Автореферат и диссертация по медицине (14.02.01) на тему:Эколого-гигиеническая оценка способов биоремедиации нефтезагрязненных почв селитебных территорий



На правах рукописи

Водянова Мария Александровна

ЭКОЛОГО-ГИГИЕНИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА СПОСОБОВ БИОРЕМЕДИАЦИИ НЕФТЕЗАГРЯЗНЁННЫХ ПОЧВ СЕЛИТЕБНЫХ

ТЕРРИТОРИЙ

14.02.01 - Гигиена 03.02.08 - Экология (биологические науки)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва - 2013

3 ОКТ 2013

005534246

Работа выполнена в лабораториях гигиены почвы, физико-химическ исследований, генетического мониторинга и санитарной микробиологии паразитологии Федерального государственного бюджетного учрежден «Научно-исследовательский институт экологии человека и гигие окружающей среды им. А.Н. Сысина» Министерства здравоохранен Российской Федерации.

Научные руководители:

кандидат медицинских наук Крятов Игорь Александрович

кандидат химических наук, доцент Хабарова Елена Ивановна

Официальные оппоненты:

Ведущий научный сотрудник лаборатории эколого-гигиенической оценки и прогнозирования токсичности веществ, доктор медицинских наук, профессор ФГБУ «НИИ ЭЧ и ГОС им. А.Н.Сысина»

Минздрава России Жолдакова Зоя Ильинична

Заведующий кафедры экологии Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых»,

доктор биологических наук, профессор Трифонова Татьяна Анатольевн

Ведущая организация: ГБОУ ВПО Первый МГМУ им. И.М. Сечено Минздрава России

Защита диссертации состоится «24» октября 2013 г. в 11— часов заседании диссертационного совета Д 208.133.01 в Федерально государственном бюджетном учреждении «Научно-исследовательски институт экологии человека и гигиены окружающей среды им. А.Н. Сысин Министерства здравоохранения Российской Федерации по адресу: 119992, Москва, ул. Погодинская, д. 10, строение 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБУ «НИИ ЭЧ ГОС им. А.Н. Сысина» Минздрава России. у

Автореферат разослан« »сентября 2013 года. ' -1 :

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор биологических наук, профессор

1()М\

Беляева Наталия Николаевна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одним из компонентов окружающей среды, постоянно подвергающихся масштабному негативному воздействию, является почва. Важными и опасными загрязнителями городской почвы являются нефтяные углеводороды (НУВ) [Русаков и соавт., 2007]. Как показывают многолетние исследования, содержание НУВ в городских почвах г. Москвы колеблется в значительных пределах: от 0,010 мг/кг до 1000 мг/кг [Карцева Н.Ю., 2006], а иногда и до 6000 мг/кг [Вардомская Е.Е., 2008].

Анализ литературы показал, что НУВ и продукты их трансформации оказывают негативное воздействие на окружающую среду и здоровье населения [Амирова И.А., 2003, Леденцова Е.Е., 2003, Сабирова З.Ф., 2000, Жолдакова З.И., 2006]. Немаловажным аспектом является и то, что с ухудшением самоочищающей способности, возрастает эпидемическая опасность почвы.

Для осуществления комплексного подхода к задаче оздоровления городских почв Департаментом природопользования и охраны окружающей среды г. Москвы реализуется Программа первоочередных мероприятий по оздоровлению почв города и рекультивации участков с интенсивным загрязнением. Начиная с 2011 года, ведется работа над проектом постановления Правительства Москвы «О создании системы управления качеством почв города Москвы» и по внесению изменений в Закон города Москвы «О городских почвах» от 04.07.2007 № 31 [Доклад о состоянии окружающей среды в городе Москве в 2011 году, 2012].

В зависимости от характера загрязнения территории предусматривается полная замена грунта или подсыпка. Ведутся работы по оздоровлению почв путем замены зараженных поверхностных слоев на произведенные почвогрунты. Однако с 2011 года в городе Москве действует временная схема закупки почвогрунтов для нужд города, не предусматривающая централизованной закупки. В связи с этим выборочный контроль в момент поставок почвогрунтов на объекты не проводится.

Принятие решений по дорогостоящему вывозу на полигоны загрязненных почв не всегда является оправданным. Необходим поиск более рационального подхода к сохранению почвенного покрова территории г. Москвы. В отечественной практике встречаются данные об использовании биоремедиации загрязненных городских почв на месте, без замены грунта. Однако оценка степени эффективности использования препаратов-биодеструкторов НУВ для почв селитебных территорий г. Москвы и выявление потенциальной опасности биодеструкции НУВ для компонентов окружающей среды селитебных территорий не изучены.

В связи с вышеизложенным, целью настоящего исследования явилось обоснование эколого-гигиенических индикаторных показателей и критериев оценки степени возможного негативного влияния почв, загрязнённых НУВ, на окружающую среду и целесообразность применения биоремедиации для почв селитебных зон урботерриторий.

Для достижения поставленной цели требовалось решить следующие задачи:

1. Провести комплексную экологическую оценку загрязнения урботерриторий от автотранспорта и других источников загрязнения НУВ, на примере состояния почв некоторых селитебных зон города Москвы.

2. Выявить особенности влияния различных концентраций НУВ на почвенные микроорганизмы и специфику микрофлоры почв, загрязнённых НУВ, в присутствии биодеградатора и без него.

3. Провести эколого-гигиеническую оценку целесообразности и эффективности использования биодеструкторов на территории селитебных зон.

