Применение методов биотестирования состояния морской среды в районах освоения углеводородных месторождений

52

• • •

Известия ДГПУ, №2, 2010

УДК 574.24

ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДОВ БИОТЕСТИРОВАНИЯ СОСТОЯНИЯ МОРСКОЙ СРЕДЫ В РАЙОНАХ ОСВОЕНИЯ УГЛЕВОДОРОДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

©2010 Ахмедова Г.А., Абдурахманов Г.М., Гасангаджиева А.Г.

Дагестанский государственный университет

В работе рассмотрены вопросы использования фитопланктона в качестве биоиндикатора для реализации задач экологического мониторинга. Показана неэффективность использования фитопланктона в качестве тест-объекта при осуществлении мониторинга состояния морской среды как неспецифичного и не отражающего реального состояния водных экосистем на шельфе при проведении работ в районах освоения углеводородных месторождений.

The issues of phytoplankton using as a bioindicatior for realization of tasks of ecological monitoring are examined in the article. The authors of the article show the inefficiency of phytoplankton using as a test-object in the process of monitoring the state of the sea environment as a nonspecific and not reflecting the real state of water ecosystems on a shelf the regions of the development of hydrocarbonic deposits.

Ключевые слова: экологический мониторинг, фитопланктон, биоиндикация, загрязнение.

Keywords: ecological monitoring, phytoplankton, bioindication, pollution.

Несмотря на многолетнюю практику экологических исследований в районах освоения углеводородных месторождений на шельфе многих стран и регионов, методология экологического мониторинга применительно к оценке последствий этого вида деятельности до сих пор разработана явно недостаточно. Это приводит к низкой эффективности мониторинговых наблюдений и напрасной трате усилий и средств, что характерно для многих программ мониторинга как в России, так и за рубежом. К числу главных причин, снижающих качество и эффективность таких программ, следует отнести:

1) отсутствие четко сформулированных конечных целей и задач программ экологических исследований;

2) недостаточную обоснованность выбора регистрируемых показателей и преобладание в их наборе параметров, изменение которых в при-

родных условиях не связано с факторами техногенного воздействия;

3) игнорирование и недостаточный учет высокой динамичности исследуемых параметров в морских экосистемах (пространственно-временной, сезонной и суточной изменчивости);

4) сложности в выделении антропогенных эффектов в морской среде и биоте на фоне природной динамики экосистемных процессов.

Не существует универсальной методической схемы проведения экологического мониторинга, пригодной для всех регионов и ситуаций. Программа исследований строится в зависимости от конкретной обстановки, целей и задач мониторинговых наблюдений. При формировании программы наблюдений и набора анализируемых параметров для каждого конкретного случая необходимо определять показатели, существенные изменения которых в результате техногенных воз-

Естественные и точные науки • • •

действий и их надежная регистрация на фоне естественной изменчивости не вызовут сомнений.

Оптимальная методология морских мониторинговых наблюдений должна включать в себя сочетание комплекса гид рологических, метеорологических, химико-аналитических, биологических и экспериментальных методов. При кратковременных (разовых) воздействиях акцент можно сделать на регистрации быстрых обратимых изменений в толще воды и в планктоне, тогда как в ситуациях длительных (хронических) воздействий упор должен быть сделан на оценке устойчивых нарушений в донных осадках и бентосных организмах и сообществах, так как последние, как известно, отличаются относительной стабильностью своих характеристик по сравнению с планктонными формами.

Фитопланктон находится в основе водных экосистем, определяя их состояние и продуктивность. Для быстрой диагностики фитопланктона в природных условиях на кафедре биофизики МГУ разработаны современные методы регистрации флуоресценции хлорофилла, которые позволяют получать информацию о количестве и активности фотосинтезирующих организмов, а также оценивать физиологическое состояние клеток по характеристикам состояния фотосинтетического аппарата при действии антропогенных факторов и судить о качестве водной среды. Важным преимуществом этих методов является их экспрессность и высокая чувствительность, что позволяет быстро диагностировать состояние объектов непосредственно в среде их обитания in situ в режиме реального времени [5].

