Б15. 1. Специальные формы токсического процесса в организме и их роль в формировании отдаленных эффектов в экосистемах. Канцерогенное и мутагенное действие. Примеры. 2. Применение биотестирования и биоидентификации в экотоксикологии. Примеры. 1) Наиболее важны в экотоксикологическом плане иммунотоксическое действие, а также специальные формы токсического действия - тератогенное, эмбриотоксическое, мутагенное и канцерогенное. Специальные формы приводят к отдаленным последствиям для биологических систем и поэтому особенно опасны для популяций и биоценозов. Мутации – (перемена) – изменение наследственных свойств организма. Мутации возникают естественно или искусственным путем. Химические вещества, способные вызывать мутации – мутагенами:нитрозосоединения и нитрозамины, ПАУ, пестициды (многие ХОП), иприты, а также радиоактивные вещества. Поражение радионуклидами связано с действием ионизирующего излучения. Токсикант действует на ядро клетки, в частности хромосомы. Мутация связана с изменением числа и структуры хромосом. Неблагоприятные последствия мутаций в половых и делящихся клетках плода– это стерильность особи, тератогенез у потомства, гибель плода. Канцерогенное действие вызывает развитие злокачественных новообразований (раковое заболевание) или их возникновение. Канцерогенез – процесс превращения нормальных клеток, тканей в опухолевые. Опухоль – это избыточное патологическое разрастание тканей; состоит из качественно измененных, утративших дифференцировку клеток. Канцероген — химическое вещество или физический агент, способствующий развитию или возникновению злокачественных новообразований Инициаторы канцерогенеза - такие экотоксиканты как ПАУ, нитрозосоединения и нитрозамины, афлатоксины, бензол и др. Промоторы канцерогенеза - ДДТ, ТХДД, ПХБ, сахарин, фенобарбитал (люминал- седативное средство), хлороформ и др. Вещество промоторусиливает действие инициатора. Выделяется 4 группы по степени доказанности их влияния на развитие рака у человека: 1) безусловно доказано; 2) меньшая степень доказанности; 3) не могут быть достоверно классифицированы; 4) есть доказательства отсутствия канцерогенности. Биотестирование— процедура установления токсичности среды (почвы, воды, воздуха) с помощью тест-объектов, сигнализирующих об этом независимо от того, какие вещества и в каком сочетании вызывают изменения жизненно важных функций у тест-объектов. Тест-объект — организм, используемый при оценке токсичности веществ в различных средах экосистемы. Позволяют оперативно установить факт токсичности среды независимо от того, обусловлена она наличием одного точно определяемого аналитиками вещества или целого комплекса аналитически неопределяемых веществ. Биотестирование используется в экотоксикологии для оценки экотоксичности. Для оценки параметров среды, характеризующих экотоксичность, используются стандартизованные реакции живых организмов-тест объектов. Тест-функция— жизненная функция, используемая в биотестировании для характеристики отклика тест-объекта на повреждающее действие среды. Возможности применения, преимущества. 1) С помощью физико-химического анализа часто не удается обнаружить неустойчивые соединения или количественно определить ультрамалые концентрации экотоксикантов из-за недостаточной чувствительности. Живые организмы в процессе биотестирования способны воспринимать более низкие концентрации экотоксиканта, чем аналитический датчик. Более дешевый, простой, экспрессный метод. 2) Биотестирование дает возможность быстрого получения интегральной оценки токсичности всего ксенобиотического профиля среды. Химико-аналитические методы позволяют оценить экотоксичность только отдельных экотоксикантов. Поэтому биотестирование широко применяется в экотоксикометрии для оценки экотоксичности среды. Тест-объекты – чувствительны и обитают в данной среде. Их выбирают среди наиболее чувствительных видов к широкой группе экотоксикантов. В качестве тест-функции в экотоксикологии наиболее часто используют смертность.Для биотестирования водных сред используют дафнии и пиявки, бактерии, водоросли, высшие растения, моллюски, рыбы. охватывают более 80 % подлежащих контролю загрязняющих воду химических веществ. Биотестирование можно применять для биоидентификации и даже количественного определения некоторых экотоксикантов. Например, можно идентификацировать в воде некоторые классы пестицидов - фосфорорганические и карбаматные пестициды. Для обнаружения в воде антихолинэстеразных соединений используют очищенные холинэстеразы –тест объекты. В основе этого метода лежит способность экотоксикантов снижать активность фермента (биохимический показатель). В данном случае в качестве тест-функции выбирают ферментативную активность. Это пример групповой биоидентификации экотоксикантов, обладающих антихолинэстеразным действием.
