Отправить статью по E-mail 
Взаимосвязь гидрохимических показателей и структуры микробного сообщества водотоков территорий нефтедобычи в Ханты-Мансийском автономном округе – Югре
- Авторы: Арсланова М.М.1, Шорникова Е.А.1
-
Учреждения:
- Сургутский государственный университет
- Выпуск: Том 10, № 1 (2021)
- Страницы: 20-23
- Раздел: Общая биология
- URL: https://snv63.ru/2309-4370/article/view/70274
- DOI: https://doi.org/10.17816/snv2021101102
- ID: 70274
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Мониторинг природной среды и состояние природных ресурсов, определение источников загрязнения и анализирование дальнейшего состояния является актуальной и важной задачей, так как именно от качества объектов окружающей среды во многом зависит состояние здоровья человека, который является неотъемлемой частью природной экосистемы. В данной работе представлен статистический анализ результатов экологического мониторинга водотоков в границах лицензионных участков нефтяных месторождений Ханты-Мансийского автономного округа – Югры за 2018–2019 гг. Для выявления взаимосвязей между выборками гидрохимических показателей и численности микроорганизмов различных эколого-трофических групп был выполнен корреляционный анализ (по Пирсону). В результате проведения корреляционного анализа взаимосвязи показателей химического состава воды была получена прямая и обратная корреляция для следующих показателей: железо общее, АПАВ, никель фенолы, медь, сульфаты, ионы аммония, свинца, фосфатов, марганца. Максимальное значение коэффициента корреляции наблюдается для связи Ni-Cr. Для железа общего и марганца прослеживается также значимая положительная корреляция. В результате неоднородного состава вод и постоянно развивающегося воздействия на окружающую среду нефтегазовой промышленности, группировка химических элементов в поверхностных водах рек не имеет четко выраженной корреляционной зависимости.
Полный текст
Введение
Нефть и газ в Ханты-Мансийском автономном округе – Югре добывают уже более 60 лет, на месторождениях постоянно ведется мониторинг состояния водных объектов. В научной печати представлены результаты локальных исследований качества водных объектов и степени их загрязненности, анализа влияния нефтедобычи на водные объекты. Авторами отмечено, что в связи с авариями, происходящими на территории нефтепромыслов, увеличивается концентрация нефтепродуктов в воде; выявлено изменение водного режима и качества вод малых рек в пределах нефтегазовых месторождений [1–3].
Поверхностные воды имеют изменчивый состав. Факторами, влияющими на непостоянный состав рек, являются: окислительно-восстановительные процессы, осаждения крупных и тяжелых частиц, биохимические процессы, приводящие к самоочищению воды. В зависимости от сезона года меняется и состав воды, эпизодически в результате атмосферных осадков [4]. Также и влияние естественных факторов, и нагрузка антропогенного характера способствуют изменению состава и свойств поверхностных вод.
Для оценки качества речной воды применяются гидрохимические и микробиологические методы, которые позволяют оценить загрязненность воды по широкому перечню ингредиентов и показателей качества и классифицировать воду по степени загрязненности.
В результате поступления в реки загрязняющих веществ химического, микробиологического и физического характера происходит изменение состава и свойств воды водотоков [5].
Цель данной работы: оценка взаимосвязей концентраций показателей химического состава воды исследуемых водотоков, а также выявление взаимосвязей гидрохимических показателей и показателей структуры микробного сообщества.
Объекты и методы
Объектами исследования были выбраны 20 рек, находящихся в границах лицензионных участков нефтяных месторождений (ЛУНМ). Схема расположения исследуемых водотоков представлена на рис. 1.
Рисунок 1 – Схема расположения исследуемых водотоков Сургутского и Октябрьского районов: Р1 – р. Вынга; Р2 – р. Минчимкина; Р3 – правый приток р. Минчимкина; Р4 – р. Быстрый Кульеган; Р5 – р. Кавык; Р6 – р. Тапъяун; Р7 – р. Якъяун; Р8 – р. Комарья; Р9 – р. Вирсиявин; Р10 – р. Пим; Р11 – р. Обь; Р12 – р. Большая Леушинская; Р13 – р. Малая Леушинская; Р14 – р. Большая Карымкарская; Р15 – р. Малая Карымкарская; Р16 – р. Курнисоим; Р17 – р. Большой Охтач; Р18 – р. Хомпа; Р19 – р. Малый Атлым; Р20 – р. Овыньеган
В данной работе представлены материалы гидрохимических и микробиологических результатов исследований за два года. Пробы исследуемых водотоков, находящихся в пределах лицензионных участков, отбирались в период открытой воды в различные сезоны года (весенне-летнее половодье, осенняя межень). Отбор проб поверхностных вод осуществлялся в соответствии с требованиями ГОСТ 31861–2012 [6]. В зависимости от глубины исследуемой реки выбиралась глубина отбора проб [7].
