Состояние микробных сообществ реки Зея и ее притоков

Вестник ДВО РАН. 2009. № 3

УДК 574.51:574.26

Л.А.ГАРЕТОВА, Е.А.КАРЕТНИКОВА

Состояние микробных сообществ реки Зея и ее притоков

Дана оценка численности, описаны эколого-трофическая структура и метаболическая активность водных микробоценозов р. Зея и ее притоков в зоне проектируемого водохранилища.

Ключевые слова: бактериопланктон, эколого-трофическая структура, метаболическая активность, трофический статус.

Microbial communities of the Zeya River and its tributaries. L.A.GARETOVA, E.A.KARETNIKOVA (Institute for Aquatic and Ecological Problems, FEB RAS, Khabarovsk).

Data on estimation of number, ecologic and trophic structure and metabolic activity of water microbial coenoses in the Zeya River and its tributaries in the zone of the water reservoir under construction are presented in the paper.

Key words: bacterioplankton, ecologic and trophic structure, metabolic activity, trophic status.

На р. Зея ниже существующего водохранилища планируется строительство еще одного. Для мониторинга качества воды в нем необходимо в кратчайшие сроки оценить современное состояние его доноров - р. Зея с притоками. Эта задача решается сотрудниками ИВЭП и БПИ ДВО РАН при помощи методов биоиндикации (водоросли, беспозвоночные, микроорганизмы) в ходе гидроэкологических исследований зоны затопления проектируемого водохранилища. Важная роль микробиологических исследований в системе комплексной оценки экологического состояния водных объектов обусловлена тем, что микроорганизмы гораздо быстрее других компонентов водных биоценозов реагируют на изменение физико-химических условий в водотоках и поступление органических веществ автохтонной и аллохтонной природы изменением численности определенных экологотрофических групп. Микробиологические исследования р. Зея до настоящего времени носили эпизодический характер, а ее притоки оставались неизученными, несмотря на то что в природных водах микроорганизмы играют главную роль в деструкции органических веществ, т.е. в самоочищении экосистем.

Зачастую диагностика состояния водотоков с использованием традиционного санитарно-гигиенического подхода не позволяет объективно оценить их экологическое состояние, поскольку патогенные, или условно-патогенные, микроорганизмы могут отсутствовать в водах из-за удаленности водных объектов от источников загрязнения. Поэтому при исследовании водотоков бассейна р. Зея наиболее приемлема концепция классификации компонентов микробного сообщества, которая основывается на функциональных и трофических связях [5, 8, 9].

Целью настоящей работы являлась оценка эколого-трофической структуры и активности бактериопланктонных ценозов р. Зея и ее притоков в зоне проектируемого водохранилища.

Микробиологические исследования проводились в сентябре 2007 и 2008 гг. на участке р. Зея от устья р. Деп до с. Мазаново (рис. 1). В конце июля 2007 г. из-за обильных осад-

ГАРЕТОВА Людмила Александровна - кандидат биологических наук, старший научный сотрудник, КАРЕТНИКОВА Елена Анатольевна - кандидат биологических наук, старший научный сотрудник (Институт водных и экологических проблем ДВО РАН, Хабаровск). E-mail: micro@ivep.as.khb.ru

ков резко поднялся уровень воды в Зейском водохранилище, поэтому был произведен сброс объемом до 4710 м3/с. Отбор проб на нижележащем участке в 2007 г. совпал со снижением уровня паводка, в 2008 г. - с периодом межени. Температура воды в 2007 г. колебалась от 6,8оС в устье р. Деп до 16,1оС ниже с. Ма-заново, в 2008 г. - 6,4 и 9,4°С соответственно. Исследуемый район малонаселен, не испытывает интенсивного антропогенного воздействия, за исключением водосбора р. Селемджа, где несколько артелей добывают россыпное золото гидравлическим способом.

