Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук
Санкт-Петербург – 2010
Работа выполнена в Институте водных проблем Севера Карельского научного центра РАН и Национальном парке «Водлозерский»
Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор Лукин Анатолий Александрович
Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор Кудерский Леонид Александрович доктор биологических наук, профессор Калинкина Наталья Михайловна
Ведущая организация: Государственный научно-исследовательский институт озерного и речного рыбного хозяйства (ГосНИОРХ)
Защита состоится «25» марта 2010 г. в 14.00 ч. на заседании Диссертационного совета Д 002.064.01 при Институте озероведения РАН по адресу:
196199, г. Санкт-Петербург, ул. Севостьянова, д. 9.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института озероведения РАН.
Автореферат разослан «_» _ 2010 г.
Ученый секретарь Диссертационного совета доктор географических наук В.Ю. Цветков
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность. Работы по разработке методических основ оценки воздействия на окружающую среду, в том числе на водные экосистемы, ведутся более 100 лет, однако до сих пор многие вопросы остаются нерешенными.
Закрепленный в ряде документов механизм оценки и возмещения экологического вреда водным объектам и их ресурсам, регламентирует порядок, процедуру и способы компенсации последствий антропогенной деятельности. Однако методологические основы расчета не всегда способны адекватно оценить потери биоресурсов. Действующие методики оценки ущерба разрабатывались еще в советское время и отражают поресурсовый подход к регулированию данных отношений. В литературе концептуальные вопросы оценки и возмещения вреда окружающей среде освящены достаточно слабо. Требуется создание единых методических основ расчета ущербов водным биоресурсам, что определяет актуальность диссертационной работы.
В последнее время особую важность приобретает вопрос количественной оценки экологических последствий зарегулирования водоемов и оценка экологического ущерба от нарушений гидрологического режима при их функционировании в связи с пересмотром статуса многих водохранилищ после прекращения лесосплава и физическим износом плотин.
Цель работы – обоснование экологического подхода к оценке ущерба водным биоресурсам зарегулированных водоемов Европейского Севера на примере оз. Водлозеро и Пиренгского водохранилища.
Задачи исследования:
1) изучить экологические последствия зарегулирования для рыбной части сообщества выбранных водоемов;
2) проанализировать современную методическую базу оценки ущерба водным экосистемам;
3) модифицировать методику расчета ущерба рыбным запасам при нарушениях гидрологического режима зарегулированных водоемов европейского Севера;
4) предложить метод определения экологической значимости акватории для внутренних водоемов;
5) оценить возможность применения методов расчета ущерба рыбным ресурсам на выбранных водоемах европейского Севера;
6) выявить основные недостатки существующих методик оценки ущерба водным биологическим ресурсам и предложить возможные пути их оптимизации.
Научная новизна. Впервые дается сравнительный анализ методов оценки экологического ущерба водным биологическим ресурсам и их классификация.
Предложен подход к определению понятия ущерба водным биоресурсам. Для оз. Водлозеро произведена периодизация развития рыбной части сообщества и расчет ущерба от антропогенных воздействий в водохранилищный период. Апробирован модифицированный вариант методики расчета ущерба от сработок уровня Пиренгского и Водлозерского водохранилищ. Адаптирован метод определения экологической значимости акватории для внутренних водоемов с использованием ГИС-технологий.
