Лекция № 10 Биологический и медико

Экологический мониторинг
Лекция № 10
Биологический и медикоэкологический мониторинг
Лектор:
Таловская
Анна Валерьевна
к.г.-м.н., доцент
каф. ГЭГХ ИПР ТПУ
План лекции
1.
2.
3.
4.
Общие понятия о биомониторинге.
Организация
мониторинга
растительности.
Организация
мониторинга
животного мира.
Медико-экологический и медикобиологический мониторинг.
Лектор: Таловская А.В.
2
1. Общие понятия о
биомониторинге
Лектор: Таловская А.В.
3
Под биологическим мониторингом понимают
систему слежения за состоянием окружающей
среды с помощью биологических объектов.
Биологический
контроль
окружающей среды
Биоиндикация
Биотестирование
Лектор: Таловская А.В.
Марченко, 1999
Биогеохимические
исследования
4
Биотестеры
животные
растения
микроорганизмы
Лишайники
Орган исполнительной власти по
вопросам охоты, воспроизводству
охотничье-промысловых и водных
биологических ресурсов
Министерство природных ресурсов
Российской Федерации и /или
Уполномоченный орган по охране
окружающей среды и экологии субъекта
Российской Федерации
Сведения об охотничье-промысловых
видах, местах их массовых концентрации
и миграций, о типах существующих
угодий
Объекты, внесенные в Красную книгу
Российской Федерации
Лектор: Таловская А.В.
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
Лектор: Таловская А.В.
Марченко, 1999
6
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.
Лектор: Таловская А.В.
7
Биотестирование на простейших
Рачок Daphnia magna
Straus (самец)
Рис. Строение Daphnia magna Straus: а – самка: 1
2 – сложный глаз; 3 – антеннула, 4 – грудные
яичник, 6 – створки панциря, 7 – каудальные
постабдомен, 9 – хвостовые щетинки, 10 –
камера, 11 – сердце, 12 – кишечник, 13 – п
выросты: б – самец; в – внешний вид эффипиума
Инфузория туфелька
(Paramecium caudatum)
Лектор: Таловская А.В.
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
№
кюветы
контроль
ОАО «Манотомь»
ОАО «Томский
электроламповый
завод»
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.В.
Среднее
значение по
3
измерениям
Индекс
токсичности
Степень
токсичности
95,6
23,4
0,75
высокая
74,9
0,22
допустимая
9
2. Организация
мониторинга
растительности
Лектор: Таловская А.В.
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,
характерный
для
данной территории.
Лектор: Таловская А.В.
11
Тест-объекты:
2-5 преобладающих
видов (каждый вид – 1 проба),
и занесенные в Красную книгу
многолетние
травянистые
кустарниковые
древесные
лишайники
Периодичность проведения мониторинга -1 раз в 3-5 лет.
Лектор:
Таловская
А.В. в Красную книгу Российской Федерации и исключенных
12
Об утверждении перечней (списков) объектов растительного
мира,
занесенных
из
Красной книги Российской Федерации (по состоянию на 1 июня 2005 года). Министерство природных ресурсов РФ. Приказ № 289, от 25
октября 2005 г. – 36 с.
Биоиндикационные исследования
видовой состав и изменчивость внешнего
облика растений
Полевой этап
Рекогносцировочные обследования
(учитывать тип ландшафта)
Ключевые участки (размер пробных
площадок варьирует от 1 до 100 м2.)
Маршрутные ходы
Лектор: Таловская А.В.
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)
С одного вида дерева
отбирают по 25-30 листьев
в
каждом
пункте
наблюдения.
Время
отбора
–
остановка вегетационного
роста
растений
(конец
августа-начало сентября).
Лектор: Таловская 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: Таловская А.В.
15
http://www.dnipro-gef.net/first_stage-ru/obzor-programmy
Наиболее
благоприятные
участки обозначены зеленым
цветом
имеющие отклонение
– оттенками желтого в
зависимости
от
степени отклонения.
Лектор: Таловская А.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.
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
В пункте наблюдения
природной окраски (С.Н.Ломаева, 1998)
– 5-10 взрослых
0 – норма (0-10 % хвои)
хвойных деревьев
1 – слабое (10-25 %)
2 – среднее (25-60 %)
3 – сильное (более 60 %).
