, дерматиты у людей, отравление и гибель животных.
15 ноября 2007 г. в Кракове (Польша) министры охраны окружающей среды стран Европы — членов Хельсинской комиссии по охране морской среды Балтийского моря (ХЕЛКОМ) приняли План действий по Балтийскому морю (ПДБМ) [5]. ПДБМ, в частности, предполагает существенное снижение поступления в Балтику валового фосфора на 15250 тонн и общего азота — на 135000 тонн к 2016 году (табл. 1).
Таблица 1
Необходимое снижение поступления биогенных элементов в Балтийское море согласно ПДБМ
Акватория Необходимое снижение, тонн
Фосфор валовой Азот
Ботнический залив 0 0
Ботническое море 0 0
Финский залив 2000 6000
Центральная Балтика 12 500 94 000
Рижский залив 750 0
Датские проливы 0 15 000
Каттегат 0 20 000
Итого 12 250 135 000
В связи с изложенным, цель данного исследования заключалась в обосновании квот на антропогенную биогенную нагрузку валовым фосфором на суббассейны (акватории) Балтийского моря с водосборных бассейнов стран Балтики. Исследование включало четыре этапа. На первом этапе были рассчитаны средние за год нагрузки валовым фосфором (Ь) и общим азотом на различные акватории за период с 1997г. по 2003г., учитывающие площади акваторий (^) и общее количество поступившего валового фосфора (0 (табл. 2 и 3). Для расчетов были использованы данные ПДБМ и работы [6].
Как следует из приведенных данных, наибольшая нагрузка валовым фосфором за рассмотренный период зафиксирована для Финского (Ь = 0,233 гР/м2-год) и Рижского заливов (Ь = 0,122 гР/м2-год) и Центральной Балтики (Ь = 0,092 гР/м2-год). Наибольшая величина нагрузки общим азотом зафиксирована на акваториях Рижского и Финского заливов (Ь = 4,38 гК/м2-год и Ь = 3,82 гК/м2-год соответственно).
Таблица 2
Нагрузки валовым фосфором на суббассейны Балтийского моря
Акватория Q, тонн Е, км2 Ь, гР/м2-год
Финский залив 6860 29498 0,233
Рижский залив 2180 17913 0,122
Центральная Балтика 19250 209930 0,092
Ботнический залив 2580 36260 0,071
Датские проливы 1410 20121 0,070
Каттегат 1570 22287 0,070
Ботническое море 2460 79257 0,031
Таблица 3
Нагрузки общим азотом на суббассейны Балтийского моря
Акватория 2, тонн ^, км2 Ь, гК/м2-год
Финский залив 112 680 29 498 3,82
Рижский залив 78 400 17 913 4,38
Центральная Балтика 327 260 209930 1,56
Ботнический залив 51 440 36 260 1,42
Датские проливы 45 890 20 121 2,28
Каттегат 64 260 22 287 2,88
На втором этапе исследования было высказано предположение о наличии количественной связи между поступлением валового фосфора на различные акватории (О) и долями площадей соответствующих им водосборных бассейнов (в). Обоснование этого предположения базируется на следующих соображениях. В настоящее время понятие «водный объект как составная часть ландшафта» получило всеобщее признание. При современном уровне наших знаний трудно найти правильное объяснение процессов, происходящих в водных объектах, в отрыве от изучения их водосборных бассейнов. Морские водоемы представляют собой гидрологические системы, тесно связанные с водными ресурсами водосборов, и, таким образом, служат индикаторами состояния геосистем суши. Результаты современных исследований свидетельствуют о том, что первопричинами большинства морских экологических кризисов чаще всего бывают процессы, происходящие на их водосборах. Экологическая значимость водосбора для морских
акваторий определяется суммой характеристик, отражающих его физико-географические, социально-политические и экономико-хозяйственные особенности. При оценке территории бассейна выделяют следующие показатели: гидролого-климатические (речная сеть, режим осадков и снеготаяния), административно-территориальные (наличие развитых стран, крупных городов, соотношение сельского и городского населения, его плотность), производственно-хозяйственные (уровень развития, а также характер промышленного и сельскохозяйственного производства, наличие промышленных предприятий и способов использования земельных ресурсов) [7]. Обилие перечисленных показателей существенно затрудняет оценку антропогенного давления на водосборные и водные бассейны. В связи с изложенным и в качестве первого приближения информативного параметра были использованы доли площадей, соответствующих различным акваториям водосборных бассейнов (в).
При анализе были рассмотрены различные математические модели (линейная, степенная, логарифмическая и экспоненциальная). Наилучшие результаты были получены при использовании экспоненциальной зависимости О от в [8]:
О = ехр(6,94 + 8,07-Р),
М = 7; г = 0,971; г2 = 0,944; т = 0,243; ЕР = 83,5; К. = 5,99
(1)
Здесь М — количество акваторий, г — коэффициент корреляции, г2 — коэффициент детерминации (объяснимая доля разброса), т — стандартная ошибка, ЕР и ¥т — расчетное и табличное (для а = 5 %) значения критерия Фишера.
Приведенные статистические характеристики свидетельствуют об адекватности уравнения (1), так как ¥Р > Кт. Кроме того, уравнение (1) может быть использовано для прогнозирования величин О при наличии данных о величинах в, так как К'р > 4 [
Дополнительный анализ (без Центральной Балтики) показал, что при в < 0,25 зависимость ОР от в удовлетворительно аппроксимируется линейной функцией (рис. 2).