| Б16. 1. Абиотические процессы трансформации экотоксикантов. Основные типы химических реакций и особенности протекания процессов в разных природных средах. Примеры. 2. Деградация лесных фитоценозов в зоне влияния промышленных предприятий: изменение параметров древесного, травяно-кустарничкового и мохового ярусов. 1) Экотоксиканты трансформируются под действием: 1) абиотических факторов (рН, УФ-излучение, окислители, восстановители и др.) 2) биотических факторов (биотрансформация или метаболизм). В экосистеме трансформация экотоксикантов идёт под действием обоих, это комплексный процесс Степень законченности трансформации: 1) Полная деградация (минерализацию, полную деструкцию) с образованием простых веществ Н2О, СО2, НСI и др.; 2) Неполная деградация (трансформацию, частичную минерализацию, частичную деструкцию); 3) связывание экотоксиканта или его метаболитов (продуктов хим. превращений) с др. веществом - матрицей (полимеризация, конъюгация, конденсация). Абиотическая трансформация: гидролиз, фотохимические процессы, окисление, восстановление; полимеризация (или поликонденсация). Все,кроме полимеризации, способствуют деградации органических экотоксикантов. При полимеризации образуются вещества с большей молекулярной массой, чем была. Гидролиз протекает в водных средах и почве и часто приводит к потере их токсических свойств. Хорошо разрушает пестициды. Гидролиз протекает медленно. Скорость зависит от природы функциональных групп, особенностей агрегатного состояния экотоксиканта, его растворимости в воде, температуры, рН. Пример. Гидролиз паратиона - пример частичной деструкции этого соединения. Фотохимические процессы – это химические реакции, которые протекают под действием света. Свет, особенно УФ лучи, могут разрушать химические связи, что ведет к деградации экотоксикантов. Могут образовываться как менее, так и более токсичные соединения. Процессы идут в атмосфере, но могут протекать на поверхности почвы и поверхности воды. Примеры. 1) Дехлорирование ХОП. В атмосфере это главный процесс деструкции ХОП. Например, ДДТ превращается в ДДЕ в результате реакции дегидрохлорирования (отщепление атомов хлора и водорода с образованием двойной связи). ДДЕ такое же токсичное соединение как ДДТ, но более устойчивое. 2) Фотоизомеризация под действием света: превращение токсичного пестицида (γ -ГХЦГ) в менее токсичный α-ГХЦГ.Это пример детоксикации экотоксиканта. 3) Это пример активации экотоксиканта – диоксины токсичнее хлорфенолов. Особенности. Свет ускоряет и другие процессы абиотической трансформации экотоксикантов- окисление и восстановление: В окислении участвуют:свободные радикалы и другие реакционноспособные частицы (озон О3, перекись водорода, оксид азота) Полимеризация (или поликонденсация) и образование связанных остатков. Процессы связывания протекают в почве и донных осадках. Характерны для почвенных сред богатых гумусом, а в водных средах - для эвтрофных водоемов. Происходят при трансформации фенолов и хлорфенолов, аминов, всех групп пестицидов, нефти и нефтепродуктов. Последствия. С одной стороны, они становятся токсикологически неактивными. С другой стороны, связывание приводит к их долговременному аккумулированию в среде. В последствии они могут быть атакованы микроорганизмами, освобождаться и переходить в растения или другие живые организмы. Так, в результате связывания некоторых хлорорганических соединений и последующих микробиологических реакций, возможно образование диоксинов. 