12.03.2015. Биоконтроль загрязнения водной
среды: проблемы реабилитации
и ремедиации, включая
фиторемедиацию и зооремедиацию.
ТОКСИКОЛОГИЧЕСКИЙ ВЕСТНИК, №6 (99), 2009, с.31-38.
http://5bio5.blogspot.com/2015/03/12032015-6-99-2009-31-38.html
полный текст:
http://5bio5.blogspot.com/2015/03/12032015-6-99-2009-31-38.html
полный текст:
УДК 574.635:574.632.017;
С.А.Остроумов
Московский госуниверситет
им. М.В. Ломоносова,
биологический факультет
Ф иторемедиация, альгоремедиация и зоо-
ремедиация рассматриваются в связи с
поисками экотехнологий очищения во-
дной среды от загрязняющих веществ, в том чис-
ле токсикантов.
В рамках выявления роли организмов, в каче-
стве примера анализируются данные об элемен-
тах, в том числе о тяжелых металлах, вовлекае-
мых моллюсками в биогеохимические потоки в
результате изъятия их из водного столба водое-
ма. На основе теории сформулированы выводы,
имеющие практическое значение для устойчиво-
го использования природных ресурсов.
Ключевые слова: токсичные загрязняющие ве-
щества, водные ресурсы, водные экосистемы,
качество воды, самоочищение воды, реабили-
тация, фиторемедиация, биоремедиация, хими-
ческое загрязнение, поллютанты, макрофиты,
моллюски, токсиканты, тяжелые металлы
Материал поступил в редакцию 27.08.09.
32
ТОКСИКОЛОГИЧЕСКИЙ ВЕСТНИК, №6 (99), 2009, с.31-38.
1.1. Фиторемедиация. В по-
следние годы стал развиваться
подход к очищению загрязнен-
ных природных сред (почв, вод)
c использованием растений [4,
13, 16], называемый фитореме-
диацией.
Под этим понимается исполь-
зование растений (прежде все-
го высших растений) для целей
деконтаминации среды, в кото-
рой эти растения выращивают-
ся. Выделяется несколько (не
менее пяти) видов фитореме-
диации, которые упоминаются
ниже (по данным работ многих
авторов):
1. Фитоэкстрация (phytoextraction).
Способность расте-
ний, водорослей, культур тка-
ней растений секвестрировать
(sequester) токсичные элемен-
ты, включая металлы, путем
поглощения или биосорбции
(biosorption). Контаминирован-
ные организмы (например, рас-
тения) изымаются из системы.
В некоторых случаях исполь-
зуется выражение biomining
– т.е. добыча полезных
компонентов с ис-
пользованием фи-
тоэкстракции.
2. Ризофиль-
трация (rhizofiltration).
Ис-
п о л ь з о в а н и е
растений для
адсорбции (to
absorb) корнями и
иногда осаждения (to
precipitate) контаминан-
тов из загрязненных вод.
3. Фитостабилизация (phytostabilization).
Использование
толерантных растений для ста-
билизации контаминантов пу-
тем снижения биодоступности
(bioavailability).
4. Фитодеградация (phytodegradation).
Использование
растений и ассоциированных
микроорганизмов для разру-
шения органических поллю-
тантов.
5. Фитоволатилизация (phytovolatilization).
Использова-
ние растений для испарения
(volatilize) поллютантов.
Этот список не исчерпывает
всех возможных направлений
применения фитотехнологий и
фиторемедиации.
Были проведены экспери-
ментальные исследования взаи-
модействий растений с загряз-
няющими веществами, которые
вносят вклад в разработку науч-
ных основ фиторемедиации во-
дных сред, загрязненных перх-
лоратом (совместная работа
автора с учеными США [22]),
поверхностно-активными ве-
ществами (ПАВ) и детергента-
ми (синтетическими моющими
средствами, СМС). Показана
возможность использования рас-
тений Myriophyllum aquaticum
(Vell.) Verdc. для фиторемедиа-
ции водных сред, загрязненных
перхлоратом [22], растений не-
скольких других видов (Elodea
canadensis Mchk., Potamogeton
crispus L., Najas guadelupensis
L.) для фиторемедиации во-
дных систем, загрязненных
представителем ПАВ из класса
алкилсульфатов, додецилсуль-
фатом натрия (ДСН) [16],
а также смесевыми
препаратами из
группы синте-
тических мою-
щих средств
(опыты Е.А.
Соломоно-
вой).
Нами пред-
ложен новый
метод рекур-
рентных добавок,
который помогает
исследовать фиторемедиа-
ционный потенциал водных
растений [13]. Этот метод был
успешно апробирован на не-
скольких видах макрофи-
тов (Elodea canadensis Mchk.,
Potamogeton crispus L., Najas
guadelupensis L.). [16]; опыты
были проведены и на других
видах макрофитов. Примеры
изучения фиторемедиационно-
го потенциала растений даны
ниже в табл. 1.
С использованием метода
рекуррентных добавок было
показано, что растения E.
canadensis выдерживали сум-
марную нагрузку ДСН 4 мг/л
(8 добавок по 0.5 мг/л, нагрузка
распределена в течение 18 сут.)
и погибали при нагрузке 83 мг/л
(10 добавок по 8.33 мг/л за 19
сут.). Растения P. crispus вы-
держивали суммарную нагрузку
ДСН 3,3 мг/л (4 добавки по 0.83
мг/л, нагрузка распределена в
течение 8 сут.) и погибали при
нагрузке 33 мг/л (4 добавки по
8.33 мг/л за 8 сут.) [16].
Растения N. guadelupensis вы-
держивали значительно более
высокую нагрузку свыше 120
мг/л (распределенную в тече-
ние 168 сут как 72 добавки по
1,67 мг/л), причем опыт и рекур-
рентные добавки продолжаются
(результаты С.А.Остроумова и
Е.А. Соломоновой).
Гибель N. guadelupensis на-
блюдали при суммарной нагруз-
ке 141,6 мг/л, распределенной в
течение 39 суток как 17 добавок
по 8,33 [16].
Опыты с использованием
метода рекуррентных добавок
вносят вклад в изучение толе-
рантности водных макрофитов
и допустимых антропогенных
нагрузок на модельные водные
системы (микрокосмы).
Нами проводятся также опы-
ты по изучению взаимодействия
других поллютантов (тяжелых
металлов) с макрофитами. По-
лучены данные, свидетельству-
ющие об ускорении снижения
концентрации тяжелых метал-
лов в воде экспериментальных
систем, содержащих макрофи-
ты (в работе участвуют Т.В.
Шестакова, аспирант В.А. По-
клонов, студентка Е.Г. Головня)
Подчеркнем, что фитореме-
диация – сложный комплекс
процессов, в которых, наряду с
водными растениями, участву-
ют многие другие организмы,
в том числе бактерии и слож-
ный комплекс организмов пе-
рифитона. По-видимому, в тех
Самоочищение вод –
совокупность природных
процессов, направленных на
восстановление экологического
благополучия водного объекта.
ГОСТ 27065-86
Ноябрь – декабрь, 2009 ТВ 33
Виды растений Поллютант Комментарии Ссылки
Роголистник
Ceratophyllum
demersum
тяжелые металлы
Pb, Cd, Cu, Zn
в присутствии растений
ускоряется снижение кон-
центрации металлов в воде
данные
С.А.Остроумова,
Т.В. Шестаковой
и сотрудников
Роголистник
Ceratophyllum
demersum
ПАВ
ДСН (додецил-
сульфат натрия)
в присутствии растений
ускоряется снижение кон-
центрации ПАВ в воде
данные
С.А.Остроумова,
Е.В.Лазаревой
Камыш Scirpus
lacustris L., рогоз
Typha angustifolia L.,
T. latifolia L.
нефть,
нефтепродукты
в разложении и окислении
углеводородов участвуют
бактерии; возможна стиму-
ляция выделениями макро-
фитов
[4]
Myriophyllum
aquaticum перхлорат начальная концентрация
перхлората 21-26 мг/л [22]
Элодея Elodea
canadensis Mchk.
