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.
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]:
- трудоемкость, отсутствие экспрессности;
- необходимость в дорогостоящих дефицитных реактивах и оборудовании, высококвалифицированном персонале;
- негарантированность выявления потенциально опасных загрязняющих веществ;
- 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.
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).
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.
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.
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).
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)
- Биологический контроль окружающей среды: биоиндикация и биотестирование/ О.П. Мелехова, Е.И. Сарапульцева, Т.И. Евсеева и др. М.: Академия, 2010. 288 с.
- 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.
- Григорьева И.Ю., Шестакова А.Н. Фитотоксичность нефтезагрязненных грунтов // Инженерная геология. 2009. № 1. С. 30–33.
- 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.
- Ляшенко О.А. Биоиндикация и биотестирование в охране окружающей среды. СПб: Изд-во СПбГТУРП, 2012. 67 с.
- Смуров А.В. Основы экологической диагностики. М.: Ойкос, 2003. 188 с.
Журнал остается бесплатным и продолжает развиваться.
Нам очень нужна поддержка читателей.
Поддержите нас один раз за год
Поддерживайте нас каждый месяц