CC BY
20
УДК 556.5 (571.61)
DOI: 10.24412/1728-323X-2020-5-82-86
ХИМИКО-МИКРОБИОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МАЛЫХ РЕК ТЕРРИТОРИИ ОПЕРЕЖАЮЩЕГО СОЦИАЛЬНО-ЭКОНОМИЧЕСКОГО РАЗВИТИЯ
Т. П. Платонова, доцент, ФГБОУ ВО Амурский государственный университет, platonova.t00@mail.ru, Благовещенск, Россия, А. П. Пакусина, профессор, ФГБОУ ВО Дальневосточный государственный агарарный университет, pakusina.a@yandex.ru, Благовещенск, Россия, Л. П. Панова, доцент, ФГБОУ ВО Благовещенский государственный педагогический университет, panovaljuda.71@mail.ru, Благовещенск, Россия, К. С. Непрокина, аспирант, ФГБОУ ВО Дальневосточный государственный агарарный университет, kolkova-kseniya@mail.ru, Благовещенск, Россия
В статье рассмотрены результаты исследований гидрохимических и микробиологических показателей в водах малых рек территории опережающего социально-экономического развития (ТОР) Свободный. Воды исследуемых рек насыщены кислородом. Высокое содержание органического вещества в реках Малая Пёра и Большая Пёра имеет преимущественно антропогенный генезис. В реках обнаружено высокое содержание ортофосфатов, которое имеет пиро-генное происхождение. Численность гетеротрофных бактерий зависит от температуры воды, фосфоро-кисляющих и аммонийокисляющих бактерий — от содержания в воде соединений азота и фосфора. Полученные результаты исследований малых рек ТОР Свободный являются важным шагом для изучения антропогенной нагрузки на малые реки Амурско-Зейской равнины.
The article consideres the results of studies of hydro-chemical and microbiological indicators in the waters of the small rivers in the territory of the Advanced Social Economic Development (ASED) Svobodny. The waters of the studied rivers are saturated with oxygen. The high content of organic matter in the Malaya Pera and Bolshaya Pera rivers is predominantly of anthropogenic origin. The rivers have a high content of orthophosphates, which is of pyrogenic origin. The number of het-erotrophic bacteria depends on the temperature of the water, that of phosphorus-oxidizing and ammonium-oxidizing bacteria depends on the content of nitrogen and phosphorus compounds in the water. The obtained results of the studies of the small rivers of the ASED Svo-bodny are an important step for studying the anthropogenic load on the small rivers of the Amur-Zeya Plain.
Ключевые слова: малая река, Амурская область, биогенные элементы, органическое вещество, гетеротрофные бактерии.
Keywords: a small river, the Amur Region, biogenic element, organic substances, heterotrophic bacteria.
Введение. В Амурской области имеются значительные запасы поверхностных вод. В центральной и южной зоне наблюдается трансформация водных экосистем из-за влияния сельского хозяйства, а на севере области — в результате добычи золота, бурого угля и других полезных ископаемых [1, 2]. Создание территории опережающего социально-экономического развития (ТОР) «Свободный» способствовало производственной кооперации и интеграции с Китаем и странами АТР, развитию бизнеса и привлечению инвестиций, созданию новых рабочих мест и увеличению налоговых поступлений в бюджет. В настоящее время территория северных районов области интенсивно осваивается: построена федеральная трасса «Амур», действуют нефте- и газопроводы («ВСТО» и «Сила Сибири»), ведется строительство Амурского газохимического комплекса. В Свободненском районе Амурской области ООО «Газпром переработка» ведет строительство газоперерабатывающего и гелиевого заводов, где планируется вырабатывать до 48 млрд м3 товарного газа, 3,4 млн м3 этана, 2 млн м3 сжиженного углеводородного газа и 60 млн м3 гелия. Данная территория претерпевает значительные изменения, вырубается тайга, строятся дороги и социальные объекты, в ч астности жилые микрорайоны в г. Свободный и г. Циолковский. Для мониторинга экологического состояния ТОР является важным оценить состояние малых рек, которые достаточно быстро реагируют на антропогенное воздействие.
