Уважаеми съмишленици на идеята за устойчиво развитие,

Препис

1 УПРАВЛЕНИЕ И УСТОЙЧИВО РАЗВИТИЕ 1/2011 (28) MANAGEMENT AND SUSTAINABLE DEVELOPMENT 1/2011 (28) РАЗВИТИЕ НА КОНЦЕПЦИЯТА ЗА КРИТИЧНИТЕ НАТОВАРВАНИЯ ПРИ ИЗБОР НА ИНДИКАТОРИ ЗА ИНТЕГРИРАН МОНИТОРИНГ ПРИ ОПАЗВАНЕ НА ГОРИТЕ Надка Игнатова 1, Соня Дамянова 1, Радка Фикова 2 1 Лесотехнически университет, София 2 Институт по биоразнообразие и екосистемни изследвания, Българска академия на науките, София Резюме Направен е анализ на развитието на концепцията за използване на критичните натоварвания за кисели замърсители и тежки метали при опазване на горски и водни екосистеми от въвеждането на този термин през 1988 г. до съвременното й приложение в Европейски аспект. Посочена е връзката между научните постижения, вземащите решения международни структури и институциите за управление на природните ресурси. Обсъдени са два подхода при прилагане на критичните натоварвания- емпиричният и основаващият се на балансовия метод за устойчиво развитие на горските екосистеми (Steady State Mass Balance method). Дискутирани са предимствата на използването на ефекта на въздействие на различните замърсители върху горите пред емпиричния подход. Подробно са анализирани критичните натоварвания за киселинност и тежки метали като един от биологичните индикатори в съответствие с Конвенцията за биологично разнообразие. Обособени са и няколко въпроса, свързани с по-нататъшното развитие на стратегията за използване на превишенията на критичните натоварвания за посочените замърсители при определянето на международната и националната политика в намаляването на замърсяването на околната среда, с цел опазване на горите на планетата и на биологичното разнообразие като цяло. Въз основа на получените резултати се препоръчва стойностите на критичните натоварвания за характерни замърсители и техните превишения от реалните отлагания с валежите да се използват като индикатор за устойчиво развитие на горите и водните екосистеми в тях. Ключови думи: горски екосистеми, кисели замърсители, критични натоварвания, тежки метали, устойчиво развитие. Key words: Acidifying pollutants, forests, critical loads,, heavy metals, sustainable development. Увод Идеята за определяне на параметрите на устойчиво развитие на екосистемите възниква в края на 1970 г. когато е установено, че някои от териториите с увредени гори в Централна Европа се характеризират и с най-съществено замърсяване на околната среда [12, 13]. С това е свързана и предложената през 1979 г. от Икономическата комисия за Европа на ООН конвенция за трансграничното замърсяване (LRTAP - Long-range Transboundary Air Pollution). Концепцията за критичните натоварвания е приложена за първи път при оценка на въздействието на киселите валежи върху горите в Европа [2, 3, 6]. Критичните натоварвания са дефинирани като количествен израз на въздействието на един или няколко замърсители, под чиято стойност не се наблюдават достоверни увреждания на чувствителни елементи от околната среда, съгласно съвременните познания [9]. След 1991 г. картите с критичните натоварвания се използват като база за преговори при определяне на стратегията за намаляване на замърсяването на околната среда [4]. Националните центрове в Европейските страни, в сътрудничество с Координационния център по ефектите от замърсяване на околната среда, използват общи методологични подходи при определяне на чувствителността на различни рецептори към вкисляващи замърсители и тежки метали чрез изчисляване на критичните натоварвания, ежегодно измерват необходимите бази данни за определяне на критичните натоварвания и техните превишения от реалните отлагания на избраните замърсители, моделират динамиката на въздействие при различни сценарии на редукция на замърсяването и др. Анализирайки постигнатите резултати през последните 20 години, могат да се обособят следните основни етапи в развитието на концепцията за критичните натоварвания като един от индикаторите за интегриран мониторинг на устойчивото развитие на горите и запазване на биоразнообразието в тях: - Интегрирана оценка на състоянието на околната среда в горите. - Въздействие на вкисляващи замърсители и тежки метали върху горски и водни екосистеми. 290

