Главная страница

Биологические методы исследования водоемов в Фи... Редакция Марья Руоппа и Пертти ХейноненSuome


Скачать 1.09 Mb.
НазваниеРедакция Марья Руоппа и Пертти ХейноненSuome
АнкорБиологические методы исследования водоемов в Фи.
Дата17.05.2018
Размер1.09 Mb.
Формат файлаpdf
Имя файлаBiologicheskie_metody_issledovania_vodoemov_v_Fi.pdf
оригинальный pdf просмотр
ТипДокументы
#40432
страница11 из 12
Каталог
1   ...   4   5   6   7   8   9   10   11   12
О применении методов
Методы, основанные на изучении физиологии рыб, успешно применяются для изучения влияния сброса сточных вод и последствий, вызванных привыканием к действию токсинов. Необходимо, однако, помнить, что выбор параметров для изучения воздействия сточных вод и для исследований водоемов, расположенных в зоне действия промышленных предприятий, не всегда будет одним и тем же. Эти параметры должны определяться всегда отдельно в каждом конкретном случае. В полевых условиях необходимо выбрать такие параметры, на которые метод ловли рыб, отбор проб и особенности воздействия токсина оказывали бы наименьшее влияние. В последние годы все большее внимание уделяется исследованию особенностей размножения и гормонального обмена рыб.
Литература
Owens, J. W. 1991. The hazard assessment of pulp and paper effluents in the aquatic environment: A review.
Environ. Toxicol. Chem. 10: 1522–1540.
Soimasuo, M. 1997. The effects of pulp and paper mill effluents: A biomarker approach. Biological research.
Reports from the university of Jyväskylä no 60.
Tana, J. and Lehtinen, K-J. 1996. The aquatic environmental impact of pulping and bleaching operations
– an overview. The Finnish Environment no 17.
Стандарты
ISO/DIS 23893-1; Water quality – Biochemical and physiological measurements on fish – Part 1: Sampling
of fish, handling and preservation of samples
ISO/DIS 23893-2; Water quality – Biochemical and physiological measurements on fish – Part 2: Determination of
EROD.
4.4
Тесты с использованием нескольких
биологических видов – модельные экосистемы
Юкка Тана, ÅF-CTS Oy (jukka.tana (@)afconsult.com)
4.4.1
Общие сведения
Модели экосистем можно назвать упрощенными копиями естественных экосистем.
Термин «модель экосистемы» (микрокосмос или мезокосмос) используется для обозначения проведения достаточно сложного эксперимента. С одной стороны, моделью экоситемы может быть и простая инкубация в стеклянных бутылках нескольких видов живых организмов. В другом случае модель экосистемы – эксперимент в большом резервуаре, или даже в озере.
Пример модели – опыты в садках, выполняемые в естественных водоемах. Все опыты объединяет стремление исследовать самые сложные взаимодействия, процессы и их одновременное влияние на несколько видов организмов, характерных для различных трофических уровней водоема.

86
Ympäristöopas
Опыты, поставленные на моделях экосистем, позволяют уточнить прогнозы изменений, вызванные сбросом химических соединений и сточных вод.
4.4.2
Лабораторные опыты или микрокосмосы
Микрокосмос – это лабораторная имитация части экосистемы. Его условия (освещение, влажность, поступление воздуха, температура при смешении и т. д.) должны быть таковыми, чтобы система могла существовать самостоятельно и повторять баланс соответствующей природной системы.
Модели и размеры микрокосмосов могут существенно варьироваться. Маленькие, созданные для работы в лаборатории микрокосмосы играют важную роль в проведении экотоксикологических исследований. Они просты с экологической точки зрения, миниатюрны по физическим параметрам, но могут быть повторены, и их условия можно стандартизировать. Для них характерна простая конструкция, а также малое количество биотических и абиотических факторов. Они практически являются самостоятельными экосистемами, а не моделями природных экосистем. С их помощью можно изучать свойства некоторых химических соединений для оценки особенностей в реальной, естественной среде. Однако с их помощью нельзя прогнозировать развитие событий в более крупных экосистемах, таких как озера, реки и моря.
4.4.3
Крупные модели экосистем или мезокосмосы
Наряду с биотестами крупные экосистемы, точно воссоздающие природные условия, создают основу для изучения влияния сточных вод и химических соединений. Методы хорошо подходят для изучения химического влияния токсинов, влияющих на окружающую среду. Также можно исследовать изменения и миграцию / перемещение веществ, выделять ключевые моменты и слабые звенья в функционировании экосистемы. С помощью опытов на мезокосмосах можно анализировать изменения, происходящие на уровне популяций. Также можно проследить другие важные особенности и параметры, как, например, энергетические потоки и трансформации питательных веществ. Результаты исследований можно применять для уточнения прогнозов, сделанных на основании расчетов по другим моделям. Преимуществом максимально точно выстроенной модели экосистемы (мезокосмоса) является то, что она достоверно отражает все процессы в имитируемой им экосистеме.
В Финляндии модели экосистем применяются для изучения влияния химических соединений и сточных вод промышленных предприятий на состояние окружающей среды.
Литература
Luotola, M. 1984. Behaviour and effects of some xenobiotics as studied in laboratory model ecosystems,
Jyväskylän yliopiston biologian laitoksen tiedonantoja 37. 84 pp.
Landner, L., Blanck, H., Heyman, U., Lundgren, A., Notini, M., Rosemarin, A. and Sundelin, B. 1989.
Community testing and mesocosm experiments: Ecotoxicological tools with high ecological realism.
In: Landner, L. (ed.) Chemicals in the aquatic environment. Advanced hazard assessment. Springer
Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, London, Paris, Tokyo, Hongkong. 216–254.

