CC BY
29
УДК 579.68:504.5
Л.Л. Капустина, Г.Г. Митрукова
Институт озероведения РАН, larisa.kapustina@mail.ru
САНИТАРНО-ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ВОДЫ
ДУДЕРГОФСКИХ ОЗЁР (Г. САНКТ-ПЕТЕРБУРГ) ПО РЕЗУЛЬТАТАМ МНОГОЛЕТНИХ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИХ
НАБЛЮДЕНИЙ
Исследования 1989 г., 2012-2014 гг. и 2017-2018 гг. показали, что трофический статус трех озер Дудергофской системы (Дудергофского, Долгого и Безымянного), оцененный по общей численности бактериопланктона, за этот период не изменился и оценивался как мезотрофный. В 1998 г. и 2012-2014 гг. наиболее экологически неблагополучным по численности санитарно-по-казательных микроорганизмов являлось оз. Долгое. При этом в 2017-2018 гг. постоянного превышения значений санитарно-микробиологических показателей в течение всего вегетационного сезона в каком-либо озере не выявлено. По численности сапрофитных микроорганизмов за весь период исследований воды озер соответствовали категориям «чистые» и «особо чистые», за исключением весны 1998 г. («умеренно загрязненные»), и были пригодны для любой категории водопользования, в том числе для рекреации. Основываясь на многолетнем опыте проведения экологического мониторинга Дудергофских озер, полагаем, что совокупность использованных микробиологических показателей может быть применима также к другим малым озёрам, расположенным на урбанизированных территориях.
Ключевые слова: Дудергофские озёра; бактериопланктон; сапрофитные микроорганизмы; индикаторные микроорганизмы.
Введение
Водные объекты городских территорий всегда играли важную роль: рекреационную, культурно-историческую, ландшафтную (Берникова и др., 2013; Заболотских, Васильев, 2017). В связи с усиливающейся антропогенной нагрузкой качество воды в водоёмах ухудшается, в итоге, горожане теряют места отдыха (Волшаник, Суздалева, 2008). Поэтому для своевременного выявления негативных процессов необходимо осуществлять экологический мониторинг состояния городских водоёмов. Микроорганизмы благодаря широкому диапазону адаптационных возможностей и высоким скоростям роста являются одним из наиболее информативных компонентов экосистем, способных реагировать на малейшие изменения экологических условий (Копылов, Косолапов, 2011), поэтому, достаточно достоверная оценка качества воды может быть произведена по состоянию бактериального сообщества.
Озера Дудергофской системы находится на Дудергофской возвышенности, являющейся частью Ижорского плато, сложенного карбонатными породами ордовикского периода (южная окраина Санкт-Петербурга). Питание озёр происходит за счет выклинивания подземных вод из ордовикских известняков, а также поверхностного стока
с территории Ижорского плато, расположенного выше по рельефу. Озера являются проточными, соединены между собой и активно используются для рекреации. Система включает следующие озёра: Дудергофское (выше по уровню, площадь зеркала 0.5 км2, средняя глубина 1.5 м), Долгое (площадь зеркала 0.07 км2, средняя глубина 1,2 м, сток зарегулирован плотиной) и Безымянное (замыкающее, площадь зеркала 0.19 км2, средняя глубина 3.0 м).
Материалы и методы исследования
Комплексные исследования (в т.ч. микробиологические) экологического состояния Дудергоф-ских озёр проводились Институтом озероведения РАН в 1998 г., 2012-2014 гг., в ноябре 2017 г. и в апреле-августе 2018 г. Поскольку все исследования проводились в соответствии с разными задачами, набор выбранных микробиологических параметров и схемы отбора проб не были полностью идентичны. Весной и летом 1998 г. в Дудергофских озёрах (6 станций) определялись следующие параметры: общая численность бак-териопланктона (ОЧБ) (НоЬЫе et а1., 1977; Кузнецов, Дубинина, 1989) и численность сапрофитных бактерий (общее микробное число (ОМЧ)). В 2013-2014 гг. кроме вышеуказанных параметров,
16
российский журннл ииой экологии
в озерах (3 станции, по одной в каждом озере) определялась численность общих колиформных бактерий (ОКБ) (относятся к бактериям группы кишечной палочки) в качестве характеристики санитарного состояния водоемов (МУК 4.2.101801). В 2017-2018 гг. на 12-и станциях (Дудергоф-ское - 4., Долгое - 3, Безымянное - 5) определялись следующие параметры: ОЧБ, ОМЧ, ОКБ, а также численность термотолерантных колиформ-ных бактерий (ТКБ), наличие которых свидетельствует о свежем фекальном загрязнении. В августе 2018 г., определялось количество колифагов, возбудителей кишечных инфекций, жизнеспособных яиц гельминтов и жизнеспособных цист патогенных кишечных простейших. Определения проводились ФБУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в городе Санкт-Петербурге».
