Повна версія

Головна arrow Екологія arrow ОЦІНКА ЯКОСТІ ВОДИ ВОДОЙМ РИБОГОСПОДАРСЬКОГО ПРИЗНАЧЕННЯ

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   ЗМІСТ   >>

МІКРООРГАНІЗМИ

Бактерії руйнують речовини природного походження (целюлозу, хітин, лігнін, вуглеводні, феноли, смоли і т.д.), а також штучно створені людиною з'єднання (ксенобіотики різної хімічної будови, СПАР, полімери та продукти їх часткової деструкції). При надлишку в зовнішньому середовищі будь-яких специфічних речовин відбувається збагачення середовища тими бактеріями, які здатні їх руйнувати. На цьому грунтується використання бактерій для індикації певних забруднюючих речовин (Мосевич, 1975; Абакумов, 1977; Головльова, 1980; Кірсо і ін "1988 і т.д.)

Ще на початку XX ст. В.Л. Омсльянскій вказував на виключно високу чутливість і специфічність дії мікроорганізмів. Перше ґрунтовне біологічне обстеження річки Москви, проведене в 1907 р Я.Я. Никитинским, включало в себе і кількісні бактеріологічні дослідження. Уже тоді Я.Я. Нікітінський досить чітко визначив одну з основних особливостей бактеріологічного аналізу води водних об'єктів, зближує його з хімічним аналізом і встановлює його місце в системі контролю забруднення водних об'єктів, - можливість характеризувати якість води тільки безпосередньо в момент взяття проби (Керівництво по гідробіологічних моніторингу ..., 1992).

Кольквітц і Марссон (1908) включили мікроорганізми в систему індикаторів сапробності для оцінки ступеня забруднення вод, яка послужила основою багатьох наступних систем біологічного аналізу. Показовий значення мікроорганізмів у системі сапробности Кольквітца-Марссона в подальшому неодноразово уточнювалося. Перші заслуги в цьому належать С.М. Висловуха (1916), який, зокрема, поставив питання про відносність показового значення железобактерий Chlamidotrix ochracea і Calionella ferruginea, віднесених Кольквітцсм і Марссоном до типових олігосапробов, і сірчаних бактерій Beggialoa, зарахованих Кольквітц і Марссоном до полісапробам. С.М. Вислоух запропонував розглядати бактерій роду Beggiatoa не як показників полі- сапробной зони, а як індикаторів енергійно протікають процесів розкладання білків. Правильність такого підходу в подальшому була підтверджена дослідженнями А.Г. Батьківщиною (1961), що встановила, що серобактерии і в тому числі види роду Beggiatoa, що відносяться Кольквітц і Марссоном до показників сильного забруднення, широко поширені у водах, що не забруднених органічними речовинами. Тепер очевидно, що окремі індикаторні організми, взяті ізольовано, не можуть досить точно охарактеризувати забруднені води. Так, серобактерии є індикаторами сірки у воді, незалежно від того, якого походження ця сірка.

У 30-40-х роках XX ст. С.Н. Строгановим, М.М. Литвиновим, Л.І. Мацем і іншими авторами було встановлено, що мікробіологічні показники служать більш чутливими і тонкими індикаторами господарського та побутового забруднення води, ніж хімічні. Висока чутливість мікробіологічних показників обумовлена більшою різницею в змісті мікроорганізмів індикаторів в стічних водах і у воді контрольованих об'єктів. Для ряду бактерій-індикаторів ця різниця досягає сотень тисяч, а то і десятків мільйонів разів, що дозволяє широко використовувати бактеріологічні показники при контролі поширення забруднення у водних об'єктах, а також при вивченні процесів змішування і розбавлення стічних вод (Корш, Атремова, 1978). При цьому повинна враховуватися можливість наявності максимальної чисельності бактеріальних клітин нижче за течією в порівнянні з джерелом органічного забруднення.

Велико индикаторное значення бактеріальної флори в водосховищах, де бактеріологічні показники дозволяють виявляти дію на якість води самих різних джерел забруднення, контролювати вплив затопленого ложа, виявляти компенсаторні течії в придонних шарах води, що сприяють поширенню забруднюючих речовин в сторону протилежну руху водних мас по поверхні, і створюють реальну загрозу для водозаборів, розташованих вище випуску стічних вод.

Антропогенне забруднення озер будь-якого типу супроводжується збільшенням показників кількісного розвитку бактеріоплан- котенята, за винятком крайніх випадків метаболічного регресу.

