Общая ситуация с соз

В настоящее время описано свыше 18-миллионов искусственных синтетических химических веществ. Из этих миллионов веществ от 50000 до 100000 реально используются в промышленных целях.

Большинство синтетических органических соединений появилось в ХХ столетии. Их массовое производство началось с 30-х годов прошлого столетия, и с тех пор оно только возрастает. Так, суммарное мировое производство увеличилось с 150000 тонн в 1935 году до более 150 миллионов тонн синтетических материалов в начале 1995 года.

Из приблизительно 1000 известных токсичных загрязнителей окружающей среды около половины содержат хлор. Хлор используют при производстве пластмасс, например, ПВХ; при производстве четыреххлористого углерода и различных растворителей; хлор используют в процессе отбеливания бумаги и для очистки питьевой воды.

Большая часть хлорсодержащих веществ, включая и большинство СОЗ, чрезвычайно опасны. Последние несколько десятилетий быстрый рост промышленности привел к широкому распространению высокотоксичных химических соединений.

СОЗ создают проблемы особого характера, поскольку они:

сохраняются в окружающей среде в течение длительного времени до своего полного разложения;

переносятся на большие расстояния во все уголки земного шара, причем даже в районы, удаленные на тысячи километров от ближайшего источника СОЗ;

накапливаются в тканях всех живых организмов, которые потребляют СОЗ вместе с пищей, питьевой водой или атмосферным воздухом;

отравляют людей и животных, вызывая токсические нарушения самого широкого спектра.

В результате этого СОЗ присутствуют повсеместно. Они обладают способностью накапливаться в жировых тканях животных, находящихся в верхних звеньях пищевых цепей, и человека, достигая концентраций, в 70 тыс. раз превышающих фоновые уровни. В долгосрочной перспективе это может иметь для всех нас самые серьезные последствия.

Эффекты воздействия СОЗ на живые организмы хорошо изучены. К ним относятся врожденные пороки развития, образование раковых опухолей, нарушение иммунной и репродуктивной систем. Например, под воздействием СОЗ произошло резкое снижение численности популяций таких морских млекопитающих, как тюлень обыкновенный, морская свинья, дельфин и белуха.

Воздействие СОЗ на человека крайне схоже с тем, которое они оказывают на животных. Особенно подвержены воздействию СОЗ новорожденные, получающие их с молоком матери или через плаценту.

На сегодняшний день последствия химической революции для человечества очевидны: от пластиковых изделий до пестицидов – СОЗ вездесущи. Многие из этих синтетических соединений помогли увеличить уровень производства продуктов питания, защитили здоровье людей, сделали возможным существование удобств современной жизни. Но за успехи заплачена большая цена. В организме каждого из нас сейчас содержится приблизительно 500 антропогенных химических веществ – потенциальных ядов, которые не существовали до 1920 года. Многие из них – СОЗ, среди которых диоксины, ПХБ и ДДЭ – высокостойкий продукт разложения ДДТ.

Лекция 6 Демьянова М.

Токсическое действие тяжелых металлов. Минеральное питание

Тяжелые металлы - Устойчивость к тяжелым металлам

Взаимодействие между элементами минерального питания и ТМ в растениях (Кабата-Пендиас, Пендиас, 1989)

Элемент минерального питания	Характер взаимодействия
	Антагонизм	Синергизм
N	Cu, Pb	
P	Cd,Cu, Pb	Zn
K	Cd, Pb	
Ca	Cd,Cu, Pb, Zn	Cu, Zn
Fe	Zn	
Mg	Zn, Cu	

Влияние тяжелых металлов на содержание макроэлементов

Азот. Высокие концентрации ТМ, в частности меди, снижали концентрацию азота в листьях растений пшеницы (Kumar et al., 1990). В присутствии цинка его содержание уменьшалось в надземной биомассе растений овса, а в присутствии кадмия — в корнях и листьях бобов (Gouia et al., 2003). Негативное влияние ТМ на азотный метаболизм связано с конкуренцией за мембранные переносчики между ионами металлов и NH4+, а также со снижением активности некоторых ферментов азотного метаболизма: нитритредуктазы, глутаматсинтазы и аминотрансферазы в листьях (Gouia et al., 2003), нитратредуктазы в корнях (Norwell et al., 1993). Относительно низкие концентрации ТМ могут вызывать увеличение содержания азота в растениях, что связано с активацией ферментов. Так, у растений овса кадмий в концентрации 100 мкМ на 15% (по сравнению с контролем) увеличивал активность глутаминсинтетазы, участвующей в ассимиляции аммония (Astolfi et al., 2004), что может способствовать повышению устойчивости азотного метаболизма.

Фосфор.В зависимости от вида металла и его концентрации содержание фосфора может как уменьшаться, так и увеличиваться. Так, в присутствии относительно невысоких концентраций кадмия повышалось его содержание в корнях и листьях растений Sedum alfredii (Yang et al., 2001), а при действии цинка — в стеблях овса (John, 1976) и в листьях и корнях ячменя (Brune et al., 1994). При этом повышение содержания фосфора в присутствии цинка можно объяснить синергитическим взаимоотношением этих элементов, а причина его увеличения под влиянием других ТМ пока остается неизвестной. Более высокие концентрации кадмия приводили к снижению содержания фосфора в надземной массе арабидопсиса (Zhao et al., 2000), а высокие концентрации меди — в листьях овса (Reboredo, 1994). Возможно это связано с нарушением поглощения и передвижения элемента в растениях.

Калий и кальций. Характер изменения содержания в растениях калия и кальция в присутствии ТМ во многом зависит от видовой принадлежности, а также органа растения. Строгой зависимости между содержанием ТМ в субстрате и концентрацией калия и кальция в органах растений не выявлено. К примеру, при повышении в субстрате концентрации кадмия до 1 мМ содержание калия в листьях Sedum alfredii увеличивалось (Yang et al., 2004), тогда как в листьях пшеницы уменьшалось (Ouzounidou et al., 1997). У растений бобов под действием высоких концентраций меди содержание кальция в корнях повышалось, а в листьях понижалось, в то время как содержание калия в листьях, наоборот, увеличивалось (Cook et al., 1997). Известны антагонистические отношения между кальцием и свинцом, связанные с конкуренцией за участки поглощения (Godbold, Knetter, 1991). Увеличение содержания K+ и Ca2+ при возрастании содержания ТМ в среде, очевидно, играет защитную роль, однако механизм этого явления пока не известен. Снижение же содержания калия и кальция в клетках в бόльшей степени связано с нарушениями структуры клеточных мембран и утечкой этих ионов из клеток (Prasad, 1995).

Магний. Сведений относительно влияния ТМ на содержание магния в растениях очень мало. Отмечено, в частности, что в присутствии кадмия уменьшалось содержание магния в листьях ячменя, а при действии свинца — в листьях огурца (Burzyński, 1987). Вместе с тем при определенных концентрациях ТМ содержание Mg2+ в органах может и повышаться. Например, в присутствии цинка в концентрациях 0,4 и 1,6 мМ/л питательного раствора содержание магния в корнях ячменя снижалось на 70 и 87% по отношению к контролю соответственно, тогда как в листьях несколько повышалось — на 6 и 17% соответственно (Brune et al., 1994). Обнаружено также увеличение содержания магния в надземных органах растений овса под влиянием меди (Chesire et al., 1982). Возможные изменения количества макроэлементов в разных органах растений в присутствии ТМ, в частности кадмия, показаны на примере гороха. Содержание макроэлементов в листьях по мере увеличения концентрации кадмия в корнеобитаемой среде снижается, а в корнях отмечено как повышение, так и снижение.

Влияние тяжелых металлов на содержание некоторых микроэлементов

Железо. Известно, что железо и цинк являются антагонистами, и катионы цинка замедляют поглощение железа, вызывая хлороз листьев (Misra, Ramani, 1991). Сходный эффект, вызываемый кадмием выражается в уменьшении размеров корневой системы, повреждении клеточных мембран корня, задержке транспорта железа из корней в листья, а также снижении активности Fe-редуктазы — фермента, необходимого для восстановления Fe3+ в Fe2+. Уменьшение содержания железа отмечено также в листьях растений огурца под действием свинца и меди.

Марганец, медь, цинк, бор. Помимо железа ТМ нарушают в растениях метаболизм других микроэлементов. Так, с увеличением концентрации кадмия уменьшается содержание марганца, меди и бора в листьях ячменя (Sandalio et al., 2001). У растений салата при действии кадмия в концентрации 1 мг/л содержание марганца в стебле увеличивалось, а в корнях уменьшалось (Ramos et al., 2002). В присутствии кадмия в концентрации 10—30 мкМ также снижалось поступление марганца в растения пекинской капусты (Юсим, Осмоловская, 2000) и гороха (Hernández et al., 1998), что в свою очередь приводило к снижению количества гран в хлоропластах и тилакоидов в гранах. При действии цинка даже в относительно невысоких концентрациях (100 мкМ) уменьшается концентрация марганца и меди в корнях и надземной массе растений арабидопсиса (Zhao et al., 2000).

Свинец подавляет поглощение и транспорт марганца в побеги пшеницы, нарушая физические процессы связывания ионов (Kannan, Keppler, 1976).

Макро- и микроэлементы в свою очередь также могут снижать концентрацию ТМ в растении. Так, увеличение содержания калия и фосфора является причиной уменьшения поглощения кадмия. Отмечено падение уровня свинца и кадмия в растениях риса при повышении в почве содержания кальция и магния. Наконец, и сами ТМ ограничивают поступление друг друга в растения. Так, цинк снижает поступление свинца, а медь и железо — кадмия (Burzyński, Buczek, 1989; Siedlecka, 1995).

Поглощение ионов. В большинстве случаев кадмий и свинец тормозят поглощение как катионов (К+, Са2+, Mg2+, Mn2+, Zn2+, Cu2+, Fe3+), так и анионов (NO3–). Для некоторых элементов картина может быть более сложной. Накопление меди снижалось при воздействии кадмия в корнях райграса, кукурузы, капусты, клевера, но увеличивалось в корнях риса и оставалось на прежнем уровне у огурца и тыквы. Тяжелые металлы влияют на поглощение других ионов посредством разных механизмов, относительная роль которых неодинакова, поэтому эффекты у отдельных видов могут отличаться.

Можно выделить по крайней мере два механизма снижения поглощения макро- и микроэлементов под воздействием Cd2+ и Рb2+. Первый определяется физико-химическими причинами и обусловлен близостью ионных радиусов металлов. Таким образом, например Cd2+ (1,03 Å), снижает поглощение Zn2+ (0,83 Å) и Са2+ (1,06 Å). Второй механизм связан с металл-индуцированным нарушением метаболизма клеток, в результате чего происходят изменение активности мембранных ферментов и структурная перестройка мембран. Одним из самых ярких примеров подобного действия Cd2+ и Рb2+ является вызваемый ими отток К+ из корней. Вероятно, К+-АТФаза и SH-группы белков клеточной мембраны очень чувствительны к Cd2+ и Рb2+, что и является причиной оттока К+ из корней, одного из типичных процессов, наблюдаемых при самых разных нарушениях метаболизма клеток. С металл-индуцированным снижением активности другого фермента — Fe(III)-редуктазы связано уменьшение поглощения Fe3+ корнями огурца.

