Экология и безопасность жизнедеятельности / Saksonov - Ekologicheskiy monitoring neftegazovoy otrasli 2007

Таблица 5.2.1 – Методы биотестирования применяемые для целей производственного экологического контроля качества вод, почв, промышленных отходов

91

92

Для экспресс-определений используют приборы с применением биосенсоров. Сравнительная оценка различных типов биологических систем позволила выделить из множества биосенсоров – биосенсор, с наиболее оптимальными свойствами. Морские люминесцентные бактерии оптимальным образом сочетают в себе различные типы чувствительных структур, ответственных за генерацию биоповреждения (клеточная мембрана, цепи метаболического обмена, генетический аппарат) с экспрессностью, объективным и количественным характером отклика целостной системы на интегральное воздействие ксенобиотиков. Это обеспечивается тем, что люминесцентные бактерии содержат фермент люциферазу, осуществляющий эффективную трансформацию энергии химических связей жизненно важных метаболитов в световой сигнал на уровне, доступном для экспрессных и количественных измерений. Отклик люминесцентных бактерий на токсические вещества полностью коррелирует с таковым у других биологических организмов и величина 50%-го тушения свечения

– ЕС50 полностью коррелирует с величиной летальной концентрации для высших животных и человека (Немкова и др., 1995), а также с другими биосенсорами.

Отечественная система «ЭКОЛЮМ» – это комплект реагентов с биолюминесцентной активностью в комплексе с люминометрами специального назначения. Введение в реакционную смесь пробы с токсическим соединением вызывает спад свечения.

93

Специальная светорегистрирующая аппаратура позволяет измерять интенсивность свечения реагента до и после введения неизвестного токсиканта в образце небольшого объема (0,2-0,5 мл). Время анализа не превышает нескольких минут, мониторинг возможен в полевых условиях (Методические…, 1996).

Биосенсор интегрирует эффекты смесей токсикантов, обеспечивая общий индекс токсичности образца. Тем самым, «ЭКОЛЮМ» предпочтителен в качестве первичного теста и способен экспрессно ответить на вопрос: присутствуют или нет в среде токсические агенты в опасной для живого организма концентрации.

Индекс токсичности Т есть величина безразмерная и определяется по формуле:

T = Iк − I 100% ,

Iк

где Ik и I, соответственно, интенсивность биолюминесценции контрольной и исследуемой пробы.

По величине индекса токсичности анализируемые пробы классифицируются на три группы (таблица 5.2.2).

Таблица 5.2.2 – Классификация проб по индексу токсичности

Все более расширяется диапазон применения биолюминесцентного метода для обнаружения токсикологического влияния. Его используют и в Центре космических полетов Маршалла Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (Obenhuber et al., 1998), (причем полученные данные токсикологического анализа согласуются с результатами испытаний по летальности дафний и плоскоголовых пескарей), и в Сибири, для оценки токсичности хинонов и фенолов (Kudryasheva et al., 1998). Метод по гашению люминесценции светящихся бактерий в комплексе с другими позволяет быстро оценивать токсичность шлама (Саксонов и др., 1995).

94

Разработан простой способ анализа токсичности воды, заключающийся в применении фильтровальных бумажных дисков с иммобилизованной культурой морской люминесцирующей бак-

терии Photobacterium leidnathi (Quinto, 2001). Об ингибировании свечения судят визуально.

Кроме этих двух описанных выше, самых распространенных методов пользуется популярностью экспресс-биотест по иммобилизации клеток простейших животных (Бузлама и др., 1999) и одноклеточных жгутиковых водорослей. Так В.С. Буэлама и др. (2000) предлагают использование обездвиживания Paramecia caudatum для токсикологического анализа почвы, воды, воздуха, пиши, кормов, лекарственных препаратов и других сред. Для изучения токсичности грунтов прибрежных зон успешно исполь-

зовался тест по иммобилизации Dunaliella tertiolecta (Wong et al., 1999), а двигательная активность Euglena gracilis явилась основой создания автоматического биотеста для определения качества воды (Tahedi et al., 1999).