ПАВ
ДСН
суммарная нагрузка 4 мг/л
(нагрузка распределена ча-
стями в течение 18 сут.)
[16]
Рдест Potamogeton
crispus L. ДСН
суммарная нагрузка 3,3
мг/л (нагрузка распределе-
на частями в течение 8 сут.)
[16]
Najas
guadelupensis L. ДСН
суммарная нагрузка свыше
120 мг/л (нагрузка распре-
делена частями в течение
168 сут)
[16]
Sphagnum teres
(Schimp.) Ångstr. in
Hartm. и
S. Sphagnum angustifolium
(C. Jens. ex
Russ.) C. Jens.
ДСН серия добавок по 2 мг/л новые исследования
автора
макрофит OST-1
представители
анионных и кати-
онных ПАВ
серия добавок ДСН и
ТДТМА, различные нагруз-
ки
исследования автора
(1999), продолженные
Е.А.Соломоновой
несколько видов
макрофитов СМС различные нагрузки, ис-
пользовали СМС «Аист»
новые результа-
ты (А.С.Остроумов,
Е.А.Соломонова)
Таблица 1
Фиторемедиационный потенциал некоторых водных растений (примеры)
или иных случаях фиторемеди-
ации могут существенную роль
играть комплекс организмов,
конкретная роль которых пока
неясна или не изучена детально
– комплекс, включающий такие
организмы, как грибы, циано-
бактерии, простейшие и другие
группы организмов, входящие в
биологическое сообщество во-
дной системы.
1.2 Альгоремедиация. Этим
термином предлагаем обозна-
чать использование водорослей
(включая макроводоросли) для
удаления из воды нежелатель-
ных веществ. Примером может
служить потенциал красных
макроводорослей для удаления
биогенов. Обнадеживающие
результаты в этом направлении
получены в работе испанских
авторов, которые показали
эффективность красных водо-
рослей Gracilariopsis longissima
для удаления фосфора и азо-
та (в форме аммония) из вод,
34
ОКСИКОЛОГИЧЕСКИЙ ТВЕСТНИК №6 (99) Ноябрь – декабрь, 2009
куда эти биогены поступают в
результате интенсивной мари-
культуры и выращивания рыб
Sparus aurata (gilthead seabream)
[21]. Технология использования
этого подхода включала выра-
щивание водорослей на канатах.
Скорость извлечения биогенов
из воды при этом достигала сле-
дующих величин (в расчете на 1
см длины каната за один день):
извлечение фосфора - 24.9 ми-
крограммов, извлечение азота
– 170 микрограммов. Это суще-
ственные значения, поскольку в
пересчете на 1 м каната, покры-
того водорослями, это составля-
ет 2.49 миллиграммов фосфора
и 17 миллиграммов азота. Сни-
жение концентрации фосфора и
аммонийного азота в воде имеет
большое значение, поскольку
они вызывают не только эвтро-
фирование. Как известно, аммо-
ний в повышенных концентра-
циях опасен и как токсикант.
1.3. Бриоремедиация. Этим
термином предлагается обозна-
чить использование бриофитов
(Bryophyta, мохообразные) для
целей ремедиации. Автор про-
водил опыты по использованию
сфагновых мхов и других брио-
фитов для ремедиации сред, со-
держащих различные поллю-
танты.
1.4. Микоремедиация (фун-
горемедиация). Под этим пони-
мается использование грибов
для целей ремедиации. Многие
виды грибов образуют высоко-
активные ферменты, способ-
ные трансформировать и/ или
Э
втрофикация (греч. eutrophia
— хорошее питание) — обо-
гащение рек, озер и морей био-
генами, сопровождающееся
повышением продуктивности
растительности в водоемах. Эв-
трофикация может быть результа-
том как естественного старения
водоема, так и антропогенных
воздействий. Основные химиче-
ские элементы, способствующие
эвтрофикации — фосфор и азот.
Википедия
разрушать широкий круг ве-
ществ. Эта способность может
использоваться для целей реме-
диации сред, содержащих те или
иные поллютанты.
1.5. Зооремедиация. Под этим
предлагается понимать исполь-
зование функциональной ак-
тивности животных с целью
внести вклад в деконтаминацию
загрязненной среды.
Опыт исследований на бес-
позвоночных животных, ко-
торые фильтруют воду (филь-
траторах), свидетельствует о
существенной роли этих ор-
ганизмов в поддержании ка-
чества воды и очищении воды
от взвесей в природных и экс-
периментальных водных си-
стемах. Автором проводились
эксперименты по использова-
нию ряда фильтраторов, кото-
рые показали существенный
потенциал в удалении из воды
взвесей (табл. 2 ).
Предложения использовать
водных беспозвоночных для це-
лей очищения морских вод не-
однократно выдвигались проф.
О.Г.Мироновым (Институт био-
логии южных морей, Севасто-
поль). Им были начаты инте-
ресные разработки установки,
которая использовала моллю-
сков (мидий) для доочистки мор-
ских вод, загрязненных нефте-
продуктами.
Были проведены оценки роли
моллюсков в извлечении из воды
(учитывая и изъятие взвесей)
металлов. Так, с учетом филь-
трационной активности дрейс-
сенDreissena polymorpha в во-
доемах, молдавскими учеными
(И.К.Тодерашем, Е.И.Зубковой
и сотрудниками) были сделаны
оценки изъятия из воды (учи-
тывая взвешенное в воде ве-
щество) металлов, на примере
Кучурганского водохранилища
[24] (табл. 3 и 4 ).
Оценки, сделанные в вышеу-
помянутых таблицах (табл. 3 и
4), показывают существенную
роль двустворчатых моллюсков
(и фильтраторов в целом) в изъ-
ятии из воды металлов. Это име-
ет большое значение для общего
понимания вклада этих организ-
мов в очищение воды (посколь-
ку тяжелые металлы – важный
класс поллютантов). Это еще
раз доказывает потенциально
большую роль водных беспозво-
ночных животных для ремедиа-
ции воды, т.е. еще раз доказыва-
ет оправданность рассмотрения
зооремедиации в ряду других
подходов для очищения и восста-
новления загрязненных водных
систем. Материал о моллюсках
был приведен в качестве одного
из многих возможных примеров,
иллюстрирующих разносторон-
нюю роль водных организмов
(биоты). Автор полагает необ-
ходимым подчеркнуть, что ни в
коем случае нельзя выпячивать
роль одной группы организмов
в ущерб оценки вклада, вноси-
мого другими группами орга-
низмами.
Функциональная активность
моллюсков и их вклад в само-
очищение вод реализуется при
очень существенном участии
многих других организмов во-
дных экосистем. Моллюски об-
разуют большое количество
пеллет, которые вносят весо-
мый вклад в формирование ор-
ганического вещества донных
осадков. Это вещество служит
кормовым ресурсом для со-
общества микроорганизмов и
многих донных организмов-
детритофагов. Все эти организ-
мы также вносят вклад в очище-
ние воды и водной экосистемы.
Следует подчеркнуть, что
для зооремедиации водных си-
стем существенную роль могут
играть не только моллюски, но
и другие группы фильтрато-
ров. Об этом свидетельствуют,
например, результаты иссле-
дования итальянских авторов,
показавших высокую эффек-
тивность губок в снижении чис-
ленности бактерий, содержа-
щихся в воде [23].
