Эколого-микробиологическая оценка лососевых рек Хабаровского края

2009

Известия ТИНРО

Том 157

УДК 574.639.31.053+576.8

Л.А. Гаретова*

Институт водных и экологических проблем ДВО РАН, 680000, г. Хабаровск, ул. Ким Ю Чена, 65

ЭКОЛОГО-МИКРОБИОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ЛОСОСЕВЫХ РЕК ХАБАРОВСКОГО КРАЯ

Обобщены данные многолетнего (1999-2007 гг.) микробиологического мониторинга 17 лососевых рек Хабаровского края, имеющих разную бассейновую принадлежность. Разработаны экологические нормативы качества вод по показателю общей численности гетеротрофного бактериопланктона для водотоков бассейнов рек Амур и Тумнин. Показана возможность использования данного показателя для расчета степеней экологического риска и экологического ущерба качеству воды водных объектов при различных видах природных и антропогенных воздействий.

Ключевые слова: лососевые реки, бактериопланктон, экологические нормативы, экологический риск, экологический ущерб.

Garetova L-А. Microbiological assessment of ecological state for salmon rivers in Khabarovsk Territory // Izv. TINRO. — 2009. — Vol. 157. — P. 175-181.

The data are analyzed of microbiological monitoring on 17 salmon rivers belonged to the Amur and Tumnin basins (Khabarovsk Territory) conducted in the 1999-2007. Total number of heterotrophic bacterioplankton (TNHB) was estimated after its growth in fish peptone agar medium diluted 10 times (FPA:10) and presented as the number of colony-forming units (CFU) per 1 ml of water. This indicator is usual for assessment of ecological state of small streams in the mountain and taiga zones. The average minimal TNHB values for each stream calculated for the whole period of monitoring is considered as an optimal ecological norm (EN(o)), and the mean TNHB values for the whole period — as a permissible ecological norm (EN(p)). The studied streams are divided into 3 groups by their EN(o)-EN(p) range: "very clean water", "clean water", and "weakly polluted water". The group of the Amur tributaries with EN(o) 700 CFU/ml and EN(p) 2000 CFU/ml are identified as «very clean water» and can be considered as the regional ecological standard of water quality. The TNHB increasing in 3-5 times over EN(p) values was registered in 15 % of observations, all these cases corresponded with floods but were caused by anthropogenic impacts as a diesel fuel spill (Anui), pollution by soil in the areas of road construction, a sewage from the camp of road builders (Bolshоy Ertukuli). In the area damaged by forest fires in 1998, the TNHB increasing in 5-7 times over EN(p) was registered in 7-15 % of observations in the first and second years after the fires.

To estimate the risks of ecological damage of water quality in salmon rivers, additional parameters are used: a current water quality (mean TNHB values for each group of streams for the whole period of monitoring) and a possible water quality reduction (average maximal TNHB values for the whole period of monitoring). Using these parameters, the risk of water quality change to lower category by forest fires

* Гаретова Людмила Александровна, кандидат биологических наук, e-mail: micro@ivep.as.khb.ru.

and road construction is evaluated as "significant", the risk of water quality degradation to "heavy polluted waters" by hydraulic gold mining — as "significant", and the risk of catastrophic water quality reduction in the Taunga River with intensive gold mining — as "chronic".

Key words: salmon river, bacterioplankton, colony-forming unit, ecological norm, ecological risk, ecological damage.

Введение

Лососевые реки Дальнего Востока — самый многочисленный тип водотоков (только в Хабаровском крае их около 50 тыс.). Многие из водотоков бассейнов рек Амур и Тумнин сохранили свое значение для нереста тихоокеанских лососей и являются местом обитания ценных пород рыб (ленок, хариус, таймень, молодь проходных лососей). При антропогенном воздействии развитию процесса эвтро-фирования в горных реках препятствуют такие факторы, как низкая температура, быстрое течение и слабое развитие планктонных ценозов (фито- и зоопланктон). Последнее обстоятельство может служить причиной быстрого угнетения большинства групп гидробионтов поллютантами. В результате, минуя выраженную эвтрофную стадию, экосистемы водотоков могут переходить в дистрофную стадию, что затрудняет диагностику их экологического состояния (Кренева, Кре-нева, 2004).

