МИКРОБНЫЕ СООБЩЕСТВА РЕЧНЫХ ЭКОСИСТЕМСУРГУТСКОГО РАЙОНА

Воды рек исследуемой территории маломинерализованные, мягкие, по составу главных ионов относятся к гидрокарбонатному классу кальциевой группы (по классификации О.А. Алекина) [2]. Короткое лето и особенности гидрологического режима (длительный ледостав, растянутое весеннее-летнее половодье, преимущественно снеговое питание с заболоченных водосборов) определяют уникальность гидрохимического состава рек данной территории: интенсивная окраска, низкие значения pH, высокие концентрации органических веществ, соединений железа, аммонийного и нитрит- ного азота, дефицит растворенного кислорода.

Такие особенности химического состава воды должны сказываться на структуре микробных сообществ в водоемах. Однако микробное население водотоков Средней Оби исследовано фрагментарно и недостаточно. Большинство микробиологических исследований водотоков бассейна Оби проводилось на территории Томской области [3, 4] и на Нижней Оби [5]. По водотокам Сургутского района имеются сведения о численности гетеротрофных бактерий для периода открытой воды 2001 г. [6]. Наиболее изучены гетеротрофные бактерии группы кишечной палочки, за содержанием которых ведутся регулярные наблюдения на водотоках в пределах населенных пунктов в системе санитарно-эпидемиологического контроля.

Оценка состояния речных экосистем в России проводится в основном по гидрохимическим показателям, критерием состояния водотока являются нормативы предельно допустимых концентраций (ПДК). Такая практика не позволяет оценить обобщенное воздействие загрязняющих веществ на экосистему водоема.

Одним из способов оптимизации системы экологического мониторинга водотоков (особенно антропогенно нарушенных) является изучение количественного и качественного состава микробных сообществ, поскольку они, с одной стороны, играют важную роль в процессах деструкции и трансформации органических веществ [7], тем самым непосредственно участвуя в формировании химического состава воды; с другой стороны - определяют степень пригодности воды для использования человеком [8].

Материалы и методы исследований

Для микробиологической характеристики водотоков отбирались пробы воды в основные гидрологические сезоны 2004-2005 гг. Общая протяженность обследованного участка русла Оби составила около 100 км. Пробы воды отбирались как из основного русла р. Оби, так и из ее притоков.

Отбор проб воды водотоков Сургутского района проводили общепринятыми в водной микробиологии методами [9-11]. Пробы отбирали из поверхностного горизонта водной толщи до 12 часов дня в стерильные флаконы из темного стекла.

Бактериологические посевы десятикратных разведений водной суспензии производили на плотные питательные среды в трехкратной повторности с последующим культивированием в термостатах, прямым подсчетом выросших колоний с пересчетом на 1 мл воды [12, 13].

Для микробиологической характеристики водотоков использовали численность микроорганизмов различных эколого-трофических групп: общее микробное число (ОМЧ), общее количество сапрофитных бактерий (СБ), численность фенолрезистентных бактерий (ФБ), численность бактерий группы кишечной палочки (БГКП), численность бактерий, участвующих в минерализации полимерных субстратов и потребляющих аммонийный азот - нитрифицирующие бактерии (НБ).

Численность сапрофитных гетеротрофных бактерий, утилизирующих легкоокисляемые органические соединения, учитывали на мясопептонном агаре (МПА) после культивирования в течение 72 часов при 25°С.

Значения ОМЧ, являющиеся показателем количества мезо- фильных, мезотрофных аэробов и факультативных анаэробов, определяли на МПА после культивирования в течение 24 часов при 37°С.

Микроорганизмы, утилизирующие полимерные соединения и потребляющие аммонийный азот, выращивались на крахмало-аммиачном агаре (КАА) в течение 72 часов при 25°С.

Бактерии группы кишечной палочки, являющиеся показателем фекального загрязнения водоема, учитывались на среде Эндо после культивирования в течение суток при 37°С.

Бактерии, использующие в качестве источника питания труд- номинерализуемые соединения фенольного ряда (фенолрезистент- ные бактерии), культивировали на питательной среде, содержащей минеральный фон и 1 г/л фенола в качестве единственного источника углерода [14].

Коэффициент минерализации, определяющий способность водотоков к самоочищению, рассчитывали по формуле:

Км = Nhb / Ncbgt;

где N - количество микроорганизмов соответствующих эколого-трофических групп [14].