2) фоновая зона (30 км - соответствует региональному фону по содержанию ТМ). Биоценоз включал: лесную растительность,микробное сообщество;сообщество эпифитных лишайников; население беспозвоночных травостоя;сообщество муравьев; почвенную мезофауну; население птиц; население мелких млекопитающих. Лес в буферной и импактной зонах. Характеристика деградации лесных фитоценозов: Загрязнение отражается на общем состоянии деревьев. Показатели: Шкалу из 6 категорий для оценки деревьев: здоровые деревья – 1 категория; ослабленные – 2; сильно ослабленные –3; отмирающие – 4; свежий сухостой – 5, старый сухостой – 6. Жизненное состояние древостоя оценивают как долю деревьев 1,2,3-категорий санитарного состояния (в %). Степень повреждения деревьев можно оценить также по доле засохших деревьев (доля сухостоя в %). Как показатель возобновления используют плотность всходов – число молодых деревьев (высотой до 10 см) на единице площади (шт./га). Оценкавлияния экотоксикантов на травяно-кустарничковый ярус: используют общее количество видов и различные индексы видового разнообразия. При приближении к источнику выбросов в древесном ярусе закономерно ухудшается: жизненное состояние древостоя,уменьшается его запас и воспроизводство,увеличивается доля сухостоя. Однако гибель древостоя наблюдается только непосредственно рядом с заводом. Основные закономерности изменения травостоя демонстрирует: обедняется видовой состав травостоя, исчезают неморальные виды, постепенно лесные виды замещаются луговыми и эксплерентами (растения, способные быстро захватывать свободные пространства приспособленные к жизни в нарушенных местообитаниях). Отмечается рост биомассы и проектного покрытия мохового покрова. |
Б17. 1. Биотические процессы трансформации органических экотоксикантов. Основные типы химических реакций. Примеры. 2. Ограниченность санитарно-гигиенического нормирования с точки зрения защиты человека и окружающей природной среды от действия экотоксикантов. Понятие об экологическом нормировании: цели, задачи, подходы, проблемы; допустимая антропогенная нагрузка. Все биохимические реакции в живых системах идут при участии ферментов. Ферменты (макромолекулы белков) - это катализаторы, способные ускорять реакции в миллионы раз. Микроорганизмы, которые используют продукты распада экотоксикантов как питательные вещества – основные деструкторы. Деградация органического экотоксиканта микроорганизмами может завершиться полным разрушением – минерализацией (образование воды, диоксида углерода, других простых соединений). А может образовать продукты биотрансформации, обладающих более высокой токсичностью, чем исходный экотоксикант. Факторы влияющие на биотрансформацию. 4 класса реакций на 2-х стадиях: На первой стадии идут реакции: 1) окисления; 2) восстановления; 3) гидролиза. Итог: экотоксикант превращается в более полярную молекулу. На второй стадии идут реакции 4) конъюгации. Итог: последующее связывание образовавшегося соединения с высокополярным фрагментом (белком, аминокислотой, углеводом). Что облегчает выведение экотоксиканта. Для растений и микроорганизмов характерны такие же хим. реакции (окисление, восстановление, гидролиз) как для животных. Растения и микроорганизмы не имеют системы выделения, как у животных. Ферментативный гидролиз: повышается растворимость экотоксиканта в воде и облегчается его доступ для дальнейшей биологической трансформации. Окисления и восстановления. Процессы окисления ксенобиотиков в организмах катализируются ферментами - и диоксигеназами. Они обеспечивают включение кислорода в молекулу экотоксиканта. Примеры. 1) Окисление спиртов и альдегидов. Окисление диэтиламина нитритом в кислой среде желудка млекопитающего с образованием канцерогена — диэтилнитрозамина. Пример реакции активации. 3) Окисление ароматических соединений, в том числе и ПАУ, с образованием кислоты. В процессе окисления ароматические соединения группы ПАУ подвергаются гидроксилированию с последующим расщеплением дигидроксилированного кольца. Пример реакций деградации и детоксикации. Атака кольца. Для разрыва бензольных колец микроорганизмами необходимо, чтобы кольцо содержало, по крайней мер, два гидроксильных заместителя. Это ослабляет двойную связь. Эти заместители вводятся посредством окисления. Затем происходит разрыв кольца. Микроорганизмы выполнили свой важную экологическую функцию – провели детоксикацию нафталина (ПАУ). 