4. Определить алгоритм проведения исследований по изучению степени опасности почв, загрязненных НУВ, селитебных зон урботерриторий и возможности применения биодеструкторов.

5. Провести оценку возможной эколого-гигиенической опасности нефтяных

углеводородов, образующихся в процессе биодеструкции.

Научная новизна.

Обоснован новый эколого-гигиенический критерий, определяющий условия рекультивации почв селитебных территорий, - 300 мг НУВ/кг почвы.

Установлено, что НУ В в концентрации до 1000 мг/кг почвы оказывают незначительное угнетающее действие на естественный микробоценоз почвы.

Установлено, что антагонистический характер взаимодействия почвенного микробоценоза и Е.соН сохраняется и в присутствии загрязнения НУВ.

Установлен характер влияния почв, загрязненных НУВ, в двух диапазонах концентраций: > 300 - токсическое, > 500 - генотоксическое в тесте на индукцию доминантных летальных мутаций дрозофилы.

Обоснована пороговая концентрация генотоксического действия для почв, загрязненных НУВ, на уровне 500 мг/кг.

Выявлено сокращение жизненного цикла Е.соН в почве, загрязненной НУВ, в концентрациях менее 300 мг/кг, под влиянием биодеструктора.

Обоснована модель изучения влияния НУВ на почву селитебных территорий и оценки безопасности применения биодеструкторов НУВ с использованием вегетационного опыта на растениях не сельскохозяйственного назначения.

Методическая новизна.

Предложены эколого-гигиенические чувствительные и наиболее информативные индикаторные показатели для ранней диагностики почв, загрязненных НУВ, на уровне менее 1000 мг/кг.

Предложена схема экспериментальных исследований по проведению комплексной эколого-гигиенической оценки новых биодеструкторов НУВ, планируемых для использования на почвах селитебных территорий, загрязненных НУВ, в концентрациях менее 1000 мг/кг.

Разработана краткая и расширенная схемы оценки эколого-гигиенического состояния почв, загрязненных нефтяными углеводородами.

Предложена методика оценки возможной эколого-гигиенической опасности нефтяных углеводородов, образующихся в процессе биодеструкции в тесте на индукцию доминантных летальных мутаций дрозофилы.

Практическая значимость.

Разработан проект Методических рекомендаций «Руководство по оценке степени опасности почвы, загрязнённой нефтяными углеводородами» (Справка № 03-3/529 от 04.09.2013 г.).

Подготовлено учебно-методическое пособие, актуальное в образовательном процессе учебного курса «Основы токсикологии» МГГУ (Справка МГГУ об использовании материалов диссертационной работы Водяновой М.А. в учебном процессе от 04.09.2013 г.).

Апробация материалов диссертации. Материалы диссертации представлены на следующих конференциях: Международная научно-практическая конференция «Дальневосточная весна - 2008» в области экологии и безопасности жизнедеятельности. (Комсомольск-на-Амуре, ГОУВПО, 30 апреля 2008 г.); «Неделя горняка - 2008» (Москва, январь 2008 г.); VII международная конференция «Ресурсовоспроизводящие, малоотходные и природоохранные технологии освоения недр» (Москва -Ереван, 15-19 сентября 2008 г.); VI Всероссийская научно-практическая конференция с международным участием «Проблемы региональной экологии в условиях устойчивого развития» (Киров, 25 - 27 ноября 2008 г.); «Экологические проблемы промышленных городов» (Саратов, 2009 г.); «Неделя горняка - 2009» (Москва, январь 2009 г.); XV Международная конференция «Образование в интересах устойчивого развития» (Россия, Санкт-Петербург, 27 - 28 июня 2009 г.); III Всероссийская научно-практическая конференция молодых ученых и специалистов «Окружающая среда и здоровье» (Россия, Москва, 28 июня - 1 июля 2009 г.); Первый Московский молодёжный Форум «Экология Москвы и молодёжная

экологическая политика в действии» (Москва, 4-5 декабря 2009 г.); Международная научно-практическая конференция «Биотехнология: Экология крупных городов (Москва, 15-17 марта 2010 г.); IV Всероссийская научно-практическая конференция молодых ученых и специалистов с международным участием «Окружающая среда и здоровье. Молодые ученые за устойчивое развитие страны в глобальном мире» 27-28 сентября 2012 г., г. Москва; Всероссийская конференция молодых ученых «Стратегия взаимодействия микроорганизмов и растений с окружающей средой» 24-28 сентября 2012 г., г. Саратов; Международная конференция "Биодиагностика в экологической оценке почв и сопредельных сред" 4-6 февраля 2013 г., Москва; Международная научно-практическая конференция "Актуальные проблемы экологии и природопользования" 4-6 апреля 2013 г., Москва.

Основные положения, выносимые на защиту:

Доказательства эколого-гигиенической опасности почв селитебных территорий г. Москвы по физико-химическим и санитарно-микробиологическим показателям.

Обоснование минимально действующей концентрации по самоочищающей способности почвы на уровне - 300 мг/кг.

Использование биодеструктора на почвах селитебных территорий, загрязненных НУВ, целесообразно в концентрации менее 300 мг/кг.

Схема экспериментальных исследований по проведению комплексной эколого-гигиенической оценки новых биодеструкторов НУВ, планируемых для использования на почвах селитебных территорий, загрязненных НУВ, в концентрациях менее 1000 мг/кг.

