Эндоэкологические параметры, влияющие на сукцессию бактериопланктона Черекского водоёма

Эндоэкологические параметры, влияющие на сукцессию бактериопланктона Черекского водоёма*

Д.К. Кожаева, к.б.н., С. Ч. Казанчев, д.с.-х.н.,

Л.А. Казанчева, к.б.н., М.Х. Пежева, к.б.н., Кабардино-Балкарская ГСХА

Состав микрофлоры и характер микробиологических процессов в водоёмах тесно связаны с экологической обстановкой окружающей среды, её физическими и химическими особенностями и со всем комплексом гидробионтов. Основными свойствами, характеризующими водоёмы как внешнюю среду для развития организмов, следует считать такие факторы, как температурный, кислородный и газовый режимы, солевой состав, поступление биогенных элементов [1].

В связи с освоением Черекского водохранилища необходимо знать микробиологические процессы, протекающие в огромном водном массиве, научиться управлять ими для создания условий, способствующих росту и развитию трофической базы, прогнозировать биопродукцию.

Микроорганизмы связывают гидробионты водоёмов с абиотической средой. С биохимической деятельностью микроорганизмов тесно связаны кислородный режим, трансформация биогенных элементов, в первую очередь, азота и фосфора, минерализация органического вещества, образование донных отложений и их влияние на водную толщу, санитарное состояние водоёмов. Изучение и анализ развития бактериального сообщества водоёмов, определяемого конкретными условиями и особенностями их хозяйственного использования, поможет вскрыть общие закономерности протекания в них бактериальных процессов и оценить степень их влияния на эндоэкологическую сукцессию бактериоплан-ктона [2].

Цель данной работы — изучение распределения и динамики численности микроорганизмов в Черекском водохранилище с учётом действия природных и антропогенных факторов.

При изучении сезонной динамики численности бактериопланктона и бактериобентоса пробы воды отбирали батометром [3], химическим батометром Рутнера или в стерильные склянки (скляночным методом) [4]. При отборе гидробиологических проб брали пробы грунта иловой трубкой, а также дночерпателями различных систем. Места отбора проб выбирались с учётом глубины.

Общее число микроорганизмов определяли по методу А.С. Разумова [5].

Для определения первичной продукции два раза в месяц отбирали пробу бактериопланктона, как правило, в первой половине дня, поскольку данные отбора проб в это время отвечали среднесуточным.

Отбор проб и обработку бактериопланктона осуществляли на ультрамембранных фильтрах марки «НИFS» фирмы Chemopol [6].

Регулярный учёт численности бактериопланктона в Черекском водохранилище начат с 2005 г.

Исследования проводились на трёх основных плёсах. Изучение распределения и динамики численности микроорганизмов с учётом действия природных и антропогенных факторов в течение ряда лет позволило накопить статистически достоверный материал и вскрыть закономерности формирования и изменения микробных популяций (табл. 1).

В таблице 1 сведены данные по количеству бактерий за 5 лет с апреля по ноябрь. По средним результатам видно, что в течение вегетационного периода (90 дней —I рыбоводная зона) бактерии

1. Сезонная динамика численности бактерий, млн./мл

Год Апрель Май Июнь Июль Август Сентябрь Октябрь Ноябрь

сере- дина ко- нец сере- дина ко- нец сере- дина ко- нец сере- дина ко- нец сере- дина ко- нец сере- дина ко- нец сере- дина ко- нец сере- дина ко- нец

2005 1,95 1,44 1,67 1,94 0,66 0,51 0,61 0,54 0,57 0,75 1,29 1,42 1,36 1,19 1,21 0,77

2006 1,87 1,48 1,83 1,65 0,65 0,71 0,78 0,61 0,91 1,23 1,28 1,36 1,69 1,78 1,37 0,71

2007 1,83 1,42 1,66 1,60 0,61 0,79 0,82 0,65 1,32 1,52 1,26 1,49 1,75 1,27 1,99 0,70

2008 1,74 1,53 1,85 1,77 0,48 0,48 1,41 1,45 1,66 1,62 1,35 1,51 1,45 1,36 1,29 1,01

2009 1,85 1,61 1,87 1,94 1,53 1,53 1,89 2,03 1,63 1,59 1,47 1,63 1,54 1,57 1,44 1,0

Ср.за все годы 1,85 1,50 1,72 1,78 0,99 0,99 1,01 1,06 1,23 1,50 1,33 1,59 1,56 1,47 1,51 0,7

* Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ, грант 01. 11. Д—А—1, регистрационный № 0870027

2. Численность бактерий на различных участках водохранилища за 5 лет

Место взятия проб Годы

2005 2006 2007 2008 2009

Центральная часть (главный плёс) 0,66 0,61 0,91 1,21 1,19

На участке впадения: 0,67 0,63 0,77 1,20 1,22

Безенгийский, Балкарский 0,63 0,62 0,73 1,18 1,17

У плотины 0,61 0,62 0,63 1,16 1,18

имеют два максимума численности — весенний и осенний. С середины апреля до конца мая количество бактерий за эти годы в среднем было равно 1,82 млн. в 1 мл воды, к концу июня их численность резко сокращается (0,76 млн./мл) и с этого времени до середины сентября колеблется около 1,15 млн./мл. В конце сентября она резко возрастает, до начала ноября равна 1,49 млн./мл воды. Больше всего бактерий на участке впадения Черек-Безенгийский в водохранилище: 1,45—1,63 млн./мл величины (табл. 2).

Весенний пик численности бактерий наблюдается в половодье. В этот период в водохранилище попадает значительное количество бактериальных клеток терригенного происхождения. Увеличение их числа за счёт размножения почти не происходит ввиду низкой температуры воды. Осенний пик, по-видимому, обусловлен как размножением бактерий за счёт органического вещества отмирающих водорослей, так и взмучивания донных отложений. Летний минимум определяется относительно большим количеством безветренных дней. Получается, что численность бактерий бывает наибольшей в периоды наименьшего размножения. Таким образом, весенний и осенний пики численности бактерий являются результатом действия абиотических факторов. В период наиболее интенсивного размножения численность их наиболее устойчива и, следовательно, сбалансирована противоположно направленными процессами элиминации. Среднеквадратическое отклонение и средняя ошибка максимальная весной и осенью и минимальная летом (см. доверительный интервал на рис. 1).

Разница между среднеарифметическим количеством бактерий весной и осенью, с одной стороны, и летом — с другой, достоверна: нормированное отклонение Т = 2,5—3,5.

Рис. 1 - Сезонная динамика численности бактерий за 5 лет

В среднем за 5 лет количество бактерий по результатам стандартных проб равно 1,27 млн./мл за первый год (2005), 1,12 — за последующие (табл. 3). По-видимому, существует некоторая тенденция к увеличению количества микроорганизмов.

В первые годы обследований было установлено, что в прибрежной зоне водохранилища, в мелководных заливах и предустьевых пространствах малых рек бактерий в 1,4—2 раза больше, чем в главном плёсе, в прибрежных зарослях их ещё больше.

3. Количество бактерий по результатам стандартных проб за 5 лет, млн./мл

Количество бактерий Годы Среднее за все годы

2005 2006 2007 2008 2009

Среднее за вегетационный период 1,12+0,14°° 1,08+0,27 1,22+0,16 1,46+0,19 1,59+0,13 1,30+0,31

За 5 лет каждая цифра представляет среднее примерно из 30 анализов Доверительный интервал среднеарифметической

То же наблюдалось и в последующие годы. В целом коэффициент корреляции между численностью бактерий и уровнем водохранилища оказался ниже минимального, позволяющего говорить о положительной связи между ними (г = 0,3 при г min = 0,5). В трёх случаях из пяти эти колебания совпадали по знаку. Для окончательного решения этого вопроса данных за 5 лет недостаточно, поскольку на количество бактерий влияют и другие факторы: ветровое перемешивание, температура.

Зимой численность бактериального населения водоёма снижается в 1,2—1,5 раза против летней, но в общем, если учесть, что в этот период нет ветрового перемешивания, находится на довольно высоком уровне (табл. 4).

В начале апреля, когда водохранилище еще не освободилось ото льда, количество микроорганизмов увеличивается по сравнению с наблюдающимся зимой в 1—1,5 раза.

Поздней осенью и зимой при низких температурах общий обмен у бактерий снижается в 6—8 раз и соответственно замедляются темпы размножения. Большинство бактерий в этот период находится в состоянии, близком к анабиозу. В связи с этим их численность как бы консервируется за 4,5 мес. подледного периода (декабрь — март + У апреля): 0,68—1,76 млрд.

бактерий, содержащихся в 1 л воды, потребляют от 4 до 11 мг кислорода, в то время как летом такое же количество кислорода расходуется за 10—15 дней.

Располагая достаточным числом наблюдений, мы получали общее количество потреблённого и выделенного кислорода за месяц и за весь вегетационный период (табл. 5).

