ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
|
ФНКЦ РР |
||
выявить экотоксичность пыли различных функциональных зон мегаполиса
The project aims to study the ecotoxicity of urban dust. Ecotoxicity (environmental toxicity) refers to the ability of substances, in this case dust, to cause adverse effects on the functioning of biological components of ecosystems. Studying the response of the entire complex of living organisms in urban ecosystems to dust exposure is a very difficult task, but we can get closer to understanding this issue using biotesting using a set of standardized living organisms of different trophic levels. Ecotoxicity is judged by the degree of suppression of the physiological parameters of their growth and development. Considering the fact that dust is a multicomponent substance containing a complex of pollutants, biotesting seems to be a promising tool for the integral assessment of dust ecotoxicity. Possible adverse effects on humans are assessed in the work by identifying allergenic and pathogenic microorganisms (metagenomic analysis of the microbiome composition) and assessing the content of a complex of pollutants in dust samples.
По итогам проекта будет дана оценка экотоксичности пыли в разных функциональных зонах города; установлено, какие факторы (загрязняющие вещества, свойства пыли) дифференцируют интенсивность экотоксичности; выявлены особенности состава грибного комплекса пыли, оценена ее опасность по отношению к человеку на основе наличия аллергенных и патогенных микроорганизмов.
Коллектив проекта имеет большой опыт реализации исследований в области экотоксикологии (биотестирования) и изучении поведения загрязняющих веществ в почвах придорожных территорий. Для исследования пыли будут адаптированы существующие для почв методики биотестирования.
Исследована экотоксичность пыли, отобранной из селитебных, транспортных и рекреационных зон пяти районов города Москвы: Филевский парк (ЗАО), Хорошево-Мневники (СЗАО), Раменки (ЗАО), Гагаринский (ЮЗАО) и Марьина Роща (СВАО). Установлено, что гранулометрический состав, влагоемкость и содержание углерода органического вещества пыли дифференцируются между функциональными зонами Москвы, а влажность, рН и ЕС – нет. По содержанию загрязняющих веществ выявлено, что пыль города Москвы статистически значимо делится на 2 группы – большие парки (группа 1) и остальные функциональные зоны (селитебные, транспортные и малые парки (скверы)) (группа 2). По абсолютному содержанию ЗВ городская пыль характеризуется следующими значениями: концентрация ПАУ в крупных парках по большинству индивидуальных соединений примерно в 2-5 раз ниже, чем для остальных территорий, а для бенз[g,h,i]перилена и бенз[а]пирена разница достигает 8 и 13 раз соответственно. Концентрация ТМ в крупных парках по большинству металлов в 2 раза ниже, чем для остальных территорий. Концентрация НП в крупных парках в 9 раз меньше по сравнению с другими территориями. Оценивая результаты токсичности пыли по отношению к организмам окружающей среды, стоит отметить, что наибольшее подавление демонстрировали микроорганизмы почв. Базальное дыхание и микробная биомасса пыли были максимальны в рекреационных зонах города, снижаясь на 21–76% в селитебных и на 61–96% в транспортных зонах города. Оценка токсичности пыли для высших растений (на примере Lolium perenne L.) показала, что годовой объем пылевых выпадений на почвогрунты в зонах максимальной нагрузки (в пределах метра от дорожного полотна) не проявляет фитоксичности, в то время как трехлетний – подавляет растения до 27% относительно контроля. Достоверных различий между фитотоксичностью пыли различных функциональных зон не установлено. Водные организмы выявляли токсичность в единичных случаях. Метагеномный анализ показал, что потенциальные грибные аллергены в пыли, представленные родами Alternaria, Filobasidium и Cladosporium, составляют 30,1% микобиома пыли и достоверно не отличаются в пыли различных зон.
