Биомониторинг: цель, задачи, преимущества, классификация. Формы биоиндикации

Биомониторинг: цель, задачи, преимущества, классификация. Формы  биоиндикации.

Биомониторинг- оценка окружающей среды с помощью биол.организмов.

Делится на биотестирование  и биоиндикацию

Биотестирование- изъятие объекта биоты и манипуляции над ним в лабораторных условиях

биотестированием понимают приемы исследования, при котором о качестве среды, судят по выживаемости, состоянию и поведению специально помещенных в эту среду организмов - тест-объектов

биоиндикация  представляет собой качественную оценку параметров среды обитания и её отдельных характеристик по состоянию биоты в природных условиях. Биоиндикацию можно проводить на уровне молекул, клеток, органов (систем органов), организмов, популяций и даже биоценоза. Повышение уровня организации живой природы может приводить к усложнению, неоднозначности взаимосвязи биологического отклика с антропогенными факторами исследуемой среды, поскольку на них могут накладываться и природные факторы. Поэтому в качестве биоиндикаторов выбирают наиболее чувствительные к исследуемым загрязнителям организмы. Так при биоиндикации качества атмосферного воздуха наиболее эффективно используется группа низших растений - лишайники. Использование индикаторных свойств лишайников позволяет не только получить интегральную оценку качества окружающей среды, но и отследить изменения, происходящие в экосистемах в результате антропогенного воздействия.

Лихеноиндикация

Фитотестирование  с помощью отростков семян

Преимущества:

1. Экспрессность (быстрота)
2. Интегральность (комплексность) – много компонентные загрязнители, оказывающие влияние на биоту
3. Оценивание контролируемой среды с точки зрения пригодности для обитания жив организмов
4. Могут работать не профессионалы (м-д Вуди-для оценки воды)
5. Дешевизна

недостатки:

1. Большой объем данных
2. Чем проще м-д, тем он достовернее
3. Больш-во м-в не имеют гос.сертификации

Биомониторинг незаменим 

1. Фактор не может быть измерен
2. Фактор трудно измерить
3. Фактор легко измерить, но трудно интерпретировать

Биомониторинг позволяет оценить биологические  последствия антропогенного загрязнения среды

Физические и  химические методы дают качественные и количественные хар-ки фактора,но лишь косвенно судят о его биологическом воздействии

Формы биомониторинга:

Специфическая и неспецифическая

Специфическая – это когда все факторы среды действуют на 1 организм, а неспецифические – когда 1 фактор среды lqcndetn на 1 организм

Прямая и косвенная

Биоиндикатор 

Отдельные объекты  или их группы, занимающиеся изучением окружающей среды

Критерии 

1. Быстрый ответы
2. Надежность
3. Простота
4. Монитоинговые возможности

Классификация

1. Чувствительный (реагирует на малейшие отклонения в окружающей среде)
2. Аккумулятивный (накапливает воздействия без проявления нарушений
3. Биоиндикаторы принято описывать с помощью характеристик

Специфичность

Чувствительность  
 
 
 

Биомониторинг на разных уровнях  организации живого

1. Клеточный – 1. чувствителен, присутствие технических возможностей

А). нарушение  биомембран

Б) изменение  концентрации и активности макромолекулирования ( ферменты, белки, жиры, углеводы и т.д.)

В) аккумуляция вредных веществ, нарушение физиологических процессов в клетке

Г)  изменение  размеров клетки

Загрязнители: озон, сернистый газ

2.Синтез защитных веществ в клетке - пролим – аминокислота стресса, аланин –

белки – при  загрязнении уменьшается концентрация

3. Полютанты, их концентрация в клетке (листья деревьев, вблизи автомагистралей

4. Клетки эпидермиса уменьшаются, увеличивается колич-во ходов у смоляных

2. Организменный уровень

растения

1. Морфологические изменения

А) изменение  окраски  листьев (хлороз - бледная окраскалистьев, пожелтение при засоленности почв, покраснение при воздействии сернистого газа, серебристая окраска листьев – озон) 
б) некрозы – отмирание участков ткани листа – верхушечные (хвойные)

- точечные, - пятнистые, - краевые

В) Преждевременное увядание – сернистый газ

Г) Деформация – опадение листьев

Д) изменение  размеров органов

Е) укорочение хвои

2. Изменение формы, количества и положения органов (радиоактивное загрязнение)
3. Изменение плодовитости

