КАЧЕСТВО И ОХРАНА ВОД, ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ
УДК 579.68:574.63(285.23)
ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ ВОДНЫХ МАСС ЮЖНОГО БАЙКАЛА В РАЙОНЕ ВЛИЯНИЯ БАЙКАЛЬСКОГО ЦБК ПО МНОГОЛЕТНИМ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИМ ПОКАЗАТЕЛЯМ1
© 2013 г. Е. В. Щетинина, В. В. Максимов, О. В. Крайкивская, Э. А. Максимова
Научно-исследовательский институт биологии при Иркутском государственном университете
664003 Иркутск, ул. Ленина, 3, а/я 24 E-mail: peterkb@mail.ru Поступила в редакцию 11.07.2012 г.
Изложены результаты многолетних (1990—2009 гг.) микробиологических исследований вод в различных по антропогенной нагрузке районах Южного Байкала. Долговременные ряды наблюдений позволили установить тенденции изменения структуры и функциональной активности микробиоценозов в результате естественной эволюции и антропогенного влияния. Получена микробиологическая информация, характеризующая качество вод и уровень техногенных возмущений в районе Байкальского целлюлозно-бумажного комбината. Оценка качества воды по санитарно-бактерио-логическим показателям свидетельствует о том, что акватория сброса сточных вод Байкальского ЦБК хронически подвергается бактериологическому загрязнению. С 1990-х гг. до настоящего времени техногенный пресс на экосистему Южного Байкала существенно не уменьшился.
Ключевые слова: микробиоценозы Байкала, сапрофитные микроорганизмы, санитарно-бактерио-логические показатели, гетеротрофная ассимиляция углекислоты, продукция бактерий, Байкальский целлюлозно-бумажный комбинат.
Б01: 10.7868/80321059613060114
За 43 года работы Байкальского целлюлозно-бумажного комбината (БЦБК) и влияния его сточных вод на экосистему озера возникло множество проблем, сопряженных практически со всеми аспектами экономики, политики, охраны природы Байкала, здоровья людей, технологий производства и очистки сточных вод. Инженерные сооружения для очистки сточных вод БЦБК представляют собой современную трехступенчатую схему технологии очистки, но и они не обеспечивают полного изъятия минеральных, взвешенных, органических и труднорастворимых веществ, которые поступают в Байкал. Ежесуточно БЦБК сбрасывает в Байкал 420 тыс. м3 очищенных сточных вод [8]. Многоплановые гидробиологические и гидрохимические исследования на акватории в районе БЦБК выявили серьезные нарушения естественного развития бактериальных
1 Работа выполнена при частичной финансовой поддержке
Аналитической ведомственной целевой программы "Разви-
тие научного потенциала высшей школы (2009—2011 гг.)", в рамках Проекта РНП № 2.1.1/10127.
сообществ и круговоротов веществ [8, 12, 13, 18, 19].
С февраля 2009 г. БЦБК не производил целлюлозу, в связи с этим очень важно продолжать наблюдения за микробиологическими показателями воды в районе его деятельности в этот период.
Актуальность микробиологических исследований в районах, подверженных хроническому антропогенному прессу, обусловлена проблемой выработки стратегии оптимального природопользования и сохранения чистоты уникальных вод Байкала, являющихся одной из непреходящих ценностей для человечества. Определение временных и пространственных границ стабильности и самовозобновления экосистемы в условиях активного техногенеза — одна из главных современных задач.
Цель статьи — оценить состояние вод Байкала на подверженных постоянному антропогенному влиянию участках по многолетним микробиологическим показателям.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
Пробы воды для микробиологического анализа отбирали батометром Молчанова в фоновом районе (пос. Большие Коты) и в районе деятельности БЦБК в летний период по утвержденной многолетней сетке станций с глубин 0, 10, 35 м. Глубинные пробы в пелагиали отбирали батометром Сорокина. Акватория в районе пос. Большие Коты была выбрана в качестве фоновой, так как здесь отсутствует промышленное антропогенное влияние.
Общую численность микроорганизмов (ОЧМ) определяли по [25] на мембранных фильтрах марки "Сынпор" с размером пор 0.2 мкм. Подсчет бактерий вели под микроскопом с иммерсионным объективом увеличением в 1350 раз в десяти полях зрения. В 2000-х гг. при определении ОЧМ дополнительно применяли флуоресцентный метод с использованием диамидина-4', 6-фенил-2-индолдихлоргидрата ^АР1) в качестве красителя [38]. Количество сапрофитных бактерий (СБ) учитывали на РПА:10 глубинным посевом при температуре 18°С через 7 сут. Темновую ассимиляцию углекислоты (ГА) и продукцию (П) микроорганизмов определяли радиоуглеродным 14С-методом [25]. Расчеты бактериальной П проводили с учетом коэффициента гетеротрофной ассимиляции углекислоты (6.3), экспериментально вычисленного для условий Байкала [20]. Деструкция органических веществ (ОВ) микробиоценозами определялась на основании П, отнесенной к коэффициенту усвояемости, равному 0.4 [24, 39].