Пробы поверхностной воды обрабатывались в течение часа после отбора по общепринятым в водной микробиологии методам [6]. Общую численность бактерий (ОЧБ) определяли методом прямого счета на мембранных фильтрах при окрашивании карболовым эритрозином. В составе бактериопланктона численность эколого-трофических групп с различными пищевыми потребностями определяли на агаризованных средах с убывающей концентрацией питательных компонентов: группу эфтрофных бактерий (ЭБ) - на стандартном рыбопептонном агаре (РПА); гетеротрофных бактерий (ГБ) - на РПА, разбавленном в 10 раз; олигокарбофильных бактерий (ОБ) - на голодном агаре; нефтеокисляющих бактерий (НОБ) - на среде Раймонда с нефтью, фенолрезистентных бактерий (ФРБ) - на 10-кратно разбавленном РПА с внесением фенола в концентрации 1 г/л. Результаты подсчета выражали в численности колониеобразующих единиц (КОЕ) в 1 мл воды. Количество бактерий с активным транспортом электронов выявляли при помощи теста с 2-, 3-, 5-трифенилтетразолиумхлоридом (ТТХ) [10].

Сапробность воды рассчитыва-

Рис. 1. Карта-схема района исследования

ли по показателю ЭБ/ОЧБ, % [12], трофический уровень участков - по соотношению ГБ/ЭБ, именуемому индексом трофии (ИТ) [7]. Величины соотношения численности групп с различными пищевыми стратегиями (ГБ/ЭБ, ОБ/ЭБ, ОБ/ГБ) используются как показатели реакции микробного сообщества на изменение условий и характеризуют биоразнообразие сообщества микроорганизмов [11].

По данным съемки 2007 г., ОЧБ в воде р. Зея и ее притоков составляла 0,38-1,4 млн кл./мл. На отрезке от устья р. Деп до устья р. Селемд-жа эта величина постепенно снижалась (рис. 2). Значения соотношения ЭБ/ОЧБ х 100% (показатель уровня органического загрязнения) вниз по

ОЧБ, млн кл./мл

1,2

0,8

0,6

0,4

0,2

ЭБ/ОЧБ. % 0,06

Ий

0,05

0,04

0,03

0,02

0,01

Станции отбора проб

Рис. 2. Динамика общей численности бактериопланктона и соотношения ЭБ/ОЧБ х 100 на станциях р. Зея в сентябре 2007 г.: 1 - ниже устья р. Деп, 2 - ниже с. Чагоян, 3 - ниже устья р. Граматуха, 4 - выше устья р. Селемджа, 5 - ниже устья р. Селемджа

течению р. Зея увеличивались, но не превышали 0,05. Это может быть связано с тем, что после летнего наводнения гидрологическая ситуация еще не стабилизировалась. Близкие величины отмечены для Горьковского водохранилища в период весеннего половодья [4].

В обследованных притоках р. Зея ОЧБ колебалась незначительно: 0,58-0,97 млн кл./мл. Максимальное количество микроорганизмов (1,4 млн кл./мл) выявлено в р. Селемджа, но соотношение ЭБ/ОЧБ х 100% = 0,01 здесь минимально по сравнению с другими притоками, что указывает на низкое содержание легкоокислямого органического вещества (ОВ) в реке.

Численность ЭБ и ГБ, утилизирующих соответственно высокие и умеренные концентрации ОВ, в притоках р. Зея осенью 2008 г. была выше, чем в аналогичный период 2007 г. (табл. 1). Это может быть связано с паводком 2007 г., который способствовал обеднению водотоков легкоокисляемым ОВ за счет выноса перифитона и остатков растительности [1] и, как следствие, снижению численности бактерий, участвующих в его деструкции. На это же указывает доминирование группы ОБ в структуре микробных сообществ всех исследованных водотоков в паводковый период 2007 г.

Высокие значения соотношения численности групп ОБ/ЭБ в данный период указывают на присутствие в водах притоков биохимически устойчивых соединений [11], вероятнее всего гуминовых веществ, поступивших в водотоки с поверхностным стоком во время паводка, поскольку в осеннюю межень 2008 г. эти величины снижались.

