Биомониторинг - объективная оценка антропогенной нагрузки на окружающую среду

ЖУРАВЛЕВА Л.Л., ИВАНОВ Д.Е., ОЛИСКЕВИЧ В.В., АЛЛАКУАТОВ Т.Ж.

ФБУ «ГосНИИЭНП» (Саратов)

Целью статьи является анализ перспектив (принципов) и возможностей применения методов биомониторинга в оценке качества природных сред.

Система государственного экологического мониторинга должна включать оптимальный выбор «стратегий» наблюдений, которые, помимо прямого токсического действия загрязняющих веществ на организмы, позволяют также достоверно оценить синергетическое действие токсикантов и биологические эффекты сверхмалых доз.

Эта задача решается оптимальным выбором режима наблюдения, а также сочетанием совершенных методов и средств контроля.

Поскольку основной целью мониторинга окружающей среды является отслеживание динамики воздействия на компоненты окружающей среды, то, естественно, должно быть выявлено и прослежено техногенное влияние возможного негативного воздействия на все природные биоценозы.

Химико-аналитические исследования при экологическом мониторинге компонентов окружающей среды базируются на данных по ингредиентам, определенным при анализе приоритетности определения ингредиентов в массе загрязняющих веществ техногенного происхождения.

Основными критериями для установления приоритета контроля загрязняющих веществ являются:

- токсические свойства вещества;

- количество и распространенность вещества в окружающей среде;

- стойкость (персистентность) вещества;

- способность вещества к биоаккумуляции;

- способность вещества к миграции, межсредовому распределению, что проявляется в одновременном загрязнении нескольких сред;

- целесообразность проведения контроля;

- информативность имеющихся данных.

Формирование перечня загрязняющих веществ, подлежащих экологическому контролю, начинается с оценки целесообразности расчета в соответствии с ОНД-90.

Целесообразность проведения измерений определяется на основе сравнения двух параметров - Ф и Ф1:

Ф = М / (ПДК*Н),

где М - полная мощность выброса ЗВ на предприятии, г/с;

ПДК - среднесуточная предельно допустимая концентрация загрязняющего вещества в атмосферном воздухе на границе санитарно-защитной зоны, мг/м3 (целесообразность применения этого параметра в данном случае связана с особенностями регламентирования химических веществ в атмосферном воздухе, а именно: среднесуточная предельно допустимая концентрация устанавливается по общетоксическому, резорбтивному действию и характеризует санитарно-гигиеническую опасность для человека веществ токсического действия);

Н - средневзвешенная (с учетом распределения мощностей выброса по источникам разной высоты) высота выброса на предприятии, м.

Ф1= 0,01, при Н>10 м; Ф1= 0,1, при Н<10 м

При Ф > Ф1 проведение расчетов и необходимость измерения показателей признается целесообразным.

Алгоритм оценки целесообразности расчета, реализованный в унифицированных программах расчета загрязнений атмосферы (УПРЗА), основан на соблюдении условия:

∑CMi / ПДК + Сф < ɛ ПВmi = Мi / ПДКi,

где ∑CMi - сумма максимальных концентраций i-го вредного вещества от совокупности источников данного предприятия, мг/м3;

Сф - фоновая концентрация, в долях ПДК;

ɛ - коэффициент целесообразности расчета (J = 0,1).

Зависимость токсичности от количества загрязняющего вещества в пробе воды

Для веществ, удовлетворяющих данным условиям, детальные расчеты проводить также нецелесообразно.

Информативность определяется на основе метода экспертных оценок риска неблагоприятного воздействия, исходя из:

- особенностей токсического действия загрязняющего вещества;

- способности его вызывать отдаленные эффекты (канцерогенез, мутагенез и др.);

- значимости в технологическом процессе;

- возможности обнаружения (летучие, разлагающиеся вещества);

- способности накапливаться и мигрировать в природных средах.

Для получения количественной характеристики показателей опасности веществ проводится расчет приоритетности по критериям целесообразности и информативности, т.е. их ранжирование, с использованием в расчетных формулах величин гигиенических нормативов и показателей рассеивания загрязняющих веществ в окружающей среде.