Однако, как известно, реакции одноклеточных водорослей на загрязнение морской среды буровыми растворами проявляются обычно не в гибели клеток, а в снижении их фотосинтетической активности. Подавление на 50% фотосинтеза морского фитопланктона происходит при концентрации бурового раствора 35-100 г/л за 96 ч экспонирования, причем в первые часы воздействия никаких реакций не наблюдается. Фактические концентрации в природных условиях, как следует из приведенных выше данных, бу-

53

дут на несколько порядков ниже [10]. В зоне прямого воздействия при сбросах буровых растворов, если и будут возникать какие-либо нарушения в фитопланктоне, то они должны проявляться в форме кратковременного снижения первичной продукции (скорее всего, за счет ухудшения светового режима в зоне мутности воды) и быстрого (в течение часов) восстановления естественной нормы без каких-либо заметных структурных перестроек на популяционном уровне [1, 3].

Исследования проводились научно-образовательным центром «Экология» Дагестанского государственного университета совместно с Аты-рауским институтом нефти и газа (Казахстан) и КаспНИИРХом в районах поискового бурения по программам мониторинга в восточной части Северного Каспия в период с 1991 по 2000 гг. (весна, лето, осень) в районах буровых работ месторождений «Кашаган» и «Курмангазы» [5]; экспедиционные наблюдения в рамках производственного экологического мониторинга на лицензионном участке структуры «Центральная» (поисковая скважина №1 в глубоководной части Среднего Каспия); лабораторные исследования на базе кафедры биофизики биологического факультета МГУ (март-апрель 2008 года) на основе анализа физиологического состояния и продукционных характеристик природного фитопланктона флуоресцентными методами. Измерение параметров флуоресценции хлорофилла в суспензии водорослей осуществлялось на спектрофотометре, созданном на базе портативного спектрометра USB 2000.

Экспедиционные и лабораторные исследования показали, что состояние сообщества фитопланктона как объекта биоиндикации на протяжении периода строительства скважины и поискового бурения оставалось стабильным. Измеренные флуоресцентными методами параметры фотосинтетической активности водорослей соответствовали развивающемуся сообществу, находящемуся в благоприятных условиях существования. Естественная изменчивость параметров фотосинтетической ак-

54

Известия ДГПУ, №2, 2010

тивности природного фитопланктона в сезонном цикле не нарушена, и негативное воздействие строительных работ и поискового бурения на физиологическое состояние природного фитопланктона не обнаружено. Это объясняется тем, что в процессе бурения использовались буровые растворы на водной основе, с низкой степенью токсичности, с ингредиентами, соответствующими требованиям РД 153-39-026-97. Также установлено, что сейсморазведка оказывает на фитопланктон значительно более сильное воздействие, чем оценочное бурение, влияние которого на фитопланктон практически не ощутимо. Так, на Северном Каспии на основном полигоне в июне 2000 г. после завершения бурения и испытания разведочной скважины численность и биомасса фитопланктона оказалась ниже, чем в этом районе моря в 1991-1995 гг. Однако аналогичные по направленности и масштабу изменения состояния фитопланктона произошли на всей исследуемой акватории площадью около 5000 кв. км, и потому связывать это явление с проведением буровых работ, воздействие которых на окружающую среду носит локальный характер, нет никаких оснований. Тенденция уменьшения численности фитопланктона в это время наблюдалась на всем Северном Каспии. Показатели состояния фитопланктона находились в пределах естественных сезонных и суточных колебаний [9]. Обнаружить какие-либо различия этих показателей в пробах, отобранных в зоне прямого воздействия сбросов, по сравнению с контрольными точками не удалось, за исключением временного повышения содержания взвеси.

Подчеркивая всю важность биоиндикационных методов исследования, хотелось бы отметить, что биоиндикация предусматривает выявление уже состоявшегося или происходящего загрязнения окружающей среды по функциональным характеристикам организмов и сообществ организмов. Постепенные изменения видового состава формируются в результате длительного воздействия на водоем, и видовой состав гидро-

• • •

бионтов служит итоговой характеристикой токсикологических свойств водной среды за некоторый промежуток времени и не дает ее оценки на момент исследования. Кроме того, в холодное время года системы биологической индикации в гидробиологии вообще не могут быть применимы.

