Микрофлора поверхностных вод и донных отложений речных систем в районе воздействия Белореченского химзавода

МИКРОФЛОРА ПОВЕРХНОСТНЫХ вод И донных ОТЛОЖЕНИЙ РЕЧНЫХ СИСТЕМ В РАЙОНЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ БЕЛОРЕЧЕНСКОГО ХИМЗАВОДА

Е.И. Муравьёв

Кафедра общей биологии и экологии, Кубанский государственный аграрный университет ул. Калинина, 13, 350044, Краснодар, Россия

Проанализированы особенности функционирования микробных сообществ в поверхностных водах и лонных отложениях речных систем, подверженных воздействию Белореченского химзавода; выделены аммонифицирующие и аминоафтотрофные, тионовые и сульфатредуцирующие бактерии и микромицеты. Согласно исследованиям, воды рек изучаемой территории можно отнести к полисапробной группе.

Проблема охраны водных экосистем становится все более значимой по мере усиления воздействия человека на природу. Малые реки, особенно на Кубани, являются важным звеном ландшафтных систем, поскольку выполняют функции регулятора водного режима, обеспечивают перераспределение влаги, определяют гидрологическую и гидрохимическую специфику средних и крупных бассейнов и т.д. [2-4] Малые реки являются начальным звеном крупных водных систем, накапливая последствия отрицательного влияния раньше и резче [1]. Однако изучены они недостаточно, и сведения о состоянии многих из них весьма фрагментарны.

В последние десятилетия, когда резко возросли масштабы хозяйственной деятельности человека и усилилось его влияние на природные системы, вопросы сохранения и рационального использования малых рек встали особенно остро. В частности, серьезная экологическая проблема сложилась в бассейнах степных малых рек в зоне активного воздействия Белореченского химзавода.

Длительное техногенное воздействие приводит к неоднородности биотопов: по мере приближения к источнику выбросов она усиливается за счет появления микроучастков, непригодных для обитания. Из-за попадания в окружающую среду различных веществ изменяются ее химические, физикохимические и биологические свойства. Это приводит к формированию специфических микробных комплексов.

Методика исследований. В качестве объектов исследования микрофлоры послужили образцы поверхностных вод и донных отложений на прилегающих к Белореченскому химзаводу территориях. Численность микроорганизмов определяли методом посева разведений воды и донных отложений на соответствующие питательные среды. Изучение таксономического состава проводилось с использованием определителей по установленным морфологическим и физиолого-биохимическим признакам изолированных колоний. В ходе микробиологического анализа определялась численность следующих таксономических групп микроорганизмов: бактерий, актиномицетов, дрожжей, микроскопических грибов. Идентификация культур проводилась общепринятыми методами. Идентификацию микромицетов проводили с помощью определителей отечественных и зарубежных авторов.

Исследования речных систем зоны влияния Белореченского химзавода проводились в течение 2004-2007 гг. За эти годы было проанализировано 70

проб поверхностных вод и 70 проб донных отложений. Оценка экологического состояния речных систем и забор проб осуществлялись методами экспедиционных обследований с шагом 1 км от источника к устью.

Микрофлора воды и ила. В ходе микробиологического анализа в 2003 г. были исследованы пробы воды, отобранные в реках Пшеха и Белая, а также в пруду и на территории недостроенных корпусов завода. Микробный пул принимает максимальное значение в пробах воды р. Пшеха, а минимальное - в воде пруда в осеннее время (табл. 1). Низкие значения численности микрофлоры в пробах воды, отобранных в январе, может объясняться снижением активности микрофлоры вследствие низких температур.

Таблица 1

Количественный и качественный состав микрофлоры проб воды

Место отбора Общее микробное число (КОЕ/г х 106) при температуре Показатель процесса самоочищения Коли-индекс Аминоавто-трофные, КОЕ/г х 105 <и Зл X о £х |й о S X lg з: х: 2

22° С 37° С

Пруд (октябрь) 188 4 47,0 <500 0 15 0

р. Пшеха (октябрь) 214 213 1,0 <500 7 10 0

Зона завода 2 8 0,25 27000 0 0 0

р. Пшеха (январь) 2 6 0,3 1300 0 2 0

р. Белая (январь) 0 7 0 70000 0 0 0

По соотношению численности сапротрофных микроорганизмов, растущих при температуре 22-37° С, можно судить о динамике и интенсивности процесса самоочищения водоема. В пробах воды, отобранных в зимнее время в обеих реках и на территории недостроенных корпусов завода, показатель самоочищения ниже 1, что свидетельствует о слабых процессах самоочищения или об их отсутствии. В пруду показатель самоочищения высокий (47,0), что указывает на активное разложение в нем органических веществ. Как правило, в летне-осенний период, при более высоких температурах окружающей среды, процессы самоочищения протекают более активно.

Способность водоемов к самоочищению обусловлена присутствием в них автохтонной микрофлоры, включающей представителей следующих родов бактерий: Pseudomonas, Bacillus, Flavobacterium. Значения показателя свежего фекального загрязнения (коли-индекса) в пробах воды, отобранных в зимнее время, превышают норму, что свидетельствует о санитарном неблагополучии данных водоемов.