Выбор приоритетных веществ (в соответствии с РД-52.04.186-89) основан на использовании параметра потребления воздуха (ПВ), реального и требуемого:

ПВi = Мi / qi               ПВmi = Мi / ПДКi

где М - суммарное количество выбросов i-й примеси от всех источников объекта, г/сек;

q - максимальная концентрация на местности, установленная по данным расчетов или наблюдений, мг/м3;

ПДКi - максимально разовая предельно допустимая концентрация загрязняющих веществ, мг/м3.

Ранжирование осуществляется: на первом этапе - по требуемому потреблению воздуха; на втором этапе - по реальному потреблению воздуха.

Ранжирование по реальному потреблению воздуха выполняется при наборе объективных статистических данных по фактическому объему выбросов каждого из веществ и фактическому уровню загрязнения атмосферного воздуха.

Значение параметра требуемого потребления воздуха зависит от количества выбросов и высоты источников выбросов, поэтому по приоритетности веществ, подлежащих контролю на предприятиях, имеющих одинаковую структуру производственных процессов, может значительно отличаться.

Ранжирование загрязняющих веществ по сумме мест, набранных в результате реализованных этапов, является наиболее объективным, так как учитывает вредность самих веществ (через ПДК) и объем их выбросов. В случае если два или несколько веществ набирают одинаковую сумму мест - их приоритетность определяется классом опасности для атмосферного воздуха.

Исходя из вышесказанного, видим, что в выборе ингредиентов для экоаналитического контроля превалирует теоретический подход подбора технических критериев, которые практически не связаны ни с аккумуляцией, ни с синергизмом, ни с деструкцией загрязняющих веществ в окружающей среде, и тем более с влиянием их на человека, флору и фауну.

При определении приоритетности компонентного состава загрязняющих веществ для экоаналитического мониторинга зачастую на первый план выходят загрязняющие вещества, имеющие различные критерии воздействия на окружающую среду, но ни один из этих критериев не связан с определением поведения загрязняющего вещества в окружающей среде, где встречается и накладывается множество факторов, радикально меняющих состав загрязнений.

В зависимости от активности загрязняющего вещества происходит образование многочисленных, порой не прогнозируемых соединений, обладающих более токсичными свойствами для биоценозов окружающей среды, чем первоначально определяемые ингредиенты. Возможен и другой вариант, когда продукты химических и иных взаимодействий оказываются инертными или нейтральными для них.

Экоаналитический мониторинг предполагает динамическое отслеживание концентрации загрязняющего вещества в компоненте природной среды без анализа его биогенного воздействия, т.е. в основе его лежат три основных определяющих фактора:

- высокая токсичность и опасность веществ (с учетом отдаленных эффектов, специфического действия, кумуляции) для человека и окружающей среды, рассматриваемые на уровне ПДК, ЛД, ЛК, ВДК и т.п.;

- способность выступать в качестве маркера (показателя присутствия отравляющих веществ);

- обязательность для контроля специфичных и общепромышленных загрязнителей.

Эти факторы не предполагают оценки комплексной величины антропогенного воздействия на компоненты окружающей среды, на ее биоценозы. Такую оценку может дать биологический мониторинг, включающий методы биотестирования и биоиндикации.

Биотестирование (экотоксикологический анализ) является способом оценки токсических эффектов действия химических веществ и смесей по физиологическим, морфологическим реакциям, поведенческим изменениям, изменениям выживаемости, плодовитости тест-организмов в определенных условиях.

Биоиндикация используется для качественной и количественной оценки (определения степени загрязнения) и для оценки влияния антропогенных, биотических и абиотических экологических факторов на окружающую среду.

Критерии биомониторинга устанавливаются по правилам и стандартам, принятым в системе государственного экоаналитического мониторинга, т.е. экспорт и накопление вредных загрязняющих веществ в почве, водных объектах, растениях происходит главным образом за счет их поступления из атмосферы.

