«Цветение» сине-зеленых микроводорослей (Cyanophyta) – разновидность чрезвычайных ситуаций в водохранилищах
Аннотация
Усиление процессов эвтрофикации и токсификации водохранилищ расмотрено в аспекте чрезвычайных ситуаций . Показаны негативные последствия "цветения" сине-зеленых микрводорослей и предложены подходы к локализации и ликвидации чрезвычайных ситуаций, вызванных их массовым развитием.
Ключевые слова: чрезвычайные ситуации, водохранилища, цианобактерии, "цветение" сине-зеленых микроводорослей, токсификация, эвтрофирование
05.26.02 - Безопасность в чрезвычайных ситуациях (по отраслям)
Исторически водные объекты играли и играют центральную и многоплановую роль в развитии человеческой цивилизации.
Согласно Водного кодекса РФ 2006 года «воды являются важнейшим компонентом окружающей природной среды, возобновляемым, ограниченным и уязвимым природным ресурсом, они используются и охраняются в Российской Федерации как основа жизни и деятельности народов, проживающих на ее территории, обеспечивают экономическое, социальное, экологическое благополучие населения, существование животного и растительного мира».
В последние годы происходит прогрессирующее ухудшение качества водной среды. Это представляет угрозу жизненно важным национальным интересам страны в областях экологической, продовольственной и национальной безопасности.
Водохранилища представляют собой искусственные водоемы, предназначенные для питьевого водоснабжения населения, обводнения засушливых территорий, судоходства, рыбоводного промысла и других целей. В тоже время как искусственные объекты, содержащие элементы природной среды, водохранилища в целом и отдельные его составляющие являются одновременно и источниками потенциальных опасностей, которые могут привести к различным чрезвычайным ситуациям (ЧС) [1].
С целью уменьшения возможных потерь при практической реализации конкретной ЧС на этих объектах разрабатываются планы предупреждения и ликвидации соответствующих ЧС, которые должны соответствовать определенным требованиям [2], как например, планы по предупреждению разлива нефтепродуктов [3].
Однако, в современных условиях, на наш взгляд, особо выделяется проблема предупреждения и ликвидации ЧС на водохранилищах, обусловленная цветением сине-зеленых микроводорослей (цианобактерий).
Рост антропогенного загрязнения водных экосистем и активно практиковавшееся с середины 20 века зарегулирование стока рек привели к появлению, быстрому распространению и росту процессов эвтрофикации водных объектов различных регионов. Одними из основных биологических характеристик эвтрофикации водохранилищ являются увеличение общей биомассы фитопланктона и замена его видового состава (более чем на 90% во время «цветения») сине-зелеными микроводорослями (Cyanophyta) иначе цианобактерий (Cyanobacteria). Это большая и разнообразная группа приокариотических микроорганизмов. В её состав входит свыше 1500 видов. Однако достаточно изученными являются на настоящее время только немногим более 150 видов [4].
Токсины способны образовывать только определенные виды сине-зеленых водорослей токсины, и даже эти виды большую часть времени безвредны. Токсичные виды сине-зеленых микроводорослей принадлежат ко многим родам: Anabaena, Anabaenopsis, Hapalosiphon, Nostoc, Microcystis, Oscillatoria, Planktothrix, Nodularia, Aphanizomenon, Cylindrospermopsis, Umerzakia,Phormidium, Lyngbya, Planktothrix.
Явление «цветения» сине-зеленых микроводорослей приобрело глобальный характер в условиях продолжающегося антропогенного загрязнения водных объектов. «Цветения» стали обычным явлением в даже в водоемах Северной Европы. В период "цветения» сине-зеленых микроводорослей в летне-осенний период в водохранилищах создается обстановка, которую можно характеризовать как чрезвычайную ситуацию, связанную с жизнедеятельностью водной биоты.