Цель работы — оценка современного состояния водных экосистем Амуско-Зейской равнины по гидрохимическим и микробиологическим показателям.
Объекты и методы исследования. Рассматриваемый район, зона влияния строящихся объектов ТОР «Свободный» расположен в пределах центральной части Амурско-Зейской равнины, на участке правобережной части р. Зея (рис. 1). Годовые амплитуды температур воздуха составляют около 60—70 °С. Малые реки Амурской области по условиям водного режима относятся к дальневосточному типу с хорошо выраженным преобладанием дождевого стока, который определяется влиянием летнего муссона. Исследуемые реки
находятся в пределах Амурско-Зейской равнины с залесенностью до 80 % и являются правыми притоками р. Зея. Длина рек составляет: Барда-гонка — 11 км, Бузулька — 15 км, Селеткан — 27 км, Голубая — 50 км, Ора — 55 км, Малая Пё-ра — 88 км (табл. 1).
Отбор проб воды проводили в период межени в мае, июле и октябре 2018 г. согласно ГОСТ Р 51592—2000. Гидрохимические показатели выполняли в соответствии с ПНД Ф. Для оценки качества воды в малых реках ТОР «Свободный» использовали микробиологические методы, основанные на определении численности сапрофитных гетеротрофных бактерий, аммоний- и фос-форокисляющих бактерий путем посевов природной воды на жидкие питательные селективные среды методом предельных разведений [3].
Результаты исследований и их обсуждение. Воды рек характеризуются высоким содержанием органического вещества. Наибольшее содержание обнаружено в реках Бузулька, Малая Пёра в районе железнодорожного вокзала г. Шимановс-ка, Бардагонка и Селеткан, о ч ем свидетельствует средний показатель перманганатной окисляемос-ти (ПО), соответственно 6,7; 5,6; 5,4 и 5,3 мгО2/л (табл. 2).
Большое содержание органических веществ в водах рек обосновано их поступлением с поверх-
ностных слоев аллювиальных луговых почв, которые формируются в условиях атмосферно-грунтового и паводкового увлажнения под злако-во-разнотравными лугами. В пойме рек Селеткан и Бузулька формируется кочкарник. Заболачиванию почв в поймах рек способствуют криогенные структуры почвенных горизонтов и линзы льда, которые задерживают влагу. Наибольшее количество легкоокисляемых органических веществ обнаружено в реках Малая Пёра и Бузулька. БПК5 составляет соответственно 7,6 и 6,4 мг О2/л. В реку Малая Пёра в районе г. Шимановска сбрасываются неочищенные сточные воды, поэтому показатели ПО и БПК5 высокие весь период наблюдений. Показатели ПО и БПК5 в остальных реках подвержены сезонной динамике, обусловлены активностью фитопланктона и микробоце-ноза: наибольшие значения летом, наименьшие — весной.
Содержание кислорода достаточно для водных обитателей по абсолютным показателям. Насыщаемость воды кислородом низкая весной в реках Джалунь, Бардагонка, Бузулька и составляет от 76,7 до 89,9 %, осенью — в реке Селеткан составляет 73,1 %. Летом воды пересыщены кислородом вследствие развития фитопланктона. Увеличение биомассы водной растительности сдерживают низкие температуры, весной — менее 4 °С, летом от 11 до 15 °С.
В 2014 г. значение ПО в исследуемых реках было выше, а БПК5 ниже, что было обусловлено высоким паводком 2013 г. По этой же причине была низкая насыщаемость воды кислородом в течение всего теплого периода [4].
Насыщаемость воды кислородом — важный фактор самоочищения рек, так как кислород не-
Таблица 1
Пункты отбора проб
№ Название реки Координаты
1 Голубая N 51°8 '42 ' с. ш. Е 127°58 18 в. д.