Микробиологическая характеристика водотоков

в период половодья

В период половодья 2004 г. пробы воды отбирали из водотоков, расположенных непосредственно в черте г. Сургута. Значения ОМЧ для проб воды, отобранных в июне-июле 2004 г., представлены в таблице 1.

Значения ОМЧ в пробах воды, отобранных в период половодья 2004 г. в черте города Сургута, варьируют от 5,13 до 10,96 тыс. кл/мл. Наибольшая численность бактерий отмечена в р. Черная в зоне влияния кладбища и городского пляжа, пр. Боровая ниже сброса очищенных канализационных сточных вод с городских очистных сооружений, и р. Сайма в пределах парковой зоны, где осуществляется неорганизованный сброс хозяйственно-бытовых сточных вод жилого массива.

Таблица 1

Значения ОМЧ водотоков г. Сургута в период половодья 2004 г.

В период половодья 2005 г., помимо двух вышеотмеченных рек, исследовались микробиологические показатели водотоков, расположенных в окрестностях г. Сургута. Причем рр. Почекуика, Большая Моховая и Малая Моховая находятся в селитебной зоне, но впадают в р. Обь выше г. Сургута. Полученные результаты представлены в таблице 2.

Структура микробных сообществ водотоков в период половодья 2005 г.

Таблица 2

Структура микробных сообществ изученных водотоков представлена на рис. 2.

ФБ 0БГКП ВЗНБ

¦ ОМЧ СБ

Для периода половодья 2005 г.

Количество сапрофитных бактерий является показателем их активности в водотоке, которая определяет интенсивность минерализации легко окисляемых органических веществ [15]. Этот показатель для исследованных водотоков также значительно варьирует: от 0,25* 103 до 29,42* 103 кл/мл. Причем пики численности совпадают с пиками значений общего микробного числа. Максимальное количество бактерий данной группы характерно для рр. Сайма, Калинка и Глухая. Однако для р. Оби в районе пос. Барсово и пр. Боровая, для которых получены высокие значения ОМЧ, количество сапрофитных бактерий не велико. В целом для периода половодья 2005 г. для исследованных водотоков значения ОМЧ выше количества сапрофитных бактерий, за исключением рр. Большая Моховая и Глухая. Для малых таежных рек (Почекуйка, М. Моховая, Б. Моховая), расположенных выше г. Сургута, получены низкие значения ОМЧ и численности сапрофитных бактерий. Тогда как все водотоки в пределах г. Сургута и ниже по течению имеют гораздо более высокие значения данных показателей.

Выявление бактерий группы кишечной палочки в воде водоемов используют как индикаторную систему оценки их санитарного состояния [16], так как бактерии данной группы не конкурентоспособны в природных условиях, то есть не способны размножаться. Поэтому представителей данной группы используют как индикатор свежего фекального загрязнения [17-19]. Количество БГКП в исследованных водотоках варьирует от 20 до 4200 кл/мл. Наиболее высокие значения характерны для основного русла р. Оби (пос. Барсово), что неудивительно, ведь Обь в период половодья обогащается не только поверхностными водами, но и водами многочисленных загрязненных притоков. В р. Б. Моховая БГКП обнаружены не были.

Изучение количества нитрифицирующих бактерий производили только на пяти водотоках. Их численность колеблется в диапазоне от 240 до 3400 кл/мл. Максимальное количество бактерий данной группы отмечено в р. Оби. Довольно высокая численность бактерий, участвующих в минерализации полимерных соединений и потребляющих аммонийный азот, свидетельствует о значительном содержании полуразложившихся органических остатков, вовлеченных в процесс аммонификации [14]. Одновременно для данного водотока отмечается самый высокий коэффициент минерализации. Самое низкое количество бактерий-нитрификаторов наблюдалось в пр. Боровая.

Коэффициент минерализации, выбранный в качестве показателя самоочищения, для изученных водотоков находится в пределах 0,02-6,3. Для трех рек значение коэффициента меньше единицы. Наименьшее значение отмечено в р. Сайма, для которой характерна высокая численность бактерий всех эколого-трофических групп.

