Рецензия на книгу

Опубликовано:
Остроумов С.А. Элементы теории биоконтроля качества воды: фактор экологической
безопасности источников водоснабжения (=Elements of the theory of biocontrol of water quality: a
factor in the ecological safety of the sources of water) // Химическая и биологическая
безопасность. 2008. № 5-6. с.36-39. Библиогр. 22 назв.
[http://www.cbsafety.ru/rus/saf_41_3.asp]
УДК 574.6: 574.635: 602.7: 626.80
рефераты - в конце файла
Элементы теории биоконтроля качества воды: фактор экологической
безопасности источников водоснабжения
С.А.Остроумов
119991, Москва ГСП-1, Ленгоры, Московский гос. университет им. М.В. Ломоносова,
биологический факультет
Ключевые слова: качество воды, водные экосистемы, самоочищение воды, загрязнение;
загрязняющие вещества, поллютанты, ксенобиотики, синтетические химические вещества,
биотестирование, экологическая опасность, инновации, экологическая безопасность, источники
водоснабжения, устойчивое использование, водные ресурсы, ресурсы пресной воды, морские,
поверхностные водные экосистемы, новая концепция, экзометаболизм, биотрансформации,
биодеградация, разложение, водоемы, водотоки, хеморегуляторы, макросимбиотические
системы, биогенная миграция элементов, научное открытие № 274, антропогенное воздействие,
экология, геохимия, репарация, поверхностно-активные вещества, ПАВ, детергенты, моющие
средства, фильтраторы, биоконтроль, самоочистительный потенциал экосистемы,
фитотехнология, фиторемедиация, экобиотехнология.
Key words: Water quality, aquatic ecosystems, water self-purification, pollution; pollutants,
xenobiotics, synthetic chemicals, bioassays, biotesting, ecological hazards, innovations, environmental
safety, sources of water supply, sustainable use, aquatic resources, freshwater, marine, surface aquatic
ecosystems, new concept of exometabolism, pollutants, biotransformation, biodegradation, destruction,
water bodies, streams, chemoregulators, macrosymbiotic system, biogenic migration of elements,
scientific discovery No. 274, anthropogenic impact, ecology, geochemistry, repair, biomachinery,
surfactants, tensides, detergents, filter-feeders, biocontrol, self-purification potential of ecosystems,
phytotechnology, phytoremediation, ecobiotechnology.
В 2008 г. была опубликована работа [1]. Книга предназначена для научных работников,
преподавателей, аспирантов, а также для специалистов в области практического использования
и охраны водных и водно-биологических ресурсов.
Вопросы самоочищения вод и роли в этом водных организмов (гидробионтов) имеют
значение для поддержания качества воды в пресных и морских водных объектах, для
экологической безопасности источников водоснабжения. В упомянутой книге продолжен
анализ современной научной литературы и основных результатов автора в этой области.
Изложены и обоснованы обобщения, которые представляют элементы теории
полифункциональной роли биоты в самоочищении вод пресноводных и морских экосистем.
В первой части книги [1] («Теория биоконтроля качества воды и биомеханизмов
самоочищения воды») кратко излагаются основы предлагаемой теории биотического
самоочищения воды. Введено новое понятие экзометаболизма молекул поллютантов в водной
экосистеме. Под экзометаболизмом понимается преобразование или расщепление молекул
поллютантов в воде, вне живых клеток или организмов. Экзометаболизм противопоставляется
традиционно понимаемому метаболизму молекул поллютантов внутри живых клеток и
организмов.
Во второй части – более подробное изложение теории самоочищения воды, развиваемой
автором. Анализируются следующие вопросы.
1. Загрязнение водных экосистем. Приведены цифровые данные о загрязнении вод
Российской Федерации и других стран (стр. 24-37). Доля проб воды из поверхностных
1
источников централизованного питьевого водоснабжения РФ, не отвечающих гигиеническим
нормативам по санитарно-химическим показателям, на протяжении ряда лет превышала 26%.
2. Процессы, снижающие качество воды в водоемах и водотоках. Освещены
основные природные и антропогенные процессы, ведущие к снижению качества воды (стр. 3841).
