Биогенные вещества и эвтрофикация в Балтийском море:
advertisement
Парламентская конференция Балтийского моря (ПКБМ) Биогенные вещества и эвтрофикация в Балтийском море: причины, последствия, решения Совет Министров северных стран Сторе Страндстрэде 18DK-1255 Копенгаген, Дания Тел. (+45) 3396 0200 Факс (+45) 3396 0202 Северный Совет Сторе Страндстрэде 18DK-1255 Копенгаген, Дания Тел. (+45) 3396 0400 Факс (+45) 3311 1870; www.norden.org Информационное бюро Совета Министров северных стран в Калининграде 236040 Калининград, ул. Черняховского, 6 Тел. (4012) 728172 Факс (4012) 728173; www.norden39.ru Совет Министров северных стран (СМСС) был учрежден в 1971 г. Совет Министров северных стран – это межправительственная организация, в которую входят правительства Дании, Финляндии, Исландии, Норвегии, Швеции и трех автономных территорий – Фарерских островов, острова Гренландия и Аландских островов. Каждая из пяти северных стран поочередно председательствует в СМСС. Секретариат Совета Министров северных стран располагается в Копенгагене. СМСС состоит из 11 Советов Министров, и в него входят 25 учреждений. Бюджет организации составляет около 125 миллионов евро. Смежным органом СМСС является Северный Совет, форум для межпарламентского сотрудничества. СМСС представляет на рассмотрение Северного Совета предложения по сотрудничеству между правительствами пяти северных государств, выполняет распоряжения Северного Совета и отчитывается о результатах, при этом осуществляя руководство работой в целевых областях. Премьер-министры пяти стран несут полную ответственность за принимаемые меры по развитию сотрудничества, которые координируют Министры по сотрудничеству и Северный Комитет по сотрудничеству. Структура Совета Министров меняется в зависимости от характера решаемых задач. Северный Совет был основан в 1952 г. с целью развития сотрудничества между парламентами и правительствами Дании, Исландии, Норвегии и Швеции. Финляндия вступила в Совет в 1955 г. На сессиях Совета представители автономных территорий входят в состав государственных делегаций: Фарерские острова и Гренландия – Дании, Аландские острова - Финляндии. Совет состоит из 87 избираемых членов, каждый из которых является членом парламента. Северный Совет принимает инициативы, действует как консультативный орган и контролирует осуществление мер по развитию сотрудничества. Органы Совета - Пленарная Ассамблея, Президиум и постоянные комитеты. Информационное бюро Совета Министров северных стран в Калининграде было открыто в 2006 г. в соответствии с соглашением между Советом Министров северных стран и Российской Федерацией о развитии сотрудничества между северными странами и Калининградской областью РФ. Главной задачей Бюро является обеспечение значительного вклада в устойчивую интеграцию Калининградской области России в регион Балтийского моря как регион глобального роста. 03 БИОГЕННЫЕ ВЕЩЕСТВА И ЭВТРОФИКАЦИЯ В БАЛТИЙСКОМ МОРЕ Содержание 05 06 08 10 12 13 15 16 17 18 22 26 29 30 32 Вступительное слово Введение Уникальность Балтики Последствия эвтрофикации Фитопланктон Подводная растительность Уменьшение концентрации растворённого кислорода Беспозвоночная бентосная фауна Эвтрофикация и изменение климата Каковы причины эвтрофикации? Пути решения проблемы эвтрофикации Стратегия адаптивного управления Основные выводы Глоссарий Библиография Биогенные вещества и эвтрофикация в Балтийском море: причины, последствия, решения © Информационное бюро Совета Министров северных стран в Калининграде, 2007 г. ISBN: 978-5-903496-05-1 Текст: Эспер Х. Андерсен, Датский институт гидравлики вод и окружающей среды (DHI), Дженет Паулак, MEC ~ Marine Environmental Consultants (Консалтинговое Агентство по Защите Морской Среды) Дизайн: Brandpunkt a/s Печать: ООО «Калининградский печатный двор» Макет русскоязычного издания: ООО «СТАС» Фотография для обложки: Нанна Раск Подготовка к публикации: К.С. Чикишева Перевод с английского: Л.Б. Бойко, Е.Л. Боярская, Т.В. Фурменкова Научный редактор русскоязычного издания: Б.В. Чубаренко, Атлантическое отделение Института океанологии им. П.П. Ширшова РАН Тираж: 300 Отпечатано на бумаге, произведенной с учетом экологических требований Издание распространяется Информационным бюро Совета Министров северных стран в Калининграде Электронная версия размещена на www.norden39.ru Отпечатано в г.Калининград, Российская Федерация 04 Парламентская конференция Балтийского моря Секретариат Сторе Странстреде 18 ДК -1255, Копенгаген К Дания Телефон: (+45) 33 96 04 00 Факс: (+45) 33 11 18 70 www.bspc.net Парламентская конференция Балтийского моря (ПКБМ) Парламентская конференция Балтийского моря – это форум, который созывается для проведения дебатов и обмена информацией между парламентами и другими организациями в регионе Балтийского моря. В Рабочей Группе ПКБМ по проблемам эвтрофикации приняли участие: Г%н Асмунд Кристофферсен, председатель Рабочей Группы, председатель Комитета Северного Совета по окружающей среде и природным ресурсам, депутат парламента Норвегии; Г%н Индулис Эмсис, вице-председатель Рабочей Группы, депутат Сейма Латвии; Г%н Рейнард Данкерт, вице-председатель Рабочей Группы, депутат парламента Федеральной земли Макленбург-Восточная Померания; Г%жа Ханна – Лена Хемминг, вице-председатель Комитета Северного Совета по окружающей среде и природным ресурсам, депутат парламента Финляндии; Г%н Донатас Янкаускас, депутат Сейма Литвы; Г%н Кюлло Арякас, депутат парламента Эстонии; Г%н Виктор Шудегов, председатель Комитета по науке, культуре, образованию, здоровью и экологии при Совете Федерации, Россия; Г%н Владимир Грачев, председатель Экологического Комитета Федерального Собрания Государственной Думы Российской Федерации; Г%н Михай Войцак, вице-председатель Сенатского Комитета Сейма Польши по сельскому хозяйству и защите окружающей среды; Д%р Кристель Хаппах Казан, депутат Бундестага Германии; Г%н Аксель Бернштайн, депутат парламента Федеральной земли Шлезвиг-Гольштейн, Германия Г%н Рэр Клаузен, депутат парламента Дании; Г%жа Кристина Гестрин, депутат парламента Финляндии; Г%н Ивар Кристиансен, депутат парламента Норвегии; Г%жа Синикка Бохлин, депутат Ригсдага – парламента Швеции; Г%жа Вероника Торнроос, депутат Аландского латинга, Финляндия; Секретариат: Г%н Йенс Н. Расмуссен, магистр ест. наук, старший советник. Вступительное слово Массовое цветение водорослей, ухудшение прозрачности воды, дефицит кислорода, гибель придонной фауны стали повсеместным явлением в Балтийском море. Эвтрофикация – это насущная проблема, касающаяся всех стран, расположенных на берегах Балтийского моря, поскольку она ведет к нарушению экологического баланса, вредит рыболовству и отрицательно влияет на развитие зон отдыха и качество жизни людей, проживающих в странах Балтийского региона. Избыточное попадание биогенных элементов в водоемы происходит из сельскохозяйственных, промышленных, бытовых и прочих источников всех стран, расположенных на берегах Балтийского моря и в пределах его водосборной территории. Загрязнение через воздушную среду поступает также и из более отдаленных стран. Поскольку эвтрофикация является ключевой проблемой в вопросе оздоровления окружающей среды Балтийского моря, члены парламентских делегаций выразили желание возглавить и провести дебаты, с тем чтобы привлечь должное внимание к эвтрофикации и наметить реальный путь для принятия эффективных мер по исправлению создавшегося положения. Парламентская конференция Балтийского моря (ПКБМ) создала Рабочую Группу по проблеме эвтрофикации, которая приняла решение провести конференцию в г. Мариехамн (Аландские острова) в августе 2006г. Настоящая брошюра имеет своей целью очертить основной круг вопросов, касающихся источников и последствий эвтрофикации Балтийского моря, и обсудить возможные пути исправления сложившейся тревожной ситуации. Мы надеемся, что таким образом эта публикация поможет сформировать общую платформу для Аландской конференции и последующих дискуссий. Мы также надеемся, что она вдохновит парламентариев на выдвижение инициатив и рекомендаций по преодолению нежелательных последствий эвтрофикации. задача описать ситуацию с эвтрофикацией, сделать обзор политических инициатив и обозреть перспективы в этой области. Высоко оценивая результаты, представленные в настоящей брошюре, мы одновременно подчеркиваем, что изложенные здесь точки зрения не обязательно отражают мнения Рабочей Группы ПКБМ или парламентов стран, представленных членами Рабочей Группы. Мы выражаем надежду, что эта информация окажется полезной для докладчиков и участников Аландской конференции, а также послужит средством для повышения степени озабоченности в политических кругах и среди широкой общественности по одной из самых тревожных экологических проблем, к которой мы сейчас обратились с целью вернуть здоровье нашему общему Балтийскому морю. От имени Рабочей Группы ПКБМ Гн Асмунд Кристофферсен, председатель Рабочей Группы, председатель Комитета Северного Совета по окружающей среде и природным ресурсам, депутат парламента Норвегии Гн Индулис Эмсис, вицепредседатель Рабочей Группы, вице председатель Комитета Балтийской Ассамблеи по охране окружающей среды и энергетике, депутат Сейма Латвии Гн Рейнард Данкерт, вицепредседатель Рабочей Группы, депутат парламента Федеральной земли МакленбургПередняя Померания Датский институт гидравлики вод и окружающей среды (DHI) независимый исследовательский и консалтинговый центр получил заявку на выполнение проекта, в котором ставилась 05 БИОГЕННЫЕ ВЕЩЕСТВА И ЭВТРОФИКАЦИЯ В БАЛТИЙСКОМ МОРЕ Введение Экологическое состояние большинства участков акватории Балтийского моря не соответствует стандартам качества окружающей среды, установленным правительствами стран и международными институтами. Причины создавшейся неудовлетворительной ситуации кроются среди нескольких факторов, в основном связанных с человеческой деятельностью, таких как эксплуатация природных ресурсов (например, рыболовство), загрязнение окружающей среды (выбросы биогенных элементов и вредных веществ), физическая модификация среды обитания, вселение чужеродных видов и изменение климата. Загрязнение излишними биогенными элементами (в основном соединениями азота и фосфора) - т.е. обогащение питательными веществами – вызывает особую озабоченность. Этот вид загрязнения окружающей среды называется эвтрофикацией. Слово эвтрофикация происходит от двух греческих корней: “eu”– “хорошо” и “trope” – “питание”. В современном употреблении слово обозначает поступление биогенных элементов в аквасистемы и последствия этого процесса. Было выдвинуто много инициатив и проделана большая работа по смягчению эффектов эвтрофикации, в особенности по снижению поступления биогенных элементов из основных источников загрязнения (например, из городов и промышленных объектов). Фото печатается с разрешения SeaWiFS Project, NASA/Goddard Space Flight Center, and ORBIMAGE 06 Представляется разумным сосредоточиться на проблеме биогенных веществ и снижении их выбросов, поскольку эвтрофикация является результатом непрекращающегося процесса поступления питательных веществ из разнообразных источников, связанных с человеческой деятельностью. Возросший приток биогенных элементов в морскую экосистему может повысить их концентрацию, что вкупе с поступающим светом и некоторыми минералами, может вызвать бурный рост первичного продуцирования и накопление первичного органического вещества, такого как микроскопические планктонные водоросли. • • • • • Таким образом, излишнее обогащение питательными веществами приводит к росту первичного продуцирования. Такие морские системы, как Балтийское море, могут справляться с подобным ростом, но лишь до определенной степени. Когда наступает предел, мы сталкиваемся с проблемой эвтрофикации. Проявления этой широкомасштабной проблемы хорошо известны во многих регионах Балтийского моря: ‘зеленая’ вода во время цветения планктонных водорослей; скопления макроводорослей у берегов; уменьшение площади распространения богатых придонных сред обитания, таких как сообщества взморника морского; истощение кислородного слоя, влекущее за собой гибель придонных видов и рыб. Несмотря на то, что страны Балтийского побережья достигли значительных успехов в области снижения выбросов из точечных источников загрязнения, и при том, что во всем Балтийском регионе осознают причины и последствия эвтрофикации, усилия, предпринятые для разработки последовательной стратегии профессионального и гибкого управления процессом во всем регионе Балтийского моря оказались недостаточными. Выработку такой стратегии можно сравнить с головоломкой, многие части которой сегодня уже стоят на своих местах, как, например, такие: Увеличение выбросов биогенных веществ Повышение кон центрации био генных элементов проблемы, связанные с эвтрофикацией, в целом хорошо осознаны и описаны; страны, расположенные на берегах Балтийского моря и в пределах