Микробиологический анализ проводили глубинным способом [8] с высевом соответствующего разведения на агаризованные питательные среды различного состава. 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].
Статистическая обработка гидрохимических данных велась в программах MS Excel, StatSoft Statistica [12].
Результаты исследований и их обсуждение
Для оценки взаимосвязи показателей химического состава воды был выполнен корреляционный анализ (по Пирсону) (табл. 1). Далее обсуждаются показатели, для которых получены корреляционные взаимосвязи высокой силы с коэффициентами корреляции более 0,7.
Таблица 1 – Корреляционные взаимосвязи показателей химического состава воды
Показатель | Прямая корреляция | Обратная корреляция | ||||
2018 г. | 2019 г. | за 2 года | 2018 г. | 2019 г. | за 2 года | |
Железо общее | Mg (0,88) | Mg (0,81) | Mg (0,70) | Cu (−0,71) | Cu (−0,82) | |
АПАВ | Pb (0,79) | – | – | – | – | – |
Никель | Cr (0,99) | – | – | – | – | – |
Фенолы | – | – | – | – | – | PO₄³⁻ (−0,89) |
Медь | – | – | – | – | Mg (−0,75) | – |
ОМЧ | АПАВ (0,52) | SO₄²⁻ (0,55) | – | – | – | – |
Сульфаты | NO₃⁻ (0,70) | – | – | – | – | – |
Ионы аммония | PO₄³⁻ (0,70) | – | – | – | – | – |
Высокая положительная корреляция концентраций железа и марганца (рис. 2) подтверждает одинаковое геохимическое происхождение этих металлов, связанное с вымыванием подвижных форм из почв площади водосбора в условиях кислых значений рН в ландшафте. Содержание меди показало обратную корреляционную взаимосвязь с концентрацией общего железа, что позволяет предположить наличие антропогенного источника поступления меди в водотоки.
Рисунок 2 – Прямая корреляционная взаимосвязь концентраций общего железа и марганца
Положительная корреляция концентраций хрома и никеля позволяет предположить их антропогенное происхождение в водах рассматриваемой территории.
В результате биохимического окисления мертвого органического вещества в воде происходит образование таких показателей, как аммонийный азот и фосфат-ион, а также поступление их связано с буровыми и хозяйственно-бытовыми сточными водами, в том числе после биологической очистки, что поспособствовало их положительной корреляционной зависимости.
Для концентрации сульфатов отмечена положительная корреляционная взаимосвязь с концентрацией нитратов. В процессе отмирания организмов и окисления аллохтонных и автохтонных органических веществ растительного и животного происхождения происходит накопление в реках сульфатов. Нитраты служат показателем более давнего фекального загрязнения воды. Следует отметить также, что концентрации этих ионов в воде исследованных водотоков были низкими, что позволяет предположить их преимущественно природное происхождение.
В данной работе представлены некоторые полученные варианты взаимосвязей между гидрохимическими показателями. Различные варианты корреляционных взаимосвязей для конкретного объекта исследования зависят от многих факторов, к примеру, от окислительно-восстановительных условий на месте отбора проб, от сезона года, от антропогенного влияния и др. Поэтому определенное объяснение полученных корреляционных взаимосвязей представляется затруднительным.
В таблице 2 представлены результаты корреляционного анализа гидрохимических показателей с эколого-трофическими группами микроорганизмов, таких как углеводородусваивающие (УВБ), сапрофитные (СБ) и фенолусваивающие (ФБ).
