CC BY
23
УДК 681.2:543.08.089.6
Ю. А. Тунакова, Р. А. Шагидуллина, В. С. Валиев, И. Г. Григорьева, О. Н. Кузнецова
ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ
ПРИ МОНИТОРИНГЕ ТЕРРИТОРИЙ С ВЫСОКИМ УРОВНЕМ АНТРОПОГЕННОЙ НАГРУЗКИ
(СООБЩЕНИЕ 1)
Ключевые слова: биологические объекты, экологический мониторинг, компоненты урбоэкосистемы.
Приводятся теоретические обоснования и результаты апробации разработанной системы экологического мониторинга с использованием биологических маркеров на урбанизированной территории.
Keywords: biological objects, environmental monitoring, the components of the urban ecosystem.
Provides theoretical substantiation and the results of testing the developed system of environmental monitoring using biological markers in urbanized areas.
Введение
Экологический мониторинг территорий с высоким уровнем антропогенной нагрузки, в первую очередь - химического загрязнения, имеет значительные трудности с получением представительных проб исследуемых компонентов урбоэкосистем. Это связано с динамичностью исследуемых компонентов, а отсюда и изменчивостью содержания химических агентов, что в итоге влияет на качество результатов химического анализа в системе экспериментального экологического мониторинга. Один из путей повышения качества экспериментальных результатов состоит в обоснованном выборе объекто-вэкологического мониторинга, которые позволяют получить так называемый итоговый «аналитический срез», после прохождения процессов миграции, трансформации и депонирования химических агентов. К таким представительным объектам следует отнести биологические объекты, которые могут дать отклик на присутствие приоритетных для контроля химических агентов. В ранних публикациях нами обоснована адекватность использования в качестве биологических маркеров состояния компонентов урбоэкосистемы аккумулирующих внутренних сред организма детского населения [1-4]. Исследование аккумулирующих сред организма позволяет нивелировать изменчивость под влиянием набора действующих факторов химического состава компонентов урбоэкосистемы - внешних сред, что позволяет выделить и акцентировать именно химическую составляющую процессов накопления загрязняющих веществ. Для компонентов урбоэкосистем наиболее показательно исследование аккумулирующих сред детского организма. Содержания приоритетных химических агентов-металлов в аккумулирующих средах организма детей, является показателем хронического, кумулятивного воздействия неблагоприятных условий среды обитания. Исследование аккумулирующих внутренних средах организма именно детского населения обосновано их большей чувствительностью, отсутствием вредных привычек, профессиональных заболеваний, которые могут исказить результаты исследования и возможностью проводить исследования территориально дифферен-
цированно ввиду локального местонахождения детей в течение дня [5-7].
Следует отметить, что содержание металлов в аккумулирующих средах организма является интегральным показателем, обобщающим многосредо-вое воздействие и учитывающий все пути поступления металлов в организм. Таким образом, он зависит как от запыленности и загрязнения воздуха, так и от качества питания и питьевой воды. Если в среднестатистическом выражении питание детей-школьников в пределах единой городской территории можно принять за величину постоянную, то качество питьевой водопроводной воды и воздуха может варьировать в значительных пределах, в зависимости от особенностей конкретного местообитания. Из всех аккумулирующих сред организмаво-лосы человека лучше всего характеризуют постепенное накопление металлов, в результате относительно длительного их поступления из внешней среды. Важнейшим достоинством использования волос человека для мониторинговых оценок является то, что информация о поступлении металлов в организм фиксируется по длине волоса за сравнительно длительный период времени. Поэтому, показатели, характеризующие содержание металлов в волосахможно использовать для интегральной оценки качества компонентов урбоэкосистемы и для решения задач зонирования урбанизированной территории.
Экспериментально-расчетная часть
Репрезентативную группу обследуемых составили 70 детей от 6 до 10 лет (9,16±0,13 лет), проживающие в различных районах города, места жительства которых были приурочены к 7 точкам контроля стационарных постов МЭПР. В качестве аккумулирующих внутренних сред использовались образцы волос, отобранных в рамках специального мониторингового исследования.