Животные 

1. Морфологические изменения (размеры, пропорции, окраска покровов, уродство)

Брюхоногие –  изменяется форма раковин, Насекомые – изменение размеров тела

Окраска (березовая  пяденица, божья коровка-более черная)

Уродства - В водоемах рыбы – хищные – редукция плавников, на глазах бельмо, ожирение, искривление позвоночника. У птиц скорлупа утолщается

2. Физиологические изменения – изменение крови – тромбоциты, гемоциты. Ткани – увеличение содержания каратиноидов
3. Размножение – плодовитость падает, уменьшается кладка яиц, смертность увеличивается у зародышей и птенцов. У саранчовых всплеск рождаемости
4. Онтогенез – сокращение сроков развития; изменение срока жизни
5. Поведение – изменение циркадного (суточного) ритма жизни. У крабов дальневосточных нарушается половое поведение, самцы не реагируют на самок при масляном воздействии (нефть от танкеров)
3. Популяционно – видовой уровень

Растения

1. Плотность – у большинства видов под влиянием антропогенного вмешательства плотность популяции падает, чувствительность к загрязнению, уходят полезные виды – на их месте сорняки
2. Возрастная структура популяции – при антропогенном воздействии нарушается соотношение между молодыми, размножающимися и старыми особями популяции. Популяция омолаживается если смертность возрастает, а стадное развитие укорачивается. Популяция стареет если нарушается возобновление

Животные 

1. Плотность – сокращение популяции за счет вымирания редких, чувствительных видов. При попадании SO₂ в воздух приводит к резкому сокращению численности дождевых червей. В озерах при трофности всплеск чаек. Всплеск сосущих, растительноядных насекомых
2. Динамика популяции обычно возрастает ампитуда колебаний плотности популяции
3. Пространственная структура популяции. Распространение становится более мозаичным, т.к. животные начинают концентрироваться на менее нарушенных территориях. Изменение ареалов

Примеры биомониторинга на биоценотическом уровне

1. Общая численность обычно падает, а если повышается, то за счет чиленности немногих устойчивых видов
2. Видовой состав и разнообразие сообществ. При слабом нарушении среды,  количество видов растет, т.к. сообществ становится открытым для видов других сообществ. Сопровождается выпадением редких и чувствительных к нарушению видов
3. Видовая структура: на 4 группы

А) многочисленные (доминанты)

Б) менее многочисленные (субдоминанты)

В) Малочисленные

Г)  редкие виды

Общественная экологическая экспертиза появилась в России в начале 80-х годов. Первоначально развитие ее носило довольно стихийный характер. Отсутствовало правовое регулирование общественного участия в экологической экспертизе, не были четко обозначены и формы этого участия.

«Общественная экологическая экспертиза – организуется и проводится по инициативе граждан и общественных организаций (объединений), а также по инициативе органов местного самоуправления общественными организациями (объединениями), основным направлением деятельности которых в соответствии с их уставами является охрана окружающей природной среды, в том числе организация и проведение экологической экспертизы, и которые зарегистрированы в порядке, установленном законодательством Российской Федерации». (ФЗ «Об экологической экспертизе»)  
   Любая экологическая экспертиза, в том числе общественная, предполагает работу с предпроектной и проектной документацией, проектами планов, программ, договоров и другой обосновывающей документацией, причем на завершающей стадии ее подготовки. Объекты общественной экологической экспертизы строго определены и перечислены в ФЗ «Об экологической экспертизе», Глава 2, Статьи 11,12, 21.  
   Цель экологической экспертизы – предупреждение возможных неблагоприятных воздействий намечаемой деятельности на окружающую среду и связанных с ними социально-экономических и иных последствий. Эта цель достигается путем оценки соблюдения требований к порядку разработки проектной документации и путем оценки качества прогноза воздействий на окружающую среду. Следует отметить, что оценка воздействия на окружающую среду в России выполняется за счет средств заказчика проектной документации, поэтому независимая проверка этого документа является сугубой необходимостью. Первым документом, внесшим некоторую определенность, стал Федеральный закон «Об охране окружающей природной среды» (1991 г.). В законе упоминалось, что государственная экологическая экспертиза должна проходить гласно, с участием общественности, а также впервые законодательно закреплялось понятие «общественная экологическая экспертиза». Вторым нормативным актом в этой области явился Федеральный закон «Об экологической экспертизе» (1995 г.), существенно изменивший права общественности.

