Эксперименты по альголизации водоемов одноклеточной водорослью Chlorella vulgaris

ЭКОЛОГИЯ

УДК 556.555.8

КалайдаМ.Л., ГалееваМ.Э.

ЭКСПЕРИМЕНТЫ ПО АЛЬГОЛИЗАЦИИ ВОДОЕМОВ ОДНОКЛЕТОЧНОЙ ВОДОРОСЛЬЮ Chlorella vulgaris

В связи с усилением антропогенного воздействия на водоемы актуальность очистки вод с помощью водной растительности возрастает. Рассмотрены результаты экспериментов по борьбе с цветением цианобактериями и их замене на зеленые водоросли.

Ключевые слова: хлорелла, очистка, загрязнение водоемов.

Антропогенное воздействие, оказываемое на водные экосистемы, приводит к изменению температурного и гидрологического режимов, нарушению условий жизнедеятельности речной и прибрежной экосистем, способствует массовому развитию цианобактерий (сине-зеленых водорослей) на значительной части водоема [1]. Отмирание водорослей приводит к ухудшению гидрохимического режима и санитарных показателей качества воды. Рыбное население водоема не способно в полной мере утилизировать органические вещества, накапливающиеся в водоеме при высокой антропогенной нагрузке, что приводит к увеличению скоростей эвтрофикации.

Н.Богданов, проводивший эксперименты по альголизации Пензенского водохранилища, выявил особенности воспроизводства хлореллы (Chlorella vulgaris) и возможности ее использования для биологической реабилитации сточных вод после аэротенков, воды загрязненного водоема и пруда накопителя птицефабрики, сточных вод химкомбината, животноводческих хозяйств [2]. При оценке изменения качества вод использовался коэффициент оптической плотности, который отражал концентрацию водорослей в воде. Н.Богданов запатентовал [3; 4] способ культивирования нового штамма зеленой водоросли Chlorella vulgaris BIN, которой и проводил альголизацию Пензенского водохранилища. Диапазон роста данной одноклеточной водоросли довольно широк не только на питательных средах, но и в природных водах. Исходным для штамма Chlorella vulgaris BIN был штамм Chlorella vulgaris ИФР № С-111, который культивировался на сточных водах бытовых, промышленных и сельскохозяйственных предприятий. В результате чего был отобран промежуточный

штамм, наиболее приспособленный и нетребовательный к условиям культивирования.

Штамм Chlorella vulgaris ИФР № С-111 был выделен из образцов воды Нурекского водохранилища (Таджикистан) в 1977 году [5; 6]. Преимуществом штамма является его планктонные свойства и равномерное распределение клеток в водной толще. Штамм защищен патентом РФ № 1751981 и принят на депонирование Институтом физиологии растений им. К.А.Тимирязева Российской Академии наук. Хлорелла создает конкуренцию сине-зеленым водорослям в использовании биогенных веществ. Чем больше снизится концентрация азота и фосфора в воде за счет использования их зелёными водорослями, тем меньше возможностей остается для развития сине-зеленых водорослей [2; 5]. Таким образом, основной задачей при использовании хлореллы в очистке водоемов является замещение трофических тупиков - цианобактерий зеленой водорослью, которая может быть вовлечена в пищевые цепи.

Стандартизованной методики использования хлореллы в очистке в настоящий момент не существует, однако эксперименты по альголизации водоемов проводились во многих местах. Первая попытка альголизации хлореллой (Chlorella vulgaris) была предпринята в 1998 году на базе Пензенского водохранилища [2]. Результаты эксперимента оказались отрицательными, вода продолжала «цвести». Прежде чем проводить альголиза-цию водоема штаммом Chlorella vulgaris ИФР № С-111 был выделен из Пензенского водохранилища аборигенный вид Chlorella vulgaris и предпринята попытка альголизации водоема именно этой формой (как наиболее приспособленной к природно-климатическим и гидробиологическим условиям водохранилища). Аборигенный вид и штамм Chlorella vulgaris ИФР № С-111 культивировались на водохранилищной воде с использованием питательной среды в лабораторных условиях. По анализируемым критериям (размер клетки, рост на питательной среде, способность к осаждению, прилипание к стенкам сосуда, отношение к свету) аборигенная форма хлореллы по основным показателям уступала штамму Chlorella vulgaris. Выведенный аборигенный вид Пензенского водохранилища был внесен в водоем летом 1998 года в объеме 20 л. совместно с акклиматизированным видом. В последующий период была предпринята попытка альголизации в подледный период. Ежегодно в двух местах водоема вносилась культура хлореллы с плотностью клеток 50-60 млн/мл по 20 л (общая площадь Пензенского водохранилища 110 км , объем воды

