Способ проведения экологического мониторинга с применением биологических тест-объектов Российский патент 2023 года по МПК G01N33/18 

Изобретение относится к способам оценки состояния экосистем морских акваторий в зонах влияния источников загрязнения нефтью и нефтепродуктами и может быть использовано для комплексного экологического мониторинга участка морской акватории Цемесской бухты Черного моря.

Известен способ биологического мониторинга состояния экосистем акватории бухты Козьмина с использованием в качестве тест-объектов морских гидробионтов (патент RU 2670208 С1 МПК G01N 33/18, опубл. 19.10.2018). В данном способе используют в качестве тест-объектов морские гидробионты: приморский гребешок Mizuhopecten yessoensis, серый морской еж Strongylocentrotus intermedius, черный морской еж Mesocentrotus nudus или меропланктон. В рамках мониторинга проводят гистоморфологический анализ тканей (определяют содержание липофусцина) приморского гребешка Mizuhopecten yessoensis. Также определяют размеры приморского гребешка Mizuhopecten yessoensis, культивируемого на плантации в акватории бухты, или приморского гребешка Mizuhopecten yessoensis, обитающего на естественных поселениях, и сравнивают полученные данные с нормативными показателями, которые формируют на основе средних показателей за 3-10 лет для особей, обитающих на естественных поселениях. Кроме того, определяют массу и размеры серых морских ежей Strongylocentrotus intermedius или черных морских ежей Mesocentrotus nudus, проводят определение количественного состава меропланктона и сравнивают с нормативными показателями, которые формируют на основе средних показателей за 3-10 лет. При изменении количественных, размерных и половозрастных показателей морских гидробионтов по сравнению с нормативными показателями делают вывод о влиянии источников загрязнения на состояние морских экосистем и об экологическом состоянии акватории бухты Козьмина.

Недостатком способа биологического мониторинга является применение в качестве тест-объектов гидробионтов, способных расти и нормально развиваться только в условиях бассейнов морей дальневосточного региона, что делает невозможным применение данного способа в иных акваториях.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ проведения экологического мониторинга с помощью аквакультуры (патент RU 2758337 С1 МПК G01N 33/18, опубл. 28.10.2021). В данном способе используют в качестве гидробионтов речную дрейссену Dreissena polymorpha, радужную форель Parasalmo mykiss и балтийий сиг Coregonus lavaretus.

Недостатком данного способа является применение в качестве тест-объектов морских гидробионтов, способных расти и нормально развиваться только в условиях акватории Финского залива Балтийского моря, для которого характерен низкий уровень солености.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в оценке уровня загрязнения водной среды нефтяными углеводородами морской акватории Цемесской бухты Черного моря.

Технический результат, достигаемый при реализации заявляемого изобретения, заключается в повышении эффективности экологического мониторинга морской акватории Цемесской бухты Черного моря за счет применения биологических тест-объектов, характерных для данного региона.

Технический результат достигается за счет того, что способ проведения экологического мониторинга за участком морской акватории Цемесской бухты Черного моря включает следующие этапы, на которых:

- отбирают пробы морской воды по меньше мере из двух различных точек, где первая точка - место размещения биологических тест-объектов в виде черноморской мидии Mytilus galloprovincialis и/или устрицы черноморской Ostrea edulis, вторая и последующие точки - место на удалении по меньшей мере одного километра от места размещения биологических тест-объектов, при этом отбор проб производят ежегодно в мае и в сентябре;

- исследуют отобранные пробы морской воды на содержание нефтепродуктов;

- отбирают пробы биологических тест-объектов ежегодно в мае и в сентябре;

- исследуют мышечные ткани биологических тест-объектов на содержание нефтепродуктов;

- при наличии в отобранных пробах морской воды нефтепродуктов с концентрацией более 0,05 мг/дм³ и при наличии в пробах мышечной ткани биологических тест-объектов нефтепродуктов с концентрацией более 0,15 г на 1 кг сырой массы делают вывод о том, что участок морской акватории Цемесской бухты Черного моря загрязнен нефтяными углеводородами.

