Отправить статью по E-mail Анализ особенностей распределения гидрохимических и микробиологических показателей водотоков Сургутского и Октябрьского районов Ханты-Мансийского автономного округа – Югры
- Авторы: Арсланова М.М.1, Шорникова Е.А.1, Музиева М.И.1
-
Учреждения:
- Сургутский государственный университет
- Выпуск: Том 9, № 2 (2020)
- Страницы: 15-19
- Раздел: Общая биология
- URL: https://snv63.ru/2309-4370/article/view/41912
- DOI: https://doi.org/10.17816/snv202102
- ID: 41912
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Исследование экологического состояния в бассейнах рек, в том числе определение фактического загрязнения вод, в последнее время является актуальным. Водные объекты, расположенные в границах территорий нефтедобычи, испытывают постоянное и интенсивное антропогенное воздействие, возникающее не только в процессе эксплуатации месторождений, но и при подготовке площадей для разведочного и эксплуатационного бурения, обустройстве кустовых площадок, прокладке коммуникаций и т.п. В статье представлен анализ особенностей распределения микробиологических и гидрохимических показателей водотоков Сургутского и Октябрьского районов Ханты-Мансийского автономного округа – Югры. Методом кластерного анализа определены каскадные системы по общему микробному числу исследуемых рек. Дана характеристика родового состава и распределения выявленных микроорганизмов на объектах исследования. В результате проведения кластерного анализа рек выявлено 4 трофические группы микроорганизмов: сапрофитные, нитрифицирующие, фенолусваивающие и углеводородокисляющие бактерии. В результате идентификации выделенных изолятов было выявлено, что преобладает бактериальная микробиота. При изучении родового состава мицелиальной микробиоты отмечено, что выявлялись только плесневые грибы (Cladosporium sp., Aspergillus sp., Penicillium sp.). В работе представлены результаты мониторинга водотоков в 2018–2019 годы по следующим показателям качества воды: рН, ионы аммония, токсичность острая. Вариативность гидрохимических показателей в поверхностных водах рек в разное время года напрямую связана с изменением фаз гидрологического режима.
Ключевые слова
Полный текст
Введение
Качество водных ресурсов является одной из актуальных проблем общества, имеющей значение как для экосистем, так и для обеспечения здоровья и качества жизни населения. Пригодность воды для определенных целей водопользования определяется в зависимости от ее состава и свойств.
Состав вод достаточно сложен и обусловлен комплексом химических и биохимических процессов. Загрязнение рек веществами антропогенного происхождения обретает все большую важность. Природные загрязнители поступают из почв и горных пород в результате выщелачивания минералов с паводковыми и дождевыми водами. Антропогенные источники представлены отходами промышленных предприятий, бытовыми сбросами и загрязнителями, попадающими в воды в результате сельскохозяйственной деятельности (удобрениями, средствами защиты растений от вредителей и т.д.) [1]. Поверхностные воды, находящиеся в пределах лицензионных участков нефтегазовых месторождений, подвергаются возрастающему антропогенному загрязнению, что связано с освоением и использованием объектов нефтегазовой промышленности [2].
Статистическая универсализация микробиологических и гидрохимических показателей является одним из основных критериев в современной экологии и выступает неотъемлемой частью при проведении долговременного мониторинга состояния воды исследуемых рек, оценки их потенциала к самоочищению, поиска возможностей использования микробиологических показателей в мониторинге водотоков в нефтегазовой отрасли.
Исследованиями экологического состояния рек территории Ханты-Мансийского автономного округа – Югры в разные годы занимались многие авторы [3; 4]. Однако в основном эти исследования сводились к определению физико-химических показателей и сравнению их с нормативами ПДК. Взаимосвязи показателей химического состава с биологическими характеристиками водных экосистем были описаны в работах В.Г. Алехина, Н.И. Серебровой, С.Л. Шварцева, З.Д. Копалиани [5; 6].