составляет 0,53 км3). Благодаря этому стартовые условия для развития аборигенных и акклиматизированных видов становились идентичными. В процентном отношении от общей численности клеток фитопланктона хлорелла составляла 10% весной и 30% летом и осенью.

Влияние зеленых водорослей на сине-зеленые исследовалось в течение вегетационного периода в лабораторных условиях. Для исследования использовались пробы воды из Пензенского водохранилища. Отмирание клеток сине-зеленых водорослей отмечалось в промежутке от 9 до 21 дня. В лабораторных условиях также было показано, что хлорелла оказывает избирательное действие и на другие виды водорослей, которые традиционно вызывают «цветение» воды (водоросли родов Aphanizomenon, Anabena, Microcystis). Для вовлечения в пищевые цепи зеленых водорослей и снижения цветения воды в Пензенском водохранилище проводились работы по зарыблению водоема растительноядными рыбами (белый толстолобик, пестрый толстолобик) [5].

Последующие исследования Пензенского водохранилища показали, что процессы эвтрофирования с преобладанием в «цветении» воды цианобактерий были заменены на преобладание зеленых водорослей, которые в значительной мере улучшили потребительское качество и санитарное состояние воды. Пензенское водохранилище послужило базисом для последующих (2001-2006 гг.) альголизаций других водоемов: Волгодонский судоходный канал (2005 г.); Волгоградское водохранилище (2007 г.) [7]; Цимлянское водохранилище (2007 г.); Матырское водохранилище (2009 г.); Ижевское водохранилище (2009 г.) [8]; Белоярское водохранилище (2009 г.); декоративные пруды (например, г.Тольятти, 2009 г.); Казанский зооботсад (2009-2011 гг.); рыбоводные пруды Московского и Куйбышевсого района (г. Москва, 2009 г.); Черноисточинское водохранилищ (г. Нижний Тагил, 2011 г.).

Цель работ, проводимых на Матырском водохранилище Липецкой области, заключалась в восстановлении его экологической системы Ма-тырского водохранилища. Для реализации цели была проведена альголи-зация водоема штаммом Chlorella vulgaris BIN. В качестве основных показателей проведенных работ были использованы гидрохимические показатели качества воды, количественный и качественный состав фитопланктона Матырского водохранилища. Результаты альголизации сравнивались с контрольным заливом (Пионерский пруд), в котором данные работы не проводились. В итоге качество вод по ряду контролируемых показателей

изменилось в лучшую сторону. Помимо данных результатов, по сравнению с 2008 годом альголизация позволила предотвратить в 2009 году «цветение» воды сине-зелеными водорослями [9].

Целью работы на Ижевском водохранилище Удмурсткой области и метод ее реализации аналогичен проводимой методике на Матырском водохранилище. Было проведено две альголизации в 2009 году штаммом Chlorella vulgaris ИФР № С-111, полученным по ТУ 9284-001-1200182605. Первое вселение объемом 1,5 тонны было проведено 23 апреля после весеннего половодья в пяти местах водоема (общая площадь водоема 24 км ). Второе проходило в мае после паводка общим объемом 2 тонны. Результаты эксперимента схожи с результатами предыдущего примера и наблюдаются уже в первый год альголизации. В последующие годы объем вносимого штамма планировалось сократить. В 1 мл приготовленной суспензии вносилось 50 млн. особей хлореллы. Отмечалось, что в результате внесения культуры хлореллы создается новая трофическая цепь: хлорелла - зоопланктон - растительноядная рыба - плотоядная рыба.

Основным поставщиком штамма Chlorella vulgaris ИФР № С-111 с периода 2005 года по настоящее время явилось предприятие ООО НПО «Альгобиотехнология». По их информации три литра суспензии хлореллы при плотности 50млн/мл необходимо для очистки 1 га водоема, а ее стоимость - 1 тыс. руб. [4]. В последующем было показано, что вселение штамма хлореллы в декоративные мини-пруды не оказывает результата очистки: в прудах появились нитчатые водоросли, с которыми хлорелла не способна бороться (пруд в г.Тольятти) [11].

