В КАКОМ ВИДЕ МОЖНО ПРЕДСТАВЛЯТЬ РЕЗУЛЬТАТЫ ДЛЯ ОЦЕНКИ ДЕЙСТВИЯ ЗАГРЯЗНИТЕЛЕЙ?

Приняв принцип ГОСТ при решении сформулированной задачи, можно соответствию установленным нормам качества приписать оцен5 ку «1», не соответствию – «0». Тогда наличие хотя бы одного «0» в наборе оценок качества свидетельствует о плохом состоянии систе5 мы. Дискретность оценок «0», «1», вероятно, оправдана в установле5 нии качества промышленных продуктов. Однако, такой подход вряд ли плодотворен уже по той причине, что оценка качества должна быть функцией цели («хорошо» или «плохо» по отношению к цели). Так, например, вода, пригодная для полива теплиц, может быть оди5 наково хороша, независимо от того, пригодна она для питья или нет.

Применительно к экосистемам гораздо перспективнее вместо дис5 кретных оценок качества «0–1» использовать непрерывную шкалу

оценок от «0» до «1». Тогда зависимая переменная di оказывается оценкой желательности какого5либо качества по исходному условию

 

 

0 di 1,

если x — независимая переменная, оценивающая какое5либо кон5 кретное свойство (рис. 1). Особенности зависимости di = f (x) могут быть заданы «здравым смыслом», который решительно отвергает принятие линейности, так как область перехода желательности вблизи нормы предопределяет и существование области более крутого пе5 рехода функции.

Харрингтон ввел в непрерывную шкалу нелинейность формулой

(2)

где zi – кодированная переменная, которую можно легко связать линейной зависимостью с любыми реальными переменными xi.

Общий вид функции (2), напоминающий логистическую кривую, изображен на рис. 2. Следует учесть, что желательность, равная

0,993 (т. е. весьма близкая к единице), соответствует значению z =

5, d = 0,98 при z = 4; d = 0,80 при z = 1,5; d = 0,68 при z = 1,0; d =

0,37 при z = 0 и, наконец, d = 0 при z = –2.

Для отыскания связи z с реальными независимыми переменными достаточно пределы нормальной изменчивости последних совмес5 тить с масштабом изменения z от –2 до 5.

Подробное обоснование подхода, использующего шкалу жела5 тельности Харрингтона для оценки качества биологических систем, дано в работе В. Н. Максимова [5].

Вместе с тем функция Харрингтона, задающая нелинейность, недостаточно хороша для оценки состояния природных систем по причине фактического признания характера связи между di и x,

 

которую можно определить словами «больше xi лучше di».

В действительности в биологии вообще и в экологии в частности

вид функции должен быть унимодальным, т. е. кривая зависимости должна иметь один максимум соответственно оптимуму желательно5 сти. Это означает, что «недостаточность» x, так же, как и «избыточ5 ность», менее желательна, чем область его значений вблизи оптимума.

Поскольку самый вид унимодальных кривых может быть весьма разнообразен (симметричный, с лево5 и правосторонней асимметри5 ей), то, по5видимому, не имеет смысла пытаться задать его какой5 либо определенной формулой. Если в качестве опорного исходного положения (вместо «больше – лучше») принять утверждение «чаще – лучше», то «лицо» экосистем по выбранным параметрам контроля задается функцией распределения ее показателей.

Теоретически эти функции распределения каким5то образом дол5 жны быть связаны с понятием статистической нормы. Этот вопрос

 

Рис. 2. Вид функции

совершенно не изучен, так как понятие статистической нормы поко5 ится на постулате и воспринимается лишь интуитивно. Тем не ме5 нее, независимо от характера распределения максимуму может всегда быть приписана желательность, равная «1», и в этом случае основ5 ная трудность сводится к принятию решения, как и по какому пра5 вилу следует расставить нули слева и справа от «1».

Если пределы нормальной изменчивости переменной нам хоро5

шо известны, то открывается возможность совместить с любым «край5 ним» нормальным значением каждого показателя желательность, равную 0,63, что соответствует на шкале Харрингтона нижнему пределу понятия «хорошо».