Развитием и уточнением предлагаемого изобретения являются следующие признаки:

- черноморскую мидию Mytilus galloprovincialis и/или устрицу черноморскую Ostrea edulis размещают в пластиковые садки, которые закреплены на стальном сборно-разборном каркасе;

- осуществляют исследование морской воды, которое дополнительно включает определение таких показателей, как водородный показатель (рН), биохимическое потребление кислорода за 20 календарных дней (БПК20), концентрация взвешенных веществ, азота нитратного, растворенного кислорода;

- отбирают пробы фито- и зоопланктона ежегодно в мае и в сентябре;

- проводят исследование проб фито- и зоопланктона по видовому составу, общей численности и биомассе, численности и биомассе основных систематических групп и массовых видов и их сравнение с архивными данными.

Для содержания биологических тест-объектов (гидробионтов) применяют несущий сборно-разборный стальной каркас, на котором жестко закреплены пластиковые садки (15 шт. ), внутри которых в толще воды могут содержаться черноморская мидия Mytilus galloprovincialis и устрица черноморская Ostrea edulis как по отдельности, так и совместно.

Черноморская мидия Mytilus galloprovincialis и устрица черноморская Ostrea edulis являются видами, характерными для акватории Черного моря, и могут быть использованы в качестве тест-объектов как совместно, так и по отдельности.

Каждый пластиковый садок для содержания моллюсков представляет собой проницаемый пластиковый каркас округлой формы диаметром 0,6 м и высотой 0,1 м. Таким образом, моллюски содержатся в естественных условиях акватории и в тоже время в непосредственной близости от объектов (портовые сооружения перевалки нефти/нефтепродуктов), способных оказывать негативное влияние на участок морской акватории Цемесской бухты Черного моря.

Исследования отобранных проб морской воды включает анализ на содержание в отобранных пробах морской воды нефтепродуктов в соответствии с приказом Министерства сельского хозяйства Российской Федерации №552 от 13.12.2016 «Об утверждении нормативов качества воды водных объектов рыбохозяйственного значения, в том числе нормативов предельно допустимых концентраций вредных веществ в водах водных объектов рыбохозяйственного значения». При концентрации нефтепродуктов более 0,05 мг/дм³ в отобранных пробах морской воды делают вывод о том, что участок морской акватории Цемесской бухты Черного моря загрязнен нефтяными углеводородами.

Дополнительным критерием, свидетельствующем о антропогенном загрязнении участка акватории Цемесской бухты Черного моря, могут служить результаты исследования проб морской воды по таким показателям, как водородный показатель (рН), биохимическое потребление кислорода за 20 календарных дней (БПК20), концентрация взвешенных веществ, азота нитратного, растворенного кислорода, а также исследования фито- и зоопланктона.

Пробы биологических тест-объектов отбирают одновременно с отбором проб фито- и зоопланктона. Исследования фито- и зоопланктона включают определение видового состава, общую численность и биомассу, численность и биомассу основных систематических групп и массовых видов. Результаты исследований фито- и зоопланктона по видовому составу, общей численности и биомассе, численности и биомассе основных систематических групп и массовых видов сравнивают с архивными данными.

Отбор проб для исследований морской воды, фито- и зоопланктона производят по меньше мере в двух точках: первая - непосредственно в месте размещения биологических тест-объектов, вторая и последующие -контрольная (фоновая) точка. Контрольная (фоновая) точка располагается на удалении не менее одного километра в юго-восточном направлении в открытой части акватории. Подобное расположение (удаленность) исключает возможное негативное влияние портовых сооружений перевалки нефти/нефтепродуктов на результаты исследований проб и обеспечивает корректность сравнения с результатами исследований проб в первой точке.

Отбор проб морской воды и биологических тест-объектов (черноморская мидия Mytilus galloprovincialis и/или устрица черноморская Ostrea edulis) проводят два раза в год (в мае и сентябре) одновременно с отбором проб фито- и зоопланктона и приурочен к выраженному сезонному характеру развития фито- и зооплактона. Сезонный характер развития планктона Цемесской бухты Черного моря определяется температурным режимом, освещенностью, поступлением питательных веществ и т.д. Отбор проб в указанный период позволит оценить динамику развития фито- и зоопланктона в течение вегетационного периода.

Сроки отбора проб приурочены к началу и окончанию вегетационного периода; также для точности и достоверности данных отбор проб биологических тест-объектов проводят одновременно с отбором проб морской воды.

Отбор проб биологических тест-объектов осуществляют только в одной точке - непосредственно в месте размещения биологических тест-объектов.

