Библиографическое описание:

Степанова Е. В. Квотирование биогенной нагрузки на Балтийское море с учетом фоновой составляющей биогенного стока // Молодой ученый. — 2009. — №11. — С. 347-351.

Современное развитие Балтийского моря как элемента географической среды оп­ределяется принадлежностью его бассейна к числу наиболее густонаселенных и высоко­развитых районов мира с высокой концентрацией промышленности и интенсивным сель­ским и лесным хозяйством. Усиливается эксплуатация Балтики как источника биологиче­ских ресурсов, приемника сточных вод, транспортной артерии, рекреационной зоны, ис­точника полезных ископаемых.

Основные признаки эвтрофирования в Балтийском море были выявлены раньше, чем на других морских акваториях. Быстрому эвтрофированию Балтийского моря способ­ствует ряд причин, из которых важнейшими являются следующие две. Во-первых, это сравнительно небольшое море, окруженное экономически высокоразвитыми странами; во­досбор Балтийского моря занимает 1720270 км2 и почти в 4 раза превышает площадь са­мого моря [5]. Годовой объем речного стока составляет свыше 2 % объема всего моря [1]. Несмотря на принимаемые водоохранные меры, в Балтийское море поступает значитель­ное количество органических загрязнений и биогенных элементов. Вторая причина, содей­ствующая эвтрофированию Балтийского моря, заключается в полузамкнутости этого водо­ема. Замедленный водообмен с Северным морем приводит к тому, что органические веще­ства, как аллохтонные, так и автохтонные, и питательные соли накапливаются в преобла­дающем большинстве в самом море.

Анализ состояния морской среды Балтийского моря в течение нескольких послед­них десятилетий привел экспертов Хельсинкской Комиссии по защите морской среды Балтийского моря (ХЕЛКОМ) к выводу, что основные негативные изменения в море свя­заны именно с процессом эвтрофирования [8]. При этом в многолетнем масштабе ведущей причиной эвтрофи­кации Балтийского моря является возрастание антропогенной нагрузки органическим веществом и биогенными элементами, тогда как изменениями природных факторов определяются лишь фоновые межгодовые колебания, усиливающие или ослаб­ляющие антропогенное воздействие [3].

15 ноября 2007 г. в г. Краков странами-членами ХЕЛКОМ был принят План действий по Балтийскому морю (ПДБМ) [7], который является долгосрочным стратеги­ческим документом, направленным на сокращение загрязнения морской среды и восста­новление благополучного экологического состояния Балтики к 2021 г. ПДБМ предусмат­ривает снижение поступления соединений азота и фосфора в Балтийское море  к  2016 г. на 135000 т и 15250 т соответственно. Величины необходимого снижения поступле­ний соединений азота и фосфора в Балтийское море были установлены на основе предло­женной шведскими учеными физико-биогеохимической  модели «Baltic NEST» [9], кото­рая позволяет учитывать тесную взаимосвязь различных субакваторий (рисунок 1) Бал­тийского моря. Необходимость такого системного подхода продиктована тем обстоятель­ством, что изменения в количестве поступающих биогенных элементов и связанные с ними изменения характеристик состояния одного из субрегионов будут оказывать влия­ние на все остальные субакватории моря.

Snap1

Рис. 1.  Принятое районирование Балтийского моря [2]

 

1 – Ботнический залив; 2 – Ботническое море; 3 – Финский залив; 4 – Рижский залив; 5 – Центральная Балтика; 6 – Датские проливы; 7 – Каттегат

 

Распределение величин требуемого сокращения экспорта биогенных элементов  между странами-членами ХЕЛКОМ – Финляндией, Швецией, Данией, Россией, Латвией, Литвой, Эстонией, Германией и Польшей, – проводилось на основании двухэтапного подхода. На первом этапе было рассчитано, на какую величину может быть сокращен экспорт  биогенных элементов с территории каждой страны за счет улучшения очистки сточных вод по сравнению с уровнем 2004 г. до уровня требований существующих Рекомендаций ХЕЛКОМ 28Е/5, 28Е/6 и Директивы ЕС по очистке городских сточных вод [7]. На втором этапе проводилось распределение оставшейся доли требуемого сокращения поступления биогенных элементов между странами ХЕЛКОМ по субакваториям в зависимости от существующей нагрузки с территории страны на данную субакваторию [6].

Необходимо подчеркнуть, однако, что при таком подходе расчет величин требуемых снижений поступлений азота и фосфора с территорий стран бассейна Балтий­ского моря не учитывал в явном виде  физико-географические, социально-административ­ные и хозяйственно-экономические особенности водосборных суббассейнов Балтийского моря, относящихся к разным странам, а также величины фонового (природного) биогенного стока с территорий этих стран.

В настоящее время понятие «водный объект как составная часть ландшафта» получило всеобщее признание; трудно найти правильное объяснение процессов, происходящих в водных объектах, в отрыве от изучения их водосборных бассейнов. Морские водоемы представляют собой гидрологические системы, тесно связанные с водными ресурсами водосборов, и, таким образом, служат индикаторами состояния геосистем суши. Результаты современных исследований свидетельствуют о том, что первопричинами большинства морских экологических кризисов чаще всего бывают процессы, происходящие на их водосборах. Экологическая значимость водосбора для морских акваторий определяется суммой характеристик, отражающих его физико-географические, социально-политические и экономико-хозяйственные особенности [4].

