Биотестирование окружающей среды

Частота встречаемости

Количество экземпляров одного вида, %

h

Очень редко

<1

1

Редко

2-10

2

Нередко

10-40

3

Часто

40-60

5

Очень часто

60-80

7

Масса

80-100

9

Тип водоема

Дистрофный

Олиготрофный

Мезотрофный

Эвтрофный

Вахта трехлистная (Menyanthes trifoliate)

Лобелия Дортмана (Lobelia dortmanna)

Рдест сплюснутый (Potamogeton compressus)

Повойничек (водяной перец) (Elatine hydroplper)

Белокрыльник болотный (Calla pallustris)

Уруть очередноцветковая (Myriophillum alternftorum)

Ряска трехдольная (Lemna irisulca)

Шелковник неукореняющийся (Batrachium eradicatum)

Сабельник болотный (Comarum palustre)

Лютик простертый (Ranunculus reptens)

Уруть мутовчатая (Myriophyllum verticullatum)

Шелковник шенхелевидный (B. foeniculaceum)

Ежеголовник родственный (Sparganium affine)

Полушник колючеплодный (Isoetes echinospora)

Кувшинка белая (Nymphaea alba)

Кубышка желтая (Nuphar lutea)

Полушник озерной (Isoetes lacustris)

Ряска малая (L. minor)

Сфагновые мхи (Sphagnum)

Рдест блестящий (Potamogeton lucens)

Стрелолист плавающий (Sagittaria natans)

Установление критериев (ПДК) выполняет профилактическую функцию, упреждая экологически опасное загрязнение. Биотестирование оценивает происходящее загрязнение и нацелено на получение быстрого сигнала о токсичности и необходимой степени разбавления стоков. Биоиндикация позволяет выявить результат вредоносного влияния загрязнения на окружающую среду, ее результаты могут быть учтены при корректировке нормативов и при выборе зоны применения биотестирования. Нормирование, биотестирование и биоиндикация не заменяют друг друга, а по мере необходимости только дополняют друг друга. Биотестирование и биоиндикация являются основными элементами биологического мониторинга состояния окружающей среды.

Общая система предотвращения и контроля неблагоприятных последствий загрязнения на окружающую среду включает в себя элементы ограничения поступления чужеродных веществ в окружающую среду в экологически значимых количествах и контроля уровня текущего загрязнения.

Предотвращение загрязнения предусматривает внедрение малоотходных технологий и повышение эффективности очистки отходов. Основным ориентиром для таких технологий оказываются нормативы качества среды, устанавливаемые на основе продолжительных экспериментальных исследований. Наряду с ПДК санитарно-гигиенического назначения, призванными предотвратить риск отравления человека, существуют лимиты, призванные защитить полезные для человека организмы – эколого-рыбохозяйственные ПДК и ОБУВ. ПДК представляет собой максимальную концентрацию загрязняющего вещества в воде водного объекта, при которой в водоеме не возникает последствий, снижающих его промысловую значимость в настоящее время и в перспективе, или затрудняющих его рыбохозяйственное использование [3].

Методология нормирования исходит из следующих принципов:

1 3ащите подлежит многокомпонентная в экологическом отношении система, где основные элементы должны быть защищены постоянно.

2 Водная экосистема при загрязнении теряет стабильность в результате последовательного выпадения самых чувствительных звеньев. Поэтому при определении допустимых уровней для каждого компонента и системы в целом необходимо ориентироваться в эксперименте на самое чувствительное звено в ассортименте контролируемых показателей эффекта

3 В процессе экспериментальных оценок токсичности испытания должны быть в обязательном порядке проведены хотя бы на одном представителе каждой из основных экологических групп водного сообщества.

4 Нормативы в качественном и количественном отношениях должны обеспечиваться химико-аналитической базой.

5 Для каждого из химических соединений может быть установлена только одна величина эколого-рыбохозяйственного норматива (за исключением случаев, предусмотренных условиями регионального нормирования).

По сути, такие нормативы являются экологическими в широком плане, т.к. должны защищать не только промысловый, но и самоочистительный ресурс водной среды. В таблице показан ассортимент организмов, включенных в систему установления ПДК. Основные тест-параметры для каждого из тест-объектов контролируются в обязательном порядке. Вспомогательные тест-параметры могут быть использованы для уточнения пределов действующих концентраций или для установления особенностей действия исследуемого вещества.

Максимально допустимая концентрация для наиболее чувствительного тест-объекта может рассматриваться в качестве ПДК для исследуемого вещества.

Хотя концепция нормирования далеко не решает всех проблем, связанных с предотвращением экологически опасного загрязнения водной среды, и некоторыми энтузиастами природоохранной политики рассматривается как легализация загрязнения, тем не менее, существование лимитов допустимого загрязнения остается на сегодняшний день единственным средством сдерживания такого загрязнения [21].

