Отправить сообщение, заявку, вопрос

Зарегистрироваться для участия в конференции

Запросить консультацию специалистов по данному техническому решению

Рубрикатор материалов

Сейчас в информационной базе:
рубрик - 74 , авторов - 234 ,
всего информационных продуктов - 2157 , из них
статей журнала - 475 , статей базы знаний - 58 , новостей - 1563 , конференций - 3 ,
блогов - 8 , постов и видео - 40 , технических решений - 9

Copyright © 2016-2018 ГеоИнфо
Все права защищены

Разработка и сопровождение: InfoDesigner.ru
12 сентября 2018 года

О биотестировании загрязненных грунтов при инженерно-экологических изысканиях

В статье рассматриваются преимущества биодиагностики и в том числе биотестирования загрязненных грунтов по сравнению с использованием химических или физических методов их анализа. Указывается, что для адекватной экологической оценки таких отложений необходимо комплексное использование результатов не только их химико-аналитических, но и биодиагностических исследований, однако последние должны быть опережающими и определяющими необходимость тех или иных химических анализов. Авторы делают ряд выводов и дают рекомендации относительно биотестирования загрязненных грунтов при инженерно-экологических изысканиях на основе выполненных ими ранее полевых и лабораторных исследований, результаты которых были опубликованы в других источниках.

Григорьева Ия ЮрьевнаДоцент кафедры инженерной и экологической геологии МГУ им. М.В. Ломоносова, кандидат геолого-минералогических наук, г. Москва
Сарженко Мария НиколаевнаМагистрант кафедры инженерной и экологической геологии МГУ им. М.В. Ломоносова, г. Москва

Оценка экологической опасности при инженерно-экологических изысканиях на сегодняшний день проводится путем определения наличия в окружающей среде отдельных потенциально вредных веществ или воздействий и сравнения полученных результатов с допустимыми величинами (предельно допустимыми концентрациями, выбросами, сбросами и т.д.), регламентируемыми нормативными документами для этих веществ или воздействий.

Однако аналитические методы контроля имеют ряд существенных недостатков [5, 6]:

  1. трудоемкость, отсутствие экспрессности;
  2. необходимость в дорогостоящих дефицитных реактивах и оборудовании, высококвалифицированном персонале;
  3. негарантированность выявления потенциально опасных загрязняющих веществ;
  4. негарантированность достоверной оценки экологической опасности и реальных рисков для здоровья населения в силу следующих причин:
    • практическая неосуществимость контроля и разработки нормативов для всех возможных экотоксикантов;
    • наличие в настоящее время нормативов только для 0,01% из миллионов потенциально токсичных веществ;
    • невозможность учета в одном и том же нормативе влияния геохимических провинций, климатических факторов и т.д.;
    • невозможность учета в практической деятельности синергетического и антагонистического эффектов загрязняющих веществ;
    • неразрешимость проблемы оценки влияния разнообразных природных факторов на токсичность или иные лимитирующие свойства поллютантов;
    • невозможность получения информации о вторичных эффектах присутствия загрязнителей, вызванных их накоплением и трансформацией в различных звеньях экосистеми др.

Даже при наличии необходимых реактивов, оборудования, специалистов и нормативов результаты химических анализов, выполняемых для экологических оценок качества окружающей среды, показывают лишь наличие или отсутствие неких «маркеров» – определенных концентраций загрязняющих веществ [4]. Но, во-первых, это имеет крайне ограниченное значение для прогноза и оценки состояния живых организмов, сообществ и анализируемой экосистемы в целом. Во-вторых, как уже отмечалось выше, не всегда удается выявить с достаточно степенью уверенности потенциально опасные поллютанты.

Поэтому большинство исследователей [1, 5 и др.] считает, что современные подходы к экологической оценке окружающей среды должны быть ориентированы прежде всего на биотические показатели. Соответственно, при проведении инженерно-экологических изысканий важны не столько сами уровни отдельных загрязнений и воздействий, сколько их суммарные биологические эффекты (например, рис. 1, 2), о которых не всегда могут дать информацию даже самые точные химические или физические анализы.

 

Рис. 1. Повышенный уровень мутационной изменчивости нивяника (поповника) при радиоактивном воздействии Рис. 1. Повышенный уровень мутационной изменчивости нивяника (поповника) при радиоактивном воздействии   Рис. 2. Листья люцерны с «обожженными» краями из-за воздействия диоксида серы (http://www.apsnet.org/edcenter/intropp/topics/Pages/PlantDiseaseDiagnosis.aspx) Рис. 2. Листья люцерны с «обожженными» краями из-за воздействия диоксида серы (http://www.apsnet.org/edcenter/intropp/topics/Pages/PlantDiseaseDiagnosis.aspx)

 

В связи с этим в мировой практике достаточно активно развиваются и используются биологические методы контроля, или биодиагностика, – выявление причин или факторов изменений в состоянии окружающей среды на основе реакций определенных биологических видов. Эти методы в ряде случаев могут позволить быстро оценить качество среды и даже наличие в ней некоторых загрязнителей, не обнаруживаемых химическими методами.

