Растворенных металлов в воде пресноводных экосистем

По мнению авторов этой концепции, экологические нормативы должны разрабатываться на локальном и региональном уровнях, обеспечивая тем самым экологическое равновесие в глобальном масштабе. Предельно допустимые концентрации вредных веществ для экосистем по аналогии с ПДК названы ЭДК. ЭДК — это экологически допустимые концентрации вредных веществ в окружающей среде, не нарушающие гомеостатические механизмы саморегуляции экосистем. На основе ЭДК можно рассчитывать экологически допустимые нагрузки — ЭДН, не превышающие экологической емкости экосистем.

Расчеты ЭДК для пресноводных водоемов основаны на использовании показателя, интегрально отражающего экологическое состояние водной системы на надорганизменном уровне.

Интегральный критерий, предлагаемый авторами, базируется на фундаментальной характеристике любых экосистем: соотношении скоростей автотрофных и гетеротрофных процессов, то есть продукции и деструкции органических веществ.

Соотношение скоростей продукции и деструкции органических веществ отражает состояние биотического баланса в экосистемах и может служить интегральным функциональным показателем их экологического состояния.

В водных объектах баланс продукционно-деструкционных процессов может быть отрицательным (дистрофные и ультраолиготрофные водоемы), нулевым (олиготрофные водоемы) и положительным (мезотрофные и эвтрофные водоемы). Если скорости гетеротрофных процессов значительно опережают скорости автотрофных, концентрация СО2 в окружающей среде возрастает, а концентрация О2 падает. В связи с этим соотношение концентраций углекислого газа и кислорода может характеризовать соотношение скоростей продукции и деструкции. В водных объектах это соотношение может быть выражено количественной зависимостью между рН и концентрацией растворенного О2, что вытекает из уравнения фотосинтеза:

где Vпрод и Vдест — скорости продукции и деструкции соответственно. В соответствии с законом действующих масс Гульдберга и Вааге

следовательно,

где К' и К" — константы скорости продукции и деструкции соответственно.

Как известно из химической кинетики, величина константы скорости химической реакции численно равна скорости этой реакции при концентрациях реагирующих веществ, равных единице. В этом случае, принимая [Н2 О] = 1 и [СН2 О] = 1, получим следующее соотношение

В водоемах концентрация диоксида углерода [СО2] связана с концентрацией ионов водорода [Н+], то есть зависит от рН воды в соответствии с углекислотным равновесием:

При увеличении концентрации СО2 концентрация ионов водорода увеличивается, а рН снижается, и наоборот. Значит, в водоемах соотношение скоростей продукции и деструкции можно выразить следующей зависимостью

По мнению авторов рассматриваемой концепции, использование зависимости между рН и концентрацией растворенного кислорода весьма удобно, так как и рН и содержание растворенного кислорода измеряются при исследовании водных объектов уже более 100 лет. Измерение этих величин доступно, достаточно точно, легко автоматизируется.

Авторы разработали интегральный показатель, характеризующий сбалансированность продукционно-деструкционных процессов в водоемах, основанный на измерениях рН и [О2], и установили его численные значения для различных экологических состояний пресноводных водоемов. Таким показателем является величина рН, приведенная к нормальному 100%-ному насыщению воды кислородом — рН100%. Этот показатель рассчитывается по следующей формуле

где рН — измеренные значения рН за время t; [O2] — концентрации О2 (в %), измеренные синхронно с рН за то же время t; α — эмпирический коэффициент зависимости рН от [О2]; n — число измерений за время t.

Рассмотренный показатель позволяет оценивать как основные, так и промежуточные состояния биотического баланса и прослеживать тенденции его изменения за многолетний период. При этом для каждого водоема выбирается свой допустимый диапазон колебаний интегрального показателя в пределах его гомеостатического плато. При значении показателя рН100% меньше нижнего предела (это может быть реализовано при загрязнении токсичными веществами) и больше верхнего (при поступлении в водный объект биогенных веществ) нарушение биотического баланса может стать необратимым, и экосистема будет деградировать. Значения интегрального показателя для различных состояний биотического баланса в пресноводных водоемах приведены в табл. 53.

Таблица 53

Значения интегрального показателя рН100% в пресноводных