водозабора признают проблемы эвтрофикации; страны Балтийского региона недавно приняли стратегию по улучшению наблюдения и оценки состояния Балтийского моря; в рамках различных инициатив разрабатываются целевые стандарты качества и показатели и ставятся конкретные задачи; в рамках шведской исследовательской программы по проблемам эвтрофикации MARE разрабатывается инструмент поддержки принятия решений. Кроме того, давно существует координирующий орган в лице Хельсинской Комиссии по защите морской среды Балтийского моря (ХЕЛКОМ). Чтобы двигаться вперед, в настоящее время необходимо определить недостающие элементы головоломки и выработать план, который позволил бы соединить новые детали с уже имеющимися. Такой план должен обязать страны Балтийского моря наметить стандарты и целевые показатели по решению проблемы эвтрофикации, привязав их к уровням выбросов, и в конечном итоге рассматривать предельные нормы выбросов с учетом человеческой деятельности в зоне водозабора. Именно в зоне водозабора необходимо принимать эффективные меры для решения проблемы эвтрофикации. В настоящей брошюре описываются причины и последствия эвтрофикации Балтийского моря, а также усилия стран Балтии по минимизации эффектов избыточного обогащения биогенными элементами и, как следствие, эвтрофикацией (модель эвтрофикации представлена ниже). Публикация содержит целый ряд предложений по улучшению координации усилий стран для решения проблемы. Снижение прозрач ности воды Уменьшение глубины, до которой распространены заросли морских трав на дне Простейшая модель эвтрофикации. Показатель прозрачности воды, измеряемый глубиной погружения диска Секки, демонстрирует насколько глубоко проникает солнечный свет через слой воды. Усиление роста микроскопических водорослей снижает светопроницаемость воды. Понижение освещенности морского дна вызывает уменьшение глубины произрастания плодородного слоя водорослей. Несмотря на то, что предложенная модель недостаточно подробна, она включа ет следующие основные элементы: запускной механизм (поступление биогенных веществ), причины (обогащение питательными веществами), прямые (первич ные) последствия (снижение прозрачности воды) и косвенные (вторичные) уменьшение глубины произрастания зарослей морских трав. Источник: Датский институт гидравлики вод и окружающей среды, (DHI) Дания , 2005. 07 БИОГЕННЫЕ ВЕЩЕСТВА И ЭВТРОФИКАЦИЯ В БАЛТИЙСКОМ МОРЕ Уникальность Балтики Балтийское море – единственное внутреннее море в Европейском Союзе и самый большой слабосоленый водный бассейн в мире. Оно делится на несколько подрегионов (бассейнов), разделенных порогами, и переходную зону к Северному морю (проливы Большой и Малый Бельт, зона пролива Каттегат). Основными бассейнами Балтийского моря являются: (1) Центральная Балтика, (2) Ботнический залив, (3) Финский залив, (4) Рижский залив, (5) Датские проливы, включая проливы Большой и Малый Бельт и зону пролива Каттегат. Средняя глубина Балтийского моря составляет 52 метра, (см. карту на с. 9), объем – 21 700 км3, площадь поверхности – 415 200 км2. Различные бассейны и подрегионы акватории Балтийского моря значительно различаются от севера к югу и от запада к востоку. Бассейны отличаются не только размерами, объемом и глубиной, но и по степени солености воды (табл. 1), что является очень важным фактором для местной флоры и фауны. В западных частях Балтийского моря (Каттегат) соленость составляет 20-25 psu, в центральной части собственно Балтики – 6-8 psu, в таких районах, как Ботнический и Финский заливы, соленость вод может снижаться до 1 psu. От солености зависит количество естественно обитающих в Балтике видов флоры и фауны, что обусловливает уни- кальность этого моря. Максимальное количество видов обнаруживается там, где соленость достигает уровня 25-35 psu. Со снижением уровня солености снижается биоразнообразие. Минимальное количество видов обитает в воде с уровнем солености 8-10 psu, что типично для многих зон Балтики. При уровне солености ниже 8 psu количество видов возрастает, поскольку уже и пресноводные обитатели могут существовать в столь малосоленой среде. Еще одной чертой, обусловливающей уникальность Балтийского моря, является сочетание обширной зоны водосбора и связанной с ней человеческой деятельностью, а также ограниченный обмен водных масс с проливом Скагеррак и Северным морем. Такое сочетание факторов делает Балтику уязвимой для эвтрофикации. Зона водосбора Балтийского моря составляет более 1 700 000 км2, население – около 85 миллионов жителей. Плотность населения варьируется от менее 1 человека на 1 км2 в северных и северо-восточных районах зоны водосбора до более 100 человек на 1 км2 в южных и юго-западных. Структура земельных угодий столь же разнообразна, сколь и плотность населения: значительная часть пахотных земель находится в восточной, южной и западной частях, а в северных районах располагаются леса и лесистые зоны. Таблица 1. Физические характеристики Балтийского моря Подзона Площадь, км2 1. Центральная Балтика 211 069 2. Ботнический залив 115 516 3. Финский залив 29 600 4. Рижский залив 16 300 5. Датские проливы 42 408 Все Балтийское море 415 266 08 Объем, км3 13 045 6 389 1 100 424 802 21 721 Средняя соленость, psu 510 07 07 610 832 032 Макс. глубина, м 459 230 123 > 60 109 459 Средняя глубина, м 62.1 60.2 38.0 26.0 18.9 52.3 Сочетание таких факторов, как высокая плотность населения, высокоразвитый сельскохозяйственный сектор и прочие виды человеческой деятельности (загрязнение среды вследствие производства электроэнергии и эксп- луатации транспорта), привели к массовым поступлениям в Балтийское море биогенных веществ, в основном соединений азота и фосфора. Все это и породило проблему эвтрофикации Балтики. Высоты/ Глубины (м) 4 000 2 000 р. Ш ел ле фт е-Э ль в 0 р. -50 ге Он л -Э ан рм -200 ем ий и йок ева р. Л р. О улу йок и Ботнический залив Финляндия ьв -1 000 р. К 100 ьоки 500 ок и р. Муон 1 000 ен -2 000 Швеция ль ве н Воды р. Г ет а-Э льв оз. Ванерн Гёта-кан Дания Санкт-Петербург р. Н р. Рига Латвия Балтийское море Зунд Копенгаген Ве ли Калининград я Смоленск Вильнюс Беларусь Белосток Быдгощ р. е Од р Познань Варшава ис Лодзь ла Вроцлав Брест В р. Польша Люблин Честохова Чешская Республика Острава © GIWA 2004 оз. Ильмень Витебск Гродный Щецин Германия Россия р. Даугава Литва Калининград Гданьск ева ка р. Н ема н Западная Балтика Вол го-Б алт ийск ий К ана л Псковское озеро Рижский залив Каттегат рь Финский залив Эстония Чудское озеро ал оз. Веттерн ви Хельсинки Таллинн Стокгольм архипелага р. С ов -Э Ладожское озеро р. Волх ль оки ва Да аенй р. Кокем р. На р р. Норвегия Онежское озеро Ботническая часть акватории Украина Катовице Краков Словакия Львов 0 500 Километров Глубины Балтийского моря и основные реки в зоне водосбора. Источник: UNEP, 2004. 09 БИОГЕННЫЕ ВЕЩЕСТВА И ЭВТРОФИКАЦИЯ В БАЛТИЙСКОМ МОРЕ Последствия эвтрофикации Избыточное обогащение азотом, фосфором и иногда органическим материалом может привести к целому ряду нежелательных последствий. Эвтрофикация влечет за собой изменения в структуре и функционировании всей морской экосистемы и нарушение ее стабильности. Первым ответом на повышенное поступление биогенных веществ становится рост их концентрации (рис. 1). Несмотря на неравномерность объемов стока и осадков, в результате увеличения поступления биогенных веществ, таких, например, как азот или фосфор, возрастает концентрация питательных веществ. Еще одним последствием является изменение пропорции в содержании в воде растворенных форм азота и фосфора. Оптимальным соотношением содержания растворенного неорганического азота (DIN) и растворенного неорганического фосфора (DIP) для роста фитопланктона является 16:1 (выражено в мольных концентрациях) – это так называемое отношение Редфилда (N/P). Меньшее по величине отношение N/P означает потенциальную нехватку азота, тогда как большая величина этого отношения свидетельствует о нехватке фосфора для первичного продуцирования фитопланктона. Cреднегодовой показатель содержания растворенного неорганического азота DIN 200 175 150 125 100 75 50 25 0 30000 40000 50000 60000 70000 80000 90000 100000 Cреднегодовой показатель общего объема поступления азота в тоннах TN Рис. 1. Пример отношения между ростом выбросов (среднегодовой показатель общего объема поступления азота в тоннах TN) и концентрация ми биогенных веществ (среднегодовой показатель содержания растворенно го неорганического азота DIN). Пример взят из исследований, проведённых в проливе Каттегат, между Данией и Швецией. Источник: Датский институт гидравлики вод и окружающей среды (DHI), Дания, 2005 10 Отклонения от отношения Редфилда может привести к недостаточному росту фитопланктона и отрицательно повлиять на развитие его биомассы, формирование особей и, как следствие, на динамику пищевой цепи. Первичное продуцирование чаще всего определяется доступностью света и питательных веществ, соответственно обогащение вод питательными веществами вызывает рост первичного продуцирования фитопланктона. Рост биомассы фитопланктона приводит к снижению светопроницаемости воды. Снижение светопроницаемости воды, часто выражаемое через снижение прозрачности (глубины погружения диска Секки), в конечном итоге приводит к уменьшению глубины обитания сообществ макроводорослей и водорослей. В целом морские экосистемы могут среагировать на избыточное обогащение биогенными элементами постепенными изменениями по следующим параметрам: (1) рост первичного продуцирования планктона в поверхностных слоях по сравнению с продукцией бентических сообществ; (2) доминирование микробных пищевых цепей над линейными планктонными цепями; (3) преобладание некремнистых видов фитопланктона над диатомовыми (кремнистыми) и (4) преобладание голопланктона (медуз) над ракообразными. Проблемы эвтрофикации (рис. 2) можно подразделить на три группы: (1) причинные факторы, (2) прямые воздействия, (3) косвенные воздействия. К причинным факторам относятся поступление биогенных веществ, их повышенная концентрация и изменения в отношении Редфилда. Прямые воздействия имеют непосредственное отношение к генераторам первичного продуцирования, а именно к (1) фитопланктону и (2) подводной растительности. Косвенные воздействия относятся к (1) зоопланктону, (2) рыбам и (3) беспозвоночной придонной фауне (макрозообентосу), то есть к видам, обитающим на дне моря. Самые известные и доступные для понимания прямые и косвенные воздействия эвтрофикации получат разъяснение и будут обсуждены далее. I Категория Причинные факторы II Категория Прямые воздействия Поступление веществ из атмосферы Фиксация N2 III Категория Косвенные воздействия Сток и прямые выбросы Поступление воды из прилегающих акваторий Биогенные элементы • Повышенные показатели концентраций DIN DIP в зимний период • Измененное соотношение содержания N, P, Si • Повышенная концентрация DIP как результат высвобождения фосфора из донных отложений из-за необратимого поглощения («выедания») кислорода Фитопланктон • Рост продуцирования и биомассы • Изменение видового разнообразия • Учащение периодов цветения • Снижение прозрачности воды и доступа света • Рост отложений органических веществ на дне Подводная растительность • Изменение видового разнообразия • Уменьшение глубины произрастания вследствие затенения • Рост количества эпифитов и сорных водорослей • Массовая гибель вследствие образования сульфида водорода Зоопланктон Рыбы • Изменение видового разнообразия • Рост биомассы Макрозообентос • Изменение видового разнообразия • Уменьшение количества рыб и их видов ниже галоклина • Массовый мор рыб по причине дефицита кислорода и образования сероводорода • Изменение видового разнообразия • Рост биомассы придонных организмов на мелководье выше галоклина, вызванный ускоренным отложением органических веществ • Массовое вымирание видов по причине дефицита кислорода и образования сероводорода Кислородосодержащие отложения Кислород • Рост потребления кислорода, вызванный ускоренным продуцированием органических веществ • Дефицит кислорода • Образование или выделение сульфида водорода Бескислородные отложения Рис. 2. Концептуальная модель эвтрофикации. Стрелки указывают на взаимодействие между различными блоками экосисте мы. Сбалансированная прибрежная экосистема Балтийского моря характеризуется следующими факторами: (1) короткой морской пищевой цепью (фитопланктон зоопланктон рыбы), (2) естественным формированием видов планктона и при донных организмов и (3)естественным распространением подводной растительности. Избыточное обогащение биогенными элементами приводит к изменениям в структуре и функционировании компонента морской экосистемы, как отмечено жирны ми стрелками. Пунктиром показано высвобождение сероводорода (H2S) и фосфора, что, несомненно, отрицательно сказывает ся на состоянии кислородного слоя. Источник: Датский институт гидравлики вод и окружающей среды (DHI), Дания, 2005 11 