Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. ГЕТЕРОТРОФНЫЙ БАКТЕРИОПЛАНКТОН В ВОДНЫХ ЭКОСИСТЕМАХ 9
1.1 Гетеротрофный бактериопланктон в речных экосистемах 11
1.2 Углеводородокисляющие микроорганизмы 14
1.3 Распространение бактерий семейства Enterobacteriaceae в 19 водных экосистемах
1.4 Сульфитредуцирующие бактерии рода Clostridium в водных экосистемах 25
1.5 Биоценозы устьевой области реки Северная Двина 28
1.6 Заключение 31
Глава 2. ФИЗИКО - ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ, ГИДРОЛОГИЧЕСКАЯ И ГИДРОХИМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РЕКИ СЕВЕРНАЯ ДВИНА
2.1 Физико - географическая характеристика реки Северная 33 Двина
2.2 Гидрологическая характеристика реки Северная Двина 35
2.3 Гидрохимическая характеристика реки Северная Двина 37
2.4 Краткая физико - географическая, гидрологическая и гидрохимическая характеристика устьевой области реки Северная Двина 42
2.5 Заключение 47
Глава 3. МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
3.1 Методика отбора проб 48
3.2 Методика камеральных исследований и анализы данных
3.2.1 Методики лабораторного определения количественных и качественных показателей бактерио-, фито- и зоопланктона 51
3.2.2 Культивирование микроорганизмов на средах 56
3.2.3 Эксперимент по определению сроков выживания 60
3.2.4 Методики статистической обработки и анализа данных 61
Глава 4. ВЛИЯНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА СТРУКТУРУ И КОЛИЧЕСТВЕННЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ГЕТЕРОТРОФНОГО БАКТЕРИОПЛАНКТОНА УСТЬЕВОЙ ОБЛАСТИ РЕКИ СЕВЕРНАЯ ДВИНА
4.1 Роль бактериопланктона в трофической сети экосистемы . устьевой области реки Северная Двина 62
4.2 Экологические модификации гетеротрофного бактериопланктона устьевой области реки Северная Двина в условиях антропогенного загрязнения вод 71
4.3 Экологическая структура гетеротрофного бактериопланктона устья Северной Двины 76
4.4 .Влияние экологических факторов на количественные показатели гетеротрофного бактериопланктона устья Северной Двины 84
Глава 5. ПРОСТРАНСТВЕННО - ВРЕМЕННАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ СТРУКТУРЫ ГЕТЕРОТРОФНОГО БАКТЕРИОПЛАНКТОНА УСТЬЕВОЙ ОБЛАСТИ РЕКИ СЕВЕРНАЯ ДВИНА
5.1 Сезонная динамика количественных показателей бактериопланктона устья Северной Двины 91
5.2 Пространственно - временная изменчивость таксоноценоза бактерий семейства Enterobacteriaceae устьевой области реки Северная Двина 100
Глава 6. РОЛЬ ФОСФАТАККУМУЛИРУЮЩИХ И УГЛЕВОДОРОДОКИСЛЯЮЩИХ БАКТЕРИЙ В ПРОЦЕССАХ САМООЧИЩЕШЇЯ ЭКОСИСТЕМЫ УСТЬЕВОЙ ОБЛАСТИ РЕКИ СЕВЕРНАЯ ДВИНА
6.1 Фосфатаккумулирующие бактерии в экосистеме устья Северной Двины 113
6.2 Углеводородокисляющие бактерии в устьевой области река Северная Двина 117
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 126
ВЫВОДЫ 132
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 133
ПРИЛОЖЕНИЕ 152
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ 164
- Биоценозы устьевой области реки Северная Двина
- Гидрохимическая характеристика реки Северная Двина
- Методики лабораторного определения количественных и качественных показателей бактерио-, фито- и зоопланктона
Введение к работе
располагаются предприятия лесопромышленного комплекса. Загрязнение поверхностных вод бассейна Северной Двины во многом обусловлено сбросом сточных вод целлюлозно - бумажных комбинатов (ЦБК), на долю смешанных сточных вод которых приходится 47% общего объема стоков в устьевую часть реки. Устьевая область реки подвержена техногенному воздействию, вследствие интегрирования загрязнения со всего бассейна реки и высокой концентрации населенных пунктов, и промышленных предприятий. При этом в исследуемом районе смешиваются и трансформируются две различные по генезису массы воды - речная и морская. В связи с этим увеличивается роль микробиоценоза, как наиболее
лабильного сообщества, участвующего в поддержании гомеостаза. Микробные сообщества ^благодаря широкому диапазону адаптационных возможностей быстро реагируют на смену экологических условий. Ведущую роль в круговороте веществ играют гетеротрофные бактерии, основной функцией которых является деструкция органических веществ. Значительный вклад в процессы самоочищения вносят как автохтонная, так и аллохтонная части гетеротрофных бактерий.
