1.2 Альгоремедиация. Этим термином предлагаем обозначать использование водорослей (включая макроводоросли) для удаления из воды нежелательных веществ. Примером может служить потенциал красных макроводорослей для удаления биогенов. Обнадеживающие результаты в этом направлении получены в работе испанских авторов, которые показали эффективность красных водорослей Gracilariopsis longissima для удаления фосфора и азота (в форме аммония) из вод, куда эти биогены поступают в результате интенсивной марикультуры и выращивания рыб Sparus aurata (gilthead seabream) (Hernandez et al., 2006 [21]). Технология использования этого подхода включала выращивание водорослей на канатах. Скорость извлечения биогенов из воды при этом достигала следующих величин (в расчете на 1 см длины каната за один день): извлечение фосфора - 24.9 микрограммов, извлечение азота – 170 микрограммов. Это существенные значения, поскольку в пересчете на 1 м каната, покрытого водорослями, это составляет 2.49 миллиграммов фосфора и 17 миллиграммов азота. Снижение концентрации фосфора и аммонийного азота в воде имеет большое значение, поскольку они вызывают не только эвтрофирование. Как известно, аммоний в повышенных концентрациях опасен и как токсикант.
1.3. Бриоремедиация. Этим термином предлагается обозначить использование бриофитов (Bryophyta, мохообразные) для целей ремедиации. Автор проводил опыты по использованию сфагновых мхов и других бриофитов для ремедиации сред, содержащих различные поллютанты.
1.4. Микоремедиация (фунгоремедиация). Под этим понимается использование грибов для целей ремедиации. Многие виды грибов образуют высокоактивные ферменты, способные трансформировать и / или разрушать широкий круг веществ. Эта способность может использоваться для целей ремедиации сред, содержащих те или иные поллютанты.
1.5. Зооремедиация. Под этим предлагается понимать использование функциональной активности животных с целью внести вклад в деконтаминацию загрязненной среды.
Опыт исследований автора на беспозвоночных животных, которые фильтруют воду (фильтраторах), свидетельствует о существенной роли этих организмов в поддержании качества воды и очищении воды от взвесей в природных и экспериментальных водных системах. Автором проводились эксперименты по использованию ряда фильтраторов, которые показали существенный потенциал в удалении из воды взвесей (см. таблицу 2 ).
Предложения использовать водных беспозвоночных для целей очищения морских вод неоднократно выдвигались проф. О.Г. Мироновым (Институт биологии южных морей, Севастополь). Им были начаты интересные разработки установки, которая использовала моллюсков (мидий) для доочистки морских вод, загрязненных нефтепродуктами.
Были проведены оценки роли моллюсков в извлечении из воды (учитывая и изъятие взвесей) металлов. Так, с учетом фильтрационной активности дрейссен Dreissena polymorpha в водоемах, молдавскими учеными (И.К. Тодерашем, Е.И. Зубковой и сотрудниками) были сделаны оценки изъятия из воды (учитывая взвешенное в воде вещество) металлов, на примере Кучурганского водохранилища [24] (см. табл. 3 и 4).
Оценки, сделанные в вышеупомянутых таблицах (см. табл. 3 и 4), показывают существенную роль двустворчатых моллюсков (и фильтраторов в целом) в изъятии из воды металлов. Это имеет большое значение для общего понимания вклада этих организмов в очищение воды (поскольку тяжелые металлы – важный класс поллютантов). Это еще раз доказывает потенциально большую роль водных беспозвоночных животных для ремедиации воды, т.е. еще раз доказывает оправданность рассмотрения зооремедиации в ряду других подходов для очищения и восстановления загрязненных водных систем. Материал о моллюсках был приведен в качестве одного из многих возможных примеров, иллюстрирующих разностороннюю роль водных организмов (биоты). Автор полагает необходимым подчеркнуть, что ни в коем случае нельзя выпячивать роль одной группы организмов в ущерб оценки вклада, вносимого другими группами организмами.
Функциональная активность моллюсков и их вклад в самоочищение вод реализуется при очень существенном участии многих других организмов водных экосистем. Моллюски образуют большое количество пеллет, которые вносят весомый вклад в формирование органического вещества донных осадков. Это вещество служит кормовым ресурсом для сообщества микроорганизмов и многих донных организмов-детритофагов. Все эти организмы также вносят вклад в очищение воды и водной экосистемы.
Следует подчеркнуть, что для зооремедиации водных систем существенную роль могут играть не только моллюски, но и другие группы фильтраторов. Об этом свидетельствуют, например, результаты исследования итальянских авторов, показавших высокую эффективность губок в снижении численности бактерий, содержащихся в воде (Stabili et al., 2006 [23]) .