В озерах кількісне розвиток бактеріоплактона служить певним показником типологічної приналежності водойми. При цьому вельми істотно, що одноразові зйомки при відповідній обробці (осреднении) даних, як правило, придатні для характеристики озер (Попченко, 1988; Попченко, Рєзанов, 1987). Швидкість розмноження бактерій поряд з чисельністю і біомасою може бути показником трофічного типу водойми (Гак, 1975; Китаєв, 1984).

На пунктах загальнодержавної служби спостережень і контролю за рівнем забруднення водних об'єктів передбачається визначення наступних показників:

  • • загальної кількості бактерій за методом прямого рахунку на мембранних фільтрах;
  • • кількості сапрофітних бактерій на мясоіептонном агарі (МПА) і на розведеному МПА (1:10);
  • • індексу відносини числа сапрофітних бактерій до загальної кількості бактерій;
  • • швидкості розмноження бактерій;
  • • кількості мікроорганізмів, що ростуть на елективних середовищах зі специфічним джерелом харчування.

Санітарно-мікробіологічними дослідженнями води передбачається визначення мікробного числа, визначення кіль- титру (або коли-індексу), виявлення патогенних мікробів. В якості додаткового показника залучається титр ентерококка. Найкращі результати виходять при зіставленні титру ентерококка з титром кишкової палички.

Слід підкреслити, що такий важливий для санітарної оцінки вод показник як «мікробне число» далеко не завжди відповідає «загальної кількості мікроорганізмів» - показником екологічного стану водного об'єкта. Мікробне число показує тільки кількість бактерій, що враховуються спеціальними санітарно мікробіологічними методами, тоді як загальна кількість мікроорганізмів, яке встановлюється цілим комплексом методів водної мікробіології, відповідає реальному повного кількості мікроорганізмів. У першому випадку виявляються неврахованими такі важливі фізіологічні групи мікроорганізмів, як сірчані бактерії, азотфіксуючі і нитрифицирующие бактерії, анаеробні бактерії та інші групи. Різниця цих двох показників збільшується при переході від забруднених вод до чистих. Тому дані санітарно-мікробіологічного контролю не є достатніми для оцінки об'єкта в біологічному моніторингу.

Мікробіологічні дослідження мають принципове значення при вивченні явищ метаболічного прогресу і регресу біоценозів під впливом антропогенних факторів (Алімов, 1968). Місце, займане прокариотами в гідробіологічному моніторингу, багато в чому визначається їх величезним значенням і кругообігу речовин і продуктивності водойм.

Співвідношення загальної кількості сапрофітних бактерій і числа спороутворюючих бактерій служить надійним показником характеру розпаду органічної речовини водойм. Показником інтенсивності процесів мінералізації органічної речовини і водоймі служить нітріфікаціонная здатність води (Кузнецов, 1950). Бактеріальні ферментативні тести використовуються для оцінки ступеня самоочищення вод. Ферментативні системи служать не тільки показниками збагачений стічних вод органічними речовинами, а й відображають ступінь і швидкість їх мінералізації (Євсюкова, 1975).

Важливим показником антропогенного евтрофування служить бурхливий розвиток ціанобактерій, їх домінування в складі фітопланктону при дуже обмеженому видовому розмаїтті. Ряд ціанобактерій, особливо деякі представники родів Aphanizom- епопею, Microcystis, Ahnabaena є основними збудниками "цвітіння" води.

Для моніторингу специфічного забруднення водойм використовуються методи, засновані на потенційну здатність бактерій до руйнування відповідних субстратів (нафтоокислюючих, фенолоразрушающіс, целлюлозоразрушающіх і інші бактерії). Деякі бактерії виявляються чутливими до змісту токсичних речовин у воді. Бактерія Serratia marcescens може служити тест-об'єктом для встановлення концентрації цинку, отруйною для макрофитов. Особливості ростовой реакції Aerobacter aerogenes дозволяють встановити в воді присутність нітратних солей свинцю, міді та кадмію в концентраціях 5 х 10 ' 5 моль / л, окисної ртуті - 5 х 10' 7 моль / л, срібла - 5 х 10 8 моль / л ( Соколова, 1974). Деякі бактерії, наприклад Azotobacter chroococcum, активно акумулюють радіоактивні елементи, можуть служити індикаторами збагачений радіоактивними речовинами природних субстратів (Красильников і ін., 1958).

Велике значення мікробіологічних досліджень в моніторингу закислення прісноводних екосистем. Кислі атмосферні опади в континентальних водоймах викликають підвищення вмісту сульфатів і пов'язане з цим поява сірководню в прісноводних басейнах, збільшення вмісту відновленої сірки в їх мулових відкладеннях і підкислення води. Все це безпосередньо впливає, перш за все, на мікрофлору, що бере участь в процесах кругообігу сірки в континентальних водоймах, як в процесах відновлення сульфатів до сірководню, так і в процесах окислення відновлених з'єднань сірки до молекулярної сірки і сульфатів.