Практическая значимость. Результаты исследования могут быть использованы при проведении работ по оценке воздействия и расчету ущербов водным экосистемам как на стадии проектирования хозяйственной деятельности, так и при ее осуществлении; при экологической экспертизе материалов гидротехнического строительства и реконструкции. Результаты диссертации были использованы автором при проведении оценочных работ для отдельных промышленных объектов; при подготовке лекционных курсов по дисциплинам «Экология», «Экологическое право», «Охрана водных биоресурсов»; при оценке рыбопромыслового потенциала оз. Водлозеро, включая обоснование границ рыбопромысловых участков и пр.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы были представлены на международных, всероссийских и региональных конференциях, в том числе: 56-й научной студенческой конференции ПетрГУ (Петрозаводск, 2004), Всероссийской научно-практической конференции «Экономика природопользования» (Пенза, 2005), Научно-практической конференции «Водлозерские чтения» (Петрозаводск, 2006), Международной конференции «Современные экологические проблемы Севера» (Апатиты, 2006), VII и VIII Международных научных конференциях «Сохранение биоразнообразия Камчатки и прилегающих морей» (ПетропавловскКамчатский, 2006, 2007), Юбилейной конференции, посвященной 15-летию ИВПС «Водные ресурсы Европейского Севера России: итоги и перспективы исследований» (Петрозаводск, 2006), Всероссийской конференции с международным участием «Северные территории России: проблемы и перспективы развития» (Архангельск, 2008), IV Международной научнопрактической конференции «Нефть и газ арктического шельфа» (Мурманск, 2008), Всероссийской конференции в рамках VI Красноярского экономического форума «Освоение Арктики: сотрудничество или соперничество» (Красноярск, 2009) и др.
Публикации. Автор имеет 25 печатных работ, из них по теме диссертации 21. Кроме того, 2 публикации находится в печати.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из Введения, 5 глав, Заключения, Выводов, Библиографического списка из 202 источников; изложена на 149 печатных листах, проиллюстрирована 19 рисунками, 29 таблицами.
ГЛАВА 1. ОЦЕНКА УЩЕРБОВ ВОДНЫМ ОБЪЕКТАМ И ИХ
БИОЛОГИЧЕСКИМ РЕСУРСАМ (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ)
1.1. Современное состояние концепции экологического ущерба. Описана эволюция подходов к пониманию экологического ущерба и его исчислению от исключительно имущественных до учитывающих средообразующее (экологическое) значение элементов природы. До настоящего времени теоретическая концепция экологического ущерба еще не до конца отработана, методы оценки ущерба не имеют единой методологической основы.
Существует неопределенность в понимании и употреблении близких по смыслу понятий «ущерб», «вред» и «убытки». Даются их определения исходя из принятых в литературе и законодательстве формулировок. Вред окружающей среде (экологический вред) – любые негативные изменения в окружающей среде, вызванные антропогенной деятельностью. Ущерб окружающей среде (экологический ущерб) выражается в форме прямых и косвенных потерь в природной среде. Понятие «убытки» применительно к экологическим отношениям включает потери природопользователей, вызванные ущербом окружающей среде, включая реальный ущерб и упущенную выгоду.
1.2. Методическая база. Рассмотрена методическая база оценки ущерба водным экосистемам, представленная в нескольких десятках методик и иных документов методического характера. Приведена классификация методик и дан их краткий анализ.
Выделены основные недостатки методик оценки ущерба водным биресурсам: Методики подсчета ущерба, нанесенного рыбному хозяйству в результате сброса в рыбохозяйственные водоемы сточных вод и других отходов (1967), Методики подсчета ущерба, нанесенного рыбному хозяйству в результате нарушения правил рыболовства и охраны рыбных запасов (1974); Временной методики определения экономической эффективности природоохранных мероприятий и оценки экономического ущерба, причиненного водным биоресурсам загрязнением рыбохозяйственных водоемов (1988) и Временной методики оценки ущерба, наносимого рыбным запасам в результате строительства, реконструкции и расширения предприятий, сооружений (1989).
1.3. Анализ основных методов оценки ущерба водным биоресурсам.
Показано, что оценка стоимости биоресурсов базируется на стандартных экономических подходах (затратный, доходный, рыночный и др.) и недостаточно учитывает экологический подход. Даны основные принципы оценки ущерба. За основу берется принцип восстановления, т.е. величина ущерба определяется затратами на восстановление исходного состояния экосистем.
Проведен анализ и сравнительная характеристика основных методов оценки ущерба водным экосистемам, их классификация по отраслевому критерию (вид хозяйственной деятельности), видам ущерба: реальный и ожидаемый, прямой и косвенный и др. Представлен алгоритм оценочных работ. Выделены базовые критерии при оценке ущерба водным биоресурсам.