Цель данной работы: анализ полученных гидрохимических и микробиологических данных и оценка влияния антропогенной нагрузки на формирование качества воды исследуемых рек.
Объекты и методы
Объектами исследования были выбраны 20 рек, находящихся в границах лицензионных участков нефтяных месторождений (ЛУНМ) (табл. 1).
Таблица 1 – Исследуемые водотоки
№ п/п | Координаты места отбора пробы | Район | Водный объект | |
Широта (с.ш.) | Долгота (в.д.) | |||
Р1 | 61°40′31″ | 72°48′45″ | Сургутский | р. Вынга |
Р2 | 61°26′17″ | 72°42′02″ | р. Минчимкина | |
Р3 | 61°37′49″ | 72°51′50″ | Правый приток р. Минчимкина | |
Р4 | 61°25′01″ | 72°45′19″ | р. Быстрый Кульеган | |
Р5 | 61°19′35″ | 72°27′19″ | р. Кавык | |
Р6 | 61°58′03″ | 72°36′19″ | р. Тапъяун | |
Р7 | 61°55′42″ | 72°46′32″ | р. Якъявин | |
Р8 | 61°26′24″ | 72°15′22″ | р. Комарья | |
Р9 | 61°28′50″ | 72°10′28″ | р. Вирсиявин | |
Р10 | 61°28′37″ | 72°07′59″ | р. Пим | |
Р11 | 61°04′46″ | 67°19′34″ | Октябрьский | р. Обь |
Р12 | 62°10′45″ | 67°10′31″ | р. Большая Леушинская | |
Р13 | 62°05′57″ | 67°30′08″ | р. Малая Леушинская | |
Р14 | 62°04′00″ | 67°30′35″ | р. Большая Карымкарская | |
Р15 | 62°22′24″ | 67°02′28″ | р. Малая Карымкарская | |
Р16 | 62°19′40″ | 67°11′44″ | р. Курнисоим | |
Р17 | 62°24′51″ | 67°13′27″ | р. Большой Охтач | |
Р18 | 62°06′10″ | 67°23′37″ | р. Хомпа | |
Р19 | 62°05′57″ | 67°30′08″ | р. Малый Атлым | |
Р20 | 62°20′03″ | 67°12′07″ | р. Овыньеган | |
Отбор проб осуществлялся в весенний, летний и осенний период года, в соответствии с требованиями ГОСТ 31861-2012 [7]. Пробы отбирались в стерильные емкости.
В данной работе представлены результаты мониторинга водотоков с 2018 по 2019 гг. по следующим показателям качества воды: рН, ионы аммония, токсичность острая, которые анализировались с использованием стандартных методик.
Для определения острой токсичности исследуемых вод использовался метод биотестирования. Метод основывается на воздействии токсических веществ на смертность дафний, при котором положительным критерием служила гибель более 50% особей относительно контрольного образца.
Микробиологический анализ проводили глубинным способом [8] с высевом соответствующего разведения на универсальные и селективные среды.
Для выделения доминирующих родов бактерий и мицелиальных грибов проводили изучение морфолого-биохимических свойств микроорганизмов и идентифицировали при помощи определителей Берджи и В.И. Билай [9–11].
Выполнение анализа и обработки полученных данных осуществляли с помощью пакета прикладных программ Statistica 10 и MS Excel 2010.
Результаты исследований и их обсуждение
Для малых и средних рек таежной зоны Западной Сибири характерны слабокислые и кислые значения рН, что обусловлено геохимическими особенностями территории [12; 13]. Преимущественно значения рН исследуемых рек за два года показало преобладание нейтральной и слабощелочной среды. По временной характеристике максимальное значение рН 7,6 приходится на летний период. Антропогенное влияние на реки проявляется в переходе рН в область щелочных значений.
