Одна из наиболее актуальных экологических проблем 21-го века – сохранение экосистем и их биоразнообразия. Состояние биологической системы в той или иной степени характеризует воздействие на нее природных, антропогенных факторов и условий среды. Процесс самоочищения является одним из естественных механизмов реабилитации водоемов, подверженных разного рода загрязнениям. Практически все биоразнообразие гидробионтов – от первого трофического уровня (фитопланктон и высшие растения) до рыб – являются важными элементами и участниками процессов самоочищения воды [1-2]. В настоящее время ученые уделяют большое внимание проблемам самоочищения водных объектов и роли в них гидробионтов [3, 4, 5].

Антропогенные сублетальные нарушения, включая функциональные нарушения физиологической активности, а также изменения поведения (у практически любой группы или таксона гидробионтов) целесообразно рассматривать как потенциально опасные в плане снижения эффективности самоочищения [6]. Отмечен факт существенной роли не только микроорганизмов, но и макробиотической компоненты в самоочищении экосистем, что делает необходимым сравнение чувствительности различных организмов к загрязнителям. Высокие (сублетальные) концентрации загрязнителей могут нарушать активность и жизнедеятельность других организмов, участвующих в функционировании экосистемы как биореактора [7, 8].

Роль биоты в самоочищении и улучшении качества вод полифункциональна. Так, детритный материал осадков, который имеет смешанное происхождение и формируется из тканей погибших моллюсков и растений, обладает способностью накапливать тяжелые металлы, тем самым внося вклад в процесс самоочищения водоема [9].

Водные гидробионты являются составной частью экосистемы. Их функционирование влияет на формирование качества вод [10].

Водные экосистемы играют важную роль в перераспределении радиоактивных изотопов. Последние, с грунтовыми водами, дождевыми и паводковыми потоками переносятся на значительные расстояния и постепенно накапливаются в замкнутых водоемах, поглощаясь гидробионтами, оседая в донных отложениях [11,12,13].

Таким образом, вся экосистема водоема участвует в процессах самоочищения. Длительность этих процессов определяется множеством факторов, в том числе периодом полураспада долгоживущих радионуклидов, количеством поллютантов, попавших в водоем, количеством гидробионтов, участвующих в процессах самоочищения и др. В результате процессы самоочищения могут затягиваться на длительное время. Задача ученых на данном этапе – ускорить процессы самоочищения, делая все возможное, чтобы не навредить и не разрушить естественные экосистемы. Поиск способов реабилитации загрязненных водных объектов пока не привел к единому пониманию механизмов выведения радионуклидов и других загрязнителей из них.

На основании изученных ранее особенностей, биологических механизмов самоочищения водных экосистем, рядом авторов был предложен биотехнологическийметод, включающий в себя использование различных гидробионтов для улучшения экологического состояния водоемов.

Одним из таких примеров может служить биоплато с участием высших водных растений (тростник, камыш, рогоз, рдест, сусак и др.). Поглощая значительное количество биогенных элементов, высшие водные растения снижают уровень эвтрофикации водоемов, усваивают и перерабатывают различные вещества, способствуя осаждению взвешенных и органических веществ, насыщают воду кислородом, интенсифицируют очистку воды от тяжелых металлов и нефтепродуктов за счет нефтеокисляющих бактерий [14].

Очищать загрязненную воду сорняками – еще одно эффективное средство, предложенное российскими учеными [15]. Специалистами института, занимающегося вопросами цитологии и генетики при Российской академии наук, разработана инновационная методика очистки вод, в которой основным устраняемым компонентом являются радиоактивные вещества. Наиболее интересно, что никаких нанотехнологий для этого не требуется. Очистка производится довольно распространенным в тропических широтах растением эйхорнией, обладающей отличным свойством – поглощать из воды практически весь имеющийся в ней объем загрязняющих веществ.