Вышеприведенная теория
полифункциональной роли ор-
ганизмов выявляет разносто-
роннее участие практически
всех основных групп организ-
мов для очищения воды, что
создает теоретическую базу
для более эффективного и
Ноябрь – декабрь, 2009 ТВ 35
Организмы Взвеси одноклеточных
организмов Ссылки Примечание
Дафнии
Daphnia magna
планктонные зеленые
водоросли Scenedesmus
quadricauda (Turp.) de Brébisson
новые
результаты
опыты И.М.Ворожун и
С.А.Остроумова показали
ингибирование (подавле-
ние) фильтрации воды при
действии
ПАВ ДСН
Перловицы
Unio sp водоросли, цианобактерии [5-7]
показано ингибирование
фильтрационной активно-
сти при воздействии ПАВ
Unio tumidus
Scenedesmus quadricauda
(опыт с ПАВ Тритоном Х-100)
Saccharomyces cerevisiae
(опыт с СМС ОМО)
[12]
показано ингибирование
фильтрационной актив-
ности при воздействии
Тритона Х-100, 5 мг/л, и
синтетического моющего
средства ОМО, 50 мг/л,
Мидии Mytilus
edulis водоросли [15]
показано ингибирование
фильтрационной активно-
сти ПАВ
Мидии Mytilus
galloprovincialis
водоросли; дрожжи
Saccharomyces cerevisiae [5-7]
показано ингибирование
фильтрационной актив-
ности при действии ПАВ,
СМС, металлов, нефте-
продуктов
Mytilus
galloprovincialis S. cerevisiae [8]
ингибирование фильтра-
ционной активности при
действии СМС IXI 20 мг/л
Устрицы
Crassostrea
gigas
водоросли;
S. cerevisiae [8]
ингибирование филь-
трационной активности
при действии ПАВ, СМС
(Дени-автомат, 30 мг/л)
Unio tumidus,
M. galloprovincialis,
Crassostrea
gigas
водоросли;
S. cerevisiae [9]
показано ингибирование
фильтрационной актив-
ности пятью детергентами
(1-50 мг/л)
коловратки
Brachionus calyciflorus
Nannochloropsis limnetica
L. Krienitz, D. Hepperle,
H.-B. Stich & W. Weiler
(Eustigmatophyceae)
[14]
показано ингибирование
фильтрационной активно-
сти катионным ПАВ (0,5
мг/л)
Таблица 2
Изучение фильтрационной активности и удаления взвесей
из воды организмами-фильтраторами (примеры)
36
ОКСИКОЛОГИЧЕСКИЙ ТВЕСТНИК №6 (99) Ноябрь – декабрь, 2009
успешного использования от-
дельных групп организмов в
целях очищения водной среды.
В зависимости от того, какие
группы организмов задейство-
ваны в практической работе
по деконтаминации среды, эти
направления работ могут но-
сить название фиторемедиа-
ции, биоремедиации или зоо-
ремедиации – однако, следует
постоянно помнить, что в лю-
бом из этих случаев действует
комплексный, полифункцио-
нальный биологический меха-
низм. Учет по возможности бо-
лее широкого круга процессов
(они охарактеризованы в пер-
вых разделах статьи) поможет
более успешной реализации
этих методов.
2. Некоторые рекомендации
и основанные на теории [18, 19]
выводы для практики и устой-
чивого использования водных
ресурсов.
Наши опыты и разработан-
ные элементы теории привели
к следующим выводам и реко-
мендациям, существенным для
устойчивого использования во-
дных ресурсов [17].
1 Практические подходы, при
которых используются от-
дельные группы организмов
для целей очищения, восста-
новления загрязненных водо-
емов и водотоков (фитореме-
диация, биоремедиация и др.)
целесообразно основывать на
тех или иных сторонах функ-
ционирования комплексных
биомеханизмов самоочищения
вод. Эти биомеханизмы, в свою
очередь, тесно связаны с про-
явлением полифункциональ-
ной роли водных организмов.
2При анализе групп организ-
мов, участвующих в очище-
нии воды, в работах [5-12, 18,
19 ] сравнительно большое ме-
сто занимают водные растения
и моллюски. Однако это ни в
коей мере не преуменьшает той
существенной роли, которую
играют и другие группы орга-
низмов.
3Анализ роли конкретных
групп организмов для фор-
мирования качества воды спо-
собствует разработке научных
основ практических мер по очи-
щению и восстановлению во-
дных объектов, по сохранению
качества воды в водоемах и во-
дотоках. При реконструкции,
реабилитации, проведении био-
инженерных работ на восста-
навливаемых и реконструируе-
мых водных объектах следует
стремиться к созданию благо-
приятных условий для макси-
мально широкого разнообразия
организмов.
4Поскольку почти все во-
дные организмы участву-
ют в формировании качества
воды, самоочищении водных
экосистем либо в регуляции
этих процессов, то сохране-
ние биоразнообразия в водных
экосистемах – важная предпо-
сылка сохранения имеющего-
ся самоочистительного и ре-
медиационного потенциала
водоемов и водотоков [9]. По-
этому природоохранные меры
и сохранение биоразнообразия
должны занимать приоритет-
ное место в программах устой-
чивого использования водных
ресурсов.
5Поскольку в очищении воды
активно участвуют также и
виды наземных экосистем и ме-
стообитаний, пограничных с во-
доемами и водотоками, то в це-
лях сохранения качества воды
необходима охрана биоразноо-
бразия и этих прибрежных на-
земных экосистем.
6Для определения критиче-
ских антропогенных нагру-
зок [3] на водную экосистему
необходимо учитывать лабиль-
ность и уязвимость процессов
биологического самоочищения
Элемент Включение в состав биомассы дрейссен,
мкг/м2
Mn 18360
Pb 277
Al 21750
Ti 6730
Ni 4740
Mo 1020
V 1090
Cu 6990
Zn 63840
Таблица 3
Накопление металлов в биомассе популяции дрейссен Dreissena polymorpha
(пояснения и ссылка в тексте).
Ноябрь – декабрь, 2009 ТВ 37
экосистемы. Для оценки допу-
стимых нагрузок на макрофи-
ты некоторую информацию
можно получить с примене-
нием предложенного автором
метода рекуррентных добавок
(Остроумов, 2006 [13]).
7 Нарушение тех или иных
биологических процессов,
ведущих к самоочищению вод,
представляет собой еще одни
тип экологической опасности
химических веществ, на кото-
рый указано в работах [7, 10, 11,
12]. Это необходимо учитывать
при оценке степени опасности
химических веществ.
8Сохранение биомеханиз-
мов самоочищения вод,
всех его основных участни-
ков, в том числе моллюсков-
фильтраторов и их высокой
функциональной активности
– необходимая предпосылка
успешной борьбы с эвтрофи-
кацией [6], важное условие
формирования водоохранно-
го режима на акваториях [9] и
устойчивого водопользования.
В современных условиях, ввиду
несовершенства водного зако-
нодательства РФ (и конкретно
Водного Кодекса РФ), к сожа-
лению, данная рекомендация
(а также рекомендации № 6 и
7) не везде осуществляется на
практике. Отсюда вытекает,
что имеются экологические
аргументы, требующие пере-
смотра и совершенствования
Водного Кодекса РФ.
9 Последние работы под-
тверждают ранее высказан-
ное предсказание, что будут вы-
явлены новые загрязняющие
вещества, которые снижают
способность водоемов и водо-
токов к самоочищению [5]. Это
предсказание остается в силе –
по мнению автора, в дальней-
шем появятся новые данные о
таком действии загрязняющих
веществ. Поэтому в программах
борьбы с загрязнением среды
необходимо уделять существен-
ное внимание предупреждению
загрязнения водных объектов
этими веществами.