87
Ympäristöopas
Lundgren, A. 1985. Model ecosystems as a tool in freshwater and marine research. Arch. Hydrobiol. Suppl.
70(2): 157–196.
Notini, M., Nagel, B., Hagström, Å. and Grahn, O. 1977. An outdoor model simulating a Baltic Sea littoral
ecosystem. Oikos 28: 2–9.
4.5
...
Измерение токсичности донных отложений
Юсси Кукконен, Университет Йоэнсуу (jussi.kukkonen (@)joensuu.fi)
4.5.1
Общие сведения
Донные отложения озер и рек могут содержать большое количество посторонних примесей, источниками которых являются выбросы и сбросы предприятий. Ниже приводятся некоторые методы тестирования уровня токсичности донных отложений.
Методы во многом основаны на выпущенных Американской ассоциацией по тестам и материалам ASTM (American Society for Testing and Materials -АСТМ 1997) и ранее опубликованных результатах исследований.
4.5.2
Отбор проб, хранение, описание и обработка
Отбор проб
Отбор проб, по возможности, следует проводить в аккумуляционной зоне донных отложений
(углубления и т. п.), где скапливаются даже очень мелкие седименты. При отборе проб нужно учитывать расположение источников сброса сточных вод, течение, однородность в распределении донных отложений, а также необходимое количество повторных проб. Также нужно помнить, что донные отложения являются трехмерным пространственным объектом.
Поэтому выделение загрязнителей или примесей также должно быть трехмерным. Например, самое высокое содержание токсинов может находиться на глубине нескольких десятков сантиметров. Если исследователь не располагает этими данными заранее, то имеет смысл выяснить эти обстоятельства до отбора проб.
Отбор проб и их транспортировка в лабораторию дожны проводиться с максимальной осторожностью для того, чтобы не повредить структуру пробы. Отбор проб можно производить различными пробоотборниками, каждый из них обладает своими преимуществами и недостатками. Чаще всего используется пробоотборник типа «Каяк» или ковшеобразные пробоотборники Экмана. Преимуществом трубчатого пробоотборника является то, что с его помощью удается поднять непотревоженную колонку донных отложений, которая дает возможность изучения распределения веществ по вертикали, позволяет исследовать взаимосвязи между донными отложениями и пористыми водами.

88
Ympäristöopas
Недостатком считается получение слишком малого, недостаточного для проведения анализа на токсичность количества донного вещества, и то, что пробоотборник можно использовать в местах только с относительно мягким дном. Хорошей стороной ковшеобразного пробоотборника считается большое количество пробы и пригодность для использования на самых разных типах дна. Отрицательными моментами являются нарушение слойности, стратификации донных отложений и потеря, как правило, самых мелких частиц. Также возможно смешение пористых вод (растворов) донных отложений с водой водоема. Чаще всего для проведения опытов на токсичность выполняют 3–5 отборов проб, поднятых с одного участка. Пробы объединяют в одну. Плюсом такого метода можно считать то, что получают достаточно большое количество веществ и соответственно более достоверную информацию об особенностях дна. В то же время часть информации об особенностях пространственного распределения внутри опытного участка утрачивается.
Для транспортировки пробы должны быть упакованы как можно быстрее. Выбор емкостей для перевозки и хранения определяется рядом факторов. Невозможно дать общей для всех случаев рекомендации. Если объектом исследования являются органические вещества донных отложений, то рекомендуется использовать емкости из темного боросиликатного стекла.
Образцы, содержащие тяжелые металлы, можно упаковать в пластиковую тару. Рекомендуются полиэтиленовые или политетрафторэтиленовые бутылки, если нет уверенности о примерном составе пробы. Необходимо соблюдать особенную осторожность во время подготовки и очистки емкостей и резервуаров для проб. Помещенные в холод (или лед) пробы доставляются в лабораторию в максимально сжатые сроки.
Хранение
Как правило, пробы хранятся в тех же емкостях, куда их поместили при отборе. Хранение образцов всегда изменяет их свойства. До проведения биологического тестирования пробы рекомендуется хранить в темном и холодном месте (–2–4 °C). Опыты следует выполнять как можно скорее после доставки образцов в лабораторию, самое позднее – через две недели. Для выполнения химического анализа пробу можно заморозить, хотя некоторые исследователи советуют хранить ее в холодной бескислородной среде. В любом случае к анализу следует приступать без промедления.
Характеристика
Необходимо выполнить анализ физико-химических свойств образца донных отложений, взятого для проведения теста на токсичность. Минимальный список параметров должен включать в себя
– сухой вес, остаток после прокаливания, содержание органического углерода и размеры частиц/ гранулометрическая кривая. Донные отложения – весьма неоднородное вещество (матрица), поэтому анализ следует выполнять токсикологическими тестами отдельно для каждой пробы, а также используя параллельные пробы. Смешивать пробы нельзя. Кроме того, в зависимости от целей исследований и для подтверждения качества результатов рекомендуется определять рН воды в поровых растворах, концентрации растворимого в воде органического вещества и содержание аммония.