В последнее время наметилась тенденция использования для биоиндикации и биотестирования не отдельных биотестов, а систем, включающих тест-организмы различных трофических уровней (Аникеев, 1997). Как правило, эти системы включают экспрессный тест (гашение люминесценции светящихся бактерий, иммобилизация жгутиковых животных и растений), обязательный метод контроля по выживаемости Daphniidae и биотест, характерный для данной среды.

Например, токсичность нефтепромысловых сточных вод определялась комплексом тест-объектов, состоящих из инфузорий, водорослей и высших культурных растений (Егорова и др., 1998). Другие авторы для интегральной оценки качества среды предлагают использовать гидробионты двух уровней хлорелла-

перифетон (Виноградова и др., 1999). Rojiikova-Padrtova Renata и

др. (1998), сравнив ряд стандартных и альтернативных тестов, пришли к выводу, что оптимальный набор тест-организмов должен включать следующих представителей разных трофических уровней: водоросли, коловратки или ракообразные, бактерии и простейшие.

95

5.3 Методы биоиндикации и биотестирования почв

Известно, что биодиагностика антропогенных изменений относится к экспрессным методам анализа и, кроме того, дает комплексную оценку экологического состояния почвы. Существует множество биологических показателей, с помощью которых оценивается состояние почв. Наиболее важными для целей почвенного мониторинга на промышленных объектах являются интегральные показатели биологической активности: токсичность, «дыхание», количество свободных аминокислот и белков (нингидринположительных веществ). Интенсивность дыхания почвы является исключительно вариабельной величиной и зависит от большого количества факторов (температурного режима, влажности, состояния фитоценоза и др.). Для оценки экологического влияния загрязнений необходимо проводить сравнение данных, полученных на различных участках в максимально близких условиях. Информативными являются и другие показатели, например, ферментативная активность. В Инструкции (РД 39-0147098-015- 90) использованы следующие показатели: сумма нингидринположительных веществ, токсичность, целлюлозная и протеазная активности.

Попадание нефти и нефтепродуктов в почву приводит к изменению активности основных почвенных ферментов, что влияет на обмен азота, фосфора, углерода и серы (Киреева, Новоселова и др., 2001). Устойчивые изменения в активности некоторых почвенных ферментов могут использоваться в качестве диагностических показателей загрязнения почв нефтью. Удобна для этой цели группа ферментов, объединяемых под общим названием почвенные уреазы. Во-первых, они меньше подвержены воздействию других экологических факторов и, во-вторых, прослеживается четкая зависимость их активности от степени загрязнения почв (Киреева, Водопьянов и др., 2001).

Применение микроорганизмов для оценки интегральной токсичности почвы и создание на их основе комплексной системы чувствительных, достоверных и экономичных биотестов является перспективнойобластьюисследований.

96

Многие физиологические группы почвенных микроорганизмов проявляют чувствительность по отношению к нефтяным углеводородам.

Общая численность микроорганизмов, как правило, достаточно четко отражает микробиологическую активность почвы, скорость разложения органических веществ и круговорота минеральных элементов. На основании данного показателя можно не только судить о степени загрязненности почвы нефтью, но и о ее потенциальной способности к восстановлению, а также о процессах разложения нефти в естественных природных условиях и при рекультивации загрязненных почв (Киреева, Бакаева и др., 2004).

Нефтяное загрязнение может также способствовать накоплению в почве микроскопических грибов, вызывающих заболевания растений и выделяющих фитотоксины (Киреева, Кузяхметов и др., 2003). Последнее обстоятельство играет немаловажную роль при разработке мероприятий по фитомелиорации нефтезагрязненных земель

Непосредственное воздействие нефти на растительный покров проявляется в том, что замедляется рост растений, нарушаются функции фотосинтеза и дыхания, отмечаются различные морфологические нарушения, сильно страдают корневая система, листья, стебли и репродуктивные органы. Оперативную информацию о фитотоксичности загрязненной почвы можно получить, используя в качестве тест-объектов семена и проростки растений. Для удобства постановки тестов на токсичность семена подбирают по размерам и скорости их прорастания. Часто используют семена редиса, кресс-салата, кукурузы, зерновых. В качестве тестфункции выступают показатели всхожести семян, дружности и времени появления всходов, скорости удлинения проростков, последний из которых считается наиболее чувствительным.