В 2007 г. самые высокие значения ИТ были выявлены в устье р. Селемджа. ИТ > 10 характерен для водотоков олиготрофного типа с низким содержанием ОВ в воде [7]. Самый низкий ИТ (2,9) был отмечен для р. Ту, на основании чего этот водоток отнесен к эфтро-фируемым системам. В 2008 г. этот показатель для рек Деп, Тыгда, Ту и Граматуха составляли 4,3-5,0, что свойственно водотокам мезотрофного типа. То есть в осеннюю межень 2008 г. функционирование водных микробоценозов обеспечивалось здесь достаточным количеством легкоокисляемого ОВ, деструкция которого осуществлялась в основном за счет ГБ, ассимилирующих его умеренные концентрации.

Численность индикаторных групп (ФРБ и НОБ) в указанных водотоках была невысокой: десятки и сотни КОЕ/мл, т.е. данные притоки не подвержены интенсивному загрязнению фенолами и нефтепродуктами.

Иная картина наблюдалась в р. Селемджа. В межень 2008 г., кроме увеличения численности всех групп микроорганизмов, по-прежнему были характерны высокие величины соотношения ГБ/ЭБ, ОБ/ЭБ, ОБ/ГБ - 10,3; 12,3; 1,2 соответственно, что указывает на олиготрофию этого водотока, но, вероятнее всего, в такой форме на структуре микробного

Таблица 1

Численность и соотношение микроорганизмов различных эколого-трофических групп в составе бактериопланктона притоков р. Зея в осенний период 2007—2008 гг.

Место отбора Численность микроорганизмов, КОЕ/мл ИТ ОБ/ЭБ

ЭБ ГБ ОБ ФРБ НОБ

Р. Деп 300 1300 4700 150 130 43 15,7

1000 4300 2470 210 55 4,3 2,5

Р. Тыгда 280 2600 8500 40 160 9,3 30,4

610 2900 1900 100 160 4,8 3,1

Р Ту 510 1500 3000 70 70 2,9 5,9

655 3600 2250 100 50 5,4 3,4

Р Граматуха 370 2900 4300 120 160 7,8 11,6

1360 6800 7550 230 160 5,0 5,6

Р Селемджа 160 2200 5300 20 110 13,8 33,1

1500 15400 18500 470 205 10,3 12,3

Примечание. В числителе - данные за сентябрь 2007 г., в знаменателе - сентябрь 2008 г.

сообщества отражается воздействие золотодобычи на водосборе реки. Воды р. Селемджа за счет поступающих отработанных грунтов отличаются высокой (по сравнению с другими притоками Зеи) мутностью, нехарактерной для водотоков олиготрофного типа, и в данном случае следует говорить о переходе трофического статуса реки в дист-рофную стадию. На это указывает и низкое по сравнению с другими водотоками процентное содержание ТТХ+ -форм в трех группах бактерий с различными пищевыми стратегиями в воде р. Селемджа (рис. 3). Видимо, такая низкая метаболическая активность эколого-трофических групп микроорганизмов на фоне их высокой численности в воде обусловлена тем, что основной вклад в состав бактериопланктона здесь вносят слабо адаптированные к условиям водотока терригенные микроорганизмы, ассоциированные с частицами грунта. Следует отметить, что в воде р. Селемджа увеличивались не только показатели численности ФРБ и НОБ по сравнению с другими притоками, но и процентное содержание ТТХ+-форм ФРБ, что может быть связано с антропогенным загрязнением реки нефтепродуктами и сопутствующими им фенолами.

Сравнительная оценка численности и соотношения групп микроорганизмов в воде по поперечному сечению р. Зея ниже устья р. Деп (верхний разрез) и ниже с. Мазаново (нижний разрез) представлена в табл. 2.