Личный вклад автора составляет более 80% и заключается в формулировании проблемы, постановке цели и задач работы, выборе методов исследования, выполнении экспериментальных и аналитических работ, обобщении и интерпретации полученных результатов исследований и подготовке научных публикаций. Работа выполнена в лабораториях гигиены почвы, физико-химических исследований, генетического мониторинга и

санитарной микробиологии и паразитологии ФГБУ «НИИ ЭЧ и ГОС им. А.Н. Сысина» Минздрава России. Ряд исследований проведен совместно с МИТХТ им. М.В. Ломоносова и Институтом медицинской паразитологии и тропической медицины им. Е.И. Марциновского ММА им. И.М.Сеченова Минздрава России.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 печатных работ, в том числе, 4 в журналах, рекомендованных ВАК и 2 работы на CD-носителе.

Структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, 3 глав собственных исследований, обсуждения результатов, выводов, списка литературы, приложений. Текст изложен на 157 страницах машинописи, содержит 44 рисунка, 30 таблиц, 4 приложения. Библиография включает 156 источника, в том числе 31 иностранный автор.

ОБЪЕКТЫ, МЕТОДЫ И ОБЪЕМ ИССЛЕДОВАНИЙ

Для изучения состояния городских почв и оценки влияния на них НУВ проводились натурные исследования на почвах селитебных зон г. Москвы включающие оценку экологической обстановки территории, оценку по общесанитарному и физико-химическому показателям вредности. С 2009 по 2011 гг. проведен мониторинг почв детских игровых площадок ЦАО г. Москвы района Хамовники, площадью 950 га, в два периода: весна - осень.

Модельные экспериментальные исследования проводились на наиболее распространенной в России (52%) дерновоподзолистой среднесуглинистой почве. Изучалось воздействие смеси Западносибирских нефтей, товарного качества, плотностью (при t = 15 °С) 0,8765 г/л, с содержанием серы 1,67 %, солей - 0,04 %, обводнённостью - 0,12 %. Концентрации для экспериментальных исследований подбирались в диапазоне от 100 мг НУВ /кг почвы до 10000 мг НУВ/кг почвы.

Для изучения процессов самоочищения почвы от НУВ и оценки почвенной активности был поставлен эксперимент с использованием E.coli (штамм 1257).

Объемы и методы исследований представлены в таблице 1.

Объекты, методы и объем исследований

№ п/п Направление исследований Число определений

1 Модельные эксперименты по изучению влияния НУВ на почву с применением биодеградатора

1.1. Тестирование с использованием гидробионтов 756

1.2. Фитотестирование:

1.2.1. Проростки овса 252

1.2.2. Опыт с использованием вегетационной камеры 72

1.3. Тестирование с использованием кратковременной суспензионной культуры сперматозоидов быка (КСБ) 580

1.4. Оценка потенциальной генотоксичности 84

1.5. Физико-химические методы исследования 84

1.6. Санитарно-микробиологические методы исследования 504

2 Мониторинговые исследования почв селитебных территорий

2.1. Тестирование с использованием гидробионтов 430

2.2. Фитотестирование:

2.2.1. Проростки овса 240

2.3. Тестирование с использованием КСБ 400

2.4. Физико-химические методы исследования 80

2.5. Санитарно-микробиологические методы исследования 720

3 Модельные эксперименты по изучению суммарной мутагенной активности почв, загрязнённой НУВ

3.1. Оценка суммарной мутагенной активности (СМА) ацетоновых и водных экстрактов модельных образцов почвы, загрязненных НУВ 192

4 Модельный эксперимент по изучению влияния почвы, загрязнённой НУВ, на развитие цист лямблий, аскариды человеческой и кишечную папочку (Е.соИ)

4.1. Санитарно-микробиологические методы исследования 400

4.2. Паразитологические методы исследования 90

5 Определение кот^нтраг/ии нефти в почве 192

Итого 5076

Учет НУВ в почве проводился в соответствии с МУК 4.1.1956-05

«Определение концентрации нефти в почве методом инфракрасной спектрофотометрии».

Исследования по биодеструкции НУВ в почве проводили на примере микробно-ферментного реагента Микрозим (тм) «Петро Трит» (ПТР).

Наблюдение за модельными растениями в вегетационном опыте проводилось с использованием газонной травы, срок наблюдения - два вегетационных периода, разница между которыми составила 37 суток.

Статистическая обработка результатов проведена с использованием программ Excel 7.0, Statistica 8.0.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ Изучение эколого-гигиенического состояния почв г. Москвы В ходе мониторинга территорий детских игровых площадок района Хамовники ЦАО обнаружено накопление НУВ. Демонтаж производственных объектов на исследованной территории происходил в конце 2009 г. Данные, приведенные в таблице 2, свидетельствуют о снижении содержания НУВ в почвах в сравнении с 2006 г. Диапазон концентраций НУВ в почвах уже в 2010 г. составил 14 - 262 мг/кг.

Таблица 2.

Содержание НУВ в исследуемых образцах почвы, мг/кг

Место отбора проб Содержание НУВ в почве, мг/кг в динамике

2006 2009 Весна 2010 Осень 2010 Весна 2011

Погодинская ул. 9 712 210 53,4 80,87 120

Кооперативная 2/12 1755 640 94,0 262,37 177

3-я Фрунзенская ул. 12 798 944 33,3 157,5 265

Несвижский пер. 4-6 161 125 13,9 73,25 192,5

Новодевичий пр-д, 4 155 83 30,9 57,12 220

Ул. Остоженка, 38 - 361 38,5 - -

В весенний период 2011 г. концентрация НУВ в почвах детских игровых площадок находилась в диапазоне 120 - 265 мг/кг, в то время как среднее содержание НУВ в почве г. Москвы за 2011 г. составило - 266,4 мг/кг.