БИОГЕННЫЕ ВЕЩЕСТВА И ЭВТРОФИКАЦИЯ В БАЛТИЙСКОМ МОРЕ Фитопланктон Фитопланктон является основой пелагических пищевых сетей в водных системах. Развитие фитопланктона происходит за временной промежуток от одного до нескольких дней. Именно поэтому фитопланктон быстро реагирует на изменение концентрации биогенных веществ. Наблюдение за фитопланктоном является важным компонентом большинства программ, имеющих целью мониторинг экологической ситуации в регионе Балтийского моря; чаще всего подобные программы имеют следующие цели: (1) измерение первичной продукции, (2) измерение биомассы (концентрации хлорофилла-а или углеродной биомассы), (3) фиксация частоты цветения. На рис. 3 показано, как биогенные вещества влияют на рост первичной продукции фитопланктона: чем их количество или концентрация выше, тем лучше условия для роста фитопланктона. И, наоборот, чем их количество или концентрация ниже, тем ниже потенциал роста фитопланктона. Понимание данной зависимости является ключом к уменьшению последствий эвтрофикации в Балтийском море. Увеличение количества фитопланктона, измеряемое концентрацией хлорофилла-а, ведёт к снижению прозрачности воды и затрудняет проникновение света через толщу воды к морскому дну. 2.5 0.25 2.0 0.20 1.5 0.15 1.0 0.10 0.5 0.05 100 10 1 10 100 Растворенный неорганический азот (моль m2 год1) Рис. 3. Зависимость между величиной поступления (ось х, размерность моль м2 год1) растворенного неорганического азота и величиной первично го продуцирования фитопланктона. Рост первичной продукции является ключевым показателем эвтрофикации. Источник: Датский институт гидравлики вод и окружающей среды (DHI), Дания, 2005 0.0 0 20 40 60 80 Частота цветения 1 Средняя концентрация хлорофилла (μg l ) 1000 0.1 12 Частое цветение фитопланктона, особенно сине-зелёных водорослей, представляет собой серьёзную проблему для Балтийского моря. В летний период цветение сине-зелёных водорослей наблюдается во многих частях акватории Балтийского моря (как в прибрежных зонах, так и на открытых водных пространствах) – в Финском заливе, Рижском заливе, центральных и юго-западных районах Балтийского моря. Во время купального сезона отдыхающие, войдя в воду, зачастую не могут разглядеть ступни своих ног. Сине-зелёные водоросли токсичны и потенциально опасны как для животных, так и для человека. Течение прибивает огромные ковры сине-зелёных водорослей к берегу. Гниющие водоросли представляют собой неприглядное зрелище. Именно поэтому нейтрализация негативных последствий эвтрофикации является важной и в то же время необычайно сложной задачей. 10000 2 Первичное продуцирование (g C m год) С увеличением первичного продуцирования фитопланктона увеличивается его биомасса. На рис. 4 показана взаимозависимость между величиной поступающих биогенных веществ и концентрацией хлорофилла-а, который является количественным показателем биомассы фитопланктона. Повторим: увеличение объёма поступления биогенных веществ ведёт к увеличению концентрации хлорофилла-а и, наоборот, уменьшение данного объёма приводит к снижению концентрации хлорофилла. Рис. 4 также демонстрирует зависимость между объёмом поступления биогенных веществ и частотой цветения фитопланктона. 0.00 100 Поступление азота (106 кг N) Рис. 4. Зависимость между величиной поступления (ось х, размерность – 106 кг N) азота и средней концентрацией хлорофилла, а также часто той цветения фитопланктона. Источник: Датский институт гидрав лики вод и окружающей среды (DHI), Дания, 2005 Подводная растительность Эвтрофикация обычно имеет двоякое последствие для подводной растительности. Во-первых, затруднённое проникновение солнечного света и затемнение, вызванное фитопланктоном, может сократить глубину распространения (произрастания), биомассу, состав и разнообразие видов подводной растительности. Во-вторых, ускоренный рост нитевидных морских водорослей и однолетних разновидностей макроводорослей по сравнению с многолетней подводной растительностью приведёт к изменению структуры фитоценоза макроводорослей и снижению их биоразнообразия. тельно увеличить пределы обитания данных видов растительности и рыб и положительно сказаться на развитии рыболовства. Зависимость между глубиной проникновения света (т.н. глубиной Секки) и максимальной глубиной распространения подводной растительности на примере зостеры (Zostera marina) представлена на рис. 5. Анализ данного графика позволяет сделать следующие выводы: (1) уменьшение глубины Секки в результате распространения фитопланктона ведёт к уменьшению глубины распространения подводной растительности, или (2) увеличение глубины Секки означает возможность распространения подводной растительности на большие глубины и на более обширные водные пространства, чем сейчас. На рис. 6 (а-г) четко видно, что происходит, когда на части акватории возникает эвтрофикация. На рис. 6 (а) состояние бурой водоросли фукуса пузырчатого (Fucus vesiculosus) не вызывает опасений – рост мелких эпифитов незначителен. На рис. 6 (б) бурая водоросль фукуса пузырчатого (Fucus vesiculosus) ещё сопротивляется оказываемому воздействию, и её состояние можно считать приемлемым, несмотря на появление на том же участке дна сорных макроводорослей. Заросли морских трав и многолетних водорослей являются местом обитания целых популяций прибрежных видов рыб. Уменьшение поступления биогенных веществ может значи- Максимальная глубина (м) 15 10 5 0 0 5 10 15 Прозрачность воды (м) Рис. 5. Пример зависимости между прозрачностью воды (глубина Секки) и максимальной глубиной распространения подводной растительности Источник: Датский институт гидравлики вод и окружающей среды (DHI), Дания, 2005 Короткоживущие (однолетние) сорные макроводоросли только выигрывают от увеличения количества биогенных веществ. Поэтому пространственное распространение данных видов подводной растительности и соотношение между однолетними и многолетними видами может быть использовано в качестве индикатора степени эвтрофикации. Рисунки 6 (в) и 6 (г) демонстрируют ситуацию неприемлемого отклонения от первоначальных естественных условий существования сообщества этой водоросли. Сама структура сообщества бурой водоросли фукуса пузырчатого (Fucus vesiculosus), его функции существенно изменились, и это состояние никак не может считаться хорошим. Рост сорных макроводорослей может происходить высокими темпами, когда (1) респирация макроводорослей в ночное время суток может привести к низкой концентрации кислорода или даже к его истощению в воде, (2) деградация или распад биомассы макроводорослей может вызвать истощение содержания кислорода, особенно в конце лета или начале осени. Снижение концентрации растворённого кислорода существенно сказывается на состоянии водной растительности. Например, морские травы реагируют на понижение концентрации кислорода в комбинации с повышением температуры воды. Точный механизм данного процесса ещё полностью не определён, но его результат уже хорошо известен – массовая гибель водоросли и её выброс в результате дрейфа на берег. Существуют документы, описывающие случаи подобной массовой гибели водной растительности в водах архипелага южнее острова Фюн (1994), залива Мариагер-фьорд (1997), фьорда Оденсе (2000), залива Аархус (2001) в Дании. 13 БИОГЕННЫЕ ВЕЩЕСТВА И ЭВТРОФИКАЦИЯ В БАЛТИЙСКОМ МОРЕ Было проведено исследование реколонизации водорослей в этих зонах. Семена, сохранившиеся в донных отложениях, прорастают весной следующего после гибели сообщества года. При повторении ситуации кислородной недостаточности в воде проросшие семена опять погибнут. Если же усло- вия благоприятные, то заросли водоросли восстановятся через два или три года. Это дает надежду на успех в восстановлении донной растительности в случае, если эвтрофикация вод будет все-таки снижена до приемлемой нормы. а б в г Рис. 6 (аг). Изменения плотности произрастания бурой водоросли фукуса пузырчатого (Fucus vesiculosus) и биомассы эпи фитов, происходящие с увеличением степени эвтрофикации. На верхних снимках (а, б) экологическое состояние вполне при емлемо. Нижние снимки (в, г) свидетельствуют о существенном негативном изменении экологического состояния по срав нению с первоначальным. Фото: Георг Мартин 14 Уменьшение концентрации растворённого кислорода Уменьшение концентрации кислорода, растворённого в воде, или гипоксия, является одним из эффектов эвтрофикации в придонных водах прибрежных морских экосистем. Данный процесс наблюдается во многих районах по всему миру. Гипоксия может носить (1) эпизодический характер, (2) может возникать ежегодно в летний и осенний периоды (самый распростаненный вариант), (3) может существовать практически постоянно, что представляет особенную опасность, и наносить наибольший урон, как это и происходит в Балтийском море. Гипоксия (4) может периодически возникать в прибрежной зоне, как например, в Датских проливах и заливе Каттегат. Возникновение гипоксии, её характер самым непосредственным образом связаны с эвтрофикацией. В последнее время наблюдается учащение случаев снижения содержания кислорода в водах Балтийского моря, особенно у побережья Дании, где подобное явление наблюдается каждый год, начиная с 1980- х. Обычно содержание растворенного кислорода в воде падает в августе и сентябре. В 2002 году наблюдалось максимальное снижение содержания кислорода – 20% донных вод Датских проливов страдало от понижения содержания кислорода. Реакция биологических организмов на гипоксию, на предельно допустимое снижение концентрации кислорода, зависит от биологического вида. Рыбы и ракообразные, испытывающие высокую потребность в кислороде, очень быстро реагируют на его недостаток. Другие же виды могут существовать в условиях продолжительной нехватки растворённого кислорода. В условиях гипоксии реакция придонных организмов может проявляться в изменении характера сообществ – большие, но медленно развивающиеся сообщества могут превратиться в сообщества более мелких видов, но с ускоренным сроком воспроизводства. Нехватка (гипоксия) или полное отсутствие кислорода (аноксия) могут привести к формированию и выбросу сероводорода (H2S) из донных отложений, что вызывает гибель морских организмов, находящихся на более высокой ступени развития. Снижение содержания кислорода оказывает влияние на течение биохимических циклов. Периоды полного отсутствия кислорода вызывают активное поступление фосфора из донных отложений. Содержание растворенного неорганического фосфора находится в противофазе с содержанием кислорода и может различаться из года в год в зависимости от уровня поступления фосфора из донных осадков в условиях аноксии. Аммоний также поступает из донных осадков в водную толщу при гипоксии. Неорганический фосфор и аммоний при гипоксии, попадая в воду, усиливают цветение водорослей. Таким образом, гипоксия усиливает поток фосфора и аммония из осадков в воду, в то время как денитрификация (процесс превращения азота под действием бактерий в газ в донных осадках) замедляется. Гипоксия влечёт за собой существенные изменения биохимических циклов, что может усилить эвтрофикацию. Данные продолжительных наблюдений за состоянием прибрежных вод Балтийского моря показывают, что изменения в содержании кислорода могут прогнозироваться с помощью показателей содержания азота, температур и водообмена. В некоторых частях Балтийского моря выброс фосфора сократился на 90%, азота – на 30%, однако, несмотря на это, в данных районах периодически наблюдается состояние гипоксии. Впервые обширная гипоксия этих частей акватории Балтийского моря наблюдалась в 1981 году. В 1985 году произошли существенные изменения в сообществах бентосных организмов, а также в буферной емкости и донных отложений, которая оказывала влияние на процесс реминерализации органического вещества. Суть произошедших изменений состояла в превращении больших бентосных организмов в меньшие по размеру. Данный процесс, как полагают, необратим. Более того, считается, что одним из последствий глобального потепления и повышения температуры станет учащение возникновения гипоксии. Увеличение температуры на 4 градуса Цельсия приведёт в некоторых частях Балтийского моря к увеличению вдвое площади акватории, чаще всего страдающей от истощения запаса кислорода в воде. 15 БИОГЕННЫЕ ВЕЩЕСТВА И ЭВТРОФИКАЦИЯ В БАЛТИЙСКОМ МОРЕ Беспозвоночная бентосная фауна Живые организмы, обитающие на дне Балтийского моря, также страдают от дефицита кислорода, который наблюдается во многих частях морской акватории. Беспозвоночная бентосная фауна может по-разному реагировать на понижение уровня кислорода в воде. Некоторые представители бентосной фауны способны прожить в таких условиях короткий промежуток времени – от нескольких часов до нескольких дней, в то время как другие могут справляться с гипоксией более продолжительное время – более месяца. Однако, если концентрация кислорода падает до нулевой отметки и происходит выброс сероводорода, все живые организмы тотчас же погибают. С понижением концентрации кислорода бентосные беспозвоночные организмы, обитающие в глубине донных отложений, часто перемещаются на поверхность донного слоя. Также хорошо известно, что понижение содержания кислорода может приводить к увеличению вылова ракообразных и рыбы, именно потому, что эти живые организмы, стараясь выжить, поднимаются ближе к поверхности. На больших глубинах, где постоянно ощущается отсутствие достаточной концентрации кислорода, беспозвоночные бентосные организмы не обитают. В тех районах, где гипоксия возникает периодически (например, каждый год в конце лета и осенью), наблюдается существенное снижение количества бентосных организмов. В последнем случае ситуация может быть сравнима с лесным пожаром. Если в одном и том же месте регулярно возникают очаги возгорания, то молодые деревья попросту не могут вырасти, и лес не возрождается. В тех районах, где гипоксия возникает время от времени, беспозвоночная бентосная фауна способна через некоторое время реколонизировать прежнюю зону обитания. Однако сам процесс реколонизации зависит от множества факторов. Именно поэтому трудно предположить, какие из морских обитателей вернутся. Мельчайшие, быстро размножающиеся организмы быстрее заселяют прежнюю зону обитания по сравнению с более крупными представителями бентосной фауны. Тем не менее сложно делать прогнозы относительно срока, необходимого для возвращения сообществ морских организмов на прежнее место обитания, равно как и предполагать, будут ли эти сообщества устойчивыми в будущем. Размер зоны поражения гипоксией определяет характер протекания процесса реколонизации. Если зона поражения менее 100 кв. метров, то взрослые особи могут заселиться из прилегающих районов обитания. Следовательно, в этом случае бентосные сообщества могут восстановиться очень быстро – часто в течение одного года. Если же зона гипоксии более 500 кв.