Дополнительное свидетель-
ство адекватности предлагае-
мых подходов для практических
мероприятий по сохранению и
улучшению качества воды по-
лучено при анализе качества
вод в водотоках Северной Аме-
рики, загрязняемых диффузны-
ми источниками поллютантов
(non-point sources of pollution)
(Fisenko, 2004 [20]).
Вышесказанное целесоо-
бразно принимать во внима-
ние в практической работе
по охране водных объектов, в
том числе при совершенство-
вании экологического законо-
дательства.
В рамках научного обобще-
ния новых фактов и анализа
всей суммы существующих дан-
ных, выявление полифункцио-
нальной роли биоты (комплек-
са организмов) в самоочищении
воды [5-18] дополнительно дета-
лизирует тезис В.И.Вернадского
о том, что «Живое вещество…
геологически…является самой
большой силой в биосфере и
определяет… все идущие в ней
процессы» [1].
Благодарность. Автор
благодарит В. В. Ма ла хова,
Е. А. Криксунова, Г. С. Розен-
берга, В. К. Жирова, Т. И. Мо-
исеенко, С. В. Котелевцева,
А. П. Садчикова, Г. Е. Шульма-
на, О. Г. Миронова, И. К. Тодера-
ша, Е. И. Зубкову за обсуждение
некоторых затронутых вопро-
сов и критические замечания,
Н. Н. Колотилову, А. А. Солда-
това и Е. А. Соломонову за по-
мощь в опытах, А. В. Клепикову
за помощь в оформлении статьи.
Часть работы поддержана гран-
том РФФИ по проекту 06-04-
90824Мол_а.
Элемент Изъятие из воды в составе взвесей и дальнейшая
седиментация с осаждением на дно, кг
Mn 450
Pb 106
Al около 750
Ti около 300
Ni 205
Mo 15
V 56
Cu 455
Zn около 2000
Таблица 4
Примеры биогенной миграции элементов (некоторых металлов) в течение вегетационного
сезона вследствие жизнедеятельности популяции дрейссен Dreissena polymorpha
в Кучурганском водохранилище (пояснения и ссылка в тексте).
8
ОКСИКОЛОГИЧЕСКИЙ ТВЕСТНИК №6 (99) Ноябрь – декабрь, 2009
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Вернадский В.И. Научная мысль
как планетное явление. М.: Наука,
1991. 272 с.
2. Кураков А.В., Ильинский В.В.,
Котелевцев С.В., Садчиков А.П. Био-
индикация и реабилитация экоси-
стем при нефтяных загрязнениях. М.
: Графикон. 2006. 336 с.
3. Моисеенко Т.И. Методология
и методы определения критических
нагрузок (применительно к поверх-
ностным водам Кольской Субаркти-
ки) // Изв. АН. Сер. географ. 1999.
№ 6. С. 68-78.
4. Морозов Н.В. Эколого-
биотехнологические пути форми-
рования и управления качеством
поверхностных вод (региональные
аспекты). Автореф….докт. биол. на-
ук. М. МГУ. 2003. 53 с.
5. Остроумов С.А. Биологические эф-
фекты при воздействии поверхностно-
активных веществ на организмы. М.:
МАКС-Пресс, 2001а. 334 с.
6. Остроумов C.А. Синэкологиче-
ские основы решения проблемы эв-
трофирования // Докл. РАН. 2001б.
Т.381. № 5. С.709-712.
7. Остроумов С.А. Опасность двух-
уровневого синергизма при синэко-
логическом суммировании антропо-
генных воздействий // Докл. РАН.
2001в. Т.380. №6. С. 847-849.
8. Остроумов С.А. Сохранение
биоразнообразия и качество воды:
роль обратных связей в экосистемах
// Докл. РАН. 2002а. Т.382. № 1. С.
138-141.
9. Остроумов С.А. Система прин-
ципов для сохранения биогеоценоти-
ческой функции и биоразнообразия
фильтраторов // Докл. РАН. 2002б.
Т.383. № 5. С.710-713.
10. Остроумов С.А. Новый тип
действия потенциально опасных ве-
ществ: разобщители пелагиально-
бентального сопряжения // Докл.
РАН. 2002д. Т.383. № 1. С.138-141.
11. Остроумов С.А. 2004. О био-
тическом самоочищении водных
экосистем. Элементы теории // До-
клады академии наук (ДАН). 2004.
т.396. № 1. С.136-141.
12. Остроумов С.А. О некоторых
вопросах поддержания качества во-
ды и ее самоочищения // Водные ре-
сурсы. 2005. т.32. № 3. С. 337-347.
13. Остроумов С.А. Модельная си-
стема в условиях рекуррентных (реи-
терационных) добавок ксенобиотика
или поллютанта // Ecological Studies,
Hazards, Solutions. 2006. – Т. 11. – С.
72-74.
14. Остроумов С.А., Вальц Н., Ру-
ше Р. Воздействие катионного ам-
фифильного вещества на коловраток
// Доклады РАН (ДАН)
15. Остроумов С.А., Донкин П.,
Стафф Ф. Ингибирование анионным
поверхностно-активным веществом
способности мидий Mytilus edulis
фильтровать и очищать морскую во-
ду // Вестник МГУ. Сер. 16. Биол.
1997. № 3. C. 30-35.
16. Остроумов С.А., Соломонова
Е.А. К разработке гидробиологиче-
ских вопросов фиторемедиации: вза-
имодействие трех видов макрофитов
с додецилсульфатом натрия.—Вода и
экология. 2006. № 3. стр. 45-49.
17. Остроумов С.А., Подходы к
очищению и оздоровлению водных
объектов (фиторемедиация, биоре-
медиация, зооремедиация) в связи с
теорией полифункциональной роли
биоты в самоочищении вод // Во-
да: технология и экология» 2007 №
2 с.49-69.
18. Остроумов С.А. Гидробионты в
самоочищении вод и биогенной ми-
грации элементов. М. МАКС-Пресс.
2008. 200 с.
19. Остроумов С.А. Биоконтроль
загрязнения водной среды: элемен-
ты теории (предыдущая статья этой
серии из двух статей ) Токсикологи-
ческий вестник, в печати.
20. Fisenko A. I. A New Long-Term
On Site Clean-Up Approach Applied
to Non-Point Sources of Pollution //
Water, Air, & Soil Pollution. 2004, Volume
156, Numbers 1-4, p. 1-27.
21. Hernandez I. , Perez-Pastor A.,
Vergara J. J. , Martinez-Aragon J. F. ,
Fernandez-Engo M. A. , Perez-Llorens J.
L. Studies on the biofi ltration capacity
of Gracilariopsis longissima : From microscale
to macroscale. - Aquaculture,
2006, vol. 252, no 1, p. 43-53
22. Ostroumov S.A., Yifru D.,
Nzengung V., McCutcheon S. Phytoremediation
of perchlorate using aquatic
plant Myriophyllum aquaticum //
Ecological Studies, Hazards, Solution.
Vol. 11, M.: MAX Press, 2006,
P. 25-27.
23. Stabili, L., Licciano, M., Giangrande,
A., Longo, C., Mercurio, M.,
Marzano, C.N., Corriero, G. Filtering
activity of Spongia offi cinalis var. adriatica
(Schmidt) (Porifera, Demospongiae)
on bacterioplankton: Implications
for bioremediation of polluted seawater
// Water Research 2006, v.40 (16),
p.3083-3090.
24. Toderas I., Zubcov E., Biletchi
L., Zubcov N., Botnaru A. Functional
role of populations of benthic invertebrates
in biogenic migration of microelements
// Anale stiintifice ale
Universitatii de Stat din Moldova, Seria
Stiinte chimico-biologice. (Науч-
ный ежегодник Молдавского гос.
ун-та. Серия: химико-биол. науки)
1999. pages 137-140.