Фоновые поступления для отдельно взятой страны следует воспринимать в качестве атрибутивного фактора ее физико-географических особенностей. Следовательно, фоновые поступления биогенного элемента, будучи объективной реальностью, не могут быть подвергнуты квотированию. Согласно [5] фоновые поступления фосфора составляют от 12 % (Дания) до 53 % (Германия), азота – от 11 % (Дания) до 57 % (Россия) общего экспорта биогенного эле­мента с территории страны. Очевидно, что при такой неоднородности распределения ве­личин фоновых поступлений квотированию должны подвергаться только антропогенные составляющие биогенного экспорта.

Величины антропогенного поступления биогенных элементов с территорий стран Балтийского бассейна, приходя­щиеся на душу населения, также сильно варьируют. Следует отметить, что по этому показателю Польша, на долю которой приходится около 1/3 общего поступления фосфора на акваторию Балтийского моря,  и которую принято считать главным источником экспорта этого элемента на рассматриваемую акваторию, по величине антропогенной составляю­щей экспорта фосфора, приходящейся на душу населения, находится на седьмом месте, опережая только такие страны, как Швеция и Германия (таблица 1).


Таблица 1.  Антропогенное   поступление   азота   qNА    и   фосфора   qPА   с   территорий стран Балтики,

приходящееся на душу населения

                        Страна

 

 

т·год-1·чел.-1

Польша

Финляндия

Швеция

Россия

Латвия

Литва

Дания

Германия

Эстония

qPА·104

2,5

6,0

1,7

4,1

7,1

4,6

3,5

0,7

4,5

qNА·103

3,8

9,2

12,5

3,8

18,7

11,0

11,2

3,9

13,4

 

В связи с вышеизложенным, цель данной работы заключалась в разработке метода квотирования биогенной нагрузки на Балтийское море, позволяющего учитывать неодно­родность водосборного бассейна и величины фоновых поступлений биогенных элементов с территории водосбора.

Для оценки влияния различных факторов, характеризующих страны водосборного бассейна Балтийского моря, на экспорт биогенных элементов нами был проведен корреляционный анализ зависимости величин общего и антропогенного поступлений соединений азота и фосфора с территорий стран Балтийского региона от таких характеристик, как площадь водосборного бассейна, занимаемая страной, площади сельскохозяйственных угодий, урбанизированных тер­риторий, количество проживающего населения и т.п. В связи с тем, что рассматриваемые пара­метры имеют разные размерности и области значения, использовались их относи­тельные величины. Было установлено, что на величину антропогенной составляющей экспорта азота и фосфора наибольшее влияние оказывают такие параметры, как доли площади водосбора Балтийского моря, относящиеся к странам Балтики (βi) и относительные величины заселенности (ηi), определяемые как отношение численности населения на территории i-той страны к общей численности населения на водосборе Балтийского моря.

Антропогенная составляющая экспорта фосфора QРiА связана с введенными выше параметрами β и η со­гласно уравнению:

                                           QРiА = 1126·(1,00·βi + 15,3·ηi + 0,510)                                             (1)

Согласно ПДБМ максимально допустимое поступление фосфора на акваторию Балтийского моря составляет  21060 т·год-1, за вычетом фоновых поступлений (10963 т·год-1  [5]) фактическое антропогенное поступление фосфора требуется сократить до величины 10097 т·год-1. Квоты на антропогенную составляющую экспорта фосфора были нами распределены ме­жду странами пропорционально выражению в скобках в уравнении (1). При этом очевидно, что коэффициент перед переменной определяет относительную значимость введенного параметра. Следовательно, влияние на  экспорт фосфора, обусловленного антропогенной деятельностью, фактора заселенности в 15 раз более существенно, чем влияние фактора β.

Уравнение для расчета квот на антропогенную составляющую поступления фосфора QРiАmax имеет вид:

                                        QРiАmax = 483,5·(1,00·βi + 15,3·ηi + 0,510)                                          (2)

Коэффициент пропорциональности перед выражением в скобках вычислялся исходя из условия равенства суммы квот для всех стран максимально допустимой величине антропогенной составляющей экспорта фосфора на акваторию Балтийского моря. 

Квоты на общее поступление фосфора QРimax были определены как сумма QРiАmax и заяв­ленного странами фонового поступления фосфора QPiФОН  [5] (таблица 2).

 

Таблица 2.  Квоты   на   поступление   фосфора   и   требуемые   уровни   снижения  поступления  фосфора  ΔQРi,  определенные  на  основании  параметров  β   и   η  c  учетом фоновых поступлений

Страна

QРiАmax,

т·год-1

QРimax,

т·год-1

ΔQРi*,

т·год-1

Требуемый уровень снижения

поступления фосфора, %*

наши расчеты

ПДБМ

Польша

4104

7252

5392

43

67

Финляндия

823

2734

2105

43

25

Швеция

1059

3858

100

12

39

Россия

1235

3101

2521

33

38

Латвия

525

860

1346

60

34

Литва

634

805

1090

57

65

Дания

719

946

910

49

35

Германия

582

829

-342

-70

40

Эстония

415

674

290

30

22

Примечание. *Относительно фактического ежегодного поступления от страны по состоянию на 2000 г. [5].