Таким образом, содержание НУВ в почвах исследованной территории за 2010 - 2011 гг. варьирует от 14 до 265 мг/кг.

Как видно из таблицы, обнаружена аномально высокая обсеменённость почв общими колиформными бактериями (ОКБ) и Е.соИ (таблица 3).

Таблица 3.

Санитарно-эпидемиологическая характеристика почв г. Москвы в 2011 г.

Места отбора проб Показатели, КОЕ /г НВЧ*"/50г

ГКБ* ОКБ Е. соН Фекальные энтерококки Сальмонеллы

ул. Погодинская 9 2300 230 230 940 0

ул. Кооперативная, д. 2, к.2 23800 230 230 2300 0

ул. 3-я Фрунзенская, д. 12 23800 2300 2300 2300 0

Несвижский пр. между д.4 и 6 2300 230 0 2300 0

Новодевичий проезд, д, 4(сквер) 238000 230 0 238000 0

ул. Остоженка, д. 38 238000 230 0 2300 0

Глюкозоположительные колис юрмные бактерии (ГКБ);

Колонии образующая едишща (КОЕ);

Наиболее вероятное число (НВЧ).

Почвы детских игровых площадок следует отнести по бактериологическому показателю к опасным и чрезвычайно опасным, в соответствии с требованиями СанПиН 2.1.7.1287-03 «Почва, очистка населенных мест, бытовые и промышленные отходы, санитарная охрана почвы. Санитарно-эпидемиологические требования к качеству почвы». Вместе с тем, согласно Постановлению Правительства Москвы от 27.07.2004 N 514-ПП с поправками от августа 2012 г. «О повышении качества почвогрунтов в городе Москве» основанием для замены почвы является концентрация НУВ на уровне 600 мг/кг в почве. Работы по рекультивации или замене зараженных почв на исследованных участках не снижают степень их опасности, что, в свою очередь, повышает риск возникновения эпидемически опасных заболеваний.

Влияние почв, загрязненных НУВ, на развитие возбудит елей инвазионных заболеваний Результаты мониторинга почв по г. Москве показали, что почвы селитебных зон г. Москвы в период с 2005 по 2011 гг. остаются значительно

11

загрязненными биологическими агентами: геогельминтами, что создает прямую угрозу заражения людей, особенно детей, имеющих прямой контакт с почвой (игровые площадки, песочницы), кишечными инфекциями и глистными инвазиями (Русаков Н.В. с соавт., 2007 г.).

В модельном эксперименте с концентрациями НУВ 100-500 мг/кг в почве жизненный цикл гельминтов в почве не отличался от контрольного образца. Угнетение наблюдалось только при высоких концентрациях НУВ в почве (5000-10000 мг/кг).

Изучение самоочищающей способности почв, загрязненных НУВ Выявлено, что в почвах, загрязненных НУВ, значительная активизация аборигенной микрофлоры происходила к 21-м суткам эксперимента -естественному отмиранию E.coli. В образцах с концентрациями НУВ 300 и 400 мг/кг почвы зафиксировано продление жизненного цикла E.coli в сравнении с контролем до 28-х суток эксперимента. Концентрации НУВ 100 и 200 мг/кг почвы не изменяли жизненный цикл E.coli по сравнению с контролем.

Таким образом, выявлен антагонистический принцип взаимодействия E.coli с сапротрофными бактериями в исследуемых образцах, а также установлено, что концентрация НУВ в почве на уровне 300 мг/кг нарушала функцию самоочищения почвы.

Изученные концентрации НУВ в почве не оказали влияния на количественный состав почвенных грибов и не выявили достоверных эффектов угнетения на A:otobacter chrococcum.

Оценка суммарной мутагенной активности (СМА) и потенциальной генотоксичности различных образцов почвы, загрязненных НУВ Ацетоновые и водные экстракты модельных образцов почв, загрязненных НУВ, в концентрациях 100; 300; 500, 1000 и 5000 мг/кг не показали мутагенной активности в тесте Эймса на штаммах S. typhimurium ТА 100, ТА 98 и ТА 97 без (СМ-) и в присутствии системы метаболической активации (СМ+).

Водные экстракты почвы, содержащей НУВ в почве в концентрациях 100-1000 мг/кг, в опыте на ОгозорЬПа melanogaster, снижали фертильность самцов дрозофилы.

Соотношение частот ранних и поздних эмбриональных леталей (РЭЛ, ПЭЛ) с уровнями, индуцированными экстрактом контрольной почвы, показано в таблице 4.

Таблица 4.

Сравнение частот доминантных летальных мутаций, индуцированных

экстрактами почв, содержащих НУВ, с эффектами контрольной почвы

%РЭЛ / % РЭЛ %ПЭЛ / %ПЭЛ

контрольной почвы контрольной почвы

Лабораторный контроль 0,82 0,48

Контрольная почва 1,00 1,00

100 мг/кг 0,58 0,16

300 мг/кг 2,56** 1,02**

500 мг/кг 0,55 0,38

1000 мг/кг 0,85* 0,66*

* значимо по сравнению с эффектом меньшей дозы (р<0,05)

** значимо по сравнению с эффектом меньшей дозы (р<0,01) Максимальная частота (РЭЛ) (которая в 2,5 раза превышала уровень контрольной почвы, X2 = 64,69) наблюдалась при экспозиции самцов мух водным экстрактом почвы, содержащей 300 мг/кг НУВ.