К биодиагностике относятся биоиндикация и биотестирование [1], а также оценка ферментативной активности исследуемых сред. И если методы биоиндикации (основанной на наблюдении за составом и численностью видов-индикаторов) широко известны и активно применяются в системе инженерно-экологических изысканий, то биотестирование и оценка ферментативной активности в отношении грунтов менее известны.

Биотестирование (от англ. bioassay) – это установление токсичности исследуемой среды с помощью находящихся в стандартизованных условиях тест-объектов, у которых исследуются повреждения или отклонения от нормы, вызванные воздействием этой среды [5]. Тест-объектами могут быть живые организмы от бактерий, одноклеточных водорослей и простейших до высокоорганизованных растений и животных. Например, в России для установления предельно допустимых концентраций некоторых веществ в рыбохозяйственных водоемах в качестве тест-объектов обязательно используются такие крохотные планктонные ракообразные, как дафнии (рис. 3).

 

Рис. 3. Дафнии (планктонные ветвистоусые ракообразные) под микроскопом. Эти тест-объекты используются в России, например, для установления предельно допустимых концентраций некоторых веществ в рыбохозяйственных водоемах Рис. 3. Дафнии (планктонные ветвистоусые ракообразные) под микроскопом. Эти тест-объекты используются в России, например, для установления предельно допустимых концентраций некоторых веществ в рыбохозяйственных водоемах

 

Методы биотестирования имеют ряд преимуществ по сравнению с химическими и физическими методами в силу интегрального характера ответных реакций живых организмов, которые:

  • «суммируют» все биологически важные данные об окружающей среде и отражают ее состояние в целом;
  • отражают наличие в окружающей среде комплекса загрязнителей;
  • позволяют судить о степени вредности тех или иных веществ для живой природы и человека;
  • дают возможность контролировать действие многих синтезируемых человеком соединений;
  • в условиях хронической антропогенной нагрузки могут реагировать на очень слабые воздействия в силу аккумуляции доз;
  • отражают скорость происходящих в окружающей среде изменений;
  • указывают на источники и места скопления загрязнений в экологических системах, помогая определить возможные пути попадания этих веществ в организм человека;
  • помогают нормировать допустимые нагрузки на экосистемы, различающиеся по своей устойчивости к антропогенным воздействиям, так как одинаковые состав и объем загрязнений могут привести к разным реакциям природных систем в различных географических зонах;
  • делают необязательным применение дорогостоящих трудоемких физических и химических методов для измерения биологических параметров.

Распространенные в настоящее время легитимные методы биотестирования разрабатывались по большей части при гидробиологических исследованиях. Грунтовые же системы в силу неоднородности и динамичности изменений их состава, структуры и свойств – достаточно сложные объекты для разработки систем экологической оценки.

Вместе с тем результаты инженерно-экологических изысканий говорят о том, что грунты все чаще попадают в категорию отходов (рис. 4, 5). Происходит это из-за усиливающегося антропогенного влияния на все компоненты природных систем, увеличения застроенных площадей со все большим использованием ранее непригодных для строительства территорий. Чаще всего грунты в таких условиях относят к классам опасности отходов V (практически неопасные) или IV (малоопасные). Для подтверждения их принадлежности к классу V обязательным является биотестирование их водной вытяжки.

 

Рис. 4. Грунты по результатам инженерно-экологических изысканий все чаще попадают в категорию отходов Рис. 4. Грунты по результатам инженерно-экологических изысканий все чаще попадают в категорию отходов

 

Рис. 5. В соответствии с СП 2.1.7.1386-03 «Определение класса опасности токсичных отходов производства и потребления» эколого-гигиенические показатели и критерии отнесения отходов к классам опасности основаны на изучении фитотоксичности (например, для кресс-салата (а)) и токсичности водных вытяжек для гидробионтов (например, для дафний (б)) (фото Д.П. Припачкиной и с сайта http://ecoservice-a-toxicology.ru/) Рис. 5. В соответствии с СП 2.1.7.1386-03 «Определение класса опасности токсичных отходов производства и потребления» эколого-гигиенические показатели и критерии отнесения отходов к классам опасности основаны на изучении фитотоксичности (например, для кресс-салата (а)) и токсичности водных вытяжек для гидробионтов (например, для дафний (б)) (фото Д.П. Припачкиной и с сайта http://ecoservice-a-toxicology.ru/)

 

Модели и подходы к биотестированию в сфере почвенно-экологических исследований разрабатываются достаточно активно. Но теоретическое обоснование подходов к биотестированию остальных грунтовых систем на сегодняшний день развито очень слабо. Однако вполне очевидно, что почвы и другие дисперсные грунты как объекты исследования имеют ряд разных характерных особенностей, которые должны определять и различия в подходах к биотестированию этих сред.

