CC BY
23
УДК 574.63; 576.635
МНОГОЛЕТНЯЯ ДИНАМИКА НЕКОТОРЫХ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ МОРСКИХ ВОД М. ШЕСХАРИС НОВОРОССИЙСКОЙ БУХТЫ
© 2004 г. Е.П. Ермакова, Е.И. Гаврилова
The results of investigations of temporal distributions of heterotrophic, petroleum- oxidation microorganisms beside Sheskharis cape at Novorossiysk bay in late 1990 - 2003 years period are evaluated. The dependences between decrease of level petroleum -pollution, of these groups of bacteria and development of industry are established.
Новороссийская бухта - одна из крупнейших на Кавказском побережье Черного моря - подвержена активному антропогенному воздействию, нарастающему с каждым годом.
Удобное географическое расположение и технические возможности Новороссийского морского торгового порта определяют перспективы бухты как транспортного узла России. В состав Новороссийского морского торгового порта помимо грузовых районов, расположенных в вершинной части бухты и перерабатывающих генеральные, навалочные грузы, контейнеры, входит также крупнейший в СНГ нефтеналивной терминал - нефтеперевалочный комплекс «Шесхарис».
Новороссийская бухта подверглась сильному нефтяному загрязнению с началом базирования танкерного флота в 1964 г. и вводом в эксплуатацию нефтебазы «Шесхарис». В период с 1964 по 1969 г. без всякого контроля ежесуточно сбрасывались более 150 тыс. м2 малоочищенных или совсем неочищенных сточных вод нефтебазы, имели место аварийные сбросы нефтепродуктов при бункеровке судов (до 800 т нефти в год). Лишь после глубокой реконструкции берегового очистного комплекса содержание нефтепродуктов уменьшилось с 30 до 15 мг/л в сточных водах нефтебазы «Шесхарис» в период с 1971 по 1991 г., а в морских водах - с 2,89 до 1,24 мг/л - в период 1979 -1991 гг. [1].
Район восточного открытого побережья Новороссийской бухты, по данным многолетних наблюдений, считался условно чистым в силу сложившегося в бухте влияния сгонно-нагонных течений [2, 3], хотя граничащий с ним м. Шесхарис (место дислокации нефтебазы и нефтеналивного комплекса «Шесхарис») был подвержен как хроническому загрязнению, так и аварийным эпизодическим разливам нефти. В течение последних десяти лет ситуация постепенно менялась. После крупного разлива нефти в мае 1997 г., когда в море попало от 40 до 100 т нефти, руководство нефтебазы «Шесхарис» и ОАО «НМТП» осуществило ряд мероприятий, позволяющих предотвратить в будущем такие аварии и снизить уровень загрязнения акватории нефтепродуктами. Проведена модернизация и восстановление несущей способности причалов неф-тегавани «Шесхарис». В результате двухлетней работы были капитально отремонтированы и модернизированы причалы № 2, 3, 5, 6, 7, 8 Нефтерайона порта, увеличен и модернизирован флот для ликвидации разливов нефти.
На ОАО «НМТП» приходится 30 % всей экспортируемой Россией нефти. К 2000 г. ОАО «НМТП» впервые удалось пересечь 50-миллионный рубеж по грузообороту, при этом нефтеперевалка сырой нефти и нефтепродуктов составила 40,25 млн т [4].
Материал и методы. Материалом для этой статьи послужили результаты многолетних исследований по определению качества морской воды в акватории нефтеналивного комплекса «Шесхарис» и прилегающего района восточного открытого побережья Новороссийской бухты - станции «12 км», «Пенай» (рисунок), начиная с 1991 г. Пробы для анализа отбирались в летнее время, в период максимального прогрева воды из поверхностного слоя 0-0,5 м. Для определения качества воды нами использовались некоторые микробиологические показатели, в частности численность гетеротрофных сапрофитных микроорганизмов, определяющих степень эвтрофикации морских вод и нефтеокисляющих бактерий, прямых индикаторов загрязнения нефтепродуктами.
Шесхарис 12 - км 1 м. Пенай N
Схема отбора проб у м. Шесхарис и у восточного открытого побережья Новороссийской бухты
С августа 2001 г. по июль 2003 г. проводился отбор проб морской воды в акватории нефтегавани «Шесхарис» для химического и микробиологического анализа с периодичностью 1-3 месяца. Помимо учета численности гетеротрофных сапрофитных и нефтеокисляющих микроорганизмов определялась численность микроорганизмов липолитических, денитрифицирующих и сульфатредуцирующих физиологических групп методом предельных разведений на соответст-
вующих средах [5, 6]. Обработку гидрохимических проб проводили стандартными методами [7, 8].
Результаты и обсуждение. По нашим данным (представлены по результатам ежегодных летних съемок), в 1990-1995 гг. численность гетеротрофных сапрофитных микроорганизмов у м. Шесхарис составляла 8-10 тыс. кл/мл, нефтеокисляющих - 9001400 кл/мл и превышала аналогичные показатели для восточного открытого побережья на порядок и на два-три порядка соответственно (табл.1). Известно, что предельно допустимым концентрациям нефтепродуктов в воде водоемов рыбохозяйственного значения (0,05 мг/л) соответствует менее 1тыс. нефтеокисляющих микроорганизмов в 1 мл [9].