Для всех вышеперечисленных групп микроорганизмов, кроме сапрофитных бактерий, установлены нормативы численности в воде водных объектов (СанПиН 2.1.5.980-00). Мы использовали наиболее жесткий норматив для рекреационного водопользования (ОКБ - не >500 КОЕ/100 мл; ТКБ - не >100 КОЕ/100 мл), так как исследуемые водоёмы активно используются для отдыха, особенно оз. Безымянное. Качество воды по численности сапрофитных бактерий оценивалось согласно классификатору вод суши по гидробиологическим показателям (Руководство..., 1983).
Результаты и их обсуждение
В конце 90-х годов прошлого столетия общая численность бактериопланктона в поверхностном слое воды Дудергофских озер колебалась в пределах 1.2-3.7 млн кл./мл и не выходила за рамки значений характерных для мезотрофных водоемов (Копылов, Косолапов, 2007). Минимальные значения отмечались в оз. Безымянном, максимальные - в оз. Долгом. Наиболее высокая концентрация микроорганизмов во всех озерах отмечалась весной во время паводка. Во всех озерах весной отмечалась высокая численность сапрофитных бактерий (3.2 - 7.6 тыс. кл./мл), что,
вероятно, является следствием попадания в озера значительного количества органического вещества с терригенным стоком во время паводка, летом эта величина существенно снижалась (2.9-4.3 тыс. кл./мл). Согласно классификатору качества вод суши (Руководство., 1983) по численности сапрофитов воды Безымянного и Дудергофского озер в весенний период можно оценить, как «умеренно загрязненные», а летом - как «чистые».
В воде оз. Дудергофского численность общих колиформных бактерий превышала установленные нормативы (Вуглинский и др., 1998), что свидетельствовало о поступлении в водоём фекального загрязнения и указывало на потенциальную эпидемическую опасность вод озера.
Следующий этап микробиологических наблюдений Дудергофских озер (на оз. Долгом работы не проводились) в составе комплексных исследований Института озероведения относится к 2012 - 2014 гг. К сожалению, в 2012 г. значения микробиологических показателей оценивались только в летний период. В это время общая численность микроорганизмов колебалась от 2.8 до 4.6 млн. кл./мл. В 2013 г. максимальные величины общей численности бактериопланктона на всех исследованных участках, так же как в 1998 г., наблюдались весной, во время паводка (2.0 и 1.82 млн кл./мл в Дудергофском и Безымянном соответственно). Летом 2013 г. концентрация микроорганизмов снижалась и варьировала от 1.5 млн кл./мл в оз. Безымянном до 1.75 млн. кл./мл в Дудергофском. В осенний период в обоих озерах эти величины, по сравнению с летними, снижаются примерно в 1.5 раза. В течение всего вегетационного сезона максимальные величины общей численности микроорганизмов были найдены в оз. Дудергофском, а минимальные (так же как в 1998 г.) - в оз. Безымянном. В отличие от 2013 г. в 2014 г. ОЧБ в весенний период в обоих водоемах была ниже, чем летом. Весенние величины общей численности микроорганизмов в 2013 и 2014 гг. очень близки между собой, тогда как летом значения этого параметра были значительно выше в
Таблица 1. Среднесезонные величины общей численности бактериопланктона (х*106кл./мл) в Дудергофских озерах в 2012-2014 гг. и 2017-2018 гг..
Озера 2012 г. 2013 г. 2014 г. 2017 г. 2018 г.