Для оценки массовой доли нефтепродуктов исследуют мышечную ткань моллюсков (черноморская мидия Mytilus galloprovincialis и/или устрица черноморская Ostrea edulis) на предмет содержания в ней нефтепродуктов по ФР. 1.31.2013.15608 «Методика измерений массовой доли нефтяных углеводородов в пробах гидробионтов пресных и морских водных объектов люминесцентным методом». (Наименование документа на методику: НДИ 05.24-2013 Методика измерений массовой доли нефтяных углеводородов в пробах гидробионтов пресных и морских водных объектов люминесцентным методом; №свидетельства об аттестации: С 24.01.00175; Дата свидетельства об аттестации: 06.06.2013).

При наличии в пробах мышечной ткани биологических тест-объектов массовой доли нефтепродуктов более 0,15 г на 1 кг сырой массы делается вывод о том, что участок морской акватории Цемесской бухты Черного моря загрязнен нефтяными углеводородами.

По результатам комплексного исследования и мониторинга проб морской воды и мышечной ткани биологических тест-объектов делают вывод об экологическом состоянии участка морской акватории Цемесской бухты Черного моря, в частности о загрязнении акватории нефтяными углеводородами.

Реализация способа подтверждается приведенными ниже примерами, но не ограничивается ими.

В данных примерах отбор проб морской воды произведен из 2 различных точек, где первая точка - место непосредственно размещения биологических тест-объектов, вторая место на удалении 1 км от места размещения биологических тест-объектов. При этом количество точек отбора морской воды может быть увеличено, как и расстояние от места размещения биологических тест-объектов более чем 1 км.

Пример №1 (исследования морской воды).

Отбор проб морской воды был выполнен весной и осенью 2021 года, а также весной 2022 года с глубины 0,5 метра.

Полученные результаты гидрохимических исследований проб морской воды, отобранных в мае 2021 г. (до размещения в акватории Цемесской бухты площадки биологических тест-объектов) и в сентябре 2021 г. и мае 2022 г. (после размещения в акватории Цемесской бухты площадки биологических тест-объектов) представлены в таблице 1.

Данные, приведенные в таблице 1, свидетельствуют о том, значения подобранных для анализа загрязняющих веществ (показателей), в основном, не превышают нормативы (предельно-допустимые концентрации) для водных объектов рыбохозяйственного значения высшей и первой категории, установленные «Нормативами качества водных объектов рыбохозяйственного значения» (утверждены приказом Министерства сельского хозяйства Российской Федерации №552 от 13.12.2016).

В случае превышения нормативов такая ситуация наблюдается на обеих станциях наблюдения - и в месте размещение площадки биологических тест-объектов и в фоновой точке на достаточном удалении, что говорит о том, что площадка биологических тест-объектов не оказывает влияния на морскую акваторию. Также повышенные значения некоторых показателей (например, взвешенные вещества) можно объяснить тем, что до момента отбора проб в акватории Цемесской бухты Черного моря длительное время (более 7 календарных дней) наблюдалась штормовая погода. Так, при отсутствии продолжительного волнения/шторма в акватории показатели находятся в пределах установленных нормативов (см. данные за май 2021 г.). Невысокие значения параметра «растворенный кислород» схожи как в точке размещения площадки биологических тест-объектов, так и в фоновой точке, что может говорить об отсутствии какого-либо дополнительного влияния рассматриваемого объекта на акваторию.

Значения подобранных показателей сопоставимы в месте размещения площадки биологических тест-объектов (точка №1) и в контрольной фоновой точке №2, находящейся на значительном удалении от объектов перевалки нефти/нефтепродуктов, а также и показателям прилегающих акваторий.

Пример №2 (исследования мышечной ткани биологических тест-объектов на предмет содержания нефтепродуктов).

Отбор проб для определения массовой доли нефтепродуктов в мышечной ткани биологических тест-объектов осуществляется только в точке №1 - в непосредственном месте размещения биологических тест-объектов.

Отбор проб ведется вручную (в том числе с применением водолазного оборудования) с борта маломерного плавательного средства.

Ввиду отсутствия стандартных методик и соответствующих нормативов, устанавливающих содержание массовой доли нефтепродуктов в мышечной ткани двустворчатых моллюском, исследования мышечной ткани на предмет содержания в ней нефтепродуктов проводятся по ФР. 1.31.2013.15608 «Методика измерений массовой доли нефтяных углеводородов в пробах гидробионтов пресных и морских водных объектов люминесцентным методом», что является достаточным для целей экологического мониторинга за состоянием акватории Цемесской бухты Черного моря.