Сине-зеленые микроводоросли, принадлежащие к наиболее примитивным формам жизни, являются источником разнообразных вторичных метаболитов, в т. ч. ингибиторов ферментов и, и что особенно важно - токсинов. Такие особенности жизнедеятельности сине-зеленых в условиях их регулярных массовых «цветений» привели к появлению процессов токсификации водных экосистем. Подтверждением наличия и усиления процессов токсификации в водной экосистеме, например, Цимлянского водохранилища, служат данные биотестирования токсичности вод и донных отложений, полученные с использованием четырех тест-объектов различной систематической принадлежности и трофических групп в ходе экспедиционных исследований 2006, 2007, 2011гг. (Бакаева и др., 2008, 2012) [5,6,7,8].
Цианобактерии синтезируют широкий спектр токсинов опасных для биоты. Выделяемые цианобактериями токсины можно разделить с учетом скрининга их активности на две группы: биотоксины и цитотоксины (Волошко и др., 2008) [9].
Негативное влияние токсикогенных сине-зеленых микроводорослей на здоровье человека может проявляться при использовании питьевой воды, содержащей токсины; при купании в водных объектах во время «цветения»; использовании продуктов питания, например рыбы, способной накапливать цианотоксины по пищевым цепям. «Цветение» сине-зеленых микроводорослей само по себе является мощным стрессором для водных экосистем и создает множество проблем при рекреационном, хозяйственном и питьевом использовании водоемов. В связи с этим проблема массового развития токсичных цианобактерий в водоемах питьевого и рекреационного назначения с точки зрения опасности для здоровья населения отнесена Всемирной организацией здравоохранения к одной из приоритетных.
По сути, цветение воды – естественное природное явление. Однако при массовом развитии цианобактерий деградирует биотический комплекс самоочищения водоемов, наблюдаются массовые заморы рыб, появляется неприятный запах и в воде возрастает концентрация особо опасных природных токсинов. По данным СМИ, ежегодно приходит около 150 тысяч сообщений об отравлениях людей при употреблении рыбы и других продуктов питания, содержащих токсины цианобактерий. Следует особо заметить, что цианобактерии обладают уникальной способностью быстро настраивать синтез необходимых им субстратов под условия окружающей среды путем изменения активности работы генов [5].
Рассматриваемые разновидности ЧС, имеют свои особенности, которые существенно снижают возможности адекватного реагирования на них. В тоже время эти чрезвычайные ситуации имеют свои отличительные особенности как по характеру протекания, которые заключаются в периодически (сезонно) повторяющихся фазах возникновения и развития ЧС, так по чередованию этих фаз.
Явно требуется комплексное рассмотрение этой ситуации, с участием специалистов различных направлений, начиная от микробиологических, токсикологических, биологических, экологических, химических, физических и физико-химических вопросов и завершая техническими, технологическими, конструкторскими и прикладными аспектами.
На наш взгляд, необходимы дальнейшие исследования, как по рассматриваемым направлениям, так и по смежным, в том числе связанных с идентификацией возможных центров формирования ЧС (пример, использование методов биоиндикации [10,11,12,13], космического зондирования и т.д.), особенностями и содержанием фаз возникновения, развития, локализации и ликвидации рассматриваемых разновидностей чрезвычайных ситуаций.
Достаточно важным представляется создание современных инновационных разработок в сфере технологий безопасности, а именно, своевременного обнаружения и мониторинга формирования источников рассматриваемых ЧС, противодействия возникновения и развития ЧС, локализации и ликвидации ЧС на основе передовых достижений современной науки и техники, в том числе и с использованием информационных, авиационных и космических технологий.
Литература
1.Бакаев А.В., Бакаева Е.Н., Игнатова Н.А., Стрельцова Ю.Г.//Методические указания по проведению занятий по дисциплинам «БЖД ЧС», «СТВМ», ПОГЗ», «ПОПД», «Радиационная экология», «Защита в ЧС». Выпуск 1. Чрезвычайные ситуации (ЧС) на водных объектах. Ростов н/Д. Рост. гос.строит.ун-т, 2012.-32 с.