ОР = 424 + 21688 - в,
(2)
М = 6; г2 = 0,80; г = 0,89; т = 1010; ГР = 16,07; ¥Т = 6,61
Экспоненциальное выражение (1) и линейное (2) рассматриваются нами лишь в качестве первого приближения, так как не учитывают гидрологические (речная сеть),
7000
Рис. 2. Зависимость поступления валового фосфора в Балтийское море от величины в
административно-территориальные (наличие крупных городов, соотношение сельского и городского населения, его плотность), производственно-хозяйственные (характер промышленного и сельскохозяйственного производства, наличие промышленных предприятий и способы использования земельных ресурсов) и некоторые другие показатели, характеризующие распределение потенциальных источников биогенных веществ.
На третьем этапе по формуле (1) были рассчитаны величины поступления валового фосфора на акваторию Финского залива от различных стран (табл. 4). Согласно проведенным расчетам, суммарное количество валового фосфора, поступающего в Финский залив, составило 7686 тонн. Эта величина лишь на 12,0 % отличается от приведенной в вышеуказанном документе, подписанным в Кракове (6860 тонн). По нашим расчетам за период с 1997г. по 2003г. в Невскую губу со стоком реки Невы и ее рукавов в среднем поступало 3181 тонна валового фосфора, а от муниципальных очистных сооружений — примерно 1100 тонн валового фосфора в год. Таким образом, общее поступление валового фосфора в год составляло 4281 тонну. Сопоставление этой величины с приведенной в табл. 2 (ОР = 3761 т) свидетельствует об их удовлетворительном совпадении. Расхождение между величинами не превышает 13,8 %.
Таблица 4
Поступление валового фосфора с территорий стран бассейна Финского залива
Страна в Q, тонн Страна в Q, тонн
Россия 0,160 3761 Эстония 0,015 1168
Финляндия 0,062 1706 Латвия 0,002 1051
На четвертом этапе исследования был сформулирован принцип квотирования для снижения поступления биогенных элементов в Балтийское море. Суть принципа заключается в следующем: снижение биогенной нагрузки (А) от данной страны на рассматриваемую акваторию пропорционально доле водосборной площади данной страны (в) [6] от общей площади водосбора рассматриваемой акватории (Б):
А = в-Б (3)
Согласно ПДБМ для предотвращения дальнейшего эвтрофирования Финского залива необходимо снизить поступление в него валового фосфора на 2000 тонн и азота — на 6000 тонн (табл. 5). Результаты наших расчетов были сопоставлены с величинами квот (А), рассчитанными по шведской модели и модели ЫБЬСОМ (табл. 6).
Таблица 5
Распределение квот (Д) на снижение поступления валового фосфора и азота в Финский залив
Страна Водосбор, Б, км2 Доля водосбора Финского залива, в А (валовой фосфор), тонн А (азот), тонн
Россия 276100 0,669 1338 4014
Финляндия 107000 0,259 518 1554
Эстония 26400 0,064 128 384
Латвия 3400 0,008 16 48
Итого 2000 6000
Таблица 6
Сопоставление величин квот (А) на снижение поступления валового фосфора и общего азота в Финский залив на основе разных подходов
Страна Валовой фосфор, тонн Азот общий, тонн
Шведская модель HELCOM Степанова, Фрумин Шведская модель HELCOM Степанова, Фрумин
Россия 1057 1546 1338 3171 4196 4014
Финляндия 513 168 518 1538 844 1554
Эстония 430 286 128 1290 960 384
Латвия 0 0 16 0 0 48
Итого 2000 2000 2000 6000 6000 6000
Литература
1. Гидрометеорология и гидрохимия морей. Т. III. Балтийское море. Вып. 2 / Под ред. Ф. С. Терзиева, В. А. Рожкова и др. СПб, 1994.
2. ХупферП. Балтика — маленькое море, большие проблемы. Л., 1982.
3. Фрумин Г Т., Басова С. Л. Экологические проблемы Балтийского моря // Сборник тезисов Международного экологического форума и научно-практической конференции «День Балтийского моря». СПб, 22 марта 2002 г..: Тез. докл. СПб, 2002.
4. Фрумин Г Т., Образцова А. Б., Рянжин С. В. Антропогенное давление на суббассейны Балтийского моря // Экологическая химия. 2004. Т. 13, вып. 4.
5.HELCOM Ministerial Meeting. Krakow, Poland, 15 November 2007.
6. Baltic Marine Environment Protection Commission — Helsinki Commission// Baltic Sea Environment Proceedings. 1986. N 16.
7. Фащук Д. Я. Оценка антропогенной нагрузки на водосборы Черного и Азовского морей (географо-экологический подход)// Водные ресурсы. 1998. Т. 25.
8. Фрумин Г. Т., Степанова Е. В. К вопросу о квотировании биогенной нагрузки на Балтийское море// Материалы межвузовской конференции. География и смежные науки. LXI Герценовские чтения. Факультет географии РГПУ им. А. И. Герцена. СПб, 24-25 апреля 2008 г. СПб, 2008.
9. Дрейпер Н., Смит Г. Прикладной регрессионный анализ. М., 1986.
10. Mikulski Z. Water Balance of the Baltic Sea// Baltic Sea Environment, Proceedings. Helsinki Commission, Helsinki. 1985. N 16.