4) Окислительное дехлорирование. Пример: биодеградация ДДТ некоторыми членистоногими и микроорганизмами в ДДЕ (тоже токсичное и более устойчивое соединение). Восстановление. В анаэробных условиях в почве и донных отложениях экотоксиканты могут участвовать в восстановительных процессах. При абиотических процессах восстановитель - железо (II). При биотических процессах микроорганизмы восстанавливают двойные связи. Коньюгация представляет биосинтез, в процессе которого сам экотоксикант или продукт его трансформации на предыдущей стадии соединяется с белками, аминокислотами, углеводами и другими веществами организма. При этом образуется крупная полярная молекула, которая выводится из организма. Пример: детоксикация бензойной кислоты у птиц путем реакции связывания (коньюгации) бензойной кислоты с аминокислотой — орнитином (продукт выводится с экскрементами) Биотрансформация неорганических экотоксикантов. Примеры:1) Метилирование металлов – это пример биотрансформации с образованием более токсичных веществ. 3) Коньюгация тяжелых металлов в организмах путем связывания их со специфически белками невысоких молекулярных масс, а затем удаление. 2) 1 ) Не учитывают процессы аккумуляции и транслокации химических загрязняющих веществ в экосистеме. Пример: «Минамата» или накопление до токсичных уровней высоко липофильных хлорорганических экотоксикантов (ПХДД, ДДТ) в грудном молоке женщин (выше ПДК в коровьем молоке) из-за экологической магнификации в пищевой цепи. 2) Величины ПДК обоснованы для изолированного воздействия каждого загрязнителя. А выбросы производств моногокомпонентны, а вместе токсиканты- сила! (синергизм и сенсибилизация). Возможно влияние и ненормируемых веществ. 3) Много токсикантов, для которых ПДК не установлены.Не успевают за синтезом новых ксенобиотиков. 4) Трудно ориентироваться на ПДК в тех случаях, когда экотоксикант присутствует в нескольких компонентах экосистемы (воздух, вода, пища, почва) и попадает в организм различными путями. 5) Формы нахождения экотоксикантов в природе отличны от форм, для которых установлены ПДК. В частности, органические формы тяжелых металлов намного токсичнее неорганических, легко накапливаются в жировой ткани и мигрируют по пищевой цепи. 6) При нормировании загрязнителей не учитываются особенности природно-климатических зон, которые могут влиять на аккумуляцию загрязнителей в почве и их трансформацию. 7) Ориентация на человека. ПДК не совершенны с точки зрения защиты других объектов живой природы — животные и растительные организмы, их популяции и экосистемы в целом. Примеры: 2) При длительном воздействии двуокиси серы в концентрациях, не превышающих санитарно-гигиенические нормы для воздуха, происходит повреждение хвойных лесов. 3) Пьём воду, в которой не могут выжить пресноводные организмы. 4) Лишайники гибнут в городской атмосфере, которая по санитарно-гигиеническим стандартам считается допустимой для человека. 5) При некоторых уровнях загрязнения почвы нефтью или тяжелыми металлами страдает почвенная мезофауна, а сельскохозяйственная продукция с этих почв соответствует санитарным нормам. Таким образом, в целом ПДК не гарантируют защиту экосистем. «Экологическое нормирование». Возможны два подхода к экологическому нормированию. В первом случае предполагается, что в процессе развития производительных сил общества человек сможет организовать и отрегулировать по своим потребностям и функционирование природных биоценозов. Подход этот представляется утопическим, отряжающим технократическое мышление. Второй подход основан на представлениях о регуляторной функции биосферы, которая может успешно осуществляться только при сохранении естественного состояния природных систем различного уровня. Таким образом, определяющим в стратегии экологического нормирования должны быть принципы сохранности естественных природных экосистем, а не замена или приспособление их к нуждам человека. Определение: разработка регламентов (правил, ограничений, рамок) антропогенного воздействия на окружающую среду, соблюдение которых гарантирует нормальное функционирование экосистем. Цель - дать ответ на вопрос, как защитить экосистему от экотоксикантов. Проблемы экологического нормирования сводятся к решению методологических вопросов - о норме экосистемы и критериях нормальности, а также практических вопросов - что подлежит нормированию.