Пик концентрации ионов аммония приходится на весенний период и наблюдается превышение ПДКвр (0,5 мг/дм³) [14], такому результату могло способствовать таяние снега (рис. 1). Причиной является высокая концентрация ионов аммония в поверхностном стоке, питающем реки в период начала половодья, а также присутствие большого количества легко окисляемого органического вещества, отвлекающего кислород от процессов нитрификации и способствующего накоплению восстановленных форм азота. В период открытой воды наблюдается сравнительно невысокая концентрация вследствие благоприятного кислородного режима и интенсивного усвоения иона аммония растениями при фотосинтезе.
Рисунок 1 – Особенности распределения ионов аммония
Токсичностью воды в водной токсикологии принято считать свойство воды оказывать вредное, патологическое, вплоть до гибели, действие на организм гидробионтов [15].
На рис. 2 представлено процентное соотношение токсичности проб воды в зависимости от сезона года по всем исследованным водотокам. В сезонной динамике не наблюдается постоянства, вероятно, показатель острой токсичности зависит от индивидуальной нагрузки на реки (рис. 2). За весь период исследования максимальное количество токсичных проб воды наблюдались у рек Кавык, Большая Карымкарская, Овыньеган, а наименьшее – у рек Малая Леушинская, Малая Карымкарская, Курнисоим, Большой Охтач и Хомпа.
Рисунок 2 – Динамика токсичности рек в зависимости от сезона года
Полученные результаты исследования численности бактерий за 2018 год были опубликованы ранее [16]. Методом кластерного анализа были обработаны нормированные данные микробиологических исследований за период исследования с 2018 по 2019 гг. (рис. 3). В числе исследованных водотоков можно выделить 4 каскадные системы, различающиеся микробиологическими показателями:
а) очень чистые с общим микробным числом менее 1000 КОЕ/мл (Р4, Р5, Р7, Р8, Р9, Р10, Р14, Р17);
б) чистые – до 5 тыс. КОЕ/мл (Р11, Р13, Р15, Р16, Р20);
в) умеренно загрязнённые – с 5 до 15 тыс. КОЕ/мл (Р1, Р2, Р3);
г) загрязненные – свыше 20 тыс. КОЕ/мл (Р6, Р12, Р18, Р19).
Результаты анализа микробиологического состава поверхностных вод показали, что в сезонной динамике численности микроорганизмов за 2 года наблюдается относительное постоянство (рис. 4). В различные сезоны года общее микробное число в исследованных водотоках имеет отличие, прежде всего это связано с различным объемом поверхностного стока, поступающего в реки в разное время года. Небольшие скачки микробного числа в летний период обусловлено обильным поступлением органических веществ в воду.
Рисунок 3 – Результат кластер-анализа микробиологических данных, сгруппированных по точкам отбора проб
Рисунок 4 – Сезонная динамика численности микроорганизмов с 2018 по 2019 гг. А – Сургутский район, 2018 г.; Б – Сургутский район, 2019 г.; В – Октябрьский район, 2018 г.; Г – Октябрьский район, 2019 г.
Отличительные особенности выявились у реки Большая Леушинская. В годичной динамике отмечается рост общего микробного числа в 2019 году во все сезоны. При этом сезонные изменения остались стабильны. Такая динамика численности может быть обусловлена увеличением концентрации органического вещества в водотоке в связи с началом процессов обустройства кустовых площадок и буровых работ.
В результате проведения кластерного анализа рек выявлено, что на исследуемых объектах обнаруживается преимущественно органогетеротрофная микробиота (рис. 5). Наличие большого числа сапрофитных бактерий говорит об активных процессах самоочищения рек и обильном насыщении органическими веществами.