В природных экосистемах микроартроподы, являющиеся почвенными беспозвоночными, широко используются для мониторинга на уровне комплекса видов.

Почвенные ногохвостки (коллемболы) очень чувствительны к воздействию органических веществ, поэтому их можно с успехом применять при определении интегральной токсичности нефтезагрязненных почв (Трублаевич , Семенова, 1997).

97

Тест-показателем может служить процент выживших особей коллембол, продолжительность их жизни, поведенческие реакции.

При содержании нефти 1 — 5 % массы почвы была обнаружена связь между содержанием загрязнителя и величиной тестпоказателя.

Набор тест-объектов из семян растений, микроорганизмов, почвенных беспозвоночных и ферментов можно использовать как в полном объеме, так и частично, в зависимости от целевого назначения исследований и степени нефтяного загрязнения почвы. Если пробы с почвенными ногохвостками и активность ферментов дают хорошую количественную характеристику токсичности почвы при низкой и средней степени ее загрязнения, то микробиологические тесты удобны для описания состояния сильнозагрязненных высокотоксичных почв (Киреева, Бакаева, 2004).

5.4 Комплекс биотестов для токсикометрии буровых растворов и шлама

В работе (Безамбарное бурение…, 2003) описан комплекс биотестов для токсикометрии буровых растворов и водных вытяжек шлама. В комплекс входили экспрессные методы (продолжительность определения – 5-30 минут): по гашению люминесценции светящихся бактерий, по иммобилизации инфузорий, по изменению сердечной деятельности дафний.

Проведен токсикологический анализ с использованием комплекса биотестов серии буровых растворов различного состава. Показано, что буровые растворы с добавлением шлам-лигнина отличаются значительно более высокой токсичностью, чем буровые растворы, включающие в состав карбоксиметилцеллюлозу. Близкая токсичность буровых растворов, приготовленных на основе хлористого натрия и рапы позволяет рекомендовать замену хлористого натрия на высокоминерализованный естественный источник солей.

Сравнение чувствительности применяемых биотестов при анализе водных вытяжек шлама выявило некоторое преимущество методов, основанных на изменении ритма сердечной деятельности дафний и иммобилизации инфузорий. Токсикометрический анализ водных растворов, полученных при последова-

98

тельном отмыве шлама показал значительное падение токсичности при каждом отмыве по всем используемым биотестам (тестреакциям).

Для оценки токсичности был предложен 2-х этапный контроль, когда на первом этапе отмыва шлама определяют концентрацию солей по электропроводности и доводят ее до безопасного уровня, а на втором – экспрессными методами биотестирования определяют токсичность уже слабо минерализованного раствора. Второй этап необходим, так как невысокие концентрации тяжелых металлов не вносят заметный вклад в увеличение электропроводности, но могут быть высокотоксичны. Опыты свидетельствуют, что после отмыва шлама от солей токсичность их водных вытяжек, определяемая с помощью комплекса биотестов, была близка к токсичности отстойной водопроводной воды.

5.5Отнесение опасных отходов к классу опасности для окружающей среды методами биотестирования

Важным нормативным актом регламентирующим применение биологических тест-систем для выявления экологической токсичности промышленных отходов, являются «Критерии отнесения опасных отходов для окружающей природной седы», утвержденные Приказом Министерства природных ресурсов России от 15 июля 2001 г. №511. Впервые процедура выявления класса опасности отходов для окружающей природной среды (ОПС) основывается не только на количественных расчетах по химическому составу содержащихся компонентов, но и на экспериментальной биологической проверке образцов.

Класс опасности отходов устанавливается по степени возможного вредного воздействия на окружающую природную среду при непосредственном или опосредованном воздействии опасного отхода на нее в соответствии с Критериями, приведенными в таблицах 6.1.

Отнесение отходов к классу опасности для ОПС может осуществляться расчетным или экспериментальным методами.

Таблица 6. 1 – Критерии определения класса опасности отходов для ОПС

99

В случае отнесения производителями отходов расчетным методом к 5-му классу опасности, необходимо его подтверждение экспериментальным методом. При отсутствии подтверждения 5-го класса опасности экспериментальным методом отход может быть отнесен к 4-му классу опасности.

100