Частота ПЭЛ ни в одном случае не превышала уровень контрольной почвы, но закономерно увеличивалась с увеличением концентрации НУВ в почве, что доказывает наличие у НУВ генотоксической активности для половых клеток самцов мух.

Изучение процессов самоочищения почв, загрязненных НУВ, под действием биодеструктора Изучено влияние НУВ на почвенный микробоценоз в концентрациях 100, 200, 300, 400, 500, 1000 и 10000 мг/кг в присутствии биодеструктора НУВ,

внесенного в следующих концентрациях: контроль - 0,04 г/кг; 100 - 0,04 г/кг; 200 - 0,08 г/кг; 300 - 0,12 г/кг; 400 - 0,16 г/кг; 500 - 0,2 г/кг; 1000 - 0,4 г/кг; 10000 - 4 г/кг, и целенаправленной контаминацией Е.соИ.

Внесение биодеструктора проводилось в соответствии с рекомендациями по его использованию в расчете на 1 кг почвы (Инструкция по применению препарата-биодеструктора нефтяного загрязнения Микрозим (ТМ) Петро Трит. ООО «РСЭ-трейдинг», МИКРОЗИМ (ТМ), Экологическая биотехнология (ТМ), Москва, 2005. - 14 е.: ил.).

Присутствие биодеструктора в контрольной почве значительно сокращало жизненный цикл Е.соИ. Уже на 14-е сутки эксперимента Е.соЧ в почве отсутствовала. Подобная динамика повторялась под действием биодеструктора в образцах с концентрациями НУВ 100-300 мг/кг, в которых отмирание Е.соИ наблюдалось на 14-е - 7-е сутки эксперимента.

Таким образом, внесение биодеструктора в контрольную почву и почвы, загрязненные НУВ в концентрациях 100-300 мг/кг, позволило сократить жизненный цикл Е.соИ на 7-14 суток.

Во всех образцах, также как и в серии эксперимента без внесения биодеструктора, наблюдались антагонистические взаимодействия, не выявлено влияние на количественный состав почвенных грибов и достоверного эффекта угнетения на А:о1оЬас1ег сИгососсит. Значительная активизация аборигенной микрофлоры происходила также к 21-м суткам эксперимента.

В ходе эксперимента установлена максимальная эффективность разложения НУВ под действием биодеструктора в образцах с концентрациями 100 и 200 мг/кг по завершении эксперимента на 35-е сутки, 100 и 91 %, соответственно (рисунок 1). Начиная с концентрации НУВ в почве 300 мг/кг, эффективность действия аборигенной микрофлоры и биодеструктора находится в равном диапазоне и не превышает 83 %. Минимальная эффективность отмечена в концентрации 1000 и 10000 НУВ мг/кг - 62 и 64 %, соответственно.

Динамика содержания НУВ в почвах в присутствии биодеструктора в концентрациях 100 - 300 мг/кг

С целью выявления оптимального диапазона концентраций, при которых целесообразно использовать биодеградатор нефтяных углеводородов, проведено сравнение полученных результатов по двум сериям эксперимента - с внесением биодеградатора и без него (рисунок 2).

Рисунок 2.

Сравнительная характеристика эффективности разложения НУВ в образцах почвы под действием ПТР и без него в концентрациях НУВ 100 и 200 мг/кг

—♦— 100 мг/кг НУВ —• • 100 мг/кг НУВ ПТР 1

21

—•—200 мг/кг НУВ —• - 200 мг/кг НУВ + ПТР

Хотя различия динамики деструкции НУВ при наличии биодеструктора и без него статистически не достоверно, но по истечении 35-и суток эксперимента наиболее выраженная эффективность была достигнута при НУВ в концентрациях 100 и 200 мг/кг. Динамические колебания содержания НУВ в почве в процессе деструкции НУВ во всех изученных концентрациях и сериях эксперимента не противоречили как литературным данным, так и натурным исследованиям.

Таким образом, исследованный биодеструктор эффективен для почв селитебных территорий, загрязненных НУВ в концентрациях менее 200 мг/кг. Сравнительная оценка токсичности НУВ в присутствии биодеструктора и

без него

Оценка сравнительной токсичности почв, загрязненных НУВ, в присутствии биодеструктора и без него проводилась по фитотоксичности, биотестированию, генотоксичности, в вегетационном опыте и по изучению влияния на почвенный микробоценоз.

При проведении оценки безопасности применения биодеградатора на культуре клеток млекопитающих и гидробионтах, было установлено, что логичных закономерных изменений индекса токсичности, связанных с величиной воздействующей концентрации НУВ в диапазоне 100 - 10000 мг/кг установлено не было. Все отклонения носили спонтанный характер, и не могли быть расценены как биоэффекты, характеризующие воздействие НУВ на клеточный тест-объект.

В вегетационном опыте визуальные наблюдения показали, что газонная трава под действием биодеструктора значительно выше, чем без него как в 1-ом вегетационном периоде, так и во 2-ом. Полученные ростки более крепкие, цвет зеленый насыщенный, листья увлажнены.