89
Ympäristöopas
Обработка
Для проведения лабораторных испытаний пробы донных отложений необходимо обработать, чтобы они были гомогенны. Следует, однако, помнить, что любая обработка может привести к изменению свойств донных отложений, нарушает баланс между веществами-загрязнителями, пористыми растворами и другими частицами. Нарушается и доступность (пригодность в процессе потребления) загрязнителей с биологической точки зрения. Поэтому обработка и подготовка проб должны быть минимальны, обоснованы с точки зрения последующего анализа и, кроме того, подробно описаны в отчете.
Обработка проб донных отложений может включать в себя следующие этапы:
1) перемешивание, 2) просеивание, 3) добавка известного вещества (шифровка), 4) разведение чистым седиментом для проверки связи «доза–реакция», 5) удаление пористых растворов, 6) элутриатическая подготовка.
В следующих изданиях серии АСТМ можно найти более подробные описания тестов на токсичность донных отложений:
- планирование опыта (АСТМ Е1525);
- биоаккумуляция примесей малощетинковыми червями (АСТМ Е1688);
- тест на токсичность донных отложений с использованием бентоса (АСТМ Е1706).
4.5.3
Другие рекомендации по проведению тестов
ASTM 1997: Annual Book of ASTM Standards, Section 11: Water and Environmental Technol-ogy, vol
11.05: Biological Effects and Environmental Fate, Biotechnology, Pesticides / Биологические эффекты и состояние окружающей среды; Биотехнология, Пестициды.
Environment Canada, Environmental Protection Series, Report EPS 1/RM/29, 1994. Guidance do-cument on collection and preparation of sediments for physicochemical characterization and biolo- gical testing/ Руководство по отбору проб и подготовки донных отложений для проведения физико-химических анализов и биологических тестов.
Environment Canada, Environmental Protection Series, Report EPS 1/RM/30,1995. Guidance do- cument on measurement of toxicity test precision using control sediments spiked with a reference toxi- cant / Руководство по выполнению тестов на токсичность донных отложений с использованием сравнительных образцов с шифрованными токсинами.
Environment Canada, Environmental protection series, EPS 1/RM/32,1997. Biological test method:
Test for survival and growth in sediment using the larvae of freshwater midges (Chironomus ten-tans or
Chironomus riparius) / Метод биологического теста: Тест для донных отложений с использованием параметров роста и выживания личинок комара (Chironomus tentans или Chironomus riparius).
Environment Canada, Environmental Protection Series, EPS 1/RM/33,1997. Biological test method:
Test for survival and growth in sediment using the freshwater amphipod Hyalella azteca.
Environment Canada, Environmental protection Series, EPS 1/RM/35, 1998. Biological test me- thod: Reference method for determining acute lethality of sediment to marine or estuerine amphi-pods /
Метод биологического теста: Сравнительный метод определения быстрой смертности амфипод в донных отложениях морей и эстуариев.

90
Ympäristöopas
Биоаккумулирование
5.1
Общие сведения
Самые опасные токсины, обнаруживаемые в окружающей среде, являются очень стойкими соединениями. Они способны копиться в питательных цепочках. Восприимчивость / чувствительность к воздействию химических соединений можно оценить, выполняя анализы содержания накопившихся в водных организмах токсинов, либо в отобранных в природе пробах, либо выполняя специальные лабораторные исследования. Существуют методы оценок и на основе расчетов по моделям. Процесс накопления можно исследовать и опытным путем с помощью определенных тестов. Межвидовые различия и особенности накопления токсинов довольно значительные, что затрудняет получение достоверных выводов о возможном увеличении концентраций химических веществ и соединений в окружающей среде. Определение концентраций токсинов в тканях животных, находящихся на вершине цепочки питания, позволяет выявить наиболее опасные для окружающей среды соединения.
5.2
Тест на биоаккумулирование
Тарья Накари, Институт окружающей среды Финляндии (tarja.nakari@ymparisto.fi)
Накопление, увеличение концентраций химических веществ в живых организмах играет важную роль в сложных процессах приспособления к токсину и воздействия токсина на организм. В результате накопления содержание ядовитых веществ в живых организмах постепенно растет, что приводит к хроническому или субхроническому влиянию. Принято считать, что сама по себе возможность хронического влияния / воздействия позволяет отнести накопление к негативному свойству исследуемого вещества, хотя нанесенный им вред никак не проявляется. Между накоплением веществ и токсичностью все-таки нет прямой связи.
Вещества могут накапливаться в организмах в силу своих физико-химических свойств и/или через цепочки питания. Склонные к аккумуляции вещества обычно медленно распадаются, растворяются в жирах и являются хорошо абсорбирующимися соединениями. В силу этих особенностей даже незначительные выбросы или сбросы отдельных веществ могут принести заметный ущерб в результате накопления веществ.
5

91
Ympäristöopas
зависимости от физико-химических свойств вещества, особенно от его растворяемости в жире и воде, говорят о его потенциале в процессе накопления, отражающем способность вещества накапливаться в организме, в определенных органах или в тканях.
Наиболее достоверным методом определения склонности к накоплению являются тесты на рыбах. С их помощью определяют фактор биологического увеличения концентрации вещества, перешедшего из воды в ткани рыб (BCF = bioconcentration factor), отражающий связь между концентрациями вещества в воде и в тканях рыб. OECD – Организация по сотрудничеству и развитию в Европе разработала рекомендации по проведению теста, который уже стал достаточно постоянным. Кроме того, тестом на увеличение концентраций можно считать и транслокационный тест ЕРА (Американское Агентство по охране окружающей среды), который позволяет определить, в какой части рыбы происходит накопление токсичного вещества. Это, как правило, жирные ткани рыб. Накопление токсинов можно измерить и на других водных организмах, из которых наиболее употребимыми являются двустворчатые моллюски.
Стандарты
OECD GL 305, 1996. Bioconcentration: Flow-trough Fish test.
EPA, Federal Environmental Agency, Draft, July, 1992, Bioaccumulation.
5.3
Коэффициент деления октанол / вода
Тарья Накари, Институт окружающей среды Финляндии (tarja.nakari@ymparisto.fi)
Аккумуляция неполярных химических соединений в организмах тем выше, чем лучше вещество растворяется в жирах и чем меньше его растворимость в воде. Поэтому и были разработаны модели и уравнения корреляции, позволяющие сделать хороший количественный анализ о предполагаемом потенциале накопления в рамках определенных условий и ограничений. Возможный потенциал накопления химического вещества можно вычислить с помощью коэффициента: n-октанол вещества / вода (Kow , log Kow = log Pow) или через растворимость вещества в воде.
Дело в том, что вещество накапливается в организме в соответсвии с его липофильными свойствами – чем больше log Pow вещества, тем лучше оно накапливается / концентрируется.
Такая однозначная оценка, тем не менее, характерна не для всех веществ. В общих чертах можно сказать, что у вещества, log Pow которого меньше 2,7, нет потенциала (для) накопления. С другой стороны, вещество, log Pow которого находится между 2,7 и 6,0, считается концентрируемым и оказывающим влияние на окружающую среду. Если log Pow вещества больше 6,0, то корреляция между log Pow вещества и накоплением уже не является линейной. Такое липофильное вещество накапливается меньше, чем можно было бы предположить.
Коэффициент «октанол/вода» значительно изменяется в зависимости от рН вещества.
Диссоциация кислоты влияет на определение коэффициента, так что достоверность полученных результатов может ухудшаться. На практике следует относиться критически к вычисленному потенциалу накопления, так как он не всегда численно соответствует реальным условиям.