2 Надка Игнатова, Соня Дамянова, Радка Фикова - Критичните натоварвания като инструмент за изясняване на приемливото замърсяване, за да не се допусне отрицателно въздействие. - Оценка на риска от увреждания чрез превишенията на критичните натоварвания. - Моделиране на динамиката на въздействие на замърсителите при различни сценарии на намаляване на замърсяването на околната среда. 1. Интегрирана оценка на състоянието на околната среда в горите При интегрираното оценяване на състоянието на околната среда е необходимо да се вземат предвид източниците на замърсяване, промените и напрежението, което те създават в околната среда, оценката на състоянието на избрани рецептори, механизмът на въздействие на съответните замърсители върху тези рецептори, защитните мерки, в съответствие с толерантността и чувствителността на рецепторите, допринасящи за намаляване на въздействието, отслабване на напрежението и подобряване на тяхното състояние (фиг. 1). При използването на критичните натоварвания като индикатор за оценка на въздействието на замърсителите върху избраните рецептори, вниманието се съсредоточава върху ефекта от въздействие на замърсителите върху екосистемата и разработване на сценарий за намаляване на риска от това въздействие (фиг. 2). Замърсяващ процес Напрежение Състояние Въздействие Защитни мерки Фиг. 1. Схема на интегрирана оценка на състоянието на околната среда в горите Замърсяващ процес Напрежение Състояние Въздействие Сценарий за опазване на горите Фиг. 2. Схема за разработване на сценарий за опазване на горите при използване на критичните натоварвания 2. Въздействие на вкисляващи замърсители и тежки метали върху горски и водни екосистеми. Въпросът за въздействието на замърсителите върху горските и водни екосистеми е обект на внимание през последните десетилетия. Крайният резултат се изразява във вкисляване на почвите и водите, еутрофизаця на водите, увреждане на горите и значителни нарушения в биоразнообразието [10, 12, 13]. Тези ефекти на въздействие се проявяват не само в близост до източниците на замърсяване на околната среда, но и в райони, отдалечени от тях, където емисиите са пренесени от въздушните течения и са отложени с атмосферните валежи (фиг. 3). В преобладаващата си част, тези територии са вододайни зони и провежданите в тях голи сечи се отразяват не само на биологичното разнообразие, но и на вододайните и водоохранни функции на горите, а и върху качеството на живот на човека. Въпреки сходния характер на отлаганията на замърсители в някои райони, отделните рецептори реагират по различен начин. При това, количеството на постъпващите в екосистемите отлагания варира във времето и пространството. Възниква въпросът за размера на приемливите от отделните рецептори отлагания на замърсители, гарантиращ запазване на устойчивото развитие на заобикалящата ни природа. За да се даде отговор на въпроса за чувствителността и толерантността на отделни- 291