Температура воды на нижнем участке р. Зея в среднем была на 2,5оС выше, чем на верхнем, но в большей степени, чем температурный фактор, на формирование микробных комплексов нижнего участка Зеи оказывали влияние воды р. Селемджа, о чем свидетельствуют высокие показатели численности всех эколого-трофических групп бактерий

Таблица 2

Численность и соотношение эколого-трофических и индикаторных групп бактериопланктона по верхнему и нижнему разрезам р. Зея в сентябре 2008 г.

Рис. 3. Процентное содержание бактерий с активным транспортом электронов (ТТХ+) в эколого-трофических группах микробных сообществ воды рек Селемджа и Ту в сентябре 2008 г.

Место отбора проб

Т, оС

Численность микроорганизмов, КОЕ/мл

ЭБ

ГБ

ОБ

ФРБ

НОБ

ГБ/ЭБ

ОБ/ГБ

Ниже устья р. Деп правый берег

середина

левый берег Ниже с. Мазаново правый берег

середина

левый берег

6,8

6.4 6,6

8.5

9.5 9,0

765 4400 1550 - 10

500 2300 3850 25 110

770 4450 10

600 4350 5750 200 20

1065 20350 14400 275 190

940 15500 10500 270 75

5,8

0,35

4,6

1,67

58

73

1,32

19,1

0,7

16,5

0,67

Примечание. Прочерк - не определяли.

у левого берега и на середине реки. Воды р. Селемджа привносят в р. Зея умеренное количество ОВ, что подтверждают высокие величины ИТ в зоне влияния вод р. Селемджа, а его утилизация осуществляется за счет группы ГБ, на что указывает снижение соотношения ОБ/ГБ на середине и в левобережной части русла р. Зея.

Сравнительная оценка метаболической активности микроорганизмов сообществ верхнего и нижнего разрезов р. Зея представлена на рис. 4.

В микробном сообществе воды нижнего участка метаболическая активность групп ЭБ и ГБ, ассимилирующих легкоокисляемое ОВ, была существенно ниже, чем у микроорганизмов верхнего участка р. Зея, что подтверждает влияние вод р. Селемджа на формирование микробных сообществ воды нижнего участка р. Зея.

Таким образом, исследования показали, что развитие эколого-трофических групп бак-териопланктона большинства водотоков соответствует показателям, характерным для вод бассейна р. Амур мезотрофного типа [2]. Ответной реакцией микробоценозов на обеднение водотоков естественной составляющей ОВ (перифитоном и растительностью) являлось доминирование в их структуре олигокарбофильных бактерий.

Метаболическая активность микробных сообществ воды, складывающаяся из активности бактерий с различными пищевыми стратегиями, в целом была достаточно высокой. В частности, процентное содержание эфтрофных бактерий с активным транспортом электронов в воде р. Зея и ее притоков составляло 40-70%, что сопоставимо с показателями активности данной группы бактерий для мезотрофных водоемов в осенний период [11] и свидетельствует об активно протекающей бактериальной деструкции содержащихся в воде ОВ.

В соответствии с ГОСТ 17.1.3.07-82, вода в большинстве исследуемых водотоков отнесена ко II классу качества (чистые), для которого характерны значение ОЧБ/ЭБ более 1000 и численность группы эфтрофных бактерий 0,5-5,0 тыс. КОЕ/мл [3].

Наиболее существенное влияние на формирование микробных комплексов и, следовательно, качества воды в р. Зея оказывают воды р. Селемджа, которые вносят в Зею большое количество терригенных микроорганизмов, ассоциированных с частицами грунта и обладающих низкой метаболической активностью. Негативное воздействие золотодобычи не только способствует деградации трофического статуса р. Селемджа, но может отразиться на качестве воды при зарегулировании исследуемого участка р. Зея и заполнении водохранилища.

ЛИТЕРАТУРА

1. Богатов В. В. Основные итоги изучения структурно-функциональной организации пресноводных экосистем Дальнего Востока России // Чтения памяти Владимира Яковлевича Леванидова. Вып. 2. Владивосток: Дальнаука, 2003. С. 5-11.