92
Ympäristöopas
Поэтому до выполнения собственно опытов для изучения накопления вещества необходимо получить максимум предварительных материалов о его свойствах.
Стандарты
OECD GL 107, 1995. Partition Coefficient (n-octanol/water): Shake Flask Method.
5.4
Метод выращивания двустворчатых
моллюсков в садках
Сирпа Херве, Центр окружающей среды Центральной Финляндии
(sirpa.herve@ymparisto.fi)
5.4.1
Общие сведения
Определение органических соединений, находящихся в воде в малых и быстроизменяющихся концентрациях, напрямую с помощью химических анализов воды практически невозможно. В лучшем случае достоверную картину можно получить лишь в сильно загрязненном водоеме, либо вблизи промышленных выбросов, и только после проведения большого количества параллельных опытов. Поэтому по экономическим причинам использование химических методов анализа просто невозможно
Для определения хлорорганических соединений разработан специальный метод, основанный на биоаккумуляции – метод инкубирования двустворчатых моллюсков. Принцип следующий: моллюски из чистых водоемов инкубируются в изучаемом водоеме в специальных садках- корзинах в контролируемых условиях – в поверхностном слое воды, вне пределов влияния донных отложений для того, чтобы моллюски получали питательные вещества только из проточной воды.
Отметим, что моллюски оказались крайне выносливыми подопытными организмами. Даже в сильно загрязненных водоемах за четыре недели инкубирования обычно погибает всего несколько моллюсков.
5.4.2
Отбор моллюсков для опытов
Моллюски (Anodonta piscinalis) отбирают из чистых водоемов и доставляют в лабораторию в воде, отбираемой там же. Перед помещением в аквариум моллюски моются сначала в воде, в которой транспортирвались, а потом – в дистиллированной и деионизированной воде (< 15 °C), пока с их поверхности не сойдет вся грязь или другие приставшие материалы. После этого моллюски переносятся в большие аквариумы с водой из поверхностного слоя чистого озера.

93
Ympäristöopas
5.4.3
Очистка аквариума и уход за моллюсками в лаборатории
Для достижения моллюсками требуемой чистоты их содержат в течение 2–3 недель в аквариуме, в комнате с регулируемой температурой + 15 °C. В этот период можно удалить всех слабых моллюсков из числа тех, что будут использованы в период опыта.
Перед помещением моллюсков лабораторные аквариумы необходимо тщательно вымыть.
Они опусташаются и моются сначала деионизированной водой губкой, использующейся только для этих целей. Затем аквариумы ополаскиваются несколько раз деионизированной водой, между ополаскиваниями насухо вытираются. И, наконец, аквариумы опрыскивают из бутылочки с этанолом, после чего им дают высохнуть.
Аквариумные фильтры разбираются, их части моют щеткой теплой водопроводной водой.
Затем фильтр ополаскивают деионизированной водой и собирают. Стекла, закрывающие аквариум сверху, также моют щеткой и синтетическим средством для мытья в теплой водопроводной воде. Затем стекла ополаскивают деионизированной водой и оставляют для высыхания.
Аквариумный песок промывают небольшими порциями сначала теплой водопроводной водой, затем горячей водопроводной водой и, наконец, деионизированной водой не менее трех раз. Камни-аэраторы полощут сначала горячей водопроводной водой, затем этанолом и несколько раз – деионизированной водой. Затем аэраторы соединительными шлангами крепятся к компрессору. В чистые аквариумы засыпается вымытый песок и наливается деионизированная вода. Фильтры и вентиляторы монтируются в аквариуме и включаются.
Аквариумы накрываются стеклом, включается освещение.
Измеряется общее содержание фосфора в аквариуме. Добавляется питательный раствор теста AGP так, чтобы общее содержание фосфора в воде было < 50 µg/L и содержание кислорода
> 80%. После этого аквариумам дают отстояться в течение нескольких дней. Затем в аквариумах определяют рН, электропроводимость, содержание O2, NH4-N, общего фосфора, общего азота и хлорофилла «а». Если все показатели находятся на уровне обычного, чистого водоема, то аквариумы готовы к помещению моллюсков.
Моллюски инкубируются в аквариумах в соответствии с графиком каждого конкретного опыта. В аквариумной воде определяется рН, электропроводимость, содержание O2, NH4-N и общего фосфора. Во время инкубирования уровень рН воды не должен опускаться ниже 6,5, а содержание кислорода – ниже 80%. Если рН воды < 6,5, то часть аквариумной воды заменяется новой, деионизированной, а если содержание кислорода падает ниже 80% - усиливают аэрацию.
Если содержание кислорода поднимется выше 100%, то вентиляцию отключают до тех пор, пока кислорода не станет меньше 100%.
Общее освещение в лаборатории и свет в аквариуме включают утром и выключают в конце рабочего дня. При необходимости в аквариуме можно установить таймер для ругелирования освещения. Состояние моллюсков проверяется ежедневно по утрам. Умерших моллюсков убирают, а слабых – помещаютв отдельный аквариум. Количество моллюсков регулярно фиксирует.