Система регулярного биомониторинга должна являться неотъемлемой, предшествующей частью общей системы экологического мониторинга состояния компонентов окружающей среды, подтверждающей и выявляющей суммирующее (кумулятивное и синергетическое) негативное влияние, для подтверждения (исключения) токсичности загрязняющих веществ на тест-объектах, классов опасности загрязняющих веществ и т.п.

Основной задачей биомониторинга является системный анализ природных и антропогенных процессов, протекающих в компонентах природной среды, который рассматривается как единый непрерывный процесс, взаимосвязанный с физическими, физико-химическими и биологическими закономерностями. А поэтому может быть рассмотрен как единый непрерывный процесс построения и использования модели для получения информации об изменениях в окружающей среде во взаимосвязи с негативным воздействием химических загрязняющих веществ, заложенных для экоаналитического мониторинга.

Рассмотрим результаты исследований сточной воды с городских очистных сооружений.

Результаты исследований воды по химическим показателям и токсичности, определяемой по дафниям, представлены в таблице (см. стр. 39).

Из таблицы видно, что из шести анализируемых проб наиболее загрязненной по химическим специфическим ингредиентам является вода пробы №1, т.к. в ней более высокое содержание мышьяка, СПАВ, хрома, нефтепродуктов. В то же время токсичность этой воды определяется как нетоксичная (смертность по дафниям всего 6%).

Почему же эта проба, имеющая достаточно высокую концентрацию наиболее токсичных загрязняющих веществ, в целом является нетоксичной для дафний?

Исследование показывает, что в воде данной пробы имеются, скорее всего, факторы, не исследованные нами и которые способствуют образованию условий, ослабляющих губительное воздействие на биологический тест-объект.

Может ли вода этой пробы оцениваться как нетоксичная для сброса в водоем? По химико-аналитическим параметрам - не может, так как концентрация, например, мышьяка выше ПДК (рыбохозяйственный - 0,05 мг/л, хозпитьевой - 0,01 мг/л), а по биологическому тестированию - нетоксична.

Это значит, что биологическим тестом выявлено то, что аналитически из-за сверхмалых доз ингредиентов трудно или практически невозможно определить. Вероятно, взаимодействие или накладка внешних и внутренних условий ослабили токсичность.

В пробе № 6 содержание мышьяка, нефтепродуктов, СПАВ и хрома значительно меньше вышеназванных ПДК, но проба была определена как токсичная, так как смертность по дафниям составляет 78%. В этом случае сработал подобный эффект, но в сторону усиления токсичного действия.

Биологический мониторинг не должен ограничиваться некоторыми разовыми эпизодами контроля, а должен быть в статусе обязательного государственного метода, используемого при контроле и мониторинге компонентов окружающей среды, при определении антропогенной нагрузки на территории.

Первоначальное обследование компонентов окружающей среды, как правило, проводится с помощью методов биомониторинга. При определении токсичности проб осуществляется их дополнительное исследование методами химического анализа с целью идентификации загрязняющих веществ.

Практическая значимость биологического исследования компонентов окружающей среды не вызывает сомнения в том, что: во-первых, сокращаются и(или) исключаются дорогостоящие химико-аналитические исследования; во-вторых, биомониторинг позволяет получать результаты воздействия ЗВ на простейшие микроорганизмы, экстраполировать их на животных и человека; в-третьих, результат оперативного теста на экотоксичность компонента окружающей среды (воздух, вода, почва, отходы и т.п.) позволяет объективно оценить качество территории при развитии производственных мощностей и строительстве социальной инфраструктуры (жилых домов, больниц, детских садов, школ и т.д.).

Исследования подтверждают, что приоритетом исследований окружающей среды при экологическом мониторинге должны являться биологические методы.

Система государственного экологического мониторинга должна быть основана на сочетании методов биомониторинга (биотестирование и биоиндикация) и химико-аналитических исследований.

Создание полноценной системы экологического мониторинга должно быть важной государственной задачей в интересах сохранения здоровья нации.