Процессы самоочищения водоемов можно рассматривать с разных точек зрения [20]. С одной стороны, микроорганизмы-редуценты осуществляют деструкцию аллохтонных органических соединений, поступающих с водосбора, со сточными водами, а также автохтонных веществ, выделяемых прижизненно и при отмирании гидробионтов. С другой стороны, за счет накопления собственных метаболитов и биомассы, промежуточных продуктов деструкции и трансформации микроорганизмы способствуют вторичному загрязнению водоема. Одним из наиболее распространенных промежуточных продуктов деструкции органических веществ являются фенольные соединения, химические и токсикологические свойства которых очень различны. Физико-химические методы идентификации предполагают определение концентрации летучих фенолов, поэтому очень своевременно была выявлена возможность культивирования бактерий, устойчивых к токсическому действию фенолов, как индикатор процессов вторичного загрязнения, протекающих в водо

еме [20]. В исследованных водотоках фенолрезистентные бактерии были выявлены в рр. Почекуйка (10 кл/мл), Сайма (10 кл/мл) и Боровая (150 кл/мл), что свидетельствует о высоких концентрациях ароматических соединений фенольного ряда. В таежных реках, к которым относится р. Почекуйка, фенольные соединения, помимо внутриводоемных процессов, могут поступать в период половодья с заболоченных водосборов. Но источниками образования фенолов и в этом случае будут являться процессы микробиологической деструкции органических остатков.

Микробиологическая характеристика водотоков

в период зимней межени

В феврале-апреле 2004 г. отобранные пробы воды исследовались по показателю ОМЧ. Результаты приведены в таблице 3.

Таблица 3

Значения ОМЧ водотоков г. Сургута

в период зимней межени 2004 г.

Значения ОМЧ в период зимней межени закономерно снижаются вследствие низкой температуры воды, острого дефицита кислорода и отсутствия поверхностного стока как источника аллохтонных органических веществ. Значения показателя варьируют в диапазоне 0,ЗЫ03-5,2Ы03 кл/мл. Минимальное ОМЧ зарегистрировано в основном русле р. Оби в районе пос. Барсово. Наиболее высокие значения ОМЧ отмечены в рр. Боровая и Глухая, которые независимо от времени года испытывают влияние сброса произвол- ственных и хозяйственно-бытовых сточных вод. В результате сброса изменяется температурный режим водотоков, а также привносятся дополнительные количества биогенных веществ.

Структура микробных сообществ водотоков в период зимней межени 2005 г.

Таблица 4

В 2005 г. значения ОМЧ (табл. 4) варьируют в широких пределах: 0,53'103-9,63* 103 кл/мл. Наиболее высокие значения ОМЧ получены для рр. Боровая и Калинка. В целом, для периода зимней межени 2005 г. получены несколько большие значения ОМЧ по сравнению с 2004 г. По-видимому, в определенной степени этот факт объясняется снижением водности рек к 2005 г. В пробах рр. Куръех и Б. Моховой выявлены бактерии группы кишечной палочки. Кроме того, в рр. Б. Моховая, Куръех, Бардаковка, Обь в районе речного вокзала и Калинка выявлены фенолрезистентные бактерии. Причем для Оби характерна наибольшая численность бактерий данной группы.

Значения ОМЧ исследованных водотоков в период зимней межени изображены на рис. 3.

Рисунок 3. Значения ОМЧ водотоков в период зимней межени 2004-2005 гг.

Полученные результаты демонстрируют закономерное сезонное изменение численности бактерий различных групп. Однако при одновременном исследовании структуры микробных сообществ рек выявлено характерное изменение соотношений численности бактерий различных эколого-трофических групп в зависимости от степени антропогенной нагрузки. Так, водотоки, в которые осуществляется сброс или иное поступление загрязняющих веществ, характеризуются высокой численностью аллохтонной и автохтонной микрофлоры. В тех же водотоках отмечена максимальная численность бактерий группы кишечной палочки. В период половодья бактерии данной группы отмечены практически во всех водотоках, что свидетельствует о свежем фекальном загрязнении. Тогда как в период ледостава энтеробактерии встречались единично. Минимальные коэффициенты минерализации отмечены для рек, дренирующих центральную часть г. Сургута и принимающих организованный и неорганизованный сброс сточных вод. В этих же реках выявлены фенол- резистентные бактерии, что подтверждает неполную минерализацию органических веществ с образованием соединений фенольного ряда. Такая тенденция должна сохраняться довольно длительный промежуток времени для формирования резистентности бактерий к фенольным соединениям.

