Способ определения загрязненности водного объекта с использованием гидробионтов
Владельцы патента RU 2326381:
Институт экологии природных систем Академии наук Республики Татарстан (RU)
Изобретение относится к области экологического мониторинга водных объектов. Биотестирование проводят непосредственно в водном объекте с использованием гидробионтов, неадаптированных к тестируемой водной среде. При этом гидробионтов помещают в водопроницаемый контейнер. Способ позволяет учитывать возможность изменения качества воды в водном объекте в процессе проведения испытаний и получать результаты, отражающие реальную экологическую обстановку. 2 табл.
Изобретение "Способ определения загрязненности водного объекта с использованием гидробионтов" относится к области экологического мониторинга водных объектов.
Существующая в настоящее время система контроля загрязнения водных объектов, основанная на определении аналитическими методами предельно допустимых концентраций отдельных веществ и санитарно-гигиенических показателей, не обеспечивает сохранения экологического благополучия водных объектов, что обусловлено рядом причин: отсутствием количественных аналитических методов определения всех токсических соединений, входящих в состав отводимых сточных вод; разнородным характером взаимодействия отдельных компонентов в смеси; вторично образуемыми соединениями, которые могут быть более токсичными, чем анализируемые первоначальные вещества. Кроме того, определением большого числа отдельных показателей не решается вопрос о степени опасности для водных биоценозов загрязняющих веществ, поступающих в водный объект со сточными водами.
Все эти обстоятельства обусловили необходимость разработки интегральных методов контроля природных и сточных вод, позволяющих оценить возможную опасность тех или иных источников загрязнения для водной флоры и фауны. Наиболее эффективным средством, отвечающим этим целям, является биотестирование, с помощью которого можно установить токсическое действие загрязненной воды на биологические объекты.
Биотестирование - определение степени выживаемости лабораторных организмов в заданной тестируемой среде.
В нашей стране разработано более 40 методов биотестирования и их модификаций. Подробное описание основных из них дано в сборнике "Методы биотестирования вод" [1]. Разработано "Методическое руководство по биотестированию" РД 118-02-90, в котором реализованы все этапы проведения токсикологического контроля сточных вод и контроля качества воды водоемов и водотоков (природных вод) методами биотестирования с использованием в качестве тест-объектов ракообразных, водорослей и рыб [2]. Во всех описанных работах биотестирование предлагается проводить в лабораторных условиях с изъятием воды из водных объектов и использованием гидробионтов, помещенных в сосуды типа аквариумов.
Наиболее эффективным для оценки качества воды в контрольных створах является классический биотест, основанный на регистрации выживаемости и плодовитости дафний, которые чувствительны к широкому кругу токсических веществ различных классов химических соединений.
Прототипом данной заявки на изобретение является статья "Метод биотестирования с использованием дафний" [3].
Недостатки лабораторного биотестирования обусловлены невозможностью создания условий, тождественных природным. Процент ошибки значителен, особенно если испытанию подвергается загрязнение природной воды. Чем токсичнее водная среда, тем меньше процент ошибки. Т.е. классическое тестирование пригодно лишь для сточных вод.
Проведение тестов в лабораторных условиях приводит к погрешностям результатов вследствие:
1. Изменения качества воды во времени.
2. Аквариум не может учесть момента изменения качества воды после взятия проб вследствие поступления новых порций загрязняющих веществ.
3. Гидробионты могут приспособиться к условиям тестирования.
С целью исключения погрешности вследствие адаптации гидробионтов к загрязнениям и большого промежутка времени между взятием проб и их испытанием предлагается проводить биотестирование непосредственно в водном объекте, т.е. предлагается метод "обратного" биотестирования, когда гидробионты помещаются в тестируемую среду, без переноса пробы воды в лабораторию. При переносе пробы воды в лаборатории она изымается из природного комплекса и лишается всех возможных факторов воздействия, под влиянием которых происходит процесс преобразования загрязнений в природе. Устройства для биотестирования в природной водной среде в литературе не приводятся.
Для проведения биотестирования используется устройство, отличающееся тем, что с целью обеспечения проведения биотестирования водных объектов в условиях, максимально приближенных к естественным, оно состоит из контейнера, представляющего камеру, изготовленную из водопроницаемого материала (мельничный газ №72-76), закрепленного на жестком каркасе из коррозионно-стойкой проволоки, способную устанавливаться на заданной глубине при помощи шнура, груза и поплавка.
"Устройство" должно удовлетворять следующим требованиям:
1. Иметь достаточный пространственный объем для существования тест-организмов.
2. Проницаемость стенок для микроводорослей, бактерий и растворенных питательных веществ.
3. Простота изготовления.
4. Коррозионная устойчивость.
5. Доступность материалов.
В качестве тест-объектов могут использоваться:
1. Классические лабораторные культуры Daphnia maqna Sfraus, Daphnia pulex De Geer - выращенные в соответствии с инструкцией РД - 118 [2].
2. Региональные доминанты, предпочтительно родственные классическим лабораторным видам.
3. Доминантные и массовые виды из числа обитателей тестируемого водоема.
В случае использования тест-объектов под №2 и 3 требуется предварительная "передержка" особей в лабораторных условиях (в аквариумах) для получения неадаптированной к тестируемой воде культуры. Оптимальный эффект подтвержден при использовании уже второго поколения особей, региональных ветвистоусых ракообразных Daphnia cucbafa Sars, Daphnia louqispiuc Meiller, Cerioclaphuia pulcyella Sars, Scapholeberis mucrohafa Muller и др., выведенных в лабораторных условиях.