Исследование роли аллохтонного бактериопланктона в формировании
биоценоза и его влияние на процессы самоочищения представляется
актуальным. Кроме того, увеличение численности определенных групп
аллохтонных бактерий может нести эпидемиологическую опасность.
4 Целью настоящего исследования являлось изучение основных
закономерностей распределения гетеротрофного бактериопланктона в устьевой области реки Северная Двина в зависимости от действия биотических и абиотических факторов среды.
.._ -Для достижения данной цели были поставлены., ел еду ющие задачи:...
1. Определить экологическую структуру гетеротрофных бактерий
5 экосистемы устьевой области р. Северная Двина.
2. Изучить зависимость структуры и динамики микробиоценоза от состояния фито- и зоопланктона, а также химического состава воды.
3. Исследовать изменения структуры, концентрации аллохтонной и
автохтонной микрофлоры в зависимости от антропогенной нагрузки, сезона
и гидрологического режима реки.
4. Определить содержание энтеробактерий в водной экосистеме устья р. Северная Двина и их роль в процессах самоочищения.
Научная новизна. Впервые по микробиологическим показателям оценено состояние экосистемы устьевой части реки Северная Двина.
Установлено, что гетеротрофные бактерии являются активными
участниками процессов деструкции органических веществ в устье реки
Северная Двина.
*" Доказано, что увеличение времени выживания аллохтонных
микроорганизмов меняют структуру гетеротрофного бактериопланктона с увеличением доли семейства Enterobacteriaceae на значительном отрезке реки до зоны смешения речных и морских вод.
Установлено, что за последние 20 лет роль бактериопланктона в трофической цепи планктонных сообществ в устьевой области реки Северная Двина возросла в условиях повышенной антропогенной нагрузки.
Впервые выявлена способность бактерий семейства Enterobacteriaceae к деструкции нефти и нефтепродуктов.
Практическая значимость. Проведенная оценка экологической структуры микробиоценоза устьевой области реки Северная Двина может
* быть использована в качестве базовой информации для мониторинговых
исследований состояния данной водной экосистемы. Выделенные
углеводородокисляющие бактерии могут быть использованы для разработки
биопрепаратов по биодеградации нефтепродуктов в водных экосистемах и
рекультивации почвы северных регионов. Материалы .диссертационной...-
работы полезны для курса лекций по специальностям: экология,
гидробиология, эпидемиология, микробиология и биотехнология.
Достоверность результатов. Достоверность научных положений и выводов обеспечивается обширным фактическим материалом 7 летних экспедиционных работ, большим объемом обработанного материала (859 проб), применением современных методов исследования и математического анализа.
Основные положения, выносимые на защиту.
Загрязнение водной экосистемы реки Северная Двина стоками ЦБК обусловливает увеличение концентрации гетеротрофного бактериопланктона и снижение численности фитопланктона.
Сезонные колебания содержания гетеротрофного бактериопланктона устья Северной Двины зависят от температурного режима, уровней биогенных элементов и биотических взаимосвязей компонентов трофической цепи.
Высокий уровень загрязнения устьевой области реки бактериями группы кишечных палочек объясняется присутствием больших количеств этих бактерий в промышленных и терригенных стоках, а также их способностью к длительному выживанию в воде.
Энтеробактерии вида Klebsiella planticola, Enterobacter dissolvens, Escherichia coli, выделенные из вод реки Северная Двина, являются активными деструкторами нефтепродуктов.
Организация исследований. Работа выполнена в лаборатории водных
экосистем Института экологических проблем Севера Уральского отделения
РАН. Бактериологические исследования проводились на базе лаборатории
клинический микробиологии Северного Морского Центра им. Н.А. Семашко
г. Архангельска. Определение нефтепродуктов проводили в
специализированной сертифицированной лаборатории ОАО
«Архагельскгеолдобыча».