Для объективной оценки экологического состояния водных объектов в первую очередь необходимо выявление фоновых характеристик различных показателей качества, основанных на данных мониторинга. В настоящее время все большее внимание уделяется установлению экологических нормативов отдельно для каждого показателя качества воды и для конкретных водных объектов и бассейнов. Согласно директиве 2000/60/ЕС (Directive ..., 2000), для определения экологического статуса водных объектов биотическая составляющая в системе мониторинга является главенствующей.

Основными условиями, определяющими возможность использования сообществ гидробионтов для биоиндикации, являются их широкое распространение, тесная связь с факторами среды, чувствительность к их изменению, функциональная важность в экосистеме, а также относительная легкость в определении показателя (Семенченко, 2004). Бактериопланктон является неотъемлемым компонентом водных экосистем. Доля микробных сообществ в суммарной биомассе планктона горных рек может составлять от 52 до 84 % (Копылов и др., 2004), что указывает на важную роль бактериопланктона в функционировании трофической сети и деструкции органического вещества. Преимущество микробиологической индикации по сравнению с другими методами биотестирования состоит в том, что численность микроорганизмов в горных реках не изменяется так существенно в течение сезона, как фито- и зообентоса.

Среди микробиологических показателей, характеризующих экологическое состояние водотоков, используются общая численность бактериопланктона, численность группы сапрофитных бактерий, величина соотношения данных показателей (Государственный контроль ..., 2001), а также содержание в воде патогенных и условно-патогенных микроорганизмов. Такие подходы вполне оправданы для оценки качества воды мезо- и эвтрофных водных объектов с точки зрения использования их для различных видов водопользования. Но в специфических условиях горных рек бактериопланктон имеет свои особенности. В его составе присутствуют терригенная аллохтонная микрофлора, кренофильные микроорганизмы на подвижных стадиях, практически отсутствуют патогенные и условно-патогенные бактерии вследствие удаленности данных водных объектов от источников загрязнения. Ранее (Мишустина, 1985) было показано, что общая численность культивируемых гетеротрофных (хемоорганотрофных) бактерий изменяется в соответствии с изменением общего числа бактерий, учитываемых методом

прямого счета, и может отражать особенности распределения всего бактерио-планктона. Именно поэтому мы выбрали общую численность гетеротрофного бак-териопланктона (ОЧГБ) в качестве показателя для установления экологических нормативов качества природных вод лососевых рек.

Целью настоящей работы было выявление фоновых значений микробиологического показателя ОЧГБ и на их основе оценка качества вод лососевых рек при различных видах природного и антропогенного воздействия.

Материалы и методы

В период открытой воды 1999-2007 гг. были обследованы 17 лососевых рек: притоки Нижнего Амура 1-го порядка (Писуй, Малый Ады, Малая Тучка, Ухта); р. Анюй и ее притоки (Манома, Гобилли, Большой Эртукули, Малый Эртукули, Куптурку; ручьи Горелый-1, Горелый-2, Забытый); водотоки бассейна р. Тумнин (Хича, Большой Икчу, Аджаломи, Бута). Водотоки находятся в горных и предгорных районах, истоки всех рек — в горных районах. В зависимости от длины русловой сети они входят в группы малых и средних водотоков (Ресурсы ..., 1966, 1972). Станции отбора проб располагались в устьях рек и ручьев. Количество наблюдений для каждого из водотоков составляло от 10 до 35.

