В условиях широкого применения синтетических химических соединений (известно около 100 млн таких соединений, из которых около 120 тыс. находится в постоянном использовании, а примерно 11 тыс. производится в количествах свыше 500 кг/год) одной из главных задач является поиск методов, позволяющих предсказывать возможные последствия и оценивать потенциальный риск применения химикатов. Получение такой оценки – важная предпосылка управления риском.
Согласно одному из определений риск – это вероятность реализации опасности, или ожидаемая величина ущерба, связанного с каким-либо действием. Из этого определения следует, что риск существует только в нашем воображении в качестве проекции того, что может случиться. Следовательно, он не может быть измерен с помощью инструментальных методов.
Качественно экологический риск, связанный с использованием химикатов, характеризуется через природу неблагоприятных последствий, а количественно – через вероятность их возникновения. Следовательно, он может быть также представлен и оценен как произведения
РИСК = ЭКСПОЗИЦИЯ х ТОКСИЧНОСТЬ
или
РИСК = ЭКСПОЗИЦИЯ х ЭФФЕКТ.
Под экспозицией понимают количество химиката, приходящегося на одну мишень (организм, орган, ткань и т.п.), а под токсичностью - потенциальную опасность химиката, его способность причинить вред. Под эффектом в данном случае понимают вызванный отрицательными последствиями использования химикатов экологический ущерб. Он, как и ущерб экономический, может иметь денежное выражение.
Следует отметить, что в современных условиях полностью исключить экологический риск, обусловленный использованием химикатов, невозможно.
Отсюда вытекает необходимость определения уровней "нормального" (приемлемого), повышенного и неприемлемого риска. Количественная оценка экологического риска для конкретных экосистем в целом далеко не всегда возможна, поскольку часто бывает неясна связь между неблагоприятными факторами и вызываемыми ими экологическими последствиями. Однако лучше располагать качественными заключениями, хотя и отягощенными неопределенностями, чем игнорировать их из-за трудностей понимания и оценки.
Оценка экологического риска, приемлемости неблагоприятных воздействий должна осуществляться специально подготовленными экспертами и менеджерами риска. Оценка риска и управление риском – два различных вида деятельности. Первый включает оценку вероятности неблагоприятных эффектов, а второй состоит в выборе образа действия по отношению к идентифицированному риску. Следовательно, оценка экологического риска является только частью процесса принятия решений, касающихся охраны окружающей среды и экологической безопасности. Менеджер риска при принятии решений во многом руководствуется также и правовыми, социальными, политическими и экономическими соображениями.
Принятие решения о допустимости использования того или иного химиката, необходимости ограничения или полного запрещения его производства (т.е. определение приемлемого уровня риска), разработка контрольных мероприятий и подготовка соответствующей нормативной документации – все это входит в сферу управления риском.
Информация, касающаяся экологического риска, должна быть организована так, чтобы она могла быть применена для принятия решений относительно окружающей человека и природной среды. Полученные данные могут использоваться для поддержки различных типов управленческой деятельности, например для определения мест захоронения опасных промышленных химикатов, для установления нормативов использования пестицидов, при охране экосистем, на которые воздействуют множественные химические и нехимические факторы.
Ниже приведена полная схема оценки риска, используемая на практике в Агентстве по охране окружающей среды США (ЕРА ЦВА). Согласно этой схеме процесс оценки состоит из трех стадий: постановка задачи, анализ и характеристика риска. Им предшествует планирование, осуществляемое экспертами по оценке риска и менеджером риска с участием заинтересованных сторон. При этом достигаются соглашения относительно целей управления риском и определяются ресурсы для проведения работ. На первой стадии (постановка задачи) формулируются цель оценки, задачи и определяется схема последующего анализа и характеристики риска. На этом этапе производится обобщение всей доступной информации, касающейся конкретной экосистемы (или ландшафта), источников загрязнений и их природы. Процедура включает получение ответов на ряд ключевых вопросов. В результате вырабатываются два продукта: конечные точки оценки и концептуальные модели.