Архивные гидрохимические данные ..за .,период 1996-2002 гг. использованы с разрешения Северного межрегионального территориального
7 управления по гидрометеорологии и мониторингу по окружающей среды. Архивные микробиологические данные по сточным водам АЦБК за период 2001, 2002 год предоставлены «Центром Госсанэпидемназора в
* Архангельской области». Гидрохимические и гидробиологические (по фито-
и зоопланктону) исследования проведены в лаборатории водных экосистем
Института экологических проблем Севера Архангельского НЦ УрО РАН.
Личный вклад автора. Отбор проб воды проводился
непосредственно автором исследования в период экспедиционных работ.
Бактериологические исследования в преобладающем большинстве
проведены автором. Автором проведен комплекс экспериментальных
исследований: определение фосфатаккумулирующих микроорганизмов,
выделение и идентификация углеводородокисляющих,
сульфитредуцирующих бактерий, энтеробактерий; поставлены опыты по
*" выживаемости в речной воде и способности к деградации нефтепродуктов
бактериями семейства Enterobacteriaceae. Автором выполнена статистическая обработка, анализ и обобщение полученных результатов.
Апробация работы. Результаты исследований были доложены и обсуждены на научных конференциях: Международной конференции молодых ученых и специалистов «Экология-98», (Архангельск, 1998), Международной конференции «Геодинамика и геоэкология», (Архангельск, 1999), Международной конференции «Поморье в Баренц-регионе на рубеже веков: Экология, экономика, культура» (Архангельск, 2000); Международной конференции «Биологические ресурсы Белого моря и внутренних водоемов Европейского Севера» (Сыктывкар, 2003);
* Всероссийской конференции «Стратегия развития северных регионов
России» (Архангельск, 2003), Всероссийской конференции с
международным участием «Биологические аспекты экологии человека», а
также на заседаниях лаборатории водных экосистем и Ученого совета
Института экологических проблем Севера Архангельского НЦ УрО РАН -....
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ.
Структура диссертации. Работа изложена на 165 страницах машинописного текста и состоит из введения, j шести глав, списка литературы и приложений. Список литературы содержит 218 наименований, в том числе 34 на иностранных языках. Иллюстрированный материал включает 23 рисунка и 28 таблиц.
Благодарности. Автор благодарен своему научному руководителю -д.м.н., профессору Л.К. Добродеевой, чье внимательное отношение в большей степени способствовало написанию этой работы. За неоценимую помощь в процессе сбора и обработки материала для диссертации автор благодарен сотрудникам лаборатории водных экосистем ИЭПС УрО РАН к.б.н. Тарасовой Н.А., Забелиной С.А., Моревой О.Ю., Широковой Л.С. и сотрудникам бактериологической лаборатории СМЦ им. Н.А.Семашко г. Архангельска. Особая благодарность д.б.н Саралову А.И., д.б.н. Ильинскому В.В., к.т.н. Селяниной СБ., к.б.н. Прожериной Н.А. за консультации. Автор признателен к.м.н. Кузнецовой В.М. и к.г.н. Инжебейкину Ю.И. за помощь в организации исследований. Автор благодарит Северное межрегиональное территориальное управление по гидрометеорологии и мониторингу по окружающей среды и Центр Госсанэпидемнадзора Архангельской области за предоставленные архивные материалы.
Биоценозы устьевой области реки Северная Двина
Высокая антропогенная нагрузка, которую в течение многих десятилетий испытывают водные экосистемы в бассейне Северной Двины, привела к определенному ухудшению количественных и качественных характеристик биоценозов.
Исследования фито- и зоопланктона Северной Двины были начаты еще в 19 веке, причем особое внимание уделялось устьевой части реки, где под воздействием приливных явлений сформировались биоценозы, состоящие, главным образом, из видов фито- и зоопланктона, переносимых во время приливов и отливов из реки в море и обратно (Киселев, 1925).
Главная особенность планктона устьевой части Северной Двины заключается в неоднородности его состава. В период весенних и осенних паводков течением в толщу воды поднимаются многие бентосные формы, в том числе личинки насекомых, олигохеты, нематоды, моллюски. Река обогащается компонентами озерного, прудового и других планктических комплексов через притоки и с поверхностными стоками из мелких стоячих водоемов. Солоноватые и морские формы заносятся в реку приливными и нагонными течениями.