3. Основные природные процессы (физические, химические, биотические), ведущие
к очищению воды в водных экосистемах (стр. 42-61). Дана краткая сводка 26 таких процессов.
Впервые приведен анализ зависимости
всех этих процессов, включая физические и
химические, от жизнедеятельности водных организмов. В рамках изучения одного из
процессов, ведущих к снижению содержания тяжелых металлов в воде, измеряли накопление
этих металлов в организмах, приведены результаты новых определений Fe, Co, Ni, Zn и других
элементов в моллюсках.
4. Основные структурно-функциональные блоки природного механизма
самоочищения водных экосистем (стр. 62-69). Сформулирована концепция пяти основных
структурно-функциональных блоков этого механизма.
5. Источники энергии биотических механизмов самоочищения водных экосистем
(стр. 70-72). Энергообеспечение этих механизмов осуществляется за счет фотосинтеза,
окисления автохтонной и аллохтонной органики и других процессов.
6. Участие основных крупных таксонов в процессах самоочищения водных
экосистем (стр. 73-76). Показано, что практически все основные группы водных организмов
вовлечены в самоочищение вод.
7. Надежность системы самоочищения воды и механизмы обеспечения надежности
(стр. 77-81). Впервые выявлена роль дублирования функций различными группами организмов,
что увеличивает надежность всего механизма самоочищения.
8.
Регуляция биоты (стр. 82-89). Анализируются различные виды регуляции
активности и обилия организмов, участвующих в самоочищении воды. Автор выдвинул новые
представления о роли веществ, названных им экологическими хеморегуляторами.
9. Анализируется вклад самоочищения в стабильность водной экосистемы (стр. 9093).
10. Анализ особенностей природного механизма самоочищения выявляет его сходство с
высокотехнологическими устройствами, что приводит к выводу о том, что этот экологический
механизм можно рассматривать как пример высоких эколого-биосферных технологий.
Вводится новое понятие макросимбиотической системы (стр. 94-97).
11. Поскольку реальные водные объекты часто находятся под сильным антропогенным
прессом, автор экспериментально изучал отношение механизма самоочищения к внешним
(антропогенным) воздействиям на водоем. На примере воздействия нескольких классов
поллютантов на различные виды гидробионтов автор доказал существование новых сторон
потенциальной опасности химического загрязнения, связанной с ингибированием природных
процессов фильтрации и самоочищения вод, что было признано научным открытием (Диплом
№ 274) (стр. 98-103).
12. Некоторые общие тенденции и принципы функционирования механизма
самоочищения воды. Впервые предлагаются восемь основных принципов: принцип
центральной роли биоты, принцип биотической омникомпонентности, принцип максимальной
диверсификации биотических исполнителей основных функций, принцип максимизации числа
стадий на пути биогенной миграции элементов, принцип синэкологической кооперативности и
другие (стр. 104-105).
13. Новые представления о самоочищении полезно проанализировать под углом зрения
их соответствия и связи с фундаментальными концепциями экологии и геохимии.
Проведенный на стр. 106-113 анализ позволяет внести вклад в понимание сущности экосистем
и особенностей того, что автор предлагает называть сопряжением гидробиологических и
геохимических процессов.
2
14. Аналогичным образом, полезен анализ представлений о самоочищении в связи с
общебиологическими концепциями об уровнях организации живых систем. Это привело к
выдвижению автором новых представлений о репарации на экосистемном уровне организации
живых систем (стр. 114-115).
Проработка вышеуказанных фундаментальных вопросов дает основу для инноваций в
практической сфере. К таким инновациям относится следующее.
