Введение к работе
Актуальность темы. Важнейшей составной частью экологического мониторинга окружающей природной среды является биологический мониторинг, главные достоинства которого заключаются в интегральной оценке качества окружающей среды, экспрессности получения результатов, достаточно высокой чувствительности большинства индикаторных организмов. Относительная простота реализации многих биотестов, экономическая целесообразность их применения и, самое главное, возможность получения информации, которую не могут дать традиционные методы химического анализа делают биомониторинг незаменимым элементом контроля и предупреждения загрязнения.
Согласно данным Агентства окружающей среды США (ЕРА), биотестирование осуществляется с использованием более 100 тест-объектов и около 5 000 тест-реакций. Однако ни один из предлагаемых организмов не может служить универсальным индикатором загрязнения водных объектов, в равной степени чувствительным ко всем токсикантам из-за имеющейся видовой избирательности к их действию. Поэтому задача выбора показательных тест-объектов и оптимальных условий их применения в оценке состояния водных объектов является актуальной.
Для получения полной и достоверной информации о состоянии водных объектов химический анализ и биотестирование природных вод (ПВ) должны осуществляться одновременно с анализом донных отложений (ДО), т.к. при возникновении определенных условий ДО могут служить потенциальным источником вторичного загрязнения. В настоящее время назрела необходимость создания единых подходов, стандартизации и унификации методической базы для адекватной оценки токсичности донных отложений (Бакаева, 2009).
Применяемые в рамках программы экологического контроля и мониторинга объекта по уничтожению химического оружия (ОУХО) в Кировской области аттестованные методы биотестирования ПВ имеют ряд существенных недостатков, а для биотестирования ДО используют только одну методику, основанную на регистрации реакций инфузорий. К тому же оценка экологического состояния ПВ осуществляется без учета состояния ДО, что не дает возможности получения полной и достоверной информации о экотоксикологическом статусе водных объектов.
Целью диссертационной работы является обоснование методических подходов к выбору и использованию тест-объектов для биомониторинга загрязнения водных объектов соединениями мышьяка.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
-
Установить информативность острых и хронических биотестов с использованием C. affinis и S. quadricauda для обнаружения загрязнения водных объектов арсенитом натрия в конкретных условиях (на примере ОУХО «Марадыковский» в Кировской области).
-
Выявить закономерности токсического действия арсенита натрия на C. affinis и S. quadricauda и провести аналогичные исследования в отношении другого приоритетного токсиканта (нитрата ртути) для подтверждения правомерности установленной зависимости.
-
Экспериментально обосновать условия, позволяющие повысить экспрессность и чувствительность методик биотестирования с использованием C. affinis и S. quadricauda в качестве тест-объектов, а также унифицировать процедуру выражения результатов биотестирования.
-
С помощью оптимизированных методик биотестирования осуществить оценку состояния водных объектов в районе ОУХО «Марадыковский» Кировской области.
-
Обосновать целесообразность практического внедрения оптимизированных методических подходов в систему биомониторинга водных объектов (на примере ОУХО «Марадыковский» в Кировской области).
Научная новизна диссертационного исследования:
-
Предложен интегральный показатель токсичности (Bmax) проб ПВ и ДО, который дает возможность ранжировать уровни антропогенных нагрузок на водные объекты.
-
Разработана и апробирована балльная система определения класса экотоксикологического состояния водного объекта. Проведена оценка экотоксикологического состояния водных объектов территории ОУХО «Марадыковский» в Кировской области.
-
Выведена математическая модель, описывающая закономерности воздействия соединений мышьяка (арсенита натрия) на чувствительные виды тест-организмов, которая может использоваться для прогностической оценки уровня загрязнения водных объектов по изменению тест-функций индикаторов.
Основные результаты и положения, выносимые на защиту:
-
Оптимизирована система экотоксикологической оценки водных объектов в районе ОУХО «Марадыковский». Выбор в качестве биотест-объектов C. affinis и S. quadricauda и применение разработанных методических приемов позволяют уменьшить трудоемкость анализа, повысить его чувствительность и экспрессность. Балльная система определения класса экотоксикологического состояния водного объекта позволяет унифицировать процедуру выражения результатов биотестирования.
-
Практические предложения, включающие изучение хронической токсичности соединений мышьяка на популяционном уровне с использованием для оценки более чувствительного пятого поколения рачков, а также применение модифицированной питательной среды для получения контрольной культуры микроводорослей позволяют оптимизировать процедуру биотестирования.
-
Уравнения регрессии, описывающие зависимость «концентрация-эффект» при воздействии соединений мышьяка на тест-объекты, позволяющие осуществлять прогностическую оценку степени загрязнения водных объектов.
Практическая значимость Результаты диссертационного исследования, а именно: практические предложения по оптимизации процесса биотестирования природных вод и донных отложений; интегральный показатель токсичности проб природных вод и донных отложений, который дает возможность определить класс экотоксикологического состояния водного объекта и ранжировать уровни антропогенных нагрузок на экосистему; балльная система определения класса экотоксикологического состояния водных объектов с учетом степени токсичности природных вод и донных отложений; математическая модель для прогностической оценки уровня загрязнения водных объектов по изменению тест-функций индикаторов внедрены в практику деятельности лаборатории биомониторинга и биотестирования РЦГЭКиМ по Кировской области. Использование указанных результатов позволило оптимизировать процедуру биотестирования, повысить эффективность и качество биомониторинга водных объектов в районе действующего ОУХО «Марадыковский».
Материал, представленный в работе, получен при выполнении исследований в рамках ФЦП «Уничтожение запасов химического оружия в Российской Федерации».
Личный вклад автора. Автором проведено планирование экспериментальных исследований, подбор методов для достижения поставленной цели и осуществление всех следующих этапов работы: анализа литературных источников, проведения исследований в лабораторных условиях, а также обработка и интерпретация полученных результатов с разработкой в итоге практических предложений по оптимизации системы экотоксикологической оценки водных объектов района исследования.
Апробация работы. Результаты исследований были доложены и обсуждены на Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы региональной экологии в условиях устойчивого развития» (г. Киров: 2007, 2008, 2009 гг.), на Всероссийской научно-практической конференции «Региональные и муниципальные проблемы природопользования» (г. Кирово-Чепецк, 2008г.), на Всероссийской конференции с элементами научной школы для молодежи «Экотоксикология» (Пущино, 2009), на Всероссийской научной школе для молодежи «Инновационные методы и подходы в изучении естественной и антропогенной динамики окружающей среды» (г. Киров, 2009 г.), на II Всероссийской научной конференции «Научное творчество XXI века» с международным участием (г. Красноярск, 2010 г.), на XVII Всероссийской молодежной конференции «Актуальные проблемы биологии и экологии» (г. Сыктывкар, 2010 г.), на Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Биологический мониторинг природно-техногенных систем» (г. Киров, 2011 г.), на научно-практической конференции молодежи «Экология родного края – проблемы и пути их решения» (г. Киров: 2008, 2009, 2010 гг.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 19 работ, в том числе 2 – в рецензируемых журналах из списка изданий, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, заключения, списка литературы. Работа изложена на 144 страницах машинописного текста, содержит 11 рисунков, 53 таблицы и 1 приложение. Список литературы включает 131 источник, из них 16 на иностранных языках.
Похожие диссертации на Обоснование методических подходов к выбору и использованию тест-объектов для биомониторинга загрязнения водных объектов соединениями мышьяка : на примере ОУХО "Марадыковский" Кировской области