грант РНФ |
# | Сроки | Название |
2 | 26 мая 2023 г.-31 декабря 2023 г. | Экотоксичность пыли разных функциональных зон мегаполиса |
Результаты этапа: Исследована экотоксичность пыли, отобранной из селитебных, транспортных и рекреационных зон пяти районов города Москвы: Филевский парк (ЗАО), Хорошево-Мневники (СЗАО), Раменки (ЗАО), Гагаринский (ЮЗАО) и Марьина Роща (СВАО). Содержание частиц PM10 уменьшалось от пыли транспортных зон (21±9%) к пыли селитебных (19±7%) и рекреационных, представленных парками с большой площадью (далее – большие парки) (8±4%). Отличия больших парков статистически значимы (p<0.05). Пыль в парках с малой площадью (далее – малые парки) характеризовалась сходными со дворами значениями РМ10. Влажность пыли была крайне низкая, варьировала до 1%, статистически значимо не отличалась в различных функциональных зонах и районах. Содержание углерода органического вещества в пыли четко дифференцировалось между селитебными (2,3-3,6%) и транспортными зонами (1,2-2,4%) в каждом исследованном районе города (p <0.05). Пыль рекреационных зон города характеризовалась большим варьированием Сорг, с тенденцией к его повышению в пыли малых парков по сравнению с большими. Реакция среды пыли была щелочной: значения рH варьировали в среднем диапазоне 7.6-8.6, иногда повышаясь до 9,5-10. Значимых различий между функциональными зонами не наблюдалось. Электропроводность водной вытяжки из пыли характеризовалась широким разбросом значений, в среднем 51-895 мкСм/см, статистически значимых отличий между функциональными зонами не было. В распределении загрязняющих веществ (ЗВ) (полициклических ароматических углеводородов – ПАУ, тяжелых металлов – ТМ и нефтепродуктов – НП) между функциональными зонами Москвы можно выделить следующие закономерности. Установлено, что пыль города статистически значимо делится на 2 группы – большие парки (группа 1) и остальные функциональные зоны (селитебные, транспортные и малые парки (скверы)) (группа 2). Был установлен факт одинакового характера (тренда) в распределении большинства из 12 изученных ПАУ и 10 ТМ во всех функциональных зонах, включая большие парки. Можно заключить, что вся городская пыль – это некая единая субстанция, где содержание ЗВ выравнивается в силу волатильности пыли, легкого ветрового переноса и ее перемешивания. По абсолютному содержанию ЗВ городская пыль характеризуется следующими значениями: концентрация ПАУ в крупных парках по большинству индивидуальных соединений примерно в 2-5 раз ниже, чем для остальных территорий, а для бенз[g,h,i]перилена и бенз[а]пирена разница достигает 8 и 13 раз соответственно. Концентрация ТМ в крупных парках по большинству металлов в 2 раза ниже, чем для остальных территорий. Концентрация НП в крупных парках в 9 раз меньше по сравнению с другими территориями. Стоит отметить, что в 2-х из пяти районов города также наблюдались значимое увеличение НП во дворах по сравнению с дорогами в 2-2.5 раза. Содержание хлорид-ионов в городской пыли находилось на невысоком уровне в диапазоне 74-339 мг/кг и отличалось от распределения других ЗВ. Только на автодорогах одного из изученных районов (Хорошево-Мневники) были обнаружены высокие значения в нескольких точках пробоотбора (>1000 мг/кг). По сравнению с другими ЗВ в распределении хлоридов выявлены отличия между районами города, которые можно объяснить как разным объемом внесения солей в силу различий в организации территории, так и человеческим фактором. Так как в настоящее время не существует нормативов, регулирующих содержание ЗВ в пыли, мы сравнили полученные значения с их содержанием в почвах. Суммарное содержание ПАУ в пыли во дворах и на дорогах в 2-3.5 раза превышает региональные уровни, характерные для почв фоновых территорий Москвы (35 мкг/кг) (Nikiforova, Kosheleva, 2011). Превышений содержания ТМ в пыли в соответствии с ОДК для почв не выявлено за исключением единичных проб – по Ni, Cu, Zn, Pb. Концентрации НП в пыли дворов, автодорог и малых парков, как минимум, на порядок превышают фоновые и средние уровни содержания НП в почвах Москвы. На основе анализа загрязняющих веществ крайне важным является увеличение внимания к селитебным