Во всех исследованных пробах воды доминирует группа аммонифицирующих бактерий, что свидетельствует о преобладании процессов гниения, брожения, разрушения сложных белковых соединений. Качественный состав исследованных проб воды не отличается большим разнообразием и включает представителей родов Pseudomonas, Caulobacter, Bacillus, Pediococcus, Pimelobacter. Наиболее интенсивно микробиологические процессы протекают в донных отло-

жениях. В пробах ила в среднем на 1 г ила содержится до 2,2 х 108 клеток микроорганизмов (табл. 2).

Результаты микробиологического исследования ила свидетельствуют о следующем: в пробах, отобранных из р. Пшеха, численность аминоавтотрофных микроорганизмов превышает численность аммонифицирующих, что, возможно, объясняется повышенной минерализацией воды. Протекающие процессы окисления сульфатов не уравновешены восстановлением серосодержащих соединений. В пробах ила не обнаружены актиномицеты, микроскопические грибы и дрожжи, т.е. качественный состав микрофлоры беден.

Таблица 2

Количественный и качественный состав микрофлоры проб ила

Место отбора Аммонифи- і імглііпі игла bi*,r/*r“Vwi х 10 КОЕ/г Аминоавто-трофные, х 10е КОЕ/г Сульфатре-ду ктары, титр кл/г Тионовые, титр кл/г Микромицеты, х 104 КОЕ/г

Пруд 221 106 100 10000 0

р. Пшеха 174 215 100 10000 0

В 2005 г. летом проводились исследования рек Белой, Пшеха, Ганжа, озера, отстойников и болота.

Микрофлора отобранных образцов воды представлена различными функциональными группами бактерий. Численность бактерий в микробоценозах исследованных объектов высока и превышает численность актиномицетов, микроми-цеты в данных пробах не выделены.

Анализ общего характера микробного населения исследуемых рек показывает, что бактериальная флора в водоеме состоит преимущественно из палочек, изредка попадаются кокки и актиномицеты. Качественный состав исследованных проб воды включает представителей родов: Pseudomonas, Bacillus, Pediococcus Acetobacter, Pimelobacter, а также актиномицетов рода Nocardia (табл. 3).

Таблица З

Качественный состав микрофлоры воды

Микроорганизмы Встречаемость, % Среднее количество, КОЕ/мл x 10е

Bacillus 85,7 11,33

Pseudomonas 100 53,00

Azomonas 28,6 95,00

Pimelobacter 57,1 46,50

Pedioccocus 28,6 2,50

Acetobactcr 28,6 5,00

Nocardia 42,8 1,33

В поверхностных водах исследованных объектов показатель самоочищения различный (0,57-2,5). Наиболее низок этот показатель в р. Белая, что свидетельствует о низкой активности разложения органических веществ и слабых процессах минерализации органических соединений в месте отбора проб. И наоборот, наиболее интенсивно проходят эти процессы в озере и дренажном канале.

Способность водоемов к самоочищению обусловлена присутствием в них автохтонной микрофлоры, включающей представителей следующих родов бактерий: Pseudomonas, Bacillus.

Количественные и качественные соотношения организмов в водных микро-боценозах нестойкие и изменяются в зависимости от ряда факторов, к примеру, от содержания в воде органических веществ. Воду рек Белая и Пшеха по количеству населяющих ее сапрофитов порядка 106' 107 КОЕ/мл можно отнести к полисапробной зоне (сильного загрязнения). Наиболее загрязненным является болото - 1,2 х 108 КОЕ/мл (табл. 4).

Колиформные бактерии являются индикаторами фекальных загрязнений, поступающих в водоемы в результате антропогенного воздействия. Анализ полученных данных позволил установить, что значения показателя свежего фекального загрязнения в пробах воды рек Белая и Пшеха превышают норму. Чаще всего источником загрязнения является выпас домашних животных и птиц, а также бытовые стоки. В пробах р. Ганжа 2, оросительного канала р. Белая, отстойника предприятия общее количество колиформных бактерий ниже нормы, что свидетельствует об отсутствии свежего фекального загрязнения и санитарном благополучии в местах отбора проб.

Таблица 4

Количественный состав микрофлоры воды

Место отбора Общее микробное число (КОЕ/мл х 10е) при температуре 1 Показатель процесса самоочищения ОКБ в 100 мл * 3 3 LU £ 8 8 i ° 2 Аминоавштрофные, КОЕ/мл х 10е £ ° § X з: ц Q. ¡2 S о 2 *

22° С 37° С

р. Пшеха 10 12 0,83 900 5 8 0

р. Белая до города 10 8 1,25 100 6 11 0

Оросительиый канал р. Белая 5 2 2,5 200 1 1 0

Отстойник предприятия 4 7 0,57 1600 0 1 0

р. Ганжа 2 8 9 0,88 300 4 7 0

р. Ганжа (болото) 110 120 0,91 200 82 146 0

Озеро (п. Друный) 94 100 0,94 2000 2 10 0

Донные отложения тесно взаимодействуют с водой. Из грунта в воду непрерывно поступают различные соли, газы, твердые компоненты; навстречу этому потоку идет другой, несущий в донные отложения различные минеральные и органические вещества из толщи воды. Донные отложения играют роль аккумуляторов антропогенного загрязнения, а концентрация в них загрязнителей является надежным индикатором антропогенной нагрузки на природу, поэтому чрезвычайно важно проводить их исследования.

