Введение
Актуальность темы исследования предопределена современным состоянием окружающей среды. Металлургические предприятия, горнодобывающая промышленность, сельское хозяйство, огромные площади вырубленных лесов, транспорт, высокая скорость урбанизации, всё это в совокупности наносят колоссальный урон окружающей природной среде и гидросфере в частности. В процессе развития человеческой цивилизации города становились средой жизнедеятельности всевозрастающего числа людей. В России 73% населения сосредоточено в городах. В некоторых странах эта доля еще выше. И как общая тенденция развития и роста городов — прогрессирующее ухудшение в них условий жизни. Одна из величайших трагедий городов в том, что, будучи высшим достижением человеческой цивилизации, они становятся не только неудобными, но и в значительной степени опасными для жизни. Экологическое неблагополучие городов стало острейшей глобальной проблемой, требующей скорейшего решения.
Если бы вам дали стакан воды, только что набранной из речки, стали бы вы пить? Наверняка нет. Не нужно быть учёным, чтобы знать на сколько загрязнена вода в водоёмах в наше время. Но ведь ещё какие-то 20-30 лет назад наши родители, бабушки и дедушки, спокойно могли напиться из реки в жаркий день. В настоящее время загрязнение водных ресурсов является одним из основных последствий негативного антропогенного воздействия на окружающую среду. Питьевая вода — важнейший для всего живого природный ресурс, от качественного состояния которого, в значительной мере, зависит здоровье человека. В наше время становится всё сложнее воздействовать на поступление антропогенных загрязнений в водозаборные бассейны.
Единственное что бы можем сделать, это проводить многоуровневую отчистку воды, поступающей в дома жителей городов. Первым уровнем будет являться очистка на водоканалах. После очистки, проводится химический анализ проб воды на соответствие нормативным показателям согласно СанПиН 2.1.4.1074-01. Но химический анализ позволяет выявить в пробе ограниченный спектр загрязняющих веществ и занимает некоторое количество времени. В случае, если на водозабор прошла вода загрязнённая веществом, на который не проводиться химический анализ или, когда в воду попало большое количество какого либо вещества и результат о степени опасности данной воды необходимо получить незамедлительно, следует использовать другой метод анализа — биотестирование. Данный метод позволяет более быстро получить результаты о присутствии острых концентраций загрязняющих веществ в анализируемой воде и их воздействие на живые организмы.
В данной работе речь пойдёт о возможности биотестирования с помощью аквариумных рыб рода барбус, на аппаратеToxProtect64 (страна-производитель Германия).
Целью данного исследования является определение более чувствительного био-теста, из двух видов рода Barbus.
В рамках данной цели поставлены задачи:
-изучить литературу по биологии представителей данного рода
-определить какой из двух видов барбуса огненного Pethia conchonius (Hamilton, 1822) и барбуса суматранского Puntigrus tetrazona (Bleeker, 1855) более чувствителен к токсическим веществам, и может быть использован в качестве тест-организма для аппарата ToxProtect64.
-провести ряд экспериментов по определению степени чувствительности каждого из вида тест-организмов;
-сравнить степень чувствительности тест-организмов.
Глава 1. Природно-географические особенности Свердловской области
.1 Географическое положение. Природно-климатические условия
В широтном отношении область находится между 56 и 62° с.ш. в средних широтах в пределах умеренного пояса. Избыточное увлажнение на большей части территории определяет зональные особенности природы Свердловской области. Основная часть территории области лежит в зоне тайги. Только на юго-востоке тайга сменяется зональными лесостепными ландшафтами. Есть они и на юго-западе, но связаны с барьерным воздействием Уфимского плато. В горной полосе прослеживаются высотно-поясные изменения климата, почвенно-растительного покрова и животного мира от пояса горной тайги до горных тундр и гольцов.
Нужна помощь в написании диплома?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.
В азональном отношении область включает части трех крупных природных районов (физико-географических стран), отличающихся геологическим строением и рельефом. Крайний юго-запад области является частью Восточно-Европейской равнины (Уфимское плато). Западная половина относится к Уралу — Уральской равнинно-горной стране, а восток области представляет собой часть Западно-Сибирской равнины.
Таким образом, наиболее важной особенностью физико-географического положения Свердловской области является ее положение на стыке крупных природных регионов — природных комплексов разного типа: секторных, зональных и азональных (тектогенных) [1].
Свердловская область расположена в пределах Среднего и Северного Урала и на равнинах Западной Сибири, примыкающих к Уралу с востока. Западная граница области, протяженностью более чем 600 км, проходит на севере по осевым водораздельным хребтам Уральских гор, затем отклоняется к юго-западу, пересекает западные предгорья Урала и выходит в пределы Восточно-Европейской равнины. Наши западные соседи — Республика Коми и Пермский край. На юге Свердловская область соседствует с Башкортостаном, Челябинской и Курганской областями. Граница с ними составляет свыше 500 км. Начинается она на западе, от Уфимского плато, пересекает предгорья Урала, Уральские горы, Зауральскую складчатую возвышенность, Туринскую равнину и выходит к нижнему течению реки Пышмы; затем поднимается на север, к низовьям Туры и Тавды — здесь наша область граничит с Тюменской областью. На востоке граница проходит в основном по заболоченному междуречью Тавды и Конды. За ней, на северо-востоке простираются обширные пространства Ханты-Мансийского автономного округа [1].
Природное районирование
На юго-западе области расположена небольшая часть Восточно-Европейской равнинной страны. Она относится к таежной зоне и целиком входит в подзону широколиственно-хвойнотаежных лесов. Центральная часть Свердловской области относится к Уральской равнинно-горной стране. Практически полностью эта часть страны расположена в таежной зоне. Небольшие участки лесостепной зоны на юго-востоке (от Сысерти до Каменска-Уральского) и барьерные ландшафты Красноуфимской лесостепи можно рассматривать в составе этой области.
В пределах таежной ландшафтной области выделяется 5 природных районов: Западный предгорный, Североуральский среднегорный, Среднеуральский низкогорный, Восточный предгорный (подгорный), Зауральский равнинный.
Восточную половину области занимает часть Западно-Сибирской равнинной страны. Зональной границей, проходящей вдоль рек Ирбит — Ница, она делится на таежную и лесостепную зоны. В пределах таежной области по основным различиям в геологическом строении и рельефе выделяют 3 природных района: Северо-Сосъвинский равнинный, Туринский равнинный, Пелымо-Тавдинский равнинный низменный. Лесостепная ландшафтная область представлена одним природным районом — Пышминским равнинным. Во всех природных районах области проявляются подзональные различия [2].
Климатические особенности
Климат Свердловской области, как и любой другой территории, формируется под действием трех основных климатообразующих факторов: солнечной радиации, циркуляции воздушных масс и влияния подстилающей поверхности.
Солнечная радиация. Свердловская область расположена в умеренных широтах между 56° и 62° с.ш. Суммарная солнечная радиация (прямая и рассеянная) распределяется по территории в целом широтно, т.е. зонально. На севере области суммарная радиация составляет 80, а на юге 95 ккал на 1 кв. см в год. На севере области различия в количестве солнечной радиации по сезонам года более резки. Летние длинные дни (период белых ночей) способствуют ее увеличению, а зимой она резко сокращается. Именно поэтому летние различия в количестве поступающей солнечной радиации и в температурном режиме севера и юга области меньше чем зимние.
Часть суммарной радиации отражается от земной поверхности, а остальная радиация поглощается и расходуется на нагрев. Потери радиации в результате отражения зависят от характера подстилающей поверхности. Как известно, снежный покров отражает до 80% суммарной радиации, лес — около 20%, распаханный чернозем еще меньше — лишь 10-15%.
Распределение температур воздуха зависит от солнечной радиации, циркуляции атмосферы, рельефа и сильно меняется по сезонам года.
Анализ хода изотерм января показывает, что на формирование зимних температур основное влияние оказывает частое поступление воздушных масс с запада. Наблюдается понижение температуры к востоку, северо-востоку от -16° до -18°-19°С. Изотермы -16° и -17°С проходят меридионально. Лишь на севере области изотерма -19°С приближается к субширотному простиранию.
Июльские изотермы на равнинах Западной Сибири направлены субширотно. На летний температурный режим определяющее влияние оказывает солнечная радиация. Самые высокие температуры на юго-востоке области — +18°С, на севере — +17°С.
Нужна помощь в написании диплома?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.
По восточным и западным предгорьям Урала изотерма +17°С опускается к южным границам области. Это означает, что на распределение летних температур оказывает влияние рельеф. В горах происходит понижение температуры с высотой. В среднегорьях на вершинах Северного Урала июльские температуры понижаются до +10°+12°С. Зимой в межгорных котловинах может застаиваться холодный воздух, что приводит к температурным инверсиям: на дне котловин температура воздуха ниже, чем на склонах гор [3].
Почвенные особенности
Основные почвообразовательные процессы. В пределах Свердловской области почвообразование характеризуется развитием двух основных процессов: подзолистого и дернового. Для условий избыточно-влажного климата типичен подзолистый процесс, который представляет собой вымывание органических и минеральных соединений из верхней части почвенного профиля в нижнюю. Под действием промывного режима формируется горизонт вымывания — подзолистый (элювиальный), с повышенным содержанием кремнезема. Свое название он получил за сходство с золой: при высыхании подзолистый горизонт становится белёсым, светлым до белого цвета [4].
Влияние климатических факторов, рельефа и горных пород на формирование почвенного покрова. Основные процессы почвообразования: подзолистый и дерновый. Зональные типы почв области на равнинах: глеево-подзолистые, подзолистые, дерново-подзолистые, болотно-подзолистые, серые-лесные, черноземы оподзоленные и выщелоченные. Интразональные почвы равнин: торфяно-болотные, пойменные (аллювиальные), солонцы и солоди.
Горные почвы: горно-лесные подзолистые и дерново-подзолистые, горно-лесные буроземовидные, горно-луговые и горно-тундровые [5].
Лесорастительные условия
Лесорастительные условия области в целом благоприятны для произрастания среднепроизводительных лесных насаждений основных лесообразующих пород таёжной зоны.
Леса занимают около 2/3 территории Свердловской области и выполняют важные водоохранные, почвозащитные, санитарно-гигиенические, рекреационные и другие функции, являясь при этом основным источником древесных ресурсов для промышленных предприятий, сельского хозяйства и населения.
Распределение лесов по территории области неравномерное. Наиболее лесиста северо-западная часть и наименее юго-восточная часть, где сельхозугодия занимают существенную часть земель. На основной части области леса типично таёжные. Только на юго-востоке области, на небольшой площади преобладают сосново-берёзовые колочные леса, характерные для лесостепной зоны.
В структуре лесов преобладают хвойные насаждения. В центральной и восточной части области сосновые, на западе, в пределах горного Урала — еловые насаждения.
В лесах на землях лесного фонда преобладают хвойные насаждения — 57,2%, мягколиственные составляют 42,8%, насаждения с преобладанием твердолиственных пород представлены единично — менее 0,005%.