Методы оценки ущерба разделены на общие теоретические (методы наблюдений, аналогии, сравнительный, метод площадей, биометрические методы и др.), стандартные расчетные (основаны на выделении базовых критериев ущерба), нестандартизированные (экспресс-методы, метод анализа ожиданий, метод анализа антропогенных сукцессий, методы моделирования и др.). Показаны недостатки стандартных методов и предлагаемые в литературе способы их коррекции. Приводится анализ нестандартизированных методов. Показано, что они способны учитывать многовариантность и многофакторность воздействия на экосистему, неодинаковую экологическую значимость акваторий, просчитывать ущерб, в некоторых случаях, на период восстановления экосистемы. К недостаткам можно отнести то, что они не всегда способны оценить все составляющие ущерба, для достоверной оценки требуют большого количества фактических данных либо оценивают ущерб как экономическую величину и не дают возможности определять натуральные потери биоценозов (метод анализа ожиданий).
ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛ, МЕТОДЫ И РАЙОН ИССЛЕДОВАНИЯ
Объектом исследования являются водные экосистемы Северо-запада Европейской части РФ – озера Водлозеро и Пиренгские (рис. 1). Рыбная часть сообществ водоемов испытывает влияние уровенного режима, изменившегося вследствие зарегулирования, и рыбного промысла.
Период исследований охватывал 1998–2008 гг. Собирался материал по гидрологии и уровенному режиму водных объектов, а также по состоянию биоты экосистем (в первую очередь рыбной части сообщества). Основным материалом натурных исследований были промысловые уловы, из которых производилось опробование. Обработка материала производилась по стандартным методикам (Правдин, 1966; Методика изучения.., 1975 и др.).
Автором на оз. Водлозеро производился биологический анализ 11 видов рыб. Всего было обследовано 1434 экз. рыб. Полученные материалы служили для создания электронных баз данных на основе программного обеспечения Microsoft Excel, MS Access, MapInfo.
Состояние рыбной части сообщества оценивалось по абсолютным (численность, ихтиомасса, продукция) и относительным (доля видов, групп в ихтиомассе, продукции) характеристикам. При изучении экологических последствий зарегулирования использовались методы анализа влияния гидрологических характеристик водоемов на состояние биоты на основе модельных зависимостей. Расчет площадей, осушаемых при сработках водоемов, выполнялся на основе батиметрических карт, а также кривых зависимостей площадей зеркала и полезных объемов водохранилищ от уровней воды.
3.1. Физико-географическая характеристика района исследования.
Район исследований включает Республику Карелия и центральную часть Кольского полуострова. Район относится к Атлантико-Арктической зоне умеренного климата с преобладанием теплых воздушных потоков с Северной Атлантики и холодных из западного сектора Арктики. На климат оказывают влияние окружающие моря, в первую очередь Балтийское море и теплое течение Гольфстрим Баренцева моря (Купецкая, 1974; Моисеенко, Яковлев, 1990; География Карелии, 2000 и др.).
3.2. Оз. Водлозеро располагается на юго-востоке Республики Карелия, на территории национального парка «Водлозерский». Площадь водосбора озера 5299 км2. Площадь зеркала при нормальном подпорном уровне 362 км2.
Озеро Водлозеро имеет бифуркальный сток через реки Сухая Водла и Вама, которые сливаясь образуют р. Водлу. В 1934 г. водоем был превращен в водохранилище в целях лесосплава. Гидрографы в озерный период имели два максимума (конец мая, начало ноября) и два минимума (март-апрель, август), после зарегулирования осенний подъем воды стал практически не выражен, а весенне-летний резко возрос. В настоящее время плотина на р.
Сухая Водла закрыта для попусков, а Вамская перестроена в нерегулируемую с фиксированными параметрами.