Из теории самоочищения воды вытекают рекомендации в области природоохранной и
ресурсоохранной практики, касающиеся поддержания качества вод, восстановления и
реабилитации водоемов (стр. 116-119). Практически полезны разработки в области
фитотехнологии (фиторемедиация, использование ветландов), к этой области относятся
эксперименты автора (в том числе с использованием макрофитов Ceratophyllum demersum,
Najas sp., Myriophyllum aquaticum), проведенные с целью создания новых технологий очищения
вод (стр. 120-123). Анализируется связь исследований самоочищения и вопросов
биоремедиации и фиторемедиации. (стр. 124-125). Приведены примеры работ по изучению
роли биоты в очищении водной среды от нефти (стр. 126 -138). Познание природного
самоочистительного потенциала природных водных экосистем помогло сформулировать
рекомендации для восстановления водных объектов, нарушенных в результате антропогенных
воздействий (стр. 139-142), найти новые подходы к эколого-экономическим оценкам водной
экосистемы (стр. 143-145).
Научные результаты, изложенные в книге (как и в предыдущих книгах того же автора),
использовались для совершенствования подготовки специалистов в области экологии и
биологии в университетах России и других стран СНГ и Прибалтики (с. 148-152).
Стоит упомянуть некоторые из важнейших работ, предшествовавших выходу
вышеупомянутой книги [1]. Существенное значение имели результаты экспериментов по
изучению воздействия синтетических ПАВ на организмы-фильтраторы,
такие как
двустворчатые моллюски [2]. Наряду с новыми фактами, определенную роль сыграла
разработка новых теоретических представлений, которые помогли лучше понять роль
различных групп организмов в самоочищении вод [3-5], разработать вопросы биологического
регулирования качества воды самоочищения вод [6 - 14]. Выявлены новые типы опасности
химического загрязнения. Они идентифицированы и описаны в статьях, изданных в 1998 г. в
журнале Rivista di Biologia / Biology Forum [3], а в 2000-2002 гг. - в «Докладах академии наук»
(ДАН) [8-10, 12]. Основы теории биотического самоочищения воды и улучшения качества воды
были сформулированы в 2004 г. [13, 14]. Были развиты новые методы для того, чтобы измерить
сублетальные эффекты ксенобиотиков [15] и количественно определить их воздействие на
эффективность удаления взвешенного вещества из воды организмами-фильтраторами
(двустворчатыми моллюсками); эти методы были опубликованы в книге [15]. Анализ связей
между экологическими явлениями показал необходимость сохранения биоразнообразия как
предпосылки для поддержания качества воды [16, 17]. В своих недавних публикациях, автор
развил дополнительные элементы теории биомеханизмов (biomachinery) экосистемы,
функционирование которых ведет к самоочищению вод в природных водных экосистемах и к
поддержанию водных местообитаний [18].
Среди некоторых шагов в накоплении новых экспериментальных данных и внесении
вклада в теорию аппарата биосферы, многие регионы которой находятся под некоторой
степенью антропогенного давления, следующие.
Отметим роль выявления новых фактов о воздействии ксенобиотиков на организмы,
которые, оказались полезными для теоретического анализа новых биологических эффектов
ПАВ и детергентов; они были обобщены и описаны в [2, 4, 11,15]. Предложен новый уровнеблочный подход для выявления и анализа экологических опасностей антропогенного
воздействия на живые системы [2, 15], идентифицированы новые опасности синэкологического
синергизма антропогенных воздействий (работа была опубликована в 2001 г. [9]). Методически
важно, что была предложена и апробирована методология ингибиторного анализа в экологии
[10]. В итоге большой серии опытов экспериментально доказано, что синтетические ПАВ и
3
смесевые препараты (детергенты) потенциально опасны для самоочищения воды [3, 4, 7-9].
Найден компонент экологического механизма самоочищения вод, который является наиболее
уязвимым в условиях загрязнения воды такими поллютантами, как синтетические ПАВ [3,4].
Полифункциональная роль биоты в самоочищении вод была исследована и затем
сформулирована в виде структурированной теории [6 – 8, 13, 14]. Было выдвинуто понятие
экологической репарации, связанной с восстановлением качества воды [11]. Эти
фундаментальные инновации в той или иной мере основаны на новых фактах [2, 4, 7, 11, 15,
18], полученных в экспериментальной работе автора книги [1].
