Онлайн биомониторинг как основа новой технологии непрерывного контроля экологической безопасности и защиты водной среды

1. Самый современный биомониторинг –онлайн биомониторинг как основа новой технологии непрерывного контроля экологической

безопасности и защиты водной среды
Гудимов
Александр Владимирович
ММБИ КНЦ РАН
Мурманск
2017

2. Биомониторинг – традиционный подход

• Для морских экосистем приоритетным объектом мониторинга
и биоиндикации является бентос.
• Результаты экологического биомониторинга часто не оправдывают крайней
трудоемкости и высокой затратности исследований

3.

происхождения,
с неизвестными токсикологическими
характеристиками,
итоговые эффекты непредсказуемые
Антропогенный пресс
-Сброс бытовых сточных вод
(неочищенные и недоочищен-ные
воды городов и населенных
пунктов),
-Воды техногенного
происхождения
-Смывы с полей удобрений и
пестицидов
-Транспорт водный, наземный
-Аварии на транспорте
-Добыча полезных ископаемых на
шельфе
-Отбор воды на хозяйственные
нужды,
-Перенос ветром выбросов в
атмосферу продуктов
промышленных предприятий,
ЧС и техногенные
воздействия, аварии
Возможные
террористические акты
Ветровая эрозия
почв
Смывы грунтов ,
оползни
Водные экосистемы

4. Традиционный биомониторинг: post factum (запаздывание реакции 3-7 лет)

• На практике, только очень
длительные (более 5-10 лет) или
катастрофические изменения
сообществ достоверно выявляются
традиционными методами
биомониторинга и биоиндикации
• Сегодняшние изменения условий
среды не могут быть надежно
отслежены методами существующего
биомониторинга.
Поселения мидий на песке, ДЗ
2006
Уровень сообществ и популяций

5. Традиционный биомониторинг:

• Инерция - запаздывание реакции (годы)
• Дискретность (годы)
• Трудоемкость, ручной труд
• Для экологической безопасности абсолютно
неэффективен
• Устаревшая технология (более 100 лет)
• Затратность

6.

Что происходит в море сейчас ?
оперативный контроль
качества водной среды и экологического
состояния водных экосистем
отсутствует

7. Многоуровневая биоиндикация

• Многолетняя
(от 3 и более лет)- в
основе традиционный биомониторинг.
Биоценотический уровень
• Краткосрочная
(от 6 мес до 3 лет) –
параметры популяций: рост,
распределение в градиенте,
биохимические маркеры.
Популяционный уровень
• Оперативная ( от 1 часа до 6 мес)
Непрерывная регистрация активности
(поведение и/или сердечные сокращения),
рост, биохимические маркеры.
Организменный уровень

8. Импактный биомониторинг и Краткосрочная биоиндикация: южное колено Кольского залива

1000
(3- Абрам-мыс)
• Отклонение от
тренда нормального
распределения
900
800
Численнось
численности
моллюсков из-за
загрязнения
30
0,4253x
y = 105,43e
R2 = 0,9185
25
700
20
600
500
400
15
10
300
200
100
5
0
0
1
2
3
4
Местообитания
Macoma balthica
Уровень популяции
5
Соленость
• Уменьшение

9.

Объективная
оценка состояния
Оперативная
оценка водных
экосистем
невозможна
использования
качества водной
средыбез
и экологического
биологических
экологического
состоянияметодов
водных экосистем
отсутствует

10.

ОСНОВА оперативного биомониторинга :
Разработанные в Европе «биологические системы раннего предупреждения»
(BEWS) успешно и широко используются с 90-годов на ПРЕСНЫХ водах для
экологического контроля состояния воды на крупных водозаборах, в зоне выпуска
коллекторов крупных городов и промышленных предприятий; работают только в
стационарных условиях
Моллюски
Уровень – организм, группа

11.

Оперативный биомониторинг -
регистрация параметров естественной активности
животных в режиме реального времени
• Баренцево и Черное моря; мидии:
• Аналоговая (самописец)
• Цифровая (датчик Холла)
• Видео-регистрация
Уровень организма

12.

Оперативная Биоиндикация
Реакция моллюсков на токсикант
немедленная
Уровень раскрытия створок (УРС)
Действие АММИАКА на Поведение:
УРС средний по 16 каналам
45,00
40,00
35,00
УРС, %
30,00
25,00
20,00
15,00
10,00
5,00
8:
37
:
8: 00
41
:
8: 00
45
:
8: 00
49
:
8: 00
53
:
8: 00
57
:
9: 00
01
:
9: 00
05
:
9: 00
09
:
9: 00
13
:
9: 00
17
:
9: 00
21
:
9: 00
25
:
9: 00
29
:
9: 00
33
:
9: 00
37
:
9: 00
41
:
9: 00
45
:
9: 00
49
:
9: 00
53
:
9: 00
57
:0
0
0,00
Время по минутам
Поведение – реакция быстрая и
устойчивая

13. Оперативная биоиндикация: Рост

Оперативная биоиндикация:
Поведение
Рост
2
3
1
1
Кардиоактивность

14.