Для індикації екологічних наслідків зміни гідрохімічних характеристик прісноводних водойм і водотоків, пов'язаного з вимиванням з атмосфери оксидів сірки, необхідно мати відомості про якісний і кількісний склад відповідної мікрофлори і се функціональної активності в середовищі існування. Практично весь сірководень у водоймах має біологічне походження незалежно від того, чи утворюється він за рахунок гнильних процесів або шляхом відновлення сульфатів антропогенного походження. У природних умовах відновлення сульфатів до сірководню може відбуватися виключно завдяки активності сульфатвосстанавлівающіх бактерій. Але відновленням сульфатів геохимическая діяльність водної мікрофлори не обмежується. Залежно від конкретних екологічних умов окислення утворюється сірководню відбувається або абиогенно, або в результаті діяльності тіонових бактерій (сімейство Thiobacteriaceae) або забарвлених серобактерий (сімейство Thiophodaceae) (Кузьменко, Мережко, 1984).

Для біомоніторингу закислення прісноводних екосистем принципове значення має той факт, що мікроорганізми, які беруть участь у кругообігу сірки в континентальних водоймах, неоднаково реагують на кислотність середовища. Чітко виражені відмінності можуть спостерігатися не тільки в межах одного сімейства, але і в межах більш вузьких таксономічних груп - роду і навіть виду. Прикладом може служити сімейство тіонових бактерій, що належить до порядку Pseudomonadales. Так, значення pH, оптимальні для зростання тіонових бактерій Thiobacillus thioparus, істотно зрушені в лужну сторону, і, за даними Г.А. Соколової та Г.І. Каравай- ко (1964), окремі форми цього виду здатні розвиватися навіть при pH 9,8. Тіонові бактерії Th. denitrificans, близькі до попереднього вигляду (але на відміну від нього здатні розвиватися в анаеробних умовах, використовуючи кисень нітратів для окислювання сірки), активні при pH 6-8 (Baalsrud, Baalsrud, 1954). Нарешті, тіонові бактерії Th. ferrooxidans, на відміну від двох зазначених видів, розвиваються при дуже великий кислотності середовища і мають оптимум розвитку близько pH 2,5, а крайні межі pH 0,6-5,5 (Соколова, Ка равайко, 1964).

По-різному реагують на кислотність навколишнього середовища в присутності сірководню пурпурні бактерії Thiorhodaceae. Група пурпурних серобактерий, в яку входять Chromatium, розвивається в межах значень pH від 5,5 до 9,5, а група, до якої належить Chlorobium, росте при значеннях pH від 8,4 до 10,5. При цьому необхідно враховувати, що оптимум і межі їх розвитку значною мірою залежать від вмісту в навколишньому середовищі органічних речовин, сульфідів і т.п. (Кондратьєва, 1963).

Що стосується серобактерий сімейства Chlorobacteriacea, то слід зазначити кілька більшу постійність вимог різних видів цього сімейства до активної кислотності навколишнього середовища. Крайні межі зростання різних видів зелених серобактерий знаходяться в інтервалі pH 6,0-9,8, а оптимальна для росту реакція середовища відповідає значенням pH від 7,0 до 7,5. У цих же межах знаходиться і оптимальне значення pH для більшості пурпурних НЕ сірчаних бактерій родини Athiorhodaceae, а крайні межі зростання відповідають значенням pH від 6,5 до 8,5.

Для тестування залишків пестицидів, важких металів (ТМ) в грунті і воді використовується стандартний мікробіотсст. Він дозволяє визначити ефект сумарного присутності всіх токсикантів і токсичну дію широкого кола забруднювачів. Метод заснований на оцінці токсикантів за ступенем інгібування однією з ключових ферментних систем - люцеферазой, що кількісно реєструється біолюмінаметром типу БЛМ 8101.

У санітарно-епідеміологічних дослідженнях поряд з прямим визначенням змісту патогенних мікроорганізмів, також застосовуються методи індикаторних штамів (або «грунтової закладки») і визначення «токсикозу» грунтів. Як тест-об'єктів використовують Clostridium tetani , Ciperfringens, Bacillus anthracis , Escherichia coli та ін., А сутність методу полягає в оцінці співвідношення вегетативних і спорових форм биоиндикаторов в стерильній і нативной грунті. Ступінь токсичності (токсикозу) грунтів визначають за відсотком пророста індикаторних бактеріальних штамів, тобто по відношенню утворилися колоній до кількості посівів. Показник токсичності розраховується як величина зворотна прорости. Токсичність ґрунту ранжируется по восьми класів небезпеки.