Принимая во внимание, что площадка биологических тест-объектов была размещена в акватории Цемесской бухты Черного моря летом 2021 года, результаты исследований мышечной ткани гидробионтов на предмет содержания нефтепродуктов доступны за осень 2021 года (таблица 2).

Таким образом, свидетельством благополучного экологического состояния акватории Цемесской бухты Черного моря в районе размещения производственных объектов перевалки нефти/ нефтепродуктов являются следующие показатели:

- содержание нефтепродуктов в пробах морской воды с концентрацией менее 0,05 мг/дм³;

- содержание нефтепродуктов не более 0,15 г на 1 кг сырой массы в мышечных тканях черноморской мидии Mytilus galloprovincialis и/или устрицы черноморской Ostrea edulis.

При наличии в отобранных пробах морской воды нефтепродуктов с концентрацией более 0,05 мг/дм³ и при наличии в пробах мышечной ткани биологических тест-объектов нефтепродуктов с концентрацией более 0,15 г на 1 кг сырой массы делают вывод о том, что участок морской акватории Цемесской бухты Черного моря загрязнен нефтяными углеводородами.

В качестве дополнительного критерия, свидетельствующего об устойчивом состоянии морской акватории могут служить результаты анализа проб морской воды по таким показателям, как водородный показатель (рН), биохимическое потребление кислорода за 20 календарных дней (БПК20), взвешенные вещества, азот нитратный, растворенный кислород, проб фито- и зоопланктона по видовому составу, общей численности и биомассе, численности и биомассе основных систематических групп и массовых видов и их сравнение с архивными данными.

Предлагаемый способ проведения экологического мониторинга с помощью биологических тест-объектов и анализа проб морской воды позволяет повысить эффективность мониторинга состояния водной среды и фиксировать возможные воздействия залповых или хронических загрязнений нефтяными углеводородами.

Изобретение относится к биотехнологии. Предложен способ проведения экологического мониторинга за состоянием участка морской акватории Цемесской бухты Черного моря, включающий отбор пробы морской воды ежегодно в мае и в сентябре по меньше мере из двух различных точек: первая - место размещения биологических тест-объектов черноморской мидии Mytilus galloprovincialis и/или устрицы черноморской Ostrea edulis, вторая и последующие точки - на удалении по меньшей мере одного километра от места размещения биологических тест-объектов. Отобранные пробы морской воды исследуют на содержание нефтепродуктов; при наличии в отобранных пробах морской воды нефтепродуктов с концентрацией более 0,05 мг/дм³ и при наличии в пробах мышечной ткани биологических тест-объектов нефтепродуктов с концентрацией более 0,15 г на 1 кг сырой массы делают вывод о том, что участок морской акватории Цемесской бухты Черного моря загрязнен нефтяными углеводородами. Изобретение обеспечивает расширение арсенала способов комплексного экологического мониторинга участков морской акватории по содержанию нефтепродуктов. 2 з.п. ф-лы, 2 табл., 2 пр.

1. Способ проведения экологического мониторинга за состоянием участка морской акватории Цемесской бухты Черного моря, включающий следующие этапы, на которых:

- отбирают пробы морской воды по меньше мере из двух различных точек, где первая точка - место размещения биологических тест-объектов в виде черноморской мидии Mytilus galloprovincialis и/или устрицы черноморской Ostrea edulis, вторая и последующие точки - место на удалении по меньшей мере одного километра от места размещения биологических тест-объектов, при этом отбор проб производят ежегодно в мае и в сентябре;

- исследуют отобранные пробы морской воды на содержание нефтепродуктов;

- отбирают пробы биологических тест-объектов ежегодно в мае и в сентябре;

- исследуют мышечные ткани биологических тест-объектов на содержание нефтепродуктов;

- при наличии в отобранных пробах морской воды нефтепродуктов с концентрацией более 0,05 мг/дм³ и при наличии в пробах мышечной ткани биологических тест-объектов нефтепродуктов с концентрацией более 0,15 г на 1 кг сырой массы делают вывод о том, что участок морской акватории Цемесской бухты Черного моря загрязнен нефтяными углеводородами.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что черноморская мидия Mytilus galloprovincialis и/или устрица черноморская Ostrea edulis размещены в пластиковых садках и закреплены на стальном сборно-разборном каркасе.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что исследование морской воды дополнительно включает определение таких показателей как водородный показатель (рН), биохимическое потребление кислорода за 20 календарных дней (БПК₂₀), концентрация взвешенных веществ, азота нитратного, растворенного кислорода.