Использование биологических методов при контроле и мониторинге окружающей среды

Поскольку смертельный исход после действия токсиканта – реакция, реализующаяся по принципу «все или ничего», этот эффект считают наиболее удобным для определения токсичности веществ, его используют для определения величины среднелетальной дозы   - ЛД50 (LD50). Средняя летальная доза (или концентрация - ЛК 50 (LC50) – количество токсиканта, вызывающее гибель 50 % стандартной группы подопытных животных при определенной продолжительности наблюдения.

Обязательным элементом методики биотестирования является шкала оценки токсичности. При разработке биотеста необходима четкая интерпретация данных, приводящая к оценке токсичности независимо от того, как и в каких единицах выражается конечный результат биотестирования (в процентах погибших организмов, активности ферментов и т. д.).

 

 

 

11. БИОТЕСТИРОВАНИЕ СТОЧНЫХ ВОД

При оценке состояния водных экосистем необходимо учитывать их специфику (назначение) и цели, стоящие перед исследованием. Это позволит наиболее адекватно подобрать методы биологического анализа и оптимальные тест-объекты.

В нормативных документах, регламентирующих водоотведение, указано, что сточная вода на выпуске в водный объект не должна оказывать острого токсического воздействия на  тест-объекты, а  вода  водного объекта  в контрольном створе не должна оказывать хронического токсического действия на тест-объекты. Для этого рекомендуется определить кратность разбавления сточной воды на выпуске в водный объект, при которой она не оказывает токсического действия на самый чувствительный из используемых тест-организмов (рыбы, дафнии, водоросли). В качестве разбавляющей используют воду водного объекта, отобранную вне зоны влияния тестируемой сточной воды.

Кроме того, для решения задач по ограничению токсического загрязнения водных объектов рекомендованы к применению специальные устройства биотестирования, пригодные для эксплуатации в производственных условиях непосредственно на выпусках сточных вод в водные объекты, а для токсикологической паспортизации водных экосистем - портативные переносные устройства, обеспечивающие проведение массовых экспрессных токсикологических анализов. Биосигнализаторы токсичности могут работать автономно, контролируя в непрерывном режиме токсичность сточных вод на выпуске в водные объекты, или в составе автоматизированных систем контроля и управления сбросом сточных вод. С помощью этих биосигнализаторов в стационарных производственных условиях возможно выявление залповых токсичных сбросов сточных вод в оперативном непрерывном режиме работы. Такой вид биологического контроля позволяет выявить случаи нарушения технологического процесса, аварийные ситуации, своевременно принять водоохранные решения для предотвращения загрязнения водных объектов локальными источниками токсичности, к которым относятся промышленные сточные воды.

Опасность для водных объектов представляют также рассеянные источники загрязнения, к которым, прежде всего, относятся сбросные и коллекторно-дренажные воды. Для биотестирования вод, загрязненных пестицидами, разработаны инструментальный метод и устройство, позволяющие в полевых условиях производить оценку токсичности воды. Показателем токсичности в этом методе является изменение интенсивности фотосинтеза культуры водорослей под воздействием токсикантов по сравнению с контролем.

 

12. БИОТЕСТИРОВАНИЕ ПРИРОДНЫХ ВОД И ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ

Биотестирование природных вод имеет ряд отличий от биотестирования сточных вод или отдельных химических соединений. При оценке токсичности природных вод методом биотестировании могут решаться две задачи: получение систематической информации о возможной токсичности воды (водной толщи и придонных слоев) и донных отложений водоема и его участков; получение экспресс- информации о токсичности конкретных проб или токсическом загрязнении водоема или его участка в связи с аварийной ситуацией.

Первая задача ориентирована на режимные наблюдения, вторая - на оперативные работы по оценке уровня токсического загрязнения. Подбор биотестов и частота контроля по токсикологическим показателям определяются этими задачами. В системе режимных наблюдений на водных объектах могут быть использованы следующие биотесты: на водорослях Scenedesmus quadricauda - по нескольким тест-функциям и в первую очередь по флуоресцентным характеристикам эффективности фотосинтеза; на дафниях - хронический опыт с использованием показателей выживаемости и плодовитости.

В настоящее время для оценки токсичности природных вод рекомендованы биотесты на бактериях, водорослях, высших водных растениях, водных беспозвоночных, дрожжах и тест-системах из культуры клеток.

У биотестов с гидробионтами регистрируемыми тест-функциями вляются выживаемость, плодовитость и различные параметры жизнедеятельности, включая ряд физиолого-биохимических показателей.

Токсичность донных отложений можно косвенно оценить по токсическому воздействию их водных вытяжек на те же тест-организмы, которые были использованы в выбранной системе биотестирования воды водного объекта.