лето весна, лето, осень весна, лето ноябрь весна, лето
Дудергофское 4.6 1.8 ± 0.5 3.6 1.7±0.3 4.2±1.8
Безымянное 2.9 1.6 ± 0.4 4.8 1.4±0.2 3.8±0.9
Долгое - - - 2.0±0.1 3.9±1.1
2014 г. (4.3 и 6.8 млн. кл./мл в Дудергофском и Безымянном соответственно). Судя по средне-сезонным величинам общей численности бакте-риопланктона (табл. 1), статус озер варьировал от слабо мезотрофного (2013 г.) до типично ме-зотрофного (2012, 2014 гг.) (Копылов, Косолапов, 2007). По-видимому, подобные вариации уровня трофии, в первую очередь, объясняются, тем, что в отдельные годы исследования охватывали разные сезоны.
Максимальные величины ОМЧ в исследуемых водоемах найдены летом 2012 г. (0.4 и 1.11 тыс. кл./мл в Дудергофском и Безымянном соответственно). Очень низкая численность сапрофитных бактерий в исследованных водоемах отмечалась в мае 2013-2014 гг.: 0.08-0.23, 0.01-0.029 тыс. кл./мл соответственно (табл. 2), что, скорее всего, связано с несовпадением времени отбора проб с весенним паводком, при том что температура воды, к которой очень чувствительны сапрофитные микроорганизмы, в это время была еще низкой. В 2014 г., особенно в летний период, величины ОМЧ существенно снижались по сравнению с предыдущими годами, что, вероятно, являлось результатом очень сухой погоды, установившейся в июле 2014 г., когда практически не было стока с прилегающих территорий.
Численность ОКБ колебалась в пределах 9-300 КОЕ/100 мл и не превышала установленных нормативов (СанПиН 2.1.4.1074-01) даже летом, в сезон максимальной рекреационной активности. Каких-либо закономерностей сезонной динамики этой группы бактерий не отмечалось. В оз. Ду-дергофское величина ОКБ (27-300 КОЕ/100 мл) была выше, чем в Безымянном (9-182 КОЕ/100 мл). Часто рост бактерий этой группы, вообще, не регистрировался. Судя по полученным данным, хозяйственно-бытовые стоки в эти водоёмы не попадали.
Третий этап исследований озер Дудергофской системы начался в ноябре 2017 г. и закончился в
августе 2018 г., т.е. охватывал полный вегетационный сезон. Осенью 2017 г. ОЧБ в разных озерах колебалась от 1.12 до 2.14 млн кл./мл. Средние концентрации микроорганизмов в озерах Долгом и Дудергофском превышали аналогичную величину в оз. Безымянном - 2.02, 1.74 и 1.42 млн кл./ мл соответственно. Величины ОМЧ были невысокими и варьировали в пределах 27-125 КОЕ/мл на всех станциях. Величины численности общих колиформных бактерий колебались на акватории озер довольно значительно, от минимальной в оз. Безымянное (53 КОЕ/мл) до максимальной в оз. Долгое (410 КОЕ/мл), не выходя, однако, за рамки нормативных значений. Численность ТКБ, индикаторов свежего фекального загрязнения, в озерах Дудергофское и Безымянное была невысокой и варьировала в узких пределах (отсутствие роста - 40 КОЕ/100 мл). Численность этой группы в оз. Долгое была выше и на одной из станций, там же где были зарегистрированы максимальная величина ОМЧ, вдвое превышало установленные нормативы (200 КОЕ/100 мл), что свидетельствовало о наличии на этом участке свежего фекального загрязнения. Осенью 2017 г. относительно повышенные значения всех санитарно-микробиологи-ческих параметров наблюдались в оз. Долгом.
Общая численность бактериопланктона в апреле 2018 г. была довольно высокой для подледного периода и колебалась от 1.36 до 2.48 млн кл./мл в поверхностном слое воды озер Дудергофского и Безымянного соответственно. В подледный период максимальные величины данного параметра отмечались в озерах Безымянном и Долгом - 1.94 и 1.90 млн кл./мл соответственно, минимальное значение было найдено в оз. Дудергофском - 1.48 млн кл./мл. Наши данные не противоречат результатам, полученным при исследовании различных городских водоёмов. Так, величины ОЧБ в период ледостава (март-апрель) в 2016 г. в малых озерах г. Петрозаводска варьировали в пределах 1.96-3.22 млн кл./мл (Макарова и др., 2017). Ве-
Таблица 2. Средние величины ОМЧ (тыс. КОЕ/мл) в Дудергофских озерах в 2012-2014 гг. и 2017-2018 гг.