Под действием Cd2+ происходило резкое изменение липидного состава мембран, причем во всех классах липидов содержание пальмитиновой кислоты увеличивалось, а линолевой и линоленовой кислот, напротив, уменьшалось. Следствием этого могло быть изменение проницаемости мембран, что, наряду с ингибированием мембранных ферментов, возможно, приводило к изменению ионного баланса в цитоплазме (Титов и др., 2007).

Поглощение NO3– уменьшалось при действии Рb2+ и Cd2+, что приводит к уменьшению активности нитратредуктазы и нарушению азотного обмена растений. Снижение поглощения NO3– может быть обусловлено также водным стрессом, вызываемым Cd2+ и Рb2+.

Неоднозначно изменялся ионный баланс в различных тканях и органах растений. Так, Рb2+ вызывал уменьшение содержания К+ во всех органах проростков огурца, Са2+ в гипокотиле и семядолях, Fe3+ только в корнях. Ион Cd2+ понижал содержание К+ в корнях и семядолях, Са2+ только в семядолях, a Fe3+ только в корнях. При комбинированном действии Cd2+ и Рb2+ чаще наблюдался синергизм, чем антагонизм.

ТМ влияют не только на поглощение ионов, но и на их транспорт. Это влияние видоспецифично и, возможно, является одной из причин различной чувствительности к ним растений. Например, кадмий уменьшал как поглощение, так и транспорт Zn2+, Fe3+, Mn2+, Ca2+ и Mg2+, причем в большей степени у клевера, чем у капусты.

О токсической роли тяжелых металлов

Закономерностью, отражающей современное развитие общества, является возрастание роли техногенной миграции. В результате этого происходит массовое поступление химических элементов в объекты окружающей среды, что может привести к техногенным заболеваниям человека. А.Е.Ферсман, который ввел термин "техногенез", объединил в этом понятии совокупность химических и технических процессов, вызванных хозяйственной деятельностью человека, следствием чего является перераспределение химических элементов на поверхности земли [12]. К главным особенностям техногенного круговорота веществ следует отнести более высокую скорость протекания составляющих его процессов по сравнению с естественными круговоротами, а также наличие неупорядоченности и разомкнутости в большинстве составляющих его звеньев. Об этом сейчас можно прочитать в любом учебнике по экологии. Тем не менее уже свершившимся фактом является наличие большого количества загрязняющих веществ в нашей среде обитания, вредность которых в первую очередь определяется:

- их устойчивостью в среде,

- биологической доступностью,

- вероятностью вызывать негативные эффекты в очень малых концентрациях.

Всеми этими характеристиками обладают химические элементы, отнесенные к группе тяжелых металлов. Их токсичность проявляется в способности легко аккумулироваться живыми организмами, вызывая даже в малых количествах нарушения их функционирования. В процессе перемещения по геохимическим циклам эти элементы, в силу своих химических свойств, слабо трансформируются и накапливаются в окружающей среде. В настоящее время приоритетными загрязнителями признаны ртуть (Hg), свинец (Pb), кадмий (Cd), мышьяк (As), медь (Cu), ванадий (V), олово (Sn), цинк (Zn), сурьма (Sb), молибден (Mo), кобальт (Co), никель (Ni). Особо опасны органические и летучие соединения ртути (Hg), селена (Se), теллура (Te), мышьяка (As), свинца (Pb), палладия (Pd), образующиеся в выхлопных газах автомобилей.

Постоянному сиюминутному загрязнению подвержен атмосферный воздух крупных городов с развитой сетью промышленных предприятий и перегруженных транспортными средствами. В настоящее время выбросы в атмосферу в промышленных зонах являются наиболее опасным видом загрязнения с прямым экологическим воздействием. Как отмечено в работе [11], в атмосферный воздух могут попадать такие элементы:

- никель, ванадий, ртуть (Ni,V, Hg) преобладают в выбросах энергетических установок;

- хром, марганец, свинец (Cr, Mn, Pb) присутствуют в выбросах многих машиностроительных производств;

- свинец как и бром (Pb,Br) характерны для состава воздуха, загрязненного выхлопными газами автомобилей (результат использования этилированого бензина);

- цинк и медь (Zn, Cu) встречаются в окружающей среде любого промышленного города.

В конечном итоге современное производство независимо от его типа сопровождается полиэлементными выпадениями ассоциаций элементов: Pb, Zn, Sn, Cu, Mo, Ni, Co, Cr, Hg, Ag [10].

Наблюдением за состоянием загрязнения атмосферы в городах Украины занимаются организации системы Укргидромет. Производится анализ содержания основных загрязняющих веществ: пыль, двуокись серы, оксид углерода, двуокись азота, специальные вещества (окись азота, сероводород, фенол, фтористый водород, хлористый водород, аммиак, формальдегиды, бенз(а)пирен, тяжелые металлы).

Данные, публикуемые в виде "Національних доповідей про стан навколишнього середовища в Україні", позволяют составить представление о степени загрязненности окружающей среды. К наиболее загрязненным городам Украины отнесены Горловка, Донецк, Днепропетровск, Запорожье, Луганск, Макеевка, Мариуполь, Одесса, Харьков, Черкассы. Для Харькова проблема охраны атмосферного воздуха стоит довольно остро. У большинства предприятий, сосредоточенных в нескольких промышленных зонах города, отсутствуют санитарно-защитные зоны, т.е. располагаются они в непосредственной близости от жилых кварталов [16]. Контроль проб воздуха, проводимый Харьковским областным центром по гидрометеорологии на содержание кадмия, свинца, меди, хрома, марганца, железа и никеля, дает превышение граничных концентраций железа в районе Салтовки и меди в Центральном районе [17].

Опасность тяжелых металлов проявляется при вдыхании их паров и соединений.

При аэральном пути поступления в организм человека их поглощение идет более интенсивно, чем при попадании другим путем. К тому же ряд загрязняющих элементов (мышьяк, селен, сурьма, ртуть) легко образуют летучие соединения. Курильщики получают дополнительно по 1 мкг свинца и 1-2 мкг кадмия от каждой сигареты, причем сигаретные фильтры не способны задерживать кадмий. Крупные частицы задерживаются в верхних дыхательных путях, а мелкие поступают в легкие, где осаждается до 30 % достигающего их свинца. Медиками и гигиенистами установлено, что более опасны долговременные воздействия малых концентраций вдыхаемых веществ, чем кратковременные, но высококонцентрированные [13].

С промышленными и коммунальными стоками, в результате атмосферных выпадений происходит поступление тяжелых металлов и в природные воды [8,9]. Помимо непосредственного загрязнения источников питьевого водоснабжения большую опасность представляет загрязнение гидробионтов, которых человек употребляет в пищу.

Основным резервуаром, где откладываются тяжелые металлы, является почва. Почва накапливает многолетние поступления тяжелых металлов, попадающие в нее из атмосферы в составе газообразных выделений, дымов и техногенной пыли; в виде отходов промышленности, сточных вод, бытового мусора, минеральных удобрений [5,7]. Исследования общего техногенного загрязнения грунтов Украины [15] выявили, например, для Харькова повышенное содержание цинка, никеля и свинца (Zn, Ni, Pb), что объясняется исторически сложившейся инфраструктурой промышленного производства города, связанного с машиностроением и металлургией, развитой сетью автомобильных дорог. Оценка сотрудниками ННЦ "Институт почвоведения и агрохимии" уровней загрязненности грунтов города Харькова тяжелыми металлами дала следующие результаты [17]. Во Фрунзенском районе отмечено высокое загрязнение грунтов свинцом и цинком, что объясняется совместным воздействием предприятий машиностроения и автотранспорта. Очень загрязненные грунты расположены в промышленной зоне, которая примыкает к Московскому проспекту. Самые высокие концентрации свинца естественно выявлены на перекрестках автомагистралей. Максимальные превышения по цинку приурочены к заплавной части долины речки Немышля. Эти данные еще раз свидетельствуют о повышенной техногенной нагрузке на атмосферный воздух в данных районах.

Немаловажным источником повышенных микроэлементных поступлений в организм человека и животных является пища, выращенная на загрязненных почвах. Специфичность тяжелых металлов заключается в том, что по степени насыщения ими тканей растений их основные органы располагаются так [4]:

корень > стебель, листья > семена > плоды.

Поэтому в настоящее время объединенная комиссия ФАО и ВОЗ включила в пищевой кодекс 8 химических элементов, содержание которых контролируется при международной торговле пищевыми продуктами. Это ртуть, кадмий, свинец, мышьяк, стронций, цинк, железо (Hg, Cd, Pb, As, Sr, Zn, Fe).

По данным института гигиены и медицинской экологии им. А.Н.Марзеева АМН Украины установлено увеличенное содержание тяжелых металлов (меди, цинка, никеля и других) в почвах и сельскохозяйственных культурах некоторых областей Полесья и Лесостепной зоны в 1,5-7 раз выше кларка или МДУ (максимально допустимого уровня), за счет внесения отходов и агрохимикатов, особенно при несоблюдении санитарно-гигиенических требований [3].

Токсичные металлы, попавшие в организм, распределяются в нем неравномерно. Первый удар принимают на себя основные органы выделения (печень, почки, легкие, кожа). В частности, попав в печень, они могут претерпевать различные изменения, даже с благоприятным для организма исходом, что способствуют их обезвреживанию и выведению через почки и кишечник. Если эти механизмы уже не срабатывают, то происходит накопление тяжелых металлов в организме человека [1,14]. До 90 % общего содержания ртути в организме скапливается в почках. У людей, связанных с ртутью профессионально, обнаружены ее повышенное содержание в веществе головного мозга, печени, щитовидной железе и гипофизе. Свинец накапливается в костях, его концентрация здесь может в десятки и сотни раз превышать концентрацию в других органах. Кадмий откладывается в почках, печени, костях; медь - в печени. Мышьяк и ванадий накапливаются в волосах и ногтях. Олово - в тканях кишечника; цинк - в поджелудочной железе. Сурьма близка по своим свойствам мышьяку и оказывает на организм сходное действие. С более подробной информацией по этому вопросу можно ознакомиться в фундаментальных работах Авцына А.П., группы авторов под руководством Скального А.В., Трахтенберга И.М., [1,6,14].