 

13. ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ВОД МЕТОДОМ БИОТЕСТИРОВАНИЯ В СИСТЕМЕ ХОЗЯЙСТВЕННО-ПИТЬЕВОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ

Контроль качества воды в системах хозяйственно-питьевого водоснабжения включает отбор и анализ проб воды в источниках водоснабжения перед водозабором, на промежуточных стадиях процесса водоподготовки и в емкостях чистой воды и (или) из трубопровода перед подачей в водопроводную распределительную систему, а также непосредственно в водопроводной сети из распределительных колонок или кранов перед подачей потребителям. Кроме того, в крупных системах водоснабжения требуется проведение регулярного контроля поверхностных источников водоснабжения путем отбора проб в различных створах, как правило, в пределах зоны санитарной охраны, осуществляемое сотрудниками самого предприятия водоснабжения.

Основные требования к тест-реакциям при применении методов биотестирования для контроля качества воды в системах водоснабжения заключаются в возможности получения однозначной реакции на появление в воде опасных токсикантов в минимальные сроки. Это, как правило, требует создания специальных контролирующих устройств с элементами автоматизации, обеспечивающими преобразование регистри- руемых тест-реакций в нормируемые величины характеристик токсичности воды.

Наряду с перечисленными, для оценки качества воды в системах хозяйственно-питьевого водоснабжения применяются также специальные биологические методы, в частности метод для определения суммарной мутагенной активности с использованием биологических тест-систем.

 

14. БИОТЕСТИРОВАНИЕ В ЭКОЛОГИЧЕСКОМ МОНИТОРИНГЕ

        Биотестирование  эффективно в экологическом мониторинге  районов с интенсивным развитием  промышленности и сельского хозяйства. Кроме того, биотестирование позволяет  провести сканирование больших  пространств в целях ранней диагностики экологических нарушений. В этом случае обычно ограничиваются экспресс-методами,  основанными  на     физиологических  показателях,

этологических реакциях и др. Биотестирование  позволяет определить качество сточных вод и отходов.

Отдельные методы биотестирования появились еще в начале XX в. и стали использоваться для оценки токсичности промышленных сточных вод и степени загрязнения природных водоемов, однако интенсивно биотестирование стало развиваться только с 60-х гг. В последующие годы в России и ряде ведущих стран мира было разработано большое количество разнообразных биологических методов, контролирующих за- грязнение водной среды.

В большинстве западных стран биотестирование широко внедряется    практически    всеми    организациями    и    ведомствами,

осуществляющими охрану и контроль за состоянием окружающей среды. Разработаны стандарты на биотесты, использующие рачков - дафний, рыб и ряд других гидробионтов. Созданы достаточно надежные научно- методические основы для применения биологических методов в практике контроля токсического загрязнения вод.

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

       Основополагающим  принципом биологического мониторинга  является установление оптимального  и  контрольного  уровня, любые  отклонения от которого свидетельствуют  о стрессовом воздействии. Биологические методы контроля качества среды не требуют предварительной идентификации конкретных химических соединений или физических воздействий, они достаточно просты в исполнении, многие экспрессны, дешевы и позволяют вести контроль качества среды в непрерывном режиме.

        Реализация  основных принципов устойчивого  развития цивилизации в современных  условиях возможна лишь при  наличии соответствующей информации  о состоянии среды обитания  в ответ на антропогенное воздействие, собранной в ходе проведения биологического мониторинга. Оценка качества среды является ключевой задачей любых мероприятий в области экологии и рационального природопользования. Комплексный подход в проведении биологического мониторинга (сочетание методов биоиндикации и биотестирования, использование объектов разных уровней организации) при систематическом наблюдении позволяет судить о перспективах изменения структуры сообществ, продуктивности популяций и устойчивости экосистем по отношению к антропогенным факторам.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СПИСОК  ЛИТЕРАТУРЫ

Биоиндикация загрязнения наземных экосистем / под ред.

Р.Шуберта.- М.: Мир, 1988. – 348 с.

Биоиндикация и антропогенные стрессоры ¬ М.: РХТУ им. Д. И. Менделеева, 2006. - 135 с.

Биологический контроль окружающей среды: биоиндикация и биотестирование: учебное пособие для вузов / под ред. О.П.Мелеховой и Е.И.Егоровой. – М.: Академия, 2007. – 288 с.

Гальцева В.В., Дмитриев В.В..Практикум по водной экологии и мониторингу состояния водных систем.¬ СПб, 2007.¬ 364 с.

Основы экогеологии, биоиндикации и биотестирования /под ред. проф. В.В. Куриленко . - СПб.: Изд-во СПбГУ, 2004.¬ 448 с.

Дмитриев В.В., Фрумин Г.Т. Экологическое нормирование и устойчивость природных систем. ¬ СПб.: Наука, 2004. – 294 с.

Методика определения токсичности воды и водных вытяжек из почв, осадков сточных вод, отходов по смертности и изменению плодовитости дафний. ФР.1.39.2007.03222.¬ М.:, 2007.¬ 51 с.

Методические рекомендации по биотестированию природных, сточных вод и отдельных загрязняющих веществ. ¬ М.: ВНИРО, 1982.

¬ 117 с.

Методическое руководство по биотестированию воды РД 118-02- 90. М.: 1991.¬ 48 с.