Главным фактором воздействия на морскую среду является сброс отходов бурения в виде буровых растворов и шламов [10]. Экологические последствия от сбросов таких отходов в открытом море при использовании буровых растворов на водной основе, применяемых на структуре «Центральная», - бентонит, относятся к группе компонентов слабой токсичности (согласно технической документации) и будут ограничиваться незначительными (кратковременными, локальными, обратимыми) нарушениями в планктоне, аналогичными тем, что возникают при взмучивании донных осадков во время штормов. Благодаря высокой скорости размножения одноклеточных водорослей (до двухтрех делений клеток в сутки) идет быстрое наращивание биомассы и численности. Анализ материалов экспедиций, выполненный недалеко от рассматриваемого участка с 1978 по 2005 гг. на 12 станциях, показал, что уровень первичного биопродуцирования, а также биомасса, численность и видовой состав фитопланктона в море меняются во много раз в течение часов, суток и сезонов года под влиянием только природных факторов [7]. В бентосе эти нарушения могут быть обнаружены лишь в период выполнения буровых работ и в непосредственной близости (обычно до 200-500 м) от точки сброса.

Таким образом, использование фитопланктона в качестве тест-организма при биоиндикационных исследованиях люминесцентным методом считаем возможным в плане проведения научных исследований в лабораторных условиях для изучения влияния буровых растворов и шламов на его физиологическое состояние и интенсивность фотосинтетической деятельности и сомнительным - в качестве тест-объекта

Естественные и точные науки • • •

при проведении мониторинга состояния среды в районе строительства поисковой скважины, так как он не является специфичным и не отразит, на наш взгляд, реального состояния экосистемы. Использование фитопланктона в качестве биоиндикатора при проведении экспедиционных исследований возможно с параллельным проведением всего комплекса гидролого-гидрохими-ческих работ для получения объективных и достоверных данных комплексных исследований в районе разведочного бурения. Только в этом

55

случае удастся решить основную проблему - выделить антропогенные эффекты в морской среде и биоте на фоне природной динамики экосистемных процессов

Следует отметить, что при подготовке данной статьи авторами учтены известные нормативные документы, относящиеся к морским экологическим исследованиям и контролю качества морской среды [4, 6, 8] и опыт выполнения наблюдений в районах буровых работ на шельфе в России и за рубежом.

Примечания

1. Абдурахманов Г. М., Ахмедова Г. А. Прогноз изменения биологического разнообразия морских и прибрежных экосистем западного побережья Среднего Каспия при интенсивной разведке и добычи углеводородного сырья // II международная научно-практическая конференция «Проблемы сохранения экосистемы Каспийского моря в условиях освоения нефтегазовых месторождений». Астрахань : Изд-во КаспНИИРХ, 2007. С. 11-13. 2. Абилгазиева А. А. Оценка влияния нефтегазовой промышленности на состояние среды и фитопланктон восточной части Северного Каспия: Авто-реф. дис. ... канд. биол. наук. Махачкала, 2006. 25 с. 3. Ахмедова Г. А., Штунь С. Ю., Гусейнова С. А. Оценка воздействия на акваторию моря в связи со строительством поисковой скважины «Центральная» на лицензионном участке в Российском секторе Среднего Каспия // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. 2007. № 5. С. 31-37. 4. Г0СТ.17.1.3.08-82. Охрана природы. Гидросфера. Правила контроля качества морских вод. М., 1982. 5. Маторин Д. Н., Осипов В. А., Куликова Н. А., Алексеев А. А. Биотестирование водной среды с использованием люминесценции водорослей / Сб. научных трудов «Биотехнология, экология, охрана окружающей среды» / под ред. А. П. Садчикова, С. В. Котелевцева. М. : Изд-во 000 «Графикон-принт», 2005. С. 71-74. 6. МГП (Министерство газовой промышленности). Экологические исследования при инженерных изысканиях на континентальном шельфе. Руководящий нормативный документ РД 51-01-11-85. М., 1986. 7. Терлецкая О. В. Многолетние изменения фитопланктона Южного Каспия в период трансгрессии уровня моря: Автореф. дис. ... канд. биол. наук. Махачкала, 2006. 25 с. 8. Управление природоохранной деятельностью в Российской Федерации (учебное пособие). М. : Литературное агентство «Варяг», 1996. 267 с. 9. Экологическая политика ОАО «ЛУКОЙЛ» на Каспийском море. Состояние окружающей среды при проведении изыскательских и геолого-разведочных работ на структуре «Хвалынская» в 1997-2000 гг. Т. 1. Астрахань, 2000. 34 с. 10. Mairs Н., Putov V. F., Krasavtsev V. В., Nambovsky V. S. Final joint report on the result of ecological monitoring work in the driling area of exploratory well No.5 in the Arkutun-Dagi sea area. Exxon Neftegas Ltd., 1997.

Статья поступила в редакцию 10.05.2010 г.

Исследования выполнены в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг., Государственный контракт МП1440.