| Б18. 1. Особо опасные экотоксиканты (суперэкотоксиканты). Примеры. 2. Демэкотоксикология. Примеры роли хронической интоксикации, иммунотоксичности и специальных видов токсического действия в формировании экотоксических эффектов в популяциях. 1) В экотоксикологии среди загрязняющих веществ с позиции их отношения к биологическим системам выделяют следующие группы: 1)экотоксиканты; 2)суперэкотоксиканты 3)ксенобиотики. Примеры: органические соединения - ПХДД/ПХДФ, ПХБ, ХОП, ПАУ, нитрозамины, афлатоксины, а также неорганические соединения - тяжелые металлы, антропогенные радионуклиды. 2) Демэкотоксикология (популяционная экотоксикология). Доза-эффект. В качестве аргумента для графика «доза-эффект» (меры токсического действия) используют термин «мера токсической нагрузки» - это содержание экотоксиканта в биоте. В популяциях, имеются различия в содержании токсиканта в организмах, связанные с генетическими особенностями организма и принадлежностью к различным эколого-функциональным группировкам (пол, возраст и др.), неоднородностью плотности загрязнения среды обитания. Поэтому мера токсического действия на надорганизменном уровне не может характеризоваться некоторыми средними значениями содержания токсиканта в биоте. Это сложный спектр доз. В качестве меры токсического воздействия следует рассматривать некую интегральную функцию статистического распределения экотоксиканта в организмах, составляющих популяцию: f (x), где х -это содержание токсиканта во внутренних органах (например, тяжелого металла в крови). В качестве меры токсической нагрузки также может быть использована и концентрация экотоксиканта в абиотических компонентах экосистемы – почве, воде, воздухе. В качестве меры токсического эффекта на популяционном уровне рассматривают показатели диагностируемые на уровне организма. Показатели жизнеспособности: Показатели жизнеспособности: снижение репродуктивных функций, тератогенез,отклонения в деятельности ЦНС,нарушения в иммунной системе (приводит к инфекционным заболеваниям) и др. Токсический эффект, отражающий состояние популяции и ее будущее будет определяться количеством (долей) особей с подобными проявлениями. Демэкотоксические эффекты: гибель популяции; рост заболеваемости, смертности, числа врожденных дефектов развития; уменьшение численности, рождаемости; нарушение внутрипопуляционной структуры (или демографических характеристик в случае общества) (соотношение возрастов, полов и др.); изменение средней продолжительности жизни членов популяции, их культурная деградация. Примеры экотоксикологических эффектов в популяции. Они демонстрируют действия на уровне организма в формировании экотоксических эффектов в популяциях. 1) Сброс токсичных отходов в Балтийское, Северное и Ирландское море привел к накоплению липофильного ПХБ и других экотоксикантов до токсических уровней в жировой ткани тюленей, что вызвало сокращение и даже гибель некоторых популяций тюленей. 2) Накопление ДДТ и других экотоксикантов в организмах хищных птиц (например, популяции белых орланов или перелетных дроздов в США, которые исчезли в некоторых штатах). 4) Хроническое действие большой группы экотоксикантов на популяции птиц отмечается в промышленных районах Польшы. Большие синицы из местной популяции содержат высокие концентрации кадмия, ДДТ и ПХБ и имеют более низкую популяционную продуктивность. 7) Болезнь Минамата на побережье Японии связана с нейротоксическим и тератогенным действием метилированных форм ртути, накопившейся в рыбе из стоков завода по производству пластмасс и поступившей по пищевой цепи в организм человека. Болезнь привела к увеличению числа новорожденных с умственной неполноценностью и церебральным параличом. 8) По мнению ряда ученых, причиной гибели Римской империи стало хроническое действие на ее граждан свинца, обладающего нейротоксическим действием, действием на кровь, печень, почки. |
