БИОЛОГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ: УСТОЙЧИВОСТЬ, ПРИНЦИПЫ И

1С
.-,.-,
Федеральное агентство по образованию
Нижнетагильская государственная соодально-педагогическая академия
БИОЛОГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ:
УСТОЙЧИВОСТЬ, ПРИНЦИПЫ
И МЕХАНИЗМЫ
ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ
Сборник материалов Ш Всероссийской научно-практической конференции
с международным участием
1-5 марта 2010 года
Часть!
Нижний Тагил
2010
хорошую разрешающую способность при выявлении угнетенных растений
на самых ранних этапах возникновения дефицита питания.
Полученные результаты позволяют сделать вывод о перспективности
применения описанных методов и для оценки состояния естественных
фитоценозов.
Работа выполнена при поддержке РФФИ. Грант 09-04-13827 офи_ц.
Список литературы
Канаш К В., Осипов Ю. А. Диагностика физиологического состояния и устойчивости растений к действию стрессовых факторов среды (на примере УФ-В радиации) //
Методические рекомендации. СПб.: РАСХН/ГНУ АФИ Россельхозакадемии, 2008. 35
с.
Канаш Е. В., Осипов Ю. А. Оптические характеристики листьев при окислительном
стрессе и их связь с устойчивостью и продуктивностью растений // Материалы ХП
съезда РБО «Фундаментальные и прикладные проблемы ботаники в начале XXI века».
Ч. 6. Петрозаводск, 2008. С. 59-62.
Якушев В. П., Якушев В. В. Информационное обеспечение точного земледелия.
СПб.: ПИЯФ РАН, 2007.382 с.
270
И. Ю. Киреева
Национальный университет биоресурсов и природопользования Украины
03041, Украина, г. Киев, ул. Генерала Родййцева, 19
[email protected]
ОЦЕНКА ОРГАНИЧЕСКОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ
РЬИВОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ВОДОЕМОВ
ПО МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИМ ПОКАЗАТЕЛЯМ
Контроль состояния наземных и водных экосистем осуществляется
преимущественно по физико-химическим характеристикам: В последнее
время все более широкое развитие имеет количественный подход к оценке
состояния экосистемы и функционального значения в ней организмов.
Системный подход при биологическом контроле, включающий сочетание
качественных и количественных методов оценки, позволяет более-менее
объективно охарактеризовать функциональное состояние экосистемы,
вскрыть причины нарушения процессов круговорота вещества и энергий.
Такой путь исследований дает возможность выявить закономерности изменений сообществ организмов, подверженных антропогеняому воздействию, и позволит прогнозировать состояние экосистемы при изменении
внешних факторов. Критерии, характеризующие Состояние окружающей
среды, вводятся с целью получения наиболее объективной оценки её качества, так как этот показатель является определяющим в формировании
биологической продуктивности данйойг экосистемы. Среди методов исследования водных экосистем Ъ настоящее' время успешно используется биологическая индикация, которая базируется на использовании живых объектов для характеристики качества водной среды по их численности, состоянию и видовому разнообразию. Биоиндикация отражает биологический аспект изучения состояния окружающей среды в естественных условиях и позволяет получить Обобщенный ответ на вопрос, каково это состояние в зоне обитания, насколько Опасны загрязнения для живой'природы, в том числе для человека (Ашихмтта, 2005).'
В оценке состояния водных объектов именно биологический анализ
считают наиболее точным и адекватным способом определения степени
сапробизапии, вероятности развития процесса эвтрофйрования (Нетрусов,
2004). В рыбохозяйственных водоемах, особенно в искусственных прудах,
отличающихся небольшими площадями и глубиной, малой проточностью
и высокой органической нагрузкой, это еще более актуально, поскольку
качество выращиваемой рыбы напрямую зависит от условий, в которых
она обитает. О качестве воды водоема и ее соответствии или несоответствии установленным нормам можно судить только на основании максимально полного химического и бактериологического анализа. Ценность
данных, получаемых в результате биоиндикации качества воды, состоит в
271
том, что начинающиеся изменения в видовом составе и в численности организмов водного биоценоза служат сигналом надвигающегося неблагополучия в состоянии водоема еще до того, как концентрации отдельных химических соединений достигли или превысили уровни ПДК, а общие показатели качества воды соответствуют требованиям. Таким образом, бактериологические и биологические методы дают возможность принять профилактические меры по охране водоемов (Синельников, 1980).
Цель проводимых исследований - оценка экологического состояния
рыбохозяйственных водоемов по микробиологическим показателям (общая численность бактериопланктона, количество гетеротрофных (сапрофитных) и олиготрофных бактерий, коэффициент чистоты, индекс трофности)
Объект исследования - выростные пруды Чаганского рыбопитомника
Астраханской области с разной технологией выращивания бестера в поликультуре с белым амуром (опытный пруд № 2 - интенсивная технология:
кормление, удобрение; контрольный пруд № 3 - пастбищная технология).