Основными лесообразующими породами являются сосна и берёза. Хвойные породы представлены сосной (34,1%), елью (15,9%), кедром (5,6%), пихтой (1,3%) и лиственницей. Мягколиственные породы представлены берёзой (35,5%), осиной (6,6%), липой, ольхой чёрной и серой, ивой древовидной и тополем. Твердолиственные породы представлены дубом, клёном и ильмовыми.
Молодняки составляют 24,2% от площади покрытых лесной растительностью земель, средневозрастные — 33,5%, приспевающие — 12,6%, спелые и перестойные -29,7%. Общий запас древесины насаждений на землях лесного фонда составляет 2016727 тыс. м3, в том числе хвойных насаждений — 1229076,5 тыс. м3 (60,9%). Запас спелых и перестойных насаждений — 743035,50тыс. м3, (36,8% от общего запаса) [6].
1.2 Особенности гидрографии
Нужна помощь в написании диплома?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.
Территория Свердловской области принадлежит бассейнам семи основных рек: Тавда, Тура, Пышма, Исеть, Чусовая, Уфа, Сылва. Гидрографическая сеть на территории области представлена 18 414 реками общей протяжённостью более 68 тыс. км, в том числе 17 370 рек длиной до 10 км с общей протяжённостью 34 тыс. км; 1 027 рек длиной от 10 до 200 км с общей протяжённостью 8,15 тыс. км.
Естественные водные ресурсы поверхностного стока рек области в год 50 % обеспеченности составляют 30,07 км3, в том числе на территории области формируется 29,1 км3.
В маловодный год 95 % обеспеченности, расчётный для водоснабжения, объём годового стока рек снижается до 14,9 км3. Естественные эксплуатационные ресурсы поверхностных вод области составляют 16,5 км3/год.
Водные ресурсы области отличаются значительной неравномерностью распределения не только во времени, но и по территории. Так, на бассейны рек Исеть и Пышма с наибольшей концентрацией населения и промышленности (33 % населения области) приходится всего лишь 5 % стока рек, а на бассейн р. Тавды, где проживает 3 % населения области, — 53 % стока рек.
В целом по области водохозяйственный баланс рек положительный. Однако низкие величины минимального стока на большинстве рек и повышенное загрязнение отдельных участков рек обусловили дефицит водных ресурсов необходимого качества (до 30-80 % объёма) в городах области: Екатеринбурге, Нижнем Тагиле, Первоуральске, Кировграде [7].
Для покрытия дефицита построен целый ряд водохранилищ и прудов, а также производятся внутрибассейновые и межбассейновые переброски стока.
Внутрибассейновые переброски стока рек: Ревдинское водохранилище на реке Ревде — Волчихинское водохранилище на реке Чусовой (годовой объём переброски в 2015 г. составил 2,12 млн. м3).
Межбассейновые переброски стока рек: Нязепетровское водохранилище на реке Уфе — река Западная Чусовая (в 2015 г. переброска не велась); Волчихинское водохранилище на реке Чусовой — реке Решётке (приток реки Исеть) — Верх-Исетское водохранилище на реке Исеть (объём подачи воды за 2015 г. — 39,62 млн. м3).
В Свердловской области эксплуатируется 129 водохранилищ объёмом более 1 млн. м3 с суммарным объёмом 2,26 км3. В том числе 39 водохранилищ объёмом более 10 млн. м3, из них 7 водохранилищ объёмом более 100 млн. м3, 19 водохранилищ, расположенных на разных реках области, осуществляют многолетнее регулирование стока, 317 водоёмов (прудов и водохранилищ) имеют объём менее 1 млн. м3.
По состоянию на 01.01.2016 г. на территории Свердловской области учтено 536 гидротехнических сооружений (далее — ГТС), в том числе 446 плотин с образованными ими водохранилищами, 68 накопителей сточных вод, 21 защитная противопаводковая дамба и 1 канал. Из них 390 ГТС находится в муниципальной собственности, 8 ГТС — в федеральной собственности, 1 ГТС — в областной собственности, 2 ГТС — в собственности физических лиц, 133 ГТС принадлежат предприятиям различных форм собственности и назначения и 2 ГТС — бесхозяйные [7].
Самые старые водохранилища — Невьянское и Алапаевское (1696-1700 годы). В XVIII веке построены Сысертское, Нижне-Тагильское, Полевское, Северское, Ревдинское, Верх-Исетское, Староуткинское, Сылвинское, Сергинское. В середине XIX века — 4 водохранилища: Верхне-Сысертское, Заводоуспенское, Михайловское, Глубочинское. За годы войны — 2: Волчихинское и Краснотурьинское. За период с 1960 по 1990 годы — 12 крупных водохранилищ: Белоярское, Мало-Рефтинское, Рефтинское, Верхне-Выйское, Ново-Мариинское, Верхне- и Нижне-Качканарские, Верхне-Макаровское, Нязепетровское, Андрюшинское, Леневское. Призмы сработки подавляющего большинства водохранилищ незначительны от 1 до 3 м. Большие призмы сработки имеют водохранилища: Ново-Мариинское на р. Ревда (15 м), Нижне-Качканарское (15 м), Верхне-Выйское (14 м), Нижне-Салдинское (7 м), Краснотурьинское (8 м), Верхне-Макаровское (8 м) и другие. Крупнейшими по общему объему является Белоярское водохранилище (V=265 млн куб. м) и Рефтинское (142 млн куб. м).
Большинство водоемов имеют площадь зеркал 4-8 кв. км, наибольшая площадь у Белоярского — 38 кв. км, не считая зарегулированных верховых озер. На территории области имеются три крупных озера, которые когда-то в прошлом были зарегулированы плотинами в истоках, вытекающих из них рек (Аятское, Черноисточинское, Исетское), оз. Таватуй соединено протокой с искусственным Верх-Нейвинским водохранилищем.
Суммарная полезная отдача водохранилищ в год 95% обеспеченности составляет 1616,8 млн куб. м. Крупнейшими по полезной отдаче являются новые — Верхне-Макаровское (2,4 куб. м/сек), Ново-Мариинское (2,65 куб. м/сек) и старые — Нижне-Тагильское (0,84 куб. м/сек), Черноисточинское (около 1,6 куб. м/сек), Михайловское (3,29 куб. м/сек) водохранилища. Увеличение полезных отдач действующих водохранилищ за счет изменения подпорных отметок, как правило, невозможно, так как эти отметки лимитируются отметками гарантированной работы водозаборов или застроенностью прилегающих к водохранилищам территорий [7].
Отличительная особенность регулирования стока основных рек нашей области — каскадное расположение водохранилищ. Так, на р. Исети размещено 7 водохранилищ, на р. Нейве — 5, на р. Чусовой и Ревде с притоками — 15. Из 128 водохранилищ многолетнее регулирование осуществляется на 20, наиболее высокий коэффициент регулирования имеет Нижне-Качканарское водохранилище на р. Вые.
Нужна помощь в написании диплома?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.
Помимо пресных подземных вод питьевого и технического назначения на территории Свердловской области достаточно широко распространены минеральные воды для бальнеолечения, а также для питьевого лечебного и лечебно-столового использования. Выделяются следующие основные группы:
-сероводородные бромные хлоридные натриевые, а также хлоридно-сульфатные кальциевые воды Восточно-Европейского сложного артезианского бассейна (западная часть области);
-радоновые и кислые рудничные воды Уральской сложной гидрогеологической складчатой области (центральная часть Свердловской области);
-хлоридные натриевые воды с локальным развитием щелочных хлоридно-гидрокарбонатных и слаботермальных йодо-бромных вод Западно-Сибирского сложного артезианского бассейна [7].
1.3 Экологическая ситуация в Свердловской области
Свердловская область занимает площадь 194300км2. Население — 4,7 млн. человек, в основном городское — 87%. Оно сосредоточено в 45 городах и 95 поселках городского типа. Города и поселки области связаны железными дорогами протяженностью 2099 км и автомобильными — длиною около 19530 км. В области более 3,5 тысяч промышленно-хозяйственных организаций, из них около 600 крупных и средних промпредприятий, оказывающих неблагоприятное воздействие на окружающую природную среду.
Ряд природных факторов снижает возможности области для поддержания экологического равновесия. Среди них — низкий уровень водообеспеченности территории, отсутствие крупных речных систем, частые засухи, распространение низкоплодородных почв, большая изрезанность рельефа в предгорьях, определяющая эрозию почвы, своеобразный режим воздухообмена, обуславливающий «смоговые» ситуации в атмосфере [8].
Интенсивное развитие в области горнорудной и металлургической промышленности, большие масштабы лесозаготовок и другие факторы привели к Истощению ее минеральных и лесных ресурсов. Использование экстенсивных методов в промышленности обусловило высокий уровень загрязненности природной среды вредными ингредиентами, достигшего критического значения в большинстве промышленных центров области.
Состояние атмосферного воздуха
По данным Государственного доклада о состоянии и охране окружающей среды Свердловской области в 2015 году, уральский экономический регион по количеству вредных выбросов в атмосферу стоит на первом месте среди других регионов России, а на Свердловскую область приходится около трети всех выбросов Урала, поэтому в большинстве городов области сложилась неблагоприятная экологическая обстановка, а такие города, как Асбест, Екатеринбург, Каменск — Уральский, Кировград, Краснотуринск, Первоуральск, Ревда, Серов близки к чрезвычайной экологической ситуации. Самый загрязненный город в Свердловской области — Нижний Тагил — объявлен зоной чрезвычайной экологической ситуации. В этот список может попасть и Новоуральск в ближайшие 5-7лет. Загрязняющие вещества (окись углерода, окислы азота, сероводород, фенол, соединения металлов и другие) выбрасывают в атмосферу области более 1500 предприятий. Среди них основная доля выбросов приходится на предприятия металлургии (около 50%) и теплоэнергетики (около 30%). Это Нижне-Тагильский металлургический комбинат, Высокогорское рудоуправление, Качканарский ГОК, Богословский алюминиевый завод; Среднеуральский, Кировградский и Красноуральский медеплавильные комбинаты; Рефтинская, Верхне-Тагильская и Серовская ГРЭС. Когда ветер направлен в сторону Новоуральска, то более 20% загрязняющих веществ из этих городов через 2-4 дня доходят до города. Стационарные источники пока остаются основным загрязнителем воздушного бассейна в малых городах областного подчинения. Это связано, во-первых, с большой плотностью промышленных предприятий в этих городах, и, во-вторых, с малым количеством населения, имеющим личный автотранспорт. Исключение составляет Новоуральск. Вклад в загрязнение от автотранспорта здесь составил в 2002 году 49,77% от валового выброса. Это связано с тем, что Новоуральск в стороне от главной автомагистрали. Автотранспорт, загрязняющий воздушный бассейн Новоуральска, в основном загрязнение атмосферы выбросами от автотранспорта становится основным бедствием для населения многих городов, поэтому снижение их стало основной экологической проблемой, над которой сегодня работают специалисты различных предприятий и организаций, природоохранных учреждений области [8].
Атмосферный воздух, которым дышит человек, всегда несет на части своих молекул электрические заряды. Процесс возникновения заряда на молекуле называется ионизацией, а заряженная молекула — легким ионом или аэроионом. Если ионизированная молекула осела на частице жидкости или пылинке, то такой ион называется тяжелым [8].
