Метод оценки негативного воздействия на состояние морской среды с применением системы стационарных биостанций в рамках производственного экологического мониторинга Российский патент 2020 года по МПК G01N33/18 B63B35/32 

Деятельность нефтегазодобывающих компаний на шельфе морей предусматривает строительство поисково-оценочных, разведочных, эксплуатационных скважин, стационарных платформ, трубопроводов и прочих сооружений, несущих потенциальную, а нередко и реальную опасность для среды и биоты моря. Освоение морских месторождений относится к экологически опасному виду хозяйственной деятельности и согласно действующим нормативно-правовым актам требует проведения производственного экологического мониторинга с целью выявления тенденций количественного и качественного изменения окружающей среды в зоне воздействия производственных объектов.

Производственный экологический мониторинг позволяет получать данные, в целом отражающие экологическую ситуацию.

С использованием методов биотестирования и биоиндикации определяется наличие в окружающей среде загрязнителя по состоянию определенных организмов, тест-объектов, наиболее чувствительных к изменению экологической обстановки.

Первые схемы растений — индикаторов горных пород были представлены в конце XIX в. А. П. Карпинским. Основной задачей биоиндикации является разработка методов и критериев, которые могли бы адекватно отражать уровень антропогенных воздействий с учетом комплексного характера загрязнения и диагностировать ранние нарушения в наиболее чувствительных компонентах биотических сообществ. Организмы и сообщества организмов, как тест-объекты, жизненные функции которых тесно коррелируют с определенными факторами среды, могут применяться для их оценки.

Известна работа «Биоиндексация состояния морской среды по диатомовым водорослям эпифитона макрофитов. (Залив Петра Великого, Японское море)» [1].

Исследованы видовой состав и количественные характеристики диатомовых водорослей эпифитона на 25 видах макрофитов из отделов Chlorophyta , Phaeophyta , Rhodophyta и Magnoliophyta в различных акваториях зал. Петра Великого Японского моря. Найдено 105 видов и внутривидовых таксонов диатомовых водорослей из классов Bacillariophyceae, Fragilariophyceae и Coscinodiscophyceae , вид Neohuttonia reichardtii (Grunow) Hustedt приводится впервые для дальневосточных морей России.

Также известен «Способ применения морских гидробионтов для экологического мониторинга состояния акватории бухты Козьмина». Заявка № 2013157844/15, 26.12.2013. Дата публикации заявки: 20.09.2015 Бюл. № 26 [2].

Способ применения морских гидробионтов для экологического мониторинга состояния акватории бухты Козьмина включает отбор проб тканей приморского гребешка Mizuhopecten yessoensis для изучения его состояния гистологическими методами. Определяют распределение и размерно-массовые показатели бентосных гидробионтов, одновременно с контролем концентрации нефтеуглеводородов в поверхностном, придонном слоях воды и в донных отложениях.

Известен «Способ прогнозирования состояния водных биоценозов». Патент РФ №2052816 от 27.04.1992 [3], предусматривающий отбор проб гидробионтов, установление их численности и суждение по ее величине о состоянии водного биоценоза. При этом в качестве гидробионтов используют лизоцимактивные и антилизоцимактивные бактерии.

В научной статье «Применение биомаркеров икры и личинок рыб для оценки нефтяного загрязнения акваторий» показаны неоднозначные ответные реакции защитной антиоксидантной системы развивающейся икры рыб и личинок на действие разных концентраций солярового масла. Обсуждается возможность применения данных биомаркеров для мониторинговых целей [4].

Известно изобретение № 2518227 Опубликовано: 10.06.2014 Бюл. № 16 «Способ оценки экологического состояния прибрежных экосистем» [5].

Изобретение относится к области экологии. Способ оценки экологического благополучия прибрежных морских донных экосистем заключается в изучении морфофункциональных характеристик массовых двустворчатых моллюсков, при этом в качестве показателя благополучия используют морфофункциональные характеристики хамелей. Изобретение обеспечивает расширение арсенала технических средств для оценки экологического благополучия прибрежных донных экосистем с использованием морфофункциональных характеристик хамелей.

Известны способы оценки загрязненности акваторий по энергетическому балансу клеток [6], уровню гистопатологий мидий [7] и стабильности мембран лизосом [8].

Известно изобретение № 2 672 270 Опубликовано: 13.11.2018 Бюл. № 32 «Способ оценки состояния акватории» [9].