Площадь прудов 17 га. Зарыбление прудов подрощенной молодью бестера и подрощенными личинками белого амура проводилось в конце июня.
Отбор проб (порядок, частота) для проведения микробиологических исследований проводился по общепринятым в водной микробиологии методам (Антипчук, Киреева, 2005). Численность гетеротрофных и олиготрофных бактерий определялась посевом на МПА и МПА 1:10 соответственно
с последующим подсчетом числа выросших колоний. Коэффициент чистоты К (Кузнецов, 1989) - отношение общего числа бактерий к числу гетеротрофов. Индекс трофности I (Гавришова, 1984) - отношение числа олигокарбофилов к числу гетеротрофов.
В результате проведенных исследований выявлено, что основные гидрохимические показатели опытного и контрольного прудов Чаганского
рыбопитомника удовлетворяли нормативным требованиям, предъявляемым к рыбоводным водоемам аридных территорий при выращивании теплолюбивых объектов аквакультуры. Содержание растворенного кислорода
не опускалось ниже 4,0 мг/л при максимуме 19,2 мг/л, а показатели перманганатной окисляемости варьировали от 5,2 до 12,5 мг О/л. Количественные и весовые характеристики фито- и зоопланктона в прудах были
тесно связаны с проведением интенсификационных мероприятий. Биомас3
са фитопланктона в опытном пруду колебалась от 3,4 до 5,1 г/м при сред3
несезонном значении 4,8 г/м . В удобряемом пруду, с кормлением рыбы,
3
этот показатель в июне составил 9,0 г/м , к концу июля вырос до 10,1 ив
3
августе снизился до 8,7 г/м . Динамика развития зоопланктона была аналогичной динамике развития фитопланктона и в пруду с удобрениями была
значительно выше, что в среднем составило: в июне - 12,8 г/м3, в июле 3
t 4,7 г/м , в августе - 2,0 г/м.
Анализ полученных данных по общей численности бактериопланктона
выявил широкий диапазон ее колебаний -*от<1,2 доЛ9,4 млн кл7мл.,Минимальное количество бактериопланктона в;обследованных водоемах.отмечалось в начале периода выращивания рыбы, когда они относились к-катогории мезосапробных и согласно классификации уровней загрязнения водной среды их экологическое состояние соответствовало удовлетворительному. Максимальное число водных микроорганизмов наблюдалось в пруду
с интенсивной технологией выращивания рыбы, где их средний показатель
а не опускался ниже 7,0 млн клУмл, что-в 2,3 раза больше, чем в пруду
№ 3. При этом динамика этого показателя в контрольном пруду характеризовалась одновершинной кривой, пик которой совпал с максимальными
летними температурами воды (+26...27 °С) и отмечался в конце июля- начале августа. В опытном пруду в ходе изменения общей численности микроорганизмов воды наблюдались два пика: первый — в те же сроки, что^и в
пруду № 3, и второй - в конце периода выращивания рыбы. Следует указать, что от 10 до 50 % корма для рыб при попадании в водоем вымывается
и выпадает из рациона, выполняя роль аллохтонных органических удобрений, а 8-25 % от задаваемого рыбам корма переходит в продукты метаболизма и тоже пополняет запасы лабильного органического вещества, показателем которого является перманганатная окисляемость воды (Шпет,
Фельдман, 1961; Кирпичников, 1960). Динамика общего числа водных бактерий совпала с динамикой перманганатной окисляемости воды и была обратно пропорциональна количеству растворенного в воде кислорода.
Именно потому, что бактериопланктон является основным деструктором и
минерализатором органического вещества, его численность возрастала по
мере усиления органической нагрузки на водоем (Киреева, 2005). Необходимо отметить, что, когда температура воды достигла своих максимальных
значений, норму кормления в,опытном пруду №2 сократили в два раза,
так как снизился темп роста выращиваемой рыбы. Как указывалось выше,
именно в период наибольших летних температур воды общее микробное
число достигло своего максимума и опытный водоем из категории мезосапробных перешел в категорию бета-мезосапробных, что свидетельствует
об ухудшении качества воды и снижении самоочищающей способности
водоема. В результате корректировки нормы кормления антропогенная нагрузка на водоем № 2 снизилась, что подтвердилось данными по общей
численности бактериопланктона, которая стала уменьшаться, достигнув к
концу августа 10,4 млн клУмл.
272
273
Изучение группы гетеротрофных бактерий показало совпадение их динамики с таковой тотального бактериопланктона. В обследованных водоемах численность гетеротрофов в среднем не превысила 500 тыс. кл./мл.
При этом в пруду № 3 их количество было в среднем в 2,0 раза .меньше,
чем в пруду № 2. Наименьшее число гетеротрофов - 2,3 тыс. клУмл - на-
блюдалось в пруду № 2. Численность гетеротрофов возрастала от начала
вегетационного периода к его середине с последующим снижением.