2 Бардагонка N 51°20'25 ' ' с.ш. Е 128°6 '50 в. д.
3 Ключевая N 51°25 '7 ' с. ш. Е 128°10 '32 в. д.
(Джалунь)
(г. Свободный)
4 Малая Пёра N 51°28'21 " с. ш. Е 128°8 '11 в. д.
5 Юхта (Юхтинка) N 51°28 '26 ' ' с. ш. Е 128°48'0 в. д.
6 Бузулька N 51°37 '37 " с. ш. Е 128°11 '0 в. д.
7 Ора N 51°39 '6 ' с. ш. Е 128°9 '49 ' в. д.
8 Большая Пёра N 51°45 '1 ' с. ш. Е 128°5'49 ' в. д.
(ЗАТО Циолков-
ский)
9 Селеткан N 51°57 '02 " с. ш. Е 127°57 '57 в. д.
10 Малая Пёра N 51°59 '57 " с. ш. Е 127°41 '23 в. д.
(г. Шимановск)
ческого вещества, их трансформацию и деструкцию, в результате происходит самоочищение водоемов. В качестве индикаторов загрязнения природных вод многие исследователи используют показатель численности микробных сообществ [5—7]. На рисунке 2 показана сезонная динамика численности гетеротрофных микроорганизмов от температуры. В период гидрологической весны наибольшее содержание гетеротрофов обнаружено в реке Джалунь при наименьшей температуре воды +2 °С, а наименьшее в реке Малая Пера (в районе железнодорожного вокзала г. Ши-мановска) при более высокой температуре воды +8 °С. Это свидетельствует о том, что сезонные колебания содержания бактериопланктона зависят не только от температурного режима, но и от комплекса других факторов, таких как содержание органических и биогенных веществ.
На рисунке 3 показана сезонная динамика численности гетеротрофных микроорганизмов и ее зависимость от БПК5, то есть от содержания легкоокисляемых органических веществ.
В период гидрологической весны при достаточно высокой температуре воды большое со дер -жание органических соединений в реке Малая Пёра в районе железнодорожного вокзала угнетает микробиоценоз. Летом более высокие температура и содержание органического вещества обеспечивают развитие и увеличение численности гетеротрофных микроорганизмов. В период гидрологической осени при снижении температуры воды и снижении содержания органического вещества развитие гетеротрофного микробного сообщества снижается. Авторы отмечают, что при загрязнении рек стоками происходит увеличение гетеротрофного бактериопланктона и снижение численности фитопланктона [8].
В июне при прогреве воды до 15 °С численность гетеротрофных микроорганизмов со-
Таблица 2
Содержание органического вещества по обобщенным показателям
Пункты отбора проб ПО, мгО/дм3 Растворенный кислород, мгО2/дм3 Насыщаемость кислородом, % БПК5
1 4,3—4,9 (4,6 ± 0,21) 12,1—14,8 (13,5 ± 1,3) 94,8—22 (108 ± 18,2) 0,4— -6,9 (3,5 ± 3,2)
2 3,4—6,7 (5,4 ± 1,4) 12,0—13,2 (12,5 ± 0,5) 90—122 (105 ± 16,3) 1,4— -6,6 (3,6 ± 2,6)
3 3,9—5,6 (4,5 ± 0,76) 12,0—13,2 (12,5 ± 0,5) 77—138 (99 ± 33,5) 1,5— -7,5 (4,5 ± 2,9)
4 3,8—4,5 (4,2 ± 0,3) 12,1—14,8 (13,5 ± 1,3) 91—141 (115 ± 25,1) 2,1- -6,6 (4,7 ± 2,3)
5 3,3—4,6 (4,0 ± 0,49) 12,8—18,6 (15,3 ± 3,0) 101—129 (119 ± 15,6) 1,6— -7,2 (4,3 ± 2,8)
6 4,0—8,9 (6,7 ± 2,1) 10,7—14,6 (11,5 ± 1,9) 92—148 (104 ± 39,1) 2,1— -9,7 (6,4 ± 3,9)
7 3,3—5,3 (4,3 ± 0,76) 13,2—15,6 (14,6 ± 1,2) 104—142 (117 ± 21,5) 1,4— -8,4 (5,9 ± 3,9)
8 3,75—5,14 (4,5 ± 0,6) 12,0—13,2 (12,5 ± 0,5) 103—128 (116 ± 12,9) 0,7— -9,1 (4,3 ± 5,5)
9 4,3—6,06 (5,3 ± 0,75) 8,9—16,5 (13,7 ± 4,2) 73—147 (110 ± 36,8) 0,2— -9,1 (4,4 ± 3,8)
10 4,2—6,63 (5,6 ± 1,1) 11,1—14,8 (13,0 ± 2,6) 97—152 (124 ± 28,1) 6,7— 8,4 (7,6 ± 1,2)
Примечание: В таблице представлены минимальное — максимальное (среднее значение ± ошибка средней).