Оценивалось содержание в волосах детей 9 металлов: цинка, меди, марганца, кадмия, никеля, свинца, хрома, железа и стронция. Подготовленные к определению концентраций металлов методом «сухогоозоления»образцы волос школьников взве-
шивались. Предварительно смоченные концентрированной азотной кислотой каждая навески пробы, сжигалась в муфельной печи в фарфоровом тигле при постепенном (в течение 1 часа) подъеме температуры до 450° С. Полученная зола растворялась в 15 мл 1 н. азотной кислоты (х.ч.), раствор отфильтровывали через беззольный фильтр («синяя лента»). Для приготовления растворов использовалась биди-стиллированная вода и стеклянная посуда (ГОСТ 1770-74).0пределение металлов проводилось методом атомно-абсорбционной спектрометрии на прибореAnalyst 400. Исследования проводились в аккредитованной лаборатории Института проблем экологии и недропользования АН РТ. Результаты экспериментальных исследований представлены в табл. 1.При сопоставлении средних значений содержания различных металлов по участкам исследования статистически значимо (уровень значимости р<0,05) выделяются: по кадмию район улиц Сююм-бике и Гагарина (достоверно отличаются от ул. Ямьле и Молодежная); по свинцу - ул. Молодежная, Южная (достоверно отличаются от ул. Ямьле); по хрому - Молодежная и Гагарина (достоверно отличаются от ул. Ямьле и Спортивная). По остальным металлам статистически значимых различий не отмечено, хотя и присутствует значительный размах средних значений.
Таблица 1 - Содержание металлов (М±т, мкг/г) в волосах детей различных зон исследования
Металл Содержание металлов (M±m, мкг/г), зоны исследования
е л 3 il ö Молодежна яп=7 Спортивна яп=11 Юности n=10 3 2 нж =n Гагарина n=14 Сююмбике n=11
Zn 92,4 ±7,8 110,7 ±7,1 105,6 ±6,34 114,5 ±7,1 Ю 104,5 ±7,5 123,5 ±12,7 113,5 ±6,8
Cd 0,64 ±0,11 0,61 ±0,14 0,67 ±0,11 0,72 ±0,16 0,71 ±0,13 0,87 ±0,14 0,94 ±0,08
Cu 9,23 ±1,21 10,6 ±0,89 11,8 ±1,33 11,4 ±0,92 11,3 ±1,25 11,3 ±0,99 10,2 ±0,41
Mn 1,046± 0,28 1,005 ±0,16 1,53 ±0,29 1,087 ±0,06 1,12 ±0,18 0,97 ±0,12 1,34 ±0,21
Ni 0,82 ±0,17 1,24 ±0,27 1,22 ±0,28 1,42 ±0,26 1,13 ±0,16 1,25 ±0,22 1,21 ±0,26
Pb 4,27 ±0,3 10,47 ±1,72 3,76 ±0,55 7,69 ±1,07 8,35 ±0,81 6,6 ±1,79 5,23 ±1,69
Cr 0,418± 0,11 1,43 ±0,35 0,65 ±0,13 0,87 ±0,09 1,026 ±0,15 1,32 ±0,16 0,82 ±0,07
Fe 22,2 ±4,3 22,6 ±1,52 21,5 ±2,11 20,6 ±1,79 17,7 ±1,12 28,2 ±3,79 22,1 ±2,76
Sr 11,9 ±3,68 6,85 ±1,006 11,2 ±1,99 9,65 ±1,34 6,55 ±0,81 8,61 ±1,14 11,4 ±1,49
Статистический анализ данных по содержанию различных металлов в волосах обследованных детей позволил также рассчитать фоновые значения, величины которых соответствуют нижнему квартилю ранжированного ряда всех значений того или иного металла (табл.2).