94
Ympäristöopas
5.4.4
Полевой этап в разведении моллюсков
Моллюсков следует максимально быстро перевезти в исследуемый водоем (в течение суток). Для этого используют пластмассовые тазы с аквариумной водой, которые предварительно тщательно промывают азотной кислотой (10%) и ополаскивают деионизированной водой. Температуру воды во время транспортировки нужно поддерживать неизменной с помощью пакетов со льдом. Для предупреждения контаминации в пакетах для льда должна использоваться дистиллированная, деионизированная вода (водопроводную воду нельзя использовать ни в коем случае).
В водоеме моллюски инкубируются в пластмассовых корзинах ровно четыре недели. На одном месте инкубации моллюсков должно быть 16. Инкубирование проводится вне зоны влияния берега в продуктивном поверхностном слое на глубине 1 метр. Таким образом, получают достоверную картину о поступлении хлорорганических соединений за время инкубирования.
Осевшие на дно загрязнители не влияют на результаты теста. Корзины необходимо прочно прикрепить так, чтобы ветер или возможное течение не сместили бы их во время инкубации.
Ровно через четыре недели корзины с моллюсками поднимают из воды. Образовавшийся на них налет осторожно смывается водой на месте инкубирования, моллюски здесь же заворачивают по одному в алюминиевую фольгу. Моллюски с одного места инкубирования упаковываются в один пластиковый пакет, внутрь которого вкладывается лист бумаги с указанием места инкубирования, даты начала и окончания теста, количества живых и погибших моллюсков после окончания опыта. Пустые раковины не упаковываются. Во избежание смешивания образцов на пакете также указываются сведения о месте наблюдения, времени инкубирования и числе моллюсков.
В охлажденных с помощью аккумуляторов холода сумках-холодильниках моллюсков как можно быстрее перевозят с опытного участка в лабораторию, где их замораживают (– 20 °C).
Обработку и анализ проб необходимо выполнить не позднее 6 месяцев.
5.4.5
Анализ моллюсков
Замороженных моллюсков размораживают на промокательной бумаге. Измеряется длина каждой особи, возраст, общий вес (m = m1 + m2), вес раковины, свежий вес мягкой части (m1), вес сухой мягкой части (m3), расчитывают процент сухого веса. Взвешивание проводят с точностью до 0,01 г. Длина раковины измеряется по крайним точкам, а возраст – по годовым кольцам на створках.
Мягкую часть моллюска помещают во взвешенную маркированную стеклянную колбу, взвешивают и вычисляют свежий вес мягкой части. Перед началом анализа образцы следует гомогенизировать. Больших моллюсков измельчают в мелкую муку. Мелкие экземпляры измельчать не нужно, особенно если они целиком помещаются в экстракционную гильзу. В гильзу помещают примерно 10 граммов образца и взвешивают с точностью до 0,01 г.
Для определения процента жиров пробу экстрагируют в растворителе. Выпаренный в небольшой объем экстрагирующий раствор помещают во взвешенную трубку типа «Kimax»
(с точностью до 0,1 грамма). Растворитель выпаривается струей азота до тех пор, пока вес не

95
Ympäristöopas
перестанет изменяться. Процент содержания жира в пробе определяется в отношении к сухой пробе. В пробах жиров определяют некоторые органические соединения.
Полученный из экстракта жир растворяют в гексане, анализ продолжают с использованием газовой хромотографии (ГХ) в соответствии с тем, какие соединения необходимо определить.
Результаты могут быть выражены в соотношении к сырому весу (fw, fresh weight или ww, wet weight), сухому весу (dw, dry weight) или к весу жиров (lw).
Литература
Heinonen, P., Paasivirta, J. and Herve, S. 1986. Periphyton and mussels in monitoring chlorohydrocarbons
and chlorophenols in watercourses. Toxicological and Environmental Chemistry 11: 191–201.
Herve, S. 1991. Mussel incubation method for monitoring organochlorine compounds in freshwater
recipients of pulp and paper industry. Department of Chemistry, University of Jyväskylä, Research
Report No. 36: 1–145.
Herve, S., Heinonen, P., Paukku, R., Knuutila, M., Koistinen, J. and Paasivirta, J. 1988a. Mussel incubation
method for monitoring organochlorine pollutants in watercourses. Four-year application in Finland.
Chemosphere, Vol. 17, No. 10: 1945–1961.
Herve, S., Paasivirta, J. and Heinonen, P. 2000. Orgaanisten klooriyhdisteiden trendit 1984–1998 Suomen
sisävesissä: Simpukkaseurannan tulokset. Trends of the Organic Chlorocompounds 1984–1998 in
the Inland Waters of Finland: Results of the Mussel Monitoring (English Summary). Keski-Suomen
ympäristökeskuksen monistesarja 38. 140 pp.
Herve, S., Paasivirta, J. and Heinonen, P. 2001. Trends of organochlorine compounds in Finnish inland
waters, Results of mussel incubation monitoring 1984–1998. Environmental Science and Pollution
Research, Vol 8, 1/2001: 19–26.
Herve, S., Heinonen, P. and Paasivirta, J. 2002. Survey of organochlorines in Finnish watercourses by caged
mussel method. Resources, Conservation and Recycling. Volume 35, 1-2: 105–115.
Herve, S., Prest, H. F., Heinonen, P., Hyötyläinen, T., Koistinen, J. and Paasivirta, J. 1995. Lipid-filled
Semipermeable Membrane Devices and Mussels as Samplers of Organochlorine Compounds in Lake
Water. ESPR-Environ. Sci. and Pollut. Re-s. 2(1): 24–30.
Källqvist, T. 1973. Algal assay procedure (bottle test) at the Norwegian Institute for Water Research.
In: Algal assays in water pollution research, Proceedings from a Nordic symposium Oslo, 25-26 October
1972. Nordforsk, Secretariat of environmental sciences, Publication 1973:2: 5–17.
Paasivirta, J and Paukku, R. 1989. Use of composited samples to optimize the monitoring of environmental
toxins. Chemosphere, Vol. 19, Nos. 10/11: 1551–1562.
Paasivirta, J., Rantalainen, A-L., Welling, L., Herve, S. and Heinonen P. 1992. Organochlorines as
environmental tainting substances: taste panel study and chemical analyses of incubated mussels.
Wat. Sci. Tech. Vol. 25, No. 2: 105–113.