Сравнительная характеристика влияния различных концентраций нефтяных углеводородов на длину газонной травы 1-ого вегетационного периода (05.03.12 г.) в присутствии ПТР и без него, см

100 300 500

концентрация НУВ, мг/кг

10000

Рисунок 4.

Сравнительная характеристика влияния различных концентраций нефтяных углеводородов на массу газонной травы 1-ого вегетационного периода (05.03.12 г.) в присутствии ПТР и без него, г

300 500

концентрация НУВ, иг/кг

1000

Как видно из рисунков 3, 4 концентрация НУВ 100 мг/кг незначительно угнетала длину газонной травы по сравнению с контролем. При НУВ в

17

концентрации 300 мг/кг под действием биодеструктора масса и длина газонной травы достигали максимальных значений за весь период вегетации. Это связано с процессами деструкции НУВ и наличием доступной органики в почве для питания растений. При НУВ в концентрации 10000 мг/кг наблюдалось незначительное угнетающее действие на массу газонной травы в серии без биодеструктора и слабое угнетающее действие в образцах серии с б иодеструктором.

Таким образом, исследуемый биодеструктор оказывает стимулирующее действие на рост и развитие растений при концентрации НУВ 300 - 1000 мг/кг. Концентрация НУВ 100 мг/кг оказывает не значительное стрессовое действие на рост и развитие растений в двух сериях эксперимента. Во 2-ом вегетационном периоде эффекты угнетения снижены до уровня контроля, за исключением образца с концентрацией НУВ 10000 мг/кг.

Изучение генотоксичности выросшей газонной травы двух вегетационных периодов на почвах, загрязненных НУВ, в различных концентрациях с использованием ИговорЬИа meIanogaster показало, что после 72-часовой экспозиции самцов дрозофилы экстрактами растений выжили все мухи.

Фертильность самцов дрозофилы при экспозиции экстрактами растений была на 5-9% выше, чем в лабораторном контроле (дистиллированная вода), а для почв, содержащих биодеструктор НУВ - на 23% выше (различия значимы, Х2=7,29). Максимальные частоты как РЭЛ, так и ПЭЛ отмечены в водных экстрактах растений, выросших на почве, загрязненной НУВ в концентрации 300 мг/кг.

Сравнение частот РЭЛ при экспозиции самцов мух водными экстрактами растений 2-го вегетационного периода, выращенных на почвах, загрязненных НУВ, в присутствии биодеструктора и без него

Из рисунка 5 видно, что водные экстракты растений, выращенных во втором вегетационном периоде на почвах, содержащих НУВ и биодеструктор, приводили к увеличению частот доминантных летальных мутаций. Такие изменения наблюдались во всех образцах, кроме концентрации НУВ в почве на уровне 100 мг/кг. Водный экстракт растений, выращенных на почве, загрязненной НУВ в концентрации 100 мг/кг, в присутствии биодеструктора показал достоверное снижение эффектов в сравнении с контролем (Х2= 157,6). Таким образом, использование биодеструктора НУВ безопасно для почв с исходным загрязнением на уровне 100 мг/кг.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Учитывая проведенные исследования, наиболее информативными показателями оказались: индукция доминантных летальных мутаций дрозофил и оценка влияния НУВ на самоочищающую способность почвы. На основании полученных результатов и анализа литературных данных в качестве информативных индикаторных показателей, позволяющих выявить уровень

19

негативного воздействия почв с содержанием НУВ менее 1000 мг/кг, была сформирована схема экспериментальных исследований (таблица 5).

Таблица 5.

Схема оценки эколого-гигиенического состояния почв, загрязненных НУВ

Краткая схема Расширенная схема

Физико-химические исследования: -определение содержания НУВ в почве мг/кг; - определения физико-химических свойств почвы - рН. Физико-химические исследования: - определение содержания НУВ в почве мг/кг; - определения физико-химических свойств почвы - рН, ОВП.

Биотестирование (определение фитотоксичности (бобовые - горох)). Токсикологические исследования: - токсикологические эксперименты на лабораторных животных (кожно-резорбтивное, раздражающее действие); - фитотоксичность.

Общесанитарные показатели вредности - Е.соН; - сапротрофные бактерии. Общесанитарные показатели вредности: -Е.соН; -сапротрофные бактерии; -определение паразитарных патогенов -гельминты.

Транслокационный показатель вредности: -оценка влияния нефтезагрязненных почв на процессы вегетации сельскохозяйственных растений в вегетационном опыте.

Оценка ферментативной активности почв - целлюлозная активность

Оценка канцерогенной активности почв -индукция доминантных летальных мутаций дрозофил

Разработанная схема вошла в проект Методических рекомендаций «Руководство по оценке степени опасности почвы, загрязненной нефтяными углеводородами».

Проведенные исследования позволили составить схему экспериментальных исследований по проведению комплексной эколого-

20

гигиенической оценки новых биодеструкторов НУВ, планируемых для использования на почвах селитебных территорий, загрязненных НУВ, в концентрациях менее 1000 мг/кг (таблица 6).

Таблица 6.

Схема экспериментальных исследований по проведению комплексной эколого-гигиенической оценки новых биодеструкторов НУВ, планируемых для использования на почвах селитебных территорий, загрязненных НУВ, в концентрациях до 1000 мг/кг

I Этап. Комплексное эколого-гнгиеиическое изучение почв выбранной территории:

- Эколого-гигиеническая характеристика района исследований;

- Определение фактических концентраций НУВ в почве;

- Изучение почв по общесанитарным показателям вредности (E.coli, сапротрофные бактерии).

