ОЦЕНКА методов контроля
содержания ПЕСТИЦИДОВ
В ГИДРОСФЕРЕ
Пестициды распространяются в окружающей среде,
перемещаются в ней благодаря пищевой цепочке и могут
вызвать экотоксикологические проблемы, а также оказать
существенное влияние на здоровье людей.
Всё это говорит о необходимости создания и практического
применения системы контроля за их использованием и
содержанием в окружающей среде. Водная экосистема
является главной составляющей при оценке влияния
пестицидов на окружающую среду. Целью данной работы
является апробация ряда методов для оценки
загрязнённости ирригационных вод пестицидами, а также
идентификация пестицидов, которые могут оказывать
экотоксикологическое влияние на рассматриваемую
сельскохозяйственную экосистему.
Введение
Р
еальная концентрация пестицидов в
воде может оцениваться двумя методами:
активный пробоотбор и пассивный
накопительный пробоотбор. Первый метод
связан с отбором большого объёма воды, за
которым следует её фильтрование и концентрирование
на Эмподисках (полярных
образцах) или твердофазная экстракция
[1-3]. В основе метода пассивного пробоотбора
лежит погружение образцов в определённые
места пробоотбора и их нахождение
в этих местах в течение месяца с целью
концентрирования пестицидов [4-6]. Полидиметилсилоксановые
пассивные пробоотборники
(ПДСУ (PDMS)) для мониторинга
пестицидов в водной среде были разработаны,
откалиброваны и опробованы в полевых
условиях в Национальном Научном Центре
по Токсикологии Окружающей Среды
(ННЦТОС) Университета Квинс ленда в
Авст ралии. Пассивные пробоотборники разработаны
таким образом, что они имитируют
диффузионные и распределительные этапы
процесса биологического накопления соединений
из водной среды, одновременно обеспечивая
полуколичественную или количестÒ.Â.
Комарова,
PhD,
научный сотрудник
Национального
Научного Центра
по Токсикологии
Окружающей среды
Университета
Квинсленда,
Австралия
Ч. Бунтаи Иваи,
аспирант
факультета сельского
хозяйства отделения
земельных ресурсов
и окружающей среды
Университета
Кон Каен, Тайланд
Х. Суджира,
сотрудник факультета
сельского хозяйства
отделения энтомологии
Университета
Кон Каен, Тайланд
венную оценку концентраций загрязняющих
компонентов в окружающей экспозиционной
среде. Они позволяют оценить средние
концентрации растворённых компонентов за
определённый временной интервал. Следовательно,
пассивные образцы обеспечивают
достоверную оценку экспозиции живых
организмов по отношению к пестицидам,
находящимся в водной среде в растворённой
форме.
Количество загрязняющего компонента,
аккумулированного в ПДСУ (Мпдсу, нг),
пересчитывается на его концентрацию в воде
(Св , нг/л) с помощью величины скорости
пробоотбора (Rп, л/день), оцениваемой для
отдельно взятого загрязнителя в лабораторных
калибровочных экспериментах [7].
Св = Мпдсу /Rп t,
(1)
где Мпдсу – масса загрязнителя (нг), найденная
в ПДСУ после его нахождения в воде в
течение определенного промежутка времени,
t (дней).
Для анализа пестицидов в приготовленных и
экстрагированных образцах использовали
методы газовой хроматография (ГХ), с электронным
захватом в качестве детектора при
определении хлорсодержащих органических
2
Т.В. Комарова и др. // ВОДА: ХИМИЯ И ЭКОЛОГИЯ №9, сентябрь 2010 г. с. 2-7
Стр.1
соединений, высокоэффективной жидкостной
хроматографии (HPLC), газовой хроматографии
(ГХ), масспектрометрии (MS),
связанные с ферментами иммуносорбентные
методы (ELISA) [1,8, 9].
Целью настоящей работы являлось качественное
и количественное определение пестицидов
в гидросфере и педосфере с использованием
различных методов пробоотбора.
Материалы и методы исследования
П
робы воды отбирались в 5 вариантах
водных экосистем в северо-восточной
части Тайланда (50 км от города Кон
Каен). Этот регион характеризуется наличием
высокого содержания глины в пойменных
почвах с низким содержанием органического
углерода в осадочных породах (<2 %) [10].
