Напечатано: С.А.Остроумов. Новые факты о биотическом самоочищении воды и

Напечатано: С.А.Остроумов. Новые факты о биотическом самоочищении воды и
нормирование нагрузок токсикантов на водные системы // Биогеохимия техногенеза и
современные проблемы геохимической экологии. 2015. Т.2. С.8-10.
S.A.Ostroumov. New facts on biotic self-purification of water and regulation of loads of
toxicants on water systems. Biogeochemistry of Technogenesis and Contemporary Issues of
Geochemical Ecology. 2015. Vol.2. P. 8-10.
УДК 574.6:574.635:602.7:626.80
Новые факты о биотическом самоочищении воды и нормирование нагрузок
токсикантов на водные системы
С.А.Остроумов
New facts on biotic self-purification of water and regulation of loads of toxicants on water
systems
S.A.Ostroumov
МГУ им. М.В.Ломоносова, биологический факультет, Москва 119991, Российская
Федерация. 9-495- 939-22-60;
Аннотация.
Ранее автор разработал теорию мультифункциональной роли водных организмов в
улучшении качества воды и ее самоочищении. Эта теория подчеркнула роль
биологических факторов и процессов в улучшении качества воды, и предсказала,
что будут обнаружены новые факты об этом. Действительно, недавно были
получены новые данные – например, о биосорбции экотоксикантов, что ведет к
очищению водной среды. Кроме того, были получены новые данные о
положительной роли водной растительности в очистке воды. Для использования
водных растений в фитотехнологии для улучшения качества воды, необходимо
определить приемлемые нагрузки химических загрязнителей на водные системы с
водными растениями. Краткий анализ наших последних работ в этом направлении
представлен в данной публикации.
Abstract.
Previously, the author developed a qualitative theory of multifunctional role of aquatic
organisms in improving water quality and water self-purification. This theory underlined
the role of a diversity of biological factors and processes in improving water quality, and
predicted that new facts on these lines of research will be discovered. Recently new facts
on the role of biosorption of ecotoxicants were found. Also, new data on the positive role
of aquatic vegetation in water purification were obtained. To use the aquatic macrophytes
in phytotechnology to improve water quality, it is necessary to determine the acceptable
loads of chemical pollutants on the water systems with aquatic plants. A concise analysis
of our recent works in this direction is presented in this publication.
В цикле статей разработана теория самоочищения воды под воздействием
обитающих в воде организмов (например [1,2]).
Частью этой теории является идентификация, упорядочение и сведение в единый
список основных процессов и факторов, ведущих к самоочищению воды. Этот список
насчитывает более 20 позиций. Среди них, в ряду прочих, сорбция организмами и
1
донными осадками загрязняющих веществ. Этот пункт теории получил новые
подтверждения в экспериментальных работах автора и других исследователей. Подробнее
о сорбции токсичных химических элементов биомассой и биогенными материалами,
включая детрит и органическое вещество донных осадков – см. публикации этого
научного форума [3, 4].
Указанная теория самоочищения воды четко обозначает роль многих групп
организмов, в том числе водных растений. Фактически эта теория предсказывает
появление новых данных о роли водных растений в очищении водной среды и улучшении
качества воды. После формирования этой теории были получены новые факты в этом
направлении. Отметим некоторые из них.
Установлены новые факты о снижении концентрации тяжелых металлов в воде под
воздействием водных растений [5-7 ].
Установлены также факты снижения содержания в воде синтетических
поверхностно-активных веществ (ПАВ) , вызванное водными макрофитами [8-9].
Позитивная роль водных растений в очищении воды подчеркивает перспективность
фитотехнологий при решении практических задач улучшения качества воды.
Использование фитотехнологий на практике ставит задачу разработки удобной методики
для определения допустимой нагрузки эктотоксикантов на водную систему с
макрофитами. Ранее эта задача не была решена. С целью решения этой проблемы был
разработан новый (и в данный момент времени единственный) метод определения
нагрузок экотоксикантов на водные растения [10-17].
В рамках последнего направления исследований были установлены новые факты о
диапазоне толерантности водных растений для загрязняющих веществ (на примере ПАВ),
что служит вкладом в научные основы инновационной технологии очищения воды с
помощью растений. Использован разработанный авторами новый метод рекуррентных
добавок ксенобиотиков для изучения диапазона устойчивости растений, потенциально
перспективных для фиторемедиации загрязненных водных систем. Метод апробирован на
пяти видах водных макрофитов (Elodea canadensis Michx., Potamogeton crispus L., Najas
guadelupensis L., Fontinalis antipyretica L., макрофите OST-1). В микрокосмы с этими
растениями добавляли додецилсульфат натрия (ДСН) и синтетическое моющее средство
(СМС) «Аист-Универсал» [12]. В условиях проведенных опытов максимальная нагрузка
ДСН для макрофита OST-1 составляла 460,0 мг/л, при этом время инкубации составляло
213 суток. Максимальная допустимая нагрузка СМС для этого макрофита – 1687,5 мг/л,
при инкубации в течение 314 суток. Количественные характеристики допустимой
нагрузки этого вещества были установлены и для других вышеназванных видов водных
растений [12].
Синтетические моющие средства содержатся в муниципальных и иных сточных
водах, что делает необходимым разработку нормативов на допустимое содержание этих
веществ в загрязненных водах в случае их поступления на технические устройства для
очищения воды с использованием фитотехнологии. Полученные в наших работах факты
будут полезны для разработки таких нормативов.
Предложенная нами методика определения допустимых нагрузок загрязняющих
воду веществ при использовании фитотехнологии очищения воды могут быть
примененены для многих видов химических поллютантов, загрязняющих водную среду.