метров, тогда бентосная фауна сможет повторно заселить данную зону лишь за счет внедрения туда личинок. Это очень медленный процесс, и реколонизация может протекать от 4-х до 20 лет, в зависимости от того, о каком биологическом виде идёт речь. Фото: Бо Гуттманн 16 Эвтрофикация и изменение климата Изменение климата и эвтрофикация являются проявлениями одного и того же процесса – необдуманной деятельности человека. Планета Земля функционирует как единая система, а не как некая сумма отдельных компонентов – подсистем. Человек всегда оказывал влияние на эту планетарную систему. Однако за последние 50 лет произошла резкая активизация антропогенного воздействия, и его результаты стали более очевидны – существенное увеличение в атмосфере концентрации углекислого газа, метана и оксида азота; потепление, истощение запасов рыбы, изменения в биогеохимическом функционировании прибрежных зон, например, в циклах обмена азотом, обезлесевание и исчезновение десятков тысяч видов живых организмов. Такое воздействие человека на природу может иметь самые непредсказуемые последствия и вызвать изменения в функционировании единой экосистемы планеты Земля. в донных отложениях и, таким образом, выпадает из кругооборота. В создаваемых учёными моделях все разновидности фитопланктона обычно рассматриваются вместе как некий черный ящик, который играет важную роль, усваивая углерод в процессе фотосинтеза и производя энергию для других организмов, тем самым внося вклад в глобальный химический цикл обмена углерода, азота и фосфора. Изменение климата оказывает влияние на биоразнообразие. Повышение температуры, по прогнозам учёных, приведёт к увеличению производства хлорофилла. Будут преобладать мельчайшие организмы, которые будут производить меньшую биомассу, и, вероятно, произойдёт изменение доминирующих организмов во время весеннего цветения фитопланктона. Прибрежная зона является важной частью глобальной экосистемы, она занимает менее 20 % поверхности Земли, но дает более 90 % мировой добычи рыбы и 25% мирового производства биопродукции. Именно в прибрежной зоне происходит наибольшее отложение осадков, в которых протекают биогеохимические процессы с участием биогенных веществ. Эвтрофикация отнюдь не локальная проблема. Её следует рассматривать в глобальном масштабе, т.к. в результате эвтрофикации произошли изменения в биоразнообразии фитопланктона. Это, в свою очередь, оказало воздействие на развитие циклов химических элементов, а также на структуру пищевой цепи и на объёмы выброса оксида азота, входящего в состав парниковых газов. Моря важны с точки зрения циклов оборота химических элементов, особенно углерода, азота, а также фосфора и кремния. Будучи включенным в глобальный цикл углерода, океан поглощает его больше, чем выделяет. Океанические донные осадки являются глобальным хранилищем углерода. Моря содержат в 50 раз больше углерода, чем атмосфера. Хотя углерод поглощается растениями и перерабатывается ими достаточно быстро, его некоторое количество оседает Прибрежные зоны играют важную роль в глобальной экосистеме, т.к. непосредственно задействованы в химическом цикле углерода, азота и фосфора. Необходимо объединить усилия международного научного сообщества для разработки балансовых оценок и понимания процессов, влияющих на потоки вещества. Более разумная организация потоков вещества в прибрежную зону и из нее может привести к уменьшению влияния климатических изменений. 17 БИОГЕННЫЕ ВЕЩЕСТВА И ЭВТРОФИКАЦИЯ В БАЛТИЙСКОМ МОРЕ Каковы причины эвтрофикации? Эвтрофикация возникает вследствие увеличения объёма поступления биогенных веществ в результате деятельности человека. Биогенные вещества могут поступать в Балтийское море из самых разных источников – (1) напрямую из точечных сбросов (например, из водоочистных сооружений и промышленных предприятий), (2) из атмосферы, (3) с речным стоком. Количество биогенных элементов, поступающих с речным стоком, зависит от видов деятельности в бассейне реки, например, от наличия точечных источников, сельхозстоков, от поступления из атмосферы и естественных стоков, от содержания биогенов в водах рек, ручьёв и озёр. Под естественным стоком понимаются эрозия и поступление биоактивных веществ с водосборной территории, не вызванное антропогенными факторами. В 2000 году общий объём биоактивного азота (TN) составил более 1000 000 тонн, а объём фосфора (TP) – около 34 500 (табл. 2) тонн. Около 3/4 азота поступает в воды Балтийского моря со стоками рек и 1/4 из атмосферы. Фосфор также поступает в Балтику в основном с речной водой, доля его поступлений из атмосферы ничтожно мала и происходит в форме, которая не усваивается биотой. Таблица 2. Части акватории Балтийского моря: общий объём речного стока и поступления азота и фосфора в 2000 году, которые включают стоки с реками, прямые стоки и поступление биогенных веществ из атмосферы. Отдельные суббассейны Площадь в рамках водосбора, Балтийского бассейна км2 Ботнический залив 260 675 Ботническая часть акватории 220 765 Воды архипелага 9 000 Финский залив 413 100 Рижский залив 127 840 Центральная Балтика 574 545 Большой и Малый Бельт 27 365 Каттегат 86 980 Всего 1 720 270 Общий объём Поступление Поступление азота Общее коли Общее коли речного стока, азота с водой, из атмосферы, чество азота, чество фосфора, 106 м3 т т т т 155 480 69 893 11 600 81 493 3 451 124 150 71 522 30 000 101 522 2 769 3 840 11 143 6 000 17 143 901 107 340 113 561 15 800 129 361 6 029 28 750 70 076 11 400 81 476 2 209 115 580 293 236 140 200 433 436 16 046 6 670 41 740 25 000 66 740 1 270 42 380 73 696 24 100 97 796 1 814 584 190 744 867 264 100 1 008 967 34 489 Поступление биогенных веществ с водными стоками Сельское хозяйство, лесное хозяйство и посёлки дают 58% азота и 49 % фосфора, поступающих в воды Балтийского моря с водными стоками. 10% азота и 25% фосфора составляют сбросы промышленных предприятий и коммунальных систем. Доля естественных поступлений азота и фосфора 32% и 26% соответственно. Поступление биогенных веществ из атмосферы Атмосфера являет собой существенный источник биогенного азота. Соединения азота (оксид азота и аммоний ) выбрасы- 18 ваются в атмосферу. Выхлопные газы, продукты сжигания топлива и дальнейшее развитие транспортных перевозок являются основными источниками выбросов оксида азота. Около 90% выбросов аммония даёт сельское хозяйство. Оно является основным источником всего азота (43%), поступающего в море из атмосферы и образовавшегося на территории стран, окружающих Балтику. Отдалённые источники вне зоны водосбора Балтийского моря дают более 40% азота, поступающего из атмосферы. Продолжение табл. 2. Азот с водой/ Общий объём азота объём стоков, на единицу площади, т / 106 м3 т/км2 Ботнический залив 0.53 1.73 Финский залив 1.06 4.37 Рижский залив 2.44 5.00 Собственно Балтика 2.54 2.05 Датские проливы 2.35 3.88 Bceго 1.28 2.43 Суббассейны Плотность населения (чел./км2) <1 1-2 3-5 6-10 11-100 Региональные различия Количество поступления биогенных веществ в Балтийское море зависит от плотности населения соответствующих территорий. В северных районах акватории Балтийского моря концентрация азота в стоках рек относительно мала (0,53 т / 106 м3) по сравнению с водами Рижского залива, Центральной Балтики и Датских проливов, где плотность населения на территории водосбора выше (см. карту). На этих территориях естественные водные потоки (реки, ручьи и т.д.) вымывают азот из сельскохозяйственных земель. Общий объём азота на единицу площади также в значительной степени зависит oт географического положения суббассейна. В Ботническом заливе данное соотношение самое низкое и составляет 1,73 т/км2. Самые высокие показатели в районе Рижского (5,00 т/км2 ) и Финского (4,37 т/км2) заливов. В районе Центральной Балтики и в Датских проливах из-за активной сельскохозяйственной деятельности данные показатели более высокие - 2,05 т/км2 и 3,88 т/км2 соответственно. Кроме того, значительно отличаются показатели поступления азота на единицу объёма (куб. метр морской воды) – от 31,3 т/км3 в Ботническом заливе до 205,2 т/км3 на мелководье Датских проливов. Финляндия >100 Норвегия Швеция Эстония Латвия Дания Россия Литва Беларусь Германия Долговременные изменения Двести лет назад состояние вод Балтийского моря было относительно идеальным. За прошедшие два века ситуация на Балтике сильно изменилась - объём выбросов азота удвоился, а фосфора почти утроился. В последнее время наметилась тенденция снижения выбросов данных веществ, особенно фосфора. Однако меры, направленные на снижение сельхозвыбросов, не принесли ощутимого результата по двум причинам. Во-первых, может пройти не один десяток лет, прежде чем перемены в технологии сельскохозяйственных работ на практике приведут к снижению выбросов биогенных веществ. Во-вторых, объёмы производства сельхозпродукции постоянно растут, что не способствует улучшению ситуации. Польша Украина © GIWA 2004 Чешская Республика Словакия Плотность населения в регионе водосбора Балтийского моря. Источник: UNEP, 2004 19 БИОГЕННЫЕ ВЕЩЕСТВА И ЭВТРОФИКАЦИЯ В БАЛТИЙСКОМ МОРЕ Роль сельского хозяйства Основной источник поступления азота в Балтийское море – сельскохозяйственные сбросы, поступающие с речными стоками. По своей природе они могут быть результатом: 1) культивации земель; 2) использования минеральных удобрений; 3) использования и хранения органических удобрений – навоза; 4) интенсивного и бесконтрольного ведения сельского хозяйства. Бесконтрольная сельскохозяйственная деятельность привела к увеличению поступления биогенных веществ на прилегающие территории. В последнее время, однако, произошли важные реформы сельскохозяйственного сектора. В соответствии с Аграрно-экологической программой ЕС, под действие которой попадает практически весь регион Балтийского моря, сельскохозяйственное производство стало более экологически чистым. Использование удобрений снижается. Выращивание запашных культур в зимний период увеличивается, их площадь достигает 30 % общей площади культивируемых земель. Снизилась плотность поголовья скота. Уменьшение объемов удобрений, используемых при выращивании трав, привело к уменьшению поступлений растворённого фосфора и азота. Однако в то же время увеличилась площадь возделанных земельных угодий и сократилась площадь залежных земель, что привело к некоторому увеличению объёма выбросов азота. В период с 1988 по 1995 год наблюдалось сокращение выбросов азота и фосфора в окружающую среду, хотя снижение объёма фосфора было совсем незначительным. В ряде стран – Дании, Финляндии, Германии и Швеции – не было зарегистрировано снижения объёмов поступления фосфора как продукта ведения сельхоздеятельности, несмотря на уменьшение использования фосфорсодержащих удобрений. Это произошло по причине долговременного использования данного типа удобрений и накапливания их в почве. Как свидетельствуют расчеты, запланированное 50%-ное сокращение выбросов фосфора и азота может быть достигнуто лишь некоторыми странами, экономика которых находится в