Рисунок 5 – Результат кластер-анализа трофических групп микроорганизмов
Довольно часто микробиота водных источников непостоянна из-за различных факторов, но также она имеет постоянные виды, которые не требуют большого количества органических веществ. В результате идентификации выделенных изолятов было выявлено, что преобладает бактериальная микробиота. При изучении родового состава мицелиальной микробиоты выделены только плесневые грибы (Cladosporium sp., Aspergillus sp., Penicillium sp.) [17]. На рис. 6 представлена частота встречаемости выделенных изолятов в исследуемых водотоках по сумме двух лет.
Изучение микроорганизмов в исследуемых водотоках показало, что чаще всего в водной биоте рек встречались бактерии аммонификаторы (Pseudomonas sp.), автотрофные и гетеротрофные нитрификаторы (Nitrosomonas sp.). Аммонификаторы осуществляют разложение азотсодержащих органических веществ. Процесс нитрификации в реке осуществляли автотрофные и гетеротрофные микроорганизмы. Присутствие нитрифицирующих бактерий в исследуемых водотоках подтверждает наличие полуразложившихся органических остатков, вовлеченных в процесс аммонификации [18].
Также часто встречались бактерии рода Flavobacterium, которые являются комменсалом рыб, и род Alcaligenes, который может являться показателем фекального загрязнения.
Заключение
Вариативность гидрохимических показателей в поверхностных водах рек в разное время года напрямую связана с изменением фаз гидрологического режима. По временной характеристике максимальное значение рН приходится на летний период, что обусловлено антропогенной нагрузкой на водоток.
В сезонной динамике по показателю острой токсичности закономерностей не выявлено, вероятно, данный показатель определяется индивидуальной нагрузкой на водоток.
В результате проведенного микробиологического исследования рек Сургутского и Октябрьского районов Ханты-Мансийского автономного округа – Югры выявлены 4 каскадные системы рек. В первый каскад «очень чистых» рек с общим микробным числом менее 1000 КОЕ/мл были отнесены 8 рек, в том числе 6 рек на территории Сургутского района; во второй каскад «чистые» реки с общим микробным числом до 5 тыс. КОЕ/мл отнесены 5 рек Октябрьского района; в третий каскад «умеренно загрязненные» реки с общим микробным числом свыше 20 тыс. КОЕ/мл отнесены 3 реки Сургутского района; в четвертый каскад «загрязненные» реки с общим микробным числом свыше 20 тыс. КОЕ/мл были отнесены 4 реки, в том числе 3 реки Октябрьского района.
Результаты анализа микробиологического состава поверхностных вод показали, что в сезонной динамике численности микроорганизмов за 2 года наблюдается относительное постоянство. То есть численность микроорганизмов определяется абиотическими факторами в водном объекте, а именно температурой воды, концентрацией растворенного кислорода и растворенного органического вещества.
В результате кластерного анализа полученных данных выявлено, что в исследованных водных объектах обнаруживается преимущественно органогетеротрофная микробиота. В составе выделенных изолятов было идентифицировано 16 бактериальных культур и 3 культуры из мицелиальной микробиоты.
Рисунок 6 – Частота встречаемости микроорганизмов в микробиоте рек
Об авторах
Марина Магомедовна Арсланова
Сургутский государственный университет
Автор, ответственный за переписку.
Email: marina.arslanova.93@mail.ru
аспирант кафедры экологии и биофизики
Россия, Сургут, Ханты-Мансийский автономный округ – ЮграЕлена Александровна Шорникова
Сургутский государственный университет
Email: capucin72@mail.ru
кандидат биологических наук, доцент кафедры экологии и биофизики
Россия, Сургут, Ханты-Мансийский автономный округ – ЮграМадина Ильясовна Музиева
Сургутский государственный университет
Email: m-madina94@mail.ru
магистрант кафедры химии
Россия, Сургут, Ханты-Мансийский автономный округ – ЮграСписок литературы
- Гидрохимический анализ: уч. пособие / А.В. Порфирьева и др. Казань: Изд-во Казан. ун-та, 2018. 88 с.
