Визначення рівня екологічної безпеки регіону методом токсико-енергетичного відгуку біотичних компонентів водних екосистем

Abstract

У дисертації представлено розв’язання актуальної науково-практичної задачі, що полягає в розробленні комплексного методу оцінювання рівня екологічної безпеки регіону на основі дослідження показників біотичних компонентів її водних екосистем як останньої ланки в навколишньому середовищі, на яку накладається вся сукупність трансформаційних процесів прямого та опосередкованого багатофакторного впливу. Водні екологічні системи визначено оптимальним інтегральним показником стану взаємовідносин людини і природи в конкретній соціоекологічній системі регіонального або локального рівня. В основу оцінювання та забезпечення екологічної безпеки регіону покладено кількісні показники стенобіотичних компонентів водних екосистем, теоретичні основи біосферних законів толерантності (оптимальності), ускладнення та розподілу енергії у ланцюгах живлення. На базі означених складових розроблено метод токсико-енергетичного відгуку, який оперує введеними поняттями «показника потенційної смертності» та «енергетичної ніші», спорідненої за певною ознакою групи організмів. Запропоновано методику їхнього визначення. Експериментально доведено шкідливий вплив стічних вод на стенобіонтні організми, зокрема родини Gammaridae. На основі польових та камеральних досліджень визначено токсикологічну та енергетичну функцію відгуку гідробіонтів річки на дію комплексу природних та антропогенних чинників. Встановлено закономірності реакції, які використано під час розрахунку індексу екологічної безпеки річки Південний Буг та інтегровано в чисельне значення рівня екологічної безпеки регіону. На прикладі Миколаївського регіону України проаналізовано причинно-наслідкові зв’язки між промисловим комплексом та природним середовищем, які визначають низьке поточне значення розробленого індексу екологічної безпеки. Встановлено, що визначальним чинником формування екологічної безпеки водної екосистеми і прилеглих соціоекологічних систем є рівень зарегулювання басейну. У середовищі програмування R та MS Excel визначено ступінь кореляційного зв’язку між водністю річки та її гідрохімічними показниками. З використанням методів статистичного аналізу доведено, що водність досліджуваної водної екосистеми зменшується. Розроблено дев’ятиступеневий алгоритм визначення рівня екологічної безпеки природних та соціоекологічних систем на основі використання методу токсико-енергетичного відгуку. Обґрунтовано планово-ситуативний алгоритм забезпечення екологічної безпеки. Визначено техногенний ризик для промисло-вого об’єкту в басейні річки (на прикладі Южно-Українського атомного енергокомплексу). Запропоновано методики визначення розміру екологічної шкоди для водної екосистеми в енергетичному еквіваленті. Обґрунтовано межі природокористування та визначено орієнтовні об’єми певних екосистемних послуг річки. Досліджено ефективність використання показника окисно-відновного потенціалу природних вод для оцінювання їхньої якості і стану екосистеми загалом. Результати аналізу міжнародного екологічного права довели, що забезпечення екологічної безпеки має зайняти пріоритетне місце в системі сталого розвитку соціоекосистем. В диссертации представлено решение актуальной научно-практической задачи, которая заключается в разработке комплексного метода оценки уровня экологической безопасности региона на основе исследования показателей биотических компонентов еѐ водных экосистем как последнего звена в окружающей среде, на которое накладывается вся совокупность трансформационных процессов прямого и посредственного многофакторного влияния. Водные экологические системы определены оптимальным интегральным показателем состояния взаимоотношений человека и природы в конкретной социоэко-логической системе регионального или локального уровня. Основу системы оценивания и обеспечения экологической безопасности региона составляют количественные показатели стенобионтных компонентов водных экосистем, теоретические основы биосферных законов толерантности Шелфорда, усложнения и распределения энергии в пищевых цепях. На базе этого, разработан метод токсико-энергетического отклика, который оперирует введенными понятиями «показателя потенциальной смертности» и «энергетической ниши», схожих по определенному признаку группы организмов. Экспериментально определены закономерности реакции стенобионтов на действие загрязняющего вещества, которые использованы при расчетах индекса экологической безопасности реки Южный Буг и интегрированы в численное значение уровня экологической безопасности региона. Установлено, что определяющим фактором формирования экологической безопасности водной экосистемы и примыкающих социоэкологических систем является уровень зарегулирования бассейна. Используя методы статистического анализа доказано, что водность исследуемой водной экосистемы уменьшается. Разработан девятиступенчатый алгоритм определения уровня экологической безопасности природных и социоэкологических систем. Обоснован планово-ситуативный алгоритм обеспечения экологической безопасности. Рассчитано значение техногенного риска для промышленного объекта в бассейне реки (на примере Южно-Украинского атомного энергокомплекса). Предложены методики определения размера экологического вреда для водной экосистемы в энергетичес-ком эквиваленте. Обоснованы границы природопользования и рассчитан объем некоторых экосистемных услуг реки. Исследована эффективность использования показателя окислительно-восстановительного потенциала природных вод для оценивания уровня их качества и состояния экологической системы в целом. The dissertation presents the solution of the actual scientific and practical task, which consists in developing a comprehensive method for assessing the level of ecological safety in the region. It is based on the study of indicators of local water ecosystems biotic components, as the last link in the environment, which is imposed on the entire set of transformational processes of direct and indirect multifactorial influence. Aquatic ecological systems are considered the most objective integral indicator of the relationship between man and nature in a specific socioecological system of the regional or local level. Quantitative indicators of the stenobiotic components of aquatic ecosystems, the theoretical foundations of the Biosphere Laws such as tolerance of Shelford’s, the complexity and energy distribution in food chains are determined as the basis of assessment and provision system of the region ecological safety. Using the mentioned constituents, a method of toxic-energy response is developed, which operates with the concepts of «indicator of potential mortality» and «energy niche» related to a certain feature of a group of organisms. The methodology of their determination is also developed. The harmfulness of the sewage factor on the stenobionous organisms, in particular the Gammaridae family, has been experimentally proved. Based on field and cell research, the toxicological and energy response functions of river hydrobionts to the complex of natural and anthropogenic factors action was determined. The established regularities of the reaction are used in calculating the ecological safety index for the Southern Bug River. On the example of the Mykolaiv region of Ukraine, the causal relationships between the industrial complex of man and the natural environment, which determine the low current value of the proposed index, are analyzed. It was established that the determining factor for the formation of ecological safety of the water ecosystem and the surrounding socioecological systems is the level of damming in the basin. In the R environment and MS Excel, the degree of correlation between river water flow and its hydrochemical parameters is determined. Using the methods of statistical analysis, it has been proved that the water content of the investigated aquatic ecosystem is reduced. A nine-step algorithm for determining the level of ecological safety of natural and socioecological systems, using the method of toxic-energy response, was developed. The plan-situational algorithm for ensuring environmental safety was substantiated. The man-made risk for an industrial object in the river basin (for the South-Ukrainian Nuclear Energy Complex) was determined. The methodologies of calculating the size of ecological damage for water ecosystems in the energy equivalent are proposed. The limits of nature use are grounded and the estimated volumes of ecosystem services of the river are determined. The efficiency of using the index of oxidation-reduction potential of natural waters for the estimation of their quality level and the state of the ecological system in general was investigated. The results of the analysis of international environmental law prove that the providing of ecological safety should take a priority place in the system of socioecosystems sustainable development.