Б19. 1. Ксенобиотический профиль среды. 2. Полициклические ароматические углеводороды (ПАУ). Пути поступления в организм человека. К ксенобиотикам относятся: синтетические лекарственные препараты, пестициды, промышленные яды, отходы производства, пищевые добавки, косметические средства Понятие можно трактовать двояко: в широком смысле слова как вещества чужеродные для какого-нибудь вида. Ксенобиотический профиль - это весь спектр ксенобиотиков, содержащихся в окружающей среде в форме,позволяющей им вступать в химические и физико-химические взаимодействия с абиотическими и биотическими элементами экосистемы. Естественный ксенобиотическй профиль - совокупность ксенобиотков, которые поступили из естественных источников и к которым адаптированы биоценозы. Химические вещества, накапливающиеся в экосистеме в несвойственных ей количествах и являющиеся причиной изменения естественного ксенобиотического профиля - поллютанты. Поллютант, накопившийся в среде в количестве, достаточном для инициации токсического процесса в биоценозе - экотоксикант. 2) I- нафталин; 2 - аценафтилен; 3 - аценафтен; 4 - флуорен; 5 - фенантрен; 6 - антрацн; 7 - флуорантен; Эффекты: канцерогенным и мутагенным действием на организмы, кумулятивным эффектом, высокой устойчивостью в окружающей среде. Супертоксиканты. Физ. свойства – кристаллические вещества с высокой температурой плавления, высоколипофильные, растворимость в воде низкая и уменьшается с увеличением числа ароматических колец. Естественные источники ПАУ:стихийно возникающие лесные пожары,вулканическая деятельность, трансформация погребенной в почве биоты. ПАУ содержатся в каменных и бурых углях, нефти, природных битумах. Поэтому ПАУ можно отнести к наиболее опасным в экологическом отношении компонентам нефтяного загрязнения. Антропогенные источники: предприятия нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей, металлургической, химической промышленности, предприятия топливной (ТЭЦ) и добывающей промышленности, выбросы автомобильного и водного транспорта, строительство, переработку промышленных отходов и др. Основная часть ПАУ поступает в атмосферу и мигрирует на частичках пыли и сажи. Такие частицы могут существовать в атмосфере в виде аэрозолей несколько недель и переноситься с воздушными потоками на значительные расстояния. Атмосфера. ПАУ интенсивно поглощают УФ-излучение и быстро окисляются под действием света в атмосфере с образованием хинонов и других соединений. В атмосфере в присутствии оксидов азота ПАУ также могут окисляться и переходить в нитрозосоединения, которые рассматриваются в настоящее время как возможные мутагены и канцерогены. На фоне других загрязняющих веществ в воздухе крупных городов ПАУ присутствуют в незначительных количествах. Но вносят заметный вклад в загрязнение атмосферы промышленных центров наиболее опасными для здоровья человека веществами –канцерогенами. В атмосферном воздухе большинства промышленных центров России бенз(а)пирен содержится на уровне 2-3 нг/м3, что в 2-3 раза выше ПДК для воздуха населенных мест. Существует корреляция между уровнем загрязнения воздуха ПАУ и частотой заболеваний раком легких,в следующие 15-20 лет в городах с повышенным уровнем загрязнения воздуха будет много случаев рака Вода. Из воды донных отложений и почвы ПАУ удаляются в основном за счет микробиологической деградации. Микроорганизмы с помощью своей ферментативной системы могут окислять ароматические соединения группы ПАУ. Ароматическое кольцо подвергается гидроксилированию с последующим расщеплением гидроксилированного кольца. В поверхностных водах концентрации ПАУ часто имеют большие значения. В некоторых озерах США содержание бенз(а)пирена достигает 80 нг/л. Фоновая концентрация бенз(а)пирена в поверхностных водах России не превышает 10-11 нг/л (ПДК=5 нг/л для поверхностных вод в РФ), наиболее чистые реки и озера Камчатки и Курильских островов (0,1-1 нг/л). В донных отложениях фоновых территорий содержание бенз(а)пирена находится на уровне 1-5 мкг/кг. Содержание ПАУ в донных отложениях сильно зависит от близости их к индустриальным центрам. Важно. Для ПАУ кумулятивный эффект и связанная с ним хроническая токсичность более выражены по сравнению с острой токсичностью. В России установлены значения ПДК бенз(а)пирена: 1 нг/м3 -для воздуха населенных мест; 5 нг/л - для поверхностных вод; 20 мкг/кг - для почвы. Применение только бенз(а)пирена в качестве индикатора загрязнения окружающей среды ПАУ весьма не обосновано. Его обнаружение свидетельствует лишь о факте загрязнения природной среды ПАУ. Для получения реальной картины необходимо знать концентрацию 16 приоритетных веществ, которые формируют фоновое содержание ПАУ в атмосферном воздухе. Растения. Повышенные концентрации бенз(а)пирена наблюдаются в мхах и лишайниках (до 50 мкг/кг), а вот в траве его концентрации низкие (менее 0,1 мкг/кг). Через корни в растения поступает меньше ПАУ, чем через поверхность наземных частей растения. Животные продукты: копченые продукты и жиры животного происхождения (окорок, рыба, масло) | Б20. 