Озера 2012 г. 2013 г. 2014 г. 2017 г. 2018 г.
лето весна, лето, осень весна, лето ноябрь весна, лето
Дудергофское 0.40 0.10±0.62 0.029 0.040±0.007 0.10±0.05
Безымянное 1.14 0.12±0.98 0.07±0.60 0.040±0.0002 0.73±0.69
Долгое - - - 0.075±0,034 0.29±0.19
18
российский журнал прииной экологии
личины ОМЧ в Дудергофских озерах в это время были невысоки и варьировали в широких пределах (6-223 КОЕ/мл). Максимальная величина отмечалась в оз. Безымянное, минимальная - в Дудергофском озере. Численность ОКБ была низкой и колебалась на акватории системы от 5 до 45 КОЕ/100 мл, что на 1-2 порядка ниже верхней границы нормативных значений. На большинстве станций рост ОКБ и ТКБ не регистрировался. Только на двух станциях (в оз. Дудергофском и оз. Безымянном) отмечались невысокие значения численности ТКБ (3, 23 КОЕ/100 мл).
Общая численность бактериопланктона в мае 2018 г. колебалась от 2.69 млн кл./мл в оз. Безымянном до 5.82 млн кл./мл в оз. Дудергофском. Наиболее высокие средние концентрации микроорганизмов были найдены в оз. Дудергофском и Долгом - 4.78±0.82 и 4.46±0.47 млн кл./мл, соответственно, минимальная - в оз. Безымянном (3.40±0.51 млн кл./мл). Величины ОМЧ варьировали в широких пределах (61-1112 КОЕ/мл). Как максимальная, так и минимальная величины отмечались в оз. Безымянное. Численность ОКБ колебалась от отсутствия роста до 418 КОЕ/100 мл и нигде не превышала установленных для рекреации нормативов. На большинстве станций рост ТКБ, либо не регистрировался, либо их численность была невелика (9-82 КОЕ/100 мл). Исключением были две станции в оз. Долгом, где количество ТКБ составляло 173 и 218 КОЕ/100 мл, что выходило за рамки нормативных значений, на этих же станциях отмечались относительно высокие величины численности ОКБ.
Весной максимальная ОЧБ отмечалась в оз. Дудергофское, самые высокие величины ОМЧ наблюдались в оз. Безымянное, максимальное количество ОКБ - в озерах Долгое и Безымянное, а самая высокая численность ТКБ, превышающая нормативные значения - в оз. Долгом. Полного совпадения максимальных и минимальных значений общей численности микроорганизмов и санитарных параметров не обнаружено. По-видимому, это объясняется тем, что ОЧБ зависит, в основном, от интенсивности развития фитопланктона и температуры воды, тогда как сани-тарно-показательные микроорганизмы всегда попадают в водоем извне, из организма человека, теплокровных животных и птиц или с коммунальными стоками.
В августе 2018 г. ОЧБ колебалась от 1.97 млн кл./мл в оз. Дудергофском до 8.22 млн кл./мл в том же озере. Средние величины в оз. Дудергоф-ском, Долгом и Безымянном были практически одинаковы - 5.02±2.90, 4.82±1.06 и 4.73±1.26 млн кл./мл соответственно. При этом разброс колеба-
ний абсолютных величин данного параметра в отдельных водоёмах системы был весьма значительным, особенно это касается Дудергофского озера, где пространственное распределение бак-териопланктона очень неоднородно, несмотря на небольшие размеры этого водоёма. Летние величины численности бактериопланктона в Ду-дергофских озерах сопоставимы с аналогичными данными для других городских водоёмов, в частности, для Косинских озер (Косинское Тре-хозерье, г. Москва), где концентрация бактерий в воде летом варьировала от 1.91 до 5.53 млн кл./мл (Ильинский и др., 2013).
