Стресс экосистемы, вызванный микрозагрязнителями

В Швейцарии более 30 000 различных веществ ежедневно используются в бесчисленных продуктах — фармацевтических препаратах, косметике, моющих средствах или промышленных химикатах. Многие из этих веществ попадают через очистные сооружения (WWTPs) в поверхностные воды, оказывая негативное воздействие на водные организмы и ресурсы питьевой воды. Для удаления микрозагрязнителей около сотни стратегически выбранных WWTPs в Швейцарии будут модернизированы в ближайшие годы с добавлением дополнительного этапа очистки.

Ученые из Eawag и Центра экотоксикологии Eawag-EPFL изучают, как водные экосистемы реагируют на снижение микрозагрязнителей. В начальной фазе они исследовали химический и биологический статус до модернизации WWTPs. Проект предоставляет уникальную возможность наблюдать реакцию экосистем почти в реальном времени.

Многочисленные микрозагрязнители в сточных водах

В период с 2013 по 2014 год команда провела регулярный отбор проб выше и ниже по течению от 24 WWTPs. Анализы показали, что в реки со сточными водами попадают многочисленные микрозагрязнители. Особенно заметным было увеличение концентраций лекарств и бытовой химии — для лекарств концентрации ниже WWTPs были в 30 раз выше, чем выше по течению. Оценка экотоксикологического риска показала, что противовоспалительное средство диклофенак и пестициды диазинон и диурон широко распространены в биологически эффективных концентрациях.

Организмы ниже WWTPs демонстрировали различные симптомы стресса. У речной форели наблюдалась экспрессия генов, связанных с клеточной детоксикацией. В популяциях бокоплавов не хватало молодых особей, что указывает на нарушение репродукции или повышенную смертность молоди. Снизилось разнообразие макробеспозвоночных, чувствительных к пестицидам. В стоках также присутствуют антибиотики и устойчивые бактерии, способствующие распространению генов антибиотикорезистентности.

Потеря адаптаций после модернизации WWTP

На водоросли и бактерии в виде биофильмов, играющие важную роль в пищевой сети, также влияют сбросы сточных вод. Биопленки ниже WWTPs показали гораздо более высокую толерантность к микрозагрязнителям, чем выше по течению. По словам Кристиана Штамма: «Чем выше химическая нагрузка, тем выше толерантность, что указывает на причинно-следственную связь между воздействием и биологическими эффектами».

Биопленки продемонстрировали ранние эффекты модернизации WWTP: после введения дополнительного этапа очистки на сооружениях в Херизау водоросли в реке Глатт относительно быстро потеряли повышенную толерантность к микрозагрязнителям. Индуцированная экспрессия генов детоксикации также была утрачена у форели, обитающей ниже по течению.

Скрытые эффекты, выявленные системой лотков

Часто воздействие микрозагрязнителей нельзя измерить непосредственно в полевых условиях, так как оно маскируется влиянием других компонентов сточных вод. Чтобы разделить различные воздействия, исследователи также провели эксперименты в 16-канальной системе лотков. С ее помощью они показали, например, что разложение органического вещества ингибируется микрозагрязнителями, но стимулируется питательными веществами. Штамм отмечает: «Это подтверждает наши выводы о том, что в зависимости от ситуации с питательными веществами скорость разложения листового опада ниже очистных сооружений была примерно на две трети ниже, чем выше по течению». Статистический анализ указывает, что, например, популяции бокоплавов, измельчающих листья, сокращаются из-за инсектицидов.