Таблица 1
Динамика роста нефтеперевалки и изменения микробиологических показателей (кл/мл) морской воды акватории нефтегавани «Шесхарис»
После аварии летом 1997 г. численность гетеротрофных сапрофитов составляла 6,5 тыс. кл/мл, а нефтеокисляющих бактерий - 4,5 тыс. кл/мл, что
превышало показатели условно чистого района более чем в 30 раз. В 2000-2001 гг. численность сапрофитов уменьшилась до 950 кл/мл, а нефтеокисляющих - до 95-150 кл/мл. Эти показатели приблизились к наблюдаемым в районе открытого восточного побережья.
Показатели открытого восточного побережья в то же время были крайне нестабильны, численность гетеротрофных сапрофитных микроорганизмов колебалась от 150 кл/мл в 1999 г. до 12 тыс. кл/мл - в 2001 г. соответственно нефтеокисляющих - от 20 кл/мл до 7,5 тыс. кл/мл.
Такая концентрация индикаторной микрофлоры редко наблюдалась даже в вершинной части - самом загрязненном участке бухты. Вероятно, на ситуацию в этом районе в момент отбора проб сильно повлиял несанкционированный сброс льяльных и фекальных вод с судов, стоящих на открытом рейде в Новороссийской бухте.
Таким образом, в последние годы, динамика изменения микробиологических показателей свидетельст-
вует о явном улучшении экологической обстановки у м. Шесхарис.
Микроорганизмы чутко реагируют на изменение физико-химических параметров морских экосистем, поэтому их количественный и групповой составы -важная суммарная характеристика состояния водных объектов. Наиболее широко используемыми параметрами для диагностирования качества вод помимо количества гетеротрофов и нефтеокисляющих бактерий, является численность микроорганизмов других физиологических групп.
Полученные нами результаты подтвердили зависимость между содержанием в воде лабильного органического вещества (окисляемость) и гетеротрофными сапрофитами, а также между количеством растворенных нефтепродуктов и комплексом нефтеокисляющих и липолитических бактерий (табл.2).
Таблица 2
Сезонная динамика изменений некоторых гидрохимических параметров и численности микроорганизмов аэробных физиологических групп (кл/мл) в акватории комплекса «Шесхарис»
Дата Окис-ляе-мость, мг О2/л Нефте- про- дукты, мг/л Сапро- фиты Липо- лити- ческие Нефте- окис- ляю- щие
2B.0B.01 1,50 0,05 1500 700 150
11.10.01 1,49 0,03 1500 450 150
22.11.01 1,15 0 950 75 95
27.02.02 1,85 0,40 1500 1500 950
21.03.02 0,95 0,01 300 150 95
27.04.02 1,02 0 150 45 7
24.06.02 1,05 0 200 95 9
30.07.02 1,24 0 300 45 9
2B.10.02 1,51 0 950 7,5 4,5
21.11.02 1,50 0,02 750 30 95
26.02.03 0,96 0,01 500 500 45
1B.03.03 1,35 0,06 500 500 200
12.05.03 1,15 0,01 450 95 95
22.06.03 1,00 0,01 150 45 95
29.07.03 1,38 0 950 20 95
Распределение липолитических микроорганизмов, обладающих ферментом липазой и способных разлагать жиры, носит характер, сходный с распределением нефтеокисляющих бактерий. Липиды и липидоподобные вещества обычно попадают в воду с береговым стоком, а также с продуктами жизнедеятельности фито- и зоопланктона, образуются при микробном окислении н-алканов нефти. Максимумы численности липолитических микроорганизмов приурочены к местам сброса хозяйственно-бытовых сточных вод. Они наблюдаются в районах, подвергающихся хроническому нефтяному загрязнению, а также совпадают по времени с периодами массового развития зоо- и фитопланктона в условно чистых морских акваториях.
Несмотря на относительно высокое содержание растворенного кислорода в поверхностном слое (не менее 6,69 мгО2/л), в пробах выделяются представи-
Год Объем нефте-перевалки [4,10], млн т М. Шесхарис Восточное открытое побережье
Гете- р°- трофы Нефте- окис- ляющие Гетеро- трофы Нефте- окис- ляющие
1990- 1995 <32,22 800- 10000 300-1400 300- 1500 0-100
1997 34,52 6500 4500 200 150
199B 36,49 5000 700 950 130
1999 35,88 1500 950 150 20
2000 40,25 950 150 750 95
2001 43,94 950 95 12000 7500
2002 47,19 450 45 450 45
2003 >47,19 250 20 150 15
тели анаэробных групп микроорганизмов - денитри- фикаторов и сульфатредукторов (табл. 3).