Величины ОМЧ в августе варьировали в интервале 65-3280 КОЕ/мл, максимальные величины отмечались в оз. Безымянное. Вероятно, довольно интенсивное по сравнению с другими сезонами, развитие сапрофитной микрофлоры в августе 2018 г. связано с высокими температурами воды и наличием легкоокисляемого органического вещества фитопланктона в летний период. Нужно отметить низкую численность вплоть до отсутствия роста ОКБ и ТКБ (ни на одной станции рост не был зарегистрирован). Лето 2018 г. было очень жарким и сухим, осадки не выпадали почти 1.5 месяца, в связи с чем терригенный сток в озера был минимальным. По-видимому, это основная причина столь благополучного экологического состояния водных масс Дудергофских озер по санитарно-микробиологическим показателям. Аналогичная ситуация, как указывалось выше, наблюдалась летом 2014 г. Возбудителей кишечных инфекций, жизнеспособных яиц гельминтов и жизнеспособных цист патогенных кишечных простейших в августе 2018 г. в воде Дудергофских озер обнаружено не было. Количество коли-фагов, не превышало установленных нормативов ни на одной из исследованных станций.
Заключение
Несмотря на то, что количество станций и схемы отбора проб в различные временные периоды (1998 г., 2012 - 2014 и 2017 - 2018 гг.) не были идентичными, трофический статус Дудергофских озер по величинам общей численности бактери-опланктона за исследованный период не изменился и оценивался как мезотрофный. В данном случае существенную роль, по-видимому, играет природный фактор - состав пород, образующих водосбор. Питание этих озер происходит за счет выклинивания подземных вод из ордовикских известняков, а также поверхностного стока с территории плато сложенного силурийскими известняками. Концентрация микроорганизмов в таких водах обычно невелика. Устойчивого подъема
абсолютных величин санитарных параметров во временном аспекте не наблюдалось. Наиболее экологически неблагополучным по санитарным показателям (ОКБ, ТКБ) в 2012 - 2014 гг. являлось самое маленькое и мелководное оз. Долгое, где значения этих показателей были выше, чем в других озерах. Однако, в 2017-2018 гг. не отмечалось постоянного превышения значений санитарных показателей во время всего вегетационного сезона в определенном озере. Водные массы всех озер Дудергофской системы в 2012- 2017 гг. и в 2017-2018 гг. по величинам численности сапрофитных микроорганизмов на протяжении вегетационного сезона согласно классификатору вод суши по гидробиологическим показателям, соответствовали категории «чистые» и «особо чистые» за исключением весны 1998 г. («умеренно загрязненные»).
Судя по величинам вышеуказанных параметров, в настоящее время можно оценить экологическое состояние системы Дудергофских озер как удовлетворительное, но периодически ухудшающееся во время осеннего и весеннего паводков, когда терригенный сток в озера усиливается, что является причиной попадания в воду бактерий группы кишечной палочки.
На основании полученных результатов полагаем, что использованный набор микробиологических параметров адекватно оценивает качество воды в исследованных водоемах и, следовательно, может быть применим для оценки экологического состояния небольших озер, расположенных на урбанизированных территориях.
Работа выполнена в рамках государственного задания ИНОЗ РАН по теме 4 - № 01201363380 при частичном финансовом обеспечении за счёт средств федерального бюджета.
Список литературы
1. Берникова Т.А., Цупикова Н.А., Нагорнова Н. Н. Роль водных объектов в обеспечении устойчивого развития городской среды (на примере бассейна пруда Верхнего в г. Калининграде) // Вестник РУДН. Сер. Экология и безопасность жизнедеятельности. 2013. №4. С. 97-106.
2. Волшаник В.В., Суздалева А.А. Классификация городских водных объектов. М.: Изд-во АСВ, 2008. 112 с.
3. Вуглинский В.С., Гронская Т.П., Силина Н.И., Вар-фоломеева И.Н., Макарова С.В. Экологическое состояние внутренних водоемов Санкт-Петербурга // Разведка и охрана недр. 1998. №7-8. С. 44-46.