II Этап. Проведение модельных экспериментальных исследовании по выявлению эффективности, целесообразности и безопасности использования планируемого к применению бмодеструктора по наиболее информативным показателям, а именно:

- Определение динамики изменения содержания НУВ в почве под влиянием биодеструктора;

- Изучение процессов самоочищения почв, загрязненных НУВ, под влиянием биодеструктора (E.coli, сапротрофные бактерии);

- Оценка эффективности и безопасности применения биодеструктора в вегетационном опыте (газонная трава);

- Оценка потенциальной генотоксичности водных экстрактов из растений, выращенных на почвах, загрязненных НУВ, под действием биодеструктора в гесте на индукцию доминантных летальных мутаций дрозофилы.

III Этап. Принятие окончательного решения относительно эколого-гигиеническоп оценки способа биоремедиации почв, загрязненных НУВ, селитебных территорий.

Использование разработанных схем позволит установить степень опасности нефтезагрязненных почв селитебных территорий на стадии ранней диагностики негативного воздействия нефти на почву и оценить риск возможного влияния на среду обитания человека, его здоровье, а также

разработать эффективные мероприятия по эколого-гигиенической санации почв.

Полученные результаты позволяют сделать следующие выводы:

ВЫВОДЫ

1. Почва селитебных территорий г. Москвы (детских игровых площадок района «Хамовники» ЦАО г. Москвы) загрязнена НУВ антропогенного происхождения, их уровень находится в диапазоне концентраций 14 - 265 мг/кг, а также характеризуется стабильно высоким обсеменением E.coli и ОКБ. Степень загрязненности оценивается, как «чрезвычайно опасная» и «высоко опасная».

2. На основании процессов самоочищения - концентрации НУВ более 300 мг/кг в почве вызывают нарушения процессов самоочищения в почве, что приводит к продлению жизненного цикла E.coli. Можно предположить, что постоянное поддержание концентрации НУВ в диапазоне 300 мг/кг в естественных условиях (постоянное попадание НУВ на почву от автотранспорта) будет сохранять также стабильную численность E.coli, что повышает степень эпидемического риска. Концентрации НУВ в диапазоне от 100 до 500 мг/кг почвы не оказывают влияния на развитие яиц аскарид в модельных условиях.

Внесение биодеструктора в контрольную почву и почвы, загрязненные НУВ в концентрациях в диапазоне от 100 до 300 мг/кг, позволяет сократить жизненный цикл E.coli, что повышает вероятность улучшения санитарно-эпидемической ситуации городских территорий и снижение влияния на здоровье населения.

3. Максимальная эффективность действия биодеструктора установлена в концентрациях НУВ 100 и 200 мг/кг на 35-е сутки эксперимента. При исходной концентрации НУВ 300 мг/кг на 35-е сутки эксперимента эффективность работы аборигенной микрофлоры и работы биодеструктора находится в равном диапазоне и не превышает 83 %. Минимальная эффективность отмечена в концентрациях 1000 и 10000 НУВ мг/кг - 62 и 64 %, соответственно.

4. В тесте на индукцию доминантных летальных мутаций дрозофилы для почвы, загрязненной НУВ, экспериментально установлен их различный характер действия в двух диапазонах концентраций: > 300 - токсическое, > 500

генотоксическое. Порогом генотоксического действия определена концентрация НУВ 500 мг/кг почвы.

Использование биодеструктора НУВ, приводит к увеличению частот доминантных летальных мутаций при изучении водных экстрактов растений, выращенных на почвах, загрязненных НУВ. Водный экстракт растений, выращенных на почве, загрязненной НУВ в концентрации 100 мг/кг, в присутствии биодеструктора показал достоверное снижение отрицательных эффектов в сравнении с контролем (Х2= 157,6). Таким образом, использование биодеструктора НУВ безопасно для почв с исходным загрязнением на уровне 100 мг/кг.

5. Растения не сельскохозяйственного назначения могут служить моделью для оценки степени опасности почв селитебных территорий, загрязненных НУВ, и продуктов биодеструкции.

6. Использование биодеструктора на почвах селитебных территорий, загрязненных НУВ, целесообразно в концентрациях менее 300 мг/кг.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Водянова М. А. Биотестирование и микробиологические методы в оценке загрязнения почв. Горный информационно-аналитический бюллетень (ГИАБ) - № 8, Москва, 2006, стр. 202 - 206.

2. Водянова М. А.. Хабарова Е. И. Статистика патентования технологий восстановления земель. Материалы международной научно-практической конференции в области экологии и безопасности жизнедеятельности «Дальневосточная весна - 2008», Комсомольск-на-Амуре: ГОУВПО «КнАГТУ», 2008, 30 апреля, 492 - 495.

3. Водянова М. А.. Хабарова Е. И. О патентовании биотехнологий восстановления земель за последние 25 лет (1983 - июнь 2008 гг.). Материалы VII международной конференции «Ресурсовоспроизводящие,

23

малоотходные и природоохранные технологии освоения недр», Москва Ереван, 15 - 19 сентября 2008 г. - РУДН, 2008. - 137 - 138.

4. Донерьян JT. Г., Водянова М. А. Биомониторинг нефтезагрязнённых почв Сборник материалов VI Всероссийской научно-практическо конференции с международным участием в 2 частях «Проблемь региональной экологии в условиях устойчивого развития». Часть 1, 25 27 ноября 2008 г., Киров: Издательство «О-Краткое», 2008 г. стр. 186 188.

