ВЕСТНИК ЮЖНОГО НАУЧНОГО ЦЕНТРА РАН Том 5, № 2, 2009, стр. 84-93
= БИОЛОГИЯ
УДК 577.472
МЕСТО БИОТЕСТОВЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ В МОНИТОРИНГЕ ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ
© 2009 г. Е.Н. Бакаева1' 2, член-корреспондент РАН А.М. Никаноров1' 2, Н.А. Игнатова2
Статья посвящена проблемным вопросам методологии биологического тестирования донных отложений в мониторинге токсического загрязнения водных экосистем. Предложены меры по совершенствованию методической базы биотестирования донных отложений.
Ключевые слова: биотестирование, токсичность, донные отложения, методы, тест-показатель, тест-объект.
Донные отложения (ДО) как компонент водных экосистем являются источником вторичного загрязнения воды, кроме того, накопление токсикантов в донных отложениях отрицательно сказывается на продуктивности донных биоценозов, состоянии бентосоядных рыб, а также развитии икры, например, псаммофильных рыб.
Имеется два подхода в оценке загрязнения донных отложений водных объектов токсичными химическими веществами: химический (по концентрации загрязняющих веществ и сравнение их с ПДК) и биологический. Последний включает два направления: биоиндикацию и биотестирование. Традиционно изменения в донных отложениях водоемов оценивают методом биоиндикации, изучая изменение видового состава, численности, биомассы бентонтов, накопление загрязняющих веществ индикаторными видами. Эти важные показатели любого биоценоза являются итоговой характеристикой всей суммы воздействий на сообщество за некоторый промежуток времени и не дают ее оценки на момент исследования. Биотестирование же позволяет определить реальную токсичность, обусловленную совокупностью всех присутствующих в пробе токсических химических веществ и метаболитов, с учетом их антагонистического и синерге-тического влияния именно на момент воздействия. Токсичность - характеристика биологическая, она не может быть определена без биологического объекта. В ходе биотестирования оценивают влияние
1 Южный отдел Института водных проблем Российской академии наук, 344090, Ростов-на-Дону, пр. Стачки, 198; тел. 8 (863) 222-44-66, e-mail: ghi@aaanet.ru, rotaria@mail.ru.
2 Гидрохимический институт Росгидромета, 344090, Ростов-на-Дону, пр. Стачки, 198; тел. 8 (863) 222-44-66, e-mail: egnatse@aaanet.ru
факторов среды в конкретный момент воздействия исследуемой пробы с помощью различных чувствительных тест-объектов.
В настоящее время для целей получения достоверной информации о состоянии водных экосистем назрела необходимость создания единых подходов, стандартизации и унификации методической базы для адекватной оценки токсичности донных отложений. Подходы к решению поставленной проблемы обозначены в данной работе.
СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ
Необходимость определения токсичности донных отложений для оценки экологического состояния водных объектов очевидна. За рубежом оценка токсичности вод и донных отложений с помощью биотестирования используется широко. Имеется ряд международных стандартов для определения токсичности вод с использованием в качестве тест-объектов рыб [1-5], дафний [6-7], микроводорослей [8-10], микроорганизмов [11-13]. Для донных отложений имеется более ограниченное количество методик, основанное на использовании пресноводных [14], солоноватоводных и морских [15] беспозвоночных.
В нашей стране использование биотестирования в водоохранной практике предусмотрено "Правилами охраны поверхностных вод" [16]. Однако в действительности в целом по России единая методическая база для выполнения работ по биотестированию как вод, так и донных отложений пока отсутствует, и в организациях разных ведомств используют различные методические приемы и различную технику. Так, в 1991 году Госкомприродой принят первый нормативный документ РД 118-02-90 по биотестированию воды [17]. В Мин-
№ 2 2009
природы России в 2001 г. принят природоохранный нормативный документ (ПНД Ф), предназначенный для определения методом биотестирования токсичности различных сред, в том числе и донных отложений [18]. Однако все включенные в документ методики биотестирования предназначены для оценки токсичности только водных вытяжек донных отложений и включают ограниченное число тест-объектов. Широкий спектр тест-объектов и большой набор методик представлен в утвержденном Минприроды и Минсельхоз России в 2001 г. временном методическом руководстве, направленном на установление нормативов допустимого содержания химических веществ, в частности нефти, в донных отложениях поверхностных водных объектов [19]. Документ содержит набор методик по определению максимально допустимых уровней веществ, аккумулированных донными отложениями, на основе модельных экспериментальных исследований с использованием чувствительных биологических тест-объектов. И, что особенно важно, в список тест-объектов включены экологически соответствующие организмы - обитатели бентоса (амфиподы, моллюски, хирономиды, олигохеты). В последние годы наработана методическая база мониторинга токсического загрязнения донных отложений с помощью биотестирования на основе принципов организации и проведения режимных наблюдений и оперативных работ в системе мониторинга поверхностных вод суши Росгидромета. Росгидрометом утвержден ряд нормативных документов, включающих методики оценки токсичности как водных вытяжек, так и неизмененных донных отложений с использованием экологически соответствующих тест-объектов [20-24]. Однако их практическое применение на сети сдерживается рядом объективных причин.