3 РАЗВИТИЕ НА КОНЦЕПЦИЯТА ЗА КРИТИЧНИТЕ НАТОВАРВАНИЯ ПРИ ИЗБОР НА ИНДИКАТОРИ ЗА... те рецептори спрямо различни замърсяващи вещества се разви концепцията за критичните натоварвания за най-актуалните вкисляващи замърсители и тежки метали [2-5, 7-11] Източник: Hettelingh et al., 2008 Фиг. 3. Ефект на въздействие на вкисляващи замърсители и тежки метали върху горски и водни екосистеми 3. Критичните натоварвания като инструмент за изясняване на приемливото замърсяване, за да не се допусне отрицателно въздействие Определянето на критичните натоварвания се състои в изчисляване на размера на отлаганията на един или няколко замърсители, непредизвикващи отрицателни увреждащи ефекти върху избрани чувствителни елементи от околната среда, от гледна точка на съвременните познания. За тежките метали, например, това е най-високото количество, постъпил в екосистемата от различни източници, метал (g.ha -1.yr - 1 ), под което не настъпват увреждащи ефекти върху човешкото здраве и екосистемите за неограничен период от време. Целта на този подход при интегрираната оценка на околната среда е да се регулира размерът на отлаганията на замърсители в конкретни териториални единици, за да не превишават критичните натоварвания и да се предотвратят отрицателните въздействия върху устойчивото развитие на околната среда. Запазването на устойчиво биоразнообразие е важно не само за видовото богатство на флората и фауната, но и за човешкото благополучие, като източник на храна, кислород, енергия, чиста вода, облекло, суровина за стопанска дейност, регулатор на климата и др. Съществуват два основни подхода при определяне на критичните натоварвания: емпиричен и основаващ се на ефект на въздействие. Емпиричните критични натоварвания не се определят чрез математически модели, а само с експерименти с добавяне на замърсител (най-вече азот) както в лабораторни, така и в полеви условия [1, 6, 7], и на класификацията на биологичните видове. Регионализирането на стойностите на емпиричните критични натоварвания се осъществява чрез Европейската карта на земното покритие, включително и териториите от Натура За разлика от емпиричните, критичните натоварвания, основаващи се на ефект на въздействие на замърсителите, се определят чрез използване на балансовия метод за устойчиво развитие на екосистемите, отчитайки конкретните еколгични условия в отделните териториални единици и видовото разнообразие в тях [2-5, 8]. Тези критични натоварвания могат да се окажат различни за един и същи вид биологичен рецептор, обитаващ различни територии с различна основна скала, почвена покривка, валежи и отток, дори и при еднакъв размер на отлаганията на съответния замърсител [5, 8] (фиг. 4). Те се определят на база въздействие на замърсителите върху човешкото здраве или върху устойчивото функциониране на екосистемите при различни критични нива. В зависимост от крайната цел, рецептора и типа на земното покритие, се избират подходящи индикатори (табл. 1). Благоприятно влияние върху стойностите на критичните натоварвания за киселинност оказват отлаганията на базични катиони. Съпоставяйки стойностите на фиг. 4 и 5 се установява, че на по-ниските отлагания на алкализиращи катиони съответстват по-ниски критични натоварвания, което показва, че рецепторите в тези територии са по-чувствителни и податливи на вкисляване (Швеция, Финландия, Русия). Териториите с по-високи критични натоварвания се характеризират и с по-високи отлагания на неутрализиращи киселинността катиони, а рецепторите в тях са по-толерантни и понасят без увреждания по-високи кисели отлагания (Италия, България, Испания, Франция). Докато критичните натоварвания показват чувствителността и толерантността на рецепторите спрямо замърсителите, то реална оценка на риска от увреждания може да се направи само след съпоставяне на критичните натоварвания с реалните отлагания на съответните замърсители. 292