Для отыскания «крайнего» значения можно использовать много

разнообразных путей, два из которых показаны ниже.

Первый путь принятия решения заимствован из медицинской прак5 тики и основан на методе процентилей [6]. Любые значения отклика, находящиеся в границах от 0,25 до 0,75 процентиля, следует считать нормальными, и тогда сопоставления конкретных значений этих про5 центилей для каждого отклика с указанным значением желательнос5 ти дадут своего рода калибровочную прямую для перехода от любого реального показателя к значению его желательности (рис. 3).

Второй путь принятия решения основан на знании закона рас5

 

 

пределения показателей отклика в неповрежденной системе и допу5 щении, что мы способны корректно определить оценку средней (a) и оценку уклонения от средней ( ). Тогда принятие гипотезы нор5 мальности (в случае необходимости для «нормализации» следует произвести логарифмирование результатов) позволяет выделить область значений «норма», расположенных в границах от (a – ) до (a + ), соответствующих оценке «хорошо» и охватывающих примерно 2/3 значений оценок отклика (рис. 4).

Область значений переменных, заданных условием a ± 2 , будет включать также и «плохие» оценки, свидетельствующие о тревож5 ном положении дел в экосистеме (см. рис.3).

Рис. 3. Переход от процентилей к величинам желательности в общем случае

Рис. 4. Переход от процентилей к величинам желательности для признака, распределенного по нормальному закону

Однако, чтобы вынести суждение о «плохом» или «хорошем» состоянии экосистемы в целом, следует обратиться к обобщенному показателю желательности, который можно рассчитать как

(3)

где di есть найденное одним из вышеназванных способов кодиро5 ванное значение частных желательностей.

В заключение шкалу, заданную условием

 

 

0 D 1

следует прокалибровать с помощью здравого смысла относитель5 но благополучия экосистемы, оцениваемого ее состоянием. В память подкупающей простоты так называемой балльной системы оценок в средней школе предлагается за такую основу принять следующее:

D

1,0 – 0,8

0,8 – 0,6

0,6 – 0,4

0,4 – 0,2

0,2 – 0

Состояние

Баллы

отличное

5

хорошее

4

посредствен5 ное

3

плохое

2

очень плохое

1

При существующем произволе оценки нормы, установления «край5 них» границ «хорошего» и т. п. – вряд ли целесообразно добиваться улучшения предлагаемой системы биологического мониторинга. Ее можно принять или отбросить на основании (опять5таки!) вполне субъективного мнения о том, чем оно хуже или лучше других сис5 тем биомониторинга. Возможно, оправданной была бы попытка ин5 теркалибровать различные системы или, наоборот, позволить им существовать параллельно и независимо одна от другой, если

единственным критерием их бытия признать их логическую обосно5 ванность и завершенность построения конструкции.

Вряд ли можно будет выработать какую5либо одну систему, кото5 рая будет лучше всех прочих, и которой поэтому будут отдавать пред5 почтение при анализе состояния экосистемы. В зависимости от целей, которые ставит человек, особенностей условий и экосистем, способы оценки, вероятно, будут разными в каждом случае. Но число прин5 ципов, положенных в основу способов оценки, не может быть боль5 шим. Из общих соображений кажется, что все они в большей или меньшей степени будут касаться особенностей функционально5про5 странственной структуры экосистем или их живой компоненты. Це5 лостность таких образований, как экосистема, не может не покоиться на особенностях их организации. Скорее сами способы оценки будут слегка варьировать в зависимости от типа экосистем, их зрелости и

«запаса прочности» (устойчивости) при эксплуатации их человеком. Что же касается токсикологических экспертиз оценки качества воды, то, несмотря на их подкупающий примитивизм и дешевизну, их роль в принятии экономически обоснованных решений не может быть оп5 ределяющей. Токсикология, «оводненная» гидробиологической нау5 кой, неизбежно должна со временем «обмелеть» и вернуться в исходное положение санитарно5гигиенического раздела медицины.

Литература:

Адлер Ю. П.,Маркова Е. В., Грановский Ю. В. Планирование экспери5 мента при поиске оптимальных условий. М., Наука, 1976.

Винберг Г. Г., Алимов А. Ф., Балушкина Е. В., Николина В. Н., Фино! генова Н. П., Цалолихин С. Я. Опыт применения разных систем биологи5 ческой индикации загрязнения вод // Научные основы контроля качества поверхностных вод по гидробиологическим показателям. Труды советско5 английского семинара. Л.. Гидрометеоиздат, 1977. С. 124–131.

Максимов В. Н., Федоров В. Д. Применение методов математического планирования эксперимента при отыскании оптимальных условий культи5 вирования микроорганизмов. М., МГУ, 1969.

Максимов В. Н., Федоров В. Д. Математическое планирование биоло5 гических экспериментов // Математические методы в биологии, 1968. М., ВИНИТИ, 1969. Сер. Итоги науки. С. 5–37.

Максимов В. Н. Специфические проблемы изучения комбинированного действия загрязнителей на биологические системы // Гидробиологический журнал, 1977. 13. Вып. 4.

Сепетлиев Д. Статистические методы в научных медицинских исследо5 ваниях. М., Медицина, 1968.

Федоров В. Д. К стратегии биологического мониторинга // Биологи5 ческие науки, 1974. № 10. С. 7–17.

Федоров В. Д. Биологический мониторинг: обоснование и опыт органи5 зации // Гидробиологический журнал, 1975. 11. № 5. С. 5–11.

Федоров В. Д. Проблема оценки нормы и патологии состояния экосис5 тем // Научные основы контроля качества поверхностных вод по гидроби5 ологическим показателям. Л., Гидрометеоиздат, 1977. С. 6–12.

Woodiwiss F. S. The biological system of stream classification used by the

Trent River Board // Chem. and Ind., 1964. 7. P. 1–12.

В сб. Самоочищение и биоиндикация загрязненных вод, 1980.

1. «Интересы экосистемы» – это, конечно, чистой воды антропо! морфизм. Такому любителю российской поэзии, как В. Д. Федоров, на! верняка хорошо известно, что отсутствие каких бы то ни было интересов у «равнодушной природы» было отмечено еще 26 декабря

1829 г. А. С. Пушкиным. (См. «Сочинения», 8!е изд., т.2, стр.252).

Может показаться, что с концепцией ПДК разделались раз и навсегда, но не тут! то было! Еще через 15 лет такие авторитеты, как В. А. Аба! кумов и Л. М. Сущеня, еще раз подвергли эту концепцию столь же убийст! венной критике, используя практически те же аргументы, да еще на анг! лийском языке (V. A. Abakumov, L. M. Sushenya, Hydrobiological monitoring of the state of freshwater ecosystem and ways to its improvement.// Ecological Modifications and Criteria for Ecological Standardization. St. Petersburg, Gidrometeoisdat, 1992, p.33). Ну и что? Может быть, если бы эта ста! тья была написана по! русски, те, «кому ведать надлежит», и восприня! ли бы эту критику!

Впрочем, я со своей стороны могу привести абсолютно ненаучный, но вполне прагматический довод в защиту ПДК. Эти «предельно допу! стимые» значения концентраций для очень многих ядовитых веществ, установленные по всем современным правилам водной токсикологии, в действительности намного ниже (иногда раз в 100), чем такое их со! держание в воде водоемов, при котором можно обнаружить какие! либо нежелательные изменения в структуре водных сообществ.

2.Иными словами, на основе ПДК устанавливаются гораздо более жесткие нормативы сброса сточных вод в реки и озера, чем это необхо! димо из экологических соображений. Может быть в настоящее время, в период «дикого капитализма» это не так уж плохо?

3.См., однако, комментарий к статье «Проблема предельно допус тимых воздействий антропогенного фактора с позиций эколога».

Материал взят из: Изменения в природных биологических системах — В. Д. Федоров