Таблица 10 – Объекты и показатели, используемые при установлении эколого-рыбохозяйственных нормативов

Основная часть претензий, предъявляемых к нормированию, должна быть переадресована к несовершенству применения нормативов в практике.

Контроль за соблюдением установленных нормативов производится химико-аналитическими методами. Однако, одновременное присутствие множества веществ даже в концентрациях, не превышающих их ПДК, может порождать биологические эффекты, которые невозможно предсказать на основе частных химических определений. Контроль за токсичностью стоков и загрязняемых вод водных объектов может быть проведен только методами битестирования. Основной принцип гидробиологического биотестирования заключается в испытании действия проб воды на водный организм, его часть или сообщество организмов с известными и поддающимися учету характеристиками.

Таким образом, тест-объект выступает в роли прибора, выявляющего интегральный биологический эффект комплекса неблагоприятных экологических факторов, в том числе и химической природы. В качестве тест-объектов рекомендован широкий круг организмов, охватывающий все группы биологического сообщества. Но ни один из тест-объектов не может служить универсальным индикатором, в равной степени чувствительным ко всем экологическим факторам, из-за видовой избирательности действия потенциальных токсикантов. С введением каждого дополнительного объекта надежность схемы испытаний повышается, однако бесконечное расширение ассортимента обязательных объектов невозможно. В связи с этим для каждого предлагаемого метода биотестрования должно быть определено строгое целевое назначение, обозначена область применения и очевидные преимущества перед рекомендованными ранее [14].

Биотестирование может применяться для решения следующих задач:

1 определение токсичности отдельных веществ, вынужденно или преднамеренно вносимых в окружающую среду, для представителей водных сообществ в целях скрининга и нормирования;

2 выявление присутствия в объектах окружающей среды потенциальных токсикантов неизвестного состава, что могло бы служить основанием для последующего химического исследования этой среды;

3 установление источников токсического загрязнения экосистем и оценка их интенсивности;

4 определение необходимой степени разведения сточных вод до биологически и экологически безвредных уровней.

Методы биотестирования отличаются высокой чувствительностью и позволяют определять токсические вещества в концентрации до 10 – 8 %. Объектом исследований может быть любой объекты внешней среды (вода, почва), отходы промышленного производства и т.д. Так, например, в связи с возрастающим антропогенным загрязнением воды на Земле возникает необходимость в экспресс-анализе ее качества. В настоящее время оценку качества воды, включающую содержание физиологически вредных примесей, принято контролировать дифференцированными химическими анализами, а пригодность – сравнением с существующими ГОСТами. Однако число известных токсикантов сейчас уже превысило 40000, а гостировано лишь около 1000.Следует учесть и стоимость химического анализа воды – более 1000 руб. при расширении спектра обязательных исследований по новому ГОСТ. Все это ограничивает возможности применения химических способов исследования и делает систему биологического тестирования все более привлекательной. Для интегральной оценки применяют различные биотесты, известно их более 100. В качестве тест-объектов используют представителей основных трофических звеньев водной экосистемы: бактерии, водоросли, простейшие, ракообразные, рыбы.

В отличие от биотестирования биоиндикация представляет собой выявление последствий загрязнения водного объекта по функциональным и морфологическим показателям его обитателей или по экологическим характеристикам сообщества. Изменения, зарегистрированные методами биоиндикации, являются результатом уже состоявшегося ранее загрязнения с заведомым превышением нормативов, или длительного загрязнения малой интенсивности. Ее результаты могут быть учтены при корректировке нормативов, при выборе зоны применения биотестирования или при определении природоохранной стратегии.

Основная проблема, с которой сталкивается биоиндикация, это идентификация фактора окружающей среды, который оказался причиной изменений биообъектов, наблюдаемых в природных условиях.

Биотестирование и биоиндикация являются основными элементами биологического мониторинга состояния окружающей среды. Возможен мониторинг как состояния биологических объектов, так и компонентов окружающей среды. Оценка проб среды с использованием тест-организмов и наблюдение за состоянием биообъектов, вносимых в контролируемую экосистему в разнообразных садках, представляет собой биотестирование.

Таким образом, нормирование выполняет профилактическую функцию, упреждая экологически опасное загрязнение. ПДК вещества должна быть установлена до начала его поступления в окружающую среду. Биотестирование выполняет функцию тактического контроля происходящего загрязнения, нацеленного на получение быстрого сигнала о токсичности и необходимой степени разбавления конкретных стоков. На водном объекте оно может быть эффективным с момента начала загрязнения до его завершения. Биоиндикация выявляет результат произошедшего вредоносного воздействия на окружающую среду. Может применяться на экологическом объекте постоянно, но эффективность его станет очевидной при начале неблагоприятных экологических изменений. Эти три элемента общей природоохранной стратегии дополняют, но не способны заменить друг друга. Задачей экологов является отработка оптимальных режимов применения каждого из подходов, целенаправленного и обоснованного применения их в системе ограничения загрязнения [22].