Альголизация водоемов и вселение растительноядных рыб также является одним из эффективных способов биологической мелиорации водоемов. Для решения проблемы «цветения» водоёмов используется биологический подход, который заключается в структурной перестройке фитопланктонного сообщества с преобладанием зеленых водорослей (например, штаммов Chlorella vulgaris BIN) [16]. Альголизация водоемов с применением планктонных штаммов хлореллы создаёт предпосылки для нормализации гидробиологического режима водоема. Использование штамма Chlorella vulgaris BIN с заложенными в нем принципиально новыми возможностями биологической реабилитации загрязненных водоемов, позволяет изменить экологическую обстановку и создать надежную систему оздоровления окружающей среды.

Экспериментально установлено, что существует возможность эффективной очистки загрязненной воды путем комбинированного использования биоагентов, способных к активной сорбции радионуклидов с выведением последних из биологического круговорота, в сочетании с техническими средствами фильтроадсорбционной очистки. Такую возможность обеспечивает комбинированный сорбент на основе полимерного волокнисто-пористого melt-blownносителя, импрегнированного дисперсной взвесью зеленой водоросли хлорелла (Chlorella vulgaris).Тип носителя выбран ввиду достигаемого в melt-blown материалах уникального сочетания структурных параметров и физических свойств. Такие материалы обладают свойством задерживать частицы дисперсной фазы и пропускать дисперсионную среду, демонстрируя малое гидродинамическое сопротивление. Также они химически стойки при любом составе очищаемой воды и технологичны в эксплуатации [17]. Одним из известных и доступных сорбционно-активных веществ являются гуминовые вещества. Находясь в водоемах, они выполняют важную роль в обезвреживании, накоплении и миграции загрязнителей. В настоящее время доказано участие гуминовых веществ в детоксикации пестицидов, тяжелых металлов, радионуклидов [18,19,20]. Достигается высокая эффективность извлечения радионуклидов с помощью вышеуказанного комбинированного сорбента, в котором полимерный носитель импрегнирован целевой добавкой гуминовых веществ [21, 22]. Данный способ извлечения радионуклидов из воды с помощью комбинированного сорбента (полимер + биоагент) разработан на стыке научных направлений и демонстрирует перспективность поиска средств реабилитации загрязненных территорий с привлечением арсенала и методологии смежных наук.