S.A. Ostroumov
Biocontrol of polluted water media: issues of rehabilitation and remediation including
phytoremediation and zooremediation
среды: проблемы реабилитации
и ремедиации, включая
фиторемедиацию и зооремедиацию.
ТОКСИКОЛОГИЧЕСКИЙ ВЕСТНИК, №6 (99), 2009, с.31-38.
УДК 574.635:574.632.017
С.А.Остроумов
Московский госуниверситет
им. М.В. Ломоносова,
биологический факультет
Ф иторемедиация, альгоремедиация и зоо-
ремедиация рассматриваются в связи с
поисками экотехнологий очищения во-
дной среды от загрязняющих веществ, в том чис-
ле токсикантов.
В рамках выявления роли организмов, в каче-
стве примера анализируются данные об элемен-
тах, в том числе о тяжелых металлах, вовлекае-
мых моллюсками в биогеохимические потоки в
результате изъятия их из водного столба водое-
ма. На основе теории сформулированы выводы,
имеющие практическое значение для устойчиво-
го использования природных ресурсов.
Ключевые слова: токсичные загрязняющие ве-
щества, водные ресурсы, водные экосистемы,
качество воды, самоочищение воды, реабили-
тация, фиторемедиация, биоремедиация, хими-
ческое загрязнение, поллютанты, макрофиты,
моллюски, токсиканты, тяжелые металлы
Материал поступил в редакцию 27.08.09.
32
ТОКСИКОЛОГИЧЕСКИЙ ВЕСТНИК, №6 (99), 2009, с.31-38.
1.1. Фиторемедиация. В по-
следние годы стал развиваться
подход к очищению загрязнен-
ных природных сред (почв, вод)
c использованием растений [4,
13, 16], называемый фитореме-
диацией.
Под этим понимается исполь-
зование растений (прежде все-
го высших растений) для целей
деконтаминации среды, в кото-
рой эти растения выращивают-
ся. Выделяется несколько (не
менее пяти) видов фитореме-
диации, которые упоминаются
ниже (по данным работ многих
авторов):
1. Фитоэкстрация (phytoextraction).
Способность расте-
ний, водорослей, культур тка-
ней растений секвестрировать
(sequester) токсичные элемен-
ты, включая металлы, путем
поглощения или биосорбции
(biosorption). Контаминирован-
ные организмы (например, рас-
тения) изымаются из системы.
В некоторых случаях исполь-
зуется выражение biomining
– т.е. добыча полезных
компонентов с ис-
пользованием фи-
тоэкстракции.
2. Ризофиль-
трация (rhizofiltration).
Ис-
п о л ь з о в а н и е
растений для
адсорбции (to
absorb) корнями и
иногда осаждения (to
precipitate) контаминан-
тов из загрязненных вод.
3. Фитостабилизация (phytostabilization).
Использование
толерантных растений для ста-
билизации контаминантов пу-
тем снижения биодоступности
(bioavailability).
4. Фитодеградация (phytodegradation).
Использование
растений и ассоциированных
микроорганизмов для разру-
шения органических поллю-
тантов.
5. Фитоволатилизация (phytovolatilization).
Использова-
ние растений для испарения
(volatilize) поллютантов.
Этот список не исчерпывает
всех возможных направлений
применения фитотехнологий и
фиторемедиации.
Были проведены экспери-
ментальные исследования взаи-
модействий растений с загряз-
няющими веществами, которые
вносят вклад в разработку науч-
ных основ фиторемедиации во-
дных сред, загрязненных перх-
лоратом (совместная работа
автора с учеными США [22]),
поверхностно-активными ве-
ществами (ПАВ) и детергента-
ми (синтетическими моющими
средствами, СМС). Показана
возможность использования рас-
тений Myriophyllum aquaticum
(Vell.) Verdc. для фиторемедиа-
ции водных сред, загрязненных
перхлоратом [22], растений не-
скольких других видов (Elodea
canadensis Mchk., Potamogeton
crispus L., Najas guadelupensis
L.) для фиторемедиации во-
дных систем, загрязненных
представителем ПАВ из класса
алкилсульфатов, додецилсуль-
фатом натрия (ДСН) [16],
а также смесевыми
препаратами из
группы синте-
тических мою-
щих средств
(опыты Е.А.
Соломоно-
вой).
Нами пред-
ложен новый
метод рекур-
рентных добавок,
который помогает
исследовать фиторемедиа-
ционный потенциал водных
растений [13]. Этот метод был
успешно апробирован на не-
скольких видах макрофи-
тов (Elodea canadensis Mchk.,
Potamogeton crispus L., Najas
guadelupensis L.). [16]; опыты
были проведены и на других
видах макрофитов. Примеры
изучения фиторемедиационно-
го потенциала растений даны
ниже в табл. 1.
С использованием метода
рекуррентных добавок было
показано, что растения E.
canadensis выдерживали сум-
марную нагрузку ДСН 4 мг/л
(8 добавок по 0.5 мг/л, нагрузка
распределена в течение 18 сут.)
и погибали при нагрузке 83 мг/л
(10 добавок по 8.33 мг/л за 19
сут.). Растения P. crispus вы-
держивали суммарную нагрузку
ДСН 3,3 мг/л (4 добавки по 0.83
мг/л, нагрузка распределена в
течение 8 сут.) и погибали при
нагрузке 33 мг/л (4 добавки по
8.33 мг/л за 8 сут.) [16].
Растения N. guadelupensis вы-
держивали значительно более
высокую нагрузку свыше 120
мг/л (распределенную в тече-
ние 168 сут как 72 добавки по
1,67 мг/л), причем опыт и рекур-
рентные добавки продолжаются
(результаты С.А.Остроумова и
Е.А. Соломоновой).
Гибель N. guadelupensis на-
блюдали при суммарной нагруз-
ке 141,6 мг/л, распределенной в
течение 39 суток как 17 добавок
по 8,33 [16].
Опыты с использованием
метода рекуррентных добавок
вносят вклад в изучение толе-
рантности водных макрофитов
и допустимых антропогенных
нагрузок на модельные водные
системы (микрокосмы).
Нами проводятся также опы-
ты по изучению взаимодействия
других поллютантов (тяжелых
металлов) с макрофитами. По-
лучены данные, свидетельству-
ющие об ускорении снижения
концентрации тяжелых метал-
лов в воде экспериментальных
систем, содержащих макрофи-
ты (в работе участвуют Т.В.
Шестакова, аспирант В.А. По-
клонов, студентка Е.Г. Головня)
Подчеркнем, что фитореме-
диация – сложный комплекс
процессов, в которых, наряду с
водными растениями, участву-
ют многие другие организмы,
в том числе бактерии и слож-
ный комплекс организмов пе-
рифитона. По-видимому, в тех
Самоочищение вод –
совокупность природных
процессов, направленных на
восстановление экологического
благополучия водного объекта.
ГОСТ 27065-86
Ноябрь – декабрь, 2009 ТВ 33
Виды растений Поллютант Комментарии Ссылки
Роголистник
Ceratophyllum
demersum
тяжелые металлы
Pb, Cd, Cu, Zn
в присутствии растений
ускоряется снижение кон-
центрации металлов в воде
данные
С.А.Остроумова,
Т.В. Шестаковой
и сотрудников
Роголистник
Ceratophyllum
demersum
ПАВ
ДСН (додецил-
сульфат натрия)
в присутствии растений
ускоряется снижение кон-
центрации ПАВ в воде
данные
С.А.Остроумова,
Е.В.Лазаревой
Камыш Scirpus
lacustris L., рогоз
Typha angustifolia L.,
T. latifolia L.
нефть,
нефтепродукты
в разложении и окислении
углеводородов участвуют
бактерии; возможна стиму-
ляция выделениями макро-
фитов
[4]
Myriophyllum
aquaticum перхлорат начальная концентрация
перхлората 21-26 мг/л [22]
Элодея Elodea
canadensis Mchk.