При определении бактерий группы кишечных палочек (БГКП) был использован метод мембранных фильтров, пророщенных на фуксин-сульфатной среде Эндо с добавлением розоловой кислоты, которая обладает ингибирующим свойством по отношению к микрофлоре воды и позволяет четко дифференцировать рост кишечных бактерий [5, 14, 27, 29]. Статистическую обработку данных осуществляли стандартными методами [10]. Анализ выборок на достоверность различия было проведено с применением непараметрических критериев (Манна—Уитни) с помощью компьютерной программы 81ай5Иса 6.0. Расчеты средних показателей проводились на основе 150 ежегодных проб.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Анализ состояния вод в зоне влияния сбросов БЦБК в течение лет исследований достоверно подтверждает зависимость микробиологических характеристик байкальских вод от степени разбавленности сточных вод комбината, которая
определяется положением станции исследования относительно глубинного выпуска сточных вод [18, 19, 31]. На акватории распространения сточных вод БЦБК на протяжении лет исследований (1990—2008 гг.) ОЧМ составляла в среднем 4800 ± 674 тыс. кл/мл. Распространяясь в восточном, северо-восточном направлении, сточные воды обнаруживались непосредственно около их выпуска и в радиусе 3 км в северо-восточном и западном направлении. Разброс показателей ОЧМ в районе сброса очень высок — от 566 ± 73 до 2800 ± 364 тыс. кл/мл. С 1994 по 2000 г. количество микроорганизмов в данном районе было на уровне 1000 ± 130 тыс. кл/мл (рис. 1). Воды у западного побережья (акватория у пос. Большие Коты) в этот период содержали ОЧМ в среднем 460 ± 60 тыс. кл/мл, что в 2 раза меньше, чем у восточного побережья. В течение 2001—2009 гг. наблюдались колебания ОЧМ как в районе сброса, так и у пос. Большие Коты. У западного побережья отмечаются более низкие показатели ОЧМ по сравнению с районом сброса сточных вод БЦБК. В связи с резкими колебаниями климатических условий в 2007—2009 гг. (высокая солнечная активность) отсутствовало стратификационное распределение численности, характерное для данного фонового района в летний период. Различия по ОЧМ между фоновым районом и районом сброса сточных вод БЦБК были достоверны (и = 316, Z = 5.06 прир < 0.001).
Эколого-микробиологические исследования водных масс в районе сброса сточных вод БЦБК показали, что в течение 2006—2009 гг. значения ОЧМ колебались незначительно и составили в среднем 1478 ± 192 тыс. кл/мл (рис. 1). Необходимо отметить, что в 50% проб, отобранных с глубины 35 м (место выпуска сточных вод БЦБК), ОЧМ была достоверно выше, чем на поверхности. Вертикальное и горизонтальное распределение микроорганизмов зависит от распространения стоков. В районе сброса сточных вод БЦБК существует транзитный перенос вод вдоль берега на восток и запад, а также местные циркуляции водных масс, охватывающие прибрежный участок озера. Сточные воды комбината на глубине 35—42 м распространялись преимущественно в восточном-северо-восточном направлении, образуя автономные меандры с разбавлением байкальскими водами в соотношении 1 : 10—1 : 40 [3, 4]. Плотность новообразованных меандров такова, что они погружаются на глубины 10—35 м. Влияние сточных вод комбината значительно ослабевает в радиусе 1 км от труб рассеивающего выпуска.
3500 г (а)
ч 3000 р 2500
о 2000
^ 1500 ^ 1000 О 500
0
3500
ч 3000 Е
> 2500 м
о' 2000
н„ 1500
| 1000 О
500 0
2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009
^Ф—Район сброса сточных --■-- Район Больших Котов Годы вод БЦБК
Рис. 1. Межгодовые колебания ОЧМ в слое воды 0—35 м в литорали различных участков Южного Байкала.
1990 1991 1992
1993 1994 1995 (б)
1996 1997 1998
1999 2000 Годы
Согласно гидрохимическим исследованиям [9, 28], концентрация биогенных элементов возрастает от поверхности к придонному слою и не превышает для кремния 1.9 мг Б1/л, для нитратов — 0.14 мг N/4, для фосфатов — 0.020 мг Р/л. Результаты исследований показывают, что с 1960-1970-х гг. не наблюдаются изменения в содержании биогенных элементов в пелагиали озера. Колебания концентраций фосфатов и нитратов на отдельных глубинах не превышают ошибки метода определения. В настоящее время антропогенное воздействие практически не отражается на химическом составе воды озера благодаря разбавляющему действию и мощному механизму самоочищения вод.
Численность микроорганизмов, количественный и качественный состав СБ — суммарный отклик микробиоценозов на влияние трофических условий их обитания. СБ, составляя 0.002— 0.050% ОЧМ водной толщи Байкала, быстро реагируют на изменения окружающей среды. Индикаторная роль СБ обусловлена природой их метаболизма, определение их количества в районах активной антропогенной нагрузки является необходимым тестом для оценки качества вод. В 1970— 1980-е гг. в летний период СБ в районе сброса сточных вод БЦБК распределялись микрозонально,
аналогично распространению сточных вод. Максимальная численность (до 3 тыс. КОЕ/мл) обнаруживалась в восточном направлении от труб сброса, высокие значения численности СБ сохранялись в этом районе вплоть до 1986 г. [18, 21, 30, 32]. В самих сточных водах содержание СБ колебалось в эти годы от 700 до 19000 КОЕ/мл. Как видно на рис. 2, в районе пос. Большие Коты у западного побережья (фоновый район) численность СБ была на порядок ниже, чем в районе БЦБК. Различия по СБ между фоновы
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.