Ионы воздуха бывают двух зарядов — положительным и отрицательным. В деревенском или горном воздухе число легких аэроионов обоих зарядов в солнечный день доходит до 800-1000 в 1 см3, на некоторых курортах их число поднимается до нескольких тысяч. Обратите внимание, что в чистом воздухе тяжелые ионы совершенно отсутствуют. А что происходит там, где живет человек? В воздухе городов число легких ионов может упасть до 50-100, а тяжелых — возрасти до десятков тысяч в 1 куб. см. Тяжелые ионы вредны для здоровья человека, а легкие, особенно отрицательные, обладают благотворным и целебным действием.
Качество хозяйственно — питьевого водоснабжения.
Из поверхностных источников области вода забирается 49 водопроводными системами, обеспечивающими водой около половины населения. Значительное загрязнение питьевых водоемов органическими соединениями, металлами и прочими отходами отрицательно влияет на качество питьевой воды. Так, в Волчихинском водохранилище — основном источнике водоснабжения Екатеринбурга — обнаружены нитраты, медь, марганец, цинк и другие вредные вещества, а также микробные загрязнения. Из-за неэффективной очистки воды на фильтровальных станциях и плохого состояния водопроводной сети в отдельные периоды в питьевой воде содержание хлороорганических веществ превышает допустимые уровни до 10 раз [8].
Нужна помощь в написании диплома?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.
Промышленные и коммунальные отходы
На начало 2000 года в хранилищах и на территории промпредприятий области накоплено 34 млрд. т отходов, около 3,9 млн. штук отработанных ртутных ламп, более 30 млн. куб. м бытовых отходов. Значительная часть отходов производства и вскрышных пород складируется в отвалах, занимающих большие площади и являющихся источниками вторичного загрязнения природной среды. В общем объеме промышленных отходов — 35 млн. куб. м. токсичных отходов.
В результате недостаточных природоохранных мер, слабого внедрения малоотходных технологий, отсутствия упорядоченной системы сбора, транспортирования, обезвреживания и складирования отходов производства, вокруг промышленных центров появляются неорганизованные свалки мусора, которых в области насчитывается сотни. Утилизируется и перерабатывается отходов очень мало — около 15%.
Глава 2. Литературный обзор. Биоиндикация и биотестирование пресноводных экосистем
.1 Система пресноводных экосистем на глобальном уровне
В настоящее время очень остро стоит вопрос о состоянии пресноводных водоёмов на территории не только Свердловской области, но и практически во всём мире. Исмагилов Роман Равильевич в журнале «Молодой учёный» в статье «Проблема загрязнения водной среды и пути ее решения» пишет «Это ухудшение связано с социально-экономическим развитием в пределах бассейна реки, но атмосферный перенос загрязнителей на далекие расстояния теперь изменил эту картину: даже удаленные районы могут быть подвергнуты непрямому загрязнению.
Кроме того, автор указывает, что средневековые отчеты и жалобы о неправильном удалении продуктов жизнедеятельности, грязи и зловонии в реках, протекающих в перенаселенных городах, и других сходных проблемах были ранним проявлением городского загрязнения вод. В первый раз четкая причинная связь между плохим качеством воды и воздействиями на здоровье человека была установлена в 1954 г., когда Джон Сноу проследил, что вспышка эпидемии холеры в Лондоне имеет отношение к определенному источнику питьевой воды. С середины двадцатого столетия и происходя одновременно с ускорением промышленного роста, различные типы проблем загрязнения вод претерпели быструю смену стадий [9].
О глобальных проблемах загрязнения воды, о том что, она является проблемой, которая затрагивает практически все страны мира, пишут многие авторы. Если надлежащие шаги не будут предприняты, чтобы контролировать эту угрозу, это приведет к катастрофическим последствиям в ближайшем будущем [10].
Самыми загрязнёнными, на данный момент, являются водоёмы Азиатских стран. В сравнение с развитыми странами, содержание свинца превышено в 20 раз. А наличие в реках бактерий в 3 раза превышает показатели по всему миру в целом.
В Ирландии, химические удобрения и сточные воды являются основными загрязнителями воды. Около 30% рек в этой стране загрязнены.
Загрязнение подземных вод является серьезной проблемой в Бангладеш. Мышьяк, является одним из основных загрязнителей, который влияет на качество воды в этой стране. На около 85% общей площади Бангладеш загрязнены грунтовые воды. Это значит, что более 1,2 миллиона граждан этой страны подвергаются вредному воздействию загрязненной мышьяком воды.
Король — река в Австралии — Муррей, является одной из самых загрязненных рек в мире. В результате 100 000 различных млекопитающих, около 1 миллиона птиц и некоторых других существ погибли из-за воздействия кислой воды, присутствующей в этой реке.
Ситуация в Америке по отношению к загрязнению воды не сильно отличается от остальной части мира. Отмечено, что около 40% рек в США загрязнены. По этой причине нельзя использовать воду из этих рек для питья, купания или любой подобной деятельности. Эти реки не способны поддерживать водную жизнь. Сорок шесть процентов озер в США, являются непригодными для поддержания водной жизни [10].
Согласно Рамочной Директивы по воде (РДВ) общей целью является установление охранного режима для внутренних поверхностных вод Европы, межграничных, морских прибрежных и грунтовых вод. Природоохранной целью РДВ, в свою очередь, является достижение «хорошего статуса» для всех грунтовых и поверхностных вод, самое позднее к 2015 г. [10].
Нужна помощь в написании диплома?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.
В указанный выше документ было внесено понятие-«хороший статус» — это понятие, которое, с одной стороны, обеспечивает глобальную охрану всех водоемов, а с другой стороны, интегрирует стандарты качества для определенных водоемов с другим законодательством, например, с Директивами по питьевой воде и качеству воды для купания (для пляжных зон). Для поверхностных вод данная Директива содержит ряд общих требований по экологической защите («хороший экологический статус»), и общие минимальные требования по химическим параметрам («хороший химический статус»).
Хороший экологический статус определяется биологическими, гидрологическими и химическими характеристиками. Контроль допускает лишь незначительное отклонение от биологических требований в условиях с минимальным антропогенным воздействием, таким образом учитывается экологическое разнообразие для разных видов вод. Хороший химический статус определяется соответствием всем европейским стандартам качества для всех видов химических веществ.
Для грунтовых вод РДВ руководствуется методом предосторожности и определяет «хороший статус» как одновременные химическую чистоту и баланс между естественными убываниями и пополнениями. Прямые сбросы как правило запрещены. Для контроля за косвенными сбросами существует требование по мониторингу грунтовых вод для выявления изменений в химическом составе и предотвращению загрязнения. Кроме того, Директива также рассматривает вопрос о количестве грунтовых вод. Ежегодно лишь малая доля грунтовых вод самовозобновляется; какое-то количество этих вод необходимо для поддержания связанных экосистем (будь это поверхностные водоемы или наземные системы, как например водно-болотные территории). Существует система единой европейской водной политики ЕС, которая представлена в Кратком путеводителе для стран-партнеров по Европейской политике добрососедства, и России [11].
Особое внимание во всём мире уделяется управлению речными бассейнами. Новый поход к управлению водными ресурсами требует управления на уровне речных бассейнов, а не на основе административных, географических или политических границ. Такой подход позволяет оценить всю деятельность, способную повлиять на водные ресурсы, а также контролировать эту деятельность при помощи мер, специфических для условий определенного речного бассейна. Планы Управления Речными Бассейнами должны быть составлены для каждого речного бассейна, причем крупные бассейны могут подразделяться на более мелкие единицы. Определение создание приемлемых институциональных структур для достижения управления водными ресурсами на уровне речных бассейнов представляет собой одну из наиболее сложных задач, с которой столкнулись страны-члены. Ниже приведены некоторые варианты:
Использование существующих региональных структур, но организованных и адаптированных для обеспечения координации функций, относящихся к речным бассейнам;
Назначение центрального наблюдательного органа с подразделениями на основе речных бассейнов или учреждениями, организующими и осуществляющими ежедневную деятельность в бассейнах рек;
Создание индивидуальных учреждений для прямого управления деятельностью каждого речного бассейна.
Для бассейнов рек, пересекающих границы государств, необходима международная координация [11].
2.2 Система пресноводных экосистем на федеральном уровне
Россия обладает одним из самых высоких водных потенциалов в мире, суммарные естественные ресурсы пресных вод РФ оцениваются в 7770,6 км3/год [12]. Однако отдельные авторы указывают что, в настоящее время по причине загрязнения около 70% рек и озёр утратили свои качества как источника питьевого водоснабжения [13].
Основным источником загрязнения и засорения водоёмов является недостаточно очищенные сточные воды промышленных и коммунальных предприятий [14]. В реках и других водоёмах происходит процесс самоочищения естественным путём. Однако он протекает медленно заявляют Вишневецкй В. Ю. и Вишневецкий Ю. М. [15].
Конечно, основными причинами загрязнения водоёмов в России являются промышленные и коммунальные сточные воды, сельско-хозяйственная деятельность, выбросы тяжёлых металлов в атмосферу и их рассеивание, большое количество автотранспорта, сосредоточенного в крупных городах. Но также серьёзной проблемой является неправильное распределение обязанностей по регулированию, надзору и охране водных объектов. В своей статье Долженко В. А. обращает внимание на проблему распределения государственного контроля за использованием и охраной водных объектов в РФ. Охрана объектов окружающей среды была распределена между несколькими федеральными органами исполнительной власти, что привело к новым экологическим проблемам. Взаимодействие органов исполнительной власти субъектов Российской Федерации с многочисленными территориальными органами министерств и ведомств также чрезвычайно затруднено [16].
Вильдяев В. М. в статье «Об эффективности управления водными объектами РФ» высказывается так: «В сложившейся системе управления водными объектами в России лица, принимающие решение, как правило, не являются специалистами в вопросах использования и охраны водных объектов. Фактически, целая область жизненно важной для населения и экономики части управления природными ресурсами, к которой относятся водные ресурсы, находятся в такой ситуации, когда решения принимаются лицами, профессионально не состоятельными в данной области и при отсутствии соответствующей информационной и интеллектуальной поддержки [17].
2.3 Состояние пресноводных экосистем Свердловской области
Нужна помощь в написании диплома?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.
Надзор за безопасностью гидротехнических сооружений на территории Свердловской области согласно постановлению Правительства Российской федерации от 27.10.2012 № 1108 «О федеральном государственном надзоре в области безопасности гидротехнических сооружений» осуществляет Федеральная служба по экологическому, технологическому и атомному надзору (далее — Уральское управление Ростехнадзора). Гидротехнических сооружений, поднадзорных другим ведомствам, на территории области нет, но согласно вышеуказанному постановлению Уральскому управлению Ростехнадзора поднадзорны только те ГТС, которые подлежат декларированию. Среди таких ГТС водохранилищ — 133, накопителей жидких отходов — 32, дамб водозащитных — 6.
На 01.01.2016 г. на территории Свердловской области учтено 163 ГТС, поднадзорных Уральскому управлению Ростехнадзора, аварии на которых могут привести к возникновению чрезвычайной ситуации [7].