Таблица 2 – Корреляционные взаимосвязи гидрохимических показателей и показателей структуры микробного сообществ
Коррелирующие показатели | Значение коэффициента |
УВБ/NH₄⁺ | 0,43 |
УВБ/Cl⁻ | 0,5 |
УВБ/Ni | 0,56 |
СБ/NH₄⁺ | 0,44 |
СБ/Ni | 0,5 |
ФБ/NH₄⁺ | 0,4 |
ФБ/PO₄³⁻ | 0,53 |
Для показателя NH₄⁺ отмечена положительная корреляционная зависимость в диапазоне от 0,4 до 0,44 со всеми рассматриваемыми эколого-трофическими группами микроорганизмов. Наличие в реках азотосодержащих веществ указывает на нахождение в воде органического вещества животного происхождения. Аммонийный азот является первым продуктом распада белков и кроме того, свидетельствует о свежем фекальном загрязнении водного объекта.
Для концентрации хлорид-ионов отмечена положительная корреляция с группой углеводородусваивающих бактерий. Так, при загрязнении почвы и воды рек нефтью потенциальными доминантами становятся виды рода Rhodococcus, Bacillus и Aсtinomyces [13], поступление которых происходит с площади водосбора рек, в т.ч. в составе сточных вод нефтепромыслов.
Положительная корреляционная зависимость была отмечена для концентрации никеля с группами углеводородусваивающих и сапрофитных бактерий в диапазоне 0,5–0,6.
Для концентрации фосфатов отмечена положительная корреляционная взаимосвязь с группой фенолусваивающих бактерий. Такая зависимость может быть обусловлена одновременным присутствием фосфатов (компонентов буровых растворов и продуктов биохимического распада фосфорсодержащей органики) и соединений фенольной природы (компонентов нефти и одновременно питательного субстрата для бактерий данной эколого-трофической группы) в составе ливневых и буровых стоков с технологических площадок нефтяных месторождений [2].
Заключение
Полученные корреляционные взаимосвязи значений показателей химического состава воды позволили подтвердить природное происхождение в воде типоморфных для данной ландшафтно-климатической территории элементов – железа и марганца.
Результаты корреляционного анализа показывают высокую вероятность техногенного вклада в формирование в изученных водотоках никеля, хрома, меди.
Корреляционный анализ гидрохимических и микробиологических показателей продемонстрировал умеренные и заметные взаимосвязи преимущественно концентраций биогенных ионов и численности бактерий различных эколого-трофических групп, что свидетельствует об удовлетворительном протекании процессов самоочищения водотоков и нормальном функционировании микробного сообщества.
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 – ЮграСписок литературы
- Московченко Д.В. Эколого-геохимическое состояние водных объектов на территории заказника «Сургутский» // Вестник экологии, лесоведения и ландшафтоведения. 2007. № 7. С. 163–171.
- Шорникова Е.А. Диагностика состояния экосистем водотоков на лицензионных участках нефтяных месторождений Среднего Приобья // Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело». 2007. № 1. С. 34.
- Хорошавин В.Ю. Техногенная трансформация гидрологического режима и качества вод малых рек в пределах нефтегазовых месторождений бассейна Пура: автореф. дис. … канд. геогр. наук. Тюмень, 2005. 230 с.
- Справочник по свойствам, методам анализа и очистке воды: в 2 ч. Ч. 1. К.: Наукова думка, 1980. 680 с.
- Шварцев С.Л. Гидрогеохимия зоны гипергенеза. М.: Недра, 1978. 287 с.
- Шорникова Е.А. Методические рекомендации по планированию, организации и ведению мониторинга поверхностных водотоков: гидрохимические и микробиологические методы. Сургут: Дефис, 2007. 88 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.
- Руководство по методам гидробиологического анализа поверхностных вод и донных отложений / под ред. В.А. Абакумова. Л.: Гидрометиоиздат, 1983. 218 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. 2 / под ред. Дж. Хоулта, Н. Крига, П. Снита, Дж. Стейли, С. Уильямса. М.: Мир, 1997. 432 с.
- Определитель бактерий Берджи. В 2-х т. Т. 1 / под ред. Дж. Хоулта, Н. Крига, П. Снита, Дж. Стейли, С. Уильямса. М.: Мир, 1997. 368 с.
- Борздова Т.В. Основы статистического анализа и обработка данных с применением Мicrosoft Ехсеl: учеб. пособие. Минск: ГИУСТ БГУ, 2011. 75 с.
- Овчинникова Т.А., Прохорова Н.В., Панкратов Т.А. Некоторые микробиологические особенности почвенного покрова города Новокуйбышевска в осенний период // Самарская Лука: проблемы региональной и глобальной экологии. 2010. Т. 19, № 2. С. 83–91.
Дополнительные файлы