Пробы воды для микробиологических анализов отбирали в стерильные емкости объемом 350 мл. Посевы проводили в полевых условиях, не позднее чем через 1 ч после отбора по общепринятым в водной микробиологии методам (Кузнецов, 1989). ОЧГБ определяли по росту на агаризованной стандартной рыбо-пептонной среде, разбавленной в 10 раз. Показатели ОЧГБ выражали в количестве колониеобразующих единиц в 1 мл воды (КОЕ/мл).

Фоновые значения ОЧГБ для каждого водного объекта рассчитывали согласно рекомендациям, разработанным для установления экологических нормативов по различным показателям качества вод для разнотипных водных объектов Украины (Оксиюк, Жукинский, 1999; Романенко и др., 1999). Ими служили: экологический норматив оптимальный (ЭН(о)) — средние минимальные значения (одного порядка) ОЧГБ за период наблюдений; экологический норматив допустимый (ЭН(д)) — усредненные величины ОЧГБ с самым большим показателем (%) встречаемости из всех величин. Показателями качества воды в современный период (КС) являлись средние значения ОЧГБ, а прогнозируемым показателем ухудшения качества воды (ПК) — усредненные максимальные значения ОЧГБ за весь период наблюдения для каждой группы водотоков.

Количественные значения экологического ущерба (ЭУ) и экологического риска (ЭР) по показателю ОЧГБ рассчитывали по формулам: ЭУ = КС - ЭН(о); ЭР = ПК - КС. Суммарное значение реальной и вероятной экологических потерь в аспекте качества вод в случае его неуклонного ухудшения (СЭП) определяли следующим образом: СЭП = ПК - ЭН(о) или СЭП = ЭУ + ЭР (Жукинский, 2003).

Результаты и их обсуждение

Ранее была проведена сравнительная оценка содержания растворенного органического вещества в водотоках бассейнов Анюя и Тумнина по показателям перманганатной и бихроматной окисляемости (Гаретова, Левшина, 2007). Было показано, что содержание органического вещества, оцененное по перманганат-ной окисляемости, в обследованных водотоках не превышает 12 мгО/л, а по бихроматной — 30 мгО/л, что значительно ниже, чем в мезотрофных и эвтроф-ных реках, а также выявлена положительная связь содержания органического вещества в воде горных рек и ОЧГБ.

Сезонная динамика ОЧГБ наиболее ярко проявляется в слабооблесенных водотоках бассейна р. Тумнин (рис. 1). Это объясняется тем, что отсутствие

лесного полога способствует более интенсивной освещенности водотоков, приводящей к развитию эпилитонных водорослей, после отмирания которых в воде увеличивается содержание легкодоступного органического вещества и соответственно численность гетеротрофного бактериопланктона (Ulrich et al., 1993).

Рис. 1. Динамика общей численности гетеротрофного бактериопланктона в водотоках бассейна р. Тумнин в 2004 г.: 1 — июнь; 2 — сентябрь

Fig. 1. Total number of heterotrophic bacterio-plankton dynamics in the streams of the Tumnin Basin in 2004: 1 — J une; 2 — September

p. Большой Икчу p. Аджаломи p. Бута

Среди нерестовых притоков Нижнего Амура 1-го порядка максимальные величины ОЧГБ были выявлены для рек Малый Ады и Писуй, с более высокой температурой воды, большей глубиной и меньшей скоростью течения (см. таблицу). Кроме этого, величина ОЧГБ зависела от уровня водности. Так, в августе 2003 г. ОЧГБ во всех водотоках данной группы увеличилась по сравнению с этим же периодом маловодного 2001 г. в 2-3 раза.

Морфометрические характеристики и общая численность гетеротрофного бактериопланктона в малых притоках Нижнего Амура Morphometric parameters and total number of heterotrophic bacterioplankton in the small tributaries of the lower Amur

Водоток Т, °С Глубина, м Скорость течения, м/с ОЧГБ, тыс. КОЕ/мл

Большая Тучка 10,2 11,2 оГсл 08 1,5 12 3,7

Ухта 10,2 11,8 оГсл 10 1,5 16 3,8

Малый Ады 19,2 22,0 оГсл 0,5 0,7 M 10,0

Писуй 21,1 23,2 25 3,5 0,5 0,6 3,8 11,8

Примечание. Над чертой — август 2001 г., под чертой — август 2003 г.