Анализ надзорной работы, проведенной в 2015 г., показывает, что основными нарушениями (как и ранее), выявленными в результате проведенных проверок, являются:
в муниципальных образованиях отсутствует (не предусмотрен) эксплуатационный штат, своевременно не проводятся текущие и капитальные ремонты, что приводит к ускоренному разрушению ГТС;
отсутствуют (не разработаны в установленном порядке) правила эксплуатации ГТС;
отсутствуют (своевременно не разрабатываются) декларации безопасности ГТС, находящихся в муниципальной собственности, и разрешения на эксплуатацию ГТС;
не в полной мере обеспечен контроль (мониторинг) за показателями состояния сооружений; отсутствует документ, регламентирующий порядок расследования причин инцидентов на ГТС.
В 2015 г. прошли проверку на знание правил, норм и инструкций, регламентирующих безопасную эксплуатацию гидротехнических сооружений, в территориальной аттестационной комиссии (ТАК) 75 специалистов, занимающихся эксплуатацией ГТС.
Не изменилась ситуация по ГТС Нижне-Выйского, ГТС Верхне-Синячихинского, ГТС Камышевского водохранилищ, ГТС Восточно-Шишимского пруда, ГТС Кушвинского водохранилища, которые имеют значительный износ, оборудование этих сооружений физически и морально устарело и требует срочного ремонта. Особые опасения вызывает состояние металлоконструкций механического оборудования, а также бетонных конструкций. Не закончены работы по реконструкции ГТС Староуткинского водохранилища. При обследовании сооружений в 2015 г. выявлена необходимость проведения ремонтных работ ГТС Сылвинского водохранилища и ГТС Полевского водохранилища.
Не ведется реализация проекта на ремонт ГТС и очистку Бобровского пруда. Не проведена очистка Арамильского водохранилища.
По информации Министерства природных ресурсов и экологии Свердловской области в целом по области анализ состояния ГТС показал, что нормальный уровень безопасности имеют 208 (38,8 %) ГТС, пониженный уровень безопасности имеют 238 (44,4 %) ГТС, неудовлетворительный уровень безопасности — 50 (9,4 %) ГТС, опасный уровень безопасности -11 (2%) ГТС, 29 (5,4 %) водохранилищ спущены.
Забор воды из природных водных объектов в 2015 г. по Свердловской области составил 1 198,19 млн. м3/год, в том числе транзитной воды 49,43 млн. м3/год (в 2014 г. забор воды для перераспределения стока составлял 46,84 млн. м3/год). По сравнению с 2014 г. забор воды из природных водных объектов по области уменьшился на 89,59 млн. м3/год (7 %), что объясняется постоянным уменьшением забора воды для использования.
В Свердловской области основные потребности населения и промышленности удовлетворяются за счет поверхностного, в основном зарегулированного стока. Забор воды из поверхностных водных объектов составил 776,21 млн. м3 (65 % от общего забора воды) и уменьшился по сравнению с 2014 г. На 37,9 млн. м3 (4,7 %). Уменьшение забора воды из поверхностных водных объектов связано с экономией воды и установкой приборов учета. Забор воды из подземных водных объектов в 2015 г. составил 421,98 млн. м3, что на 51,69 млн. м3 (11 %) меньше, чем в 2014 г. [7].
Водные ресурсы Свердловской области отличаются значительной неравномерностью распределения не только во времени, но и по территории. Среднемноголетний сток рек, формирующийся на территории области, составляет 29,1 куб. км, из сопредельных областей поступает в среднем ежегодно около 1,0 куб. км. Объем годового стока в маловодный год 95% обеспеченности снижается до 14,9 куб. км.
Нужна помощь в написании диплома?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.
По общему ресурсному потенциалу сток рек Свердловской области позволяет покрыть потребности населения и экономики в воде. Наибольшее количество ресурсов речного стока сосредоточено на восточной границе области, в то время как основной промышленный потенциал и подавляющее большинство городов сконцентрировано в истоках рек. В целом по области водохозяйственный баланс рек положительный. Однако низкие величины минимального стока на большинстве рек и повышенное загрязнение отдельных участков рек обусловили дефицит водных ресурсов необходимого качества в таких городах области, как Екатеринбург, Нижний Тагил, Первоуральск, Кировоград. В указанных условиях использование зарегулированного стока является единственной альтернативой гарантированного обеспечения водопотребления населения, промышленности и сельского хозяйства. Для покрытия дефицита построен целый ряд водохранилищ и прудов, а также производятся внутрибассейновые и межбассейновые переброски стока.
Преобладающая часть гидротехнических сооружений в Свердловской области относится ко II классу капитальности (Белоярское — I класс). Пропускная способность водосбросов большинства водохранилищ соответствует классу капитальности. Наибольшую пропускную способность (более 500 куб. м/сек) имеют следующие водохранилища: Волковское — 940 куб. м/сек; Михайловское — 730 куб. м/сек; Алапаевское — 600 куб. м/сек; Нижне-Салдинское — 570 куб. м/сек; Нижне-Тагильское — 528 куб. м/сек; Режевское — 515 куб. м/сек. [15].
Учет забора и сбросов воды находится в ведении энергетических служб предприятий. В Отдел водных ресурсов по Свердловской области Нижне-Обского бассейнового водного управления поступает оперативная информация по 48 водохранилищам, по которым выполняются воднобалансовые расчеты с определением приточности воды. Напоры на большинстве старых плотин от 5 до 10 м. Большие напоры на новых: Ново-Мариинском — 27 м, Белоярском — 20 м, Рефтинском — 22 м. Внутрибассейновые переброски стока рек: Ревдинское водохранилище на р. Ревде — Волчихинское водохранилище на р. Чусовой и Нижне-Сысертское водохранилище на р. Сысерти — г. Каменск-Уральский.
Основная межбассейновая переброска стока включает Нязепетровское (р. Уфа), Верхне-Макаровское (р. Чусовая), Волчихинское (Чусовая), Верх-Исетское водохранилища, объединенные трактами каналов и трубопроводов и руслами рек Западная Чусовая и Решетка. Другая действующая система объединяет Аятское водохранилище на р. Аяти и Верх-Нейвинское водохранилище на р. Нейве.
Многие водохранилища используются одновременно как источники питьевого, промышленного водоснабжения и в целях рекреации. Подавляющее большинство водохранилищ непосредственно как источник водоснабжения, то есть на них расположены водозаборные сооружения. Во второй половине XX века построено 3 больших водохранилища (Верхне-Макаровское, Ново-Мариинское, Леневское), которые работают в компенсационном режиме, т. е. осуществляют специальные попуски для транзита к местам расположения водозаборов.
Вся водохозяйственная система области сформировалась в целях комплексного решения водохозяйственных проблем. Основными потребителями воды являются население Свердловской области и предприятия энергетических и оборонных отраслей промышленности. На балансе энергетических компаний находятся 10 сооружений, среди них Верхотурское, Верхне-Тагильское с Вогульским, Волковское, Исетское, Рефтинское и другие [18].
Самыми крупными промузлами являются Екатеринбургский и Нижне-Тагильский. На сегодняшний день крайне актуальной является проблема перспективного водообеспечения Екатеринбургского промузла. В «Генеральном плане развития МО г. Екатеринбурга на период до 2025 года» использование Верхне-Араслановского водохранилища в качестве перспективного источника хозяйственно-питьевого водоснабжения Екатеринбургского промузла не рассматривается. Для устойчивого водоснабжения г. Екатеринбурга в Генплане предложены пути энергосберегающих технологий, т.е. снижения удельного водопотребления, в том числе за счет оптимизации систем подачи и распределения воды, снижения потерь заменой изношенных участков сети, создания резервных источников водоснабжения на базе подземных вод и т.п.
Было бы целесообразным продолжение работы в направлении поиска независимого источника питьевого водоснабжения на территории Свердловской области, результаты которой могли бы позволить оценить всевозможные варианты и принять к реализации наиболее приемлемый. На современном уровене наиболее дефицитным по водообеспеченности является Нижне-Тагильский промузел. Так, величина водозабора из Нижне-Тагильского водохранилища за 2007 год (3,85 куб. м/с) превышает суммарную полезную отдачу 95% обеспеченности каскада водохранилищ на р. Тагил (3,55 куб. м/с) [18].
Начиная с 2000 года на территории области обустроено 3 тысячи 228 источников нецентрализованного водоснабжения, в том числе 815 родников, 2200 колодцев, 213 скважин [18].
Согласно СанПиН 2.1.4.1074-01:
-«Питьевая вода должна быть безопасной в эпидемиологическом и радиационном отношении, безвредной по химическому составу и должна иметь благоприятные органолептические свойства» (статья 19, п. 1).
-«Индивидуальные предприниматели и юридические лица, осуществляющие эксплуатацию централизованных, нецентрализованных, домовых распределительных, автономных систем питьевого водоснабжения населения и систем питьевого водоснабжения на транспортных средствах, обязаны обеспечить соответствие качества питьевой воды указанных систем санитарным правилам» (статья 19, п. 2).
-«На территории Российской Федерации действуют федеральные санитарные правила, утвержденные и введенные в действие федеральным органом исполнительной власти, уполномоченным осуществлять государственный санитарно-эпидемиологический надзор в порядке, установленном Правительством Российской Федерации (статья 39, п. 1).
-«Соблюдение санитарных правил является обязательным для граждан, индивидуальных предпринимателей и юридических лиц» (статья 39, п. 3) [40].
Нужна помощь в написании диплома?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.
—
Глава 3. Методы биоиндикации
.1 Биоиндикация в мониторинге пресноводных экосистем. Общие положения биоиндикации
В настоящее время всё большую популярности приобретают различные методы биоиндикации.
Биоиндикация — это определение биологически значимых нагрузок на основе реакций на них живых организмов и их сообществ, что в полной мере относится ко всем видам антропогенных загрязнений (Криволутский Д. А. и др., 1988г). Применение биологических методов для оценки качества среды подразумевает, выделение видов животных или растений, чутко реагирующих на тот или иной тип воздействия.
В настоящее время биоиндикация становиться практически не заменимым методом в мониторинге пресноводных экосистем. Использование живых объектов даёт преимущества перед физико-химическими методами, в связи с простотой, скоростью реакцией и экономичностью.
Преимущества биоиндикационных методов связанны с особенностями отдельных экологических факторов, а именно:
. Факторами, которые не могут быть измерены. Это особенно характерно для попыток реконструкции климата прошлых эпох. Так, анализ пыльцы растений в Северной Америке за длительный период показал смену теплого влажного климата сухим прохладным и далее замену лесных сообществ на травяные. В другом случае остатки диатомовых водорослей (соотношение ацидофильных и базофильных видов) позволили утверждать, что в прошлом вода в озерах Швеции имела кислую реакцию по вполне естественным причинам.
. Факторами, которые трудно измерить. Некоторые пестициды так быстро разлагаются, что не позволяют выявить их исходную концентрацию в почве. Например, инсектицид дельтаметрин активен лишь несколько часов после его распыления, в то время как его действие на фауну (жуков и пауков) прослеживается в течение нескольких недель.