Кроме токсического действия тяжелые металлы обладают канцерогенным действием. По данным Международного агенства по изучению рака IARC для человека канцерогенными являются соединения мышьяка (рак легких и кожи), хрома (рак легких и верхних дыхательных путей), никеля (Ni) (группа 1) и кадмия (рак предстательной железы) (группа 2Б). Канцерогенными для животных и потенциально опасными для человека признаны соединения свинца (Pb), кобальта (Co), железа (Fe), марганца (Mn) и цинка (Zn) [2]. Данные о канцерогенном влиянии многих химических элементов в настоящее время изучаются и дополняются.

В конечном итоге тяжелые металлы понижают общую сопротивляемость организма, его защитно-приспособительные возможности, ослабляют иммунную систему, нарушают биохимический баланс в организме. Медиками ведется поиск натуральных протекторов, способных ослабить или нейтрализовать вредное воздействие. За экологами же остаются задачи объективной оценки и прогноза степени загрязненности нашей среды обитания, а также большая работа по ограничению их поступлений во внешнюю и внутреннюю среду человека. И в этом процессе, по мнению авторов работы "Геохимия окружающей среды" [11], не следует забывать, что:

- загрязнение выбросами в атмосферу и сбросами в водоемы от предприятий является рассеянным, а расположение твердых отходов обычно строго локализовано;

- воду можно очищать перед использованием или подобрать другой источник водоснабжения, однако, для уже загрязненного воздуха или почвы сделать это маловероятно;

- в воздухе загрязнение (за исключением углекислого газа CO2 ) не накапливается в отличие от водных систем (в основном донные отложения) и почвы, где оно депонируется на длительное время.

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТОКСИЧНОСТИ ДЕЙСТВИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ НА ОРГАНИЗМ

Изобретение может быть использовано в медицине, а именно в экологии и гастроэнтерологии. Определяют уровень тяжелых металлов в сыворотке крови и дополнительно определяют активность каталазы в эритроцитах. При снижении ее (при норме 72,5-106,1 с-1/г) в сочетании с повышенным уровнем тяжелых металлов действие последних определяют как токсическое. Способ обеспечивает возможность выявления ранней стадии интоксикации и обеспечивает прогноз возникновения и характер течения заболевания. 1 табл.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к медицине, а именно к экологии и гастроэнтерологии, и может быть использовано для определения токсического действия тяжелых металлов на организм.

Экологическая обстановка промышленных городов характеризуется интенсивным загрязнением окружающей среды химическими веществами. Одним из приоритетных загрязнителей являются тяжелые металлы /Cd, Pb, Ni, Cr и др./, накопление которых в организме оказывает токсический эффект, создавая метаболическую и структурную основу для снижения резистентности организма с последующим развитием различных заболеваний и их хронизацией.

Известны клинико-лабораторные тесты по оценке статуса микроэлементов в организме. Они основаны на выявлении содержания самих металлов и специфических симптомов отравления (Авцын А.П. Микроэлементозы человека//Клиническая медицина. - 1987. - т. 65, N 6, с. - 36-44).

Данные тесты по оценке статуса микроэлементов имеют свои ограничения, поскольку отражают глубокую степень интоксикации организма и используются в токсикологии.

В настоящее время для выявления ранней стадии токсического действия тяжелых металлов на организм проводится их биомониторинг на основе определения количества тяжелых металлов в биосубстратах /сыворотке, моче, волосах/. Токсическим считают любой уровень, превышающий нормативные значения (Авцын А.П. Микроэлементозы человека//Клиническая медицина. - 1987. - т. 65, N 6. - с. 36-44).

Способ недостаточно информативен, поскольку не дает представления о взаимосвязи между содержанием тяжелых металлов и степенью их токсического действия.

В современных условиях организм человека, как правило, подвергается комбинированному, комплексному и сочетанному воздействию различных металлов. Комбинированное воздействие может вести как к суммированию эффектов, так и их потенцированию. Поэтому для ранней и объективной оценки статуса микроэлементов и определения степени адаптированности организма к действию тяжелых металлов необходимы неспецифические интегральные критерии. В качестве последних используют характеристику состояния систем детоксикации.

Известен способ выявления ранних признаков токсического действия тяжелых металлов на организм, включающий определение активности цитохрома Р-450 в биоптате печени (Iscan M. Comparison of in vitro effects of cadmium and nickel on the components of the liver microsomal drug metabilozing enzyme system of the guinea-pig//Comp. Biochem. and Physiol. - 1985, C 81, N 1. - C. 155-158). При сочетании повышенного уровня тяжелых металлов в организме со снижением активности цитохрома Р-450 гепатоцитов судят о токсическом действии тяжелых металлов.

Способ является трудоемким и травматичным, поэтому недоступен для широкого применения.

За прототип изобретения принят способ определения токсического действия тяжелых металлов на организм, включающий определение уровня тяжелых металлов в сыворотке крови в сочетании с определением уровня эссенциальных микроэлементов, и при нарушении микроэлементного баланса в виде повышения уровня тяжелых металлов и снижения уровня эссенциальных микроэлементов действие тяжелых металлов считают токсическим (Б.А. Ревич. Биомониторинг химических элементов в организме человека//"Экологическая безопасность городов". - С. - Петербург, 1993. - стр. 20-21).

Способ недостаточно точен, поскольку антагонистические взаимоотношения между различными микроэлементами в настоящее время еще мало изучены. Кроме того, накопление тяжелых металлов в условиях дефицита эссенциальных микроэлементов не является первичным

Целью изобретения является повышение точности способа за счет повышения информативности.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе определения токсичности действия тяжелых металлов на организм, включающем определение уровня тяжелых металлов в сыворотке крови, дополнительно определяют активность каталазы в эритроцитах, и при ее снижении (при норме 72,5-106,1 сек-1/г гемоглобина) в сочетании с повышенным уровнем тяжелых металлов действие последних определяют как токсическое.

Признак является новым, поскольку определение активности каталазы для определения токсичности действия тяжелых металлов на организм не использовалось.

Обоснованием предлагаемого признака являются следующие научные данные. Известно, что уже на ранних стадиях накопления тяжелых металлов в организме происходит активация свободнорадикальных процессов. В ответ должна активироваться антиоксидантная защита организма, в соответствии с современными представлениями об антиоксидантной защите как неспецифическом механизме развития адаптационных процессов при экстремальных воздействиях. Одним из важнейших компонентов антиоксидантной защиты организма является каталаза. Учитывая ферментотоксическое действие тяжелых металлов, можно предполагать, что при накоплении тяжелых металлов организм в ряде случаев будет отвечать не повышением, а снижением активности фермента. Реакция будет зависеть от длительности накопления металлов и индивидуальных резервов адаптации организма. Поэтому один и тот же повышенный уровень тяжелых металлов в сыворотке крови различных пациентов, по-видимому, может сочетаться как с высокой, так и низкой активностью каталазы.

Работоспособность способа доказана на репрезентативном материале путем верификации с характером течения гастроэнтерологических заболеваний, как модели снижения резистентности организма, поскольку желудочно-кишечный тракт и печень являются органами-мишенями, одними из первых подвергающимися токсическому действию тяжелых металлов техногенного происхождения.

Обследование 10 здоровых детей и 380 детей дошкольного и школьного возраста с различными гастроэнтерологическими заболеваниями. Среди них 98 детей с язвенной болезнью 12-перстной кишки /ЯБДК/ (176 наблюдений); 77 детей с хроническим гастродуоденитом /ХГД/ (85 наблюдений); 22 ребенка с хроническим гастродуоденитом в сочетании с атопическим дерматитом /ХГД+АД/ (29 наблюдений); 82 ребенка с дискинезией толстой кишки /ДТК/ (87 наблюдений); 63 ребенка с долихосигмой /ДС/ (109 наблюдений); 38 детей с синдромом мальабсорбции /СМА/ (44 наблюдения). В сыворотке крови детей проведено определение уровня тяжелых металлов /Pd, Cd и Ni/, а в эритроцитах крови - активности каталазы. Среди обследованных детей в каждой нозологической форме выделена группа с повышенным уровнем хотя бы одного из трех исследованных металлов относительно верхней границы соответствующей нормы, рассчитанной в диапазоне М 2 м. Для свинца диапазон нормальных значений в сыворотке крови составляет 0,048 - 0,432 мкМ/л, для кадмия - 0,044 -0,144 мкМ/л, для никеля - 0,01 - 0,103 мкМ/л. Повышенным уровнем считали: для свинца - значения, выше 0,432 мкМ/л, для кадмия и никеля - соответственно выше 0,144 мкМ/л и 0,103 мкМ/л. Группы детей с повышенным уровнем тяжелых металлов были разделены на 2 подгруппы: 1-я - с низкой активностью каталазы относительно нижней границы нормы, рассчитанной в диапазоне М 2 м; 2-я - с нормальной и высокой активностью каталазы. Активность каталазы в подгруппах детей показана в табл. 1 (им. в конце описания).

В обеих подгруппах был проанализирован характер течения гастроэнтерологических заболеваний. Оказалось, что у детей 1-ой подгруппы/высокий уровень тяжелых металлов в сочетании с низкой активностью каталазы/ течение заболевания менее благоприятно, чем у детей 2-ой подгруппы. Это проявляется как в выраженности специфических симптомов заболевания, так и в характере сопутствующей патологии, отражающей состояние неспецифической резистентности организма. Так, при ЯБДК неблагоприятный характер течения заболевания в виде частых обострений в 1-ой подгруппе имели 70% детей, во 2-ой - только 25%. У детей с ХГД, ХГД + АД, ДТК, ДС менее благоприятное течение заболевания в 1-ой подгруппе выражалось большей частотой встречаемости дисбактриоза, лактазной недостаточности, гельминтоза, полиадении, ринофарингита и ОРВИ.

Способ осуществляют следующим образом.

У обследуемого натощак забирают венозную кровь в 2 пробирки: в одну - без антикоагулянта (5 мл), в другую - с 3,8% цитрата натрия (0,1 мл цитрата + 0,9 мл крови). Для определения уровня тяжелых металлов используют сыворотку из первой пробирки, для определения активности каталазы - эритроциты, выделенные из крови второй пробирки.

Уровень тяжелых металлов определяют методом атомно-абсорбционной спектрофотометрии общепринятым методом и выражают в мМ/л.

Активность каталазы определяют по скорости разложения перекиси водорода. По контрольной кювете, содержащей 2,9 мл фосфатного буфера 0,05 М pH 8,0 и 0,1 мл гемолизата в разведении 1:100, устанавливаем щель на спектрофотометре при длине волны 240 нм. В опытную кювету, содержащую 1,9 мл фосфатного буфера, 0,1 мл гемолизата, вносят 1 мл 30 мкМ перекиси водорода и регистрируют Е1. Через 20 сек регистрируют Е2. Расчет активности фермента ведут по формуле:

где A - активность фермента;

t - время реакции, с;

2, 3 - коэффициент расчета скорости реакции первого порядка.

Затем сопоставляют уровень тяжелых металлов сыворотки крови с активностью каталазы эритроцитов и при значении ее ниже нормы в сочетании с повышенным уровнем тяжелых металлов действие последних определяют как токсическое.