Истинно планктонная форма полнее всего представлена летом. Она весьма разнообразна, хотя основной комплекс содержит немного видов, вполне адаптированных к специфическим условиям, главным образом — к течению. В зоопланктоне это эвритопные и эвригалийные виды коловраток и кладоцер, а фитопланктон изобилует диатомовыми и зелеными водорослями (Киселев, 1925).
После строительства Архангельского ЦБК и Соломбальского ЦБК были начаты исследования по выявлению воздействия отдельных компонентов сточных вод на биоту. Так, было показано, что поступление со сточными водами ЦБК в водоемы лабильных органических веществ на определенном этапе может привести к возрастанию биомассы фитопланктона, но при этом уменьшается видовое разнообразие и увеличивается численность видов, характерных для эвтрофных условий (Брызгало, Неверова, 1984). Однако при этом не следует забывать, что те же сточные воды содержат в большом количестве и токсичные вещества, подавляющие функционирование биоценозов (Комшилов и др., 1978; Коровин, 2000; Бреховских и др., 2003).
Анализ литературных данных (Киселев, 1925; Величковский, 1927; Золотарева, 1988; Бреховских и др., 2003) показал, что за период с 1920-х по 1980-е годы состав фито- и зоопланктона Северной Двины не претерпел существенных изменений, можно отметить в нем некоторые изменения, которые обусловлены ростом антропогенной нагрузки и уровня загрязнения водной среды. Качественный состав планктона практически не изменился, как в относительно чистых (мезосапробных) зонах, так и на загрязненных (полисапробных) участках реки. Среди преобладающих форм отмечено 15 видов диатомей, 12 — зеленых водорослей, по 4 вида синезеленых водорослей и эвглен, 14 видов простейших, 5 — коловраток, 7 — низших ракообразных.
Несмотря на то, что комплекс доминирующих видов фитопланктона не изменился, наблюдалось уменьшение биомассы в два — четыре раза, обусловленное деградацией клеток при переходе от мезосапробных к полисапробным условиям. Так же произошло уменьшение видового разнообразия, индекс Шеннона снизился с 4.3 в мезосапробных зонах до 2.5 в полисапробных участках. Возможность существования доминирующих видов фитопланктона в виде различных форм позволяет ему выдерживать высокую антропогенную нагрузку с помощью уменьшения размеров клеток. При этом снижение биомассы фитопланктона не приводит к нарушению нормального функционирования ценозов и доминирующих комплексов (Золотарева, 1988; Бреховских и др., 2003).
Изучение состояния бактериоценоза устьевой области реки Северная Двина началось после пуска в эксплуатацию АЦБК и СЦБК. Причиной повышенного внимания послужил тот факт, что с вводом этих предприятий началось интенсивное бактериологическое загрязнение устьевой области реки Северная Двина (Шрага, Запорожец, 1979; Влияние..., 1980; Воробьева, Селюжицкий, 1993; Шрага, 1993 и др.) В основном проводились исследования в санитарно-гигиенической направлении. Интерес санитарных микробиологов связан с тем, что сточные воды АЦБК и СЦБК содержали значительное количество бактерий группы кишечных палочек (Влияние..., 1980; Добродеева и др., 1988; Добродеева, Щеголева , 1988; Селюжицкий и др., 1989; Шрага, 1993 и др.) и дрожжеподобных грибов (Бажукова, 1999), которые могут представлять эпидемиологическую опасность. Анализ литературных данных (Влияние..., 1980; Гидробиологические..., 1984; Шрага, 1993) показал, что в 70-80 -х годах прошлого столетия в зоне влияния сточных вод АЦБК и СЦБК общая численность бактериопланктона варьировала в пределах 4.5-10.1 млн.кл/мл, численность сапрофитов (37С) достигала до 1-2 млн.КОЕ/мл, коли-индекс был в пределах 14000 до 5.6 млн.кл/л. Микробиологические исследования носили в основном описательный характер. Изучению бактериопланктона с экологических 4 позиций уделено очень мало внимания. В частности, в работе М.Х. Шраги (1993) рассматриваются взаимосвязи численности бактерий группы кишечных палочек с некоторыми абиотическими факторами среды (хлоридами, поверхностно-активными веществами, ХПК).