Федеральный закон  «Об экологической экспертизе» четко определил место общественной экологической экспертизы по отношению к государственной:

«Общественная экологическая экспертиза проводится до или одновременно с государственной  экологической экспертизой».

Согласно закону, любая экологическая экспертиза является экспертизой конкретной документации, например, технико-экономического обоснования проектов намечаемой деятельности или расширения/реконструкции существующей, проекта международного соглашения или обоснования заявления о выдаче лицензии.

В законе впервые  декларируется, что экологической  экспертизе могут быть подвергнуты  также проекты нормативно-правовых актов, комплексных и целевых  федеральных программ, генеральных  планов развития территорий, схем развития отраслей народного хозяйства.

Общественная  экологическая экспертиза должна быть официально зарегистрирована. Порядок  регистрации общественной экологической  экспертизы определяется ст. 23 ФЗ «Об  экологической экспертизе». Регистрация  осуществляется в органах местного самоуправления (городской или районной администрации) на основании заявления от общественной организации (объединения), организующей общественную экологическую экспертизу.

Заключение общественной экологической экспертизы приобретает  юридический статус только после утверждения его в органах государственной экологической экспертизы. В том случае, если позиция государственных органов охраны природы в отношении экологических последствий намечаемой деятельности расходится с позицией общественности по этому вопросу, с приданием юридического статуса заключению общественной экологической экспертизы могут возникнуть затруднения.

В ближайшем  времени возможно принятие еще одного документа, Положения «Об оценке воздействия намечаемой хозяйственной  или иной деятельности на окружающую среду». Новый документ будет действовать вместо прежнего Положения «Об оценке воздействия на окружающую среду в Российской Федерации» и, возможно, несколько изменит сложившуюся практику общественного участия в принятии экологически значимых решений.

В США, Канаде, Швеции и ряде других стран выдача разрешений на природопользование происходит в форме квази-судебного или специализированного судебного заседания, в котором участвуют пропонент (тот, кто предложил проект), оппонент и свидетели-эксперты. Характер общественной экспертизы этому действу придает то, что оно может быть инициировано по заявлению представителей заинтересованной общественности, они имеют право выступать стороной на слушаниях и выставлять своих экспертов. Правда, в США свою заинтересованность надо доказывать...

Вообще, американская традиция больше ориентирована на вердикт, решение суда. Европейская (включая канадский Квебек) - на достижение консенсуса. В этом отношении характерны различия между параллельными процедурами оценки технологических новаций, которые в США носят название Гражданское Жюри (Citizens Jury), а в Европе, в частности, в Дании, где эта процедура была разработана, - Конференции по достижению Консенсуса (Consensus Conferences)

Радиоактивное загрязнение биосферы это превышение естественного уровня содержания в окружающей среде радиоактивных веществ. Оно может быть вызвано ядерными взрывами и утечкой радиоактивных компонентов в результате аварий на АЭС или других предприятиях, при разработке радиоактивных руд и т.п. При авариях на АЭС особённо резко увеличивается загрязнение среды радионуклидами (стронций-90, цезий-137, церий-141, йод-131, рутений-106 и др.). В настоящее врёмя, по данным Международного агентства по атомной энергетике. (МАГАТЭ), число действующих в мире реакторов достигло 426 при их суммарной электрической мощности около 320 ГВт (17% мирового производства электроэнергии).

Ядерная энергетика, при условии строжайшего выполнения необходимых требований, более или  менее экологически чище no сравнению  с тепло-энергетикой, поскольку исключает вредные выбросы в атмосферу (зола, диоксиды, углерода и серы, оксиды азота и др.). Так, во Франции быстрое наращивание мощностей АЭС позволило в последние годы значительно уменьшить выбросы диоксида серы и оксидов азота в секторе энергетики соответственно на 71 и 60% . В Японии для стабилизации энергообеспечения страны намечается в ближайшие два десятилетия построить около 40 новых АЭС, что удовлетворит 43% энергопотребностей. Однако в целом в мире отмечена тенденция сокращения строительства новых АЭС.