. Факторами, которые легко измерить, но трудно интерпретировать. Данные о концентрации в окружающей среде различных поллютантов (если их концентрация не запредельно высока) не содержат ответа на вопрос, насколько ситуация опасна для живой природы. Показатели предельно допустимой концентрации (ПДК) различных веществ разработаны лишь для человека. Однако, очевидно, эти показатели не могут быть распространены на других живых существ. Есть более чувствительные виды, и они могут оказаться ключевыми для поддержания экосистем. С точки зрения охраны природы, важнее получить ответ на вопрос, к каким последствиям приведет та или иная концентрация загрязнителя в среде. Эту задачу и решает биоиндикация, позволяя оценить биологические последствия антропогенного изменения среды. Физические и химические методы дают качественные и количественные характеристики фактора, но лишь косвенно судят о его биологическом действии. Биоиндикация, наоборот, позволяет получить информацию о биологических последствиях изменения среды и сделать лишь косвенные выводы об особенностях самого фактора. Таким образом, при оценке состояния среды желательно сочетать физико-химические методы с биологическими.
Актуальность биоиндикации обусловлена, как было сказано выше, простотой, скоростью и дешевизной определения качества среды. Например, при засолении почвы в городе листья липы по краям желтеют еще до наступления осени. Выявить такие участки можно, просто осматривая деревья. В таких случаях биоиндикация позволяет быстро обнаружить наиболее загрязненные местообитания [19].
В основном, контроль за соблюдением установленных нормативов производится химико-аналитическими методами. Однако одновременное присутствие множества веществ даже в концентрациях, не превышающих ПДК, может порождать биологические эффекты, которые невозможно предсказать на основе частных химических определений. Таким образом, тест-объект выступает в роли прибора, выявляющего интегральный биологический эффект комплекса неблагоприятных экологических факторов, в том числе и химической природы. Но не один из тест-объектов не может служить универсальным индикатором, в равной степени чувствительный ко всем экологическим факторам, из-за видовой избирательности действий потенциальных токсикантов [20].
Биотестирование и биоиндикация состояния водных объектов. Изучение последствий антропогенного воздействия на окружающую среду невозможно без применения методов биологической индикации, которая дает прямую информацию о реакции организмов на стрессовые факторы.
3.2 Основные методики различных видов биоиндикации и особенности биотестирования пресноводных экосистем
Нужна помощь в написании диплома?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.
Они основаны на использовании биотестов — живых организмов, выделенных в лабораторную культуру. Критерием токсичности среды служит подавление основных жизненных функций тест-организмов: гибель, снижение темпов роста и размножения, изменение морфологии клетки, снижение активности ферментов и т.п.
Для применения методов биотестирования, как правило, не требуется больших площадей и дорогостоящего оборудования.
Токсические эффекты, регистрируемые методами биотестирования, включают комбинированное (одновременное или последовательное действие на организм нескольких ядов при одном и том же пути поступления), сочетанное (одновременное воздействие нескольких химических и физических факторов) и комплексное (одновременное поступление вредных веществ несколькими путями) воздействие всех химических, физических и биологических факторов, содержащихся в исследуемом объекте и неблагоприятно влияющих на физиологические, биохимические и генетические функции тест-объектов [22].
В экспериментах по биотестированию может быть иногда зарегистрирована стимуляция — положительная тест-реакция на воздействие токсикантов, содержащихся в природных объектах. Например, при подавлении токсикантами дыхательных ферментов у светящихся бактерий возникает усиление их свечения. Сложность интерпретации таких данных заключается в том, что эффект стимуляции может возникнуть и при исследовании вод определенного состава, например, при высоком содержании в них биогенных элементов могут увеличиться темпы роста водорослей.
Токсичность, устанавливаемая методами биотестирования, является интегральным показателем загрязнения природных сред. Как и все интегральные показатели, он имеет недостаток — не раскрывает загрязняющие вещества, присутствующие в пробе, поэтому результаты биотестирования не всегда совпадают с данными гидрохимического анализа. Это может объясняться очень многими причинами. Например, в исследуемой воде могут присутствовать загрязняющие вещества, которые невозможно определить используемыми методами или присутствие которых не предполагается и не измеряется [21].
Существует два основных метода биоиндикации: пассивный и активный.
Пассивная биоиндикация — исследование у свободноживущих организмов или их сообществ повреждений и отклонений от нормы, являющихся признаками неблагоприятного воздействия.
Активная индикация, или биотестирование — исследование последствий неблагоприятных воздействий в стандартных условиях на наиболее чувствительных к данному фактору организмах — тест-организмах. Тест-объект — организм, используемый при оценке токсичности химических веществ, природных и сточных вод, почв, донных отложений, кормов и др. Тест-объекты, по определению Л. П. Брагинского — «датчики» сигнальной информации о токсичности среды и заменители сложных химических анализов, позволяющие оперативно констатировать факт токсичности водной, независимо от того, обусловлена ли она наличием одного точно определяемого аналитически вещества или целого комплекса аналитически не определяемых веществ [23].
Различают:
) Острые биотесты, выполняемые на различных тест-объектах по показателям выживаемости, длятся от нескольких минут до 24-96ч.
) Краткосрочные хронические тесты с длительностью 7 суток, которые заканчиваются, как правило, после получения первого поколения тест-объектов.
) Хронические тесты. Измеряются характеристики тест-объектов, охватывающие несколько поколений. Хроническая токсичность среды проявляется через некоторое время в виде нарушений жизненных функций организмов, плодовитости, продуктивности, хода развития и возникновения патологических состояний (токсикозов), уродств (мутаций) в потомстве, сокращения продолжительности жизни [24].
Наиболее распространенные биологические тест-объекты:
.Микроорганизмы, вирусы (энтеробактерии, сальмонеллы, псевдомонады, дрожжи и др.).
Нужна помощь в написании диплома?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.
.Водоросли.
.Простейшие и низшие животные (планктонные рачки).
.Клеточные культуры и ранние зародыши экспериментальных животных при культивировании.
. Водные и околоводные растения.
. Водные насекомые и личинки.
.Позвоночные животные (рыбы и др.).
.Гнотобиотические системы и микрокосмы [24].
Микроорганизмы широко используются в различных методах тестирования. Так, использование и исследование микрофлоры, сопутствующей загрязнению природных сред определенными веществами, позволяет повысить чувствительность традиционных методов. Среди биоты микроорганизмы во многих случаях являются оптимальным индикатором, учитывая их повсеместное распространение, высокую численность, большой вклад в процессы обмена веществ, энергии биоценозов, а также быструю смену поколений [24].
Данные, полученные при испытании токсичности веществ на водорослях, дают информацию о концентрациях токсикантов, оказывающих стимулирующее или тормозящее действие на водные системы. Водоросли технически довольно легко выращивать в больших количествах в регулируемых условиях в аквариумах. Наиболее известный пример водорослей как индикаторов загрязнения — «цветение» водоемов, т. е. бурный рост цианобактерий и микроводорослей, как показатель эвтрофикации [24,38].
Растения-макрофитыспособны накапливать преимущественно растворенные в воде металлы и в течение продолжительного времени удерживать их в своем организме, по-разному в разных частях растения, что используется в биомониторинге. Изучая содержание тяжелых металлов в разных частях растения, а также в разновозрастных растениях, можно проследить изменение уровня загрязнения водной среды во времени (сезонные и годичные).
Основной критерий, по которому определяется состояние фитоиндикатора в лабораторных условиях, — уровень фотосинтеза. Активность фотосинтеза определяет жизнеспособность растений, их урожайность и хорошо отражает все изменения среды обитания. Но уровень активности фотосинтеза непосредственно трудно измерить, поэтому используются косвенные индикационные признаки — сухая биомасса, количество растворимых белков, активность отдельных ферментов, например, пероксидазы, цитохрома P450 и др. Наблюдается прямая корреляция между степенью влияния на экосистему и снижением активности фотосинтеза. В зеленых наземных частях растений снижаются сухая биомасса, концентрация растворимых белков и активность фотосинтетических ферментов. [24, 39].
На уровне популяции в качестве индикаторов используются и водные насекомые. Определяются такие индикационные признаки, как общая численность, количество видов, численность популяций, биомасса, трофические группы, экологические индексы. Эти группы хорошо отражают нарушение экосистем сменой своих видов. В нарушенных экосистемах большие специализированные виды заменяются космополитными видами [24].
Рыбы могут использоваться при определении острой и подострой токсичности. В водных экосистемах по чувствительности к облучению и его химическим аналогам на первом месте стоят рыбы, затем ракообразные и моллюски, за ними водоросли и бактерии. На другие химические вещества рыбы реагируют слабо по сравнению с планктоном и многими ракообразными, однако токсические воздействия на рыб оказываются более многообразными. Рыбы могут усваивать вредные вещества через кожу, жабры и желудок, поэтому перед проведением токсикологических опытов необходимо иметь предварительные данные о поведении веществ в водных системах, характере переноса в пищевых цепях, с тем чтобы выбрать подходящий для данных условий окружающей среды способ введения вещества в организм — парентеральный (через кожу), пероральный (через рот, желудок) или через воду (через жабры). Ключевыми данными для оценки биологической активности в сублетальной области являются изменения внешних и внутренних процессов жизнедеятельности рыб (изменения в ее органах и функциональные нарушения). Виды рыб для испытаний выбирают, исходя из критерия максимальной и минимальной чувствительности вида; в качестве модельных видов часто используют карпа (минимально чувствительный) и форель (максимально чувствительный), в лабораторныхтест-системах- аквариумных рыбок гуппи (Poecilia reticulata Peters) [24].
Все лабораторные модели гнотобиотических систем и микрокосмов имеют собственную динамику; тем самым их соответствие реальным природным условиям ограничено. Поэтому в качестве анализируемых параметров берут лишь такие, методы измерения которых достаточно просты, репрезентативны и чувствительны по отношению к загрязнениям [24].
Существуют различные виды биоиндикации: неспецифическая, специфическая. Если одна и та же реакция вызываются различными факторами, то говорят о неспецифической биоиндикации. Если же те или иные происходящие изменения можно связать только с одним фактором, то речь идет о специфической биоиндикации [12].
Нужна помощь в написании диплома?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.
Также различают прямую и косвенную биоиндикацию. При прямой биоиндикации фактор среды действует непосредственно на биологический элемент; прикосвенной — наблюдаемые изменения у биоиндикатора происходят под влиянием других непосредственно затронутых элементов [24].
Биотестирование и биоиндикация могут проводиться на разных уровнях организации живых организмов: на молекулярном, клеточном, организменном, популяционном и биоценотическом [24].
В зависимости от времени развития биоиндикационных реакций выделяются различные типы чувствительности тест-организмов:тип — биоиндикатор проявляет быструю реакцию, продолжающуюся некоторое время, после чего перестает реагировать на загрязнение;тип — биоиндикатор в течение длительного времени линейно реагирует на воздействие возрастающей концентрации загрязнения;тип — после быстрой сильной реакции наблюдается ее затухание, сначала резкое, затем постепенное;тип — под влиянием загрязнения реакция биоиндикатора постепенно становится все более интенсивной, но при достижении максимума, постепенно затухает;тип — реакция и типы неоднократно повторяются, возникает осцилляция биоиндикаторных параметров [24].