4 Надка Игнатова, Соня Дамянова, Радка Фикова CLmax(S) BC deposition eq.ha-¹.yr-¹ < >= 2000 eq.ha-¹.yr-¹ < >= 600 Фиг. 4. Критични натоварвания за киселинност за горите в Европа (по сяра), eq.ha -1.yr -1 Фиг. 5. Отлагане на алкализиращи катиони, eq.ha -1.yr -1 Рецептор Екосистема Сухоземни екосистеми Табл. 1. Индикатори, използвани при определяне на критичните натоварвания Крайна цел Замърсител Земно покритие Индикатор Въздействие върху човека Функциониране на екосистемите Pb, Cd, Hg Всички екосистеми Опазване на подземните води (съдържание в оттока извън коренообитаемия слой) Pb, Cd, Hg Обработваеми земи Съдържание в храни и зърнени култури Pb, Cd, Hg Пасища Съдържание в треви и животински продукти Pb, Cd Обработваеми земи, пасища, неселскостопатски земи Опазавне на микроорганизми, растения и безгръбначни (концентрация на йони) Hg Горски почви Опазавне на микроорганизми и безгръбначни (обща концентрация в хумусния хоризонт) Водни екосистеми Функциониране на екосистемите Pb, Cd, Hg Чисти води Съдържание във водорасли, черупкови, червеи, риба Човешко здраве Hg Чисти води Съдържание в риба Източник: Slootweg et al, Оценка на риска от увреждания чрез превишенията на критичните натоварвания Разликата между действителните отлагания на замърсителите и определените за тях критични натоварвания за отделните териториални единици дава възможност да се оцени рискът от вкисляване, еутрофизация, увреждане на екосистемите и нарушения в биоразнообразието. Колкото по-дълго време се запазят положителните стойности на превишенията на критичните натоварвания, толкова е по-голяма вероятността да се появят увреждания и нарушения в определен бъдещ период от време, дори и в момента на оценката на риска да няма забележими ефекти на въздействие. При картографиране на превишенията на критичните натоварвания се обособяват рискови територии с найвисоки превишения, а стойностите показват размерът на редукцията на замърсяването, за да не се допусне увреждане (фиг. 6). Отрицателните стойности на превишенията също са много информативни - от една страна това означава, че няма риск от увреждане за съответните рецептори, а от друга се вижда размерът на отлаганията, които рецепторите могат да поемат допълнително до достигане на критичните натоварвания, без риск от увреждане. 293

5 РАЗВИТИЕ НА КОНЦЕПЦИЯТА ЗА КРИТИЧНИТЕ НАТОВАРВАНИЯ ПРИ ИЗБОР НА ИНДИКАТОРИ ЗА... Фиг. 6. Превишения на критичните натоварвания за Pb за горите при опазване на човешкото здраве, g.ha -1.yr Моделиране на динамиката на въздействие на замърсителите при различни сценарии на намаляване на замърсяването на околната среда Важен елемент в развитието на концепцията за критичните натоварвания е моделирането на динамиката на риска от увреждане на екосистемите при различни защитни мерки. Могат да се дискутират три различни сценария за намаляване на замърсяването на околната среда: - спазване на пределни норми по унифицирана - нормативна база; - въвеждане на протокол за редукция на замърсяването в съответствие с превишенията на критичните натоварвания; - въвеждане на протокол и допълнителни локални измервания на отлаганията. При съпоставяне на резултатите от посочените сценарии със състоянието през 2000 г., се вижда, че процентът на териториите с риск от увреждане от превишаване на критичните натоварвания ще бъде най-нисък при реализиране на последния сценарий - въвеждане на протокол за редукция на замърсяването в съответствие с превишенията на критичните натоварвания и допълнителни измервания на отлаганията за уточняване на годишните превишения (табл. 2). Табл. 2. Размер на териториите в Европа с риск от увреждания при превишаване на критичните натоварвания за металите Cr, Ni, Cu, Zn, As и Se, % Територия в Европа с риск от увреждания, Сценарий причинени от превишения на критичните натоварвания, % Cr Ni Cu Zn As Se ,07 0,71 0,76 1,66 0 2, нормативна база 0,08 0,40 0,44 1,06 0 1, Въвеждане на протокола 0,01 0,21 0,34 1,06 0 0, Въвеждане на протокола и допълнителни измервания 0,01 0,03 0,25 1,06 0 0,33 Източник: Slootweg et al, 2007 Изводи и препоръки Критичните натоварвания за замърсителите и техните превишения от реалните им отлагания могат успешно да се използват като индикатор за интегриран мониторинг при оценка на риска от увреждания на екосистемите и нарушения в биоразнообразието. Най-добри резултати за намаляване