Влияние экстремальных гидрохимических условий на видовой состав цианобактерий в водоемах Нижней Волги

Батаева Ю.В. (aveatab@mail.ru), Дзержинская И.С. ФГОУ ВПО «Астраханский государственный технический университет»

Интенсивная разработка полезных ископаемых привела к появлению на территории Нижней Волги техногенных водоёмов, с гидрохимическими экстремальными условиями. Они представляют собой водовмещающие объекты, искусственные или имеющие естественное ложе, где накапливаются сточные воды, которые при подтоплении смешиваются с грунтовыми водами. Кроме техногенеза, влияние на гидрохимический состав объектов оказывает аридность климата, так как расположены они в районе пустыни и полупустыни, со значительными колебаниями температуры, высокоминерализованными грунтовыми водами, соляными куполами, подпирающими верхние горизонты почвенного покрова.

Заселяя все известные экологические ниши, в том числе и экстремальные (Заварзин, 1993, 2003; Герасименко, 1996, 2003; Андреюк и др., 1990; Жилина, 1991), цианобактерии могут развиваться и на техногенных территориях. И.С. Дзержинской (1993), О.Б. Сопруновой (2005) показано, что в водоёмах на техногенных территориях, цианобактерии, образуя циано-бактериальные сообщества, способствуют, в процессе происходящих сукцессий, развитию экосистемы, повышению биоразнообразия, продуктивности, окислительного уровня, деструкции в ней ксенобиотиков и токсикантов. Такая деятельность цианобактерий может рассматриваться как приемы естественной биоремедиации, единственно возможные для уменьшения отрицательного воздействия таких водоёмов на окружающую среду.

Целью настоящей работы было выявление цианобактерий в водоёмах Нижней Волги с экстремальными условиями и исследование особенностей накопительных культур циано-бактериальных сообществ.

Для решения поставленных задач использовались гидрохимические и микробиологические методы исследования. Пробы воды на микробиологический и гидрохимический анализы отбирали в соответствии с ГОСТами и общепринятыми методиками (Киселёв, 1976; Бубнова и др., 1980; ГОСТ 17.1.3.07-82; ГОСТ 17.1.5.05-85; Кузнецов, Дубинина, 1989).

Гидрохимические анализы вод выполняли согласно общепринятым методам (Унифицированные методы..., 1976; Новиков и др., 1981).

Для изучения цианобактерий и образуемых ими сообществ применяли метод накопительных культур. Накопительные культуры цианобактерий были поставлены по общепринятым методам (Родина, 1965; Теппер, 1987), в нашей модификации. В качестве питательной среды использовали среду BGn-11 (Rippka et al., 1979), приготовленную на воде исследуемых водоёмов. В связи с испарением, для поддержания уровня воды в сосудах в течение культивирования добавляли воду исследуемого водоёма и среду BGn-11, раствор которых готовился для каждой накопительной культуры отдельно. Рост накопительных культур устанавливали визуально по помутнению среды, образованию плёнки по уровню среды, осадку, обрастаниям на стенках сосудов, образованию матов. Цианобактерии выращивали при 20°С при постоянном освещении 700 лк в люминостате.

Идентификацию цианобактерий в составе фитопланктона и в накопительных культурах, проводили, используя определитель Голлербаха и др., (1953), Топачевского, Масюка (1984), Bergey s Manual..., (2001). При идентификации цианобактерий учитывались роды и виды по определителю Голлербаха (1953), родовая принадлежность -по Bergey s Manual..., (2001).

Для исследования цианобактерий выбраны водоёмы, приуроченные к пустынным территориям, испытывающим интенсивное техногенное воздействие: Баскунчакскому гипсовому месторождению (озеро Мраморное), Астраханскому газоконденсатному месторождению (водоёмы из системы очистных сооружений: окситенк, емкость сезонного регулирования (ЕСР), земледельческие поля орошения (ЗПО), Южное, Северное). Озеро Мраморное появилось в результате вскрытия на дне карьера, при добыче гипса, водоносного ненапорного горизонта. Окситенк и ЕСР - искусственные сооружения; ЗПО, озера Северное и Южное образовались в результате техногенного преобразования естественных понижений рельефа.

Особенностью гидрохимического режима водоемов является присутствие во всех исследуемых водоемах сероводорода. Максимальное содержание сероводорода обнаружено в окситенке до 3,000 г/л, минимальное - в озере Южное - 0,0009 г/л. В воде остальных водоёмов этот показатель варьирует от 0,030 г/л - ЗПО, Северное, Мраморное до 0,040 г/л - ЕСР. Реакция среды, изменяется от кислой рН 5,5 в озере Мраморном, до щелочной рН 9,0 в ЕСР, озере Северном. Максимальное значение общего содержания солей выявлено в озере Мраморном - 383, 7 г/л.

Таблица 1. Видовой состав цианобактерий в исследуемых водоёмах

В озере Северное при микроскопировании воды и налёта было обнаружено доминирование трихомных цианобактерий, которые идентифицированы как Oscillatoria ornate, Spirulina jenneri, Phormidium sp. (табл.1). Основными эдификаторами выделенного циано-бактериального сообщества, культивируемого на воде озера Северное, при концентрации сероводорода 0,02-0,03 г/л, минерализации 6,20 г/л и щелочной реакции среды рН=9 являются Phormidium valderiae и Phormidium tenuissimum, присутствует также Oscillatoria ornate, из одноклеточных Synechocystis sp.

Микроскопическое исследование воды в озере Южное показало присутствие единичных клеток цианобактерий, среди которых обнаружены нитчатые и кокковые

Преобладание цианобактерий в экстремальных местообитаниях (Штина, 1985; Андреюк и др., 1990; Костяев, 1993; Stal, 2000; Заварзин, 2003) определяет возможность их существования в изучаемых техногенных водоёмах.

Микробиологические исследования показали присутствие в исследуемых водоемах следующих родов цианобактерий: Phormidium, Oscillatoria, Spirulina, Gloeocapsa. Для изучения образуемых ими сообществ в лабораторных условиях был применен метод накопительных культур.

Микроскопическое исследование зеленых плёнок из озера Мраморное показало наличие в них нитчатых и кокковых форм цианобактерий. Доминирующие цианобактерии определены, как Oscillatoria sp. и Phormidium solitare (табл.1). В накопительных культурах, на основе воды озера Мраморное, структурообразователями выделенных сообществ при рН 6, минерализации 383,65 г/л, концентрации Mg2+ 30,37 г/л, Са2+ 4,08 г/л, сероводорода 0,004-0,030 г/л, хлоридов 195,03 г/л являются цианобактерии рода Phormidium henningii и Spirulina subtilissima (табл.2).