Примеры конкретного исполнения даны в виде выписок из историй болезни.

Пример 1.

Петр Д. , 11 лет. Наблюдается в НИИ детской гастроэнтерологии с 1994 г. по поводу язвенной болезни 12-перстной кишки.

25.11.95 г. ребенку проведено контрольное фиброгастроскопическое исследование, при котором выявлена стадия рубцевания язвенного дефекта. В сыворотке крови установлены повышенные уровни свинца (1,240 мМ/л) и никеля (1,440 мМ/л), активность каталазы эритроцитов составила 57.4 сек/г Нв, т.е. оказалась сниженной. На основании биохимических показателей действие тяжелых металлов оценено как токсическое, что отразилось на последующем характере течения заболевания: у пациента в ближайшие 3 месяца имело место обострения ЯБДК.

Пример 2.

Дима О. , 15 лет. Наблюдается в Нижегородском НИИ детской гастроэнтерологии с 1993 г. по поводу язвенной болезни12-перстной кишки.

3.11.95 г. ребенку проведено контрольное фиброгастроскопическое исследование, при котором выявления стадия рубцевания язвенного дефекта. В сыворотке крови выявлен повышенный уровень никеля, который составил 1,7 мМ/л. Активность каталазы эритроцитов - 123,6 сек/г Нв, что свидетельствовало об отсутсвии токсического действия тяжелых металлов на организм. При последующем катамнестическом наблюдении за пациентом обострения заболевания не отмечалось на протяжении 6 месяцев.

Использование предлагаемого способа определения токсического действия тяжелых металлов на организм позволяет получить следующий положительный эффект:

- возможность выявления ранней стадии интоксикации;

- обеспечении прогноза возникновения и характера течения заболевания;

- разработка показаний к включению в лечебной комплекс эфферентной терапии и актиоксидантов.

Способ определения токсичности действия тяжелых металлов на организм, включающий определение уровня тяжелых металлов в сыворотке крови, отличающийся тем, что дополнительно определяют активность каталазы в эритроцитах и при ее снижении (при норме 72,5-106,1 c-1/г гемоглобина) в сочетании с повышенным уровнем тяжелых металлов действие последних определяют как токсическое.

РЕАКЦИИ МИКРООРГАНИЗМОВ НА ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ, МЫШЬЯК И СУРЬМУ В ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ

Микроорганизмы по-разному реагируют на тяжелые металлы в зависимости от вида микроорганизма и концентрации тяжелых металлов в среде. Это справедливо также для мышьяка и сурьмы. Всем микробам в качестве компонентов питания необходимы те или иные тяжелые металлы, такие, как Со, Си, Fe, Мп и Zn (Brock, 1974; Enoch, Lester, 1972). Некоторые микроорганизмы нуждаются также в Мо, V и Ni (Bartha, Ordal, 1965; Bertrand, 1974; Bertrand, De Wolff, 1973; Ehrlich, 1976; Esposito, Wilson, 1956). Все эти металлы участвуют в основном в ферментативном катализе и должны присутствовать в питательной среде лишь в очень низких концентрациях, обычно порядка нескольких микрограммов на один литр. Ряд микроорганизмов способен осуществлять активный транспорт некоторых из этих элементов внутрь клетки (Bhattacharyya, 1970; Eisenstadt et al., 1973; Ховричев, 1973; Silver et al., 1970; Silver, Kxalovic, 1969; Wang, Newton, 1969). Существуют бактерии и грибы, которые вырабатывают специальные хелатобразующие вещества, облегчающие проникновение железа в клетку при нейтральных значениях рН (Arceneaux et al., 1973; Corbin, Bulin, 1969; Cox et al., 1970; Davis, Byers, 1971; Emery, 1971; Haydon et al., 1973; Luckey et al., 1972). Это проникновение происходит в результате активного транспорта хелатного железа и распада хелата после его переноса через плазматическую мембрану. Даже токсичный ион арсената может проникнуть в клетку путем активного транспорта, как в случае Saccharomyces cerevisiae (Cerbon, 1969).

Любой из металлов, а также мышьяк или сурьма в достаточно высоких концентрациях становятся токсичными для микроорганизмов (табл. 10.2). Проявления этой токсичности могут быть различными, например изменение морфологии клеток (Ви-bela, 1970; Cobet et al., 1970; Cobet et al., 1971; O'Callaghan et al, 1973; Renshaw et al., 1966; Sadler, Trudinger, 1967; Weed, Longfellow, 1954) ИЛИ клеточного метаболизма (Albright, Wilson, 1974; De Turk, Bernheim, 1960; Leahy, 1969; Ou, Anderson, 1972; Sadler, Trudinger, 1967; Tandon, Mishra, 1969; Weinberg, 1970), бактериостаз (Oster, Golden, 1954; Sadler, Trudinger, 1967) или гибель клеток (Romans, 1954; Sadler, Trudinger, 1967). В некоторых случаях возникают более толерантные к тяжелому металлу, мышьяку или сурьме резистентные штаммы, т. е. такие, для воздействия на которые необходима более высокая концентрация токсичного вещества, чем для воздействия на родительские штаммы. Обычно эта резистентность обусловлена генетическими модификациями, часто связанными с плазмидами (Hedges, Baumberg, 1973; Kondo et al., 1974; Novick, Roth, 1968; Smith, 1967; Summers, Silver, 1972), а иногда -с половым фактором (Loutit, 1970) или с хромосомами (Dyke et al., 1970). Причиной повышенной резистентности может быть уменьшение проницаемости клетки для токсичного вещества или его биохимическое обезвреживание. Показано, что исключительная резистентность Scytalidium к меди (выдерживает концентрацию CuS04 до 1 М) обусловлена кислой реакцией среды (рН от 2,0 до 0,3) и неспособностью ионов меди проникать в клетки при таких значениях рН, поскольку при реакции среды, близкой к нейтральной, гриб становится чувствительным к 4 * 10~5 М C11SO4 (Starkey, 1973). Одни микробы обезвреживают тяжелые металлы, мышьяк или сурьму, вырабатывая вещества, реагирующие с указанными элементами внутри клетки (например, при метилировании ртути или мышьяка; Wood, 1974) или вне ее, т. е. делают их недоступными для ассимиляции микробом (например, осаждение арсена-та или арсенита ионами железа в процессе окисления арсенопи-рита при участии Thiobacillus ferrooxidans; Ehrlich, 1964). Другие микроорганизмы нейтрализуют токсичные соединения, превращая их ферментативным путем в менее вредные (примером может служить восстановление HgCl2 до HgO; Komura et al., 1970). Хотя это окончательно и не доказано, можно предполагать, что физиологическое состояние организма также определяет его чувствительность к интоксикации тяжелыми металлами, мышьяком или сурьмой (Sherman, Albus, 1923).

Механизм токсического действия тяжелых металлов, мышьяка и сурьмы зависит от природы соединения и рассматриваемого организма. Одни элементы, такие, как Си, связываются в основном с клеточной поверхностью, где и локализуются вызываемые ими повреждения (Sadler, Trudinger, 1967; Yang, 1974). Другие элементы, например Hg, проникают внутрь клетки, где связываются с определенными функциональными группами, в частности с SH-группами, инактивируя таким образом жизненно необходимые молекулы, такие, как молекулы ферментов, или откладываются в металлической форме (Brunker, Bott, 1974). Существуют также дополнительные механизмы токсического действия; тяжелых металлов, мышьяка и сурьмы (Bowen, 1966), обусловленные тем, что последние могут 1) играть роль антиметаболитов; 2) образовывать стабильные осадки ^или хелаты) с важными метаболитами или катализировать распад таких метаболитов, в результате чего они становятся недоступными для клетки; 3) замещать структурно или электрохимически важные элементы, что приводит к нарушению ферментативной или клеточной функции.

Одни микробы окисляют восстановленные формы тяжелых металлов и соединений мышьяка или сурьмы, в то время как другие восстанавливают окисленные формы этих элементов в больших масштабах (Ehrlich, 1976; Silverman, Ehrlich, 1964). При окислении восстановленных соединений металлов по крайней мере некоторые микроорганизмы могут извлекать полезную энергию и восстанавливающую способность. При восстановлении окисленных соединений металлов ряд микробов осуществляет процесс, который является, по-видимому, своеобразной формой дыхания, характеризующейся тем, что окисленные соединения металлов, мышьяка или сурьмы служат частично или исключительно в качестве конечных акцепторов электронов. Такие реакции окисления и восстановления могут иметь фундаментальное значение в перераспределении этих элементов в среде.

Микробы способны концентрировать тяжелые металлы внутри клеток или на их поверхности. Так, например, в одной из работ (Bowen, 1966) приводятся следующие соотношения концентраций различных металлов, содержащихся в морской воде и планктоне: кадмий -1:910, кобальт - 1: 4600, медь - 1: 7000, железо - 1:87 000, свинец -1:41 000, марганец - 1 : 9400, титан - 1:20 000 и цинк - 1: 65 000. За исключением кадмия, меди, марганца и цинка, эти металлы могут в определенном количестве присутствовать в морской воде в виде частиц. При изучении накопления металлов бактериями, использующими топливо, было установлено (Engel, Owen, 1970), что они аккумулируют более 50% добавленных циркония, титана и цинка из среды, содержащей по 10 ч. на млн. каждого металла в объеме от 50 мл до 2 л. Было показано (Friedman, Dugan, 1968), что из 51 мл среды, в которую добавлено 500 ч. на млн. Со2+, 800 ч. на млн. Си2+, 350 ч. на млн. Fe3+ и 500 ч. на млн. №2+, бактерии, образующие зооглею (штамм 115), в течение 18 ч поглощают (в расчете на 0,1 г сухой биомассы) 99,3% Со2+, 84,9% Си2+, 98,8% Fe3+ и 50% №2+. Поглощенные металлы, вероятно, связывались, по крайней мере частично, со слизью зооглеи. Было обнаружено, что два штамма Penicillium, выделенные из сточных вод и резистентные к урану, стронцию, титану, серебру и платине, поглощали до 70% урана из 100 мл среды, содержащей 100 ч. на млн. UO2SO4 (Zajic, Chiu, 1972). В общем конечная концентрация металла внутри клетки может быть на несколько порядков выше его концентрации в окружающей среде. В одних случаях накопление соответствующих соединений оказывается летальным, а в других -нет. На поглощение ионов металлов могут оказывать влияние физиологическое состояние клеток и условия окружающей среды (см., например, Fisher et al., 1973).

Лекция 7

Основы экологического мониторинга экосистем.

Объектами мониторинга могут быть природные, антропогенные и природно-антропогенные экосистемы. Система экологического мониторинга должна накапливать, систематизировать и анализировать информацию:

• о состоянии окружающей среды;

• о причинах, наблюдаемых и вероятных изменений состояния, т.е. источниках и факторах воздействия;

• о допустимости изменений и нагрузок на среду в целом;

• о существующих резервах биосферы.