Чувствительные биоиндикаторы реагируют значительным отклонением текущего состояния от нормы. Уаккумулятивных биоиндикаторов результаты воздействий проявляются постепенно, без быстро проявляющихся нарушений. Пример последних — накопление тяжелых металлов растениями-аккумуляторами, двустворчатыми моллюсками и т.п. [24].
Использование различных видов рыб в качестве биоиндикаторов
Многочисленные публикации свидетельствуют об успешном использовании рыб как индикаторов нарушений «здоровья» экосистемы при токсичном загрязнении вод. Рыбы занимают верхний уровень в трофической системе водоемов. В условиях интенсивного загрязнения степень устойчивости организма рыб определяется способностью эффективно метаболизировать и выводить поступающие в организм токсиканты. Патологические изменения в их организме позволяют определить степень токсичности водной среды, оценить кумулятивные эффекты, а также сформировать представление о потенциальной опасности группы веществ, поступающих в водоем, и для человека. Изменения физиологических показателей рыб регистрируются численными значениями, которые возможно использовать при построении доза-эффектных зависимостей. Поэтому в ряде крупных международных проектов в оценках экологических последствий загрязнения вод предпочтение отдается исследованию рыб на уровне организма [25].
Существуют виды рыб, с помощью которых можно оценить степень загрязнения окружающей среды, осуществлять постоянный контроль ее качества и изменений. Например, зеркальный карп и золотая рыбка становятся беспокойными при наличии в воде стоков нефтяной и химической промышленности. Высокая чувствительность щуки к загрязнению делает ее надежным индикатором состояния питьевой воды. Индикаторами чистоты водоема могут служить подкаменщик сибирский и форель [26].
Учёные создают первых мутантов, которые будут служить человеку. Это генетически изменённые безмолвные рыбы, которые в ближайшем будущем будут использоваться как термометры и лакмусовые бумажки. Исследователи отделения биологических наук Национального университета Сингапура выводят новый вид рыбы-зебры, которая будет реагировать на загрязнение воды изменением цвета чешуи [25].
Глава 4. Программа и объём выполненных работ
Эксперименты по биотестированию на определение чувствительности рыб рода Barbus, проводились на базе лаборатории по биотестированию в главном отделении Рос НИИВХ, с помощью специального аппарата ToxProtect64 (рис.1). Данная установка позволяет отслеживать плавательную активность рыб в толще воды, с помощью инфракрасных датчиков, расположенных по всему периметру аквариума (рис.2). Определение уровня активности производится благодаря перекрыванию световых лучей, количество которых установка пересчитывает как величина активности рыб за минуту. Критерием токсичности воды в экспериментах по биотестированию являлось снижение общей активности рыб ниже 3 свето-перекрываний/мин, и/или повышение поверхностной активности выше 2 свето-перекрываний/мин для барбуса суматранского и снижение общей активности рыб ниже 5 свето-перекрываний/мин, и/или повышение поверхностной активности выше 5 свето-перекрываний/мин для барбуса золотистого. Так же оценивался показатель удельной активности — соотношение показателей общей и поверхностной активности. В случае возникновения критической ситуации (токсичности) система подаёт звуковой и световой сигнал [27].
Аппарат ToxProtect64
Объём аквариума составляет 10 л. Температура воды в аквариуме на протяжение всего эксперимента составляла 20-24 °C. В каждом эксперименте было задействовано 10 рыб. Для более точных результатов была сформирована средне размерная и однополая группа из здоровых и демонстрирующих высокую активность особей. В течении эксперимента рыб не кормили. После каждого эксперимента все рыбы менялись. Продолжительность экспозиции тест-организмов в испытуемой среде составляла 24 ч. Мертвую рыбу регистрировали по отсутствию признаков движения и дыхания (рис 3, 4) [27].
Тест-организмы
В качестве тест-объекта для определения токсичности воды в автоматической системе биосигнализации ToxProtect64 использовалась лабораторная культура рыб рода Barbus, Барбус огненный или золотистый Pethia conchonius (Hamilton, 1822) (рис. 5) и Барбус суматранский или тигровый Puntigrus tetrazona (Bleeker, 1855) (рис 6). Данный вид рыбы отвечает таким показателям, требуемым для эксплуатации ToxProtect64 как размерам (не более 60 мм), степенью подвижности, стайностью, обитанием в среднем и нижнем слое воды, что необходимо для определения показателя поверхностной активности.
Барбус огненный или золотистый Pethia conchonius (Hamilton, 1822). Данный вид в естественных условиях населяет воды Бангладеш, северо-восточной части Индии и Юго-восточной части Азии. Предпочитает стоячую воду [28].
Нужна помощь в написании диплома?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.
Барбус огненный обладает овальной формой тела, плоское по бокам. В аквариуме их длинна достигает 5 см, в природных условиях могут вырастать до 8 см. Ярко выражен половой диморфизм — самка имеет светло-оливковый или желтоватый цвет, самец имеет сильный огненный отлив, в начале хвостового стебля располагается чёрное пятно.
Оптимальная температура для содержания данного вида в аквариумных условиях 18 — 25 °C, минимальная температура, которую может перенести барбус без серьёзных последствий для организма 15 °C, жёсткость воды может составлять 4-18°. Для нормальной жизнедеятельности в аквариуме желательно иметь не менее 5 особей, так как вид ведёт стайный образ жизни. Особи в аквариуме располагается в средних слоях толщи воды.
Барбус суматранский или тигровый Puntigrus tetrazona (Bleeker, 1855). Вид лучепёрых рыб семейства карповых [29]. Обитает в водоёмах островов Суматра, за что и получил своё название, и Калимантан.
Данный вид обладает высоким, плотным сильно сжатым с боков телом. Окраска золотисто-розовая спина более тёмная, чем брюшко. По бокам располагаются вертикальные чёрные полосы. Половой диморфизм выражен размером и окраской тела. Их длинна может достигать 5 см.
Оптимальная температура для содержания должна быть 22 — 24°C, могут кратковременно переносить температуру не ниже 15°C. Жёсткость воды до 17°, pH 6,5-7,0. Наличие особей в аквариуме должно составлять не менее 5, так как вид является стайным. Располагаются в средних и нижних слоях толщи воды.
Оба вида соответствуют параметрам необходимым для проведения экспериментов в аппарате ToxProtect64 так как: их размеры не превышают 60 мм, являются малоподвижными, обитают в нижних и средних слоях толщи воды, не прихотливы.
Химические вещества используемые в экспериментах
Для проведения опытов, были взяты 3 химических вещества: соединение меди (CuSO4*5H2O) — медный купорос, цинка Zn(CH3COO)2*2H2O — ацетат цинка и хрома (K2CrO7) — дихромат калия. Эти соединения были выбраны в связи с тем что, они являются самыми распространёнными загрязняющими веществами в городе Екатеринбург. По нормативным документам они относятся к 1 классу опасности (цинк) и 2 классу опасности (медь, хром). Являются токсичными для всех живых организмов и могут вызвать серьёзные физиологические отклонения, при определённых концентрациях.
Воздействие химических веществ на живой организм
Сульфат меди. Неорганическое соединение, медная соль серной кислоты с формулой (CuSO4*5H2O). Нелетучее, не имеет запаха. Безводное вещество бесцветное, непрозрачное, очень гигроскопичное. Сульфат меди(II) хорошо растворим в воде [30]. Сульфат меди используется в медицине, сельском хозяйстве, в пищевой промышленности, строительстве и в металлургии, отрасли транспорта и связи, текстильной, авиационной, электротехнической промышленности.
Медь входит в список основных загрязняющих веществ питьевой воды Свердловской области. Повышенное содержание меди в воде ведёт к поражению почек и печени. В области лишь 17% централизованных источников водоснабжения имеют согласованные с органами Роспотребнадзора и утвержденные в установленном порядке проекты зон санитарной охраны [31]. В области 90% населённых пунктов, на сегодняшний день не удовлетворяют требованиям СанПиН 2.1.4.1074-01 «Вода питьевая» [31].
Медь является жизненно важным элементом, который входит в состав многих витаминов, гормонов, ферментов, дыхательных пигментов, участвует в процессах обмена веществ, в тканевом дыхании и т.д. [30]. В организм попадает в основном с пищей. Наиболее высокое содержание меди в морских продуктах, крапиве, бобовых, яблоках, шпинате и др. Лучше всего в организме человека усваивается двухвалентная медь. В крови медь связывается с сывороточным альбумином (12-17%), аминокислотами — гистидином, треонином, глутамином (10-15%), транспортным белком транскуприном (12-14%) и церулоплазмином (до 60-65%) [30]. Суточная норма меди в организме составляет 2-3 мг. Недостаток меди так же отрицательно сказывается на здоровье человека. Токсичной концентрацией для человека считается 200 мг/сутки. Больше всего медь откладывается в печени, почках, мозге и крови.
Причины повышенной концентрации меди в организме человека. Вдыхание пыли и паров соединений меди на производстве, бытовое отравление растворами соединений.
Влияние избытка меди в организме.
·функциональные расстройства нервной системы (ухудшение памяти, депрессия, бессонница);
Нужна помощь в написании диплома?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.
·при вдыхании паров может проявляться «медная лихорадка» (озноб, высокая температура, проливной пот, судороги в икроножных мышцах);
·воздействие пыли и окиси меди может приводить к слезотечению, раздражению конъюнктивы и слизистых оболочек, чиханию, жжению в зеве, головной боли, слабости, болям в мышцах, желудочно-кишечным расстройствам;
·нарушения функций печени и почек;
·поражение печени с развитием цирроза и вторичным поражением головного мозга, связанным с наследственным нарушением обмена меди и белков (болезнь Вильсона-Коновалова);
·аллергодерматозы;
·увеличение риска развития атеросклероза;
·гемолиз эритроцитов, появление гемоглобина в моче, анемия [30].
Ацетат цинка (цинк уксуснокислый), Zn(O2CCH3)2 — химическое соединение, уксуснокислая соль цинка (рис 7). Бесцветные кристаллы, растворимые в воде и органических растворителях (метанол, ацетон, анилин, пиридин). Встречается в виде кристаллогидратов и безводных форм. Может быть получено путём растворения карбоната цинка или цинка в уксусной кислоте [32]. Применяют в пищевой промышленности, при деревообработке, строительстве, медицине, в металлургии и машиностроение.
Цинк является одним из самых важнейших элементах в организме. Он оказывает влияние на более чем 400 биохимических реакций, необходим для образования алкогольдегидрогеназы, обезвреживает спирты в организме. Цинк так же очень важен для образования ферментов, которые синтезируют нуклеиновые кислоты, участвуют в деление клеток, распаде углеводов и белков [33]. Присутствует в составе инсулина, участвует в процессах передачи нервных импульсов, необходим для нормальной работы иммунной системы. При дефиците цинка больше всего страдает репродуктивная система. Ухудшается зрение, образование язв на коже и слизистых, кожные заболевания, продолжительные простудные заболевания, аллергии, уменьшение содержания инсулина [33]. В организм цинк попадает с пищей. Наибольшее его количество содержится в морепродуктах брокколи, орехах и семенах, и др. растительной пище. С пищей животного происхождения цинк поступает в организм в более усвояемой форме. Суточная норма меди составляет примерно 8 мг для женщин и 11 мг для мужчин. В отличие от меди цинк не может откладываться в организме. Токсической концентрацией для человека является 150мг/сутки. С пищей такого большого количества этого микроэлемента невозможно, но токсическую концентрацию можно получить при:
·контакт с соединениями цинка на производстве;
·прием пищи из гальванизированных контейнеров, оцинкованной посуды;
·нарушения обмена цинка [33].
