Лекция № 13 Биологический и медико- экологический мониторинг Геоэкологический

Геоэкологический
мониторинг. Ч.1
Лекция № 13
Биологический и медикоэкологический мониторинг
План лекции
1.
2.
3.
4.
Общие понятия о биомониторинге.
Организация
мониторинга
растительности.
Организация
мониторинга
животного мира.
Медико-экологический и медикобиологический мониторинг.
2
1. Общие понятия о
биомониторинге
3
Под биологическим мониторингом понимают
систему слежения за состоянием окружающей
среды с помощью биологических объектов.
Биологический
контроль
окружающей среды
Биоиндикация
Биотестирование
Биогеохимические
исследования
4
Марченко, 1999
Биотестеры
животные
растения
микроорганизмы
Лишайники
5
Требования к организмам
биоиндикаторам
доступность на большом спектре
местообитания на протяжении всего года
нахождение на небольшой территории и
отсутствие способности к сильной миграции
питание в загрязненной системе и
высокий уровень метаболизма
быстрое чередование генераций
легкое выведение в лабораторных
условиях
6
Марченко, 1999
Некоторые методики для осуществления
токсикологического контроля при
производственном экологическом мониторинге







Методика определения токсичности воды по хемотаксической реакции
инфузорий. ПНД ФТ 14.1:2:3:4.2-98. – М., 1998. – 12 с.
Методика
определения
токсичности
почвы
и
донных осадков по
хемотаксической реакции инфузорий. ПНД ФТ 16.2:2.2.3-98. – М., 1998. – 12 с.
Жмур Н.С. Методика определения токсичности воды и водных вытяжек из почв,
осадков сточных вод, отходов по смертности и измерению плодовитости
дафний. Федеральный реестр ФР1.39.2001.00283. М. «Акварос» 2001. – 50 с.
ФР.1.39.2007.03221. Методика определения токсичности воды и водных
вытяжек из почв, осадков сточных вод, отходов по смертности и изменению
плодовитости цериодафний.
ФР.1.39.2007.03223. Методика определения токсичности вод, водных вытяжек
из почв, осадков сточных вод и отходов по изменению уровня флуоресценции
хлорофилла и численности клеток водорослей.
ПНД
Ф
Т
14.1:2:3:4.11-04
(ПНД
Ф
Т
16.1:2.3:3.8-04)
Методика определения токсичности воды и водных вытяжек из почв, осадков
сточных вод и отходов по изменению интенсивности бактериальной
биолюминесценции тест-системой "Эколюм" на приборе "Биотокс-10".
ПНД
Ф
Т
14.1:2:4.12-06
(ПНД
Ф
Т
16.1:2:3:3.9-06)
Методика определения токсичности водных вытяжек из почв, осадков сточных
вод и отходов, питьевой, сточной и природной воды по смертности тест-объекта
Dаphnia
magnaStraus.
7
Биотестирование на простейших
Рачок Daphnia magna
Straus (самец)
Инфузория туфелька
(Paramecium caudatum)
8
Результаты биотестирования проб почв районов расположения
промышленных предприятий г. Томска (тест-объект инфузория
туфелька (Paramecium caudatum)) (по материалам Жорняк Л.В.)
Место отбора пробы
контроль
ОАО «Манотомь»
ОАО «Томский
электроламповый
завод»
№
кюветы
Среднее
значение
по
5
измерения
м
1
108,2
2
83
3
95,6
1
32,4
2
21,2
3
16,6
1
85,8
2
64
3
не уч.
Лектор: Таловская А.
Среднее
значение по
3
измерениям
Индекс
токсичности
Степень
токсичности
95,6
.
В
23,4
0,75
высокая
74,9
0,22
9
допустимая
2. Организация
мониторинга
растительности
10
Для характеристики достаточно
больших территорий лучше
использовать древесные
растения
Для выявления
микробиологических
различий
предпочтителен выбор
травянистых
растений
Растения
чувствительный
объект,
позволяющий
оценивать
весь
комплекс
воздействий,
для
характерный
данной территории.
11
Тест-объекты:
2-5 преобладающих
видов (каждый вид – 1 проба)
многолетние
травянистые
кустарниковые
древесные
лишайники
Периодичность проведения мониторинга -1 раз в 3-5 лет.
12
Биоиндикационные исследования
видовой состав и изменчивость внешнего
облика растений
Полевой этап
Рекогносцировочные обследования
Ключевые участки (размер пробных
площадок варьируют до 100 м2.)