Литература

1. Константинов, А.С. Общая гидробиология. / А.С. Константинов // М.: Высшая школа. — 1979. — 480 с.
2. Ostroumov, S.A. // Rivista di Biologia / Biology Forum. — 1998. V.91. — P. 221-232.
3. Остроумов, С.А. Гидробионты в самоочищении вод и биогенной миграции элементов / С.А. Остроумов // М. МАКС-Пресс. — 2008. — 200 с.
4. Остроумов, С.А. Биологический механизм самоочищения в природных водоемах и водотоках: теория и приложения / С.А. Остроумов // Успехи современной биологии. — 2004. т.124. №5. — С. 429-442.
5. Абакумов, В.А. Новое в изучении водных экосистем и организмов: концепция экологической репарации / В.А. Абакумов // Вода: технология и экология. — 2007. № 2. с.70-71.
6. Остроумов, С.А. Введение в биохимическую экологию. 1986. — М. Изд-во МГУ. — 176 c.
7. Ostroumov, S.A. / Ed. S.A.Ostroumov. Aquatic Ecosystems. M.: Dialog. — 1999. — P.13.
8. Остроумов, С.А., Водные экосистемы и организмы / С.А. Остроумов, Н.Н. Колотилова Н.Н., Н.Ф. Пискункова, Н.В. Карташева, М.Я. Лямин, В.М. Краевский / Ред. С.А.Остроумов. М.: Диалог-МГУ. 1999. — С.45-46.
9. Остроумов, С.А. Тяжелые металлы (Fe, Mn, Zn, Cu, Cd, Cr) в биогенном детрите микрокосмов с водными организмами / С.А. Остроумов, Л.Л. Демина // Экология промышленного производства. — 2010, № 2. — С. 53-56.
10. Мелехова О. П., Биологический контроль окружающей среды: биоиндикация и биотестирование: учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений / О. П. Мелехова, Е. И. Егорова, Т. И. Евсеева и др.; под ред. О. П. Мелеховой и Е. И. Егоровой. – М.: Издательский центр «Академия». -2007. – 288 с.
11. Маленченко, А.Ф. Радионуклиды и микроэлементы в чешуе рыб озера Перcток (Беларусь) / А.Ф. Маленченко, А.В. Зубарева, А. М. Слуквин, В. В. Ус, И.В. Жук, Ю.И. Бондарь // Весцi НАН Беларусi. Сер. бiял. навук. – 2009. — №2. – С. 111-115.
12. Кудряшов, В.П. Особенности накопления америция и плутония Чернобыльского выброса макрофитами водных систем Гомельской области / В.П. Кудряшов, В.И. Гапоненко, А.В. Зубарева// Весцi НАН Беларусi. Сер. бiял. навук. – 2008. — №4. – С. 91-94.
13. Кудряшов, В.П. Накопление долгоживущих радионуклидов ихтиофауной замкнутых водных объектов / В.П. Кудряшов, А.В. Зубарева, Н.Н. Бажанова // Экологическая антропология. Ежегодник. – 2008. – С. 31-33.
14. Зайнутдинова, Э. М. Очистка сточных вод от ионов тяжелых металлов с использованием водных растений / Э. М. Зайнутдинова, Г. Г. Ягафарова // Башкирский химический журнал.- 2013. – Т 20, №3. С. 150-152.
15. Патент RU № 2288894 C1, МПК C02F3/32 — Лялин С. В. «Способ очистки загрязненных водных сред в климатических условиях средних широт». 10.12.2006.
16. Богданов, Н.И. Штамм микроводоросли Chlorella vulgaris BIN для получения биомассы и очистки сточных вод: пат. Рос. Федерации № 2192459 / Н. И. Богданов. – Бюл. № 31. – 2002.
17. Кравцов, А.Г. Полимерные материалы для решения экологических задач / А.Г. Кравцов, С.В. Зотов // Наука и инновации. – 2008. – Т. 68, № 10. – С.70–72.
18. Дударчик, В.М. Гуминовые препараты торфа для очистки сточных вод от тяжелых металлов/ В.М.Дударчик, С.И.Коврик, Т.П. Смычник // Сб. трудов V Всероссийской научной конференции «Гуминовые вещества в биосфере», г. С.-Петербург, 1–4 марта 2010 г. – СПб., 2010. – С. 392–396.
19. Аввакумова, Н.П. Гуминовые вещества – фактор защиты биосистем от экотоксикантов / Н.П. Аввакумова // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. – 2009. – Т. 11, №1 (2). – С. 197–201.
20. Буряк А.К., Аввакумова Н.П. / В сб. научн. трудов «Гуминовые вещества в биосфере». – М.: Изд. МГУ, 2004. – С.149-153.
21. Кравцов, А.Г. Полимерные волокнистые meltblown материалы – средство очистки от долгоживущих радионуклидов / А.Г. Кравцов, А.В. Зубарева, С.В. Зотов, А.Н. Никитин // Международный научно-технический журнал «Материалы, технологии, инструменты». – 2013. — Т.18, №2. — С. 56-60.
22. Патент BY № 18923, МПК B 01D 39/16 G 21F 9/12 – А.В.Зубарева, А.Г. Кравцов, С.В. Зотов, А.Д. Наумов «Сорбент для очистки замкнутых водоемов от долгоживущих радионуклидов». Заявитель ГНУ «Институт радиобиологии НАН Беларуси». 2015.02.28.

---

© Алеся Зубарева, научный сотрудник лаборатории радиоэкологии

e-mail: alesyazubareva@mail.ru