лихеноиндикация
Градация состояния лихенофлоры, благодаря
которой можно определить чистоту
воздушной среды на определенной
территории по кол-ву встречаемых
лишайноков
1. Нормальная зона.
Лектор: Таловская А.В.
17
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.
Время
отбора
определенная
фаза
фенологического
развития
растений
Лектор: Таловская А.В.
18
Вид растения травянистый
Хвостохранилище
На
пробной
площадке
скашивается
наземная
часть
травы
для
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.
Лектор: Таловская А.В.
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 кустарников
Лектор: Таловская А.В.
20
Пробы отбираются не ранее чем через 3 дня после
выпадения атмосферных осадков
Для
отбора
проб
используются:
-ножи;
-садовые ножницы;
-сучкорезы.
Масса
биогеохимической
пробы составляет 100-200 г
сырого вещества.
Пробу растений маркируют, указывая номер пробы, номер
хвоя
основного разреза и профиля.
Лектор: Таловская А.В.
Фото Ялалтдиновой А.Р.
21
Камеральный этап
Электрические
печи,
фарфоровые
металлические
тигли
и
Спектрально чистые
концентрированные
кислоты
для
определения
летучих
компонентов
Таловскаяпроб
А.В.
Схема обработки Лектор:
и изучения
растительности
22
Оптимальные режимы озоления
растений (Алексеенко, 2000)
Исследуемый
материал
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
Примечание: *- герметизация печи в период набора температуры
Лектор: Таловская А.В.
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)
Лектор: Таловская А.В.
Литусова, 2010 г.
26
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
Лектор: Таловская А.В.
Литусова, 2010 г.
27
3. Организация мониторинга
животного мира
Лектор: Таловская А.В.
28
Мониторинг объектов животного мира – систем наблюдений
за распространением, численностью, физическим состоянием
объектов животного мира, структурой, качеством и площадью
среды их обитания (ФЗ «О животном мире»)
отнесенные к объектам охоты;
Методическое руководство по учету
численности охотничьих животных в
лесном фонде РФ. М, 1997
объекты рыболовства;
виды, занесенные в Красную
книгу РФ;
вредители леса;
Изучаемые
объекты
животного мира
опасные для здоровья человека
среда обитания
Лектор: Таловская А.В.
29
Содержание
работ
Учет
млекопитающих
Комплексный
учет птиц
Учет пресмыкающихся
и земноводных
Лектор: Таловская А.В.
Обследование
акватории и
специальный
ихтиологический
мониторинг
(отряд карповых, лещи,
карась серебристый, плотва )
30
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.
Лектор: Таловская А.В.
31
Обязательно должно детально
быть изучено 20-30 %
территории
Методики проведения мониторинга
Прямые наблюдения (поиск как самих животных, следовотпечатков и следов их жизнедеятельности) на всех типах
ландшафтов
Маршрутные учеты
С использованием авиатранспорта
Анкетный опрос
Лектор: Таловская А.В.
32
4. Медико-экологический и
медико-биологический
мониторинг
Лектор: Таловская А.В.
33
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
Лектор: Заболевания
Таловская А.В. лёгких — от астмы до рака
По данным европейского отделения ВОЗ
34
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. –
Лектор: Таловская А.В.
35
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
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
Очень высокий/
Чрезвычайно
опасный
64-128
Более 256
Лектор: Таловская А.В.
36
Медико-биологический
мониторинг
исследования биосубстратов человека
волосы
ногти
Долговременная среда
кровь
Кратковременная среда
Лектор: Таловская А.В.
Фото Н.В. Барановской
урина
37
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.
Лектор: Таловская А.В.
38
Специфичными элементами в составе волос детей, проживающих в Томском
районе, являются U, Th, Sb, Br, Eu, Yb
Томский район
Na
Th *
Hg
Au
Ta *
U*
Ca
6
4
Sc
Cr
Fe
Co
Hf *
2
Zn
Lu *
0
As *
Yb *
Se
Tb
Eu *
Sm *
Ce *
Br
La Ba *
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
Лектор: Таловская А.В.
(Барановская, 2003, Наркович, 2012)
39