переходном периоде. Достижение этой цели кажется менее вероятным для диффузных источников загрязнения по сравнению с точечными, несмотря на все предпринимаемые меры, имеющие целью сокращение выбросов биогенных веществ в результате ведения сельхоздеятельности. Высокая урожайность сельскохозяйственных культур была достигнута в результате интенсивного применения минеральных и органических удобрений. Часть биогенных веществ, содержащихся в этих удобрениях, попадает в поверхностные и грунтовые воды. Объём выноса биогенных элементов в водную среду в значительной степени зависит от местных геофизических условий, практики ведения сельского хозяйства и применяемых технологий. Значительное снижение поступления биогенов было достигнуто странами, находящимися в состоянии переходного периода развития экономики. В основном это снижение произошло во время экономического спада в начале 90-х годов. Увеличение производства мо- Фото: Бьярне Андресен 20 лока и мяса при минимальных затратах было достигнуто за счёт увеличения плотности поголовья скота. В результате увеличилось количество навоза и навозной жижи в районах развития животноводства. С целью минимизации выбросов азота в атмосферу, поверхностные и грунтовые воды необходимо вложить дополнительные средства для создания надлежащих условий хранения навоза и для транспортировки навоза и навозной жижи на большие расстояния. Средняя плотность поголовья определяет не только объёмы получаемого навоза, но также и объём поступлений биогенных веществ в окружающую среду. Средняя плотность поголовья скота ниже в странах, находящихся в переходном периоде развития хозяйства, по сравнению со странами, имеющими более развитую экономику. Одно из основных различий заключается в количестве голов скота на единицу площади. Ещё в начале 90-х годов поголовье скота значительно сократилось в странах с переходной экономикой в результате практически полного свертывания рынка экспорта. Однако на местном уровне сохранилось значительное количество крупных ферм, которые представляли собой мощные точечные источники загрязнения окружающей среды. Поскольку площади сельскохозяйственных земель также значительно сократились, то именно поэтому тенденция сокращения выбросов биогенных веществ в вышеупомянутых странах оказалась относительно стабильной. В то же время в Германии, Дании, Швеции и Финляндии наибольшее распространение получили частные семейные фермерские хозяйства, которые с течением времени укрупнились и начали специализироваться в области растениеводства или животноводства. Несмотря на все принимаемые меры по сокращению загрязнений в результате ведения сельскохозяйственной деятельности, именно эти поступления биогенных веществ являются непосредственной причиной возникновения эвтрофикации в Балтийском море. Роль урбанизации и индустриализации Сброс неочищенных городских стоков представляет собой ещё один источник поступления биогенных веществ в Балтийское море. В период с 1980 по 1995 год доля азота и фосфора в муниципальных стоках составляла 30% и 39% соответственно. Большинству стран региона Балтийского моря удалось достичь запланиро- ванного 50%-ного уровня сокращения поступлений фосфора. Наиболее значительные результаты были достигнуты в Дании и ряде стран с переходной экономикой, за исключением Польши и России. Сокращение выброса фосфора в Дании, Финляндии, Швеции и на западе Германии было достигнуто в результате осуществления мер, предусмотренных международными документами, например, Директивой ЕС по очистке городских сточных вод. В Эстонии, на востоке Германии (на территории бывшей ГДР), в Латвии, Литве, Польше и России некоторое сокращение выбросов биогенных веществ было достигнуто в результате проведения экономических реформ и строительства или реконструкции очистных сооружений. Ожидается дальнейшее сокращение выбросов биогенных веществ из муниципальных источников. Введение химической очистки стоков от фосфора, процессов нитрификации и денитрификации, а также повышение качества общей очистки стоков уменьшат долю муниципальных выбросов азота и фосфора. Помимо этого, промышленные сбросы сократятся в результате использования имеющихся технологий и увеличения объёма инвестиций в разработку новейших технологий в данной сфере. Несмотря на все принимаемые меры, в ряде регионов производится сброс муниципальных сточных вод в водоёмы бассейна Балтийского моря без предварительной очистки или после незначительной очистки. Роль энергетики и транспорта Развитие энергетики и транспорта способствует выбросу соединений азота в атмосферу. Далее соединения азота попадают в водосбор или собственно в Балтийское море, таким образом способствуя возникновению эвтрофикации. И наземный, и морской транспорт выделяет значительное количество биогенных веществ в атмосферу. Скоростные морские суда, потребляя больше топлива, увеличивают выброс газов в атмосферу. Как показывают современные подсчёты, международный морской транспорт представляет собой второй по мощности источник загрязнения вод Балтийского моря оксидом азота. Использование ископаемых видов топлива увеличивает объём выбросов соединений азота в атмосферу. Производство энергии в регионе Балтийского моря несколько выросло. Благодаря ужесточенным стандартам по выбросам, объём выбросов биогенных веществ не увеличился пропорционально темпам развития энергетики. Однако выбросы азота транспортными средствами составили от 14% до 72 % от общего объёма выбросов. Данный процент зависит в большей степени от интенсивности развития транспорта, а также от объёма промышленных выбросов. 21 БИОГЕННЫЕ ВЕЩЕСТВА И ЭВТРОФИКАЦИЯ В БАЛТИЙСКОМ МОРЕ Пути решения проблемы эвтрофикации Проблема возрастающего количества биогенных веществ и усиливающейся эвтрофикации в Балтийском море может быть решена проведением мероприятий, включающих следующие шаги: (1) определить общие цели, стандарты и целевые показатели; (2) выбрать для применения соответствующие меры, напрямую связанные с достижением поставленных целей; (3) контролировать процесс реализации; (4) проводить оценку и (5) установить, насколько Европейские директивы в области охраны водных ресурсов Следующие европейские директивы прямо или косвенно связаны с проблемой эвтрофикации: Директива по азотсодержащим соединениям (1991), Директива по очистке городских сточных вод (1991), Директива по сохранению среды обитания (1992), Директива по комплексному контролю и предотвращению загряз нения (1996), Рамочная Водная Директива (2000) и недавно предложенная Европейская Директива по морским ресурсам (2006). В 2000 году Европарламент и Совет Европы одобрили Рамочную Водную Директиву ЕС, что позволило опреде лить параметры работы по сохранению подземных вод, внутренних водоемов, транзитных вод (эстуариев) и прибрежных вод. Общие цели Директивы заключаются в: (1) предотвращении дальнейшего ухудшения и после дующей защите и улучшении экологического состояния водоемов; (2) развитии системы использования воды, предусматривающей снижение и полное исключение сбро сов, утечек и выбросов загрязняющих веществ в долго срочной перспективе и общее оздоровление состояния водных экосистем. Рамочная Водная Директива ЕС пред полагает улучшение экологического состояния, включаю щего уровень эвтрофикации, всех европейских водоемов, многие из которых подвержены процессам эвтрофика ции. Директива предлагает национальным и местным властям законодательную базу для проведения работ по поддержанию и улучшению качества воды с целью дос тижения хорошего уровня химического состава поверхно стных и подземных вод. Таким образом, Директива мо жет восприниматься как один из самых значимых доку 22 ментов в сфере охраны водных ресурсов за последние 20 лет не только в Европе, но и в других странах, рас сматривающих европейское законодательство в каче стве модели для построения своего собственного. В октябре 2005 года Европейская Комиссия опубликовала Тематическую Стратегию по защите и сохранению морс кой среды, которая должна стать гарантией хорошего экологического состояния всех европейских водоемов к 2021 году. Директива, предложенная вместе с Темати ческой Стратегией, введет в обиход идею морских регио нов. Эти регионы будут являться объектами управления в государствахчленах ЕС для проведения совместной работы по достижению целей, определенных Стратеги ей. Директива же, в свою очередь, даст более детальное направление работы и установит конкретные сроки ее выполнения всеми государствамичленами Евросоюза. Они должны будут оценить состояние своих морских эко систем и выработать программы мероприятий, которые позволят им достичь высокого уровня защиты морской среды. Такие программы должны будут предусмотреть оценку предполагаемого воздействия на экосистему, про ведение детального анализа затрат с целью их снижения и учет всех социальных и экономических предпосылок устойчивого развития. На уровне Евросоюза не будут разрабатываться конкретные мероприятия по управле нию, потому что Директива должна носить практичес кий характер и исполняться странамичленами Евросою за непосредственно в морских регионах, т.е. в рамках региональных организаций, таких как ХЕЛКОМ (Балтийс кое море) или ОСПАР (СевероВосточная Атлантика). полно выполнены стандарты и достигнуты поставленные цели и задачи. Если перечисленные цели оказываются недостигнутыми, то необходимо принять дополнительные меры или пересмотреть цели и сроки их реализации. принятые ХЕЛКОМ (см. ниже). Национальные рабочие программы также важны, т.к. зачастую они предусматривают исполнение международных договоренностей и вовлекают все заинтересованные стороны. Основными движущими силами этого процесса являются европейские директивы (см. с. 22) и решения и рекомендации, Основной задачей комиссии Хельсинки (ХЕЛКОМ) является защита Балтийского моря от любых видов загрязнения. ХЕЛКОМ ХЕЛКОМ – это управляющая организация «Конвенции по Защите морской среды в регионе Балтийского моря», более известная как Хельсинская Конвенция. • является координатором, обеспечивающим оказание помощи всеми странами в случае экстремальных про исшествий на воде. Целью ХЕЛКОМ является оздоровление в будущем среды Балтийского моря, что даст возможность различным биологическим компонентам функционировать сбалан сированно, сохраняя хороший экологический статус и давая возможность широко развивать экономическую и социальную деятельность. Преследуя достижение этой цели, страны региона Балтийского моря объеди нили в рамках ХЕЛКОМ свои усилия, которая, со своей стороны, выполняет ряд функций: • определяет общую политику в сфере защиты окружа ющей среды в регионе Балтийского моря, развивая общие экологические цели и задачи; • является экологическим центром, предоставляющим информацию о: (1) состоянии и направлениях разви тия морской среды; (2) эффективности мероприятий по ее защите; (3) совместных инициативах и позици ях, которые могут стать основой для формирования экологической политики на международном уровне; • является организацией, которая вырабатывает, учи тывая особенности и потребности Балтийского моря, собственные рекомендации и рекомендации, до полняющие программы мероприятий, разработанные другими международными организациями; • контролирует исполнение рекомендаций по дости жению требуемого ХЕЛКОМ экологического стандар та странами в регионе Балтийского моря во всей его акватории; В течение трех десятилетий ХЕЛКОМ работает в обла сти защиты экологии Балтийского моря. Эта работа стимулируется возникновением различных экологичес ких, экономических и социальных ситуаций в регионе Балтийского моря, а также обусловлена особой воспри имчивостью Балтики к внешним воздействиям. Деятельность ХЕЛКОМ нашла свое отражение в улучше нии ситуации на разных уровнях, но дальнейшая рабо та, безусловно, остается необходимой. Проблема эвтрофикации выходит на первый план, и с начала 80х годов Хельсинская Комиссия стремится к улучшению экологического состояния среды Балтийс кого моря в основном через реализацию 200 рекоменда тельных документов ХЕЛКОМ. На сегодняшний день дос тигнуты следующие результаты: • Снижены объемы выбросов органических загрязняющих веществ и биогенных веществ от точечных источников; • Благодаря улучшениям в системе очистки промышлен ных и муниципальных сточных вод, уменьшено количе ство пляжей, непригодных для купания; • Произошли значительные сокращения выбросов азота в атмосферу; • Улучшена общая система контроля над состоянием морской среды. Источник:: www.helcom.fi 23 БИОГЕННЫЕ ВЕЩЕСТВА И ЭВТРОФИКАЦИЯ В БАЛТИЙСКОМ МОРЕ Эта работа подразумевает международное сотрудничество с Финляндией, Германией, Данией, Эстонией, странами Европейского Союза, Латвией, Литвой, Польшей, Россией и Швецией. На встрече на уровне министерств в 1988 году ХЕЛКОМ приняла декларацию, предусматривающую сокращение выбросов питательных веществ на 50% за 10-летний период. В Сообщении от встречи министров в 1998 г. было еще раз