500000
1500<мШ х 6 Р/ | 95000
I2! 1
9500 | 30000 -_^_¡2_
500000 4500 | %
10
л
Рч
Джалунь
л
Он
Малая Пёра (мост)
Малая Пёра (ж/д вокзал Шимановск)
численность гетеротрофных бактерий, кл/мл -температура воды
>4
Рис. 2. Зависимость численности гетеротрофных бактерий от температуры воды
500000 г 7,5
150000 ^
V Л 95000
8,4 500000
9500
95000 \ 2,1
^ зоооб 4_£_
2,2
9 50000 4500 у г/
Джалунь
Малая Пёра (мост)
численность гетеротрофных бактерий, кл/мл
Малая Пёра ж/д вокзал Шимановск)
— БПК5,мг02/л
Рис. 3. Зависимость численности гетеротрофных бактерий от БПК5
обходим для жизнедеятельности аэробных микроорганизмов. Микроорганизмам принадлежит важная роль в биотическом круговороте веществ, включающем процессы продуцирования органи-
0,31
950
№,08
40
Джалунь
5000
20
1150
90 450 -(1,(11
Малая Пёра (мост)
20
0,02
Малая Пёра ж/д вокзал Шимановск)
Е^з численность аммонийокисляющих бактерий, кп/мл-N-N114, мг
Рис. 4. Зависимость численности аммонийокисляющих бактерий от содержания аммонийного азота в воде
0,789
2496
1568
численность фосфорокисляющих бактерий, кл/мл - ортофосфаты, мг
Рис. 5. Зависимость численности фосфорокисляющих бактерий от содержания ортофосфатов в воде
ставляла от 95 до 500 тыс. кл/л, что согласно ГОСТу 17.1.2.04—77 характеризует реку Малая Пёра (мост) как X мезо-сапробное, а реки Джа-лунь и Малая Пёра (ж/д вокзал г. Шимановск) как полисапробное.
Аммонийокисляющие бактерии окисляют соединения аммония до нитритов и широко распространены в почвах, морских и водных экосистемах. Они более приспособлены к неблагоприятным факторам окружающей среды по сравнению с нитрифицирующими бактериями, так как способны к органотрофному и миксотрофному росту. В почвах европейской части России доминирует сообщество аммонийокисляющих бактерий, причем в ненарушенных экосистемах их количество увеличивается, а в агроценозах возрастает доля нитрифицирующих бактерий [9].
Высокое содержание аммонийного азота весной отмечено для вод рек Голубая, Бардагонка, Джалунь, Большая Пёра (Циолковский) и составляет от 0,11 до 0,44 мг К—КНф летом для воды реки Селеткан (0,91 мг К—КЩ), осенью — р. Джалунь (0,31 мг К—КН4).