Таким образом, в систему экологического мониторинга входят наблюдения за состоянием элементов биосферы и наблюдения за источниками и факторами антропогенного воздействия.

В основные задачи экологического мониторинга входят:

• наблюдение за факторами антропогенного воздействия;

• наблюдение за изменениями, происходящими в окружающей среде под влиянием антропогенного воздействия;

• наблюдение за состоянием здоровья населения, проживающего в зонах влияния техногенных факторов;

• анализ данных, оценка и прогноз изменений состояния природной среды в целом и отдельных её компонентов под влиянием воздействующих факторов;

• разработка систем управления и оптимизации антропогенного воздействия на окружающую среду.

Существуют различные подходы к классификации мониторинга (по характеру решаемых задач, по уровням организации, по природным средам, за которыми ведутся наблюдения.

По масштабу наблюдений и характеру обобщения информации различают:

• глобальный (биосферный) мониторинг, осуществляемый на основе международного сотрудничества, которое в последние годы становится все более интенсивным;

• национальный мониторинг, осуществляемый в пределах государства специально созданными органами;

• региональный мониторинг, осуществляемый в пределах интенсивно осваиваемых крупных районов, например, в пределах территориально-производственных комплексов;

• локальный (биоэкологический) мониторинг, включающий слежение за изменениями качества среды в пределах населенных пунктов, промышленных центров, непосредственно на  предприятиях;

• импактный мониторинг, осуществляемый в особо опасных зонах и местах.

По специфике методов измерения и оценке информации выделяют мониторинг биологический, геохимический, геофизический и др. По специфике объектов наблюдения и защиты выделяют мониторинг атмосферы, почв, поверхностных вод (гидрологический), подземных вод(гидрогеологический), растительных ресурсов (геоботанический), лесов, животного мира, антропогенной, транспортной, рекреационной нагрузки, медико-демографический и др.

Системы мониторинга также классифицируют по методам наблюдения (физико-химическим, биологическим, географическим и др.). Особо следует отметить дистанционный мониторинг. Классификация систем мониторинга приведена в табл.1.

Экологический мониторинг необходим для принятия как оперативных и чрезвычайных, так и профилактических мер для защиты окружающей среды.

Таблица 1 Классификация систем (подсистем) мониторинга
Принцип классификации		Существующие или разрабатываемые системы (подсистемы) мониторинга
Универсальные системы		Глобальный мониторинг (базовый, региональный, импактный уровни), вкючая фоновый и палеомониторинг. Национальный мониторинг (общегосударственная служба наблюдения и контроля за уровнем загрязнения внешней среды), межнациональный мониторинг (мониторинг трансграничного переноса загрязняющих веществ)
Реакция основных составляющих биосферы	Геофизический мониторинг, биологический мониторинг (включая генетический), экологический мониторинг.
Различные среды		Мониторинг антропогенных изменений (включая загрязнение и реакцию на него) в атмосфере, гидросфере, почве, криосфере и биоте.
Факторы и источ-ники воздействия		Мониторинг источников загрязнения, ингредиентный мониторинг (например, отдельных загрязняющих веществ, радиоактивных загрязнений, шумов)
Методы наблюдения		Мониторинг по физическим, химическим и биологическим показателям. Спутниковый мониторинг (дистанционные методы)
Системный подход		Медико-биологический (состояние здоровья) монито-ринг, экологический мониторинг, климатический мониторинг.

При разработке проекта экологического мониторинга необходима следующая информация:

• источники поступления загрязняющих веществ в окружающую природную среду - выбросы загрязняющих веществ в атмосферу промышленными, энергетическими, транспортными и другими объектами, приводящие к выбросу в атмосферу опасных веществ и разливу жидких загрязняющих и опасных веществ и т.д.;

• переносы загрязняющих веществ - процессы атмосферного переноса; процессы переноса и миграции в водной среде;

• процессы ландшафтно-геохимического перераспределения загря-зняющих веществ - миграция загрязняющих веществ по почвенному профилю до уровня грунтовых вод; миграция загрязняющих веществ по ландшафтно-геохимическому сопряжению с учётом геохимических барьеров и биохимических круговоротов; биохимический круговорот и т.д.;

• данные о состоянии антропогенных источников загрязнения - мощность источника загрязнения и месторасположение его, гидродинамические условия поступления загрязнения в окружающую среду.

Комплексный экологический мониторинг - это сложная система, предусматривающая:

• выделение объекта наблюдения иррациональное размещение пунктов наблюдения на контролируемой территории;

• обеспечение наблюдений техническими средствами измерений,    транспорта, связи для проведения обследования;

• оценку состояния объекта, прогнозирование его изменений;

• обеспечение периодического сбора, обработки, хранения и выдачи потребителям необходимой информации.

Классы загрязняющих веществ разделены по принципу приоритетности и для них определены соответствующие уровни мониторинга (табл. 2.)

Система мониторинга преследует различные цели:

• определение уровней загрязнителей в различных средах, их распределение в пространстве и во времени;

• определение величин и скоростей распространения потоков загрязняющих веществ, возможных путей их трансформации;

• решение проблемы сопоставимости результатов анализов, проводимых разными лабораториями;

• обеспечение заинтересованных пользователей информацией, необходимой для принятия решений по устранению загрязнений на различных административных уровнях.

Таблица 2. Классификация приоритетных загрязняющих веществ и контроль за их содержанием в различных средах
Класс приоритетности	Загрязняющее вещество.	Среда	Тип программы (уровень мониторинга)
1	Диоксид серы, взвешенные частицы	Воздух	Локальный Региональный Фоновый
	Радионуклиды (Sr-90, Cs-197)	Пища	Локальный Региональный
2	Тропосферный озон	Воздух	Локальный Фоновый
	ДДТ и другие хлорорга-нические соединения и диоксины	Биота, человек	Локальный Региональный
	Кадмий и его соединения	Пища, вода, человек	Локальный
3	Нитраты и нитриты	Пища, вода, воздух	Локальный
	Оксиды азота		Локальный
4	Ртуть и ее соединения	Пища, вода	Локальный Региональный
	Свинец	Воздух, пища	Локальный
	Диоксид углерода	Воздух	Фоновый
5	Оксид углерода	Воздух	Локальный
	Углеводороды нефти	Морская вода	Региональный Фоновый
6	Фториды	Пресная вода	Локальный
7	Асбест	Воздух	Локальный
	Мышьяк	Питьевая вода	Локальный
8	Микробиологическое загрязнение	Пища	Локальный
	Реакционноспособные углеводороды	Воздух	Локальный Региональный

В соответствии с приведенными определениями и возложенными на  систему функциями, мониторинг включает три основных направления деятельности:

• наблюдения за факторами воздействия и состоянием среды;

• оценку фактического состояния среды;

• прогноз состояния окружающей природной среды и оценку прогнозируемого состояния.

Следует принять во внимание, что сама система мониторинга не включает деятельность по управлению качеством среды, но является источником необходимой для принятия экологически значимых решений информации.

Экологические мониторинги окружающей среды могут разрабатываться на уровне промышленного объекта, города, области, края, республики в составе федерации. Основой мониторинга в отдельных странах являются системы национального мониторинга, включающие обязательное наблюдение  и передачу информации в центр по объектам, имеющим глобальную значимость. Предпочтение в системах государственного мониторинга отдается городам, источникам питьевой воды и местам нерестилищ рыб. В отношении сред наблюдений важное внимание уделяется атмосферному воздуху и состоянию пресноводных водоемов; приоритетность ингредиентов  определяется с учетом специфики загрязнения сред в конкретных условиях.

С целью повышения эффективности работ по сохранению среды обитания и обеспечения экологической безопасности в 1993 г. Правительством РФ было принято постановление «О создании Единой государственной системы экологического мониторинга» (ЕГСЭМ). Система была призвана решать  ряд важных задач, объединенных в два взаимосвязанных блока:  мониторинг загрязнения экосистем и мониторинг экологических последствий такого загрязнения. Эта система также должна обеспечить получение информации об исходном (базовом) состоянии биосферы, а также выявление антропогенно обусловленных изменений.

В единую государственную систему экологического мониторинга составной частью входит эколого-аналитический мониторинг - система наблюдений за источниками и уровнем загрязнений природных объектов вредными веществами в результате сбросов либо выбросов этих веществ в окружающую среду, а также вследствие естественного их образования и накопления в биосфере, в том числе за счет химической и биохимической трансформации веществ в соединения с вредными свойствами. В свою очередь эколого-аналитический контроль предполагает наличие  элементов управления и мероприятий по снижению уровня загрязнений окружающей среды и регулирования его качества.

В настоящее время ЕГСЭМ решает следующие задачи:

•  разработка программ наблюдений за состоянием окружающей природной среды (ОПС) на территории России, в её отдельных регионах и районах;

• организация наблюдений и проведение измерений показателей объектов экологического мониторинга;

• обеспечение достоверности и сопоставимости данных наблюдений как в отдельных регионах и районах, так и по всей территории России;

• сбор и обработка данных наблюдений;

• организация хранения данных наблюдений, ведение специальных банков данных, характеризующих экологическую обстановку на территории России и в отдельных её районах;

• гармонизация банков и баз экологической информации с международными эколого-информационными системами;

• оценка и прогноз состояния объектов ОПС и антропогенных воздействий на них, природных ресурсов, откликов экосистем и здоровья населения на изменение состояния ОПС;

• организация и проведение оперативного контроля и прецизионных изменений радиоактивного и химического загрязнения в результате аварий и катастроф, а также прогнозирование экологической обстановки и оценка нанесённого ОПС ущерба;

• обеспечение доступности интегрированной экологической информации широкому кругу потребителей, включая население, общественные движения и организации;

• информационное обеспечение органов управления состоянием ОПС, природных ресурсов и экологической безопасностью;

• разработка и реализация единой научно технической политики в области экологического мониторинга;

• создание и совершенствование организованного, правового, нормативного, методологического, методического, информационного, программно-математического, аппаратурно-технического обеспечения функционирования ЕГСЭМ.

ЕГСЭМ в свою очередь включает в себя следующие основные компоненты:

• мониторинг источников антропогенного воздействия на окружающую среду;

• мониторинг загрязнения абиотического компонента окружающей природной среды;

• мониторинг биотического компонента окружающей природной среды;

• социально-гигиенический мониторинг;

• обеспечение создания и функционирования экологических информационных систем.

Эколого-аналитический мониторинг также осуществляется в пределах трех основных уровней:

• в зонах существенного техногенного воздействия;

• на региональном уровне;

• на фоновом уровне.

Первый уровень предполагает проведение контроля в промышленных районах, набольших озерах и крупных водохранилищах, в устьях и отдельных участках рек, местах сброса сточных вод, сельскохозяйственных предприятий, районах нефтедобычи и т.п.

