МИКРОБИОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА СЕЗОННОГО ФОРМИРОВАНИЯ КАЧЕСТВА ВОДЫ В БУРЕЙСКОМ ВОДОХРАНИЛИЩЕ

МИКРОБИОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА СЕЗОННОГО ФОРМИРОВАНИЯ КАЧЕСТВА ВОДЫ В БУРЕЙСКОМ ВОДОХРАНИЛИЩЕ

Кондратьева Л.М., Чухлебова Л.М.

Важную роль в самоочищении природных вод вновь создаваемых водохранилищ играют микробиологические процессы, связанные с деструкцией различных органических субстратов затопленных территорий, сельскохозяйственных угодий, растительных остатков, оставшихся после вырубки лесов. Почвенно-растительный покров долгое время является источником различных форм взвешенных органических веществ (ВОВ) и растворенных органических веществ (РОВ). Потенциальный экологический риск вторичного загрязнения воды в водохранилище будет связан с поступлением взвешенных частиц и растворенных веществ с водотоками, поверхностным стоком, а также миграцией их из затопленных почв. ВОВ чаще всего находятся в форме растительных остатков, почвенных частиц и болотного гумуса, либо в виде сложных альго-мико-бактериальных глобул, образующихся при избытке поступающих биогенных элементов в момент затопления. Агрегированное органическое вещество в некоторых случаях может состоять на 20–50 % из бактериальной биомассы.

В формировании микробного пула водохранилищ в течение всего периода их заполнения принимают участие представители почвенных микробоценозов затопленных ландшафтов и планктонные микроорганизмы из тех водотоков, которые составляют водный фонд самого водохранилища. Следовательно, от биохимической активности этих двух экологических групп, от структурных преобразований внутри их сообществ будет зависеть самоочищающий потенциал поверхностных вод нового гидротехнического сооружения.

"Зеркалом" происходящих динамических процессов формирования качества воды в водохранилище служит сезонная динамика бактериопланктона. По изменению численности водных микроорганизмов можно выявить специфику биохимических процессов в поверхностных и придонных слоях воды, обусловленную присутствием различных форм органических веществ, в том числе природного и антропогенного происхождения.

Согласно программе научного социально-экологического мониторинга Бурейского гидроузла с июня по октябрь 2003 года были проведены сезонные микробиологические исследования формирования качества воды на 2-х створах в водохранилище в период его заполнения. Пробы воды для микробиологических анализов отбирались по общей схеме, разработанной для гидрохимических и гидробиологических исследований:

1 створ – в 200 м выше плотины: поперечный профиль – 100 м от правого и левого берегов, на середине; горизонтальный профиль – поверхностные и придонные воды.

2 створ – в 8 км выше плотины, с аналогичными профилями.

Учет численности бактериопланктона проводили путем пассажей на агаризованные питательные среды методом предельных разведений. Бактерий, участвующих в аммонификации на 1 этапе минерализации ОВ и утилизирующих их различные концентрации выращивали на концентрированном и разбавленном в 10 раз рыбо-пептонном агаре (РПА, РПА:10). Численность нитрифицирующих бактерий, усваивающих аммонийный азот (2 этап минерализации) учитывали на крахмал-аммиачном агаре (КАА). Численность бактерий, выросших на РПА:10, отождествляли с общей численностью бактериопланктона. В результате проведенных исследований были отмечены существенные различия сезонного формирования качества воды между створами (в 200 м и в 8 км выше плотины) и на вертикалях по поперечному профилю (от левого берега – к правому). Как видно из рисунка 1, эти различия отмечаются в течение всего периода наблюдений в поверхностных и придонных водах.

В течение двух летних месяцев (июнь–июль) на 1 створе (в 200 м выше плотины) поверхностные воды были более загрязненными вблизи правого берега и на середине – в связи с интенсивными работами на этом берегу и движением транспорта по расположенной вдоль берега дороге. Так, возле левого берега в поверхностных водах численность микроорганизмов при подходе к плотине уменьшается от 1 300 до 930 кл/мл, а возле правого – увеличивается в 2 раза (от 5 530 до 11 000 кл/мл). Эти различия могут быть обусловлены разной степенью антропогенной нагрузки на прибрежные территории в приплотинной зоне. Наиболее существенные изменения качества воды в водохранилище на втором створе (в 8 км выше плотины) были отмечены в июле, в период паводка на Бурее. Качество воды ухудшилось как по поперечному профилю, так и по вертикальному.