подчеркнуто, что страны стараются проводить в жизнь решения 1988 года и определяют конкретные стратегические задачи, которые должны быть решены к 2005 году. К настоящему моменту лишь задача по сокращению выбросов фосфора оказалась выполненной. Несмотря на определенные успехи в отношении сокращения количества азота, попадающего в окружающую среду, его количество, выбрасываемое в Балтийское море, значительно превышает допус- тимый уровень. Необходимо предпринимать дальнейшие шаги, и такие инициативы, как Рамочная Водная Директива ЕС или Стратегический план ХЕЛКОМ по защите окружающей среды Балтийского моря (см. ниже), могут оказаться весьма полезными инструментами в этом контексте. Иногда оказывается не совсем ясно, какая из инициатив (в отношении борьбы с загрязнением) является наиболее эффективной, а иногда интересы нескольких инициатив перекрывают друг друга. Важным же остается тот факт, что основные цели Европейских директив и работа ХЕЛКОМ лежат в одном и том же русле. Однако, если инициативы ЕС обладают поддержкой законодательства, то рекомендации ХЕЛКОМ не наделены таким статусом. Последующий Стратегический план ХЕЛКОМ по защите экологии Балтийского моря должен восприниматься как инициатива, объединяющая разноплановую деятельность и опыт, с опорой на зако- Стратегический план ХЕЛКОМ по защите окружающей среды Балтийского моря Стратегический план ХЕЛКОМ по защите окружающей среды Балтийского моря (BSAP) стремится гарантиро вать принятие всех возможных мер по сокращению загряз нения Балтийского моря и ликвидации ущерба, нанесенно го морской среде. Стратегический план ХЕЛКОМ, уже широ ко представленный как пилотный проект в рамках недав но принятой Европейской Стратегии по морским ресурсам, предоставит уникальную возможность включиться в со вместные широкомасштабные мероприятия, нацеленные на сохранение здоровой морской среды со сбалансирован ными экосистемами для настоящих и будущих поколений. Основные моменты, требующие вмешательства в свя зи с загрязнением биогенными веществами и эвтрофи кацией: естественное равновесие Балтийского моря серьезно нарушено поступлением излишнего объема биогенных веществ, источниками которых являются перенасыщенные удобрениями поля, загрязненная ат мосфера, водоочистные сооружения и стоки промыш ленных вод. Признаками эвтрофикации являются по вышенное цветение водорослей и безжизненные учас тки на дне моря. 24 Общей целью является достижение такого состояния Балтийского моря, при котором оно не будет страдать от излишних сбросов биогенных веществ, что в итоге даст: • Отсутствие повышенной концентрации биогенных веществ • Прозрачную воду • Естественный уровень кислорода • Отсутствие пиков цветения водорослей • Естественное распределение животных и растений Мероприятия, необходимые для достижения такого результата, включают: • Сокращение объемов биогенных веществ, попадаю щих в реки от диффузионных (распределенных) ис точников, преимущественно с фермерских полей; • Сокращение загрязнения биогенными веществами из точечных «очагов загрязнения», таких как водо очистные сооружения; • Сокращение загрязнения биогенными веществами из атмосферы. Источник: www.helcom.fi нодательство (инициативы Евросоюза) или с опорой на политические решения (инициативы ХЕЛКОМ). Иные же документы бывают основаны только лишь на здравом смысле и на необходимости иметь общую Балтийскую перспективу (например, координация стратегий мониторинга контроля и оценки состояния окружающей среды различных проектов). В настоящий момент представляется не совсем ясным, сможет ли Стратегический план ХЕЛКОМ по защите экологии Балтийского моря послужить успешному сокращению воздействий и степени воздействия и объема эвтрофикации Балтийского моря. Конечные цели и задача определения целевых показателей обоснованы. Это же относится и к плановому мониторингу, и к оценке состояния окружающей среды. Планируемое применение инструментов моделирования, подразумевающих наличие взаимосвязи между эвтрофикацией и поступлением биогенных веществ от хозяйственной и различных видов деятельности в пределах водосборной территории в верхних слоях водоема, будет являться значительным шагом вперед. Помимо этого, следующие меры также должны учитываться как элементы, способствующие разрешению ситуации: • Предотвращение дальнейшего ухудшения морской среды Балтийского моря; • Инициирование процесса, который приведет к установлению тесного диалога с сельскохозяйственной отраслью; • Программы действий должны учитывать также дополнительные меры, которые, вероятно, приведут к желаемому уровню сокращения выбросов биогенных веществ; • Все проводимые мероприятия должны быть скоординированы по времени с Рамочной Водной Директивой ЕС и регулярно оцениваться, например, каждые 6 лет. Дальнейшие сокращения выбросов биогенных веществ из наиболее вероятных источников должны охватить все страны региона Балтийского моря, вследствие, прежде всего, исполнения директив Евросоюза (Директива ЕС по очистке городских сточных вод, Директива по комплексному контролю и предотвращению загрязнений) и требований стратегических планов, принятых в каждом государстве. Вместе с тем существуют значительные резервы по сокращению утечек со стороны сельского хозяйства, например, в связи с продолжающимся выполнением директив Евросоюза (Директива по азотсодержащим соединениям, Рамочная Водная Директива ЕС), стратегических планов заинтересованных государств (таких как Датская программа по защите водных ресурсов), а также рекомендаций ХЕЛКОМ. Однако без сокращения выбросов со стороны сельского хозяйства вряд ли представляется возможным говорить о чистоте водной среды без превышения концентраций биогенных веществ, без излишнего цветения водорослей и естественным распределением видов животных и растений. Требуемое удовлетворительное экологическое состояние (в соответствии с показателями, предусмотренными Рамочной Водной Директивой ЕС) может быть достигнуто только при условии тесного сотрудничества с фермерами стран региона Балтийского моря. Совместно обсуждаться и решаться должны вопросы излишков соединений азота и фосфора, использования органических удобрений (навоза), вопросы объемов животноводства, а также восстановления ресурсов рек и заболоченных территорий. В качестве предостережения необходимо упомянуть о том, что предстоящая деятельность должна быть сосредоточена не только на сельском хозяйстве, но и на точечных источниках загрязнения, а также атмосферных выбросах. Работа по решению проблемы эвтрофикации в регионе Балтийского моря не может не учитывать и социально-экономических вопросов: фермеры хотят зарабатывать себе на жизнь, а очистка муниципальных и промышленных сточных вод стоит достаточно дорого и т.д. Стоимость работ по снижению объема выбросов питательных веществ в воду должна быть внимательным образом просчитана. Помимо этого, стоимость работ по несокращению выбросов тоже должна получить соответствующую оценку. Работа в этом направлении только начинается, но предварительные результаты показывают, что наряду с необходимостью крупных вложений в урегулирование проблемы сбросов, утечек и атмосферных выбросов должны существовать значительные социально-экономические предпосылки для решения проблемы эвтрофикации. Шаги, определяемые в стратегических программах по принятию определенных мер, должны определить наиболее экономичные пути решения проблемы. Выбросы и затраты средств на снижение объемов этих выбросов варьируются в странах региона Балтийского моря. Социально-экономический анализ должен внести определенные рекомендации, согласно которым применявшиеся ранее принципы равного подхода ко всем странам (одинаковый уровень объемов выбросов) необходимо дифференцировать в зависимости от специфики географических условий каждой страны. 25 БИОГЕННЫЕ ВЕЩЕСТВА И ЭВТРОФИКАЦИЯ В БАЛТИЙСКОМ МОРЕ Стратегия адаптивного управления Человек не может управлять экосистемой Балтийского моря – он может регулировать лишь свою деятельность, которая оказывает воздействие на экосистему. Основным принципом такого управления должно стать стремление к снижению негативного антропогенного влияния, что позволит поддержать стабильность и функционирование экосистемы. Задачи и планы, которые разрабатывает для себя человек, а также возможные способы их исполнения должны, в первую очередь, учитывать «интересы» экосистемы. Такой вид организации деятельности можно назвать экосистемным подходом к управлению. Применительно к морской среде, экосистемный подход к управлению подразумевает интегрированное управление всеми видами деятельности человека, которые могут оказывать воздействие на конкретный водоем. Этот подход к управлению деятельностью всегда должен основываться на наиболее передовом научном понимании механизмов функционирования экосистемы, учитывать научнообоснованное понимание проблем данного водоема, а именно: как организованы его биологические сообщества, включая понимание их структуры, процессов функционирования, взаимосвязи колонии, каковы их структуры, процессы, функционирование и взаимосвязь между организмами и окружающей средой, а также насколько они подвержены воздействию человека. Причем человек воспринимается как неотъемлемый компонент многих экосистем. Этот акцент на структуре, процессах, функционировании и взаимодействии вытекает из определения «экосистемы»: «Экосистема является динамичным комплексом микроорганизмов, растительных и животных сообществ и колоний микроорганизмов, а также их окружающей среды, живущим в функциональном единстве». Это определение не подразумевает какого-либо определенного размера или масштаба. Таким образом, термин «экосистема» может быть применен в отношении любого функционального биосферного комплекса единства, независимо от времени или места его существования. будут меняться в соответствии с климатическими изменениями. Управление деятельностью в рамках экосистемного подхода должно быть гибким и учитывать проблематичные ситуации и в то же время не исключать возможности получения нового практического опыта и постоянной оценки ситуации. (Модель адаптивного управления см. на с. 28). Необходимо принимать стратегические планы действий и выполнять программы даже в тех случаях, когда причинно-следственные отношения остаются в чем-то неясными. Планы и программы должны пересматриваться каждый раз, когда появляется новая информация и причинно-следственные отношения иллюстрируются какими-либо новыми фактами. Подобная гибкая стратегия может оказаться полезной для решения проблемы эвтрофикации в Балтийском море. Она должна включать следующие элементы: 1) Общие цели и задачи ХЕЛКОМ, различные директивы, программы Евросоюза, так же как и стратегические программы, принятые в разных странах, уже определили цели и желаемый уровень , необходимые для достижения уровня эвтрофикации Балтийского моря. Постоянное выполнение требований Рамочной Водной Директивы ЕС в ближайшем будущем позволит определить границу между хорошим и удовлетворительным экологическим статусом прибрежных вод Балтийского моря. Кроме того, ХЕЛКОМ содействует развитию инструментов оценки уровня эвтрофикации морских вод, которые содержат целевые показатели. Разрабатываемый Стратегический план ХЕЛКОМ по защите экологии Балтийского моря наряду с недавно предложенной Европейской Директивой по морским ресурсам обеспечит координацию всех видов проводимой деятельности, а также поможет в своевременном преодолении возможных проблем. Организация деятельности, учитывающая интересы экосистемы, обязательно должна быть гибкой, учитывая сложность проблем и недостаток знаний и понимания структуры экосистемы и принципов ее функционирования. 