Использование атомной энергии в широких  масштабах приводит к накоплению радиоактивных отходов. Возникает  проблема их захоронения

Естественный радиационный фон обусловлен рассеянной радиоактивностью земной коры, проникающим космическим излучением, потреблением с пищей биогенных радионуклидов и составлял в недавнем прошлом 8--9 микрорентген в час (мкР/ч), что соответствует среднегодовой эффективной эквивалентной дозе (ЭЭД = НD) для жителя Земли в 2 миллизиверта (мЗв). Рассеянная радиоактивность обусловлена наличием в среде следовых количеств природных радиоизотопов с периодом полураспада (T1/2) более 10⁵ лет (в основном урана и тория), а также 40К, 14С, 226Ra и 222Rn. Газ радон в среднем дает от 30 до 50% естественного фона облучения наземной биоты. Из-за неравномерности распределения источников излучения в земной коре существуют некоторые региональные различия фона и его локальные аномалии.

Главную радиационную опасность представляют запасы ядерного оружия и топлива и радиоактивные осадки, которые образовались в результате ядерных взрывов или аварий и утечек в ядерно-топливном цикле -- от добычи и обогащения урановой руды до захоронения отходов. В мире накоплены десятки тысяч тонн расщепляющихся материалов, обладающих колоссальной суммарной активностью.

ПО  «Маяк»

ПО  «Маяк». Самое крупное из известных сейчас скопле-ний радионуклидов находится на Урале, в 70 км к северо-западу от Челябинска на территории производственного объе-динения «Маяк». ПО «Маяк» было создано на базе промыш-ленного комплекса, построенного в 1945--1949 гг. Здесь в 1948 г. был пущен первый в стране промышленный атомный реактор, в 1949 г. -- первый радиохимический завод, изготов-лены первые образцы атомного оружия. В настоящее время в производственную структуру ПО «Маяк» входят ряд произ-водств ядерного цикла, комплекс по захоронению высокоак-тивных материалов, хранилища и могильники РАО. Много-летняя деятельность ПО «Маяк» привела к накоплению ог-ромного количества радионуклидов и сильному загрязнению районов Челябинской, Свердловской, Курганской и Тюмен-ской областей. В результате сброса отходов радиохимического производства непосредственно в открытую речную систему Обского бассейна через р. Теча (1949--1951 гг.), а также вследствие аварий 1957 и 1967 гг. в окружающую среду было выброшено 23 млн. Ки активности. Радиоактивное загрязне-ние охватило территорию в 25 тыс. км² с населением более 500 тыс. человек. Официальные данные о десятках поселков и деревень, подвергшихся загрязнению в результате сбросов ра-диоактивных отходов в р. Теча, появились только в 1993 г.

В 1957 г. в результате теплового взрыва емкости с РАО  произошел мощный выброс радионуклидов (церий-144, цирконий-95, стронций-90, цезий-137 и др.) с суммарной активно-стью 2 млн. Ки. Возник «Восточно-Уральский  радиоактивный след» длиной до 110 км (в результате последующей миграции даже до 400км) и шириной до 35--50 км (рис. 1.1). Общая площадь загрязненной территории, ограниченной изолинией 0,1 Ки/км² по стронцию-90, составила 23 тыс. км². Около 10 тыс. человек из 19 населенных пунктов в зоне наиболее сильного загрязнения с большой задержкой были эвакуирова-ны и переселены.

Зона радиационного  загрязнения на Южном Урале расши-рилась вследствие ветрового разноса радиоактивных  аэрозолей с пересохшей части  технологического водоема № 9 ПО «Маяк» (оз. Карачай) в 1967 г. В настоящее время в этом резервуаре на-ходится около 120 млн Ки активности, преимущественно за счет стронция-90 и цезия-137. Под озером сформировалась линза загрязненных подземных вод объемом около 4 млн м³ и площадью 10 км². Существует опасность проникновения загрязненных вод в другие водоносные горизонты и выноса радионуклидов в речную сеть.