4. Заболотских В.В., Васильев А.В. Экспресс-оценка экологического состояния и бактериального загрязнения водоёмов урбанизированных территорий на примере города Самара // Известия Самарского научного центра РАН. 2017. Т. 19, № 5 (2). С. 228-234.
5. Ильинский В.В., Мошарова И.В., Акулова А.Ю., Мо-
шаров СА. Современное сотояние гетеротрофного бактери-опланктона Косинского трехозерья // Водные ресурсы. 2013. Т. 40, № 5. С. 477-487.
6. Копылов A.K, Косолапов Д.Б. Микробиологические индикаторы эвтрофирования пресных водоёмов // Биоиндикация в мониторинге пресноводных экосистем. Сборник материалов международной конференции. СПб: ЛЕМЛ. 2007. С. 176-180.
7. Копылов A.K, Косолапов Д.Б. Микробная «петля» в планктонных сообществах морских и пресноводных экосистем. Ижевск: КнигоГранд, 2011. 332 с.
8. Кузнецов С.И., Дубинина T.A. Методы изучения водных микроорганизмов. М.: Наука, 1989. 285 с.
9. Макарова Е.М., Слуковский З.И., Медведев A.C, Новицкий Д.Г. Оценка качества воды малых озер г. Петрозаводска по показателям бактериопланктона в подледный период // Учен. зап. Петрозаводского гос. ун-та. 2017. №6 (167). С. 72-77.
10. МУК 4.2.1018-01. Санитарно-микробиологический анализ питьевой воды.
11. Руководство по методам гидробиологического анализа поверхностных вод и донных отложений / Под ред. ВА. Aбакyмова. Л.: Гидрометеоиздат, 1983. 240 с.
12. СанПиН 2.1.5.980-00. Водоотведение населенных мест, санитарная охрана водных объектов. Гигиенические требования к охране поверхностных вод.
13. Hobbie L.E., Daley R.I., Jasper S. Use of nucleopore filters for counting bacteria by fluorescence microscopy // Appl. and Environ. Microb. 1977. № 33(5). Р. 1225-1228.
L.L. Kapustina, G.G. Mitrukova. Sanitary-ecological assessment of the water quality of Duder-hofsky lakes (St. Petersburg) by the results of long term microbiological observations.
Studies in 1989, 2012-2014 and 2017-2018 have shown that the trophic status of the three lakes of the lakes Duderhof system (Duderhof, Dolgoe, Besi-myannoe) estimated by the total number of bacterio-plankton, during this period did not change and was assessed as mesotrophic. In 1998 and 2012-2014 the Lake Dolgoe was the most ecologically unfavorable in terms of the number of sanitary-indicative microorganisms. However, in 2017-2018 constant excess of the values of sanitary and microbiological indicators during the entire growing season in any lake was not detected. According to the number of saprophytic microorganisms for the entire period of studies, the waters of the lakes corresponded to the categories of "clean" and "especially clean", except for the spring of 1998 ("moderately polluted"), and were suitable for any category of water use, including recreation. Based on many years of experience in environmental monitoring of the Duderhof lakes, we believe that the set of used microbiological indicators can also be applied to other small lakes located in urban areas.
Keywords: Duderhofsky lakes; bacterioplankton; total plate counts; indicating microorganisms
20
российский ил иий экологии
Информация об авторах
Капустина Лариса Леонидовна, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник, Институт озероведения РАН, 196105, Россия, г. Санкт-Петербург, ул. Севастьянова, 9, E-mail: larisa.kapustina@mail.ru.
Митрукова Галина Геннадьевна, кандидат биологических наук, научный сотрудник, Институт озероведения РАН, 196105, Россия, г Санкт-Петербург, ул. Севастьянова, 9, E-mail: galya-21@mail.ru.
Information about the authors
Larisa L. Kapustina, Ph.D. in Biology, Senior Researcher, Institute of Limnology, Russian Academy of Sciences, 9, Sevast'yanova st., St. Petersburg, 196105, Russia, E-mail: larisa.kapustina@mail.ru.
Galina G. Mitrukova, Ph.D. in Biology, Researcher, Institute of Limnology, Russian Academy of Sciences, 9, Sevast'yanova st., St. Petersburg, 196105, Russia, E-mail: galya-21@mail.ru.