2) Принятие соответствующих мер Задачей этого этапа является установление надежных, научнообоснованных связей между общими целями и задачами и целевыми показателями для мер, которые помогут сократить объемы выбросов биогенных веществ в воды Балтийского моря. Экологические процессы зачастую оказываются нелинейными, исходом которых могут стать необратимые изменения или безвыходные ситуации. Это может стать причиной разрыва преемственности или проблем, связанных с дальнейшим существованием экосистемы. Более того, принципы функционирования экосистемы Определение мер по сокращению объемов выбросов, которые в конечном итоге предполагают выполнение намеченных целей, подразумевает выполнение следующих шагов: (1) определение количественных связей между эвтрофикацией и концентрацией биогенных веществ, которые еще называются соотношениями 26 «доза-реакция»; (2) установление количественных связей между концентрацией биогенных веществ в водах Балтики и объемами выбросов; (3) установление взаимосвязи между объемом выбросов и деятельностью человека. Проведение такого анализа позволит влиять на источники эвтрофикации и определить необходимое сокращение объемов выбросов биогенных веществ для достижения целевых показателей и общих целей. Одним из важных дополнительных инструментов в этом плане можно назвать MARE (см. ниже), шведскую программу по изучению морской окружающей среды, которая разрабатывает простые и эффективные инструменты поддержки принятия решений, предлагающие на количественном уровне связать экологические цели с деятельностью человека в бассейне Балтийского моря. Модельные инструменты, разрабатываемые этой и подобной ей программами, нужны менеджерам и лицам, принимающим решения для обеспечения их информацией о том, каким образом можно наиболее экономически эффективно достигнуть поставленных экологических целей. Программа мероприятий, выполнение которых в конечном итоге даст необходимое сокращение объемов выбросов биогенных веществ в Балтийское море, станет наиболее важным моментом после практического определения показателей сокращения и принятия договоренности по такому сокращению. Наиболее вероятно, что объемы сокращений, требуемые в странах региона Балтийского моря, будут определены в зависимости от текущего объема выбросов, уровня развития сельского хозяйства и плотности населения в прибрежных районах, в воды которых и сбрасываются биогенные вещества. Экономически продуманные сокращения поступлений биогенных веществ должны быть сделаны там, где объемы этих поступлений наиболее высоки (например, в восточной, южной и юго-западной частях Балтийского моря) или же там, где затраты на проведение этих работ будут невелики (например, страны юго-восточной части акватории Балтийского моря). Однако наиболее разумным может оказаться сокращение объемов поступлений биогенных веществ в уязвимые или охраняемые части акватории, которые также подвержены значительному воздействию локальных выбросов. Это необходимо даже в тех случаях, когда стоимость работ по сокращению выбросов будет превышать стоимость аналогичных мероприятий в отдаленных частях водосборного бассейна Балтийского моря. MARE Целью исследовательской программы MARE (1999 2006 гг.) является развитие удобной для пользова теля системы поддержки принятия решения (Nest), необходимой для проведения расчетов и определения наиболее экономичных и эффективных мероприятий по борьбе с эвтрофикацией в Балтийском море. В системе Nest пользователь может задавать в ка честве условия определенное состояние экологичес кой системы и просчитывать наиболее эффективные и экономичные способы достижения этого состоя ния. 16 различных способов снижения объемов выбро сов биогенных веществ в море, учитывающих различ ные социальные секторы и виды хозяйственной дея тельности, в настоящее время включены в Nest. Сис тема позволяет моделировать ситуацию использова ния всех этих способов всеми девятью странами ре гиона Балтийского моря. Исключая одну или более страну, или исключая различные мероприятия, или изменяя затраты на их проведение, пользователь может изменять и исходные данные для проведения расчетов. Таким образом, пользователь может со здать набор сценариев, которые помогут ему выра ботать определенные решения. Исследовательская программа MARE даст возможность использовать расчеты, произведенные в системе Nest, для принятия конкретных обоснованных решений. Про грамма адресована в первую очередь тем, кто проводит в жизнь решения ХЕЛКОМ, а также людям, живущим в регионе Балтийского моря и исполняющим Рамочную Водную Директиву ЕС. Источник: www.mare.su.se 27 БИОГЕННЫЕ ВЕЩЕСТВА И ЭВТРОФИКАЦИЯ В БАЛТИЙСКОМ МОРЕ 3)Проведение постоянного контроля (мониторинга) над вы% полнением программных мероприятий и их результатами Утверждение и выполнение всех программных мероприятий должно сопровождаться изменениями в моделях деятельности человека и в объемах выбросов, что должно найти свое отражение в отчетных документах. В конечном итоге мониторинг должен продемонстрировать, что согласованные меры были приняты, объемы выбросов сокращены до предполагаемого уровня, что привело к уменьшению последствий эвтрофикации. Несмотря на осуществляемый всеобъемлющий мониторинг со стороны ХЕЛКОМ, а также исполнение директив Евросоюза наряду с хорошо продуманными национальными программами мониторинга экологической ситуации в Балтийском море, некоторые аспекты этой работы должны получить дальнейшее развитие. Это подразумевает включение следующих моментов: • Мониторинг сельскохозяйственных стоков биогенных веществ (азота и, в особенности, фосфора) в регионе Балтийского моря в настоящее время не координируется в широком масштабе. • Определение объема выбросов, включая их соотнесение с различными секторами хозяйственной деятельности, должно проводиться ежегодно. • Учет нагрузок и мониторинг концентрации биогенных элементов должны касаться только тех биогенов, которые усваиваются живой природой. • В некоторых случаях пространственно-временная схема проводимого мониторинга недостаточно научно обоснована. Перечисленные предложения должны быть учтены на практике наряду с исполнением требований Рамочной Водной Директивы ЕС, а также Стратегического плана ХЕЛКОМ по защите экологии Балтийского моря. План • Сформулировать основные цели • Запланировать целевые количе ственные показатели снижения эвт рофикации Оценка эффективности • Выполнены ли поставленные цели? • Достигнуты ли целевые показатели? • Определение необходимости проведения дополнительных мероприятий 28 4)Проведение оценки эффективности мер воздействия на объемы выбросов Результаты мониторинга должны обнародоваться и оцениваться ежегодно, например, в форме национальных отчетов или в виде сводных таблиц индикаторов. Основное внимание при проведении оценок должно уделяться изменениям в моделях хозяйственной деятельности человека, а также исполнению программ действий, сокращению объемов выбросов и, как следствие, изменению состояния окружающей среды. В настоящее время лишь некоторые страны региона Балтийского моря публикуют отчеты об уровне эвтрофикации моря. Это затрудняет формирование общей картины уровня эвтрофикации на всей протяженности берега Балтийского моря. Затраты на проведение мониторинга и оценки ситуации оказываются незначительными по сравнению с затратами на реализацию мероприятий по снижению объемов выбросов. Помимо этого, оценка проведенных мероприятий и эффективность самих мероприятий должны получать отражение в соответствующей документации. Без должного мониторинга и своевременной оценки общий контроль над ситуацией представляется сложной, а подчас и невозможной задачей. 5) Проведение оценки полноты выполнения поставленных задач По истечении определенного срока, предположительно шести лет, представляется необходимым провести оценку того, в каком объеме были выполнены первоначально поставленные задачи. Достижение общей цели, которая заключается в полном отсутствии эвтрофикации Балтийского моря, продемонстрирует, что все мероприятия дали планируемый результат. В случае, если эта цель не будет достигнута, потребуется проведение дополнительных мероприятий или внесение изменений в исходные цели и задачи. Мероприятия • Установить количественную связь между причинами и последствиями эвтрофикации • Провести необходимые мероприятия по минимизации негативных воздей ствий Контроль мер, воздействий и результатов • инициализация программ мониторинга • проведение мониторинга • проведение ежегодной оценки Концептуальная модель адаптивной стратегии уп равления деятельностью, связывающая воедино пла нирование, осуществление мероприятий, мониторинга и оценки состояния экосис темы Балтийского моря. Основные выводы Балтийское море – это уникальная и хрупкая экосистема. К сожалению, большая часть акватории Балтийского моря подвержена эвтрофикации, а задачи по поддержанию определенного уровня экологического состояния, определенные международными или национальными организациями, не выполняются. Избыточное загрязнение биогенными веществами (в основном азотом и фосфором), т.е. биогенное обогащение или эвтрофикация, вызывает наибольшую озабоченность. Биогенные вещества как таковые не наносят непосредственного вреда, они являются компонентами экосистемы. Проблема эвтрофикации становится заметной, когда объемы биогенных веществ, поступающих в экосистему, превышают объемы, ею расходуемые, и экосистема становится перенасыщенной. Эвтрофикация может быть описана как избыток питательных веществ. Результаты эвтрофикации хорошо известны: повсеместное цветение водорослей («зеленая вода»), сокращение глубины обитания подводной морской растительности, излишний рост сорных макроводорослей, повышенное количество донных отложений, повышенное потребление кислорода, недостаток кислорода в придонных слоях, иногда летальный исход среди придонных рыб и живых организмов. Причины эвтрофикации Балтийского моря также хорошо известны: сбросы, стоки и выбросы азота и фосфора в водную среду. Сокращение количества выбросов сточных вод из муниципальных водоочистных сооружений и промышленных предприятий является проблемой уже в течение многих лет, равно как и выбросы соединений азота сельскохозяйственными предприятиями и транспортом. Общие рекомендации по сдерживанию эвтрофикации достаточно просты – выбросы биогенных веществ должны сокращаться и в будущем и быть доведены до уровня, который не вызовет нарушений в экологическом равновесии Балтийского моря. Интегрированная стратегия управления эвтрофикацией должна определить и охарактеризовать все источники проблем в акватории, с тем чтобы выработать скоординированный подход к решению этих проблем наиболее разумным и эко- номичным способом. Рекомендуемые мероприятия должны включать следующее: • Законодательные возможности отдельно регулировать воздействия на окружающую среду со стороны различных хозяйственных секторов должны быть предоставлены на самых первых этапах планирования экологических программ. Это также подразумевает наличие возможности регулировать диффузионное (пространственно распределенное) загрязнение в сельском и лесном хозяйствах. В настоящее время работа такого рода не проводится. • Мониторинг состояния водных ресурсов должен поддерживаться адекватными административными и финансовыми ресурсами. Это подразумевает возможность привлечения общественности, всесторонний мониторинг и изучение современных технологий в сфере охраны окружающей среды. • Управленцы должны учитывать «режимы безопасности» при составлении программ мероприятий для достижения целей, поставленных Стратегическим планом ХЕЛКОМ, должны учитываться внешние факторы и подразумеваться более широкие рамки. Эти рамки должны охватывать экстремальные или редко повторяющиеся климатические условия. • Адаптивная стратегия управления для региона Балтийского моря должна предполагать постоянное и тесное сотрудничество всех заинтересованных лиц с привлечением, в первую очередь, сельскохозяйственного сектора. В дополнение, адаптивная стратегия управления для региона Балтийского моря должна быть основана на двух следующих принципах: во-первых, объемы поступлений биогенных веществ ни в коем случае не должны увеличиваться по сравнению с нынешним уровнем (т.е. с уровнем 2006 года). Любое увеличение объемов немедленно должно отслеживаться и снижаться до указанного уровня. Во-вторых, планы управления должны быть гибкими, способными справляться с новыми, непредсказуемыми ситуациями и в то же время включать элементы практического освоения и учета непосредственных результатов проводимой работы. Программы мероприятий должны выполняться и тогда, когда связь между причиной загрязнения и способом её устранения не вполне установлена. Планы и программы должны обновляться по мере поступления новой информации и накопления нового опыта. 29 БИОГЕННЫЕ ВЕЩЕСТВА И ЭВТРОФИКАЦИЯ В БАЛТИЙСКОМ МОРЕ Глоссарий Азот (Nitrogen) (N) – химический элемент, из которого на 80% состоит атмосфера. Азот является существенной частью белков и необходим всем живым организмам. Глубина Секки (Secchi depth) – мера прозрачности воды, количественно определяемая по видимой глубине погружения диска Секки (белый диск) в воду. Аноксия (Anoxia) - кислородная недостаточность, нехватка кислорода. Денитрификация (Denitrification) - восстановление нитратов до нитритов и азота; процесс, проходящий при участии бактерий, в котором нитрат преобразуется в азот. Акватический (Aquatic) - водный, приспособленный для жизни в воде или около нее. Атмосферное осаждение (Atmospheric deposition) - выпадение биогенных веществ, тяжелых металлов и других загрязняющих веществ из атмосферы. Бентос (Benthos) - донная флора и фауна (морская, речная, озерная), донная растительность. Биогенное вещество (Nutrient) – химический элемент, вовлеченный в построение живых тканей, необходимых для растений и животных. Самыми важными в количественном отношении являются углерод, водород и кислород, другие основные элементы включают азот, калий, кальций, серу и фосфор. Биомасса (Biomass) – масса (кг) живых организмов в определенном месте либо масса отнесенная к занимаемым объему (кг/м3) или площади (кг/м2). DIN – растворенный азот неорганического происхождения. Совокупность нитратов, нитритов и аммония, т.