Тема: Оценка воздействия на мелководную арктическую экосистему на основе имитационного моделирования и лабораторного эксперимента

В последнее время научное сообщество все больше уделяет внимания динамике и функционированию морских экосистем полярных регионов, где они являются наименее изученными и наиболее уязвимыми. Это происходит на фоне глобального потепления и постоянно увеличивающейся антропогенной нагрузки. Действительно, в настоящее время освоение прибрежной зоны по всему миру отличается невероятными темпами: происходит разрастание городов на берегу морей, идет интенсивное развитие судоходства, появляется все больше рекреационных зон, куда массово стекаются туристы, увеличиваются объемы вылова биоресурсов, разрабатываются новые месторождения нефти и газа, которыми богата шельфовая зона. Но вместе с этим, происходят существенные изменения в морских экосистемах (в частности, в прибрежных), и в будущем это может выразиться в негативных системных эффектах и вызвать необратимые последствия. Кроме этого, всё более усиливается интерес к функционированию арктических экосистем в связи с исследованиями по влиянию глобального потепления на окружающую среду северных регионов.
Актуальность темы и решаемой научной проблемы обусловлена также важностью выявленного еще в конце XIX века роста приземной температуры воздуха в Арктике примерно в два раза быстрее, чем в среднем по Земному шару. Это явление известно, как Арктическое усиление (АУ). Подобное ускорение глобальных температурных изменений присуще также и Антарктике, однако там в нынешних условиях оно проявляется сравнительно слабо. АУ является результатом одновременного проявления климатических обратных связей, обусловленных взаимодействием атмосферы, суши, океана и морского льда, а также меридиональным обменом энергией (обменом теплом и влагой) между низкими и высокими широтами. Прямое следствие современного АУ - быстрое сокращение площади морского льда в Арктике, что открывает новые экономические возможности, связанные с интенсификацией навигации по Северному морскому пути и добычей полезных ископаемых на арктическом шельфе. Несмотря на значительные успехи в понимании механизмов АУ, достигнутые в последнее десятилетие, сочетание этих механизмов с изменениями экологических факторов, определяющих скорости массообмена в водных экосистемах и трансформацию экологических функций изучено слабо и остается во многом неопределённым.
Актуальность исследования подтверждается также необходимостью совершенствования системы диагностического и прогностического мониторинга водных объектов для получения количественных показателей, характеризующих специфику, 3
степень и масштаб воздействия, и ответную реакцию природных экосистем на оказанные воздействия. Это позволит оценить допустимость оказанных воздействий и сделать вывод о том, способна ли водная экосистема сохранить свои свойства и параметры режимов после воздействия на нее или она перейдет в другой класс (состояния, качества, благополучия и др.), окажется трансформированной и уязвимой к воздействию.
Объектом исследования в работе служит Кольский залив Баренцева моря.
Предметами исследования являются: оценка токсического воздействия на гидробионты и водную экосистему Кольского залива, системные эффекты и системные свойства арктических экосистем, ответная реакция гидробионтов и экосистемы на токсическое воздействие.
Цель работы - оценка допустимых воздействий на арктическую экосистему Кольского залива на основе лабораторных экспериментов и имитационного моделирования.
Обозначенная цель исследования может быть достигнута посредством последовательной постановки и решения следующих задач:
1. Обобщить методологические основы разработки экологических моделей и постановки лабораторных экспериментов;
2. Провести анализ имеющейся информации по состоянию и антропогенному воздействию на экосистему ключевого района, оценить изменения, происходящие в компонентах экосистемы в условиях интенсивного загрязнения;
3. Разработать подход по оценке воздействия на водную экосистему на основе токсикологического эксперимента и имитационного моделирования;
4. Оценить воздействие и ответную реакцию гидробионтов и экосистемы в целом на водную экосистему на основе разработанного подхода.
Основу работы составили материалы и литературные данные по изучению внешнего воздействия на водные экосистемы, их функционирование и происходящие изменения в условиях антропогенной нагрузки.
В методы исследования входят: аксиология и аксиометрия, аналитические методы, методы системного анализа, методы планирования и проведения токсикологических экспериментов, методы статистической обработки экспериментальных данных, методы оценки и анализа временных рядов, системного моделирования и прогнозирования.
...