Дані про загальну кількість бактерій (А), зокрема гетеротрофов (Б) і їх співвідношенні дозволяють охарактеризувати стан екосистеми (табл. 27).

Таблиця 27

Оцінка стану екосистеми за шкалою екологічних модифікацій (по Марголіна, 1989)

стан екосистеми

Загальна кількість бактерій, А, млн кл. / мл

число

гетеротрофов, Б, тис. кл. / мл

А / Б

фонове

<1,0

<0,5

> 1000

Екологічний прогрес (антропогенний екологічний напруга)

1,0-4,0

0,5-10,0

1000-400

Елементи екологічного регресу

4,0-20,0

10,0-200,0

400-100

Екологічний регрес

20,0-40,0

100-70

100-70

метаболічний регрес

> 40,0

> 700,0

<70

Чисельність бактерій, що виростають на МПА: 10, характеризує певний рівень трофности і забрудненості вод: у високо- трофних або забруднених водах відношення числа таких бактерій до їх кількості на МПА одно 2-3, в малотрофних і забруднених водних об'єктах це відношення становить від 10 до 100 і може досягати ще більших значень (Марголіна, 1989).

Зміст спорових мікроорганізмів вказує на характер органічної речовини: при наявності трудноразлагаемих з'єднань число таких мікроорганізмів може перевищувати 1000 клітин / мл.

Поява в пробах води сульфатредуцирующих бактерій (в кількості декількох десятків в 1 мл) свідчить про небезпеку сірководневого зараження.

Наявність фенол- і углсводородокісляющіх бактерій в кількостях, що перевищують 10 2 -10 3 клітин / мл, вказує на ту чи іншу ступінь забруднення цими речовинами. При визначенні інтенсивності руйнування нафтових залишків слід керуватися наступною шкалою: сильне хронічне нафтове забруднення - 0,4-1,0 мг 0, / (л на добу) і більше; слабке забруднення - 0,1-0,4 мг 0, / (л на добу); немає забруднення - менше 0,1 мг 0 2 / (л на добу) (Марголіна, 1974; 1989) '.

Стоки з надлишками сірчистих сполук можуть супроводжуватися пластівчастими нальотами нитчастих серобактерий-теотріксов.

Аналіз даних по визначенню АТФ, біомасі активних живих мікроорганізмів, різної ферментної активності, отриманого С.Д. Авиловой і Е.Ж. Авіловим в процесі моніторингу водних об'єктів сахалінського шельфу, дозволив виявити найбільш високу біологічну активність в льодах особливо у весняний період. Причому була відзначена особливість гидролитических ферментних реакцій енергетичного обміну в льодовому співтоваристві мікроорганізмів, яка дозволила пояснити специфічний характер їх вертикального розподілу. Ця обставина дала підставу виділити лід як один з головних об'єктів геоекологічного дослідження, рахувати кількість біологічно активних речовин і їх характер просторового розподілу в льодах індикатором екологічного стану водного басейну. В льоду йдуть інтенсивні біохімічні процеси по самоочищення водойми, а характер їх вертикального розподілу по висоті колонки льоду свідчить про геоекологічне стан басейну в цілому. Ядро зимового фітопланктону співтовариства знаходиться не в підлідної воді, а в самому льоду. Це спостереження має важливе значення: в умовах Крайньої Півночі виявляється інший механізм самоочищення водойм, в якому чільну роль грають первинно-біохімічні процеси в самому льоду і на межі поділу вода-лід, тоді як частка участі донних опадів помітно знижується, як видно з встановленої нами невисокою біологічної активності цих опадів.

Відносна простота відбору проб, добре розроблена звичайна методика, автоматизація загального підрахунку бактеріальних клітин є найважливішими перевагами бактеріальних методів контролю якості вод. Серед інших особливостей мікробіологічних методів контролю якості вод, які потрібно враховувати при впровадженні цих методів в гідробіологічну службу спостережень і контролю поверхневих вод, слід зазначити: необхідність в спеціальному обладнанні для стерилізації, посіву і інкубації, затримку в отриманні результатів при підготовці культури, труднощі відмінності живих і мертвих клітин без спеціального обладнання при прямому підрахунку, розбіжності в підрахунках різними методами (підрахунки на чашках можуть нс відображати дійсний ьную розробленість бактеріології «чистої води»), неясність походження дрейфуючих клітин, швидкість відновлення спільнот після тимчасового забруднення.

 
<<   ЗМІСТ   >>