 

Расчет квот на экспорт азота с учетом величин его фоновых поступлений осуществ­лялся на основе полученной зависимости антропогенной составляющей экспорта азота QNiА от выбранных параметров β, η:

                                          QNiА = 88134·(1,00·βi + 2,30·ηi + 0,245)                                         (3)

Фоновые поступления азота на акваторию Балтийского моря составляют величину 259518 т·год-1  [5]. Согласно ПДБМ  [7] нагрузка на Балтийское море не должна превышать по азоту 601720 т·год-1.  За вычетом фоновых поступлений антропогенное поступление азота требуется сократить до величины 342202  т·год-1. Принимая, что квота на экспорт азота должна быть пропорциональна величине (1,00·βi + 2,30·ηi + 0,245), с учетом величины максимально допустимой антропогенной составляющей для расчета квот на поступление азота с территорий стран Балтики нами было получено уравнение:

                                     QNiАmax = 62162·(1,00·βi + 2,30·ηi + 0,245)                                           (4)    

Квоты на общее поступление азота QNimax были определены как сумма QNiАmax и заяв­ленного странами фонового поступления азота QNiФОН  [5] (таблица 3).

 

Таблица 3. Квоты на поступление азота и требуемые уровни снижения поступления азота, определенные на основании параметров β и η c учетом фоновых поступлений

Страна

QNiАmax,

т·год-1

QNimax,

т·год-1

Требуемый уровень снижения

поступления азота, %*

наши расчеты

ПДБМ

Польша

100096

147098

23

30

Финляндия

36309

92713

9

8

Швеция

45463

112827

26

29

Россия

44699

89990

-14

8

Латвия

22755

41125

39

25

Литва

24877

31795

34

27

Дания

25399

31982

46

31

Германия

22653

28447

-53

29

Эстония

19982

25773

4

5

Примечание. *Относительно фактического ежегодного поступления от страны по состоя­нию на 2000 г. [5].

 

Полученные результаты (табл. 2 и 3) показывают, что учет величин фоновых поступлений и неоднородности водосборной территории приводит для ряда стран к величинам квот, которые могут существенно отличаться от заложенных в ПДБМ.  Наши расчеты показывают, что в отличие от приведенных в ПДБМ данных сокращение поступления фосфора с территории Германии и азота с территории Германии и России на акваторию Балтийского моря в целом не представляется необходимым. Величины квот на экспорт фосфора для таких стран, как Польша, Швеция, Россия, Литва, и на экспорт азота для Польши, Швеции, Эстонии на наш взгляд должны быть выше установленных в ПДБМ.

Следует подчеркнуть, что при расчете величин квот на поступление биогенных эле­ментов предложенным методом результаты в значительной степени определяются вели­чинами заявленных странами Балтики фоновых поступлений азота и фосфора.

 

Литература:

1. Гидрометеорология и гидрохимия морей СССР. Том III. Балтийское море. Вып. 1. Гид­рометеорологические условия / Под. ред. Терзиева Ф. С. и др. – СПб.: Гидрометеоиздат, 1992. 450 с.

2. Исследование экосистемы Балтийского моря / Под. ред. Израэля Ю. А., Цыбаня А. В. – СПб.: Гидрометеоиздат, 2005. 324 с.

3. Савчук О. П., Гутшабаш Е. Ш. Моделирование многолетней динамики веще­ства // Проект «Балтика». Проблемы исследования и математического моделирования эко­системы Балтийского моря. Вып. 4. Основные тенденции эволюции экосистемы / Под ред. Давидана И. Н., Айтсама А. М.– Л.: Гидрометеоиздат, 1989. С. 125-144.

4. Фащук Д. Я., Сапожников В. В. Антропогенная нагрузка на геосистему море-водосбор и ее последствия для рыбного хозяйства (методы диагноза и прогноза на примере Черного моря). – М.: Изд-во ВНИРО, 1999. 124 с.

5. HELCOM, 2004.   The  fourth  Baltic  Sea pollution load compilation (PLC-4) // Balt. Sea Environ. Proc. No. 93. 189 p.

6. HELCOM BSAP EUTRO EXP/2007 // Expert Meeting for the Eutrophication Segment under the HELCOM Baltic Sea Action Plan. – Helsinki, Finland, 27-28 August 2007. 33 р.

7. HELCOM Baltic Sea Action Plan // HELCOM Ministerial Meeting. Krakow, Poland, 15 November 2007. 101 p.

8. HELCOM, 2009. Eutrophication in the Baltic Sea – An integrated thematic assessment of the effects of nutrient enrichment in the Baltic Sea region // Balt. Sea Environ. Proc. No. 115B. 149 p.

9. http://nest.su.se/nest/.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle