Необходимость применения биологических методов для анализа загрязнений окружающей среды

Лекция 4. Применение биологических методов при анализе загрязнений окружающей среды.

Учебные вопросы:

1. Необходимость применения биологических методов для анализа загрязнений окружающей среды.

2. Методы биотестирования, применяемые в производственном экологическом мониторинге.

Литература по учебной дисциплине:

1. Федеральный закон № 7 – ФЗ от 10.01.2002г. Об охране окружающей

среды.

2. Саксонов М.Н., Абалаков А.Д. и др. Экологический мониторинг нефтегазовой отрасли. Физико – химические и биологические методы. Учебное пособие – Иркутск: Ирк. Университет, 2005 – 114с.

3. Рубанова Н.А. Охрана окружающей среды при бурении скважин. Учебное пособие. Ухта: Ухт.инд.инст-т, 1997 – 52с.

Необходимость применения биологических методов для анализа загрязнений окружающей среды

Длительное время основной уклон для оценок и прогнозов загрязнения вод делался на один критерий – предельно-допустимую концентрацию (ПДК), которая определена лишь для очень ограниченного круга соединений и, кроме того, ПДК устанавливают только для отдельных веществ, тогда как в реалиях всегда имеется комплекс загрязняющих веществ. Действие всех компонентов на живые системы не представляет собой простой суммы – эти компоненты взаимодействуют между собой и с веществами уже присутствующими в водной среде на момент загрязнения, образуя продукты с более высокой токсичностью, или, наоборот, нейтрализуя друг друга.

В настоящее время в наиболее оснащенных лабораториях ведущих государств мира методами аналитической химии может быть определено 5 – 25% всех органических веществ, попадающих в водоемы со сточными водами.

В Российской Федерации наиболее технически оснащенные лаборатории, осуществляющие государственный экоаналитический контроль вод, могут определять около 100 гидрохимических компонентов (т.е. имеют методики, средства измерений для их определения и т.д.), однако при контроле гидрохимического качества водоемов определяется, как правило, не более 25 показателей загрязнения из-за высокой стоимости анализов, плохой обеспеченности кадрами и т.д.

Сложность аналитического контроля заключается не только в том, что трудно определять и охватить контролем основную долю присутствующих в исследуемой среде загрязняющих веществ, но также в том, что необходимо идентифицировать вещества в чрезвычайно малых концентрациях, так как ПДК основной массы веществ составляют 10^-2 – 10^-3мг/дм³.

Переход к более надежному экологическому контролю качества окружающей среды в России возможен только при условии расширения перечня измеряемых обобщенных и групповых показателей загрязнения и обязательного использования методов биотестирования.

В развитых странах при контроле качества вод при исследовании каждой пробы обязательно, кроме гидрохимических определений, предусматривается осуществление токсикологического контроля. Показатель «токсичность» как норматив при контроле сточных вод и выдаче разрешений на их сброс в природные водоемы применяется в таких странах, как Дания, Франция, Германия, Ирландия, Нидерланды, Великобритания, Норвегия, Бельгия, Швеция, Швейцария, Канада, США, Австралия, Бразилия, Япония.

В отдельных территориальных лабораториях Госкомэкологии РФ уже имеется более чем пятнадцати- летняя практика биотестирования природных и сточных вод.

Формулировка биотестирования, данная А.А. Зениным и Н.В. Белоусовым гласит: «Биотестирование один из приемов определения степени токсического действия физических, химических и биологических неблагоприятных факторов среды, потенциально опасных для живых организмов экосистем, в контролируемых экспериментальных лабораторных или натурных условиях путем регистрации изменений биологически значимых показателей исследуемых водных объектов с последующей оценкой их состояния в соответствии с выбранным критерием токсичности».

Биотестирование позволяет оценить биологическую полноценность исследуемой воды, ее пригодность для жизни гидробионтов, обеспечивающих процессы самоочищения в водоеме и биологическое окисление при очистке сточных вод.

Химические методы дают информацию об интенсивности воздействия на водную экосистему.

Методы биоиндикации, представляют собой традиционные гидробиологические способы, позволяют получить данные, характеризующие отклик водных биоценозов на антропогенное воздействие.Большинство гидробиологических показателей обладает известной «консервативностью» и не позволяет выявить возможные адаптационно- приспособительные изменения в сообществах, отличить межгодовые циклические колебания от влияния антропогенного фактора.

Методы биотестирования, в отличие от биоиндикации, представляют собой характеристику степени воздействия на водные биоценозы. С помощью этих методов можно получить данные о токсичности конкретной пробы воды, загрязненной химическими веществами — антропогенными или природного происхождения.

На основе изучения особенностей реагирования гидробионтов различных экологических и систематических групп на воздействие токсических компонентов промышленных, городских исельскохозяйственных сточных вод (фенолов, амино-, нитросо- единений, тяжелых металлов, нефтепродуктов, СПАВ и др.) в России разработано более 40 методов биотестирования и их модификаций, с использованием различных тест-объектов.

В качестве тест-объектов использованы:

1. бактерии;

2. бактерии активного ила;

3. грибы и актиномицеты;

4. водоросли;

5. простейшие;

6. беспозвоночные;

7. рыбы;

8. ферментные препараты.

В методах биотестирования с использованием бактерий регистрируются интенсивность размножения клеток, биолюминесценции, активность окислительных ферментов бактерий активного ила. В биотесте с использованием плесневых грибов и актиномицетов регистрируется ростовая реакция тест-объектов. В био- тестах на водорослях используются различные реакции.

В методах с использованием простейших регистрируются интенсивность размножения, двигательная активность и морфологические изменения. В биотестах на дафниях учитываются выживаемость, плодовитость, сукцинатдегидрогеназная активность, интенсивность дыхания и сердцебиения.

У рыб в качестве тест-функций используются поведенческие реакции, двигательная активность, интенсивность сердцебиения и дыхания, способность к изменению пигментации кожных покровов.

Основной принцип биологического тестирования сводится к оценке достоверных различий между опытом (среда, содержащая токсикант) и контролем (чистая вода) по какому-либо показательному параметру тестируемого объекта, указывающему на полное или частичное угнетение жизненных функций тест-организмов под влиянием испытуемой воды или индивидуальных токсикантов в определенных концентрациях.

При выборе тест-объектов предпочтение отдается видам и штаммам, которые широко распространены в природе и легко культивируются в лабораторных условиях. Различают два типа тест-объектов:

· индикаторные;

· представительные.

К первым принадлежат организмы с наибольшей степенью чувствительности к токсикантам различных классов, ко вторым – организмы, наиболее полно представляющие определенныйгидробиоценоз.

Поскольку во многих случаях животные организмы обладают большей чувствительностью в распознавании токсического вещества, чем самые точные аналитические методики, то это свойство представляет особый интерес в вопросах их использования для оценки эколого-токсикологической ситуации в водоеме.

Оперативная интегральная оценка качества воды и почвы методами биотестирования, описанными выше, не заменяет количественный химический анализ, но она его дополняет и, в какой-то степени, может предварять, благодаря экспрессности, простоте и невысокой стоимости методов биотестирования.