Цинк может очень быстро всасываться через кожу и вызывать отравление. При таксиках наблюдаются боли в мышцах, груди и животе, развитие тошноты и рвоты, учащённое сердцебиение, развитие отдышки.
Дихромат калия (двухромовокислый калий, бихромат калия), (K2CrO7) — ихромат калия — это вещество неорганической природы происхождения, его получение производится путем химического синтеза [34].
Нужна помощь в написании диплома?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.
Хром имеет широкий ряд применения: металлургия, машиностроение, кораблестроение, производство оружия, строительство, производство металлокерамических изделий, медицина.
В организм хром попадает в основном с пищей. Больше всего его содержится в бобовых и семенах, морепродуктах, ягодах, фруктах и молочных продуктах. Оптимальное для человек количество хрома в сутки составляет от 0,05 мг до 0,2 мг. Опасная для здоровья доза составляет 2 г. Хром необходимый организму элемент так как он отвечает за выработку инсулина, регулирование обмена веществ и расщепление углеводов. Некоторые люди подвержены риску отравлению хромом на металлургических предприятиях путём вдыхания хромовой пыли.
При недостаточном количестве хрома в организме у человека наблюдаются головные боли, проблемы со сном, ослабленный иммунитет, развитие сахарного диабета и атеросклероза. При избыточном количестве хрома в организме у человека может возникнуть целы ряд заболеваний. Самым распространённым является дерматиты и экземы, способствует развитию заболеваний пищеварительной системы. При избытке хрома нарушается работа почек и печени.
При обследовании проб воды Волчихинского водохранилища — главного источника снабжения водой города Екатеринбурга, обнаружено превышение концентрации меди, марганца, цинка, нитратов и прочих вредных веществ, а также загрязнение микроорганизмами [35].
Таблица 1. Сравнительная таблица ПДК для питьевой воды и рыбохозяйства
питьевая вода, мг/лводоёмы рыбохозяйственного наз-ия, мг/лмедь10,001цинк50,01хром0,050,001
Так как эксперимент проводился на рыбах, ПДК были взяты для рыбохозяйственных нормативов. Были выбраны концентрации 1 ПДК, 5 ПДК и 10 ПДК. Таким образом, 1ПДК меди составляет 0,001 мг/л. 1 ПДК цинка составляет 0,01 мг/л, а 1 ПДК хрома 0,001 мг/л. Вода использовалась водопроводная, отстоянная, после завершения эксперимента вся вода сливалась из аквариума, аквариум промывался и заливалась новая вода. Для мониторинга брались особи крупного размера с ярким окрасом, что свидетельствовало о их нормальном физическом состоянии. По завершению каждого эксперимента все рыбы заменялись новыми. Каждое исследование проводилось в течение 24 часов. Эксперимент был проведён в период апрель — май.
Результаты исследований
В контрольных условиях в отстоянной водопроводной воде с двумя приемами пищи картина поведения в течении суток рыб вида барбус суматранский по тестируемым признакам представлена на рисунке ниже.
Рисунок 8. Показатель общей активности барбуса суматранского при нормальных условиях
Рисунок 9. Показатель поверхностной активности барбуса суматранского при нормальных условиях
Рисунок10. Удельный показатель активности барбуса суматранского при нормальных условиях
Общая активность рыб (Activitycount), поверхностная активность (CoveredLEDstop), удельная активность (Specificactivity) в контрольных условиях. Информация показывает, что общая активность рыб колеблется в пределах от 5 до 15 свето-перекрываний/мин, в среднем 10 свето-перекрываний/мин. Наблюдается два всплеска активности (в 00 и в 12 часов) до 20 свето-перекрываний/мин в период кормления. В утренние часы (6-8 часов) активность может снижаться до 4 свето-перекрываний/мин. Поверхностная активность данного вида очень низкая и ее всплески вызваны процессами кормления. В контрольных условиях она не превышает 2 свето-перекрывания/мин. Показатели удельной активности зависят от поверхностной и в контрольных условиях близки к 0.
Картина поведения в отстоянной чистой воде в течении суток рыб вида барбус огненный по тестируемым признакам:
Нужна помощь в написании диплома?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.
Рисунок 11. Показатель общей активности барбуса огненного при нормальных условиях
Рисунок 12. Показатель поверхностной активности барбуса огненного при нормальных условиях
Рисунок 13 Удельный показатель активности барбуса огненного при нормальных условиях
Информация показывает, что общая активность рыб колеблется в пределах от 15 до 30 свето-перекрываний/мин, в среднем 20 свето-перекрываний/мин. Наблюдается два всплеска активности (в 13 и в 07 часов) до 35 свето-перекрываний/мин в период кормления. Ночью (2-6 часов) активность может снижаться до 10 свето-перекрываний/мин. Поверхностная активность данного вида выше по сравнению с барбусом суматранским.
Медь. (CuSO4*5H2O) — медный купорос.
.Для проведения первого эксперимента использовался медный купорос в количестве 1 ПДК (0,001 мг). Количество раствора введённого в аквариум составляет 1,5 мл на 15 литров воды. В качестве биотеста — барбус суматранский.
Из выше приведённых графиков мы видим: при введении в воду 1 ПДК медного купороса, средний показатель общей активности равен 7, что соответствует нормальной активности рыб. Показатель поверхностной активности был выше нормы. Это говорит о том что рыбы среагировали на добавление химиката. Предполагается что, медь обжигает жабры рыбы и она поднимается на поверхность в поисках другого источника кислорода. В течение эксперимента погибла одна особь. Однако отклонений в поведении барбусов практически не наблюдается.
.Мы получили следующие результаты при участии барбуса огненного в качестве биотеста, на 1 ПДКА медного купороса:
При введении в воду 1 ПДК медного купороса, средний показатель общей активности равен 12, что ниже нормы. Показатель поверхностной активности был выше нормы. Смертность при данной концентрации не наблюдалась.
.При концентрации 5 ПДК (0,005 мг) медного купороса, 7,5 мг на 15 литров.
Из этих данных мы видим что, показатель общей активности рыб равен 5. Падение активности наблюдалось уже после 2 часов после начала эксперимента. Показатель поверхностной активности был значительно выше. В течение эксперимента 3 раза срабатывал сигнал предупреждения. Это говорит о том, что биотесты находились в предтоксичном состоянии. Смертность при данной концентрации составила 10%.
.При концентрации 5 ПДК (0,005 мг) медного купороса, 7,5 мг на 15 литров, барбус огненный показал следующую активность:
Рисунок 14. Показатель общей активности барбуса огненного при 5 ПДК медного купороса
Рисунок 15. Показатель поверхностной активности барбуса огненного при ПДК медного купороса
Нужна помощь в написании диплома?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.
Рисунок 16. Удельный показатель активности барбуса огненного при 5 ПДК медного купороса
Показатель общей активности равен 5, что в 4 раза меньше нормы. Поверхностная активность так же мыла значительно выше. Рыбы начали проявлять низкую активность сразу после добавления химического вещества в аквариум. По окончанию эксперимента смертность составила 20%.
.При 10 ПДК (0,01 мг), раствора 15 мл на 10 л барбус суматранский показал следующую активность:
Рисунок 17. Показатель общей активности барбуса суматранского при 10 ПДК медного купороса
Рисунок 18. Показатель поверхностной активности барбуса суматранского при 10 ПДК медного купороса
Рисунок 19. Удельный показатель активности барбуса суматранского при 5 ПДК медного купороса
Как видно из графиков, барбусы сначала показали нормальную активность. Но через 7 часов активность начала постепенно снижаться и через 9 часов установка дала сигнал тревоги, что свидетельствует об острой токсичности воды. При данной концентрации смертность вида составила 30%.
На первом графике видно, что активность начала падать уже через 30 минут после начала эксперимента. Показатель поверхностной активность был очень высоким, что свидетельствует о том, что рыба почти всё время эксперимента держалась верхних слоёв толщи воды, что не характерно для данного вида. Смертность составила 60%.
Цинк. Zn(O2CCH3)2 — ацетат цинка.
.Для проведения дальнейшего эксперимента использовался ацетат цинка в количестве 1 ПДК (0,01 мг). Количество раствора введённого в аквариум составляет 15 мл на 15 литров воды. В качестве биотеста — барбус суматранский.
Рисунок 20. Показатель общей активности барбуса суматранского при 1 ПДК ацетата цинка
Рисунок 21. Показатель поверхностной активности барбуса суматранского при 1 ПДК ацетата цинка
Рисунок 22. Удельный показатель активности барбуса суматранского при 1 ПДК ацетата цинка
Показатель общей активности равен 5. В течение всего эксперимента установка дала 3 предупреждения, первый был после 2 часов после старта. Сигнал тревоги включился через 10 часов. Смертность 60%.
Нужна помощь в написании диплома?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.
Показатели активности барбуса огненного при концентрации 1 ПДК
Рисунок 23. Показатель общей активности барбуса огненного при 1 ПДК ацетата цинка
Рисунок 24. Показатель поверхностной активности барбуса огненного при 1 ПДК ацетата цинка
Рисунок 25. Удельный показатель активности барбуса огненного при 1 ПДК ацетата цинка
Как видно из графиков, показатель общей активность очень низкий, а показатели поверхностной активности очень высокий. Установка дала сигнал предупреждения через 2,5 часа и сигнал тревоги через 18 часов. Смертность составила 40%.
.При 5 ПДК (0,05 мг), ацетата цинка,75 мл раствора на 15 литров воды, барбус суматранский.
Рисунок 26. Показатель общей активности барбуса суматранского при 5 ПДК ацетата цинка
Рисунок 27. Показатель поверхностной активности барбуса суматранского при 5 ПДК ацетата цинка
Рисунок 28. Удельный показатель активности барбуса суматранского при 5 ПДК ацетата цинка
При данной концентрации общая активность была критически низкой уже через 4 часа после начала эксперимента. Смертность составила 90%.
Сигнал тревоги сработал через 7,5 часов. Смертность составила 80%. Активность была в критическом состоянии.
Хром. (K2CrO7) — дихромат калия.
.Для проведения этого эксперимента использовался дихромат калия в количестве 1 ПДК (0,001 мг). Количество раствора введённого в аквариум составляет 1,5 мл на 15 литров воды. В качестве биотеста — барбус суматранский.
В течение всего эксперимента организмы показывали нормальную активность.
Нужна помощь в написании диплома?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.
.Результаты барбуса огненного при воздействии на него дихромата калия с концентрацией 1 ПДК.
Рисунок 29. Показатель общей активности барбуса огненного при 1 ПДК дихромата калия
Рисунок 30. Показатель поверхностной активности барбуса огненного при 1 ПДК дихромата калия
Рисунок 31. Удельный показатель общей активности барбуса огненного при 1 ПДК дихромата калия
Общая активность барбуса огненного была чуть ниже норм, что говорит о том, что биотесты среагировали на добавление токсического вещества.