Образцы воды собирались в течение 5 мес. в
конце сезона дождей. Место отбора воды в
варианте 1 характеризовалось наличием
грунтовых вод и отсутствием синтетических
пестицидов (использовались только растительные
пестициды на основе экстракта
Oreochromis niloticus).Все остальные места
отбора орошались. Для всех образцов воды,
кроме образца, полученного из места отбора
вариант 5, характерна высокая мутность и
наличие взвешенных частиц. В табл. 1 представлены
физико–химические характеристики
воды экспериментальных участков.
Пассивные пробоотборники ПДСУ (включая
полевые контрольные образцы) были
приготовлены в ННЦТОС (ENTOX, Австралия),
представляют собой полоски 2,5 см
шириной, 92 см длиной и толщиной 400 мкм.
Перед использованием пробоотборник предварительно
очищали. Для этого его помещали
в закрытый стеклянный сосуд, содержащий
900 мл дистиллированного гексана,
сосуд закрепляли на горизонтально двигающуюся
платформу и оставляли на 24 ч. Эту
процедуру повторяли три раза, заменяя гексан
на свежий через каждые 24 ч. Затем
ПДСУ высушивали слабым потоком высокоочищенного
азота, заворачивали в алюминиевую
фольгу (поверхность которой предварительно
очищалась ацетоном) и
помещали в холодильник, где они находились
до момента отправки на место погружения
в водную среду. По прибытии ПДСУ
помещали в водную среду в различные места
исследования. Предварительно каждый
ПДСУ помещали в металлическую емкость
на поверхность двух стальных прутьев и
опускали в воду в местах исследования на
глубину ниже 0,25 м на 14 дней. После
извлечения из воды каждый ПДСУ помещаТаблица
1
Физико–химические характеристики образцов воды
№ Варианты опыта
T
(°C)
1
2
3
4
5
Гидросфера в условиях
органического земледелия
без пестицидов (контроль)
– пруды
Гидросфера традиционных
рисовых полей без пестицидов
Гидросфера
рисовых полей
с интенсивным использованием
пестицидов
Поля с интенсивным
использованием пестицидов
Орошаемая
вода ирригационных
каналов рисовых
полей
А. Сомпан,
PhD, сотрудник
факультета сельского
хозяйства отделения
земельных ресурсов
и окружающей среды
Университета
Кон Каен, Тайланд
Ô.Ê. Àëèìîâà*,
д.б.н., профессор,
заведующая
кафедрой биохимии
Казанского
государственного
университета
И. Мюллер,
PhD, профессор,
Национальный
Научный Центра
по Токсикологии
Окружающей среды
Университета
Квинсленда,
Австралия
Б. Ноллер,
PhD, профессор,
Центр
по реабилитации
рудниковых пород,
Университет
Квинсленда
30,4
32,2
35,3
34,0
32,5
Растворенный
O2 mg/L
5,25
6,30
4,8
6,0
6,2
pH E.C.
µS/cm
5,4 2160
6,1 489
6,9 174
7,3 1000
7,35 224
ли в конверт, приготовленный из предварительно
очищенной с помощью ацетона алюминиевой
фольги и хранили в холодильнике
до начала проведения анализа в лаборатории.
Процесс пробоотбора проводили в соответствии
с инструкциями, используемыми в
ННЦТОС (Австралия). Все используемые
методы были аттестованы в лабораторных
условиях на предмет воспроизводимости,
точности и потерь по отношению к пестицидам.
Деионизованную воду пропускали через
приготовленные Эмпо диски с целью удаления
каких-либо органических загрязнителей,
а также использовали в качестве контрольных
образцов.
Образцы воды отбирали в стеклянных бутылях
ёмкостью 2,5 л и хранили в изолированных
контейнерах охлаждёнными (с помощью
льда) до возвращения в лабораторию,
где их помещали в холодильник. Образцы
воды фильтровали с помощью стеклянных
микроволокнистых фильтров Whatman
GF/A, а затем концентрировали пестициды
путём пропускания воды через предварительно
приготовленные Эмпо диски. Объём
фильтрованной воды составлял от 100 мл до
1 л.
Каждый Эмпо диск (фирмы Varian/Phenomenex)
SDB-RPS был приготовлен (активизирован)
погружением в 20 мл метанола на
30 мин. Содержимое каждой бутыли с
образцом воды (включая три ополаскивания)
пропускали через Эмпо диск. Объём
образцов воды в опытных образцах коле*
Адрес для корреспонденции: farida_alimova@hotmail.com
Мониторинг водных объектов
3
Стр.2
бался от 100 мл до 1 л и составлял 2,5 л в случае
контрольного образца. Экстрак цион ные
катриджи фирмы Oasis (Waters HLB 12cc
500 mg LP Extraction Cartridges) использовали
для экстрак ции 500 мл образца.