Аммонийокисляющие бактерии, как и гетеротрофные углеродокисляющие бактерии, реагируют на температурный режим, поэтому их наибольшая численность выявлена летом [10]. В сен-
тябре в реке Джалунь содержание аммонийного азота максимальное (0,31 мг К—КН4), а количество аммонийокисляющих бактерий минимальное — 40 кл/мг (рис. 4).
В исследуемых реках обнаружено аномально высокое содержание ортофосфатов (рис. 5), которое имеет пирогенное происхождение. В период исследований эта территория была подвержена пожарам. В Амурской области с апреля по август был введен режим ЧС из-за лесных пожаров. В 2014 г. в отсутствие пожаров, содержание ортофосфатов было существенно меньше и не превышало 0,12 мг/л. Численность фосфорокисляющих бактерий наименьшее летом, наибольшее осенью.
Заключение. Воды малых рек ТОР «Свободный» насыщены кислородом. Высокие значения БПК5 и растворенного в воде кислорода в реках Ора, Большая Пёра и Малая Пёра свидетельствуют о протекающих процессах эвтрофирования, которые сдерживаются коротким периодом гидрологического лета. Численность гетеротрофных бактерий в воде рек зависит от температуры воды, от содержания в воде органических и биогенных веществ. Обнаружено высокое содержание ортофосфатов в воде рек, которое имело пиро-генное происхождение.
Библиографический список
1. Щипцова Е. А. Анализ агрогенной трансформации южной части Амурско-Зейской равнины // Проблемы региональной экологии. — 2015. — № 3. — С. 127—131.
2. Ляпунов М. Ю. Эколого-химическая характеристика поверхностных вод золоторудного месторождения «Пионер» Амурской области // Известия Томского политехнического университета. — 2015. — Т. 326, № 7. — С. 44—50.
3. Кузнецов С. И., Дубинина Г. А. Методы изучения водных микроорганизмов. — М.: Наука, 1989. — 288 с.
4. Пакусина А. П., Платонова Т. П., Лобарев С. А. Оценка экологического состояния малых рек территории опережающего социально-экономического развития (Амурская область) // Естественные и технические науки. — 2017. — № 2. — С. 34—39.
5. Muyzer G., Stams A. The ecology and biotechnology of sulphatereducing bacteria // Nature reviews microbiology. 2008. — Vol. 6. — P. 441—454.
6. Кондратьева Л. М., Фишер Н. К., Бердников Н. В. Микробиологическая оценка качества воды в реках Амур и Сунгари после техногенной аварии в Китае // Водные ресурсы. — 2009. — № 36 (5). — С. 575—587.
7. Кондратьева Л. М., Чухлебова Л. М. Роль микробных комплексов в формировании качества воды в Бурейском и Зейском водохранилищах // Чтения памяти Владимира Яковлевича Леванидова. 2005. — № 3.— С. 166—173.
8. Воробьева Т. Я. Пространственно-временная структура гетеротрофного бактериопланктона экосистемы устьевой области реки Северная Двина: дис. ... канд. биол. наук: 03.00.16: Архангельск, 2005. — 165 с. — РГБ ОД, 61:05-3/1206.
9. Черобаева А. С., Степанов А. Л., Кравченко И. К. Отклик аммонийокисляющих бактерий и архей на резкие изменения температуры в почвах разных климатических зон // Проблемы агрохимии и экологии. — 2011. — № 3. — С. 17—24.
10. Pakusina А. P., Tsarkova М. F., Platonova Т. P., Kolesnikova Т. P. Chemical and microbiological characteristics of the agro-landscape of the Zeya-Bureya Plain small rivers / IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science. — 2020. — № 421. 052003.
