Особенности биомониторинга зоны влияния атомных электростанций

ЖУРАВЛЕВА Л.Л., ИВАНОВ Д.Е., ЛУЩАЙ Е.А., ХОТЬКО Н.И., ИЛЬИНА Е.В., МИХЕЕВА О.Ю.

ФБУ «Государственный научно-исследовательский институт промышленной экологии» (Саратов)

Целью настоящей работы является разработка принципов проведения биомониторинга зоны влияния атомных электростанций.

Биологический мониторинг является компонентом комплексного экологического мониторинга и имеет большое значение при оценке влияния опасных промышленных предприятий на окружающую среду.

Биологический мониторинг (биомониторинг) - это система наблюдений, оценки и прогноза различных изменений в биоте, вызванных факторами антропогенного происхождения. Преимущества биомониторинга заключаются в следующем: комплексная оценка воздействия всех антропогенных факторов; выявление биологических эффектов, независимо от концентрации загрязняющих веществ, нормируемых по величине ПДК; возможность определения совместного действия на живые организмы различных загрязняющих веществ; определение скорости и направления неблагоприятных изменений в окружающей среде.

Финансовые затраты на проведение биомониторинга значительно меньше, чем на проведение химического анализа. Биологический мониторинг проводится по показателям состояния живых объектов на разных уровнях их организации - суборганизменном, организменном и популяционном.

Для мониторинга выбирается тот уровень организации, который дает наиболее чувствительный и легко контролируемый индикационный показатель.

Биомониторинг включает методы биотестирования и биоиндикации. Для проведения биомониторинга зоны влияния опасных промышленных объектов используются аттестованные методики биотестирования, допущенные для целей государственного экологического мониторинга, а в качестве дополнительных - методы биоиндикации. Биотестирование является способом оценки токсических эффектов действия загрязняющих веществ по физиологическим, морфологическим реакциям, поведенческим изменениям, изменениям выживаемости, плодовитости тест-организмов в определенных условиях. Биоиндикация необходима для качественной оценки (определения степени влияния загрязнений) антропогенного влияния на окружающую среду и определения тенденции и скорости происходящих в окружающей среде изменений.

В настоящее время имеется ряд работ, посвященных разработке системы биомониторинга зоны влияния АЭС [1, 2, 3]. В них рассмотрены базовые условия организации и функционирования многоуровневого мониторинга биоты Балаковской АЭС, сформулированы общие требования создания и внедрения системы мониторингового контроля растительного и животного мира.

В течение ряда лет авторы наблюдали за состоянием популяций животных и растений в районе техногенного влияния АЭС. Установлено, что Балаковская атомная станция не оказывает непосредственного воздействия на природные комплексы. Выявлены некоторые формы антропогенного пресса, а также естественные сукцессионные процессы, определяющие противоположную динамику распространения и роста численности растительных и животных объектов, когда на фоне сокращения границ ареалов одних видов протекают спонтанное расселение и синантропизация других. Вместе с тем, основным недостатком применяемых систем является использование в процессе экологического мониторинга только методов биоиндикации. В исследовании М.Ю. Воронина и М.В. Ермохина (2004) биомониторинг проводился с использованием амфипод как биоиндикаторов состояния водоема-охладителя Балаковской АЭС.

Анализ большинства работ в области биомониторинга атомных электростанций свидетельствует о том, что в них часто отсутствует комплексный подход к проблеме, и исследования сконцентрированы на изучении представителей только флоры или фауны, что не дает полной характеристики состояния биоценозов.

Сотрудниками ФБУ ГосНИИЭНП про водится систематическое наблюдение и экотоксикологическая оценка качества воздушной среды, поверхностных вод и наземных экосистем в зоне влияния Балаковской АЭС. Для оценки влияния Балаковской АЭС разработан алгоритм биологического мониторинга (рис. 1).

Для оценки качества водоема-охладителя Балаковской АЭС можно предложить следующую схему (рис. 2).

Экологические исследования предполагают комплексное решение процесса выявления динамики качества компонентов окружающей среды несколькими методами с использованием различных тест-объектов. Полученные результаты сравниваются с предыдущими или(и) с фоновыми показателями. Многокомпонентная система биотестирования состоит из тест-организмов, относящихся к разным систематическим группам (микроорганизмы, растения, животные). Организация биомониторинга должна заключаться в производстве максимально достоверной информации при минимуме проводимых измерений и привлекаемых для этого средств. Перспективно применять методики биотестирования, позволяющие проводить достоверную экспресс-оценку состояния окружающей среды.              