- Шорникова Е.А., Куяров А.В. Микробные сообщества речных экосистем Сургутского района // Биологические ресурсы и природопользование: сб. науч. тр. Вып. 8. Сургут: Дефис, 2006. С. 125–136.
- Бабушкин А.Г. Опыт и результаты использования информационных технологий в системе ведомственного и государственного аналитического контроля состояния загрязнения компонентов окружающей природной среды в Ханты-Мансийском автономном округе // Налоги. Инвестиции. Капитал. 2003. № 5–6. С. 156–159.
- Московченко Д.В. Экологическое состояние рек Обского бассейна в районах нефтедобычи // География и природные ресурсы. 2003. № 1. С. 35–41.
- Алехин В.Г., Алехина Л.В., Сереброва Н.И. Динамика биологических процессов самоочищения вод реки Оби в акватории г. Сургута // Сб. науч. тр. СурГУ. Естественные науки. Вып. 20. Сургут: Изд-во СурГУ, 2004. С. 3–18.
- Шварцев С.Л., Копалиани З.Д. Эколого-геохимическое состояние крупных притоков Средней Оби // Водные ресурсы. 1997. Т. 24, № 6. С. 740–743.
- ГОСТ 31861-2012. Общие требования к отбору проб. М., 2019. 31 с.
- Афанасьев Ю.А., Фомин С.А., Меньшиков В.В. и др. Мониторинг и методы контроля окружающей среды: учеб. пособие в 2-х частях: В 2 ч. М.: Изд-во МНЭПУ, 2001. 337 с.
- Билай В.И., Коваль Э.З. Аспергиллы. Определитель // Академия наук Украинской ССР. Институт микробиологии и вирусологии им. Д.К. Заволотного. Киев: Наукова Думка, 1988. 204 с.
- Определитель бактерий Берджи. В 2-х т. Т. 1: Пер. с англ. / под ред. Дж. Хоулта, Н. Крига, П. Снита, Дж. Стейли, С. Уильямса. М.: Мир, 1997. 368 с.
- Определитель бактерий Берджи. В 2-х т. Т. 2: Пер. с англ. / под ред. Дж. Хоулта, Н. Крига, П. Снита, Дж. Стейли, С. Уильямса. М.: Мир, 1997. 432 с.
- Бабушкин А.Г., Московченко Д.В., Пикунов С.В. Гидрохимический мониторинг поверхностных вод Ханты-Мансийского автономного округа – Югры. Новосибирск: Наука, 2007. 152 с.
- Шорникова Е.А. Методологический подход к оценке экологического состояния водных объектов с использованием комплексного индекса качества воды на примере Среднего Приобья // Самарский научный вестник. 2019. Т. 8, № 2 (27). С. 75–80.
- Об утверждении нормативов качества воды водных объектов рыбохозяйственного значения, в том числе нормативов предельно допустимых концентраций вредных веществ в водах водных объектов рыбохозяйственного значения: приказ Министерства сельского хозяйства РФ от 13 декабря 2016 г. № 552.
- Бакаева Е.Н., Никаноров А.М. Гидробионты в оценке качества вод суши. М.: Наука, 2006. 236 с.
- Арсланова М.М., Шорникова Е.А. Сезонная динамика численности бактерий в водотоках в границах территории нефтедобычи в ХМАО – Югре // Современное состояние водных биоресурсов: мат-лы V междунар. конф. Новосибирский: НГАУ, 2019. С. 260–264.
- Арсланова М.М., Шорникова Е.А., Перлова Е.В. Микробиологическая характеристика малых рек Сургутской низины // Чистая вода России: мат-лы XV междунар. науч.-практ. симпозиума и выставки. Екатеринбург, 2019. С. 4–10.
- Мамонтова Л.М. Основы микробиологического мониторинга водных экосистем и контроля питьевой воды: автореф. дис. … д-ра биол. наук: 03.00.16. Иркутск, 1998. 40 с.
Дополнительные файлы