2. Гаретова Л.А., Левшина С.И. Бактериопланктон речных экосистем горно-таежной зоны // Биология внутренних вод. 2007. № 4. С. 25-33.

Рис. 4. Процентное содержание бактерий с активным транспортом электронов (ТТХ+) в эколого-трофических группах микробных сообществ верхнего (1) и нижнего (2) разрезов р. Зея в сентябре 2008 г.

3. Государственный контроль качества воды. М.: Изд-во стандартов, 2001. С. 130-131.

4. Дзюбан А.Н., Косолапов Д.Б., Кузнецова И.А. Микробиологические процессы в Горьковском водохранилище // Вод. ресурсы. 2001. Т. 28, № 1. С. 47-57.

5. Звягинцев Д.Г., Кочкина ГА., Кожевин П.А. Новые подходы к изучению сукцессии микроорганизмов в почве // Почвенные микроорганизмы как компоненты биогеоценоза. М.: Наука, 1984. С. 81-103.

6. Кузнецов С.И., Дубинина ГА. Методы изучения водных микроорганизмов. М.: Наука, 1989. 228 с.

7. Марголина ГЛ. Микробиологические процессы деструкции в пресных водоемах. М.: Наука, 1989. 120 с.

8. Мишустин Е.Н. Ассоциация почвенных микроорганизмов. М.: Наука, 1975. 105 с.

9. Никитин Д.И., Никитина Э.С. Процессы самоочищения окружающей среды и паразиты бактерий (род. Bdellovibrio). М.: Наука, 1978. 205 с.

10. Олейник Г.Н., Кабакова Т.Н. Бактериопланктон Сасыкского водохранилища // Гидробиол. журн. 1995. Т. 32, № 3. С. 47-58.

11. Олейник Г.Н., Старосила Е.В. Микробиологическая характеристика водоемов с высокой антропогенной нагрузкой // Гидробиол. журн. 2005. Т. 41, № 4. С. 70-81.

12. Романенко В.И. Микробиологические процессы продукции и деструкции органического вещества во внутренних водоемах. Л.: Наука, 1985. 295 с.

Новые книги

Лобков Е.Г. Птицы в экосистемах лососевых водоемов Камчатки.

LobkovE.G. The Birds and Salmon Streams of Kamchatka.

Петропавловск-Камчатский: Камчатпресс, 2008. - 96 с., ил. 16 с.

ISBN 978-5-9610-0094-8.

Камчатский филиал Тихоокеанского института географии ДВО РАН

683000, Петропавловск-Камчатский, ул. Партизанская, 6

Fax: (415-2) 41-24-64, 42-34-57. E-mail: helm@mail.ru

На Камчатке сложились многообразные экологические связи птиц с лососевыми рыбами. Птицы способствуют расселению гольцов, участвуют в жизненном цикле беспозвоночных, паразитирующих на лососевых рыбах, и переносе паразитарных инфекций лососевых. Минимум 44 вида пернатых (15% всей авифауны Камчатки) трофически связаны с лососевыми рыбами. Сезонное размещение и численность 13 видов птиц определяются прежде всего лососевыми в качестве приоритетного кормового ресурса. 17 видов птиц играют ключевую роль в экосистемах лососевых водоемов Камчатки. Гусеобразные, крупные хищные птицы, чайковые и врановые способны образовывать многотысячные сезонные скопления на лососевых водоемах, особенно осенью и зимой. Уникальная массовая зимовка белоплечих орланов и других крупных хищных птиц, занесенных в Красную книгу Российской Федерации, сформировалась в бассейне оз. Курильское, где нерестится крупнейшее в Азии стадо нерки. Экологические стратегии существования разных видов птиц на лососевых нерестилищах разнообразны.

Сохранение биологического разнообразия лососевых и их численности - необходимое условие благополучного состояния популяций ряда видов птиц и орнитологических сообществ Камчатки в целом.