е. тех форм, которые могут быть поглощены растениями. DIP (dissolved inorganic phosphorus) – растворенный фосфор неорганического происхождения. Форма химического соединения, которая может быть поглощена растениями. EcoQO – Цели (экологические) по достижению качества окружающей среды. ЕС (EU) – Европейский Союз. Зоопланктон (Zooplankton) – микроорганизмы планктона (животный планктон), обитающие в пресной или морской воде, практически не обладающие способностью самостоятельно двигаться. Вследствие этого они случайно разносятся при перемешивании объемов воды. Водоросли (микроводоросли) (Algae) – большое скопление простейших растений, ранее воспринимавшихся как единая группа, но теперь классифицируемых по 8 отдельным видам, включающим сине-зеленые водоросли (Cyanophyta), зеленые водоросли (Chlorophyta), коричневые водоросли (Phaeophyta), красные водоросли (Rhodophyta), диатомовые водоросли и золотисто-коричневые водоросли (Chrysophyta). Морские макроводоросли широко известны как водоросли. Зостера (Eelgrass, Zostera marina) – «морская трава», подводное цветущее растение, произрастающее преимущественно вдоль большей части побережья Балтийского моря. Водоросли сине-зеленые (Blue-green algae) – морские и пресноводные одноклеточные, живущие в колониях. Напоминают обычные водоросли тем, что содержат пигмент хлорофилл и способны к фотосинтезу. Макроводоросли (Macroalgae) – растения, у которых отсутствуют корни, стебли, листья или соцветия в обычном понимании. В основном они живут, прикрепляясь к твердому субстрату. Гипоксия (Hypoxia) – состояние, характеризующееся низким содержанием кислорода. 30 Кислород (Oxygen) – химический элемент, составляющий 21% атмосферы. Кислород производится организмами – автотрофами и жизненно необходим для организмов, потребляющих его при дыхании. Макрозообентос (Macrozoobenthos) - совокупность донных животных, размером более 1 мм, начиная от простейших и кончая рыбами, обитающих на дне или в грунте морских и континентальных водоёмов. Морской (Marine) – принадлежащий или относящийся к морю, или Мировому океану (обширному пространству воды, захватывающему большую часть поверхности Земли и омывающему участки суши). Морская вода может характеризоваться разной степенью солености, вплоть до почти пресной. Фосфат-ионы (Phosphate) (PO4) – важное фосфорсодержащее биогенное вещество. Именно из этого химического соединения растения поглощают большую часть потребляемого ими фосфора. Кислородная недостаточность (Oxygen depletion) – ситуация, при которой потребность в кислороде превышает его поступление, приводя к низким его концентрациям. Низкая концентрация кислорода обычно обнаруживается в придонных морских слоях. В Балтийском море концентрация кислорода ниже 4 мг на литр определяется как кислородная недостаточность, а концентрация ниже 2 мг на литр – как острая кислородная недостаточность. Фитопланктон (Phytoplankton) – растительный планктон и базовый компонент морской экосистемы (плавающий микроскопический организм, способный к фотосинтезу). Нитрат-ионы (Nitrate) (NO3)– важное азотсодержащее биогенное вещество. Именно из этого химического соединения растения поглощают большую часть потребляемого ими азота. Соль азотной кислоты. Организм (Organism) – форма жизни: животное, растение или бактерия. Пелагический (Pelagic) - океанический, морской, живущий и питающийся в открытом море, ассоциируется с верхними или средними морскими слоями, плавающий в открытом море, не имеющий отношения к придонным слоям. Первичная продукция (Primary production) - первое звено в пищевой цепи, органическое вещество, произведенное автотрофами. Пищевая цепь (Food chain) – прямые связи между организмами, которые описывают как энергия, добываемая из пищи, переносится по экосистеме от мельчайших простейших производителей энергии к занимающим верхние ступени развития хищникам. Примером морской пищевой цепи может служить связь планктон вислоногие ракообразные рыба тюлень. Планктон (Plankton) – свободно пассивно дрейфующий микроорганизм в морской системе (животный, растительный, микробный). Фосфор (Phosphorus) (P) – неметаллический химический элемент. ХЕЛКОМ (HELCOM) – Хельсинская Комиссия. Хлорофилл (Chlorophyll) – один из зеленых пигментов, содержащихся в хлоропластах растений и других организмов, способных к фотосинтезу, т.е. которые в основном поглощают инфракрасные и ультрафиолетовые лучи для химического процесса фотосинтеза. Хлорофилл-а (Chlorophyll-a) – специфический пигмент растений, необходимый для фотосинтеза. В количественном отношении это самый важный обнаруживаемый в клетках фитопланктона пигмент. Эпифит (Epiphyte) - грибковый паразит, организм, который произрастает и существует на другом живом растении. H2S – сероводород. Цианобактерии (Cyanobacteria) - сине-зеленые водоросли. TN (total nitrogen) – общее количество азота, которое включает растворенный неорганический азот и азот, связанный в органических соединениях. TP (total phosphorus) – общее количество фосфора, которое включает растворенный неорганический фосфор и фосфор, связанный в органических соединениях. psu – единица солености (практически эквивалентна одной тысячной весовой доли, ‰). Придонный (Benthic) – бентосный, относящийся к бентосу, придонный слой, уровень. 31 БИОГЕННЫЕ ВЕЩЕСТВА И ЭВТРОФИКАЦИЯ В БАЛТИЙСКОМ МОРЕ Библиография Andersen, J.H., L. Schlüter & G. Ærtebjerg (2006): Coastal eutrophication: recent developments in defnitions and implications for monitoring strategies. J. Plankt. Res. 28(7): 621-628. Anon. (2000): Directive 200/60/EC of the European Parliament and of the Council of 23 October 2000 establishing a framework for Community action in the feld of water policy. Offcial Journal L 327/1. Anon. (2005): Proposal for a Directive of the European Parliament and of the Council establishing a Framework for Community Action in the feld of Marine Environmental Policy (Marine Strategy Directive). COM (2005) 505. DHI (2005): Development of tools for assessment of eutrophication in the Baltic Sea. DHI Technical Report to HELCOM. 70 pp. EEA (2001): Eutrophication in Europe’s coastal waters. Topic report 7/2001. European Environment Agency. 116 pp. Fyn County (2006): BERNET: Odense Fjord, Water Management Plan, Provisional Management Plan pursuant to the Water Framework Directive. 46 pp. HELCOM (2002): Fourth Periodic Assessment of the State of the Marine Environment of the Baltic Sea Area, 1994-1998; Background Document. Baltic Sea Environment Proceedings No. 82B. Helsinki Commission, Helsinki, Finland. 216 pp. HELCOM (2006): Activities 2005. Overview. Baltic Sea Environmental Proceedings No. 107. Helsinki Commission. 57 pp. 32 HELCOM (2006): Eutrophication in the Baltic Sea. Draft HELCOM Thematic Assessment in 2006. Helsinki Commission. 34 pp. HELCOM (2006): Baltic Sea Action Plan. Helsinki Commission. 12 pp. Jackson, J.B.C, M.X. Kirby, W.H. Berger, K.A. Bjorndal, L. W. Botsford, B.J. Bourque, R.H. Bradbury, R. Cooke, J. Erlandson, J.A. Estes, T.P. Hughes, S. Kidwell, C.B. Lange, H.S. Lenihan, J.M. Pandolf, C.H. Peterson, R.S. Steneck, M.J. Tegner & R.R. Warner (2001): Historical Overfshing and the Recent Collapse of Coastal Ecosystems. Science 293:629-638. Jørgensen, B.B. & K. Richardson (Eds.) (1996): Eutrophication in Coastal Marine Ecosystems. Coastal and Estuarine Studies, 52. American Geophysical union. Washington, DC. 273 pp. Turner, R.K., S. Georgiou, I.-M. Gren, F. Wulff, S. Barrett, T. Söderqvist, I.J. Bateman, C. Folke, S. Langaas, T. Zylicz, K.-G. Mäler & A. Markowska (1999): Managing nutrient fuxes and pollution in the Baltic: an interdisciplinary simulation study. Ecological Economics 30:333-352. UNEP (2005): Lääne, A., Kraav, E. & G. Titova. Baltic Sea, GIWA Regional assessment 17. university of Kalmar, Kalmar, Sweden. 69 pp. Ærtebjerg, G., J.H. Andersen & O.S. Hansen (Eds) (2003): Nutrients and Eutrophication in Danish Marine Waters. A Challenge for Science and Management. National Environ-mental Research Institute. 126 pp. Ссылки Парламентская конференция Балтийского моря: http://www.BSPC.net BONUS для будущего Балтийского моря: http://www.BONUSportal.org Европейское Агентство по защите окружающей среды: http://www.EEA.europa.eu HELCOM: http://www.HELCOM.fi HELCOM Сводная таблица показателей по водным ресурсам: http://www.helcom.fi/environment2/ifs/ifs2005/en_GB/ infow/ HELCOM Сводная таблица показателей по концентрации азота: http://www.helcom.fi/environment2/ifs/ifs2005/en_GB/ winternutriets/ HELCOM Сводная таблица показателей по прозрачности воды: http://www.helcom.fi/environment2/ifs/ifs2005/en_GB/ transparency/ HELCOM Сводная таблица показателей по концентрации хлорофилла-а: http://www.helcom.fi/environment2/ifs/ifs2005/ Chlorophyll-a/en_GB/chlorophyll/ HELCOM Сводная таблица показателей по гидрографии и содержанию кислорода в глубоких бассейнах: http://www.helcom.fi/environment2/ifs/ifs2005/en_GB/ oxygen_deepbasins/ MARE: http://www.MARE.su.se OSPAR: http://www.OSPAR.org Водный прогноз: http://waterforecast.dhi.dk WWF Программа Балтийский Еврорегион: http://www.panda.org/about_wwf/where_we_work/ europe/what_we_do/baltics/our_work/index.cfm HELCOM Сводная таблица показателей по цветению водорослей: http://www.helcom.fi/environment2/ifs/ifs2005/en_GB/ blooms/ 33 БИОГЕННЫЕ ВЕЩЕСТВА И ЭВТРОФИКАЦИЯ В БАЛТИЙСКОМ МОРЕ Об Информационном бюро Совета Министров северных стран в Калининграде Информационное бюро Совета Министров северных стран в Калининграде представляет интересы Совета Министров северных стран в Калининградской области. Бюро было учреждено в соответствии с Меморандумом о взаимопонимании между Правительством Российской Федерации и Советом Министров северных стран, подписанным 22 декабря 2005 г., с целью развития связей и сотрудничества между Королевством Дания, Республикой Исландия, Королевством Норвегия, Финляндской Республикой и Королевством Швеция, с одной стороны, и Российской Федерацией - с другой. Основной целью деятельности Бюро является всемерное содействие устойчивой интеграции Калининградской области России в регион Балтийского моря - регион глобального роста. К сферам деятельности Бюро относятся: государственноадминистративное управление, наука и инновации, образование, здравоохранение, бизнес, защита окружающей среды, энергетика, культура и развитие гражданского общества. 34 Основными задачами Бюро являются: • координация и осуществление рабочих программ Совета Министров cеверных cтран на территории Калининградской области; • координация и поддержка российских, региональных и международных проектов и программ в области информации, образования, науки, здравоохранения, защиты окружающей среды и культуры; • организация стажировок и процесса повышения квалификации научных сотрудников и специалистов, преподавателей и студентов в качестве осуществления программ Совета Министров cеверных cтран по обмену научными кадрами; • оказание финансовой поддержки при проведении конференций и семинаров в указанных областях, содействие в предоставлении и получении грантов; • создание благоприятных условий для развития сотрудничества и обмена опытом, улучшение системы связи и обмена информацией между специалистами Северо-Запада России и cеверных стран; • поддержание непосредственных контактов с российскими государственными учреждениями, неправительственными организациями, органами власти и управления, средствами массовой информации, отдельными гражданами. Парламентская конференция Балтийского моря (ПКБМ) Фото: Ларс Анкер Ангантир Секретариат Сторе Страндстрэде 18 DK-1255 Копенгаген Дания Балтийское море – это уникальная экосистема. Однако экологическое состояние многих районов Балтийского моря нарушено в сравнении с требованиями, предъявляемыми к качеству водной среды различными национальными и международными организациями. Загрязнение излишним количеством биогенных веществ (в основном соединениями азота и фосфора), или биогенное перенасыщение, является одной из самых серьезных проблем. Этот вид загрязнения известен как эвтрофикация. Слово «эвтрофикация» образовано от двух греческих слов: ‘eu’, что означает «хороший», «хорошо» и ‘trope’, что означает «питание». Современное использование слова эвтрофикация связано с поступлением в морские системы и воздействием на них питательных, или биогенных, веществ. Экологические последствия эвтрофикации отрицательны, т.к. избыток питательных веществ может рассматриваться как нездоровое перенасыщение ими. Эта брошюра описывает последствия и причины эвтрофикации в Балтийском море. Она также дает представление о том, как страны региона Балтийского моря объединяют усилия с целью устранения перенасыщения вод биогенами и сокращения воздействия эвтрофикации. Брошюра знакомит с рядом предложений по улучшению координации общей деятельности, направленной на решение проблемы эвтрофикации.