Кардиоритм мидии
при ОТКРЫТЫХ створках
• Нет ритма
(Впервые обнаружено)
• Четкий ритм
(традиционная оценка)
ПРИЧИНА отсутствия
сердечных сокращений –
условия среды,
прежде всего- ГОЛОДАНИЕ

15. Биосигнализатор токсичности: Первая отечественная установка биотестирования на протоке (1985)

Принцип регистрации
поведенческих реакций
моллюсков
4 – кассеты;
5 – съемная полка, для закрепления моллюска;
8 – резистор и замыкатель;
10 – прибор, регистрации
Аппарат записи движений
створок моллюсков

16.

Серийные системы «раннего предупреждения» комплексы
Musselmonitor и Dreissenamonitor на основе магнитных
датчиков Холла (рис.); пригодны для открытых систем, но
имеют ряд технических и системных недостатков, дороги
мидия

17. Цель

Онлайн-биомониторинг и
Оперативная биоиндикация
Цель
Немедленное обнаружение опасных
изменений среды средствами on-line
(непрерывного) мониторинга
Предупреждение распространения
загрязнения

18. Оперативный биомониторинг Баренцево море, 2005

• Установка для записи поведения
моллюсков в море (прибрежье)
регистратор
Уровень
воды
Плавучая платформа
мидия
Якорь

19. Опытный образец установки оперативного биомониторинга, получения контактных данных

Структура комплекса БСМол
Погружной модуль
Бортовой модуль передатчик
Оптимальное размещение блоков
комплекса

20. МЕЖДУНАРОДНЫЙ ПРОЕКТ - ТЕСТИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ ОПЕРАТИВНОГО БИОМОНИТОРИНГА Французский HFNI- вальвометр (valvometer) с мидиями,

испытания в Дальне-Зеленецкой
губе, Баренцево море (2011-2016)

21.

22. Биосенсорный блок

Установка
оперативного биомониторинга
с применением двустворчатых моллюсков
2016
• Погружной модуль – ПМ
Биосенсорный блок
Установка ОБМ 4 поколения

23. БМ - бортовой модуль, ПМ (БЭП)– – погружной модуль, подводный кабель БМ-ПМ

Установка оперативного биомониторинга (ОБМ) с
применением двустворчатых моллюсков
БМ - бортовой
модуль, ПМ (БЭП)– –
погружной модуль,
подводный кабель БМПМ
Установка ОБМ 4 поколения

24.

• Установка ОБМ:
тестирование ПМ с
борта НИС
«Дальние
Зеленцы», 2016

25.

Установка ОБМ в защитной сетке
под водой,
Дальние Зеленцы, 2016

26.

Установка ОБМ – запись поведенческих реакций
двустворчатых моллюсков в режиме реального
времени, 2016-2017
Дальние Зеленцы, Баренцево море

27. Оперативная биоиндикация

• Характер (паттерн) поведения мидий в норме и под воздействием
загрязнения или значительных изменений условий среды
норма
воздействие

28. Оперативная биоиндикация Концепция

• Реакция популяции начинается с реакции организма
(= суммарная р-я всех особей)
• Понять и предсказать реакции организма проще и
надежнее, чем реакции сообщества
• Оперативная биоиндикация как ТЕХНОЛОГИЯ
возможна только на основании знания
норм/диапазона реакций животных в природных
условиях
• Технически базируется на оn-line биомониторинге

29. Новая технология биомониторинга

• Он-лайн Биомониторинг
обеспечивает
максимальный уровень
экологической
безопасности
Знание экологической ситуации в
любой момент времени и на любом
временном интервале

30.

31. Многоуровневая биоиндикация

• Многолетняя
(от 3 и более лет)- в
основе традиционный биомониторинг.
Биоценотический уровень
• Краткосрочная
(от 6 мес до 3 лет) –
параметры популяций: рост,
распределение в градиенте,
биохимические маркеры.
Популяционный уровень
• Оперативная ( от 1 часа до 6 мес)
Непрерывная регистрация активности
(поведение и/или сердечные сокращения),
рост, биохимические маркеры.
Организменный уровень