В качестве конечных точек оценки выступают измеримые характеристики экосистемы, адекватно представляющие цели управления. Ими могут быть определенные организмы (или их специфические характеристики), популяции, семейства, ландшафты. Например, если целью управления является обеспечение самоподдержания жизнеспособной популяции лосося, то конечной точкой оценки может быть выживаемость молоди этой промысловой рыбы.
При выборе конечных точек оценки руководствуются приведенными ниже тремя главными критериями.
Экологическая значимость, т. е. способность отражать важные характеристики экосистемы. Последствия изменений в этих конечных точках должны быть количественно определимыми. Например, это может быть изменение структуры семейства из-за утраты основного вида, изменение численности особей, необходимой для поддержания популяции, и т. д.
Чувствительность к известным (или потенциальным) стрессорам. На чувствительность по отношению к химическим стрессорам сильное влияние оказывают индивидуальная физиология и пути метаболизма, а также характеристики жизненного цикла особей определенного вида и сообществ. Критерии чувствительности могут включать смертность, отрицательные репродуктивные эффекты, изменение поведенческих реакций или смену естественной среды обитания.
Актуальность для целей управления. Выбранные конечные точки оценки должны признаваться ценными общественностью и менеджерами риска.
Первые два критерия являются необходимыми и достаточными с точки зрения научно обоснованного отбора конечных точек оценки. Однако их использование для управления экологическим риском будет более эффективным, если они отражают и социальные ценности. Следует отметить, что при оценке риска для сложных экосистем лучше использовать набор конечных точек, поскольку одна-единственная конечная точка оценки может не отражать всей сложности их функционирования.
Концептуальная модель, являющаяся вторым продуктом, вырабатываемым при постановке задачи, — это письменное описание предполагаемых связей между экологическими единицами и воздействующими на них стрессорами. Концептуальные модели отображают множество связей: экосистемные процессы и сценарии воздействия стрессора, пути воздействия, возникновение экологических последствий. Они разрабатываются на основе информации о стрессорах, потенциальном воздействии и прогнозируемых последствиях для конечной точки оценки. Сложность таких моделей зависит от числа стрессоров, количества учитываемых конечных точек оценки, характера эффектов и характеристик экосистем. Разработка концептуальных моделей помогает выяснить, что известно и какой информации недостает для проведения оценки. По мере накопления данных модели могут изменяться.
Концептуальные модели состоят из гипотез экологического риска, описывающих предсказываемые связи между стрессором, воздействием и ответом конечной точки оценки. Приведем пример такой гипотезы.
Липофильные химические соединения, характеризующиеся высокими значениями коэффициента распределения в системе н-октанол -вода (Коω), имеют тенденцию к биоаккумулированию и экологической магнификации. Вещество А имеет Коω = 10 и по строению молекулы близко к известному экотоксиканту В.
Гипотеза: основываясь на величине Коω соединения А и на типе действия экотоксиканта В, а также принимая во внимание трофические цепи в рассматриваемой водной экосистеме, можно предположить, что при сбросе определенных количеств соединения А через 4-5 лет оно будет накоплено в промысловой хищной рыбе в количестве достаточном, чтобы сделать ее непригодной к употреблению в пищу.
Связи в гипотезах риска полезно бывает представлять в виде диаграмм (блок-схем).
Конечный этап постановки задачи – подготовка плана анализа. Он включает описание проекта оценки экологического риска, необходимых данных, критериев и методов проведения оценки.
На второй стадии описываемой процедуры осуществляется анализ экологического риска (см. схему 1). Он включает исследование экспозиции (воздействия) стрессора и возникающих в результате этого эффектов, их связи между собой и с другими характеристиками экосистем. Первоочередной задачей в период анализа является оценка производимых исследований и измерений с точки зрения пригодности их для поддержания конечной цели - оценки экологического риска.
Данные для анализа могут быть получены в результате как лабораторных, так и полевых исследований. Во время полевых исследований измерения производятся в неконтролируемых ситуациях, поэтому варьирование результатов может быть значительным и это влечет за собой трудности при обнаружении различий. При обработке результатов желательно использование статистических методов (корреляционный, кластерный и факторный анализы) для описания связей между нарушениями, вызываемыми стрессорами, и экологическими последствиями. Натурные съемки часто представляются как исследования состояния и трендов. Полевые исследования наиболее важны для оценки влияния множественных стрессоров, а также при обследовании территорий, на которых проявляются специфические факторы.