.Для проведения этого эксперимента использовался дихромат калия в количестве 5 ПДК (0,005 мг). Количество раствора введённого в аквариум составляет 7,5 мл на 15 литров воды. В качестве биотеста — барбус суматранский.
В течение всего эксперимента общая и поверхностная активность находились в пределах нормы. Реакции организмов на добавление токсиканта не наблюдалась.
.5 ПДК барбус огненный
Таблица 2. Сравнение показателей общей активности
суматранскийогненныйМедь1ПДК 712 5ПДК 5 510ПДК 36 Цинк1ПДК 6 55ПДК 23 Хром1ПДК 125 5ПДК
Выводы
Исследования, проведённые с медным купоросом при концентрации 1 ПДК и 5ПДК показали ожидаемую реакцию.
В ходе исследования с применением ацетата цинка, была выявлена острая токсичность даже при 1 ПДК, которая составляет по рыбохозяйственному нормативу 0,01 мг/л, а согласно СанПиН 2.1.4.1074-01 — 0,001мг/л, это даёт основание полагать, что в первом случае ПДК завышена.
При воздействии дихромата калия острая токсичность не была выявлена даже при высоких концентрациях, однако через несколько дней, после окончание исследования все особи погибли. Это говорит о том, что хром имеет длительное токсическое воздействие.
Нужна помощь в написании диплома?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.
Глава 5. Экономическая часть
.1 Общие положения
В настоящее время, всё большую популярность приобретают методы биотестирования окружающей среды. Они имеет свою определённую экономическую эффективность. И сравнивая данный метод с методами химического анализа необходимо отметить что, на этапах внедрения этого метода отмечается крупные капиталовложения для закупки оборудования. При дальнейшей эксплуатации оборудования и тест-объектов экономические затраты снижаются многократно. Значение и возможности биотестирования в настоящее время не имеют экономических критериев оценки, так как нет экономических расчётов эффективности биотестирования. Сама необходимость и научная обоснованность биотестирования не вызывает сомнения. В данной главе приведены укрупнённые расчёты расходов на биотестирование по основным показателям. При разработке метода и поиска решений были использованы приоритетные загрязняющие вещества для анализа поведения тест-организмов — медь, цинк, хром.
Рассчитаем приблизительную стоимость проведения анализа методом биотестирования на аппарате ToxProtect64 и барбусом огненным в качестве тест-организма. Средняя стоимость одной особи составляет 60 рублей. Для проведения одного эксперимента необходимо 10 особей. В итоге мы получаем 600 рублей без учёта иных затрат.
В таблице 3 приведены расценки на выполнение количественного химического анализа проб воды за 2017 год в ФГБУ РосНИИВХ.
Таблица 3. Стоимость определение наличия и содержания веществ в пробах химическим анализом в РосНИИВХ
Вещ-воцена, руб.медь649,00цинк649,00хром295,00
Стоимость количественного химического анализа включает подготовку проб к анализу, выполнение измерений, оформление протокола количественного химического анализа.
Для сравнения стоимости метода биотестирования и методов химического анализа были взяты расценки различных лабораторий, занимающихся химическим анализом воды.
Таблица 4. Расценки химических анализов
Наименование организацииЦена, рубКол-во хим. показателейВремя, дниЛаборатория «роса центр»500,0095Центр гигиены и эпидемиологии в Свердловской области4170,802110Лаборатория «барьер»3500,00145Лаборатория «контур»2300,00115Торгово-инжиниринговая компания «Вагнер».2200,0091Лаборатория Экологического Фонда «Вода Евразии»1400,0071Компания Инженер-Консалт8000,0023-Западно-Уральская Буровая Компания1500,0030-Западно-Уральская Горнопромышленная компания4500,001212Центр экологического сопровождения9087,18175Независимая аналитическая лаборатория «академлаб»4000,0011-
Как мы видим из приведённых ниже данных анализ питьевой воды химическим методами в несколько раз дороже биотестирования. Но в отличие от химического метода, анализ с помощью живых организмов не показывает наличие определённых химических элементов. Однако даёт более быстрые результаты в случае острой токсикации проб анализируемой воды. В соответствии с этим рекомендуется проводить химический анализ совместно с биотестированием для более быстрых и точных показателей.
5.2 Расчет затрат на проведение эксперимента
В затраты на проведение эксперимента включены расходы на экономические реактивы, расходные материалы. Затраты формируются как произведение использованного количества материала (Np) и цены за единицу (Цпл-заг), и рассчитываются по формуле:
Нужна помощь в написании диплома?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.
З = Np* Цпл-заг
Количество материалов рассчитывается в объеме на проведение эксперимента. Количество израсходованных реактивов подсчитаны путем суммирования затраченных количеств этих веществ за время проведения исследований. Цена материалов принята по прайс листам [36]. Результаты расчетов представлены в таблице 5.
Таблица 5. Стоимость расходных материалов и химических реактивов
№ п/пНаименованиеЕдиница измеренияЦена за ед.,руб.Расход материаловСумма, руб.1Колбы цилиндрические (V=1л)шт256,501256,502Шприц пластиковый (V=100мл)шт110,701110,703Шприц пластиковый (V=10мл)шт35,00135,004Ведро оцинкованное (V=10 л )шт156,001156,005Сачок аквариумныйшт74,00110,006Медный купороскг150,000,115,007Ацетат цинкакг220,000,122,008Дихромат калиякг200,000,120,009Барбус суматранскийшт50,00804000,0010Барбус огненныйшт60,00804800,00Итого9425,20
Итого затраты, связанные с использованием реактивов составили 9,43 тыс. руб.
) Расчет амортизационных отчислений
В работе использовалось следующее лабораторное оборудование: аппарат ToxProtect64, ноутбук.
Расчет амортизационных отчислений проводится на лабораторное оборудование [37]. Цены приняты по прайс листам [36]. Затраты, связанные с амортизационными отчислениями, приведены в таблице 6.
Таблица 6. Расчет амортизационных отчислений на оборудование
№ п/пНаименованиеБалансовая стоимость, тыс. руб.Амортизационные отчисленияНорма, %Сумма, тыс. руб./год1Аппарат ToxProtect6410014,314.32Персональный компьютер2333.37.66Итого21.96
Итого, за время длительности эксперимента, амортизационные отчисления на оборудование составили:
(21.96 * 1) / 12 = 1,83 тыс. руб.,
где, 1 — длительность эксперимента, месяц
— годовое амортизационное обслуживание, месяц
Нужна помощь в написании диплома?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.
) Расчет фонда заработной платы
В расчет фонда заработной платы включены выплаты руководителю, консультанту и работнику проекта.
Сумма выплат руководителю, консультанту и работнику проекта проводится исходя из штатного расписания, должностных окладов специалистов и различного рода доплат (таблица 7).
Таблица 7. Расчет фонда заработной платы руководителя, консультанта и работника проекта
НаименованиеЧисленность, чел.Оклад, тыс. руб./месяцПремия (35%), тыс. руб.Доплата по районному коэффициенту, (15%), тыс. руб.Итого фонд заработной платы, тыс. руб./месяц,Средний фонд рабочего времени в месяц, чВремя, выделенное для руководства, часИтого фонд заработной платы, тыс. руб.Руководитель проекта1175.952,5525,50160609,56Консультант проекта1165,602,4024,00160152,25Работник проекта172,451,4210,8716016010,87Итого22.68
Итого фонд по заработной плате составили 22,68 тыс. руб.
) Расчет суммы страховых взносов
Страховые взносы включают суммарные отчисления в фонд социального страхования, пенсионный фонд, фонд обязательного медицинского страхования, составляют 30% от начисленного годового фонда заработной платы. Размер отчислений на социальные нужны:
,68 * 0,30 = 6,80 тыс. руб.,
где 22,68 — фонд заработной платы руководителя проекта, консультанта и работника, тыс. руб.
) Расчет арендной платы за нежилое помещение
По договору с арендодателем, арендная плата за нежилое помещение с включенными в стоимость затрат на коммунальные услуги составляет 5000 рублей в месяц. Итого, за 1 месяц длительности эксперимента, арендная плата за нежилое помещение составляет:
*5000=5 тыс.руб.
) Расчет затрат по охране труда
Нужна помощь в написании диплома?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.
Расходы по охране труда включают расходы, связанные с обеспечением работников спецодеждой, спецобувью и прочими средствами индивидуальной защиты; на проведение периодических медицинских осмотров.
Расходы по данной статье определяются укрупнено и составляют 8% от фонда заработной платы работающих:
,68 * 0,08 =1,81 рублей,
Где 22,68 — фонд заработной платы руководителя проекта, тыс. руб.
) Расчет затрат по статье «Накладные расходы»
Расходы принимаются в размере 15% от суммы предыдущих расходов:
,55 * 0,15 = 7,13тыс. руб.
) Смета затрат на проведение лабораторных исследований
Таблица 8. Смета затрат на проведение лабораторных исследований
№ п/пНаименованиеСумма, тыс. руб.1Затраты на материалы9,432Амортизационные отчисления1,833Заработная плата22,684Обязательные страховые отчисления6,805Расходы за арендную плату5,006Затраты по охране труда1,81Накладные расходы7,13Итого54,68
Вывод: Таким образом, затраты на проведение эксперимента по определению и сравнению чувствительности тест-организмов барбуса суматранского и барбуса огненного, составляют 54,68 тыс. руб. В случае заключении коммерческого договора на проведение таких работ стоит заложить размер коммерческой прибыли, (20%), где стоимость составит 65616 руб.
Заключение
экологический пресноводный биоидикация природный
Как уже было сказано, биоиндикация становиться практически не заменимым методом в мониторинге пресноводных экосистем. Использование живых объектов даёт преимущества перед физико-химическими методами, в связи с простотой, скоростью реакцией и экономичностью.
Нужна помощь в написании диплома?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.
Анализ химическими методами дают качественные и количественные характеристики фактора, но лишь косвенно судят о его воздействии на все живые организмы в экосистеме. Биоиндикационные методы, наоборот, позволяет получить информацию о биологических последствиях изменения среды и сделать лишь косвенные выводы об особенностях самого фактора. Таким образом, при оценке состояния среды следует сочетать химические методы с биологическими.
В рамках программы исследований необходимо отметить, что данные виды рыб, барбус суматранский и барбус огненный, могут быть использованы в качестве био-тестов при работе на аппарате ToxProtect64. Все эксперименты, проведённые в лабораторных условиях показали, что данные виды имеют определённую реакцию на добавление медного купороса, ацетата цинка и дихромата калия при повышенных концентрациях. Результаты эксперимента показали, что вид — барбус огненный более чувствителен ко всем представленным химикатам. Поэтому при дальнейшей эксплуатации данного аппарата рекомендуется использовать именно представителей рода барбуса огненного.
Список используемой литературы
1.Капустин В.Г, Корнев И.Н. География свердловской области [Электронный ресурс]: Электронный учебник / В.Г. Капустин, И.Н. Корнев — Режим доступа: #»justify»>Приложение
Рисунок 1.
Рисунок 2.
Рисунок 3.
Рисунок 4.