Статьи из цикла работ, кратко охарактеризованного выше, получили позитивную оценку
многих специалистов, работающих в разных странах [19-22], что дополнительно характеризует
представленные в них результаты, обобщенные в книге [1]. Одно из важнейших направлений
для практического приложения разрабатываемой теории экологических механизмов
самоочищения вод - создание режима,
максимально благоприятного для проявления
природного самоочистительного потенциала в водных объектах, служащих источниками
водоснабжения, а также на прилегающей к ним территории.
Библиография
1. Остроумов С.А. Гидробионты в самоочищении вод и биогенной миграции элементов. М.:
МАКС-Пресс, 2008. 200 с.
2. Ostroumov S.A. Biological Effects of Surfactants. CRC Press. Taylor & Francis. Boca Raton,
London, New York. 2006. 279 p.
3. Ostroumov S. A. Biological filtering and ecological machinery for self-purification and
bioremediation in aquatic ecosystems: towards a holistic view // Rivista di Biologia / Biology Forum.
1998. V. 91(2). P.221-232.
4. Остроумов С.А. О полифункциональной роли биоты в самоочищении водных экосистем //
Экология, No. 6, 2005, с. 452–459.
5. Ostroumov S. A. Polyfunctional role of biodiversity in processes leading to water purification:
current conceptualizations and concluding remarks // Hydrobiologia. 2002. v. 469 (1-3): P.203-204.
6. Ostroumov S. A. Suspension-feeders as factors influencing water quality in aquatic ecosystems.
In: The Comparative Roles of Suspension-Feeders in Ecosystems, R.F. Dame, S. Olenin (Eds),
Springer, Dordrecht, 2004. p. 147-164.
7. Остроумов С.А. О некоторых вопросах поддержания качества воды и ее самоочищения //
Водные ресурсы. 2005. т. 32. № 3. С. 337-347.
8. Остроумов С.А. Реагирование Unio tumidus при воздействии смесевого химического
препарата и опасность синэкологического суммирования антропогенных воздействий // ДАН.
2001. Т. 380. № 5. С.714-717.
9. Остроумов С.А. Опасность двухуровневого синергизма при синэкологическом суммировании
антропогенных воздействий // ДАН. 2001. Т. 380. № 6. С.847-849.
10. Остроумов С.А. Ингибиторный анализ регуляторных взаимодействий в трофических сетях
// Доклады РАН, 2000, Т. 375, № 6. С.847-849.
11. Остроумов С.А. О биотическом очищении воды и экологической репарации. // Сиб. экол.
журнал. 2006. № 3. C. 339-343
12. Остроумов С.А. Новый тип действия потенциально опасных веществ: разобщители
пелагиально-бентального сопряжения // ДАН. 2002. т. 383. № 1. C.138-141.
13. Остроумов С.А. О биотическом самоочищении водных экосистем. Элементы теории //
ДАН. 2004. т. 396. № 1. С.136-141.
14. Ostroumov S. A. On the biotic self-purification of aquatic ecosystems: elements of the theory. //
Doklady Biological Sciences, 2004, Vol. 396, Numbers 1-6, pp. 206-211.
15. Остроумов С.А. Биологические эффекты при воздействии поверхностно-активных веществ
на организмы. М. МАКС-Пресс, 2001. 334 p.
16. Остроумов С.А. Сохранение биоразнообразия и качество воды: роль обратных связей в
экосистемах // ДАН. 2002. т.382. № 1. C.138-141.
4
17. Ostroumov S. A. Biodiversity protection and quality of water: the role of feedbacks in ecosystems.
// Doklady Biological Sciences. 2002. Volume 382, Numbers 1-6. p.18-21.
18. Ostroumov S. A. Basics of the molecular-ecological mechanism of water quality formation and
water self-purification // Contemporary Problems of Ecology, 2008, Vol. 1, No. 1, p. 147-152.
19. Kapitsa A.P. Formulation of fundamental principles for foundation of the theory of the apparatus
of the biosphere // Environment Ecology and Safety of Life Activity. 2007. No. 1 (37). P. 68-71.
20. Vaughn C. C., Nichols S. J., Spooner D. E. Community and foodweb ecology of freshwater
mussels // Journal of the North American Benthological Society. 2008. Vol. 27, Issue 2, P. 409-423.