Второй уровень предполагает контроль загрязнений воды, воздуха и почвы в районах, примыкающих к промышленным зонам, в результате чего осуществляется мониторинг распространенных загрязнителей, таких как диоксиды серы и азота, нефтепродукты, радиоактивные осадки.

Третий - фоновый уровень предполагает осуществление контроля в зонах, удаленных от локальных источников, например, в биосферных заповедниках и уникальных природных объектах.

Осуществление экологического мониторинга в Российской Федерации входит в обязанности различных государственных служб. При этом распределение функций между центральными органами исполнительной федеральной власти осуществляются следующим образом:

Госкомэкологии - координация деятельности министерств и ведомств, предприятий и организаций в области мониторинга ОПС; организация мониторинга источников антропогенного воздействия на окружающую среду и зон их прямого воздействия; организация мониторинга животного и растительного мира, мониторинг наземной фауны и флоры (кроме лесов); обеспечение создания и функционирования экологических информационных систем; ведение с заинтересованными министерствами и ведомствами банков данных об окружающей природной среде, природных ресурсах и их использовании.

Росгидромет - организация мониторинга состояния атмосферы, поверхностных вод суши, морской среды, почв, околоземного космического пространства, в том числе комплексного фонового и космического мониторинга состояния окружающей природной среды; координация развития и функционирования ведомственных подсистем фонового мониторинга загрязнения ОПС; ведение государственного фонда данных о загрязнении окружающей природной среды.

Роскомзем - мониторинг земель.

Министерство природных ресурсов -  мониторинг недр, включая мониторинг подземных вод и опасных геологических процессов; мониторинг водной среды водохозяйственных систем и сооружений в местах водосбора и сброса сточных вод. Роскомрыболовство: мониторинг рыб, других животных и растений.

Рослесхоз - мониторинг лесов.

Роскартография - осуществление топографо-геодезического и картографического обеспечения ЕГСЭМ, включая создание цифровых, электронных карт и геоинформационных систем.

Ростехнадзор России - координация развития и функционирования подсистем мониторинга геологической среды, связанных с использованием ресурсов недр на предприятиях добывающих отраслей промышленности; мониторинг обеспечения промышленной безопасности (за исключением объектов Минобороны России и Минатома России).

Госкомэпиднадзор России - мониторинг воздействия факторов среды обитания на состояние здоровья населения.

Минобороны России - мониторинг ОПС и источников воздействия на нее на военных объектах; обеспечение ЕГСЭМ средствами и системами военной техники двойного применения.

Госкомсевер России - участие в развитии и функционировании ЕГСЭМ в районах Арктики и Крайнего Севера.

 На региональном уровне экологический мониторинг и/или контроль обычно вменяется в обязанность:

• Комитету по экологии (наблюдения и контроль за выбросами и сбросами действующих предприятий).

• Комитету по гидрометеорологии и мониторингу (импактный, региональный и отчасти фоновый мониторинг).

• Санитарно-эпидемиологической службе Минздрава (состояние рабочих, селитебных и рекреационных зон, качество питьевой воды и продуктов питания).

• Министерству природных ресурсов (прежде всего, геологические и гидрогеологические наблюдения).

• Предприятиям, осуществляющим выбросы и сбросы в окружающую среду (наблюдение и контроль за собственными выбросами и сбросами).

• Различным ведомственным структурам (подразделениям Минсельхозпрода, МинЧС, Минтопэнерго, предприятиям водно-канализационного хозяйства и проч.) Для того, чтобы эффективно использовать сведения, уже полученные государственными службами, важно точно знать функции каждого из них в области экологического мониторинга

Кроме государственного мониторинга выделяют производственный и общественный мониторинг.

Производственный мониторинг - оценка деятельности предприятия с точки зрения безопасности для окружающей среды.

Общественный экологический мониторинг может выполнять такие функции, как;

• создание альтернативного информационного канала: повышение оперативности экологического контроля и эффективности оповещения населения о происшествиях и чрезвычайных ситуациях;

• наблюдение за объектами, которые либо не включены в программы мониторинга государственных природоохранных служб, либо описываются недостаточно полно;

• привлечение внимания к проблемам, которые ранее не были обозначены;

• развитие экологического образования и просвещения.

Практическая ориентация мониторинга, концентрация усилий на местных проблемах в сочетании с продуманной схемой и корректной интерпретацией полученных данных позволяют эффективно использовать имеющиеся у общественности ресурсы. Кроме того, эти особенности общественного мониторинга создают серьезные предпосылки для организации конструктивного диалога, направленного на консолидацию усилий всех участников.

В 1975г. была организована Глобальная система мониторинга окружающей среды (ГСМОС) под эгидой ООН, но эффективно действовать она начала только в последнее время. Эта система состоит из 5 взаимосвязанных подсистем:

• изучение климатических изменений,

• дальнего переноса загрязняющих среду веществ,

• гигиенических аспектов среды,

• исследования Мирового океана

• исследования ресурсов суши.

Существуют 22 сети действующих станций системы глобального мониторинга, а также международные и национальные системы мониторинга. Одна из главных идей мониторинга - выход на принципиально новый уровень компетентности во время принятия решений локального, регионального и глобального масштабов.

Технологии единого экологического мониторинга (ЕЭМ) охватывают разработку и использование средств, систем и методов наблюдений, оценки и выработки рекомендаций и управляющего воздействия в природно-техногенной сфере, прогнозы её эволюции, энерго-экологические и технологические характеристики производственной сферы, медико-биологические и санитарно-гигиенические условия существования человека и биоты. Комплексность экологических проблем, их многоаспектность, теснейшая связь с ключевыми отраслями экономики, обороны и обеспечением защиты здоровья и благополучия населения требует единого системного подхода к решению проблемы. Мониторинг в целом создан, чтобы предотвратить различные экологические проблемы, а также разрушение экосистем.

Мониторинг загрязнения атмосферного воздуха.

Мониторинг загрязнения атмосферного воздуха

Регулярные наблюдения и контроль за загрязнением воздуха проводят на постах, которые подразделяются на:

• Стационарные посты, служащие для систематических наблюдений - это специальные павильоны, оснащенные оборудованием и приборами для отбора и анализа проб воздуха и определения метеорологических параметров;

• Передвижные посты, служащие для разовых наблюдений над дымовыми и газовыми факелами;

• Маршрутные посты - автолаборатории для постоянных наблюдений за воздухом.

Выбор мест расположения постов осуществляется совместно учреждениями гидрометеорологической и санитарно-эпидемиологических служб. Контроль загрязнений атмосферы в населенных пунктах осуществляется с применением стационарных и передвижных постов наблюдений. Стационарные посты наблюдений. Контроль загрязнения атмосферы осуществляется по полной, неполной и сокращенной программе. Полная программа - в 1, 7, 13, 19 часов измеряются концентрации основных и специфических загрязнителей. Неполная программа - в 7, 13, 19 часов измеряются концентрации основных и специфических загрязнителей. Сокращенная программа - в 13, 19 часов измеряются концентрации основных загрязнителей и 1-2 наиболее распространенных специфических загрязнителей. Минимальное число стационарных постов устанавливается в зависимости от численности населения. В системе контроля загрязнения атмосферного воздуха определяются такие распространенные загрязняющие вещества, как пыль и сажа, сернистый газ, оксиды углерода и азота, ; дополнительно, в зависимости от специфики производства , определяются аммиак, сероводород, фенол, формальдегид, хлор, тяжелые металлы. В России действует система мониторинга трансграничного переноса загрязняющих веществ воздуха. Эта система включает измерения концентрации загрязняющих веществ в атмосферном воздухе на стационарных наземных станциях, расположенных вдоль западной границы РФ, а также на научно-исследовательских судах при проведении экспедиций и с помощью самолета - лаборатории. Производится также отбор и анализ осадков в виде дождя и снега. С помощью стационарных постов наблюдений не всегда удается установить конкретного виновника превышения ПДК в атмосфере. В этом случае применяют точечный мониторинг. Это постоянное или эпизодическое наблюдение за конкретным объектом - источником реального или потенциального загрязнения. Факторы, влияющие на степень загрязнения воздуха: 1.Источники загрязнения:

• Единичный агрегат с самостоятельным отводом выбросов в атмосферу;

• Группа агрегатов в единичном экологическом комплексе

• Дымовая труба или свеча, независимо от того, выбросы от каких агрегатов поступают через нее

• Группа близко расположенных друг к другу труб

• Цех или отделение, дающие общий выброс

• Вентиляционная система цеха.

2.Временной режим источников выбросов:

• Непрерывная круглосуточная работа с длительными промежутками между остановками

• Непрерывная круглосуточная работа с остановками, вызванными нерегламентными обстоятельствами

• Периодическая работа по графику

• Периодическая работа без четкого временного графика

• Одно или двухсменная работа с остановкой на выходные дни.

Инвентаризация источников вредных воздействий Наиболее сложными и трудоемкими являются операции инвентаризации источников вредных воздействий. Инвентаризацию проводят с целью учета неблагоприятных воздействий поступления вредных веществ в окружающую среду, их обезвреживания и улавливания, разработки мер по снижению и ликвидации воздействий и поступления вредных веществ. Периодичность плановых инвентаризаций - 1 раз в пять лет. Инвентаризацию осуществляют расчетно-аналитическими методами и прямыми методами инструментальных измерений и контроля. Сопоставление результатов измерений и расчетов позволяет проверить и оценить точность и достоверность обеих операций. Фактические показатели поступления в окружающую среду вредных веществ сопоставляются расчетным путем с нормами ПДВ. На этом основании делаются выводы о приемлемости или неприемлемости по природоохранным критериям деятельности предприятия для данных природно-климатических условий. Затем принимается обоснованное решение:

• разрешающее деятельность предприятия;

• разрешающее деятельность при условии проведения неотложных мероприятий;

• запрещающее деятельность предприятия.

Анализ природно-климатических факторов проводится с целью определения тенденций повышения или понижения концентраций вредных веществ для данных территорий. Для этого используется база данных многолетних климатических наблюдений и характеристик исследуемых территорий. Затем анализируется экологическая ситуация территории - фоновые значения концентраций вредных веществ. Сопоставляя фоновые концентрации, ПДК и климатические характеристики рассчитывают ПДВ и ПДС для данной территории по списку приоритетных вредных веществ. Затем оцениваются и учитываются все имеющиеся поступления вредных веществ от действующих на территории источников. В результате получают оценки допустимых добавочных поступлений для всех этих веществ в окружающую среду. Эти значения сравниваются с проектными. Далее следует принятие решения.

Мониторинг водных объектов.

Государственный мониторинг водных объектов является частью государственного мониторинга окружающей среды. Проведение его регламентирует Водный кодекс Российской Федерации: от 03.07.2006 № 74-ФЗ (В редакции от 09.06.2007).