CHEMICAL AND MICROBIOLOGICAL CHARACTERISTICS OF THE SMALL RIVERS IN THE TERRITORY OF THE ADVANCED SOCIAL ECONOMIC DEVELOPMENT
T. P. Platonova, Associate Professor, Amur State University, platonova.t00@mail.ru, Blagoveshchensk, Russia, A. P. Pakusina, Professor, Far Easten State Agricultural University, pakusina.a@yandex.ru, Blagoveshchensk, Russia, L. P. Panova, Associate Professor, Blagoveshchensk State Pedagogical University, panovaljuda.71@mail.ru, Blagoveshchensk, Russia,
K. S. Neprokina, Graduate Student, Far Easten State Agricultural University, kolkova-kseniya@mail.ru, Blagoveshchensk, Russia References
1. Shchiptsova E. A. Analiz agrogennoy transformatsii yuzhnoy chasti Amursko-Zeyskoy ravniny [Analysis of agrogenic transformation of the southern part of the Amur-Zeya Plain]. Regional environmental issues. 2015. No. 3. P. 127—131 [in Russian].
2. Lyapunov M. Yu. Ekologo-khimicheskaya kharakteristika poverkhnostnykh vod zolotorudnogo mestorozhdeniya "Pioner" Amurskoy oblasti [Ecological and chemical characteristics of surface waters of the Pioneer gold deposit in the Amur Region] Bulletin ofthe TomskPolytechnic University. 2015. Vol. 326. No. 7. P. 44—50 [in Russian].
3. Kuznetsov S. I., Dubinina G. A. Metody izucheniya vodnykh mikroorganizmov [Methods for studying aquatic microorganisms]. Moscow, Nauka. 1989. 288 p. [in Russian].
4. Pakusina A. P., Platonova T. P., Lobarev S. A. Otsenka ekologicheskogo sostoyaniya malykh rek territorii operezhayushchego sotsial'no-ekonomicheskogo razvitiya (Amurskaya oblast') [Assessment of the ecological state of small rivers in the territory of advanced socio-economic development (the Amur Region)]. Natural and technicalsciences. 2017. No. 2. P. 34—39 [in Russian].
5. Muyzer G., Stams A. The ecology and biotechnology of sulphate-reducing bacteria. Nature reviews microbiology. 2008. Vol. 6. P. 441—454.
6. Kondratyeva L. M., Fisher N. K., Berdnikov N. V. Mikrobiologicheskaya otsenka kachestva vody v rekakh Amur i Sungari posle tekhnogennoy avarii v Kitaye [Microbiological assessment of water quality in the Amur and Sungari rivers after an industrial accident in China]. Waterresources. 2009. Vol. 36 (5). P. 575—587 [in Russian].
7. Kondratyeva L. M., Chukhlebova L. M. Rol' mikrobnykh kompleksov v formirovanii kachestva vody v Bureyskom i Zeyskom vodokhranilishchakh [The role of microbial complexes in the formation of water quality in the Bureysky and Zeysky Reservoirs]. Readings in memory of Vladimir Yakovlevich Levanidov. 2005. Vol. 3. P. 166—173 [in Russian].
8. Vorob'eva T. Ya. Prostranstvenno-vremennaya struktura geterotrofnogo bakterioplanktona ekosistemy ust'yevoy oblasti reki Severnaya Dvina [Spatial-temporal structure of heterotrophic bacterioplankton in the ecosystem of the mouth area of the Northern Dvina River]. Thesis for Ph. D. in Biology: 03.00.16. Arkhangelsk. 2005. 165 p. RSL OD, 61: 05-3 / 1206 [in Russian].
9. Cherobaeva A. S., Stepanov A. L., Kravchenko I. K. Otklik ammoniyokislyayushchikh bakteriy i arkhey na rezkiye izmeneniya temperatury v pochvakh raznykh klimaticheskikh zon [The response of ammonium-oxidizing bacteria and archaea to sharp temperature changes in soils of different climatic zones]. Problems of Agrochemistry and Ecology. 2011. No. 3. P. 17—24 [in Russian].
10. Pakusina A. P., Tsarkova M. F., Platonova T. P., Kolesnikova T. P. Chemical and microbiological characteristics of the agro-landscape of the Zeya-Bureya Plain small rivers. IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science. 2020. No. 421. 052003.