Сравнительный анализ исследований по разработке методов биотестирования донных отложений с довольно большим опытом методов химического анализа загрязненности донных отложений позволил выявить ряд трудностей в разработке методик биотестирования [25-28].
Во-первых, это трудности в выборе самого тест-объекта. В применяемых на данный момент биотестах используют не характерные для исследуемого региона живые объекты и нередко экологически не подходящие.
Во-вторых, это выбор тест-показателя. Показатель должен отражать жизненно важные функции организма, быть легко воспроизводимым, иметь критерий, способствующий получению достоверной информации.
В-третьих, трудности корректного выбора контроля (контрольной или фоновой пробы). Харак-
теристики контроля должны быть аналогичны опытной пробе по параметрам типа грунта, по его гранулометрическому составу.
В-четвертых, трудности пробоподготовки. Дело в том, что отсутствуют четкие и достаточно аргументированные представления о процедуре подготовки пробы для биологического анализа без риска изменения исходных токсических свойств. Это касается в основном подготовки вытяжек из донных отложений. Использование пробоподготовки донных отложений аналогично таковой для химического анализа при биологической оценке загрязнения не подходит. Это связано с тем, что применение различных растворителей, термической обработки заведомо приводит к изменению изначальной общей токсичности пробы, гибели микрофлоры. Помимо этого вытяжки часто мутные, что исключает использование методов биотестирования с орга-низмами-фильтраторами. Оценка же токсичности фильтрованной пробы дает одностороннюю характеристику качества пробы. Кроме того, используемое для приготовления водных вытяжек донных отложений соотношение 1 : 4 не учитывает тип и гранулометрический состав донных отложений.
И, наконец, в-пятых, существует значительная неопределенность в оценке результатов биотестирования донных отложений, связи с анализом общей оценки токсического загрязнения, основанной на результатах использования набора биотестов и состоянии биоты водного объекта. На настоящий момент оценка токсичности пробы является экспертной. Оценка проводится специалистом с учетом закономерностей реагирования, особенностей жизнедеятельности используемых тест-объектов и полученных результатов о токсичности по каждому биотесту (принято использовать три биотеста для анализа одной пробы).
ПРЕДЛОЖЕНИЯ К РАЗРАБОТКЕ МЕТОДИК
Информация по методико-методологическим аспектам определения токсичности донных отложений крайне ограничена [29]. На наш взгляд, в разработке методик биотестирования донных отложений следует выделить следующие ключевые направления.
Первое направление - поиск и выбор экологически соответствующих тест-объектов. Это связано с тем, что исследованию подвергают не только неизмененные (нативные) донные отложения, но и их водную вытяжку (на данном этапе наиболее развиваемое направление). Для анализа водной вытяжки можно использовать все тест-объекты, рекомендованные для оценки токсичности вод. Однако анализ только водных вытяжек, естественно,
дает одностороннее представление о токсичности донных отложений, в частности, только растворимых фракций загрязняющих веществ. Наряду с таким биологическим анализом следует обязательно изучать непосредственное влияние самих донных отложений на живые организмы. Для этих целей необходим поиск экологически адекватных тест-объектов. С одной стороны, это должны быть обитатели различных биотопов: представители эпи- и эндобентоса, с другой - организмы различных трофических уровней: животные-детрифаги и фотосинтетики-макрофиты, укореняющиеся в донных отложениях. Это направление развито более слабо, так как требует поиска новых чувствительных тест-объектов, соответствующих критериям выбора видов-индикаторов [26, 27].
Вторым важным направлением является разработка для каждой из методик биотестирования донных отложений четырех этапов, аналогичных методикам биотестирования вод: предварительного, общего, специализированного и итогового [26, 27]. Каждая методика должна содержать разработанные для определенного тест-объекта конкретные условия специализированного этапа, указанные в таблице 1.
Наиболее актуальное и сложное направление в настоящее время связано с разработкой конкретных показателей и диапазона их значений для оценки эколого-токсикологического состояния донных отложений по комплексу методов (химических, биоиндикации и биотестирования).
В таблицах 1-3 указаны предлагаемые нами требования для проведения полной оценки токсичности донных отложений. Таблица 1 содержит пол
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.