При проведении испытаний определенное количество лабораторных дафний (например, 13 шт.) помещаются в контейнер и опускаются в водный объект на определенную глубину. Периодически проводится визуальное наблюдение за состоянием организмов - количество погибших особей, двигательная активность, появление потомства.
Оценка качества воды производится по реакциям тест-объектов на выживание, размножение и иммобилизацию (потерю двигательной активности)(табл.1).
| Таблица 1 Оценка качества воды по реакциям тест-объектов | |||
| Класс качества | Степень загрязнения | Индекс сапробности | Реакция тест-организмов в контейнере (№1, 2, 3 - результат на 7 сутки) |
| 1 | Чистая | 1,0 | Иммобилизация до 2%. Партеногенез. |
| 2 | Умеренно чистая | 1,0-1,5 | Иммобилизация до 10-20%. Партеногенез. Частичное половое размножение. |
| 3 | Умеренно загрязненная | 1,5-2,5 | Иммобилизация до 70-80%. Половое размножение. Иммобилизация равномерно растянута. |
| 4 | Загрязненная | 2,5-3,5 | Летальный исход - 2-3 суток |
| 5 | Грязная | 3,5-4,0 | Летальный исход - 1 сутки |
| 6 | Очень грязная | 4,0 | Летальный исход - 15 мин - 1 час |
Предлагаемый способ был апробирован в экспедиционных условиях при обследовании акваторий рек Волга, Кама и Меша. Результаты по некоторым пунктам представлены в табл.2.
| Таблица 2 Результаты биотестирования водных объектов | ||||||||||
| № станции | Название станции | Выживаемость, % через | Оценка качества воды | |||||||
| 1 час | 1 сутки | 2 суток | 3 суток | 4 суток | 6 суток | Класс качества | Степень загрязнения | Индекс сапробности | ||
| 1 | Устье р.Меша, (русло) глубина 4 м | 100 | 0 | 5 | грязная | 3,5-4,0 | ||||
| 2 | р.Кама около Атабаево, глубина 8 м | 100 | 100 | 92 | 77 | 77 | 77+ | 2 | умеренно чистая | 1,0-1,5 |
| 3 | Слияние течений р.Меша и Кама, глубина 6 м | 100 | 77 | 62 | 46 | 31 | 31+ | 3 | умеренно загрязненная | 1,5-2,5 |
| 4 | Старое русло р.Кама около о-ва Буровая стрелка, глубина 4 м | 0 | 6 | очень грязная | 4,0 | |||||
| 5 | Русло р.Волга около Куралово, глубина 13 м | 100 | 100 | 46 | 31 | 15 | 15+ | 3 | умеренно загрязненная | 1,5-2,5 |
| 6 | Мелководье по разрезу Атабаево-Куралово, глубина 3 м | 100 | 100 | 100 | 100 | 100+ | 100+ | 1 | чистая | 1,0 |
| 7 | 3 км от №6, глубина 3,5 м | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100+ | 1 | чистая | 1,0 |
| 8 | Старое русло р.Кама около Лаишево, глубина 7 м | 0 | 6 | очень грязная | 4,0 | |||||
| 9 | Место слияния р.Волга и Кама, глубина 10 м | 100 | 38 | 38 | 23 | 8 | 0 | 4 | загрязненная | 2,5-3,5 |
| +появление приплода |
По результатам биотестирования определились особо загрязненные зоны в пунктах 1, 4, 8.
В пункте 8 по гидрохимическим показателям превышений ПДК не обнаружено. Но при исследовании придонного грунта определен γ-фон изотопа цезия-137, который достигает 51,8 Бк/кг. Кроме того, в рыбе Камско-Устьинского плеса обнаружено повышенное содержание цинка и меди и очень высокое количество никеля до 90,4 мг/кг, в 180,8 раза превышающее ПДК.
Предлагаемый способ определения загрязненности водных объектов с использованием гидробионтов имеет ряд преимуществ по сравнению с прототипом:
1. Получаемые результаты отражают реальную экологическую обстановку в зоне обследования, связанную не только с присутствием определенных загрязняющих веществ, но и с факторами окружающей среды (температура, наличие питательных веществ, содержание кислорода, рН и т.п.).
2. Учитывается возможность изменения качества воды в водном объекте в процессе проведения испытаний.
3. Выявляется влияние неожидаемых факторов, например радиоактивности.
4. Простота эксперимента.
Литература
1. Методы биотестирования вод. Под редакцией Крайнюковой А.Н. Отделение института хим. физики АН СССР, Черноголовка, 1988, 122 с.
2. Методическое руководство по биотестированию воды. РД 118-02-90 Гос. комитет СССР по охране природы, Москва, 1990, 71 с.
3. Исакова Е.Ф., Колосова Л.В. Метод биотестирования с использованием дафний//Сб. Методы биотестирования. Отделение института хим. физики АН СССР, Черноголовка, 1988, с.50-57.
Способ определения загрязненности водного объекта с использованием гидробионтов по их выживаемости, плодовитости и качеству потомства, отличающийся тем, что проводят тестирование воды непосредственно в водном объекте с использованием неадаптированных к тестируемой воде гидробионтов, помещенных в водопроницаемый контейнер.