Государственный мониторинг водных объектов осуществляется в целях:

• своевременного выявления и прогнозирования развития негативных процессов, влияющих на качество воды в водных объектах и их состояние, разработки и реализации мер по предотвращению негативных последствий этих процессов;

• оценки эффективности осуществляемых мероприятий по охране водных объектов;

• информационного обеспечения управления в области использования и охраны водных объектов, в том числе для государственного контроля и надзора за использованием и охраной водных объектов. 

Государственный мониторинг водных объектов включает в себя:

• регулярные наблюдения за состоянием водных объектов, количественными и качественными показателями состояния водных ресурсов, а также за режимом использования водоохранных зон;

• сбор, обработку и хранение сведений, полученных в результате наблюдений;

• внесение сведений, полученных в результате наблюдений, в государственный водный реестр;

• оценку и прогнозирование изменений состояния водных объектов, количественных и качественных показателей состояния водных ресурсов.  

Государственный мониторинг водных объектов состоит из:

• мониторинга поверхностных водных объектов с учетом данных мониторинга, осуществляемого при проведении работ в области гидрометеорологии и смежных с ней областях;

• мониторинга состояния дна и берегов водных объектов, а также состояния водоохранных зон;

• мониторинга подземных вод с учетом данных государственного мониторинга состояния недр;

• наблюдений за водохозяйственными системами, в том числе за гидротехническими сооружениями, а также за объемом вод при водопотреблении и водоотведении.  

Государственный мониторинг водных объектов осуществляется в границах бассейновых округов с учетом особенностей режима водных объектов, их физико-географических, морфометрических и других особенностей.

Организация и осуществление государственного мониторинга водных объектов проводятся уполномоченными Правительством Российской Федерации федеральными органами исполнительной власти с участием уполномоченных органов исполнительной власти субъектов Российской Федерации.

Порядок осуществления государственного мониторинга водных объектов устанавливается Правительством Российской Федерации.

Государственный мониторинг водных объектов ведется Министерством природных ресурсов Российской Федерации совместно с Федеральной службой России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (по поверхностным водным объектам) и другими специально уполномоченными государственными органами в области охраны окружающей природной среды.

Ведение государственного мониторинга водных объектов осуществляется на единой геоинформационной основе в целях совместимости его данных с данными других видов мониторинга окружающей природной среды.

Министерство природных ресурсов Российской Федерации

• обеспечивает совместно с Федеральной службой России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды создание и развитие государственной наблюдательной сети станций и постов на водных объектах, разработку автоматизированных информационных систем по ведению государственного мониторинга водных объектов; создает наблюдательную сеть постов на водохозяйственных системах и сооружениях;

• координирует работы, связанные с ведением государственного мониторинга водных объектов;

• ведет совместно с Федеральной службой России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды мониторинг поверхностных водных объектов суши и морей;

• ведет в составе государственного мониторинга геологической среды мониторинг подземных водных объектов, в том числе наблюдение за качеством подземных вод по физическим, химическим и гидробиологическим показателям;

• осуществляет ведение мониторинга на подведомственных водохозяйственных системах и сооружениях;

• контролирует и координирует ведение мониторинга водохозяйственных систем и сооружений водопользователями;

• разрабатывает и утверждает нормативно-методические документы по ведению государственного мониторинга водных объектов;

• передает Федеральной службе России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды и ее территориальным органам данные мониторинга подземных водных объектов и мониторинга водохозяйственных систем и сооружений, необходимые для ведения мониторинга поверхностных вод;

• обобщает ежегодно данные о состоянии водных объектов, ведет обработку, накопление, хранение, распространение информации и банк данных государственного мониторинга водных объектов по бассейнам рек, морей, их участкам, гидрогеологическим бассейнам, территориям субъектов Российской Федерации и в целом по Российской Федерации. 

Федеральная служба России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды:

• осуществляет мониторинг поверхностных вод, в том числе наблюдение,

• разрабатывает и утверждает нормативно-методические документы по ведению государственного мониторинга водных объектов;

• передает Федеральной службе России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды и ее территориальным органам данные мониторинга подземных водных объектов и мониторинга водохозяйственных систем и сооружений, необходимые для ведения мониторинга поверхностных вод;

• обобщает ежегодно данные о состоянии водных объектов, ведет обработку, накопление, хранение, распространение информации и банк данных государственного мониторинга водных объектов по бассейнам рек, морей, их участкам, гидрогеологическим бассейнам, территориям субъектов Российской Федерации и в целом по Российской Федерации.   

Федеральная служба России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды:

• осуществляет мониторинг поверхностных вод, в том числе наблюдение за качеством поверхностных вод по физическим, химическим и гидробиологическим показателям;

• разрабатывает нормативно-методические документы по ведению мониторинга поверхностных вод, утверждаемые совместно с Министерством природных ресурсов Российской Федерации и Федеральной службой России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды по согласованию с Государственным комитетом Российской Федерации по охране окружающей среды;

• осуществляет сбор, обработку, обобщение, накопление, хранение и распространение информации, ведет баз данных мониторинга поверхностных вод по бассейнам рек, морей, их участкам, территориям субъектов Российской Федерации и в целом по Российской Федерации;

• передает Министерству природных ресурсов Российской Федерации и его территориальным органам данные мониторинга поверхностных вод и гидрометеорологических наблюдений, необходимые для ведения государственного мониторинга водных объектов. 

Мониторинг подземных водных объектов ведется на базе опорной государственной сети наблюдений за режимом подземных вод системы Министерства природных ресурсов Российской Федерации, сети наблюдений за режимом подземных вод других федеральных органов исполнительной власти, органов исполнительной власти субъектов Российской Федерации, организаций, пользующихся подземными водами либо оказывающих на них влияние.

Мониторинг поверхностных вод ведется на базе государственной сети гидрометеорологических станций и постов системы Федеральной службы России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, станций и постов других федеральных органов исполнительной власти, органов исполнительной власти субъектов Российской Федерации с привлечением иных источников получения информации (искусственных спутников Земли, авиационных, экспедиционных и других наблюдений).

Министерство природных ресурсов Российской Федерации и Федеральная служба России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды взаимодействуют в пределах их компетенции по основным вопросам ведения государственного мониторинга водных объектов:

• с Государственным комитетом Российской Федерации по охране окружающей среды - при ведении мониторинга источников антропогенного воздействия на окружающую среду в части оценки антропогенного воздействия на водные объекты;

• с Государственным комитетом Российской Федерации по рыболовству - при ведении государственного мониторинга объектов животного мира в части оценки состояния водных объектов как среды обитания водных животных и растений;

• с Министерством здравоохранения Российской Федерации - при ведениисоциально-гигиенического мониторинга в части оценки качества воды, источников питьевого и хозяйственно-бытового водоснабжения, а также оценки состояния водных объектов, содержащих природные лечебные ресурсы, и водных объектов, используемых для рекреации. 

Ведение государственного мониторинга водных объектов осуществляется на локальном, территориальном, региональном (бассейновом) и федеральном уровнях.

На локальном уровне мониторинг водных объектов осуществляют водопользователи, которые ведут систематические наблюдения за водными объектами в порядке, определяемом территориальными органами Министерства природных ресурсов Российской Федерации, и представляют данные наблюдений в указанные органы в соответствии с водным законодательством Российской Федерации.

На территориальном уровне мониторинг водных объектов осуществляют территориальные органы Министерства природных ресурсов Российской Федерации и Федеральной служб России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды во взаимодействии с территориальными органами федеральных органов исполнительной власти и органами исполнительной власти субъектов Российской ведение территориальных банков данных и передачу данных мониторинга на региональный (бассейновый) уровень.

На региональном (бассейновом) уровне мониторинг водных объектов осуществляют бассейновые водохозяйственные управления, региональные геологические центры и другие уполномоченные на то территориальные органы Министерства природных ресурсов Российской Федерации и территориальные управления по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды Федеральной службы России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды.

На региональном (бассейновом) уровне проводится обобщение, накопление, хранение, распространение информации, ведение региональных (бассейновых) банков данных по соответствующему региону (бассейну) и передача данных на федеральный уровень.

На федеральном уровне ведение мониторинга водных объектов обеспечивается Министерством природных ресурсов Российской Федерации и Федеральной службой России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды.

На федеральном уровне осуществляется обобщение данных мониторинга регионального (бассейнового) уровня, ведение банков данных, подготовка данных мониторинга водных объектов для государственных докладов и официальных публикаций, информационный обмен на межведомственном и международном уровнях в установленном порядке.

Финансирование работ, связанных с ведением государственного мониторинга водных объектов, осуществляется за счет средств федерального бюджета, бюджетов субъектов Российской Федерации, экологических фондов и средств водопользователей.

Первый этап организации работ по наблюдению и контролю качества поверхностных вод - выбор местоположения пунктов контроля. При этом пункты контроля организуют, прежде всего на водоемах и водотоках, имеющих большое хозяйственное значение, а также подверженных значительному загрязнению сточными водами. На незагрязненных сточными водами водоемах и водотоках создают пункты фоновых наблюдений. В пунктах контроля организуют один или несколько створов, с учетом гидрометеорологических и морфологических особенностей водоема или водотока. Перечень наблюдаемых ингредиентов и показатели качества воды определяются, главным образом составом и объемом сточных вод, их токсичностью и требованиями , предъявляемыми со стороны потребителей воды. Обязательным для всех пунктов является определение температуры воды, взвешенных частиц, минерализации, цветности, рН, растворенного кислорода, БПК, ХПК, запаха, главных ионов, биогенных компонентов.

В настоящее время оценка качества вод затруднена, так как она основывается на сравнении средних концентраций, наблюдаемых в пунктах контроля, с нормативными ПДК для каждого компонента. Особое затруднение возникает при необходимости отразить тенденцию изменения качества водного объекта за продолжительный период. В связи с этим предпринимаются попытки комплексной оценки качества вод по абиотическим критериям. Одним из наиболее удачных подходов в этом направлении является метод, использующий в качестве критерия индекс загрязнения вод -ИЗВ. ИЗВ характеризуют среднее содержание основных загрязняющих веществ в долях ПДК и кислородный режим водоема.

В число показателей, используемых для расчета ИЗВ, обязательно включается кислород. Оставшиеся параметры (три для морских и пять для речных вод) - это концентрации загрязняющих веществ, содержание которых в долях ПДК наибольшее. В соответствии с полученным значением индекса ИЗВ определяется качество воды (табл. 3).

Таблица 3 Критерии качества воды на основании индекса ИЗВ 

Класс качества	Текстовое описание	Величина ИЗВ
1	Очень чистая	<0,2
2	Чистая	0,2 - 1,0
3	Умеренно загрязненная	1,0 - 2,0
4	Загрязненная	2,0 - 4,0
5	Грязная	4,0 - 6,0
6	Очень грязная	6,0 - 10,0
7	Чрезвычайно грязная	> 10

Мониторинг заданной территории.