1. Источники поступления экотоксикантов в окружающую среду. Примеры. 2. Синэкотоксикология. Формы проявления токсического процесса на уровне биоценоза…Основные закономерности в реакции экосистемы на химическое загрязнение. 1) Источники поступления подразделяются на природные и антропогенные. Природные источники обусловлены:существованием месторождений (рудные, газовые, нефтеносные), природных аномалий (ПАУ; тяжелые металлы); ПАУ присутствуют в угле, нефти, природных битумах; извержением вулканов; деятельностью живых организмов, биохимические процессы распада и трансформации органического вещества (афлатоксины, фенолы, ПАУ); стихийно возникающими лесными и степными пожарами, подземными угольными пожарами (оксиды углерода, серы; тяжелые металлы в золе; ПАУ). Антропогенные источники (промышленные, транспортные, с\х, коммунально-бытовые). 1) Производство тепловой и электрической энергии с использованием топлива загрязняет атмосферу продуктами горения (оксиды углерода, ПАУ; тяжелые металлы). ПАУ и ТМ изначально присутствуют в угле и нефти. 2) Добыча и транспорт нефти (нефть и нефтепродукты, в том числе ПАУ и др. углеводороды; ТМ). 3) Отходы химической, нефтехимической, металлургической промышленности, машиностроения, целлюлозо-бумажной, деревообрабатывающей и др. отраслей промышленности (ТМ; ПАУ; ПХДД/Ф, ПХБ, фенолы, хлорфенолы, хлорбензолы, хлорпарафины и др. хлорорганические соединения). В химической промышленности в термических процессах с использованием хлора всегда в некоторых количествах образуются хлорорганические соединения – ПХДД/Ф, ПХБ, хлорфенолы, хлорбензолы, хлорпарафины.
СОЗ (особенно хлорорганические) образуются при отбеливании в целлюлозно-бумажной промышленности. 4) Различные виды транспорта (автомобильный, авиационный, морской и речной) 5) Производство и применение радиоактивных веществ различного назначения. 6) Сельское и лесное хозяйство (минеральные и органические удобрения –нитраты нитриты, нитрозамины; пестициды; биологически активные добавки (БАД) 7) Промышленные изделия и потребительские товары: применение химико-фармацевтических и косметических средств, химических добавок к пищевым продуктам, применение продуктов бытовой химии. Основной источник поступления ПАУ (бенз(а)пирен –канцероген) в организм человека с пищей – это копченые продукты. Важный источник диоксинов в быту – бумага, содержащая продукты отбеливания солнечного излучения. 8) Утилизация промышленных и бытовых отходов. 2) Зависимости «доза –эффект» Для биологических систем надорганизменного уровня в качестве меры токсического действия (токсической нагрузки) рассматривают концентрации экотоксикантов в отдельных компонентах биогеоценоза, например в почве (мг экотоксиканта/кг почвы). Часто используют относительный показатель токсической нагрузки на почву: Кс - коэффициент концентрации элемента (степень накопления химического элемента в техногенной почве кфоновой.): Кс = Сi / Сф, содержание элемента в исследуемой почве/ фоновое содержание. При загрязнении почв не одним элементом, а несколькими элементами находят суммарный показатель загрязнения (обозначают как СПЗ или Zc) по формуле Саета: Zc =∑ Кс - (n-1), где n число элементов с Кс >1. Кс или СПЗ рассматривают как мера нагрузки загрязнителя (потенциального экотоксиканта) на компоненты биогеоценоза. Стадии трансформации: 1. Стадия выпадения чувствительных видов. Элиминация наиболее чувствительных видов эпифитных лишайников (получают весь набор экотоксикантов прямо из атмосферы,хорошие биоиндикаторы). Остальные параметры – почти как фон. 2. Стадия структурных перестроек