2.Бакаев А.В., Гришина Ю.В., Слуцковский Г.А. и др.// О структуре мероприятий по предупреждению чрезвычайных ситуаций на объектах экономики. «Строительство - 2009»: Материалы юбилейной международной научно-практической конференции. Ростов н/Д: Рост. гос. строит. ун-т, 2009.- С. 301-302.
3. Бакаев А.В., Бакаева Е.Н., Игнатова Н.А.// Загрязнения водных объектов нефтепродуктами, приводящие к чрезвычайным ситуациям: Техносферная безопасность, надежность, качество, энергосбережение.: Т38. Материалы международной научно-практической конференции. Выпуск Х. Ростов н/Д: Ростовский государственный строительный университет. 2009 – 2 том.- С. 113-117.
4. Румянцев В.А., Крюков Л.Н., Поздняков Ш.Р., Жуковский А.В. Цианобактериальное цветение воды – источник проблем природопользования и стимул инноваций в России./ http://www.terrahumana.ru/arhiv/11_02/11_02_45.pdf
5. Бакаева Е.Н., Игнатова Н.А., Черникова Г.Г. Экотоксичность вод приплотинного участка Цимлянского водохранилища // Глобальная ядерная безопасность. 2012. Спецвыпуск 3. - С. 5-10.
6. Бакаева Е.Н., Игнатова Н.А., Черникова Г.Г. Экотоксичность вод приплотинного участка Цимлянского водохранилища //Глобальная ядерная безопасность. № 3, 2012.- С.5-11.
7.Бакаева Е.Н., Никаноров А.М., Игнатова Н.А., Черникова Г.Г. Эколого-токсикологическая ситуация Цимлянского водохранилища в современный период // Всероссийская научной конференции «Вода и водные ресурсы: системообразующие функции в природе и экономике» (г. Цимлянск, 23–28 июля 2012 г.) Новочеркасск: ЮРГТУ (НПИ), 2012.- С. 151-157.
8. Бакаева Е.Н. Токсификация эвтрофных вод в условиях цветения сине-зеленых микроводорослей – следствие глобальных экологических проблем // Всероссийская XL юбилейная конференция «Математическое моделирование в проблемах рационального природопользования» и 20-го семинара «Экология. Экономика. Информатика». Ростов-на-Дону: Изд-во ЮФУ, 2012.- С.207 -211.
9. Волошко Л.Н., Плющ А.В, Титова Н.Н.. Токсины цианобактерий (CYANOBACTERIA, CYANOPHYTA) //Альгология. 2008. Т. 18. № 1.
10. Игнатова Н.А., Бакаев А.В. Индикация состояния водных объектов в условиях чрезвычайных ситуаций на основе токсичности донных отложений: // Техносферная безопасность, надежность, качество, энергосбережение.: Т38. Материалы международной научно-практической конференции. Выпуск ХIII. Ростов н/Д: Ростовский государственный строительный университет. 2011. - С. 134-139.
11.Бакаева Е.Н., Бакаев А.В., Игнатова Н.А. Биологические методы, как органическая составляющая мониторинга по предупреждению возникновения чрезвычайных ситуаций. // «Строительство - 2009»: Материалы юбилейной международной научно-практической конференции. Ростов н/Д: Рост. гос. строит. ун-т, 2009.- С. 297-298.
12.Бакаева Е.Н., Игнатова Н.А. Экотоксикологическая оценка состояния водных экосистем. // «Строительство - 2009»: Материалы юбилейной международной научно-практической конференции. Ростов н/Д: Рост. гос. строит. ун-т, 2009.- С. 296.
13. Игнатова Н.А,. Бакаева Е.Н., Стрельцова Ю.Г., Бакаев А.В., Методические аспекты оценки токсичности поверхности вод различной солености в условиях ЧС. // Материалы международной научно-практической конференции. Ростов н/Д: Рост. гос. строит. ун-т, 2010.- С. 308-310.