Экспериментальные полевые наблюдения и лабораторные исследования разных по составу дисперсных грунтов, загрязненных нефтью, нефтепродуктами, тяжелыми металлами, солями и др., проведенные ранее авторами [2, 3] (рис. 6), позволили сделать ряд выводов и дать рекомендации относительно биотестирования грунтов при инженерно-экологических изысканиях.

 

Рис. 6. Примеры табличного представления данных биотестирования грунтов на загрязненность сырой нефтью по сухой биомассе газонных трав [3] Рис. 6. Примеры табличного представления данных биотестирования грунтов на загрязненность сырой нефтью по сухой биомассе газонных трав [3]

 

1. Подходы к оценке грунтов как отходов при инженерно-экологических изысканиях для построения адекватной системы экологической оценки должны базироваться на обязательной интеграции данных химико-аналитических и токсикологических исследований. Причем последние должны быть опережающими и определяющими необходимость проведения химических анализов.

2. Биотестирование необходимо проводить с учетом условий миграции возможных поллютантов с использованием как водных вытяжек, так и самих грунтов (в виде грунтовых паст).

3. Для биотестирования грунтов в качестве тест-объектов хорошо себя зарекомендовали: кресс-салат (Lepidium sativum), овес посевной (Avena sativa) и смесь газонных трав, максимально приспособленная к природно-климатическим условиям России (см. рис.  5а, рис. 6, 7).

 

Рис. 7. Примеры результатов биотестирования мелкозернистого песка, загрязненного дизельным топливом и поваренной солью, по всхожести семян овса посевного. Кривая № 1 (контрольная) – при отсутствии в грунте поллютантов; № 2, 3, 4 – соответственно при 1, 3, 5 г/кг дизельного топлива; №  5, 6 – соответственно при 0,5 и 2 г/кг поваренной соли; 7 – соответственно при 1 и 0,5 г/кг дизельного топлива и поваренной соли одновременно; 8 – соответственно при 1 и 2 г/кг дизельного топлива и поваренной соли одновременно Рис. 7. Примеры результатов биотестирования мелкозернистого песка, загрязненного дизельным топливом и поваренной солью, по всхожести семян овса посевного. Кривая № 1 (контрольная) – при отсутствии в грунте поллютантов; № 2, 3, 4 – соответственно при 1, 3, 5 г/кг дизельного топлива; №  5, 6 – соответственно при 0,5 и 2 г/кг поваренной соли; 7 – соответственно при 1 и 0,5 г/кг дизельного топлива и поваренной соли одновременно; 8 – соответственно при 1 и 2 г/кг дизельного топлива и поваренной соли одновременно

 

4. В качестве альтернативны при инженерно-экологических изысканиях можно определять ферментативную активность, являющуюся универсальным показателем, характеризующим биотические свойства грунтов. В отношении разработанности и представительности получаемых результатов необходимым и достаточным может быть признано определение пероксидазной, гидролазной, уреазной, каталазной и фосфатазной активности.

5. При уверенном выявлении состава загрязняющих веществ и соответствующего биологического отклика на их присутствие необходима разработка программы санации (очистки) грунта.

6. Если состав поллютантов при изысканиях не выявлен, допустимо рекомендовать грунты к вывозу и утилизации на специализированных полигонах на основе результатов биодиагностических исследований.

 

Список литературы (в алфавитном порядке)
  1. Биологический контроль окружающей среды: биоиндикация и биотестирование/ О.П. Мелехова, Е.И. Сарапульцева, Т.И. Евсеева и др. М.: Академия, 2010. 288  с.
  2. Григорьева И.Ю., Гладченко М.А., Припачкина Д.П. Показатели биологической активности дисперсных грунтов и их применение при инженерно-экологических изысканиях // Инженерные изыскания. 2016. № 8. С. 50–60.
  3. Григорьева И.Ю., Шестакова А.Н. Фитотоксичность нефтезагрязненных грунтов // Инженерная геология. 2009. № 1. С. 30–33.
  4. Добровольский Г.В. Предисловие // Тезисы докладов международной конференции «Биодиагностика в экологической оценке почв и сопредельных сред», г. Москва, 4–6 февраля 2013 г. М.: БИНОМ, Лаборатория знаний, 2013. С. 3–4.
  5. Ляшенко О.А. Биоиндикация и биотестирование в охране окружающей среды. СПб: Изд-во СПбГТУРП, 2012. 67 с.
  6. Смуров А.В. Основы экологической диагностики. М.: Ойкос, 2003. 188 с.