В Водлозере обитает 21 вид рыб, относящийся к 19 родам и 11 семействам. Ихтиофауна включает в себя три группы рыб: свойственные северным водоемам холодноводные виды (сиги, ряпушка, корюшка, хариус, налим и др.), относительно тепловодные весенненерестующие виды (синец, густера, лещ, судак), и фоновые виды (щука, плотва, язь, окунь, ерш и др.) (Гуляева, 1963; Кудерский, 2005). «Ядро» рыбной части сообщества составляют лещ, синец, щука, судак, ерш, окунь, плотва, налим, снеток, ряпушка. Учтенный вылов в последние годы составляет около 200 т/год.
С 1950-х гг. в Водлозере наблюдаются изменения в рыбной части сообщества: снижение значимости группы планктонофагов, арктического пресноводного комплекса (корюшки) и др. Произошло перераспределение значимости в структуре между холодолюбивыми (снизили обилие) и теплолюбивыми (увеличили обилие) видами.
3.3. Пиренгское водохранилище располагается на юго-западе Мурманской области и состоит из озер Верхняя и Нижняя Пиренга. Общая площадь 227 км2. Площадь водосборного бассейна 4260 км2.
Водохранилище образовано в 1938 г. путем возведения на р. Пиренга регулирующего сооружения, вошедшего в энергосистему Нивских ГЭС. В естественном состоянии максимум уровня воды наблюдался в июне-июле, иногда выделялся осенний подъем воды (октябрь) вследствие дождей. Минимум наступал в конце апреля – мае. После зарегулирования произошло внутригодовое перераспределение стока воды. Максимальный уровень воды наблюдается в летние месяцы. Падение уровня происходит от января к апрелю – началу мая.
В водоеме обитает 12 видов, относящиеся к 11 родам и 9 семействам. Основу ихтиофауны составляют представители арктическо-пресноводного (сиговые рыбы, корюшка, налим) и бореально-равнинного (щука, окунь, ерш, озерный гольян) комплексов. По преобладающему типу питания доминируют бентофаги (до 50%), прежде всего сиг. Планктонофаги (ряпушка, озерная корюшка) составляют около 10-15%. Доля хищных рыб (кумжа, щука, налим, взрослый окунь) – 20-25%. Общий вылов рыб составляет около 20 ц/год.
ГЛАВА 4. МЕТОДИЧЕСКИЕ ПОДХОДЫ К ОЦЕНКЕ УЩЕРБА
ВОДНЫМ БИОРЕСУРСАМ ПРИ НАРУШЕНИИ
ГИДРОЛОГИЧЕСКОГО РЕЖИМА ВОДОЕМОВ
4.1. Общие положения.
Любые изменения в экосистеме водоема, вызванные деятельностью человека, рассматриваются как нанесение ей вреда. Под ущербом водным биоресурсам мы понимаем прямые и косвенные потери в натуральном выражении как часть общего вреда водной экосистеме, которая подлежит оценке и выступает искомой величиной при определении антропогенного воздействия. Функцией отклика выступает состояние гидробионтов и сообщества в целом.
Расчет ущерба базируется на количественных данных о состоянии сообщества: таксономическом составе, структуре сообщества, продуктивности, численности, биомассе, пространственно-временном распределении слагающих его видов. Оценивается изменение продукции гидробионтов и относительных характеристик сообщества (значимость отдельных видов и групп, доля в сообществе или продукции). Временная выборка для характеристики сообщества до воздействия должна быть достаточной, чтобы учесть возможность межгодовых колебаний численности, характерных для ряда видов.
Ущерб рассчитывается: при переходе от состояния «до воздействия» до его начала; в период воздействия; после завершения воздействия на прогнозируемый период (ожидаемый ущерб).
Подход к ущербу не только как к потерям общей биопродуктивности экосистемы, а как к вызванным воздействием человека нарушениям в структуре рыбной части сообщества, предопределил задачу оценки изменения показателей отдельных видов рыб. При разработке данного метода мы исходили из способов расчета, предлагаемых Временными методиками, определенным образом скорректированных.