Вышеприведенная теория полифункциональной роли организмов выявляет разностороннее участие практически всех основных групп организмов для очищения воды, что создает теоретическую базу для более эффективного и успешного использования отдельных групп организмов в целях очищения водной среды. В зависимости от того, какие группы организмов задействованы в практической работе по деконтаминации среды, эти направления работ могут носить название фиторемедиации, биоремедиации или зооремедиации – однако, следует постоянно помнить, что в любом из этих случаев действует комплексный, полифункциональный биологический механизм. Учет по возможности более широкого круга процессов (они охарактеризованы в первых разделах статьи) поможет более успешной реализации этих методов.
Целесообразно отметить, что существенное значение имеет объективная оценка эффективности очищения водной среды с участием гидробионтов (водных организмов). Эта оценка необходима и должна включать в себя и химические, и биологические методы. При такой оценке представляется целесообразным учет рыбохозяйственных и гигиенических ПДК, а также других нормативов, разработанных и разрабатываемых с целью контроля качества воды.
2. Некоторые рекомендации и основанные на теории [18, 19] выводы для практики и устойчивого использования водных ресурсов.
Наши опыты и разработанные элементы теории привели к следующим выводам и рекомендациям, существенным для устойчивого использования водных ресурсов [17].
1. Практические подходы, при которых используются отдельные группы организмов для целей очищения, восстановления загрязненных водоемов и водотоков (фиторемедиация, биоремедиация и др.) целесообразно основывать на тех или иных сторонах функционирования комплексных биомеханизмов самоочищения вод. Эти биомеханизмы, в свою очередь, тесно связаны с проявлением полифункциональной роли водных организмов.
2. При анализе групп организмов, участвующих в очищении воды, в работах [5-12, 18, 19] сравнительно большое место занимают водные растения и моллюски. Однако, это ни в коей мере не преуменьшает той существенной роли, которую играют и другие группы организмов.
3. Анализ роли конкретных групп организмов для формирования качества воды способствует разработке научных основ практических мер по очищению и восстановлению водных объектов, по сохранению качества воды в водоемах и водотоках. При реконструкции, реабилитации, проведении биоинженерных работ на восстанавливаемых и реконструируемых водных объектах следует стремиться к созданию благоприятных условий для максимально широкого разнообразия организмов.
4. Поскольку почти все водные организмы участвуют в формировании качества воды, самоочищении водных экосистем либо в регуляции этих процессов, то сохранение биоразнообразия в водных экосистемах – важная предпосылка сохранения имеющегося самоочистительного и ремедиационного потенциала водоемов и водотоков [9]. Поэтому природоохранные меры и сохранение биоразнообразия должны занимать приоритетное место в программах устойчивого использования водных ресурсов.
5. Поскольку в очищении воды активно участвуют также и виды наземных экосистем и местообитаний, пограничных с водоемами и водотоками, то в целях сохранения качества воды необходима охрана биоразнообразия и этих прибрежных наземных экосистем.
6. Для определения критических антропогенных нагрузок [3] на водную экосистему необходимо учитывать лабильность и уязвимость процессов биологического самоочищения экосистемы. Для оценки допустимых нагрузок на макрофиты некоторую информацию можно получить с применением предложенного автором метода рекуррентных добавок (Остроумов , 2006 [13]).
7. Нарушение тех или иных биологических процессов, ведущих к самоочищению вод, представляет собой еще одни тип экологической опасности химических веществ, на который указано в работах [7, 10, 11, 12]. Это необходимо учитывать при оценке степени опасности химических веществ.
8. Сохранение биомеханизмов самоочищения вод, всех его основных участников, в том числе моллюсков-фильтраторов и их высокой функциональной активности – необходимая предпосылка успешной борьбы с эвтрофикацией [6], важное условие формирования водоохранного режима на акваториях [9] и устойчивого водопользования. В современных условиях, ввиду несовершенства водного законодательства РФ (и конкретно Водного Кодекса РФ), к сожалению, данная рекомендация (а также рекомендации № 6 и 7) не везде осуществляется на практике. Отсюда вытекает, что имеются экологические аргументы, требующие пересмотра и совершенствования Водного Кодекса РФ.
9. Последние работы подтверждают ранее высказанное предсказание, что будут выявлены новые загрязняющие вещества, которые снижают способность водоемов и водотоков к самоочищению [5]. Это предсказание остается в силе – по мнению автора, в дальнейшем появятся новые данные о таком действии загрязняющих веществ. Поэтому в программах борьбы с загрязнением среды необходимо уделять существенное внимание предупреждению загрязнения водных объектов этими веществами.