ПАВ
ДСН
суммарная нагрузка 4 мг/л
(нагрузка распределена ча-
стями в течение 18 сут.)
[16]
Рдест Potamogeton
crispus L. ДСН
суммарная нагрузка 3,3
мг/л (нагрузка распределе-
на частями в течение 8 сут.)
[16]
Najas
guadelupensis L. ДСН
суммарная нагрузка свыше
120 мг/л (нагрузка распре-
делена частями в течение
168 сут)
[16]
Sphagnum teres
(Schimp.) Ångstr. in
Hartm. и
S. Sphagnum angustifolium
(C. Jens. ex
Russ.) C. Jens.
ДСН серия добавок по 2 мг/л новые исследования
автора
макрофит OST-1
представители
анионных и кати-
онных ПАВ
серия добавок ДСН и
ТДТМА, различные нагруз-
ки
исследования автора
(1999), продолженные
Е.А.Соломоновой
несколько видов
макрофитов СМС различные нагрузки, ис-
пользовали СМС «Аист»
новые результа-
ты (А.С.Остроумов,
Е.А.Соломонова)
Таблица 1
Фиторемедиационный потенциал некоторых водных растений (примеры)
или иных случаях фиторемеди-
ации могут существенную роль
играть комплекс организмов,
конкретная роль которых пока
неясна или не изучена детально
– комплекс, включающий такие
организмы, как грибы, циано-
бактерии, простейшие и другие
группы организмов, входящие в
биологическое сообщество во-
дной системы.
1.2 Альгоремедиация. Этим
термином предлагаем обозна-
чать использование водорослей
(включая макроводоросли) для
удаления из воды нежелатель-
ных веществ. Примером может
служить потенциал красных
макроводорослей для удаления
биогенов. Обнадеживающие
результаты в этом направлении
получены в работе испанских
авторов, которые показали
эффективность красных водо-
рослей Gracilariopsis longissima
для удаления фосфора и азо-
та (в форме аммония) из вод,
34
ОКСИКОЛОГИЧЕСКИЙ ТВЕСТНИК №6 (99) Ноябрь – декабрь, 2009
куда эти биогены поступают в
результате интенсивной мари-
культуры и выращивания рыб
Sparus aurata (gilthead seabream)
[21]. Технология использования
этого подхода включала выра-
щивание водорослей на канатах.
Скорость извлечения биогенов
из воды при этом достигала сле-
дующих величин (в расчете на 1
см длины каната за один день):
извлечение фосфора - 24.9 ми-
крограммов, извлечение азота
– 170 микрограммов. Это суще-
ственные значения, поскольку в
пересчете на 1 м каната, покры-
того водорослями, это составля-
ет 2.49 миллиграммов фосфора
и 17 миллиграммов азота. Сни-
жение концентрации фосфора и
аммонийного азота в воде имеет
большое значение, поскольку
они вызывают не только эвтро-
фирование. Как известно, аммо-
ний в повышенных концентра-
циях опасен и как токсикант.
1.3. Бриоремедиация. Этим
термином предлагается обозна-
чить использование бриофитов
(Bryophyta, мохообразные) для
целей ремедиации. Автор про-
водил опыты по использованию
сфагновых мхов и других брио-
фитов для ремедиации сред, со-
держащих различные поллю-
танты.
1.4. Микоремедиация (фун-
горемедиация). Под этим пони-
мается использование грибов
для целей ремедиации. Многие
виды грибов образуют высоко-
активные ферменты, способ-
ные трансформировать и/ или
Э
втрофикация (греч. eutrophia
— хорошее питание) — обо-
гащение рек, озер и морей био-
генами, сопровождающееся
повышением продуктивности
растительности в водоемах. Эв-
трофикация может быть результа-
том как естественного старения
водоема, так и антропогенных
воздействий. Основные химиче-
ские элементы, способствующие
эвтрофикации — фосфор и азот.
Википедия
разрушать широкий круг ве-
ществ. Эта способность может
использоваться для целей реме-
диации сред, содержащих те или
иные поллютанты.
1.5. Зооремедиация. Под этим
предлагается понимать исполь-
зование функциональной ак-
тивности животных с целью
внести вклад в деконтаминацию
загрязненной среды.
Опыт исследований на бес-
позвоночных животных, ко-
торые фильтруют воду (филь-
траторах), свидетельствует о
существенной роли этих ор-
ганизмов в поддержании ка-
чества воды и очищении воды
от взвесей в природных и экс-
периментальных водных си-
стемах. Автором проводились
эксперименты по использова-
нию ряда фильтраторов, кото-
рые показали существенный
потенциал в удалении из воды
взвесей (табл. 2 ).
Предложения использовать
водных беспозвоночных для це-
лей очищения морских вод не-
однократно выдвигались проф.
О.Г.Мироновым (Институт био-
логии южных морей, Севасто-
поль). Им были начаты инте-
ресные разработки установки,
которая использовала моллю-
сков (мидий) для доочистки мор-
ских вод, загрязненных нефте-
продуктами.
Были проведены оценки роли
моллюсков в извлечении из воды
(учитывая и изъятие взвесей)
металлов. Так, с учетом филь-
трационной активности дрейс-
сенDreissena polymorpha в во-
доемах, молдавскими учеными
(И.К.Тодерашем, Е.И.Зубковой
и сотрудниками) были сделаны
оценки изъятия из воды (учи-
тывая взвешенное в воде ве-
щество) металлов, на примере
Кучурганского водохранилища
[24] (табл. 3 и 4 ).
Оценки, сделанные в вышеу-
помянутых таблицах (табл. 3 и
4), показывают существенную
роль двустворчатых моллюсков
(и фильтраторов в целом) в изъ-
ятии из воды металлов. Это име-
ет большое значение для общего
понимания вклада этих организ-
мов в очищение воды (посколь-
ку тяжелые металлы – важный
класс поллютантов). Это еще
раз доказывает потенциально
большую роль водных беспозво-
ночных животных для ремедиа-
ции воды, т.е. еще раз доказыва-
ет оправданность рассмотрения
зооремедиации в ряду других
подходов для очищения и восста-
новления загрязненных водных
систем. Материал о моллюсках
был приведен в качестве одного
из многих возможных примеров,
иллюстрирующих разносторон-
нюю роль водных организмов
(биоты). Автор полагает необ-
ходимым подчеркнуть, что ни в
коем случае нельзя выпячивать
роль одной группы организмов
в ущерб оценки вклада, вноси-
мого другими группами орга-
низмами.
Функциональная активность
моллюсков и их вклад в само-
очищение вод реализуется при
очень существенном участии
многих других организмов во-
дных экосистем. Моллюски об-
разуют большое количество
пеллет, которые вносят весо-
мый вклад в формирование ор-
ганического вещества донных
осадков. Это вещество служит
кормовым ресурсом для со-
общества микроорганизмов и
многих донных организмов-
детритофагов. Все эти организ-
мы также вносят вклад в очище-
ние воды и водной экосистемы.
Следует подчеркнуть, что
для зооремедиации водных си-
стем существенную роль могут
играть не только моллюски, но
и другие группы фильтрато-
ров. Об этом свидетельствуют,
например, результаты иссле-
дования итальянских авторов,
показавших высокую эффек-
тивность губок в снижении чис-
ленности бактерий, содержа-
щихся в воде [23].