зонам, а также районам малых парков (скверов), которые по содержанию ПАУ, ТМ и НП аналогичны пыли транспортных зон. Оценивая результаты токсичности пыли по отношению к организмам окружающей среды, стоит отметить, что наибольшее подавление демонстрировали микроорганизмы почв. Базальное дыхание и микробная биомасса пыли были максимальны в рекреационных зонах города, снижаясь на 21–76% в селитебных и на 61–96% в транспортных зонах города. Повышенные показатели микробного метаболического коэффициента qСО2 пыли по сравнению с городскими почвами и невысокая доля микробного углерода (С мик.) в общем органическом углероде свидетельствуют об ухудшении условий для микроорганизмов в пыли по сравнению с почвами. Оценка токсичности пыли для высших растений (на примере Lolium perenne L.) показала, что годовой объем пылевых выпадений на почвогрунты в зонах максимальной нагрузки (в пределах метра от дорожного полотна) не проявляет фитоксичности, в то время как трехлетний – подавляет растения до 27% относительно контроля. Достоверных различий между фитотоксичностью пыли различных функциональных зон не установлено. Водные организмы выявляли токсичность в единичных случаях. Три тест системы - Daphnia magna, Paramecium caudadum и Scenedesmus quadricauda показали острую токсичность на одном образце пыли с автодорог с рН 9,6, EC 1440 μсм/см (экстремальное значение), другие показатели высокими не были (Zc 1,7). В образцах пыли рН и ЕС ниже этих значений водные организмы не были чувствительны к ее компонентам, токсичность не определялась. Такие же результаты были получены для тест системы «Эколюм», основанной на биолюменесценции бактерий. Метагеномный анализ показал, что состав грибного сообщества пыли сильно варьирует в функциональных зонах города. Грибные сообщества пыли парков более разнообразны на уровне филумов и отличаются от сообществ дворов и автодорог. На уровне родов общими доминантами всех зон являлись: Aureobasidium, Cladosporium, Alternaria, Filobasidium. Мицелиальные грибы доминировали над дрожжевыми, доля последних варьировала в пределах 2-15%. Потенциальные грибные аллергены в пыли, представленные родами Alternaria, Filobasidium и Cladosporium, составляют 30,1% микобиома пыли и достоверно не отличаются в пыли различных зон. В исследованной пыли в значимых количествах не обнаружены патогенные грибы, а также типичные indoor-аллергены Penicillium и Aspergillus. Для поиска взаимосвязей показателей биотестирования и физико-химических характеристик пыли был использован алгоритм иерархической кластеризации и построения корреляционных таблиц из пакета Scipy языка программирования Python 3.0. Установлена высокая положительная корреляция микробного дыхания (базальное дыхание и С мик.) с содержанием органического углерода пыли; умеренная корреляция существует с влагоемкостью пыли и содержанием кобальта. Фитотоксичность показала умеренную корреляцию с влагоёмкостью пыли и содержанием хлорид-ионов. Токсичность, анализируемая по биолюминесцендным бактериям, характеризовалась высокой зависимостью от pH пыли и умеренной связью с электропроводностью и содержанием мышьяка. Водные организмы (Daphnia magna, Paramecium caudadum и Scenedesmus quadricauda), демонстрировали умеренную корреляцию с электропроводностью пыли. Анализ показал, что изученные организмы проявляют дифференцированные корреляции токсичности с изученными физико-химическими свойствами пыли и показателями содержания поллютантов. Интегрируя такие показатели, как концентрация ПАУ и ТМ в пыли, содержание мелкодисперсных частиц PM2.5 и PM10, доля аллергенных грибов в микробиоме и масса пыли, была дана оценка рисков для здоровья людей в разных функциональных зонах города. Показано, что они максимальны во дворах (селитебных зонах), снижаются на автодорогах (в транспортных зонах) и малых парках (скверах) и минимальны на территориях крупных парков (в рекреационных зонах). Регулярная уборка пыли автоматизированным способом должна осуществляться не только на автодорогах, но и в селитебных зонах и скверах для снижения рисков для здоровья людей и благополучия окружающей среды. |
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".