Изобретение относится к прикладной гидробиологии, а именно к физиологии гидробионтов, и может быть использовано для экспресс-оценки общего уровня загрязненности акватории в естественной среде, в эксперименте и при культивировании. В качестве видов биоиндикаторов используют морских ершей.

Известно изобретение №2 702 852 Опубликовано: 11.10.2019 Бюл. № 29 «Способ использования маркерных белков сапробных групп индикаторных организмов для оценки экологического состояния окружающей среды» [10].

Изобретение относится к способу использования маркерных белков сапробных групп индикаторных организмов для оценки экологического состояния окружающей среды.

В работе «Обзор методов биоиндикации и биотестирования для оценки состояния окружающей среды» все перечисленные изобретения для определения токсичности среды применяют различные методы, в зависимости от среды, которая подлежит исследованию. Каждый метод имеет свои отличительные особенности, использует разные виды тест-объектов и способы анализа их реакций на загрязнение природной среды. Способы включают отбор проб обитающих в водоеме организмов, определение уровня загрязнения путем их анализа и оценку результатов анализа [11].

Все методы, исследованные при патентном поиске, не учитывают существование группы факторов, обуславливающих хаотичность картины распределения загрязняющих веществ в водоеме. К ним относятся: наличие течений переменных направлений, приводящих к неконтролируемой миграции токсикантов; перемещение и перемешивание донных осадков под влиянием течений и волнового воздействия, искажающие картину пространственного распределения загрязнителей; отсутствие постоянных скоплений гидробионтов, используемых в качестве тест-объектов, вследствие частой трансформации рельефа и перераспределения водных животных на другие участки дна.

Прототипом предлагаемого изобретения выбрано изобретение «Способ биологического мониторинга на основе биоиндикации».

Заявка: 2007138865/15, 19.10.2007. Опубликовано: 27.05.2009 Бюл. № 15 [12].

Изобретение относится к области экологии и охране окружающей среды и может быть использовано для экологического контроля природных процессов. Способ биологического мониторинга на основе биоиндикации предусматривает отбор проб водных животных, установление их численности, биомассы, видового разнообразия, границ распределения и регистрацию функциональных параметров организма, а также основных гидрологических и гидрохимических показателей, определение на их основе пространственных и временных трендов изменения индикаторных биологических параметров в градиенте экологических факторов.

Существенным недостатком всех известных и перечисленных методов является, как уже отмечалось, наличие факторов, обуславливающих хаотичность распределения загрязняющих веществ, искажающих картину пространственного распределения загрязнителей (наличие течений переменных направлений, приводящих к неконтролируемой миграции токсикантов; перемещение и перемешивание донных осадков под влиянием течений и волнового воздействия) отсутствие постоянных скоплений гидробионтов, используемых в качестве тест-объектов вследствие частой трансформации рельефа и перераспределения водных животных на другие участки дна, а также использование одного методического подхода к оценке загрязнения, в следствии чего ни один метод, используемый по отдельности, не позволяет получить полной информации о состоянии акватории.

Для решения подобных вопросов предлагается «Метод оценки негативного воздействия на состояние морской среды с применением системы стационарных биостанций в рамках производственного экологического мониторинга».

Предлагаемое изобретение относится к области экологии и охране окружающей среды и может быть использовано для исследований состояния морской среды и биоты в рамках производственного экологического мониторинга.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание метода оценки негативного воздействия на морскую среду с использованием искусственно сформированных устойчивых локальных экосистем с высокой степенью сравнимости, привязанных к искусственным субстратам биостанций, помещенных стационарно в ту или иную точку наблюдений на акватории моря.

Решением технической задачи является использование искусственных рифовых конструкций или биотопов для создания системы стационарных биостанций с целью направленного формирования локальных концентраций морских организмов-индикаторов, являющихся тест-объектами для оценки экологического состояния морской среды.

Новизна этого метода заключается в использовании информационного поля локальных экосистем стационарных биостанций для мониторинговых экологических исследований. Сбалансированные экосистемы формируются на субстратах искусственных рифов/биотопов, имеющих в своей структуре донную и пелагическую части для обеспечения условий обитания и развития всех уровней индикаторного сообщества, по состоянию которых оценивается качество окружающей среды в данной точке наблюдений.

В качестве стационарной биостанции с универсальным субстратом можно использовать запатентованный нами ранее «Искусственный биотоп как среда обитания раков» (Патент № 192 040 опубликован 02.09.2019. Бюл. №25), конструкция которого, имея донную и пелагическую части, обеспечивает формирование всех уровней локальной экосистемы.