В августе была отмечена существенная перестройка в структуре микробоценозов в придонных слоях воды. На обоих створах и, особенно, у левого берега на 1 створе зарегистрировано увеличение численности фенолрезистентных бактерий. Этот факт может свидетельствовать о начавшихся процессах деструкции лигнинсодержащих органических веществ, входящих в состав растительных остатков, и высвобождением ароматических соединений фенольного ряда в результате их ферментативного расщепления. Относительно бактерий, участвующих в преобразовании азотсодержащих ОВ и ионов азота, можно отметить следующее: максимальное их содержание установлено в придонных слоях воды возле правого берега. В поверхностных водах распространение аммонифицирующих (АМБ) и нитрифицирующих бактерий (НБ) близ берегов было примерно одинаковым (АМБ 900–1030, НБ 1 000–1 100 кл/мл), а на середине водохранилища АМБ было в 2 раза меньше. Это говорит о том, что процессы аммонификации и нитрификации происходят наиболее активно в прибрежной контактной зоне.

На втором створе (в 8 км выше плотины) качество воды в центре водохранилища изменялось в течение трех месяцев очень значительно. Общая численность бактерий в поверхностных водах составляла в июне около 6 200 кл/мл, в июле – 7 330, а в августе падала до 1 430 кл/мл. Однако поведение АМБ и НБ в поверхностных и придонных слоях воды значительно отличалось. В поверхностных водах на 2 створе численность АМБ и НБ оставалась относительно низкой, тогда как в придонных слоях в августе отмечено значительное увеличение численности обоих групп индикаторов биогенного загрязнения, особенно у правого берега (АМБ в 9 и НБ в 7 раз). Это свидетельствует об активизации микробиологической деструкции органических веществ различного генезиса в придонных слоях воды.


Створ 2

Рис. 1. Сезонная динамика общей численности бактериопланктона (N)

в Бурейском водохранилище в 2003 г.:

А – поверхностные, Б – придонные воды; 1 створ – в 200 м выше плотины,

2 створ – в 8 км выше плотины; КОЕ – колонии образующих единиц

Сентябрь характеризовался значительным падением температур воды в водохранилище, но, несмотря на это, в водохранилище продолжались активные микробиологические процессы. В придонных слоях воды, в 200 м выше плотины, у правого берега, общая численность бактерий была в 17 раз больше, чем у левого берега. Интенсивность аммонификации и нитрификации в течение августа–сентября в придонных слоях практически не изменялась. Однако в сентябре резко изменилось перераспределение фенолрезистентных бактерий в придонных слоях воды. Сократилась их численность близ правого берега, и они совсем отсутствовали у левого берега и на середине водохранилища, что может стать причиной накопления фенольных соединений в придонных слоях воды.

На втором створе (в 8 км выше плотины) в сентябре, как и в августе, наиболее активные микробиологические процессы происходили в придонных слоях воды, о чем свидетельствует как общая численность бактерий, так и численность АМБ и НБ. Вероятно, в августе–сентябре в водную массу стали поступать продукты разложения автохтонных органических веществ. По этой причине численность бактерий, участвующих в процессах аммонификации и нитрификации, была фактически в два раза больше, чем в поверхностных водах. По сравнению с августом, в сентябре на 2 створе снизилась активность преобразования фенолсодержащих субстратов.

В целом придонные воды на втором створе были более загрязненными, чем на первом створе, несмотря на некоторые особенности перераспределения микроорганизмов различных физиологических групп от берега к берегу. Это может быть обусловлено двумя причинами: различным характером (степенью) очистки ложа водохранилища на этом участке и поступлением взвесей с поверхностным стоком и с водотоками, их постепенным осаждением при подходе к плотине.

Особенности формирования качества воды в Бурейском водохранилище в октябре в значительной степени определялись гидрометеорологическими условиями (дожди и ветер). После дождей усилился поверхностный сток, это привело к увеличению на порядок общей численности микроорганизмов как в поверхностных, так и в придонных водах на обоих створах. Максимальная численность микроорганизмов в поверхностной воде на втором створе и фактически их равномерное распределение от берега к берегу обусловлены резким ухудшением качества воды в р. Бурея на створах выше устья р. Тырма. Поэтому в октябре качество воды в Бурейском водохранилище на обоих створах в значительной степени определялось гидрологическим режимом на р. Бурея. Постепенное снижение численности микроорганизмов в поверхностных водах на приплотинном участке (створ 1) и высокое их содержание в придонных слоях также отражают гидродинамику водных масс.

Таким образом, проведенные микробиологические исследования показали сложную динамику формирования качества воды в Бурейском водохранилище в период его заполнения. Основными факторами формирования качества поверхностных вод служат поверхностный сток с берегов, особенно в зоне наиболее активной хозяйственной деятельности, и микробиологические процессы преобразования органических веществ различного генезиса в придонных слоях воды. Основная часть взвесей и загрязняющих веществ при снижении скоростей перемещения водных масс оседает при подходе к плотине, что полностью отражается на специфике распределения микроорганизмов в водной среде. Во время паводкового режима на р. Бурея ведущую роль в формировании качества воды играет гидродинамическое распределение водных масс и тонкодисперсного взвешенного материала. Наиболее интенсивное загрязнение поверхностных и придонных вод в водохранилище было отмечено в октябре, что может быть связано с осенним поступлением с поверхностным стоком органических веществ различного генезиса (включая растительные остатки от лесосводки).