Необходимо использовать в процессе биотестирования тест-объекты, которые имеют выраженные тест-реакции на специфические токсиканты, которые образуются в процессе функционирования опасного промышленного объекта. Радиоактивное загрязнение оказывает сильное негативное влияние на геном клетки. Под его влиянием происходит накопление мутаций, вызывающих при переходе в гомозиготное состояние выраженное снижение жизнеспособности особей или их гибель. Оценка генетического груза должна проводиться с помощью методов популяционной генетики. Высокой радиочувствительностью обладают хвойные растения. Поэтому для обнаружения воздействия радиации перспективны цитогенетические исследования проростков семян сосны [4]. В наибольшем количестве радионуклиды накапливаются в тех органах и тканях растений, в которых происходит интенсивный обмен веществ и относительно высокий процент белка. В одревесневших органах и тканях, играющих проводящую роль, радионуклиды накапливаются в меньших количествах. Наибольшей способностью к аккумуляции обладает нижний ярус фитоценоза (мхи, лишайники, грибы), затем идут травянистые виды, кустарнички, подлесок и подрост. Исходя из этих фактов целесообразно, в первую очередь, проводить исследования нижнего яруса фитоценоза.

Руководствуясь этими принципами, в течение ряда лет мы проводим биологический мониторинг зоны влияния Балаковской АЭС (рис. 3). Для оценки качества воды и почвы применяется система биотестов, в которой тест-объектами являются люминесцентные бактерии, инфузории, дафнии и водоросли. Качество исследуемых проб определяется по изменению интенсивности биолюминесценции бактерий (Escherichia coli M-17) [5], по смертности дафний (Daphnia magna Straus) [6], по снижению уровня флуоресценции хлорофилла клеток водорослей Scenedesmus quadricauda [7], по хемотаксической реакции инфузорий (Paramecium caudatum) [8]. Кроме этого, для оценки состояния биоты используются методы биоиндикации (изучение видового состава флоры и фауны, учет животных и растений, занесенных в Красную книгу, изучение стабильности развития и др.).

Эксплуатация водоемов-охладителей сопровождается подогревом воды и усилением испарения с поверхности водоемов, что приводит к изменению микроклимата прилегающей территории. В силу специфики водоема-охладителя Балаковской АЭС, в него постоянно поступает избыточное количество тепла, в результате этого гидрологические и гидрохимические характеристики сильно отличаются от фоновых значений в прилежащих водоемах. Следствием постоянного испарения с поверхности водоема-охладителя является повышенное содержание в нем минеральных солей. Содержание солей в водоеме-охладителе Балаковской АЭС почти в три раза выше, чем в Волге. Повышенное содержание минеральных солей может оказывать негативное влияние на некоторые одноклеточные организмы. Температура воды держится в среднем на 10° выше, чем в водоемах с естественным температурным режимом.

Анализ проб почвы и воды Волги в зоне влияния Балаковской АЭС с использованием комплекса тест-объектов показал отсутствие воздействия предприятия на исследуемые компоненты.

Литература  

1. Галкина Н.В., Шляхтин Г.В. Теоретические основы разработки и внедрения системы биологического мониторинга на Балаковской АЭС // Поволжский экологический журнал, 2007, № 1, с. 62-66.

2. Галкина Н.В. Экспериментальные природоохранные территории и прогноз динамики их биологических компонентов в системе регионального экологического мониторинга: Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук, 2007. 20 с.

3. Воронин М.Ю., Ермохин М.В. Стабильность онтогенеза амфипод (Crustacea, Amphipoda) и перспективы ее использования в биомониторинге экосистем водоемов-охладителей АЭС // Поволжский экологический журнал, 2004, № 2, с. 123-131.

4. Гераськин С.А., Васильев Д.В., Дикарев В.Г. и др. Оценка методами биоиндикации техногенного воздействия на популяции Pinus Sylvestris L. в районе предприятия по хранению радиоактивных отходов // Экология, 2005, № 4, с. 275-285.

5. Методика определения токсичности воды и водных вытяжек из почв, осадков сточных вод и отходов по изменению интенсивности бактериальной биолюминесценции тест-системой «Эколюм». МПР РФ. - М., 2004, 16 с.

6. Жмур Н.С. Методика определения токсичности воды и водных вытяжек из почв, осадков сточных вод, отходов по смертности и изменению плодовитости дафний. - М.: Акварос, 2001, 48 с.

7. Методика определения токсичности воды и водных вытяжек из почв, осадков сточных вод и отходов по изменению уровня флуоресценции хлорофилла и численности клеток водорослей. ФР.1.39.2007.03223. - М.: Акварос, 2007, 48 с.

8. Методика определения токсичности проб природных, питьевых, хозяйственно-питьевых, хозяйственно-бытовых сточных, очищенных сточных, сточных вод экспресс-методом с применением прибора «Биотестер». ФР.1.31.2005.01221. С.-Петербург, 2010, 21 с.