Маршрутные ходы
13
Сбор листьев с деревьев
Листья берутся из нижней части кроны дерева, на уровне
поднятой руки, с максимального количества доступных веток
(стараясь задействовать ветки разных направлений, условно на север, юг, запад, восток)
Лектор: Тало
С одного вида дерева
отбирают по 25-30 листьев
в
каждом
пункте
наблюдения.
Время
отбора
–
остановка вегетационного
роста
растений
(конец
августа-начало сентября).
вская А.В.
http://www.dnipro-gef.net/first_stage-ru/obzor-programmy
14
Камеральная обработки биоиндикационных данных биометрический анализ листа
Система промеров листа у растений с билатерально
симметричными листьями для расчета коэффициента
флуктуирующей асимметрии листа
Место сбора: Калужская область
№
1. Ширина
полови
нок
листа,
м
2. Длина 2й
жилк
и,
мм.
3. Расстояние между
основаниями
1й и 2й жилок,
мм.
4.Расстояние между
концами 1й и
2й жилок, мм.
5. Угол между
центральной и
2й жилкой,
градусы.
л
п
л
п
л
п
л
п
Л
п
1
21
20
31
29
4
5
9
9
43
45
2
20
20
32
30
5
5
8
7
40
44
Лектор: Таловск ая А.В.
15
http://www.dnipro-gef.net/first_stage-ru/obzor-programmy
Лектор: Таловская А
Наиболее
благоприятные
участки обозначены зеленым
цветом
имеющие отклонение
– оттенками желтого в
зависимости
от
степени отклонения.
.В.
http://www.dnipro-gef.net/first_stage-ru/obzor-programmy
Оценка здоровья
(качества)
природной среды
на наземной
территории
Калужской
области,
входящей в
бассейн р.Днепр.
16
1.
2.
3.
В пункте наблюдения
– 5-10 взрослых
хвойных деревьев
Шкала оценки повреждения хвойных
деревьев (В. Н. Ильечев, 2000)
Хвоинки не имеют пятен (воздух чистый)
Хвоинки имеют немногочисленные пятна
(воздух загрязнен)
На хвоинках большое количество желтых
и черных пятен (опасно грязный воздух).
Оценка степени воздействия при потере
природной окраски (С.Н.Ломаева, 1998)
0 – норма (0-10 % хвои)
1 – слабое (10-25 %)
2 – среднее (25-60 %)
3 – сильное (более 60 %).
лихеноиндикация
17
Градация состояния лихенофлоры, благодаря
которой можно определить чистоту
воздушной среды на определенной
территории по кол-ву встречаемых
лишайноков
1. Нормальная зона.
2. Зона соревнования.
4. Лишайниковая пустыня
Биогеохимические исследования
изучение химического состава растений
Полевой этап
Площадки
отбора
проб
растительности
должны
располагаться
вблизи
площадок отбора проб почвы.
Масштаб
биогеохимической
съемки 1: 100 000
Время
отбора
определенная
фазе
фенологического
развития
растений
18
Вид растения травянистый
Хвостохранилище
площадке
На
пробной
наземная
скашивается
для
часть
травы
исследования
уровня
загрязнения
(содержания
химических элементов и др.
веществ)
растительного
покрова на данном участке.
Корневая система отдельно анализируется на содержание тех
же химических элементов и веществ.
19
•Вид растения – древесный,
многолетний кустарниковый
относительно источника выбросов
Подветренная
сторона
Наветренная
сторона
Кора дерева
с высоты 1,5-2 м
Листья, хвоя, ветки
деревьев или кустарников,
молодые побеги
Корни деревьев
или куЛесктот
р: Та
алор
всн
каяи
А.В
к. ов
20
Пробы отбираются не ранее чем через 3 дня после
выпадения атмосферных осадков
Для
отбора
проб
используются:
-ножи;
-садовые ножницы;
-сучкорезы.
биогеохимической
Масса
пробы составляет 100-200 г
сырого вещества.
Пробу растений маркируют, указывая номер пробы, номер
основного разреза и профиля.
21
Фото Ялалтдиновой А.Р.