96
Ympäristöopas
Разложение / деструкция химических соединений в биологических процессах
Юкка Ахтиайнен, Институт окружающей среды Финляндии (jukka.ahtiainen@ymparisto.fi)
6.1
Общие сведения
В принципе, все органические вещества природного происхождения являются разлагаемыми.
В результате эволюции появились микробы, способствующие или выполняющие процесс деструкции или разложения органических веществ (бактерии, грибы и простейшие организмы).
В соединении с абиотическими факторами они способны выполнить переход органических веществ в минеральные, которые будут доступны для нового цикла. Антропогенные органические вещества могут быть инородными для микробов и поэтому биологически неразлагаемыми (или трудноразлагаемыми). Однако со временем микробы вырабатывают способность к разложению новых химических соединений.
Существующие тесты для определения степени деструкции / разлагаемости. Условия этих тестов зачастую являются компромиссом между моделью идеальной среды и современной ситуацией. Заметим, что есть мнение, в соответствии с которым тесты на биологическую деструкцию слишком далеки от реальных условий окружающей среды. Однако тесты позволяют выявить потенциал биоразложения химических соединений в благоприятных условиях среды.
Задача теста – определение сравнительных характеристик деструкции различных химических соединений.
6.1.1
Биологическое разложение
На деструкцию / разложение веществ в биологических процессах в природе оказывают влияние несколько причин и факторов. Среди них следует указать: свойства химических соединений
(полярность, гидрофобность и т. п.), наличие популяции микробов и иных живых организмов, участвующих в биологическом разложении, а также физические и химические условия, особенно взаимовлияние последних.
Если химическое соединение является очень сильным токсином, то его разложение невозможно или проходит очень медленно. Если вещество находится в малой концентрации или его количество непостоянно, например, в случае редких, единичных сбросов в реки или с очистных сооружений, то способность к разложению не сохраняется в «памяти» микробов.
6

97
Ympäristöopas
Различные абсорбирующие свойства химических соединений влияют на биологическую доступность веществ и, следовательно, на их разлагаемость. В процессе очистки сточных вод биологическая доступность химических соединений регулируется биологическими факторами
(активный ил), а в естественной среде, например в почве, физико-химическими факторами. Если какое-нибудь токсичное, но потенциально разлагаемое вещество проходит сквозь насыщенный микробами верхний слой почвы, его разложение в нижних слоях происходит затем очень медленно. С другой стороны, строение и характер почвы (например, глиняные минералы и содержание органического вещества) оказывают значительное влияние на биологическую доступность и разлагаемость веществ. Если какое-нибудь вещество попадает, к примеру, в глинистую почву, то его содержание в начале, в водной фазе земли является высоким, и оно разлагается в процессе жизнедеятельности микробов. Однако молекулы химических веществ довольно быстро диффундируют в микрочастицы глины, в часть которых микробы проникнуть не могут, и после этого разложения не происходит. Со временем под влиянием других процессов
(стремление к соблюдению баланса) происходит обратная диффузия, например, с водной фазой.
Таким образом, на основании результатов быстрой фазы начального разложения нельзя делать выводы об окончательном распаде химического соединения.
Как правило, процесс аэробного разложения с энергетической точки зрения является более быстрым и выгодным в сравнении с анаэробным, за исключением, может быть, некоторых веществ. Для этого необходимо определенное количество воды и питательных минеральных веществ. При очистке сточных вод и при компостировании для разложения создаются оптимальные условия, в то время как на свалках стремятся, наоборот, препятствовать получению кислорода, образованию влажных условий именно для снижения деятельности микробов и, следовательно, для уменьшения выделения токсичных газов и образования дренажных вод.
Из биологических факторов важным является и наличие других микробов, не принимающих участия в процессе разложения определенных химических соединений. Некоторые бактерии и грибы практикуют четкое «разделение труда» в этом сложном процессе. Простейшие и другие живые организмы могут выделять полезные секреты и таким образом поддерживать разложение. Биологические факторы образуют сложное и обширное взаимодействие. Однако в качестве общего вывода можно сказать определенно: нет микробов – нет разложения.
Перечисленные выше факторы оказывают влияние на биологическую деструкцию, как в естественной среде, так и на очистных сооружениях сточных вод и в установках-компостерах.
В них созданы наиболее благоприятные условия для разложения. Например, на биологических очистных сооружениях с применением активного ила происходит обезвреживание многих токсичных соединений.
Условия северных широт оказывают в основном негативное влияние на разлагаемость химических соединений: низкий уровень рН и температура воды, недостаток питательных веществ в воде и почве, а также и состав микробов, приспособившийся к олиготрофным условиям. Поэтому довольно трудно составлять прогнозы поведения химических соединений в наших северных условиях только на основании тестов, доступных на сегодняшний день.