Данные по количеству олиготрофных бактерий обнаружили их зависимость от уровня органической нагрузки на водоем. Так, в пруду с интенсивной технологией выращивания рыбы число олиготрофов варьировало
от 7,1 до 600 тыс. кл./мл, а в пруду с пастбищной технологией - от 3,4 до
310,3 тыс. клУмл. По мере усиления антропогенной нагрузки на водоем
доля олиготрофов в общем числе сапрофитов снижалась. Экологическое
состояние водоемов оценивалось нами по индексу трофности (I), который
сокращался по мере роста числа сапрофитов, достигая минимальных показателей (0,8) в пруду № 2 к концу периода выращивания рыбы. В пруду
№ 3 этот показатель не опустился ниже 1,4. При этом в начале вегетационного периода экологическое состояние в обоих водоемах было хорошим,
процессы самоочищения шли интенсивно, так как значения индекса трофности приближались к 3. Полученные данные подтверждаются и коэффициентом чистоты воды (К), который в начале лета был наибольшим в обоих прудах и колебался от 145 до 170, а к окончанию периода вегетации
достиг минимальных показателей - 24 и 16 в прудах № 3 и № 2 соответственно. Накопление остатков несъеденных кормов, метаболитов рыб и детрита явилось причиной ухудшения еанитарно-экологического состояния
опытного водоема, что отразилось на темпе роста выращивой рыбы и выходе рыбоводной продукции, который оказался ниже, чем в контроле. При
равной длине навески (19,7 см) выращенных сеголеток бестера в пруду
№ 2 равнялась 36,0 г и в пруду № 3 - 43,7 г. Выживаемость рыбы в контроле и опыте составила 92,1 и 94,4 % , что соответствовало нормативным
показателям.
декса трофности необходимо учитывать при планировании плотностей посадки рыбы и расходов кормов на ее выращивание. Интерпретация и представление полученных микробиологических результатов в значительной
мере определяют возможности использования этих данных для принятия
экологически значимых решений, таких, как корректировка нормы кормления. Таким образом, бактериологические-тюказателМ оптимальны для
количественной оценки антропогенной нагрузки на водные экосистемы и
вполне пригодны для характеристики интегральных биологических показателей качества воды в рамках задач гидроэкологии.
Список литературы
На основании полученных -данных можно сделать следующие выводы,
что изучение численности и сезонной динамики тотального бактериопланктона, количества сапрофитов, в том числе и олиготрофов, в рыбохозяйственных водоемах с разной органической нагрузкой являются маркерными и позволяют рассчитать интегрированные показатели его функциональной активности, а также оценить экологическое состояние водоемов
по индексу чистоты воды (К) и индексу трофности (I). Показатель общей
численности бактериопланктона — интегрирующая величина, по значениям
которой легко определить категорию (степень сапробности) водоема. Она
используется в качестве основной для контроля степени загрязненности
водоема, поскольку интенсификация проводится по графику рыбоводного
процесса и всегда можно найти исходные данные по первичному санитарному состоянию водоема. Полученные микробиологические данные свидетельствуют о значительном накоплении органического вещества в результате антропогенной нагрузки на пруд с интенсивной технологией выращивания рыбы. Повышение степени сапробности воды может привести к возникновению заморных ситуаций в водоеме, поэтому фактор снижения ин274
.
Анттчук А. Ф., Юреева I. Ю. Водна М1кроб!олопя. КиГв : Кондор, 2005.324 с.
Гавришова Н. А. Распространение гетеротрофных и олигокарбофильных бактерий в
водоемах и водотоках Украины // Структура и функционирование сообществ водных
микроорганизмов. Новосибирск : Сиб. отд. АН СССР, 1984, С* 211-215.
Киреева И. Ю. Санитарное состояние водоемов с комплексной интенсификацией//
Вестник АГТУ. 2005. № 4 (27). С. 14-16 .
Кирпичников В. С. Определение естественной рыбопродуктивности рыбоводных
прудов и оплаты корма карпом. М . : Наука, 1960. Ш с.
Кузнецов С. И., Дубинина Г. А. Методы" изучения водных 'микроорганизмов. М. :
Наука, 1989.285 с.
.
Нетрусов А. И. Экология микроорганизмов. М . : Академия, 2004.270 с.
Синельников В. Е. Механизм самоочищения водоемов. М . : Стройиздат, 1980. 111с.
Шпет Г. И., Фельдман М. Б. Кисневий режим сташв в умовах штенсивного короле-,
вого господарства. КиТв: Вид. УАСГН, 1961. С. 27-38,79-30.
Экологический мониторинг : учеб.-метод. пособие / под ред. Т. Я. Ашихминой. М . :
Академический проект, 2005.416 с.
275