экосистемы. Ухудшение санитарного состояния деревьев, но плотность древостоя и его запас не изменяются. Изменения в травяно-кустарничковом ярусе (выпадают чувствительные виды лесного разнотравья). Значительно уменьшается численность дождевых червей (почвенная мезофауна). Замедлены процессы, осуществляемые почвенными микроорганизмами. Незначительно увеличивается толщина подстилки. Существенно уменьшается разнообразие и обилие эпифитных лишайников. Параметры населения птиц и мелких млекопитающих остаются на уровне фона. 3. Стадия частичного разрушения экосистемы. Древесный ярус угнетен и редок, значительно снижены его запас и полнота, нарушено возобновление. В травяном ярусе почти отсутствуют лесные виды, которые заменены луговыми и видами-эксплерентами. Повышена кислотность верхних почвенных горизонтов, из них выносятся обменный кальций и магний. Активизируются эрозионные процессы. Биологическая активность почвы резко снижена. Крупные почвенные (жуки мертвоеды, кожееды) отсутствуют. Уменьшена скорость деструкции опада, он накапливается в виде толстого слоя подстилки. Лишайниковый покров сохраняется только у самого основания стволов, представлен одним-тремя устойчивыми видами (изменяется его пространственная структура, снижается разнообразие). Происходит элиминация крупных лесных видов птиц, уменьшается общая плотность населения птиц. Наблюдается вселение синантропных видов(организмы, существование которых тесно связанно с человеком и урбоэкосистемами). Последствия. Действие экотоксикантов на растения приводит к уменьшению устойчивости растений к внешним факторам. У растений изменяется структура поверхности листовых пластинок и они становятся более доступным для беспозвоночных- фитофагов. Доля сосущих фитофагов возрастает, они используют менее загрязненный клеточный сок. Грызущие фитофаги используют более загрязненные клеточные стенки и заглатывают с поверхности растений тяжелые металлы на частицах пыли. 4. Стадия полного разрушения («коллапса») экосистемы. Древесный ярус полностью разрушен, сохраняются лишь отдельные сильно угнетенные экземпляры деревьев. Травяной ярус представлен одним-двумя видами злаков, в увлажненных местах встречается хвощ. Лишайниковый покров отсутствует. На значительной части территории полностью смыты подстилка и верхние горизонты почвы. В микропонижениях встречаются «захоронения» неразложившегося опада. Биологическая активность почвы снижена до нуля. Типично почвенные животные отсутствуют(дождевые черви, кроты). Группировки птиц и мелких млекопитающих не поддерживают свою структуру и существуют за счет притока мигрантов. Итого: 1) снижением общего биологического разнообразия 2) падением продуктивности 3)упрощением структуры 4) замедлением и разрывом круговорота биогенов. 5)Тормозятся как продукционные, так и деструкционные процессы, нарушается баланс между ними.6) Ряд структурных элементов полностью элиминируется (лесное разнотравье, лишайники, дождевые черви, кроты и др.). Переход к последним 2-м стадиям означает для экосистемы полную потерю устойчивости как способности возвращаться в исходное состояние. Приведенное деление на стадии достаточно условно. Основные закономерности в реакции экосистемы на химическое загрязнение. Анализ дозовых зависимостей для экосистемных параметров показывает, что все они имеют S-образную форму, что делает их сходными с дозовыми зависимостями на уровне организм. При этом экосистема в процессе трансформации находится в трех качественно различающихся состояниях- двух метастабильных и одном неустойчивом (переходном). Первое состояние соответствует фоновому уровню загрязнения с высокой жизнеспособностью экосистемы (далеко от завода).Второе состояние соответствует импактному уровню загрязнения с низкой жизнеспособностью экосистемы (рядом с заводом). Это две совершенно разные системы по состоянию, отличающиеся друг от друга набором основных элементов и структурой связей. Переход из одного стабильного состояния в другое осуществляется очень быстро (очень резко) через третье состояние системы – неустойчивое.
|
Дата добавления: 2015-11-05; просмотров: 29 | Нарушение авторских прав
| <== предыдущая лекция | | | следующая лекция ==> |