Начиная создавать систему местного мониторинга загрязнений окружающей среды, следует:

1. Четко определить территорию исследования.

2. После этого необходимо определить ближние и удаленные источники загрязнения, т.е. провести инвентаризацию источников загрязнения . Для ее проведения необходимо на территории исследования определить действующие и другие возможные источники загрязнения и вещества, которые могут выбрасывать эти источники, а также оценить объем выбросов выделяемых загрязняющих веществ (ЗВ) т.е. мощность источников. Источники (смотри 7.2), разделяют на точечные и площадные. Точечные, или организованные, источники локализованы на местности, т.е. имеют определенную точку выброса, например, в виде трубы. Это могут быть промышленные предприятия, дома с печным отоплением, котельные, свалки. Площадные, или неорганизованные, источники не имеют определенной трубы - ЗВ выбрасываются по определенной площади. Это автомобильные и железнодорожные магистрали, сельхозугодья, на которых применяются удобрения и пестициды, лесные угодья, которые могут обрабатываться инсектицидами и дефолиантами. Различают локальные источники, т.е. расположенные на территории исследования или в пределах 10-20 км от нее и региональные, расположенные в 50-200 км. При этом следует попытаться оценить источники и выделить наиболее мощные, определяющие уровень загрязнения местности.Важно также обратить внимание на пути распространения ЗВ. Вещества от источника в окружающую среду могут поступать в виде выброса в атмосферу или сброса в водоток или канализацию. Инвентаризация источников - кропотливая и трудная работа. Однако, успешно проведенная инвентаризация источников обещает половину успеха Вашего начинания. Получить необходимую информацию об источниках и мощности выбросов можно в местных комитетах по экологии. Каждый промышленный объект, выделяющий в окружающую среду продукты своей деятельности, имеет экологический паспорт и обязан провести инвентаризацию источников загрязнения на своей территории.

3. Этот этап включает комплексное обследование всех сред исходя из имеющихся у вас средств измерений. Здесь на первых порах большую пользу принесут простые планшетные исследования, например снегомерная съемка и анализ проб снега на содержание и состав твердых частиц и концентрацию ионов водорода (рН). После проведенного обследования Вы уже можете судить о степени промышленного и сельскохозяйственного загрязнения Вашей местности и определить наиболее значимые источники загрязнения.

4. После этого можно приступать к подфакельным наблюдениям и организации мониторинга за деятельностью конкретного предприятия, вносящего максимальный вклад в загрязнение местности. Суть подфакельных наблюдений заключается в том, что по направлению преобладающих ветров на равном удалении от источника закладываются пункты (точки) сбора информации. При этом хорошо сочетать различные методы исследования - химические, биологические, географические и др. На наветренной стороне, на некотором удалении от источника, также необходимо заложить точку наблюдений, которая будет играть роль контрольной точки, но лишь в том случае, если она не располагается на наветренной стороне другого, не менее мощного источника. Сравнивая результаты, полученные по подветренным точкам, находящимся на разном удалении от источника между собой и с контрольной точкой можно наглядно показать влияние данного предприятия на состояние среды и определить зону его воздействия.

Конечно, при ограниченных количествах наблюдений вы не сможете воссоздать биогеохимические циклы., однако уже сможете судить об уровне загрязнения и об источниках, вносящих максимальный вклад в загрязнение природной среды местности. Конечной целью проведения комплексного обследования территории является оценка состояния загрязнения местности. Оценка включает сравнение уровней загрязнения данной местности с другими районами, обычным, фоновым уровнем загрязнения по выбранным загрязняющим веществам и определение силы воздействия и соответствия качества сред принятым предельно допустимым нормам.

Экологическая экспертиза.

Экологическая экспертиза

Одним из составляющих экологического контроля является экологическая экспертиза. Экологическая экспертиза - установление соответствия намечаемой хозяйственной и иной деятельности экологическим требованиям и допустимости реализации объекта экспертизы в целях предупреждения возможных неблагоприятных воздействий этой деятельности на окружающую природную среду и связанных с ними социальных, экономических и иных последствий реализации объекта экологической экспертизы. Целью экологической экспертизы является предупреждение возможных неблагоприятных воздействий намечаемой деятельности на окружающую среду и связанных с ними социально-экономических и иных последствий. Согласно Закону, экологическая экспертиза основывается на принципе презумпции потенциальной экологической опасности любой намечаемой хозяйственной или иной деятельности. Это означает, что обязанностью заказчика ( хозяина намечаемой деятельности) является прогноз воздействия намечаемой деятельности на окружающую среду и обоснование допустимости этого воздействия. Заказчик также обязан предусмотреть необходимые меры по защите окружающей среды и именно на нем лежит бремя доказательства экологической безопасности намечаемой деятельности. Экологическая экспертиза может быть государственной и общественной. Объектами государственной экологической экспертизы являются:

• проекты генеральных планов развития территорий,

• все виды градостроительной документации (например, генеральный план, проект застройки),

• проекты схем развития отраслей народного хозяйства,

• проекты межгосударственных инвестиционных программ,

• проекты комплексных схем охраны природы, схем охраны и использования природных ресурсов (в т.ч. проекты землепользования и лесоустройства, материалы, обосновывающие перевод лесных земель в нелесные),

• проекты международных договоров,

• материалы обоснования лицензий на осуществление деятельности, способной оказать воздействие на окружающую среду,

• технико-экономические обоснования и проекты строительства, реконструкции, расширения, технического перевооружения, консервации и ликвидации организаций и иных объектов хозяйственной деятельности, независимо от их сметной стоимости, ведомственной принадлежности и форм собственности,

• проекты технической документации на новую технику, технологию, материалы, вещества, сертифицируемые товары и услуги.

Общественная экологическая экспертиза может проводиться в отношении тех же объектов, что и государственная экологическая экспертиза, за исключением объектов, сведения о которых составляют государственную, коммерческую и (или) иную охраняемую законом тайну Понятие общественная экологическая экспертиза возникло в конце 80-х годов и быстро получило широкое распространение. Первоначальная трактовка этого термина была весьма широкой. Под независимой общественной экологической экспертизой подразумевали разнообразные способы получения и анализа информации (экологический мониторинг, оценка воздействия на окружающую среду, независимые исследования и т.д.). В настоящее время понятие общественная экологическая экспертиза определено законодательно. Общественная экологическая экспертиза проводится по инициативе граждан и общественных организаций (объединений), а также по инициативе органов местного самоуправления общественными организациями (объединениями). Зарубежный опыт свидетельствует о высокой экономической эффективности экологической экспертизы. Агентство по охране среды США осуществило выборочный анализ заключений о воздействии на среду. В половине исследованных случаев отмечено снижение общей стоимости проектов за счет осуществления конструктивных природоохранных мероприятий. По данным Международного банка реконструкции и развития, возможное повышение стоимости проектов, связанное с проведением оценки воздействия на среду и последующим учетом в рабочих проектах экологических ограничений, окупается в среднем за 5-7 лет. По оценкам западных специалистов, включение экологических факторов в процесс принятия решений еще на стадии проектирования оказывается в 3-4 раза дешевле последующей до установки очистного оборудования.

Литература

http://library.fentu.ru/book/iise/61/_7__.html

Лекция 8

Биотрансформация ПАУ

Быстрое развитие химической и обрабатывающей промышленности привело к интенсивному накоплению в природных биоценозах значительных количеств токсичных веществ, что, в свою очередь, обусловило развитие исследований в области охраны окружающей среды. Ведущее значение в изучении проблемы экологической безопасности играет биотехнология, так как все основные реакции детоксикации или частичной химической модификации токсичного субстрата связаны с метаболической активностью микроорганизмов.

Вместе с тем, в решении экологических проблем до последнего времени (5-7 лет назад) доминировало традиционное направление-мониторинг объектов окружающей среды и определение ПДК экотоксикантов. Сегодня ведутся работы по использованию штаммов-деструкторов экотоксикантов в очистных сооружениях, но вопросы биодеградации токсичных веществ непосредственно в природных биоценозах (биоремедиации) и создания промышленных технологий, позволяющих очищать природные ландшафты от техногенных загрязнений разработаны недостаточно.

Среди веществ-экотоксикантов полиароматические соединения занимают одно из первых мест по урону, наносимому окружающей среде. Спектр этих веществ чрезвычайно разнообразен. Их утилизация сводится в основном к захоронению на специальных полигонах. Токсичность, канцерогенность и мутагенность этих веществ общеизвестна.

Все эти вещества имеют в своей структуре бензольное кольцо, которое содержится в природном полимере лигнине, являющимся, наряду с целлюлозой, одним из основных компонентов древесины. Показано, что почвенные микроорганизмы способны разрушать лигнин и размыкать, входящее в его структуру, бензольное кольцо. Вполне возможно, что некоторые из этих микроорганизмов, в процессе селекции могут приобрести способность утилизировать ПАУ качестве косубстратов или единственных источников углерода и энергии.

В этой связи представляется перспективной селекция древоразрушающих микроорганизмов в направлении создания штаммов-деструкторов ароматических экотоксикантов, способных разрушать эти вещества в природных биоценозах и промышленных очистных сооружениях.

Лигнин

Лигнин - один из самых устойчивых и широко распространенных органических полимеров в природе. Он накапливается в клеточной стенке и в промежутках между целлюлозными волокнами, что придает древесине дополнительную прочность и устойчивость к химическим воздействиям.

В состав древесины входит от 17,6% ( Populus tremuloides Michx. ) до 39,8% ( Lophira alata Bauks. ex Gaertu.f. ) лигнина. Содержание лигнина в различных тканях растений различно и варьируется от 5% до 30% .

Лигнин - сложный трехмерный полимер фенольной природы, в котором оксифенилпропановые мономеры соединены между собой эфирными и С-С связями. Роль мономеров играют различные оксифенилпропановые спирты: конифериловый (в древесине хвойных деревьев), синановый (в древесине лиственных растений) и n-кумаровый (в травянистых растениях) Рис.1.

Рис.1.

Структуру лигнина, в отличии от целлюлозы, нельзя описать простой комбинацией одной или нескольких мономерных единиц с одним типом связи. В связи с этим структура лигнина является предметом моделирования. Последняя модель, построенная на основе информации полученной при изучении соснового (Pinus taeda) лигнина, включает 94 единицы (общая молекулярная масса более 17000). В лигнине можно насчитать двенадцать типов связей, причем более 50% из них это --4 и --4 связи. В настоящее время общепринята концепция которая утверждает, что структура лигнина является результатом случайного сочетания его предшественников. Наряду с этой концепцией существуют гипотезы упорядоченного строения лигнина, однако экспериментальные факты свидетельствуют в пользу представлений о неупорядоченном строении макромолекулы лигнина.

При воздействии микроорганизмов на древесину лигнин, ассоциированный с полисахаридами клеточной стенки, является основным препятствием для действия микробных ферментов на целлюлозу растительных тканей.