21. Stabili L., Licciano M., Giangrande A., Longo C., Mercurio M., Marzano C.N., Corriero G.
Filtering activity of Spongia officinalis var. adriatica (Schmidt) (Porifera, Demospongiae) on
bacterioplankton: Implications for bioremediation of polluted seawater. //Water Research, 2006, v. 40
(16), pp. 3083-3090.
22. Safi K.A., Hewitt J.E., Talman S.G. The effect of high inorganic seston loads on prey selection by
the suspension-feeding bivalve, Atrina zelandica // Journal of Experimental Marine Biology and
Ecology. 2007. Vol. 344 (2), p. 136-148.
5
Abstract:
Ostroumov S.A. Elements of the theory of biocontrol of water quality: a factor in the ecological
safety of the sources of water. // Chemical and Biological Safety (=Himicheskaja i biologicheskaja
bezopasnost' , Moscow). 2008. No. 5-6. p.36-39. A new theory for the biomechanisms for water selfpurification is presented in the author’s book ‘Aquatic Organisms in Water Self-Purification and
Biogenic Migration of Elements’ (2008, 200 p.). Hydrobionts (aquatic organisms) are actively
involved in various processes leading to water purification. Almost all main groups of organisms are
involved, which is discussed and analyzed in the paper. In the theory, the results of the author's
experiments on the effects of various pollutants on aquatic organisms were used. The theory is an
innovative basis for new ecological technologies to clean water and to upgrade its quality by using
aquatic organisms. New fundamental concepts were introduced and discussed, including the concepts
and terms: biomachinery, exometabolism, ecological chemoregulators, ecological chemomediators,
macrosymbiotic system and others. The new authors’s results on the surfactant-induced inhibition of
water filtration by bivalves were recognized as a scientific discovery. As a result, the author was
awarded Diploma for Scientific Discovery No. 274. The theory is a contribution to the scientific basis
for environmental safety of the aquatic ecosystems (aquatic bodies and streams) that serve as sources
of water supply.
Реферат:
С.А.Остроумов. Элементы теории биоконтроля качества воды: фактор экологической
безопасности источников водоснабжения. // Химическая и биологическая безопасность.
2008. № 5-6. с.36-39.
Представлена новая теория биомеханизмов самоочищения воды, изложенная в книге автора
«Гидробионты в самоочищении вод и биогенной миграции элементов» (М.: МАКС Пресс, 2008,
200 с.). Гидробионты активно участвуют в процессах, ведущих к очищению воды. В них
участвуют почти все группы живых организмов, что анализируется в статье с различных
сторон. При разработке теории были использованы результаты опытов автора, изучавшего
воздействие поллютантов на живые организмы. Изложенная теория служит инновационной
основой для создания новых экотехнологий очищения воды и повышения ее качества с
использованием водных организмов. Представлены и обоснованы новые основные концепции,
в том числе понятия и термины: biomachinery, экзометаболизм, экологические хеморегуляторы,
экологические хемомедиаторы, макросимбиотические системы и другие. Новые результаты
автора по выявлению свойства синтетических поверхностно-активных веществ (ПАВ)
подавлять фильтрацию воды двустворчатыми моллюсками были признаны научным открытием
и отмечены Дипломом за научное открытие № 274. Теория вносит вклад в научные основы
укрепления экологической безопасности водных экосистем (водоемов и водотоков), которые
служат источниками водоснабжения.
- ---Рефераты и ключевые слова:
Остроумов С.А. Элементы теории биоконтроля качества воды: фактор экологической
безопасности источников водоснабжения (=Elements of the theory of biocontrol of water quality: a
factor in the ecological safety of the sources of water) // Химическая и биологическая
безопасность. 2008. № 5-6. с.36-39. Библиогр. 22 назв.
[http://www.cbsafety.ru/rus/saf_41_3.asp] УДК 574.6: 574.635: 602.7: 626.
119234, Москва, Ленгоры, Московский гос. университет им. М.В. Ломоносова, биологический
факультет.