5. Водянова М. А.. Хабарова Е. И., Донерьян Л. Г. Учёт гигиенически аспектов при выборе и проведении рекультивационных мероприятий н нефтезагрязнённых почвах. Сборник материалов под редакцие академика РАМН Ю.А. Рахманина, 28 июня - 1 июля 2009 г., Москва, II Всероссийская научно-практическая конференция молодых ученых специалистов «Окружающая среда и здоровье» CD носитель.

6. Водянова М. А.. Хабарова Е. И., Донерьян Л. Г. Сформировавшийся ря микробиологических препаратов, используемых для биоаугментаци нефтезагрязнённых почв. Сборник научных трудов 4-й Всероссийско" научно-практической конференции с международным участие «Экологические проблемы промышленных городов», часть 1, Саратов: Саратовский государственный технический университет, 2009 г. стр. 19 -22.

7. Водянова М. А.. Хабарова Е. И. Сравнительный анализ нефтезагрязнённых почв в присутствии биодеградатора и без него. Материалы Московской международной научно-практической конференции «Биотехнология: Экология крупных городов» 15 - 17 марта 2010 г., Секция 4 Экология почвогрунтов мегаполиса, ЗАО «Экспо-биохим-технологии», РХТУ им. Д. И. Менделеева, Москва, 2010 г. стр. 120-121.

8. Водянова М. А., Хабарова Е. И., Донерьян Л. Г. Анализ существующих микробиологических препаратов, используемых для

биодеградации нефти и нефтепродуктов в почве. Горный информационно-аналитический бюллетень научно-технический журнал «ГИАБ», № 7, Москва, 2010 г. стр. 253 - 258.

9. Водянова М. А. Мониторинг почв территорий ЦАО г. Москвы в условиях проблем нормирования нефтезагрязнений. Сборник материалов и докладов Московского молодёжного форума «Экология Москвы и молодёжная экологическая политика в действии» (4-5 декабря 2009 г.), Москва, 2010 г. стр. 50 - 55.

10. Крятов И.А., ¡Новосильцев Г.иЦ, Тонкопий Н.И., Ушакова О.В., Водянова М.А., Чернышенко А.И. Влияние нефтезагрязнённых почв на развитие возбудителей инвазионных заболеваний. Мир науки, культуры, образования № 6 (31), Часть I, стр. 235 - 238.

11.Современные проблемы разработки гигиенических нормативов в почве/ Крятов И.А., Тонкопий Н.И., Ушакова О.В., Водянова М.А./ «Гигиена и санитария» № 5, 2012 г., Изд-во «Медицина», г. Москва, С. 69-72.

12.Влияние нефтяных углеводородов на взаимодействие микроорганизмов почвы с окружающей средой/ Водянова М.А., Ушакова О.В., Ингель Ф.И./ Материалы VI Всероссийской конференции молодых ученых «Стратегия взаимодействия микроорганизмов и растений с окружающей средой» 24-28 сентября 2012 г.. Полиграфия ООО «Ракурс», г. Саратов, С. 94.

13.Влияние нефтяных углеводородов на почвы селитебных зон/ Водянова М.А., Крятов И.А./ Материалы IV Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых и специалистов с международным участием «Окружающая среда и здоровье. Молодые ученые за устойчивое развитие страны в глобальном мире» 27-28 сентября 2012 г. под редакцией академика Ю. А. Рахманина, г. Москва/ Типография МГУ, г. Москва, С. 79- 81.

14.Информативность показателей для гигиенической оценки нефтезагрязненных почв/ Крятов И.А., Тонкопий Н.И., Водянова М.А.. Ушакова О.В., Донерьян Л.Г., Ушаков Д.И., Евсеева И.С./ Тезисы докладов международной конференции "Биодиагностика в экологической оценке почв и сопредельных сред" 4-6 февраля 2013 г., Москва, "БИНОМ. Лаборатория знаний", С. 110.

15.Эколого-гигиеническая оценка нефтезагрязненных почв селитебных территорий и способов их рекультивации/ Водянова М.А.. Крятов И.А./ Сборник научных трудов, выпуск № 15 "Актуальные проблемы экологии и природопользования", Москва, Типография РУДН, С. 408 -411.

16.Эколого-гигиенические аспекты сохранения качества почв - среды обитания человека/ Крятов И.А., Тонкопий Н.И., Ушакова О.В., Водянова М.А.. Донерьян Л.Г., Евсеева И.С., Ушаков Д.И., Туркова И.С., Воробьева О.В./ Тезисы научно-практического конгресса «Влияние окружающей среды на здоровье населения государств-участников СНГ» 29-31 мая 2013 г., Москва, CD носитель, С. 73 - 76.

17. Сборник лабораторный работ по курсу «Основы токсикологии»/ Тарасова М.В., Водянова М.А.. Головко И.В., Болотный A.A., Хабарова Е.И./ ОИУП МГГУ, Москва, 2010 г., С. 108.

Напечатано с готового оригинал-макета

ООО «Документ сервис «ФДС»» Подписано к печати 19.09.2013 г. Формат 60x90 1/16. Усл. Печ.л 1,5. Тираж 100 экз. Заказ 463. Тел. 935-00-89. Тел./факс 432-99-96 119421, г. Москва, Ленинский проспект, д.99