Таблица 3
Сезонная динамика изменений некоторых гидрохимических параметров и численности микроорганизмов анаэробных физиологических групп (кл/л) в акватории комплекса «Шесхарис»
Дата Кислород, мг/л Сульфат редукторы Азот нитратн., мг/л Азот аммон., мг/л NH4/ NO3 Денитри- фикаторы
28.08.01 7,25 36 0,0039 0,038 9,74 4300
11.10.01 6,69 <30 0,006 0,034 5,67 430
22.11.01 8,47 36 0,0028 0,024 8,57 2100
27.02.02 10,10 140 0,004 0,038 9,5 2100
21.03.02 9,79 150 0,005 0,033 6,6 150
27.04.02 9,40 <30 0,003 0,025 8,3 230
30.07.02 7,02 30 0,003 0,043 14,33 9300
28.10.02 7,24 <30 0,0045 0,036 8 930
21.11.02 7,94 <30 0,0167 0,052 3,13 91
26.02.03 9,91 36 0,005 0,068 13,6 9300
18.03.03 9,95 <30 0,037 0,060 1,62 150
12.05.03 8,84 91 0,0083 0,042 5,06 210
22.06.03 8,58 <30 0,0009 0,029 32,22 46000
29.07.03 7,28 36 0,0061 0,032 5,24 430
Влияние кислорода на процесс денитрификации в воде недостаточно изучено. Количество кислорода, ограничивающее денитрификацию, не определено, но может зависеть от концентрации нитрата. Чувствительность денитрифицирующих бактерий к растворенному кислороду варьирует в широких пределах. Это объясняет факт аэробной денитрификации в поверхностном слое воды в присутствии значительных количеств кислорода.
Процесс денитрификации происходит в водной среде в две стадии. По мере исчезновения нитрата из обедненной кислородом морской воды нитрит аккумулируется в соотношении 1:1, пока концентрация нитрата не станет ниже или он не исчезнет. Нитрит далее восстанавливается в газообразный азот. Другой путь анаэробного дыхания с восстановлением нитратов до аммиака - диссимиляционная нитратредукция. Эти процессы приводят к обеднению воды нитратами - наиболее доступной для растений формой азотистого питания, и в природных водах могут протекать одновременно. Необходимую энергию для восстановления нитратов и нитритов эти бактерии получают при окислении органического вещества.
В природных условиях процесс диссимиляционной нитратредукции преимущественно протекает в условиях, при которых имеется высокое соотношение аммоний / нитраты. Это подтверждается результатами наших наблюдений: максимумы численности денитрифицирующих микроорганизмов совпадают с максимальными значениями соотношения аммоний / нитраты.
Сульфатредуцирующие бактерии (в отличие от бактерий денитрификаторов) - облигатные анаэробы, хотя некоторые из них проявляют устойчивость к наличию кислорода в среде. Энергию они получают при анаэробном (сульфатном) дыхании, когда в качестве конечного акцептора водорода используют сульфаты,
которые восстанавливаются до сероводорода. В природных условиях в качестве доноров кислорода используют органические кислоты, углеводы, продукты распада белков, жиры, а для некоторых донорами могут быть углеводороды, парафины, нефть.
Нами наблюдается артефакт: высоким значениям растворенного кислорода соответствует высокая численность сульфатредуцирующих бактерий-анаэробов в поверхностном слое воды, по-видимому, за счет взмучивания донных отложений. Выделение сульфатредуцирующих (десульфурирующих) микроорганизмов из приповерхностных горизонтов моря отмечено ранее, это позволило предположить, что наличие органического вещества является определяющим условием в распределении сульфатредуцирующих микроорганизмов в море по сравнению с растворенным кислородом [11].
Полученные данные по химическому и микробиологическому анализу за ряд последних лет, несмотря на зависимость степени развития бактериальной жизни от берегового стока, погодных условий и других факторов, свидетельствуют об улучшении экологической обстановки в районе мыса Шесхарис.
Литература
1. Комаров А.В., Шимкус К.М. // Сб. науч. тр. Рос-комнедра. Геленджик, 1994. С.207-220.
2. Лысина И.В. // Материалы науч. конф. Севастополь, 26-29 сентября 1968 г. Киев, 1970. С.230-235.
3. Техногенное загрязнение и процессы естественного самоочищения Прикавказской зоны Черного моря / Под ред. И.Ф. Глумова. М., 1996.
4. Ковбасюк В. Н. // Морские порты России. 2001. № 2. С.29-32
5. Кузнецов С. И., Дубинина Г.А. Методы изучения водных микроорганизмов. М., 1989.
6. Руководство по методам биологического анализа морской воды и донных отложений (временное)/ Под ред. А.В. Цыбань. М., 1980. С.8-79.
7. Руководство по химическому анализу морских вод. РД 52.10.243-92. СПб., 1993.
8. Шишкина Л.А. Гидрохимия. СПб., 1974.
9. Вербина Н.М. Гидробиология с основами общей микробиологии. М., 1980.
10. Годовой отчет ОАО НМТП 2002 г. годовому общему собранию акционеров 27 июня 2003 г.
11. Цыбань А.В. Бактерионейстон и бактериопланктон шельфовой области Черного моря. Киев, 1970.
Кубанский государственный университет
10 ноября 2003 г.