98
Ympäristöopas
6.1.2
Принципы тестирования биологического разложения
Современные тесты на определение потенциальной биоразлагаемости представляют собой достаточно грубые классификационные тесты (разлагается / не разлагается). Они не способны спрогнозировать поведение химического соединения в естественных условиях. Они были разработаны для воссоздания определенной среды, чаще всего – процесса очистки сточных вод.
В литературе есть и описания системы тестов для более сложных природных условий (водоем, донные отложения, почва). Оценить влияние того или иного вещества на окружающую среду можно, располагая теоретическими данными о химическом строении и активности веществ
(миграция, биодоступность), их токсичности, определенной опытным путем биоразлагаемости, а также возможном влиянии вещества в концентрациях, встречающихся в окружающей среде.
Большая часть тестов оценивает разлагаемость веществ в виде водных растворов или суспензий. Концентрации изучаемых химических соединений являются достаточно высокими
(10–400 mg углерода/л) по сравнению с концентрациями в чистых водоемах или в сточных водах (g/L). Если концентрация изучаемого вещества является высокой, т. е. на уровне современных тестов, то в ходе опыта количество микробов, разлагающих его и получающих из него питательные вещества, растет по экспоненте, соответственно и разложение идет с ускорением. В малых концентрациях химическое соединение не способно обеспечить питанием популяцию разрушающих его микробов, не в состоянии поддерживать их размножение. В этих случаях речь идет о линейном разложении, происходящем через кометаболические реакции.
Количество подсаженных микробов в тестах превышает их естественный уровень. Для того чтобы результаты тестов можно было использовать на практике, разработаны следующие термины: «легкоразлагаемое» (или непосредственно разлагаемое) (ready biodegradability) и
«медленноразлагаемое» (inherent biodegradability). Последний термин связан, в большей степени, со свойствами вещества, обуславливающими медленный распад вещества в природе.
Легкоразлагаемое вещество – это такое соединение, которое быстро распадается в самых жестких условиях теста. Он основывается на способности внедренных микробов использовать тестируемое вещество в своей жизнедеятельности, разлагая его, минуя этап приспосабливания.
Медленноразлагаемое вещество – это такое соединение, которое разрушается микробами благодаря их определенному генетическому составу. Популяция микробов способна разлагать такое в результате собственных обменных процессов. В этом случае необходимо выждать, пока микробы приспособятся к тестируемому веществу и начнут работать их потенциальные энзимные механизмы.

99
Ympäristöopas
В тестах с применением растворов изучаемое вещество является, как правило, единственным источником углерода, выход (уход) которого замеряется. Суммарными показателями минерализации являются выход растворенного органического углерода (DOC), продукция оксида углерода или расход кислорода. В данном случае исследователь не получает сведений о процессах разложения или продуктах обмена веществ, которые могут оказаться более токсичными, чем исходное вещество. Тест дает только процентное соотношение – сколько вещества распадается / пропадает по сравнению с теоретическими оценками (ThDOC,
ThOD).
В традиционных методах определения деструкции поверхностно-активных веществ измеряется первичная деструкция / первичное разложение, т. е. уменьшение содержания исходного вещества. В этом случае не получают сведений ни о минерализаци, ни о продуктах распада. Более специфические данные о том, что происходит в ходе опыта, получают с помощью химического анализа исселедуемого вещества и определяя концентрации в процессе обмена веществ.
С помощью помеченных радиоактивных соединений можно более точно проследить процесс разложения. Если необходимо изучить разложение химических соединений на уровне концентраций, которые встречаются в окружающей среде или, например, при исследованиях почвенных экосистем, использование меченых соединений является единственной альтернативой.
Содержание питательных веществ в тест-растворе, содержание кислорода, рН и температура влияют на результаты теста. Содержание исследуемого химического соединения должно вызывать во время теста ингибирование / уменьшение активности внедренных микробов.
Токсичность можно определить с помощью биотоксических тестов до начала теста на разлагаемость. Это позволит определить необходимую концентрацию вещества для теста.
Для плохо растворяемых и испаряемых химикатов существуют модифицированные тесты. В
Организации по сотрудничеству и развитию в Европе (OECD) и в Международной Организации по стандартам (ISO) в настоящее время идет активная работа по разработке тестов.
Источник и количество микробов, их приспособляемость к химическим соединениям являются важнейшими факторами при проведении теста. Они могут быть получены из популяций, встречающихся в различных средах: в водоеме, почве или в донных отложениях.
Часто применяется и активный ил очистных сооружений сточной воды. Используемая в тесте популяция микробов должна быть репрезентативной и жизнеспособной, при этом она может содержать минимальное количество растворенного органического углерода. В руководстве по проведению теста обычно указывается количество биомассы микробов (масса взвешенного вещества) и допустимое содержание органического вещества.
Продолжительность теста составляет, как правило, 28 суток. Но от предположения о том, является ли исследуемое вещество быстроразлагаемым, зависит промежуток, составляющий
10 суток с момента начала теста. Быстроразлагаемое вещество в соответствии со стандартами
OECD должно разлагаться на 70% за 10 дней. Вещество считается медленноразлагающимся, если 70% от его количества распадается за 28 суток.
Микробы для теста на разлагаемость обычно берутся из активного ила, из очищенных сточных вод, поверхностных вод или из почвенного экстракта. Плотность состава микробов на