6
РЕФЕРАТ: Представлена новая теория биомеханизмов самоочищения воды, изложенная в
книге автора «Гидробионты в самоочищении вод и биогенной миграции элементов» (М.:
МАКС Пресс, 2008, 200 с.). Гидробионты активно участвуют в процессах, ведущих к
очищению воды. В них участвуют почти все группы живых организмов, что анализируется в
статье с различных сторон. При разработке теории были использованы результаты опытов
автора, изучавшего воздействие поллютантов на живые организмы. Изложенная теория служит
инновационной основой для создания новых экотехнологий очищения воды и повышения ее
качества с использованием водных организмов. Представлены и обоснованы новые основные
концепции, в том числе понятия и термины: biomachinery, экзометаболизм, экологические
хеморегуляторы, экологические хемомедиаторы, макросимбиотические системы и другие.
Новые результаты автора по выявлению свойства синтетических поверхностно-активных
веществ (ПАВ) подавлять фильтрацию воды двустворчатыми моллюсками были признаны
научным открытием и отмечены Дипломом за научное открытие № 274. Теория вносит вклад в
научные основы укрепления экологической безопасности водных экосистем (водоемов и
водотоков), которые служат источниками водоснабжения.
Ostroumov S.A. Elements of the theory of biocontrol of water quality: a factor in the ecological
safety of the sources of water. // Chemical and Biological Safety (=Himicheskaja i biologicheskaja
bezopasnost' , Moscow). 2008. No. 5-6. p.36-39. ABSTRACT: A new theory for the biomechanisms
for water self-purification is presented in the author’s book ‘Aquatic Organisms in Water SelfPurification and Biogenic Migration of Elements’ (2008, 200 p.). Hydrobionts (aquatic organisms) are
actively involved in various processes leading to water purification. Almost all main groups of
organisms are involved, which is discussed and analyzed in the paper. In the theory, the results of the
author's experiments on the effects of various pollutants on aquatic organisms were used. The theory is
an innovative basis for new ecological technologies to clean water and to upgrade its quality by using
aquatic organisms. New fundamental concepts were introduced and discussed, including the concepts
and terms: biomachinery, exometabolism, ecological chemoregulators, ecological chemomediators,
macrosymbiotic system and others. The new authors’s results on the surfactant-induced inhibition of
water filtration by bivalves were recognized as a scientific discovery. As a result, the author was
awarded Diploma for Scientific Discovery No. 274. The theory is a contribution to the scientific basis
for environmental safety of the aquatic ecosystems (aquatic bodies and streams) that serve as sources
of water supply.
Ключевые слова: качество воды, водные экосистемы, самоочищение воды, загрязнение;
загрязняющие вещества, поллютанты, ксенобиотики, синтетические химические вещества,
биотестирование, экологическая опасность, инновации, экологическая безопасность, источники
водоснабжения, устойчивое использование, водные ресурсы, ресурсы пресной воды, морские,
поверхностные водные экосистемы, новая концепция, экзометаболизм, биотрансформации,
биодеградация, разложение, водоемы, водотоки, хеморегуляторы, макросимбиотические
системы, биогенная миграция элементов, научное открытие № 274, антропогенное воздействие,
экология, геохимия, репарация, поверхностно-активные вещества, ПАВ, детергенты, моющие
средства, фильтраторы, биоконтроль, самоочистительный потенциал экосистемы,
фитотехнология, фиторемедиация, экобиотехнология.
Key words: Water quality, aquatic ecosystems, water self-purification, pollution; pollutants,
xenobiotics, synthetic chemicals, bioassays, biotesting, ecological hazards, innovations, environmental
safety, sources of water supply, sustainable use, aquatic resources, freshwater, marine, surface aquatic
ecosystems, new concept of exometabolism, pollutants, biotransformation, biodegradation, destruction,
water bodies, streams, chemoregulators, macrosymbiotic system, biogenic migration of elements,
scientific discovery No. 274, anthropogenic impact, ecology, geochemistry, repair, biomachinery,
surfactants, tensides, detergents, filter-feeders, biocontrol, self-purification potential of ecosystems,
phytotechnology, phytoremediation, ecobiotechnology.
7