Камеральный этап
Электрические
печи,
фарфоровые
металлические
тигли
и
Спектрально чистые
концентрированные
кислоты
для
определения
летучих
компонентов
Схема обработки и изучения проб растительности
22
Оптимальные режимы озоления
растений (Алексеенко, 2000)
Нагревание
Температур,
С0
Время выдержки
после набора
температур,
час
Сосна (хвоя)
Быстрое
450-550
2 – 3*
Листья дуба, граба
Быстрое
450-550
0,5 - 2
Тополь, ива
(листья)
Быстрое
450-550
0,5 - 2
Исследуемый
материал
Примечание: *- герметизация печи в период набора температуры
23
Методика обработки биогеохимических данных
Схематическая карта распределения Ta в листьях тополя
г. Усть-Каменогорска (Ялалтдинова, 2012)
г/т
Условные обозначения:
1 – золоотвал №3 УК ТЭЦ; 2 – хвостохранилище АО «УМЗ»; 3 – пруд накопитель стоков УККЗ; 4 – полигон захоронения и шламонакопитель №3 АО «УК ТМК»; 5 –
золоотвал №1 Согринской ТЭЦ; 6 – золоотвал №2 УК ТЭЦ; 7 – терриконы АО «Казцинк»; 8 – отвальное поле АО «Казцинк»; 9 – старое хвостохранилище АО «УМЗ»;
10 – городская свалка твердобытовых отходов; 11 – бывший склад удобрений и ядохимикатов; 12 – пруд накопитель ливневых стоков КШТ
24
[на основе материалов карты Самаковой и др. с дополнениями автора].
Сравнительная геохимическая характеристика
элементного состава листьев тополя черного
различных территорий
10000
1000
мг / кг
100
10
1
0,1
0,01
0,001
Na Ca Sc
(%) (%)
Cr Fe Co Zn As Br Rb Sr Ag Sb Cs Ba La Hf Ta Au Ce Nd Sm Eu Tb Yb Lu Th
(%)
Усть-каменогорск (2011 г.)
Экибастуз (2011 г.)
Павлодар (2007, 2011 г.)
U
Томск (2006 г.)
Примечание: данные по г. Томску (10 проб) Барановской Н.В., по г. Павлодару (88 проб)
Асылбековой Г.Е. и Абикеевой Ж.Е., а также данные по г. Экибастузу (42 пробы) Абикеевой Ж.Е., по
25
Усть-Каменогорску (101 проба) Ялалтдинова, 2012
Сравнение результатов с данными по фону, согласно
«Методические рекомендации по геохимической оценке
загрязнения территории городов химическими элементами. –
М.: ИМГРЭ, 1982. – 112 с.»
Коэффициент концентрации (КК):
КК=С/Сф,
где С - содержание элемента в исследуемом объекте, мг/кг;
Сф - фоновое содержание элемента, мг/кг
Место отбора
проб
Биогеохимический ряд (в скобках указано
значение коэффициента концентрации)
г. Томск (2004г.)
Sr (267)-Ba (122,4)-Rb (15,4)-Br (14,7)-Ce (10,2)-Cr (5,5)La (4,3)-Co (3,3)-Yb (1,4)-As (1)-Sc (0,9)-Th (0,7)Sm(0,6)-Sb(0,6)-Hf(0,6)-Ag (0,5)-U (0,5)
г. Асино (2007г.)
Sr (123)-Ba (44)-Cr (18)-Rb (6)-Br (2,3)-Co (1,7)-As (1)-Ce
(0,9)-Ag (0,5)-La (0,4)-Cs (0,4)-U (0,2)
26
Литусова, 2010 г.
Коэффициент биологического поглощения (Ах):
Ах = Сх в золе/ Сх в почве,
где С – содержание элемента, мг/кг.
Коэффициент биологического поглощения (отн.
среднего по почвам г. Томска, Язиков Е.Г.)
Место
отбора
проб
Коэффициент биологического поглощения
г. Асино
Ca3 Sr1,8Br0,3Cr0,2Co0,1
г. Томск
Ca7 Sr4 Br1,7 Yb0,5 Sb0,4 Bа0,2 Ce0,2 U0,2 Co0,2 Rb0,2
Lu0,2
27
Литусова, 2010 г.
3. Организация мониторинга
животного мира
28
Мониторинг объектов животного мира – систем наблюдений
за распространением, численностью, физическим состоянием
объектов животного мира, структурой, качеством и площадью
среды их обитания
Тест-объекты
Объём выборки – 20-30 особей
млекопитающие
птицы
Пресмыкающиеся
Ихтиофауна
(отряд карповых, лещи,
карась серебристый, плотва )
29
www.green.tsu.ru
Контролируемые показатели
при биоиндикации
Численность, видовой состав
Пути миграции и места
сезонных концентраций
Биотопическое распределение видов
Места размножения редких и
особо ценных видов
Изменение численности и смена видового
состава в результате антропогенной нагрузки
Периодичность проведения мониторинга - 1 раз в три года.