100
Ympäristöopas
один тест определяется содержанием взвеси. Условия теста и активность микробов проверяются с использованием сравнительных химических соединений (например, бензонат, анилин, ацетат или этиленгликоль), которые должны разложиться во время теста не менее чем на 70%.
Дисперсия результатов для параллельных проб не должна превышать 20%.
Поскольку условия проведения тестов, особенно содержание тест-вещества и количество внедряемых микробов значительно отличаются от имеющихся в естественной среде, при оценке токсичности химических соединений до сих пор используют константы разлагаемости, по которым результаты экстраполируют для разных сред. Для точных измерений биологической разлагаемости необходимо выработать новые стандартные тесты в условиях, соответствующих существующим, а также уточнить базу для трактовки результатов уже имеющихся тестов.
6.1.3
Наиболее распространенные тесты
На практике чаще всего используют следующие параметры: DOC – растворенный органический углерод, расход кислорода и продукция оксида углерода. Именно эти показатели считаются лучшими для исследования деструкции. В качестве тест-растворов применяются, за небольшими исключениями, растворы тестов, утвержденных Европейской организацией по сотрудничеству и развитию, Европейским Союзом и Международной организацией по стандартам.
6.1.3.1
Методы OECD – Организации по экономическому
сотрудничеству и развитию в Европе (1995)
Быстрое (ready) разложение:
OECD GL 301A, Деструкция растворенного органического углерода;
OECD Gl 301B, Изменения / эволюция CO2 (модифицированный тест Sturm);
OECD GL 301C, Модифицированный тест MITI (I);
OECD GL 301D, Тест в закрытой бутылке;
OECD GL 301E, Модифицированный тест OECD Screening;
OECD GL 301F, Манометрический респираторный тест.
Медленное (inherent) разложение:
OECD GL 302A, Модифицированный квазипостоянный тест на активном иле (SCAS);
OECD GL 302B, Тест Zahn-Wellens;
OECD GL 303C, Модифицированный тест MITI (II).
Другие:
OECD GL 303A, Аэробная обработка сточных вод;
OECD GL 304A, Медленное биоразложение в почвах;
OECD GL 306A, Биоразложение в морской воде;
OECD 1993. Инструкции по тестированию химических соединений;
OECD 1995. Тест на биоразложение в деталях / OECD Series on the Test Quidelines Pro-
gramme. Environment Monograph No 98;
SETAC 1997. Доклады конференции SETAC по кинетике биоразложения.

101
Ympäristöopas
6.1.3.2
ISO- standards
ISO/TR 15462: 1997; Water quality - Selection of tests for biodegradability.
EN ISO 7827: 1996; Evaluation of the ”ultimate” aerobic biodegradability of organic compounds in an
aqueous medium. Method by analysis of dissolved organic carbon (DOC). ( ISO 7827: 1994)
EN ISO 9408:1999; Evaluation of the ”ultimate” aerobic biodegradability of organic compounds in an
aqueous medium. Method by determining the oxygen demand in a closed respirometer. (ISO 9408: 1999)
EN ISO 9439:2000; Evaluation of the ”ultimate” aerobic biodegradability of organic compounds in an
aqueous medium. Method by analysis of released carbon dioxide.2000. (ISO 9439 :1999)
EN ISO 9887: 1995; Evaluation of the aerobic biodegradability of organic compounds in an aqueous
medium. Semi Continuous Activated Sludge method (SCAS test). (ISO 9887:1992)
EN ISO 9888: 1999; Evaluation of the aerobic biodegradability of organic compounds in an aqueous
medium-static test (Zahn-Wellens test). (ISO 9888:1999)
EN ISO 10634: 1996; Guidance for the preparation and treatment of poorly water soluble organic com-
pounds for the subsequent evaluation of their biodegradability in an aqueous medium.
(ISO 10634: 1995)
EN ISO 10707:1998; Evaluation of the ”ultimate” aerobic biodegradability of organic compounds in an
aqueous medium. Method by analysis of biochemical oxygen demand (Closed bottle test).
(ISO 10707: 1994)
ISO 10708: 1997. Evaluation of the ”ultimate” aerobic biodegradability of organic compounds in an aqueous
medium. Method by determining the biochemical oxygen demand in a two-phase closed bottle test.
EN ISO 11733; 1998; Evaluation of the elimination and the biodegradability of organic compounds in an
aqueous medium - activated sludge simulation test. (ISO 11733:1995)
EN ISO 11734: 1998; Evaluation of the ”ultimate” anaerobic biodegradability of organic compounds in
digested sludge – Method by measurement of the biogas production. (ISO 11734: 1995)
ISO 14593 :1999; Evaluation of ultimate aerobic biodegradability of organic compounds in aqueous
medium – Method by analysis of inorganic carbon in sealed vessels (CO2 headspace test).
ISO 14592 : 2002; Part 1. Water quality – Evaluation of the aerobic biodegradability of organic compounds
at low concentrations – Part 1: Shake flask batch test with surface water or surface water/sediment
suspensions.
ISO 14592 :2002; Part 2. Water quality – Evaluation of the aerobic biodegradability of organic compounds
at low concentrations – Part 2: Continuous river model with attached biomass.
ISO 16221: 2001; Water quality – Guidance for determination of biodegradability in marine environment.

102
Ympäristöopas
Отбор проб
Этап отбора проб играет важную роль во всех биологических исследованиях. Он значительно влияет на результаты опытов и тестов и их дальнейшее использование. Разработка стандартов на биологические методы исследований в свое время была начата именно со стандартизации руководств по отбору проб. Международная организация по стандартам ISO разработала множество указаний по отбору проб. Более подробные указания можно найти в стандартах ISO и CEN по каждому конкретному методу.
Стандарты по отбору проб:
ISO 5667; Качество воды – Отбор проб
1   ...   4   5   6   7   8   9   10   11   12

перейти в каталог файлов
связь с админом