В Татарстане также была предпринята попытка реабилитации озера Средний Кабан в 2009-2011 годах в районе зооботсада по рекомендациям Н.Богданова [12]. Альголизацию в рамках благотворительной акции проводили ООО «Энерготехнопром» совместно с ФГОУ ВПО «Казанская государственная академия ветеринарной медицины им. Н.Э.Баумана» и Ассоциацией предприятий малого и среднего бизнеса Республики Татарстан [13]. В этот период было отмечено снижение «цветения» сине-зелеными водорослями.

Время альголизации также влияет на итоговый результат и выявлено, что первый этап необходимо проводить в подледный период. Общий объем вносимой суспензии также индивидуален для каждого водоема и может изменяться от 20 литров до 2 тонн [2; 5; 8; 9; 10].

Проведя обзор альголизации водоемов можно отметить, что эффект от вселения штамма Chlorella vulgaris построен на снижении концентрации биогенных элементов в воде, что приводит к сокращению доли синезеленых водорослей в составе фитопланктона и позволяет создавать новые пищевые цепи. Проведенный анализ не выявил возможности использования хлореллы для очистки вод при различных типах производственных органических загрязнений. Для выяснения возможности более широкого использования хлореллы необходимы дополнительные исследования. Особым вопросом является выбор штамма водоросли (Chlorella vulgaris BIN, Chlorella vulgaris) в очищаемом водоеме.

Источники

1. Электронная версия журнала «Ресурсы, качество, использование и охрана поверхностных вод». Биотехнологические методы решения проблемы «цветения» водоемов южных регионов России. Кружилин И.П., Мелихов В.В., Богданов Н.И., Кузнецов П.И. URL: http://2010.sibico.com/ abstracts/2006/Sect_01-1_Rus_Abstracts.pdf?PHPSESSID=8d7675060dadd3487d0291cdM730700

2. Богданов Н.И. Биологические основы предотвращения «цветения» Пензенского водохранилища синезелеными водорослями. 2-е издание, дополненное и исправленное. Пенза: РИО ПГСХА, 2007. 75 с.

3. Богданов Н.И. Штамм микроводоросли Chlorella vulgaris BIN для получения биомассы и очистки сточных вод: пат. Рос. Федерации № 2192459. Бюл. № 31. 2002.

4. Сайт Роспатент. Федеральная служба по интеллектуальной собственности. URL: http: //www. algobiotehnologia.com/water/rehabilitation.html

5. Богданов Н.И. Биологическая реабилитация водоёмов. 3 издание, дополненное и переработанное. Пенза: РИО ПГСХА, 2008. 152 с.

6. Таубаев ТТ., Буриев С.С. Культивирование протококковых водорослей на сточных водах. // Физиологобиохимические аспекты культивирования водорослей и высших водных растений в Узбекистане: сборник. Ташкент: Фан, 1976. С. 3-23.

7. Некоммерческое учреждение Научно-исследовательский институт альгобиотехнологии. http://chlorella-v.narod.ru/river.html

8. Журнал промышленная и экологическая безопасность. URL: http://www.udmnews.ru/zhurnal/ arkhiv/nomer_zhurnala/detail.htm?itemid=897119

9. Система электронной торговли ООО НПО «Альгобиотехнология». Матырское водохранилище. URL: http://algobiotehnologia.ru/shop/1583818/1583819.html

10. Система электронной торговли ООО НПО «Альгобиотехнология». Ижевское водохранилище -http://algobiotehnologia.ru/shop/1583818/1583821.html

11. Сайт Mastervodopad. Водоемы искусственные в г. Тольятти. URL: http://prud-tlt.my1.ru/ index/khlorella/0-15

12. Электронная версия газеты «Время и деньги». Хлорелла очищает озеро в Казанском зоопарке URL: http://www.e-vid.ru/index-m-192-p-63-article-29562.htm

13. Энерготехпром. Биологическая очистка озера зооботсада. URL: http://biovet-service.ru/lastnews.html

Зарегистрирована 01.09.2011 г.