Поскольку в лабораторных экспериментах можно строго контролировать условия, ответы обычно варьируют в более узких границах, что упрощает обнаружение малых различий. Однако такое регулирование, как правило, ограничивает амплитуду ответных реакций (например, животные не могут искать альтернативные источники пищи). Поэтому они не могут отражать в полной мере ответные реакции в окружающей среде.
На стадии анализа осуществляется характеристика экспозиции и возникающих при этом экологических эффектов. Их целью является описание экспозиции в терминах интенсивности, пространства и времени. Полная картина того, как, когда и где происходит экспозиция, вырисовывается в результате оценки источников и выбросов, распространения стрессора в окружающей среде и типа взаимодействия. Достижение поставленной цели требует получения ответов на ряд вопросов.
При описании источника эти вопросы формулируются следующим образом:
– откуда поступает стрессор?
– какой объект окружающей среды подвергается воздействию в первую очередь?
– имеются ли другие источники того же самого стрессора?
– является ли источник все еще активным?
– оставляет ли источник отличительный след, который может быть замечен в окружающей среде, организмах или их сообществах?
Оценка распространения стрессора включает ответы на вопросы:
– какие пути переноса являются важными?
– какие характеристики стрессора влияют на перенос?
– какие характеристики экосистемы влияют на него?
– какие вторичные стрессоры будут образовываться и как они будут переноситься?
Стрессоры могут переноситься с воздушными потоками, в поверхностных водах, через почвенный покров, с грунтовыми водами и через пищевые цепочки.
Важнейшей стадией анализа является описание взаимодействия стрессоров с мишенями. Для экотоксикантов такое взаимодействие описывается количественно через массу химиката, поглощенного с пищей и водой, при дыхании и через наружные покровы. Некоторые экотоксиканты проявляют свое действие только будучи поглощенными и доставленными к определенным органам-мишеням (например, печени).
Экспозиция химикатом должна быть описана в терминах интенсивности (количество химиката, вступившего в контакт с мишенью за единицу времени), времени (продолжительность, частота воздействия) и пространства (например, через площадь загрязненной территории).
Для характеристики экологических последствий воздействия стрессора описывают вызываемые им эффекты. Ключевую роль при этом играет анализ зависимости стрессор - ответ. В простых случаях принимается одна переменная ответной реакции, например смертность. Зависимость стрессор - ответ не обязательно линейна. Она может иметь порог, быть сигмоидальной или параболической. Важно также выявить причинно-следственную связь между стрессором и эффектом. Доказательством ее наличия может служить усиление эффекта с уменьшением расстояния от источника выбросов.
Конечный продукт (описание, протокол) анализа должен давать ответы на следующие вопросы:
– какие экологические единицы подвергаются воздействию?
– какова природа эффектов?
– какова интенсивность эффектов?
– сколько времени необходимо для восстановления?
– какие причинные связи объединяют стрессор с любым из наблюдаемых эффектов?
– как изменение критериев эффектов отражается на изменениях конечных точек оценки?
– какова неопределенность, связанная с анализом?
Третий блок (характеристика риска), является завершающим этапом оценки. Результаты анализа используются для описания оцененного риска с точки зрения значимости выявленных неблагоприятных эффектов для конечных точек. Представленные в характеристике заключения должны содержать ясную информацию для менеджера риска и быть полезными с точки зрения принятия решений относительно окружающей среды. После того как оценены ожидаемые изменения конечных точек, осуществляется интерпретация результатов и делаются выводы о том, следует ли рассматривать эти изменения как благоприятные. Неблагоприятными экологическими эффектами считают нежелательные изменения, искажающие ценные структурные или функциональные характеристики экологических единиц. Определение степени неблагополучия часто является трудной задачей, требующей высокого профессионализма экспертов, производящих оценку риска.