На основании данных микробиологического мониторинга водотоков бассейнов рек Амур и Тумнин за период 1999-2007 гг. (Гаретова, 2005; Гаретова, Левшина, 2007) были рассчитаны фоновые значения по показателю ОЧГБ для каждого из них. В результате водные объекты были объединены в три группы, достоверно различающиеся диапазонами изменчивости ОЧГБ и соответствующие трем классам градации качества вод (Гаретова, 2008).

Среди водотоков бассейна р. Анюй с характеристикой качества воды "очень чистые" (I класс) и значениями ЭН (о) = 700 КОЕ/мл, а ЭН(д) = 2000 КОЕ/мл превышение установленного ЭН(д) в 3-5 раз фиксировалось с частотой встречаемости около 15 % от количества наблюдений и соответствовало периодам паводков. В период межени превышение ЭН(д) в 10 раз и более встречалось в

W

о «

W

1-4

tr

о

4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1

0,5 0

1 2

единичных случаях, в частности при поступлении грунта в ручьи Горелый-1 и Горелый-2, р. Малый Эртукули во время дорожно-строительных работ. В водотоках зоны пожаров 1998 г. (ручьи Забытый, Горелый-1, Горелый-2) превышение значений ОЧГБ выше соответствующих ЭН(д) в 5-7 раз отмечалось с частотой встречаемости 7-15 % от количества наблюдений за весь период исследования и в основном фиксировалось в паводковые периоды в 1-й и 2-й годы после лесных пожаров. Одновременно в воде ручьев зоны пожаров наблюдалось увеличение содержания биогенных элементов (нитраты, фосфаты) (Шестеркин, Шестер-кина, 2002).

В группе водотоков с категорией качества вод "чистые" (II класс) и значениями ЭН(о) = 2000 КОЕ/мл и ЭН(д) = 4000 КОЕ/мл увеличение ЭН(д) более чем в 7 раз отмечалось в р. Большой Эртукули во время паводков и, вероятнее всего, было обусловлено не только терригенным стоком, но и антропогенным воздействием за счет смыва в реку хозяйственно-бытовых отходов поселка строителей дороги Лидога-Ванино. В межень превышение ЭН(д) в 3 раза отмечалось в р. Анюй после аварийного разлива дизельного топлива (сентябрь 1999 г.).

Самым высоким среди обследованных водотоков трофическим статусом обладали р. Манома — крупнейший приток р. Анюй — и притоки Нижнего Амура Малый Ады и Писуй. Качество их вод характеризовалось категорией "слабозаг-рязненные" (III класс) с соответствующими значениями ЭН(о) = 4000 КОЕ/мл и ЭН(д) = 10000 КОЕ/мл. В данной группе водотоков отмечалось закономерное увеличение численности ОЧГБ во время паводков (Гаретова, 2008), а антропогенное воздействие выявлено не было.

Определение величин КС и ПК для каждой из трех групп водотоков и расчет количественных значений, характеризующих степень ЭУ, ЭР и СЭП, показали, что при увеличении ОЧГБ в водотоках вследствие воздействия вышеуказанных природных и антропогенных факторов возможно снижение качества их вод на одну категорию. При этом по схеме критериальной оценки (Жукинский, 2003) как экологический ущерб качеству воды, так и экологический риск оценены как "существенные". Для группы водотоков с категорией качества вод "очень чистые" существенным ухудшением по сравнению со значениями ОЧГБ в современный период является разница в 6,0 тыс. КОЕ/мл, а в случае неуклонного ухудшения качества воды она увеличивается до 7,3 тыс. КОЕ/мл. Для водотоков II категории качества вод такими величинами являются 6,6 и 9,1 тыс. КОЕ/мл, а для водных объектов III класса — соответственно 8,0 и 14,0 тыс. КОЕ/мл.