Для контроля за экологическим и токсикологическим состоянием того или иного района моря создается система стационарных биостанций, т.е. устанавливаются искусственные рифы/биотопы, имеющие в своей структуре донную и пелагическую части. Локальная экосистема биостанции формируется в течение вегетационного периода. На Северном Каспии это время с середины весны до начала осени. Сообщество пригодное для исследований в первый год установки биостанции образуется уже в июле месяце. Данный эффект достигается путем создания более благоприятных, чем фоновые, условия обитания для различных групп животных и растений в морской среде.

Качественный и количественный состав сообществ аккумулирует информацию о наличии, происхождении, составе и степени опасности того или иного загрязнения. Локальное сообщество такой биостанции накапливает информацию о качестве окружающей среды. Эту информацию можно использовать в исследовательских работах, а стационарную биостанцию считать объективной точкой экологического мониторинга.

Как показали наблюдения, искусственные рифы/биотопы формируют вокруг себя отложения детрита - останков органического вещества, входящего в спектр питания многих видов бентофауны, поэтому вокруг биостанций концентрируются представители инфауны; такие как черви, моллюски, ракообразные, которые по степени оседлости также могут рассматриваться как потенциальные биоиндикаторы. Кроме того, вокруг биостанций, в условиях придонных течений, образуются турбулентные зоны, в которых концентрируются взвеси органики, переносимые водными массами. В таких местах концентрируются индикаторная группа донных фильтраторов, по которым также можно судить о состоянии окружающей среды, которые отражают изменения, связанные с воздействием загрязнителей, позволяют проанализировать процессы их биотрансформации, что повышает практическую ценность получаемой информации для решения задач, связанных с контролем качества окружающей среды [13].

В целом видовой состав локального сообщества может служить показателем экологического благополучия места обитания. Например, постоянное присутствие в точке наблюдений того или иного загрязнения сужает спектр видового состава и выводит из сообщества наиболее чувствительных гидробионтов, что легко определяется сравнительным анализом с показателями подобного сообщества, обитающего в экологически благоприятной фоновой контрольной точке. В случае, если фон загрязнения слабый, а толерантность ценоза достаточно высокая и видовой спектр не меняется, то можно определить воздействие токсикантов по физиологическому состоянию (кровь, печень, различные ткани) индикаторных групп животных, либо по концентрации токсикантов в их теле. Например, бычки, занимающие верхние уровни пищевой пирамиды и питающиеся преимущественно моллюсками-фильтраторами накапливающими в себе в т.ч. и токсические вещества, будут иметь «плохую» кровь, поражения печени и других внутренних органов, что определяется физиологическими методами исследований. Моллюски, в свою очередь, также являются потенциальными биоиндикаторами. Профильтровывая большие объемы воды, они накапливают в себе токсикантов, что определяется химико-аналитическими методами [13].

Таким образом, формирование локальной экосистемы открывает возможность пролонгированных комплексных мониторинговых исследований, позволяющих полноценно, достоверно и разносторонне оценить качество биоты по состоянию гидробионтов всех уровней индикаторного сообщества в заданной точке наблюдений.

Метод оценки негативного воздействия на состояние морской среды с применением системы стационарных биостанций в рамках производственного экологического мониторинга обеспечивает направленное создание условий, благоприятных для жизни организмов-индикаторов, используемых в качестве тест-объектов, дает возможность создавать устойчивый биоценоз с определенным набором видов водных животных, стабильность структуры и состава которого даст возможность перманентно оценивать токсикологическую обстановку в исследуемом районе, поскольку различные виды животных и растений характеризуются разной устойчивостью к загрязнению и реакцией на стресс-факторы. Создание системы стационарных биостанций в рамках производственного экологического мониторинга позволит получать достоверную оценку фактического воздействия промышленных объектов на состояние морской среды и биоты.

Применение метода оценки негативного воздействия на морскую среду с применением системы стационарных биостанций необходимо осуществлять с организацией экологических исследований в рамках производственного экологического мониторинга.

Литература

1. «Биоиндексация состояния морской среды по диатомовым водорослям эпифитона макрофитов. (Залив Петра Великого, Японское море)».

Известия ТИНРО Том 169 УДК 582.26:574.589 А.А. Бегун Институт биологии моря им. А.В. Жирмунского ДВО РАН,2012.