Купить

Кольский залив выделяется в прибрежной акватории Баренцева моря как участок наиболее напряженного морского природопользования. Для региона и России в целом он является важнейшим стратегическим выходом в Мировой океан, доступным в течение года, не попадающим в сферу внешнего регулирования.
Очевидно, что при высокой степени развития морской деятельности в Кольском заливе и прилегающей части Баренцева моря резко обострены экологические проблемы, важнейшими из которых следует признать химическое и нефтяное загрязнение.
Исходя из этого, важнейшей задачей в области сохранения экологического состояния региона является совершенствование системы диагностического и прогностического мониторинга водных объектов для получения количественных показателей, характеризующих специфику, степень и масштаб воздействия, и ответную реакцию природных экосистем на оказанные воздействия. Из этого вытекают актуальность, цель и задачи исследования данной работы.
В результате выполнения работы получены следующие основные выводы:
1. Выполнено обобщение методологических основ постановки лабораторных токсикологических экспериментов и разработки моделей водных экосистем, учитывающих получение ответной реакции экосистемы на воздействие токсикантов; рассмотрены основные понятия и методы, применяемые в области оценки состояния, эмерджентных свойств (уязвимость) природных экосистем. Также автором проведен комплексный анализ информации по основным группам загрязнителей, их источникам, масштабам и специфики воздействия на водные организмы и экосистемы ключевого объекта исследования.
2. В связи с отсутствием стандартных утвержденных методических разработок для экспериментов с морскими гидробионтами, проблема совершенствования методик лабораторного биотестирования низших звеньев трофической цепи является актуальной задачей экотоксикологии. В работе автором предложена методическая основа подготовки и проведения токсикологического лабораторного эксперимента с веслоногими ракообразными. Рассмотрены этапы и результаты экспериментов.
3. Автором на базе ФГБУ «ААНИИ» самостоятельно спланирована, организована и реализована серия экспериментов по изучению токсического воздействия пестицидов на монокультуру бентосной копеподы Nitocra lacustris. Особенностью экспериментов является их продолжительность, сопоставимая с временем жизни нескольких поколений тест-объектов. Эти результаты в настоящее время представлены для обсуждения на XV МЕЖДУНАРОДНОЙ СТУДЕНЧЕСКОЙ НАУЧНОЙ КОНФЕРЕНЦИИ "СТУДЕНЧЕСКИЙ НАУЧНЫЙ ФОРУМ 2023" в г.Москва и размещены на сайте Форума.
По итогам Форума принята для опубликования в печати в 2023 г. статья «БИОМОНИТОРИНГ АРКТИЧЕСКОГО ЗООПЛАНКТОНА НА ОСНОВЕ
ТОКСИКОЛОГИЧЕСКОГО ЛАБОРАТОРНОГО ЭКСПЕРИМЕНТА» в журнале «European Journal of Natural History».
Эти эксперименты посвящены также оценке возможности использования Nitocra lacustris в качестве индикаторного вида при моделировании влияния пестицидов на арктический морской зоопланктон в реальных условиях его обитания. Работы по этому направлению в инициативном порядке продолжаются в настоящее время для получения дополнительных результатов и их опубликования.
4. В работе сделан вывод о том, что вопросы биоиндикации в морской среде в отечественной прикладной гидробиологии разработаны слабо и заслуживают более пристального внимания. Автором исследована ответная реакция копепод на воздействие дихлофоса, составные элементы которого принадлежат к группе перетроидов, широко использующихся в аквакультуре. Результаты выполненных токсикологических экспериментов могут быть напрямую использованы при оценке воздействия токсикантов на объекты холодноводной морской аквакультуры и окружающую среду.
В результате экспериментов автором выявлены критические летальные концентрации пестицида для копепод, а также выделена эффективная концентрация (ЕС), при которой организмы начинают реагировать на наличие токсиканта в воде: при концентрации 0.01 мг/л и выше все без исключения особи погибали, при этом, чем выше концентрация, тем процесс гибели наступал быстрее. При концентрации 0.005 мг/л было замечено некоторое влияние на копепод, однако колония продолжала активно развиваться - личинки достигали половозрелой стадии и могли сами производить потомство (эта концентрация отнесена нами к эффективной концентрации).
Следующими этапами работы будет выявление критических концентраций токсиканта, рекомендованных для получения токсичных, пороговых, максимально недействующих (подпороговых) концентраций токсикантов с дополнительным учетом рисков попадания загрязняющих веществ в водную среду.
...
Купить