Благодарность. Автор благодарит С.В.Котелевцева и других коллег за обсуждение,
Т.В.Шестакову, Е.А.Соломонову, Е.В. Лазареву и других соавторов за участие в ряде
опытов, описанных в цитируемых публикациях.
Литература
1. Остроумов С. А. О биотическом самоочищении водных экосистем. Элементы
теории // Доклады академии наук (ДАН). 2004. т. 396. № С. 136-141.
2
2. Ostroumov S.A. Polyfunctional role of biodiversity in processes leading to water
purification: current conceptualizations and concluding remarks.- Hydrobiologia, 2002, 469:
203-204.
Available from:
https://www.researchgate.net/publication/200582742_Polyfunctional_role_of_biodiversity_in_pr
ocesses_leading_to_water_purification_current_conceptualizations_and_concluding_remarks
[accessed Jun 19, 2015].
3. Остроумов С. А. Новые экспериментальные данные о взаимодействии химических
элементов с образцами биогенного материала // Биогеохимия техногенеза и современные
проблемы геохимической экологии. 2015. Т. 1 , с. 124-126.
4. Остроумов С. А. Детализация концепций В.И.Вернадского о роли живого
вещества в биогеохимии биосферы// Биогеохимия техногенеза и современные проблемы
геохимической экологии. 2015. Т. 1, с. 30-32.
5. Ostroumov S. A., Shestakova T. V. Decreasing the measurable concentrations of Cu,
Zn, Cd, and Pb in the water of the experimental systems containing Ceratophyllum demersum :
The phytoremediation potential // Doklady Biological Sciences. 2009, Volume 428, No. 1, pp
444-447.
6. Остроумов С.А., Котелевцев С.В., Шестакова Т.В., Колотилова Н.Н., Поклонов
В.А., Соломонова Е.А. Новое о фиторемедиационном потенциале: ускорение снижения
концентраций тяжелых металлов (Pb, Cd, Zn, Cu) в воде в присутствии элодеи //
Экологическая химия, 2009. том 18, № 2, с. 111-119.
7. Остроумов С.А., Шестакова Т.В., Котелевцев С.В., Соломонова Е.А., Головня
Е.Г., Поклонов В.А. Присутствие макрофитов в водной системе ускоряет снижение
концентраций меди, свинца и других тяжелых металлов в воде // Водное хозяйство
России, 2009. № 2, с. 58-67.
8. Lazareva E. V., Ostroumov S. A. Accelerated decrease in surfactant concentration in the
water of a microcosm in the presence of plants: innovations for phytotechnology. - Doklady
Biological Sciences, 2009, Vol. 425, pp. 180–182. DOI:10.1134/S0012496609020276 ;
Available from:
https://www.researchgate.net/publication/225149600_Accelerated_decrease_in_surfactant_conc
entration_in_the_water_of_a_microcosm_in_the_presence_of_plants_Innovations_for_phytotec
hnology [accessed Jun 19, 2015].
9. Остроумов С.А., Лазарева Е.В., Соломонова Е.А. Влияние макрофитов на
поверхностное натяжение воды, содержащей додецилсульфат натрия: поиск
фитотехнологий очищения воды // Экологическая химия, 2009. том 18, № 1, с. 41-45
10. Соломонова Е.А., Остроумов С.А. Оценка допустимых нагрузок загрязняющих
веществ на макрофиты в водной среде с использованием метода рекуррентных добавок //
Водное хозяйство России, 2014. № 2, с. 88-101
11. Остроумов С.А., Соломонова Е.А. К разработке научных основ фиторемедиации
и фитоочищения вод: новый метод определения допустимых нагрузок загрязняющих
веществ на систему с макрофитами // Проблемы биогеохимии и геохимической экологии,
2012. № 1 (18), с. 27-36.
12. Остроумов С.А., Соломонова Е.А. Взаимодействие загрязняющих воду веществ с
макрофитами: метод определения допустимых нагрузок // Вода: химия и экология, 2012
№ 10, с. 53-60.
13. Остроумов С.А., Соломонова Е.А. Исследование взаимодействия
додецилсульфата натрия с водными макрофитами в экспериментальных условиях //
Токсикологический вестник, 2008. № 4, с. 21-26.
14. Остроумов С.А., Соломонова Е.А. 2006 Изучение толерантности макрофита
Najas sp. при воздействии додецилсульфата натрия в условиях рекуррентных добавок в
течение периода времени более двух месяцев // Ecological Studies, Hazards, Solutions, том
11, с. 86-87.
3
15. Остроумов С.А., Соломонова Е.А. Изучение фиторемедиационного потенциала
водных растений // Экология окружающей среды и безопасность жизнедеятельности,
2006, том 6, с. 63-68.
16. Остроумов С.А., Соломонова Е.А. К разработке гидробиологических вопросов
фиторемедиации: взаимодействие трех видов макрофитов с додецилсульфатом натрия //
Вода и экология, 2006, № 3, с. 45-49.
17. Соломонова Е.А., Остроумов С.А. Разработка фитотехнологий снижения
загрязнения водной среды // Ecological Studies, Hazards, Solutions, 2006, том 11, с. 94-99.
18. Остроумов С.А. Гидробионты в самоочищении вод и биогенной миграции
элементов. — Москва, МАКС-Пресс, 2008. 200 с.
19. Остроумов С.А. Биотический механизм самоочищения пресных и морских вод:
элементы теории и приложения. Москва, МАКС-Пресс, 2004. 92 стр.
20. Остроумов С. А. Загрязнение, самоочищение и восстановление водных
экосистем. Москва, МАКС Пресс, 2005. 100 с.
4