В настоящее время на водосборах многих водотоков бассейна р. Амур ведется добыча золота гидравлическим способом. Наиболее существенным воздействием золотодобычи на водотоки является загрязнение вод вследствие физического и химического выветривания горных пород и выноса в речную сеть взвешенных и растворенных минеральных компонентов. Мутность воды может превышать естественные значения в 20-5000 раз, что создает риск перехода трофического статуса водотоков в дистрофную стадию, сопровождающуюся снижением развития перифитонных сообществ и обеднением состава гидробионтов. Численность микроорганизмов в воде таких водотоков может быть значительно выше, чем в естественных, за счет терригенных микроорганизмов, ассоциированных с органо-минеральными взвесями.

Наблюдения за динамикой ОЧГБ в воде р. Таунга были начаты с 2001 г. Тогда в верховьях реки уже шла разработка территории золотодобывающей артелью. Из-за отсутствия данных по ОЧГБ в водотоке до начала антропогенного воздействия при оценке его экологического состояния был использован метод аналогий. По морфометрическим показателям (размеры, глубина, скорость течения) аналогами для р. Таунга служили другие водотоки бассейна р. Анюй, отнесенные к I классу с качеством воды категории "очень чистая" и соответствующими фоновыми значениями ОЧГБ. Примеры расчетов ПК, ЭУ, ЭР и СЭП по ОЧГБ

для водотоков, испытывающих хроническую антропогенную нагрузку, подробно изложены ранее (Гаретова, 2008).

На рис. 2 представлены данные по динамике показателей ОЧГБ, характеризующих экологическое состояние р. Таунга в период 2001-2007 гг. В 2001-2003 гг. качество воды по сравнению с принятыми фоновыми значениями ОЧГБ снизилось на 3 категории и соответствовало IV классу с характеристикой "умеренно загрязненные воды". Уровень ЭУ качеству воды р. Таунга при этом соответствовал кризисному состоянию. Известно, что для водотоков с категорией качества "очень чистые воды" существенные нарушения трофического статуса происходят при превышении экологических нормативов даже на одну категорию (Жукинский, 2003), поскольку экосистемы таких водотоков наиболее уязвимы при различных видах антропогенного воздействия. Прогнозируемые показатели качества воды реки при продолжении эксплуатации ее водосбора предполагали дальнейшее его ухудшение до V класса с характеристикой "сильно загрязненные воды".

16

14

W 12

с)

«

о 10

н

W

U

tr 8

и

6

4

2

0

эН

1  2

Рис. 2. Показатели качества воды в р. Таунга: 1 — в 2001-2003 гг.; 2 — в 20042007 гг.

Fig. 2. Water quality in the Taunga River: 1 — in 2001-2003; 2 — in 20042007

Шг

КС

ПК СЭП ЭУ

ЭР

Наблюдения за качеством воды р. Таунга в 2004-2007 гг. выявили уменьшение всех показателей ОЧГБ по сравнению с периодом 2001-2003 гг. Они продемонстрировали изменение качества воды в лучшую сторону, т.е. восстановление естественного экологического состояния водотока и переход качества его вод в I класс с характеристикой "очень чистые воды". Такое изменение произошло вследствие прекращения работы золотодобывающей артели. Таким образом, показано, что при снижении или исключении антропогенного воздействия на водные экосистемы горно-таежных рек качество их вод восстанавливается за достаточно короткий промежуток времени.

Заключение

На основании анализа данных многолетнего мониторинга динамики численности гетеротрофного бактериопланктона лососевых рек Хабаровского края и сопоставления их с результатами химического анализа установлено, что показатель ОЧГБ отвечает основным условиям, определяющим его использование для оценки экологического состояния водных объектов.