Микробиологическому контролю было подвергнуто пять образцов донных отложений. В исследованных донных отложениях преобладает бактериальная

микрофлора; общее микробное число колеблется в пределах от 2 до 12 х 105 КОЕ/г (табл. 5).

В процессе исследования были выделены следующие группы микроорганизмов: аммонифицирующие и аминоавтотрофные, тионовые, сульфатредуцирую-щие бактерии и микромицеты. По сравнению с водой значительно большее количество аммонификаторов встречается в поверхностных слоях иловых отложений. В микробоценозах ила исследованных объектов преобладают бактерии, минерализующие белковые соединения.

В донных отложениях исследуемых проб идут активные процессы восстановления сульфатов, о чем свидетельствует высокий титр сульфатредуцирую-щих бактерий. В пробах рек отмечено доминирование сульфатредуцирующих бактерий над тионовыми. Преобладание сульфатредукторов указывает на накопление органических веществ, что ведет к интенсивному восстановлению сульфата и выделению сероводорода.

Таблица 5

Количественный состав донных отложений

Место отбора Общее микробное число х 105кл/мл Аминоавтотрофные, кл/rx 10! Сульфатредук-торы, титр кл/г Тионовые, титр кл/г Микромицеты, КОЕ X 10s

Отстойник около фосфо-гипсовых полей 12 8 10000 100

Озеро (п. Дружный) 2 4 1000000 10000 2

Отстойник предприятия 10 28 10000 100 1

р. Ганжа (болото) 6 64 10000 100 8

р. Пшеха 6 70 100 100 6

Восстановление сульфата - важный фактор минерализации органического вещества на дне рек. Признаками такой минерализации служат запах сероводорода и черный как смоль ил, в котором протекает этот процесс. Черный цвет ила обусловлен присутствием в нем больших количеств сульфида двухвалентного железа. Наибольшее количество сапротрофной микрофлоры наблюдается в отстойнике.

Качественный состав микробоценозов представлен несколькими видами бактериальных культур, в основном это представители следующих родов: Pseudomonas, Pimelobacter, Bacillus, Acetobacter и другие (табл. 6).

Таблица 6

Качественный состав микрофлоры донных отложений

Микроорганизмы Встречаемость, % Среднее количество, X Ю5КОЕ/г

Bacillus 60 566667

Pseudomonas 100 3400000

Flavobacterium 40 150000

Acetobacter 20 200000

В пробах донных отложений количество микроскопических грибов невелико и их качественный состав беден, представлен несколькими родами: Pénicillium, Mycelia, Cladosporium, Verticülium, Paecilomyces Trichoderma, Aspergillus.

Завершая анализ состояния микрофлоры вода и дойных отложений в речных системах в зоне воздействия Белореченского химзавода, можно подчеркнуть, что основное количество аммонификаторов обнаружено в поверхностном слое иловых отложений, причем в микробных сообществах преобладают бактерии, минерализующие белковые образования. Для ила характерны весьма активные процессы восстановления сульфатов, на что указывает высокий титр сульфатре-дуцирующих бактерий по сравнению с тионовой группой. Микрофлора водных систем представлена различными функциональными группами, среди которых преобладают аммонифицирующие и аминоафтотрофные бактерии, что говорит о возможности интенсификации самоочищения водоемов в случае прекращения их загрязнения.

ЛИТЕРАТУРА

1. Беточенко И.С. Экология Кубани. Краснодар, 2005. - Ч. I. Ч. И.

2. Муравьёв Е.И. Гидрохимия поверхностных водных источников, окружающих Белореченский химзавод // Экология речных бассейнов. III Международная научно-практическая конференция. Владимир, 2005. - С. 441-443.

3. Муравьёв Е.И. Загрязнение тяжелыми металлами воды и донных отложений речных систем в районе влияния Белореченского химзавода //Экол. Вестник Сев. Кавказа, 2007.-Т. 3.№ 1.

4. Муравьёв Е.И. Влияние выбросов Белореченского химзавода на загрязнение поверхностных вод и донных отложений // Экол. пробл. Кубани, 2007. № 33.

MICROFLORA OF SURFACE WATERS AND BOTTOM SEDIMENTATIONS OF THE RIVER SYSTEMS IN THE DISTRICT OF THE BELORECHENSK CHEMICAL PLANT IMPACT

E.I. Murav’ev

The Department of common biology and ecology of the Kuban State Agrarian University,

Kalinin St., 13, 350044, Krasnodar, Russia

The peculiarities are analyzed of functioning of the microbial communities in the surface waters and bottom sedimentations of the river systems, which are upon the impact of the Belorechensk chemical plant. The following bacteria and micromycetes have been detached: ammonificators, aminoautothrophic, thionic, sulphatereducing. According to the investigations, the waters of the rivers from the investigated territory may be classified as polysaprobe group.