на териториите с риск от увреждания се очакват след едновременно въвеждане на задължителен протокол за спазване на критичните натоварвания и провеждане на допълнителни измервания на отлаганията за поточно изчисляване на размера на превишенията им. Изследванията са извършени в рамките на международен проект EnvEurope (Environmental quality and pressures assessment across Europe). Литература 1. Achermann, B., Bobbink, R. (eds). Empirical critical loads of Nitrogen. Env. Doc. 164 Air. Bern pp. 2. De Vries, W. Critical deposition levels for nitrogen and sulfur on Dutch forest ecosystems. Water Air Soil Pollution p De Vries, W., Reinds, G., Posch, M. Assessment of critical loads and their exceedances on European forests. Water, Air and Soil pollution p Hettelingh, J-P., De Vries, W., Schopp, W., Downing, R., Smet, P. Mapping critical loads for Europe. Technical report. Bilthoven p Hettelingh, J-P., Posch, M., Slootweg, J., Reinds, G. Integrated Assessment of Air pollution effects on biodiversity Hornung, M., Bull, K., Gresser, M., Hall, J., Langan, S., Loveland, P., Smith, C. Empirical map of critical loads of acidity for soils in Great Britain. Env. Pollut p

6 Надка Игнатова, Соня Дамянова, Радка Фикова 7. Ignatova, N., Damyanova, S., Jorova, K., Velizarova, Е., Fikova, R., Broshtilova, M., Yordanov, Y. Critical loads of Nitrogen and Dynamic modeling in Bulgaria. J. Slootweg, M. Posch, J. Hettelingh (Eds). RIVM. Bilthoven. Netherlands p Ignatova, N., Jorova, K., Velizarova, Е., Damyanova, S., Fikova, R., Broshtilova, M., Yordanov, Y. Modeling and Mapping Critical Loads in Bulgaria. J. Hettelingh, M. Posch, J. Slootweg (Еds) part II. p Nilsson, J., Grennfelt, P. Nordic Council of Ministers. Copenhagen. Denmark p. 10. Reinds, G. Air pollution impacts on European forest soils. PhD thesis. Wageningen. The Netherlands p. 11. Slootweg, J., Hettelingh, J., Posch, M., Schütze, G., Spranger, T., De Vries, W., Reinds, GJ., Van t Zelfde, M., Dutchak, S., Ilyin, I. Integrated Assessment of Air pollution effects on biodiversity. Water, Air and Soil Poll р Ulrich, B., Mayer, R., Khanna, P. Chemical changes due to acid precipitation in a loess-derived soil in Central Europe. Soil Science p Ulrich, B., Pankrath, J. Effects of Accumulation of Air Pollutants on Forest Ecosystems. Dordrecht. the Netherlands p. DEVELOPMENT OF THE CONCEPT OF CRITICAL LOADS USED AS INDICATOR OF INTEGRATED MONITORING IN THE FIELD OF FOREST PROTECTION Nadka Ignatova 1, Sonya Damyanova 1, Radka Fikova 2 1 University of Forestry, Sofia, Bulgaria 2 Institute of Biodiversity and Ecosystem Researches, Bulgarian Academy of Science, Sofia, Bulgaria Abstract The concept of using critical loads of pollutants for protecting forest and water ecosystems has been reviewed from the date of its definition in 1988 to the now days application of this approach on the European scale. This concept can facilitate communication between scientists who study the effects of pollutants on forest ecosystems and those responsible for environment quality management and policy. Two approaches of pollutants critical loads application have been discussed- the empirical and the effect based ones for sustainable development of forests using steady state mass balance method. The advantages of the second approach have been discussed in the study. The set of headline indicators has been listed in accordance with the Convention of Biological Diversity where the critical loads of acidity, sulfur, nitrogen and heavy metals are included. Based on results obtained in this study it has been recommended to use the values of critical loads of acidifying pollutants and heavy metals as well as their exceedences by the real deposition as an indicator for successful risk assessment of sustainable development of forest and water ecosystems. 295