По данным радиационного  мониторинга, выпадения це-зия-137 из атмосферы в районах, расположенных  в зоне влияния ПО «Маяк», в течение 1994г. были в 50--100 раз больше, чем в среднем по стране. Высоким остается и уро-вень загрязнения местности цезием-137 в пойме р. Теча. Кон-центрации стронция-90 в речной воде и в донных отложениях в 100--1000 раз превышают фоновые значения. В каскаде про-мышленных водоемов в верховьях Течи содержится 350 млн м³загрязненной воды, являющейся по сути низкоактивными от-ходами. Суммарная активность твердых и жидких РАО, нако-пленных в ходе деятельности ПО «Маяк», достигает 1 млрд Ки. Сосредоточение огромного количества РАО, загрязнение по-верхностных водоемов, возможность проникновения загряз-ненных подземных вод в открытую гидрографическую систему Обского бассейна создают исключительно высокую степень радиационного риска на Южном Урале.

1.3 Чернобыль.

Не только нынешнее, но и последующие поко-ления будут помнить Чернобыль и ощущать последствия этой катастрофы. В результате взрывов и пожара при аварии на четвертом энергоблоке ЧАЭС с 26 апреля по 10 мая 1986 г. из разрушенного реактора было выброшено примерно 7,5 т ядер-ного топлива и продуктов деления с суммарной активностью около 50 млн Ки. По количеству долгоживущих радионукли-дов (цезий-137, стронций-90 и др.) этот выброс соответствует 500--600 Хиросимам.

Из-за того, что  выброс радионуклидов происходил более 10 суток при меняющихся метеоусловиях, зона основного за-грязнения имеет веерный, пятнистый характер (рис. 1.2). Кроме 30-километровой зоны, на которую пришлась большая часть выброса, в разных местах в радиусе до 250 км были вы-явлены участки, где загрязнение достигло 200 Ки/км². Общая площадь «пятен» с активностью более 40 Ки/км² составила около 3,5 тыс. км², где в момент аварии проживало 190 тыс. человек. Всего радиоактивным выбросом ЧАЭС в разной сте-пени было загрязнено 80% территории Белоруссии, вся север-ная часть Правобережной Украины и 19 областей России. В целом по РФ загрязнение, обусловленное аварией на ЧАЭС, с плотностью 1 Ки/км² и выше охватывает более 57 тыс. км², что составляет 1,6% площади ЕТР (табл. 1.1). Уточненные в 1994 г. границы площадей, загрязненных цезием-137, по срав-нению с 1993 г. почти не изменились. Следы Чернобыля обнаружены в большинстве стран Европы (табл. 1.2), а также в Японии, на Филиппинах, в Канаде. Катастрофа приобрела глобальный характер.

И сегодня спустя полтора десятилетия после чернобыль-ской трагедии существуют противоречивые оценки ее пора-жающего действия и причиненного экономического ущерба. Согласно опубликованным в 2000 г. данным из 860 тыс. чело-век, участвовавших в ликвидации последствий аварии, более 55 тыс. ликвидаторов умерли, десятки тысяч стали инвалида-ми. Полмиллиона человек до сих пор проживает на загрязненных территориях. Точных данных о количестве облученных и полученных до-зах нет. Нет и однозначных прогнозов о возможных генетиче-ских последствиях. Подтверждается тезис об опасности дли-тельного воздействия на организм малых доз радиации. В рай-онах, подвергшихся радиоактивному заражению, неуклонно рас-тет число онкологических заболеваний, особенно выражен рост заболеваемости раком щитовидной железы детей.

Радиоактивные вещества, попадающие в атмосферу  при их добыче, и эксплуатации атомных  установок и двигателей, могут  представлять опасность. Однако при  современном уровне защитной техники  этот Источник радиоактивности незначи-телен.

Наибольшее загрязнение атмосферы радиоактивными вещест-вами происходит в результате взрывов атомных и водородных бомб. Каждый такой взрыв сопровождается образованием гран-диозного облака радиоактивной пыли. Взрывная волна огромной силы распространяет ее частицы во всех направлениях, подни-мая их более чем на 30 км. В первые часы после взрыва осажда-ются наиболее крупные частицы, несколько меньшего размера -- влечение 5 суток, а мелкодисперсная пыль потоками воздуха пере-носится на тысячи километров и оседает на поверхности земного шара в течение многих лет

Осуществляется комплекс дополнительных мер по усилению безопасности эксплуатируемых атомных реакторов. Произведены экологические экспертизы проектов строящихся АЭС и ТЭС и других объектов с атомными энергетическими установками. Реа-лизуется программа использования нетрадиционных, экологи-чески безопасных источников энергии, и строительства опытно-экспериментальных АЭС с различными типами и схемами рас-положения атомных реакторов.