Оценка ущерба рыбным ресурсам производится: 1) путем определения изменения рыбопродуктивности водоема. Недостатком способа является невозможность выделить (взвесить) роль отдельных факторов при их совместном воздействии на экосистему. Точность расчетов зависит от точности определения величины продуктивности.
2) расчет по отдельным (базовым) критериям ущерба – прямая гибель, потери от гибели кормовых объектов, ухудшения условий обитания.
4.2. Методика определения ущерба рыбным ресурсам при нарушениях гидрологического режима водоема.
Оценка ущерба путем определения изменения рыбопродукции. Необходимы данные о биологической продуктивности до и после воздействия:
где: Ni – ущерб i-тому виду (группе) рыб, т;
Рi – изменение продуктивности i-того вида (группы) рыб, кг/га.
S – площадь зеркала водоема, оказавшаяся в районе воздействия, км2;
T – предполагаемый период воздействия или восстановления экосистемы, лет.
Если после воздействия прошло значительное время, и имела место сукцессия, учитывается динамика продуктивности до достижения экосистемой нового равновесного состояния: Рi=f(t).
Для экосистемы водоема при изменении его площади (например, при зарегулировании) формула (1) примет вид:
где: Рi0, Рi – продуктивность i-того вида рыб до и после воздействия, кг/га;
S0, S – площадь зеркала водоема до и после воздействия, км2;
Для ситуации сработки уровня:
где: S – осушаемая площадь, км2.
Определение ущерба отдельным видам рыб от изменения кормовой базы. 1 способ. При наличии данных о рационе рыбы применяем формулу:
где: Pкоi– продукция кормовых организмов, потребляемая данным видом рыбы (рацион), г/м2·сез.;
Si – зона поражения (м2);
ki – кормовой коэффициент перевода продукции кормовых организмов в продукцию данного вида рыбы.
При этом ущерб определяется как суммирование величины потерь от гибели различных кормовых объектов с учетом их долей в спектре питания изучаемого вида.
2 способ. Расчет по гибели кормовой базы в целом (фито- и зоопланктон, бентос) по формуле (4). Для определения величины потерь отдельным видам производим дополнительные вычисления:
1. Определяем относительное обилие (в %) видов рыбной части сообщества. При этом необходимо ориентироваться на встречаемость и пространственное распределение видов в районе в период воздействия.
2. Рассчитываем потери каждого вида исходя из полученных данных:
где: Nb, Np – ущерб рыбным ресурсам от изменения количества доступных кормовых объектов (бентоса и планктона соответственно), кг;
Nbi, Npi – ущерб i-тому виду рыб от изменения количества доступных кормовых объектов, кг;
Pi – относительное обилие вида в изучаемом районе, %;
Dbi, Dpi – доля бентоса и планктона в спектре питания рыбы, %.
Nхi – ущерб i-тому хищному виду рыб от гибели мирных рыб, кг;
Кх – коэффициент, отражающий долю использования продукции мирных рыб хищниками.
Повидовая оценка ущерба рыбным ресурсам от изменения условий воспроизводства, нагула, зимовки.
Определение величин ущерба от изменения условий воспроизводства может осуществляться двумя способами:
1. Как оценка изменения рыбопродуктивности от изменения площади доступных нерестилищ или их функциональности;
2. На основе модельных зависимостей при наличии многолетних количественных данных о состоянии популяций рыб.
Расчет по способу 1 производится по формулам (9, 10):
где: Si – суммарная потерянная площадь нерестилищ для i-того вида, м2;
Zi – количество икринок i-того вида, приходящегося на единицу площади (плотность нереста), тыс.шт/м2;
Ki – коэффициент промыслового возврата i-того вида от икры;
Pi – средняя промысловая масса i-того вида, кг;
Wi – количество возможных нерестов за время, на которое нерестилище выбывает из строя с учетом естественной смертности и промыслового изъятия самок в течение жизненного цикла.
«