Таким образом, предложенная для индикации антропогенной нагрузки структура микробных сообществ вполне информативна и позволяет многократно подтвердить наличие факторов загрязнения водотоков.

Литература Ресурсы поверхностных вод СССР. Алтай и Западная Сибирь. Средняя Обь / Под ред. Н.А. Паниной. - Том. 15. Вып. 2. - Л.: Гидрометеоиздат, 1972. -45 с. Алекин О.А. Гидрохимическая классификация рек СССР // Тр. ГГИ. - Вып. 4 (58). - Л.: Гидрометеоиздат, 1948. - С. 32-69. Шварцев С.Л., Савичев О.Г. Эколого-геохимическое состояние крупных притоков Средней Оби // Водные ресурсы. - Т. 24. 1997. №6.-С. 762-768. Савичев О.Г. Исследование эколого-геохимического состояния речных вод бассейна Средней Оби: Автореф. дисс. ... к.г.н. -Томск, 1996.-23 с. Маккавеев П.Н., Гордеев В.В., Стунжас П.А., Сапожников Ф.В., Хлебопашев П.А. Гидрохимический сток р. Оби в зимний период (по материалам работ в декабре 2001 года) // Эколого- биогеохимические исследования в бассейне Оби / Под ред. В.В. Зуева, А.В. Куровского, С.Л. Шварцева. - Томск, 2002. - С. 8-20. Алехин В.Г., Алехина Л.В., Сереброва Н.И. Динамика биологических процессов самоочищения вод реки Оби в акватории г. Сургута // Сб. науч. тр. СурГУ. Естественные науки. - Вып. 20. - Сургут: Изд-во СурГУ, 2004. - С. 3-18. Мучкина Е.Я., Трусова М.Ю., Гладышев М.И., Колмаков

В.И., Дубовская О.П., Сущик Н.Н. Бактериопланктон пригородного рекреационного пруда и его связь с гидробиологическими, гидрохимическими и санитарно-эпидемиологическими показателями // Сибирский экологический журнал. - Т. 10. 2003. № 3. - С. 257-266. Савичев О.Г., Наливайко Н.Г., Трифонова Н.А. Микробиологический состав речных вод бассейна верхней и средней Оби // Сибирский экологический журнал. - Т. 9. 2002. № 2. - С. 173-180. Муравьев А.Г. Руководство по определению показателей качества воды полевыми методами. - СПб.: «Крисмас+», 1998. - 224 с. Методика изучения биогеоценозов внутренних водоемов / Под ред. Ф.Д. Мордухай-Болтовского. - М.: Наука, 1975. - 240 с.

Методические указания по микробиологическим исследованиям при изучении загрязнения водоемов. - Л.: ГосНИОРХ, 1975. -20 с. Кузнецов С.И., Дубинина Г.А. Методы изучения водных микроорганизмов. - М.: Наука, 1989. - 228 с. Родина А.Г. Методы водной микробиологии: Практическое руководство. - М.:Наука, 1965. - 363 с. Микроорганизмы в экосистемах Приамурья / Под ред. Л.М. Кондратьевой. - Владивосток: Дальнаука, 2000. - 198 с. G. Sbrilli, М. Cruscanti, М. Bucci etc. Marine Heterotrophic Bacteria as Indicators in the Quality Assessment of Coastal Waters: Introducing the «Apparent Bacterial Concentration» Approach // Environmental Toxicology and Chemistry. - Vol. 16. 1997. № 2. - P. 135-139. Панасюк Е.Ю., Дрюккер B.B., Парфенова B.B., Косторно- ва Т.Я. Биоразнообразие и распределение бактерий семейства Еп- terobacteriacae и неферментирующей группы в озере Байкал // Сибирский экологический журнал. - Т. 9. 2002. № 4. - С. 485-490. Рыбальченко О.В. Энтеробактерии - возбудители инфекционных заболеваний человека. - СПб.: Изд-во С.-Петерб. ун-та, 2003.- 118 с. Water Pollution Microbiology / Ed. by R. Mitchell. Vol. 2. -

N.-Y.: John Wiley and Sons, 1978. - 442 p. Bacterial Indicators of Water Pollution. A Study of Quantitative Estimation / Ed. by Gunner J. Bonde. - Copenhagen: Tekhisk For- lag, 1962. - 442 p. Кондратьева Л.М. Вторичное загрязнение водных экосистем // Водные ресурсы. - Т. 27. 2000. № 2. - С. 221-231.