30
4. Медико-экологический и
медико-биологический
мониторинг
31
Факторы влияющие на
здоровье населения
(по данным ВОЗ)
Здравоохранение
Экология
Образ жизни
20 %
8%
51 %
21 %
Наследственность
Промышленность
Заболевания
Металлургическая
Лёгочные и сердечно-сосудистые заболевания
Нефтехимическая
и химическая
Аллергия, рак лёгкого, рак желудка, молочной железы.
Заболевания центральной нервной системы. Бесплодие и
невынашивание беременности. Задержка развития у детей,
слабоумие
Производство цемента
Аллергия, различные лёгочные заболевания. Ларингит.
Трахеит.
Машиностроение
Заболевания нервной системы, малокровие, заболевания
кожи. Заболевания почек.
ТЭЦ и мусоросжигательный
завод
Рак лёгкого, аллергия, бронхиальная астма, кожные
болезни
Угольная
Заболевания лёгких — от астмы до рака
По данным европейского отделения ВОЗ
32
Медико-экологический мониторинг
Получение и обработка
официальной
информации о состоянии
здоровья населения
Сопоставление уровня
заболеваемости групп населения
по отношению к антропогенно
измененной окружающей среде
Методические подходы к определению взаимосвязи уровня загрязнения
природных сред по значению суммарного показателя загрязнения и степенью
заболеваемости представлены в:
1. Методические рекомендации по геохимической оценке загрязнения
территории городов химическими элементами. – М.: ИМГРЭ, 1982. – 112 с.
2. Методические
рекомендации
по
геохимической
оценки
источников
загрязнения окружающей среды. – М.: ИМГРЭ, 1982. – 66 с.
3. Методические рекомендации по оценке степени загрязнения атмосферного
воздуха населенных пунктов металлами по их содержанию в снежном покрове
и почве (утв. Главным государственным санитарным врачом СССР 15 МАЯ
1990 Г. N 5174-90)
4. Геохимия окружающей среды. / Ю.Е. Сает, Б.А. Ревич, Е.П. Янин и др.
–
33
М.:Недра, 1990. – 335 с.
Частота отклонений состояния здоровья детей в
зависимости от СПЗ по результатам изучения почв
и снега
%
Изменение
состояния
иммунной системы
40
30
Заболевания органов
дыхания
Функцианально-морфологические отклонения
(лейкоциты, СОЭ, НВ и т.д.)
20
Хронические
заболевания
До 16
До 64
16-32
164128
32-64
128256
64-128
Более
256
Методические рекомендации
Минздрава СССР (№ 5174-90)
СПЗ
Лекто
Уровень загрязнения/
заболеваемости по
значению СПЗ
почва
снег
Низкий/неопасный
до 16
32-64
Средний/Умеренно
опасный
16-32
64-128
Высокий/опасный
32-64
128-256
64-128
34
Более 256
: Таловская
А.В.высокий/
Очень
р
Чрезвычайно
опасный
Медико-биологический
мониторинг
исследования биосубстратов человека
волосы
ногти
Долговременная среда
кровь
урина
Кратковременная среда
35
Фото Н.В. Барановской
Изучение волос проводится согласно



Element analysis of biological materials. Current
problems and techniques with special reference to
trace elements. App. II. Technical reports series. – №
197. – Vienna: IAEA, 1980. – P. 351–367.
Report on Second Research Coordination Meeting of
IAEA. – Neuherberg, 1985. – P. 231–237.
Жук Л.И., Кист А.А. Картирование элементного
состава волос // В кн.: Активационный анализ:
методология и применение. – Ташкент: ФАН, 1990.
– С. 190–201.
36
Специфичными элементами в составе волос детей, проживающих в Томском
районе, являются U, Th, Sb, Br, Eu, Yb
Томский район
Th *
Hg
Au
Na
U*
Ca
6
4
Ta *
Hf *
2
Lu *
0
Yb *
Tb
Eu *
Sm *
Ce * LaBa *
Sc
Cr
Fe
Co
Zn
As *
Se
Br
Rb *
Sr *
Ag *
Cs *Sb *
Коэффициенты концентрации
Коэффициенты концентрации
элементов в волосах детей,
Схематическая карта
проживающих в Томском районе,
распределения
урана в
относительно среднего для
волосах детей Томского района )
Томской области
37
(Барановская, 2003, Наркович, 2012