Вышеприведенная теория
полифункциональной роли ор-
ганизмов выявляет разносто-
роннее участие практически
всех основных групп организ-
мов для очищения воды, что
создает теоретическую базу
для более эффективного и
Ноябрь – декабрь, 2009 ТВ 35
Организмы Взвеси одноклеточных
организмов Ссылки Примечание
Дафнии
Daphnia magna
планктонные зеленые
водоросли Scenedesmus
quadricauda (Turp.) de Brébisson
новые
результаты
опыты И.М.Ворожун и
С.А.Остроумова показали
ингибирование (подавле-
ние) фильтрации воды при
действии
ПАВ ДСН
Перловицы
Unio sp водоросли, цианобактерии [5-7]
показано ингибирование
фильтрационной активно-
сти при воздействии ПАВ
Unio tumidus
Scenedesmus quadricauda
(опыт с ПАВ Тритоном Х-100)
Saccharomyces cerevisiae
(опыт с СМС ОМО)
[12]
показано ингибирование
фильтрационной актив-
ности при воздействии
Тритона Х-100, 5 мг/л, и
синтетического моющего
средства ОМО, 50 мг/л,
Мидии Mytilus
edulis водоросли [15]
показано ингибирование
фильтрационной активно-
сти ПАВ
Мидии Mytilus
galloprovincialis
водоросли; дрожжи
Saccharomyces cerevisiae [5-7]
показано ингибирование
фильтрационной актив-
ности при действии ПАВ,
СМС, металлов, нефте-
продуктов
Mytilus
galloprovincialis S. cerevisiae [8]
ингибирование фильтра-
ционной активности при
действии СМС IXI 20 мг/л
Устрицы
Crassostrea
gigas
водоросли;
S. cerevisiae [8]
ингибирование филь-
трационной активности
при действии ПАВ, СМС
(Дени-автомат, 30 мг/л)
Unio tumidus,
M. galloprovincialis,
Crassostrea
gigas
водоросли;
S. cerevisiae [9]
показано ингибирование
фильтрационной актив-
ности пятью детергентами
(1-50 мг/л)
коловратки
Brachionus calyciflorus
Nannochloropsis limnetica
L. Krienitz, D. Hepperle,
H.-B. Stich & W. Weiler
(Eustigmatophyceae)
[14]
показано ингибирование
фильтрационной активно-
сти катионным ПАВ (0,5
мг/л)
Таблица 2
Изучение фильтрационной активности и удаления взвесей
из воды организмами-фильтраторами (примеры)
36
ОКСИКОЛОГИЧЕСКИЙ ТВЕСТНИК №6 (99) Ноябрь – декабрь, 2009
успешного использования от-
дельных групп организмов в
целях очищения водной среды.
В зависимости от того, какие
группы организмов задейство-
ваны в практической работе
по деконтаминации среды, эти
направления работ могут но-
сить название фиторемедиа-
ции, биоремедиации или зоо-
ремедиации – однако, следует
постоянно помнить, что в лю-
бом из этих случаев действует
комплексный, полифункцио-
нальный биологический меха-
низм. Учет по возможности бо-
лее широкого круга процессов
(они охарактеризованы в пер-
вых разделах статьи) поможет
более успешной реализации
этих методов.
2. Некоторые рекомендации
и основанные на теории [18, 19]
выводы для практики и устой-
чивого использования водных
ресурсов.
Наши опыты и разработан-
ные элементы теории привели
к следующим выводам и реко-
мендациям, существенным для
устойчивого использования во-
дных ресурсов [17].
1 Практические подходы, при
которых используются от-
дельные группы организмов
для целей очищения, восста-
новления загрязненных водо-
емов и водотоков (фитореме-
диация, биоремедиация и др.)
целесообразно основывать на
тех или иных сторонах функ-
ционирования комплексных
биомеханизмов самоочищения
вод. Эти биомеханизмы, в свою
очередь, тесно связаны с про-
явлением полифункциональ-
ной роли водных организмов.
2При анализе групп организ-
мов, участвующих в очище-
нии воды, в работах [5-12, 18,
19 ] сравнительно большое ме-
сто занимают водные растения
и моллюски. Однако это ни в
коей мере не преуменьшает той
существенной роли, которую
играют и другие группы орга-
низмов.
3Анализ роли конкретных
групп организмов для фор-
мирования качества воды спо-
собствует разработке научных
основ практических мер по очи-
щению и восстановлению во-
дных объектов, по сохранению
качества воды в водоемах и во-
дотоках. При реконструкции,
реабилитации, проведении био-
инженерных работ на восста-
навливаемых и реконструируе-
мых водных объектах следует
стремиться к созданию благо-
приятных условий для макси-
мально широкого разнообразия
организмов.
4Поскольку почти все во-
дные организмы участву-
ют в формировании качества
воды, самоочищении водных
экосистем либо в регуляции
этих процессов, то сохране-
ние биоразнообразия в водных
экосистемах – важная предпо-
сылка сохранения имеющего-
ся самоочистительного и ре-
медиационного потенциала
водоемов и водотоков [9]. По-
этому природоохранные меры
и сохранение биоразнообразия
должны занимать приоритет-
ное место в программах устой-
чивого использования водных
ресурсов.
5Поскольку в очищении воды
активно участвуют также и
виды наземных экосистем и ме-
стообитаний, пограничных с во-
доемами и водотоками, то в це-
лях сохранения качества воды
необходима охрана биоразноо-
бразия и этих прибрежных на-
земных экосистем.
6Для определения критиче-
ских антропогенных нагру-
зок [3] на водную экосистему
необходимо учитывать лабиль-
ность и уязвимость процессов
биологического самоочищения
Элемент Включение в состав биомассы дрейссен,
мкг/м2
Mn 18360
Pb 277
Al 21750
Ti 6730
Ni 4740
Mo 1020
V 1090
Cu 6990
Zn 63840
Таблица 3
Накопление металлов в биомассе популяции дрейссен Dreissena polymorpha
(пояснения и ссылка в тексте).
Ноябрь – декабрь, 2009 ТВ 37
экосистемы. Для оценки допу-
стимых нагрузок на макрофи-
ты некоторую информацию
можно получить с примене-
нием предложенного автором
метода рекуррентных добавок
(Остроумов, 2006 [13]).
7 Нарушение тех или иных
биологических процессов,
ведущих к самоочищению вод,
представляет собой еще одни
тип экологической опасности
химических веществ, на кото-
рый указано в работах [7, 10, 11,
12]. Это необходимо учитывать
при оценке степени опасности
химических веществ.
8Сохранение биомеханиз-
мов самоочищения вод,
всех его основных участни-
ков, в том числе моллюсков-
фильтраторов и их высокой
функциональной активности
– необходимая предпосылка
успешной борьбы с эвтрофи-
кацией [6], важное условие
формирования водоохранно-
го режима на акваториях [9] и
устойчивого водопользования.
В современных условиях, ввиду
несовершенства водного зако-
нодательства РФ (и конкретно
Водного Кодекса РФ), к сожа-
лению, данная рекомендация
(а также рекомендации № 6 и
7) не везде осуществляется на
практике. Отсюда вытекает,
что имеются экологические
аргументы, требующие пере-
смотра и совершенствования
Водного Кодекса РФ.
9 Последние работы под-
тверждают ранее высказан-
ное предсказание, что будут вы-
явлены новые загрязняющие
вещества, которые снижают
способность водоемов и водо-
токов к самоочищению [5]. Это
предсказание остается в силе –
по мнению автора, в дальней-
шем появятся новые данные о
таком действии загрязняющих
веществ. Поэтому в программах
борьбы с загрязнением среды
необходимо уделять существен-
ное внимание предупреждению
загрязнения водных объектов
этими веществами.
Дополнительное свидетель-
ство адекватности предлагае-
мых подходов для практических
мероприятий по сохранению и
улучшению качества воды по-
лучено при анализе качества
вод в водотоках Северной Аме-
рики, загрязняемых диффузны-
ми источниками поллютантов
(non-point sources of pollution)
(Fisenko, 2004 [20]).