В результате исследований водотоков бассейнов рек Анюй и Тумнин было показано, что ОЧГБ в них существенно изменяется в зависимости от морфомет-рических характеристик, фазы гидрологического режима, состояния водосборной площади, от вида и степени природных и антропогенных воздействий.

Выявление фоновых значений ОЧГБ позволило оценить современное экологическое состояние лососевых рек бассейнов Амура и Тумнина, дать прогноз

изменению качества их вод в перспективе, установить степени экологического ущерба и экологического риска при различных видах и уровнях антропогенного воздействия.

Группу притоков р. Анюй с характеристикой качества вод "очень чистые" в настоящее время можно признать за "региональный экологический стандарт", а их воды считать "эталонами" качества природных вод малых рек Хабаровского края.

Список литературы

Гаретова Л.А. Бактериопланктон водотоков горно-таежной зоны Хабаровского края // Чтения памяти В.Я. Леванидова. — Владивосток : Дальнаука, 2005. — Вып. 3. — С. 174-182.

Гаретова Л.А. Количественные оценки экологического состояния малых рек Хабаровского края // Пресноводные экосистемы бассейна реки Амур. — Владивосток : Дальнаука, 2008. — С. 111-122.

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

Государственный контроль качества воды. — М. : Изд-во стандартов, 2001.

Жукинский В.Н. Экологический риск и экологический ущерб качеству поверхностных вод: актуальность, терминология, количественная оценка // Вод. ресурсы. — 2003. — Т. 30, № 2. — С. 213-221.

Копылов А.И., Косолапов Д.Б., Романенко А.В. и др. Микробная "петля" как компонент планктонных сообществ малых рек // Тез. докл. Всерос. конф. "Экосистемы малых рек: биоразнообразие, биология, охрана". — Борок, 2004. — С. 40.

Кренева С.В., Кренева К.В. Особенности эвтрофирования и контроля в реках разных широт // Тез. докл. Всерос. конф. "Экосистемы малых рек: биоразнообразие, биология, охрана". — Борок, 2004. — С. 44-45.

Кузнецов С.И. Методы изучения водных микроорганизмов : монография / С.И. Кузнецов, Г.А. Дубинина. — М. : Наука, 1989. — 228 с.

Мишустина И.Е. Морская микробиология : монография / И.Е. Мишустина, И.К. Щеглова, И.Н. Мицкевич. — Владивосток : ДВГУ, 1985. — 183 с.

Оксиюк О.П., Жукинский В.Н. Экологические нормативы качества воды для р. Рось // Гидробиол. журн. — 1999. — Т. 35, № 6. — С. 16-21.

Ресурсы поверхностных вод СССР : монография. — Л. : Гидрометиздат, 1966. — Т. 18, вып. 1. — 780 с.

Ресурсы поверхностных вод СССР : монография. — Л. : Гидрометиздат, 1972. — Т. 18, вып. 3. — 480 с.

Романенко В.Д., Жукинский В.Н., Оксиюк О.П. Методологические предпосылки для установления и использования экологических нормативов качества поверхностных вод // Гидробиол. журн. — 1999. — Т. 35, № 3. — С. 3-14.

Семенченко В.П. Принципы и системы биоиндикации текучих вод : монография. — Минск : Орех, 2004. — 125 с.

Шестеркин В.П., Шестеркина Н.М. Влияние крупных пожаров на гидрохимический режим таежных рек Приамурья // География и природ. ресурсы. — 2002. — № 2. — С. 47-51.

Directs 2000/60/EC of the European Parliament and of Council of 23 October 2000 establishing a framework for Community action in the field of water policy : Official J. Europ. Communities. — 2000. — L. 327/1. — 118 p.

Ulrich K.E., Burton T.M., Oemke M.P. Effects of whole-tree harvest on epilithic algae communities in head-water streams // J. Freshwater Ecol. — 1993. — Vol. 8, № 2. — P. 83-92.

Поступила в редакцию 6.02.09 г.