Как видно из таблицы 5, на протяжении всего периода наблюдений выделение кислорода шло с большей скоростью, чем его поглощение. Следовательно, скорость образования органических веществ превышала скорость их разрушения, что обеспечило возможность накопления органических веществ в водохранилище.

Величина Ф/Д, рассчитанная для всей толщи воды, зависит от соотношения глубины и прозрачности воды. Следовательно, общий объём деструкции, или скорость потребления кислорода в воде, отражает положительный момент баланса органических веществ. Это даёт основание считать, что Д в какой-то мере может служить показателем продуктивности водохранилища в целом.

Чистая продукция планктона Черекского водохранилища за весь период наблюдений составила в среднем 28736 кг О2, т.е. 108,9 г О2, или 384,2 ккал/м2.

4. Количество бактерий в зимний период 2007 г.

Место взятия проб Горизонт 20—25 января 5—10 апреля

Центральная часть (глав- Поверхность 0,62 1,65

ный плес) Дно 1,27 1,71

На участке впадения: Поверхность 0,65 1,74

Черек — Безенгийский Дно 0,69 1,77

Черек — Балкарский Поверхность 0,49 1,75

Дно 0,77 1,83

У плотины Поверхность 0,44 1,68

Дно 0,51 1,91

Среднее Поверхность 0,55 1,71

Дно 0,81 1,81

5. Количество потребления и выделения кислорода

Период О2 г/м2 за сутки кг О2 на водохранилища за мес. О2 г/м2 за мес.

Ф1) Д2) Ф/Д3) Ф Д Ф Д Ф Д Ф Д

Май 1,65 1,64 0,04 13400 13044 +356 51,2 50,0 +1,2

Июнь 2,81 2,26 0,55 21275 15971 +5304 84,3 67,8 +16,5

Июль 3,12 2,91 0,21 24531 23430 + 1101 96,7 90,2 +6,5

Август 4,85 3,65 1,2 40960 30150 + 10810 150,4 113,2 +37,2

Сентябрь 2,72 1,67 1,05 21840 13971 +7869 81,6 50,1 +31,5

Октябрь 1,57 1,15 0,23 11811 9015 +2796 48,7 35,7 +13,0

1 мая-1 ноября - - - 133817 105581 +28236 515,9 407 +108,9

Примечание: 1) фитопланктон; 2) дыхание; 3) фитопланктон/дыхание по методу Винберга

Характерен сезонный ход интенсивности фотосинтеза: уже в октябре интенсивность фотосинтеза упала до 1,57 г/л сутки. Мы полагаем, что это связано с начавшимся понижением температуры и сокращением светового дня. Несмотря на возможные неточности в расчётах баланса, можно с полной уверенностью сделать вывод о том, что биотический баланс водной массы Черекского водохранилища сильно различается в разные годы, но имеет положительный баланс планктона. Первичная продукция и деструкция водной массы выразились очень близкими величинами.

Анализируя интенсивность развития микрофлоры, мы сталкнулись с тем, что количество бактериопланктона зависело от термических условий. Время генерации бактерий в водохранилище колебалось в пределах 5,3—152,2 часа; продукция — 541—2583 тыс. клеток /мл в час. Наиболее высокая скорость размножения бактерий

наблюдалась в июле — августе, время генерации бактерий в августе в 4,3—5 раз выше, чем в мае.

На наш взгляд, изучение водных ресурсов республики по предложенной нами программе позволит выбрать приёмы регулирования интенсивности микробиологических процессов в Черекском водохранилище и других водоёмах.

Литература

1. Буторина П.В.Общая гидрохимия. JL: Наука, 1969.С. 20—30.

2. Баранов И.В., Салазкин А.А. Определение качества потребленного рыбами естественного и искусственного корма уравнением энергетического баланса // Изд. НИИ озёр и речного рыбоводства. 1980. № 88. С. 47—53.

3. Родина А.Г. Микробиологические исследования водоёмов. М-Л.: Издательство АНСССР, 1950. 68 с.

4. Винберг Г.Г. Основы количественного изучения трофических взаимоотношений видов в экосистеме // Исследования продуктивности вида в ареале. Вильнюс, 1975. С. 7—15.

5. Разумов A.C. Микробиология водной экосистемы. М.: Наука, 1974. С, 45-55.

6. Харитонова H.H. Методические рекомендации по совершенствованию метода комплексной идентификации прудового рыбоводства УССР. Киев, 1975.С. 13-23.