После отбора с экспериментальных участков
пробы и пассивные образцы (ПДСУ) анализировались
на наличие пестицидов в лаборатории
в соответствии с ISO 17025.
Для определения пестицидов в осадках был
использован модифицированный метод
«Метод 16313», разработанный в КНЦЗ на
основе стандартного метода «EPA 503/6-90004».
Органический углерод в осадках был
определён в лаборатории КНЦЗ с использованием
углеродного анализатора LECO
C200.
Результаты и их обсуждение
П
ассивные пробоотборники имитируют
диффузионные и распределительные
этапы биоконцентрации и одновременно
обеспечивают полуколичественную и
количественную оценку концентраций пестицидов
в окружающей экспозиционной
среде. Пассивные пробоотборники обеспечивают
достоверную оценку влияния растворённых
соединений на живой организм и
позволяют определить среднюю концентрацию
растворённых веществ (например, пестицидов)
в местах отбора за время экспозиции.
Преимущество метода пассивного
пробоотбора заключается в том, что уровень
концентраций загрязняющих компонентов,
измеренный этим методом, является реальной
оценкой загрязнителей, адсорбированных
биотой гидросферы.
Ключевые слова:
пестициды,
активный и пассивный
пробоотбор,
экотоксикологическая
оценка
Необходимое среднее время экспозиции
ПДСУ, используемых для мониторинга пестицидов,
– около 30 дней. Однако в настоящей
работе некоторые пестициды были обнаружены
в ПДСУ после двухнедельной
экспозиции: эндосульфан сульфат был найден
в ПДСУ, расположенном в вариантах 2 и
4 (420 нг/ПДСУ и 200 нг/ПДСУ, соответственно);
оксадиазон найден в вариантах 4
(110 нг/ПДСУ), а эндосульфан лактон обнаружен
в варианте 2 (20 нг/ПДСУ, уровень
предела обнаружения). Дикофол имеет два
изомера – р,p’–дикофол (80 %) и o,p’-дикофол
(2 %). Следовательно, концентрация
дикофола должна оцениваться исходя из
общих концентраций его изомеров. При
выполнении данной работы не удалось найти
стандарты для o,p’-дикофола, поскольку
органические хлорзамещённые пестициды не
используется в Австралии. Следо вательно,
этот изомер невозможно оценить количественно
с помощью методов газовой хроматографии
с масс-спектрометрическим детектированием,
концентрация дикофола в нашем
случае может быть недооценена на 20 %.
Дикофол является органическим хлорзамещённым
пестицидом близким по структуре к
ДДТ, но с небольшим эффектом на насекомых
[11]. Он является высокотоксичным для
водных организмов и может вызвать заметное
уменьшение толщины яиц у многих
видов птиц. Однако он всё ещё широко
используется в целом ряде разви вающихся
стран, особенно в борьбе с насекомыми, обладающими
высокой сопротивляемостью по
отношению к фосфорорганическим пестицидам.
В развитых странах использование
дикофола было добровольно прекращено.
Поскольку сообщается, что время полураспада
дикофола t1/2 в окружающей среде равно
60 дням [11], его присутствие в месте отбора
2 указывает на то, что он был использован в
этой местности относительно недавно.
Оксадиазон [12] является довольно широко
используемым гербицидом в Азии и Тайланде
[13].
В табл. 2 представлены концентрации пестицидов
в воде (нг/л), оценённые из данных
пассивного пробоотбора с помощью ПДСУ.
Скорости пробоотбора с помощью ПДСУ
для обнаруженных пестицидов были аппроксимированы
из соответствующих значений
скоростей пробоотбора для других пассивных
пробоотборников – полупроницаемых
мембранных устройств (ППМУ) при 2630
°С [7]. Скорость пробоотбора для эндосульфан
сульфата (Rs) принималась в интервале
1-5 л в день (л/д). Процесс пробоотбора
этого соединения подчиняется кинетическому
закону первого порядка, и он всё ещё
4
Т.В. Комарова и др. // ВОДА: ХИМИЯ И ЭКОЛОГИЯ №9, сентябрь 2010 г. с. 2-7
Стр.3