Вышесказанное целесоо-
бразно принимать во внима-
ние в практической работе
по охране водных объектов, в
том числе при совершенство-
вании экологического законо-
дательства.
В рамках научного обобще-
ния новых фактов и анализа
всей суммы существующих дан-
ных, выявление полифункцио-
нальной роли биоты (комплек-
са организмов) в самоочищении
воды [5-18] дополнительно дета-
лизирует тезис В.И.Вернадского
о том, что «Живое вещество…
геологически…является самой
большой силой в биосфере и
определяет… все идущие в ней
процессы» [1].
Благодарность. Автор
благодарит В. В. Ма ла хова,
Е. А. Криксунова, Г. С. Розен-
берга, В. К. Жирова, Т. И. Мо-
исеенко, С. В. Котелевцева,
А. П. Садчикова, Г. Е. Шульма-
на, О. Г. Миронова, И. К. Тодера-
ша, Е. И. Зубкову за обсуждение
некоторых затронутых вопро-
сов и критические замечания,
Н. Н. Колотилову, А. А. Солда-
това и Е. А. Соломонову за по-
мощь в опытах, А. В. Клепикову
за помощь в оформлении статьи.
Часть работы поддержана гран-
том РФФИ по проекту 06-04-
90824Мол_а.
Элемент Изъятие из воды в составе взвесей и дальнейшая
седиментация с осаждением на дно, кг
Mn 450
Pb 106
Al около 750
Ti около 300
Ni 205
Mo 15
V 56
Cu 455
Zn около 2000
Таблица 4
Примеры биогенной миграции элементов (некоторых металлов) в течение вегетационного
сезона вследствие жизнедеятельности популяции дрейссен Dreissena polymorpha
в Кучурганском водохранилище (пояснения и ссылка в тексте).
8
ОКСИКОЛОГИЧЕСКИЙ ТВЕСТНИК №6 (99) Ноябрь – декабрь, 2009
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Вернадский В.И. Научная мысль
как планетное явление. М.: Наука,
1991. 272 с.
2. Кураков А.В., Ильинский В.В.,
Котелевцев С.В., Садчиков А.П. Био-
индикация и реабилитация экоси-
стем при нефтяных загрязнениях. М.
: Графикон. 2006. 336 с.
3. Моисеенко Т.И. Методология
и методы определения критических
нагрузок (применительно к поверх-
ностным водам Кольской Субаркти-
ки) // Изв. АН. Сер. географ. 1999.
№ 6. С. 68-78.
4. Морозов Н.В. Эколого-
биотехнологические пути форми-
рования и управления качеством
поверхностных вод (региональные
аспекты). Автореф….докт. биол. на-
ук. М. МГУ. 2003. 53 с.
5. Остроумов С.А. Биологические эф-
фекты при воздействии поверхностно-
активных веществ на организмы. М.:
МАКС-Пресс, 2001а. 334 с.
6. Остроумов C.А. Синэкологиче-
ские основы решения проблемы эв-
трофирования // Докл. РАН. 2001б.
Т.381. № 5. С.709-712.
7. Остроумов С.А. Опасность двух-
уровневого синергизма при синэко-
логическом суммировании антропо-
генных воздействий // Докл. РАН.
2001в. Т.380. №6. С. 847-849.
8. Остроумов С.А. Сохранение
биоразнообразия и качество воды:
роль обратных связей в экосистемах
// Докл. РАН. 2002а. Т.382. № 1. С.
138-141.
9. Остроумов С.А. Система прин-
ципов для сохранения биогеоценоти-
ческой функции и биоразнообразия
фильтраторов // Докл. РАН. 2002б.
Т.383. № 5. С.710-713.
10. Остроумов С.А. Новый тип
действия потенциально опасных ве-
ществ: разобщители пелагиально-
бентального сопряжения // Докл.
РАН. 2002д. Т.383. № 1. С.138-141.
11. Остроумов С.А. 2004. О био-
тическом самоочищении водных
экосистем. Элементы теории // До-
клады академии наук (ДАН). 2004.
т.396. № 1. С.136-141.
12. Остроумов С.А. О некоторых
вопросах поддержания качества во-
ды и ее самоочищения // Водные ре-
сурсы. 2005. т.32. № 3. С. 337-347.
13. Остроумов С.А. Модельная си-
стема в условиях рекуррентных (реи-
терационных) добавок ксенобиотика
или поллютанта // Ecological Studies,
Hazards, Solutions. 2006. – Т. 11. – С.
72-74.
14. Остроумов С.А., Вальц Н., Ру-
ше Р. Воздействие катионного ам-
фифильного вещества на коловраток
// Доклады РАН (ДАН)
15. Остроумов С.А., Донкин П.,
Стафф Ф. Ингибирование анионным
поверхностно-активным веществом
способности мидий Mytilus edulis
фильтровать и очищать морскую во-
ду // Вестник МГУ. Сер. 16. Биол.
1997. № 3. C. 30-35.
16. Остроумов С.А., Соломонова
Е.А. К разработке гидробиологиче-
ских вопросов фиторемедиации: вза-
имодействие трех видов макрофитов
с додецилсульфатом натрия.—Вода и
экология. 2006. № 3. стр. 45-49.
17. Остроумов С.А., Подходы к
очищению и оздоровлению водных
объектов (фиторемедиация, биоре-
медиация, зооремедиация) в связи с
теорией полифункциональной роли
биоты в самоочищении вод // Во-
да: технология и экология» 2007 №
2 с.49-69.
18. Остроумов С.А. Гидробионты в
самоочищении вод и биогенной ми-
грации элементов. М. МАКС-Пресс.
2008. 200 с.
19. Остроумов С.А. Биоконтроль
загрязнения водной среды: элемен-
ты теории (предыдущая статья этой
серии из двух статей ) Токсикологи-
ческий вестник, в печати.
20. Fisenko A. I. A New Long-Term
On Site Clean-Up Approach Applied
to Non-Point Sources of Pollution //
Water, Air, & Soil Pollution. 2004, Volume
156, Numbers 1-4, p. 1-27.
21. Hernandez I. , Perez-Pastor A.,
Vergara J. J. , Martinez-Aragon J. F. ,
Fernandez-Engo M. A. , Perez-Llorens J.
L. Studies on the biofi ltration capacity
of Gracilariopsis longissima : From microscale
to macroscale. - Aquaculture,
2006, vol. 252, no 1, p. 43-53
22. Ostroumov S.A., Yifru D.,
Nzengung V., McCutcheon S. Phytoremediation
of perchlorate using aquatic
plant Myriophyllum aquaticum //
Ecological Studies, Hazards, Solution.
Vol. 11, M.: MAX Press, 2006,
P. 25-27.
23. Stabili, L., Licciano, M., Giangrande,
A., Longo, C., Mercurio, M.,
Marzano, C.N., Corriero, G. Filtering
activity of Spongia offi cinalis var. adriatica
(Schmidt) (Porifera, Demospongiae)
on bacterioplankton: Implications
for bioremediation of polluted seawater
// Water Research 2006, v.40 (16),
p.3083-3090.
24. Toderas I., Zubcov E., Biletchi
L., Zubcov N., Botnaru A. Functional
role of populations of benthic invertebrates
in biogenic migration of microelements
// Anale stiintifice ale
Universitatii de Stat din Moldova, Seria
Stiinte chimico-biologice. (Науч-
ный ежегодник Молдавского гос.
ун-та. Серия: химико-биол. науки)
1999. pages 137-140.
S.A. Ostroumov
Biocontrol of polluted water media: issues of rehabilitation and remediation including
phytoremediation and zooremediation
**