Таблица 2 - Фоновые концентрации металлов в волосах детей, проживающих в городе Нижнекамск
Металл Сфон(мкг/г)
Zn 93,6
Cd 0,44
Cu 8,76
Mn 0,76
Ni 0,73
Pb 4,13
Cr 0,57
Fe 16,0
Sr 5,70
Содержание металлов во внутренних средах организма является чувствительным биомаркером воздействия различных факторов среды на организм человека и характеризует качество компонентов урбоэкосистемы в целом, что подтверждается результатами большого числа исследований отечественных и зарубежных исследований, особенно последних лет [7-11]. Поэтому использование внутренних сред организма в качестве объекта исследования в системе экологического мониторинга с одной стороны позволяет получить универсальный тест при исследованиях урбанизированных территорий, но с другой, ставит перед исследователями дополнительные требования учета и контроля всевозможных влияющих воздействий. При проведении экологического мониторинга это обстоятельство диктует необходимость разработки величин попу-ляционного фона, обобщающего всевозможные влияния до некоего взвешенного уровня. Нами определены фоновые концентрации приоритетных загрязняющих веществ, являющиеся значимым показателем экологического мониторинга территории с высоким уровнем антропогенной нагрузки, которые можно использовать в дополнении или альтернативно ПДК.
Литература
1. Тунакова Ю.А., Новикова С.В., Шагидуллина Р.А. В сб. трудов XIV Всероссийская конференция «Химия и инженерная экология». 2014. С. 31-32.
2. Тунакова Ю.А., Новикова С.В., Файзуллин Р.И., Вали-ев В.С., Кузнецова О.Н. Вестник Казанского технологического университета, 18, 17, 255-257 (2015).
3. Тунакова Ю.А., Файзуллин Р.И., Валиев В.С. Гигиена и санитария, 94, 5, 62-65 (2015).
4. Тунакова Ю.А., Новикова С.В., Файзуллин Р.И., Валиев В.С. В сб. XV Всероссийская конференция «Химия и инженерная экология» с международным участием. 2015. С. 103-105.
5. WHO/IPCS. Environmental Health Criteria 155: Bio-markers and Risk Assessment: Concepts and Principles. World Health Organisation, International Programme on Chemical Safety, Geneva, 1993;
6. WHO/IPCS. Environmental Health Criteria 170: Assessing Human Health Risks of Chemicals: Derivation of Guidance Values for Health-Based Exposure Limits. World
Health Organisation, International Programme on Chemical Safety, Geneva, 1994.
7. Ревич Б.А. Гигиена и санитария, 3, 55-59 (1990).
8. Ревич Б.А., Авалиани С.Л., Тихонова Г.И. Экологическая эпидемиология: Учебник для высш. учеб.заведений.М.: Издательский центр «Академия»; 2004.
9. Coelho P., Costa S., Silva S., Walter A. // J. Toxicol. Environ. Health., 75 (13-15), 893-908 ( 2012).
© Ю. А. Тунакова - доктор химических наук, профессор, зав. кафедрой Общей химии и экологии Казанского национального исследовательского технического университета-КАИ; [email protected]; Р. А. Шагидуллина- доктор химических наук, начальник управления государственной экологической экспертизы и нормирования воздействия на окружающую среду Министерства экологии и природных ресурсов Республики Татарстан; [email protected]; В. С. Валиев - научный сотрудник лаборатории биогеохимии Института проблем экологиии недропользования Академии наук Республики Татарстан; И. Г. Григорьева - соискатель, доцент кафедры общей химии и экологииКазанского национального исследовательского технического университета им. А.Н. Туполева - КАИ, [email protected]; О. Н. Кузнецова - к.х.н., доцент кафедры Технологии пластических масс КНИТУ.
© Y. A. Tunakova - is the Doctor of Chemistry, professor, the department chair of the Common chemistry and ecology of the Kazan national research technical university KAI;[email protected]; R. A. Shagidullina - is the Doctor of Chemistry, the head of department of the state environmental assessment and rationing of environmental impact of the Ministry of ecology and natural resources of the Republic of Tatarstan; [email protected]; V. S. Valiyev - is the research associate of laboratory of biogeochemistry of Institute of environmental problems and subsurface use of Academy of Sciences of the Republic of Tatarstan; I. G. Grigorieva - is the applicant, the associate professor of the Common chemistry and ecology of the Kazan national research technical university KAI, [email protected]; О. N. Kuznetsova - candidate of chemical Sciences. assistant Professor of plastics technology, Kazan national researchtechnological University.
10. Carneiro M.F., Moresco M.B., Chagas G.R., Souza O., Rhoden C.R. et al. Biol. TraceElem. Res., 143, 815-824 (2011).
11. Blaurock-Busch E., Amin O.R., Dessoki H.H., Rabah T. Maedica (Buchar).7(1), 38-48 (2012).