2. «Способ применения морских гидробионтов для экологического мониторинга состояния акватории бухты Козьмина».Заявка № 2013157844/15, 26.12.2013. Дата публикации заявки: 20.09.2015 Бюл. № 26.

3. «Способ прогнозирования состояния водных биоценозов». Патент РФ №2052816 от 27.04.1992.

4. «Применение биомаркеров икры и личинок рыб для оценки нефтяного загрязнения акваторий» И. И. Руднева, д-р биол. наук, профессор.

Институт морских биологических исследований им. А.О. Ковалевского РАН,2012.

5. «Способ оценки экологического состояния прибрежных экосистем».

Изобретение № 2518227 Опубликовано: 10.06.2014 Бюл. № 16

6. Thebault, M.T., Rafflin, J.P., Picado, A.M. et al. 2000. Coordinated changes of adenylate energy charge and ATP/ADP: use in ecotoxicology studies. Ecotoxicol. Environ. Saf. 46, 23-28.

7. Sunila I. Histopathologycal effects of environmental pollutants on the common mussel, Mytilus edulis L. (Baltic Sea), and their application in marine monitoring. Helsinki, 1987. Thesis of PhD.

8. Lowe D. Lisosomal membrane impairment in blood cells of Perna viridis: An invitro marker of contaminant induced damage. // Res. Bull. Phuket Mar. Biol. Cent. 1995. V.60. P.79-82.

9. «Способ оценки состояния акватории»

Изобретение № 2 672 270 Опубликовано: 13.11.2018 Бюл. № 32

10. «Способ использования маркерных белков сапробных групп индикаторных организмов для оценки экологического состояния окружающей среды»

Изобретение №2 702 852 Опубликовано: 11.10.2019 Бюл. № 29

11. «Обзор методов биоиндикации и биотестирования для оценки состояния окружающей среды». Еремеева А. С., Донченко М. И., Бучельников В. С., Перегудина Е. В., Азарова С. В. Молодой ученый. 2015. №11. С. 537-540. URL

12 «Способ биологического мониторинга на основе биоиндикации».

Заявка на изобретение: 2007138865/15, 19.10.2007

Опубликовано: 27.05.2009 Бюл. № 15.

13. «Биологические основы и практические результаты разработки системы защиты биологического разнообразия Каспийского моря от нефтяного загрязнения». А.Ф.Сокольский, Н.В. Попова, Е.В.Колмыков, А.А.Курапов, 2005 г.

Изобретение относится к области экологии и охране окружающей среды применительно к оценке экологической ситуации в морской среде путем исследования ее состояния. Представлен метод оценки негативного воздействия на состояние морской среды с применением системы стационарных биостанций в рамках производственного экологического мониторинга, состоящий из искусственных биотопов или искусственных рифов. При этом для оценки негативного воздействия на состояние морской среды в рамках производственного экологического мониторинга того или иного района моря создается система стационарных биостанций производственного экологического мониторинга, при этом в исследуемую зону выставляется сеть искусственных рифов/биотопов, имеющих в своей структуре донную и пелагическую части для направленного формирования локальных концентраций морских организмов, которые формируются на субстратах искусственных рифов/биотопов. Также качественный и количественный состав сообществ, являющихся тест-объектами, аккумулирует информацию о наличии, пространственном распределении, происхождении, составе того или иного загрязнения, анализ состояния которых является источником информации для оценки качества окружающей среды и для исследований в рамках производственного экологического мониторинга. Достигается повышение точности и надежности оценки.

Метод оценки негативного воздействия на состояние морской среды с применением системы стационарных биостанций в рамках производственного экологического мониторинга, состоящий из искусственных биотопов или искусственных рифов, отличающийся тем, что для оценки негативного воздействия на состояние морской среды в рамках производственного экологического мониторинга того или иного района моря создается система стационарных биостанций производственного экологического мониторинга, при этом в исследуемую зону выставляется сеть искусственных рифов/биотопов, имеющих в своей структуре донную и пелагическую части для направленного формирования локальных концентраций морских организмов, которые формируются на субстратах искусственных рифов/биотопов, причем качественный и количественный состав сообществ, являющихся тест-объектами, аккумулирует информацию о наличии, пространственном распределении, происхождении, составе того или иного загрязнения, при этом анализ состояния которых является источником информации для оценки качества окружающей среды и для исследований в рамках производственного экологического мониторинга.