Гидрохимическая характеристика реки Северная Двина
Воды Северной Двины во все гидрологические периоды могут быть отнесены к гидрокарбонатному классу группы кальция. Минерализация воды не превышает 500 мг/л в течение всего года и по длине реки внутри сезона изменяется незначительно (Кузнецов и др., 1991; Государственный..., 1978 -2003; Экологические..., 2003).
В период зимней межени сумма главных ионов у пункта Котлас составляет 300 - 386 мг/л, у п. Абрамково - 330 - 382 мг/л, и у железнодорожного моста г. Архангельска (355 - 437 мг/л). В летний период значения минерализации несколько снижаются. Весной, во время половодья, содержание солеобразующих ионов достигает минимальных значений и составляет на всем протяжении реки 61-86 мг/л.
Что касается гидрокарбонатов, то их значения в период зимней межени составляют в среднем 179 - 213 мг/л, причем более высокие значения относятся к верхнему течению (п. Котлас), а меньшие - к устьевому участку. Летом концентрация гидрокарбонатов снижается до 105 - 139 мг/л, в весенний период, в условиях интенсивного поступления талых вод, значения их повсеместно снижается до 37 - 52 мг/л.
В пространственно - временной изменчивости сульфат - ионов наблюдается обратная картина: их средняя концентрация возрастает от верховья к устью и зимой составляет 37 - 93 мг/л и снижается весной до 8 38 19 мг/л.
Аналогичная пространственно - временная изменчивость отмечается и в содержании хлорид - ионов, средняя концентрация которых по течению реки заметно возрастает в период зимней межени (10 мг/л у п. Котлас, 23 мг/л - у железнодорожного моста), летом и весной разница невелика. В створе железнодорожного моста в меженные периоды максимальная концентрация хлорид -иона превышает среднюю более чем в 3 раза, что является следствием нагонов и приливных явлений. В паводковые периоды разница между максимальным и средним значениями намного меньше.
В катионном составе преобладающим является кальций. В период ледостава средняя концентрация этого иона в верхнем и среднем течении составляет 54-56 мг/л, в нижнем - 64 - 66 мг/л. Весной концентрация выравнивается по длине реки и составляет в среднем 13-15 мг/л.
Особенностью гидрохимической характеристики Северной Двины с точки зрения основного ионного состава можно считать смену второго доминирующего катиона при движении от верховьев к устью. У поста Котлас содержание магния во все гидрологические периоды преобладает над концентрацией натрия. У п. Абрамково концентрация натрия уже выше, чем магния, во все сезоны, кроме весеннего половодья. Такая же картина наблюдается в замыкающем створе (п. Усть - Пинега), где зимой и летом средняя концентрация натрия в 1.1 раза превышает концентрацию магния, а во время весеннего половодья ниже ее в 1.1 раза. В створе железнодорожного моста разница в меженных концентрациях натрия и магния еще больше (до 1.1 - 1.5 раза). В период весеннего половодья содержание этих катионов практически уравниваются (средние концентрации 3.2-3.1 мг/л).
Содержание двуокиси углерода изменяется в течение года в пределах от 2.3 мг/л в паводок до 17.2 мг/л зимой в марте. Максимальное содержание двуокиси углерода приходится на зимнее время, когда в.реке разлагаются скопившиеся органические вещества и их остатки. Абсолютное содержание кислорода в этот период минимальное (2.97 - 3.98 мг/л или 23 - 27% насыщения). Весной, когда водная поверхность непосредственно соприкасается с атмосферой, повышение температуры способствует интенсификации процессов фотосинтеза водной растительности; абсолютное содержание кислорода возрастает до 6.0 - 7.6 мг/л (до 55 - 62% насыщения). Такое содержание кислорода в течение всех летних месяцев. Наблюдается небольшое увеличение содержания кислорода осенью, что связано с понижением температуры воды и, следовательно, с повышением растворимости кислорода.
Воды Северной Двины имеют слабощелочную реакцию в период межени (рН =7.0 - 8.5) и слабокислую в период весеннего паводка (в среднем рН=6.9 - 7.2). Максимальные значения рН во всех створах характерны для глубокой летней межени. Отдельные значения рН до 8.0 наблюдаются перед ледоставом. Изменение величины рН хорошо согласовывается с изменением содержания свободной углекислоты и растворенного кислорода. Зимой наблюдается минимальное количество растворенного кислорода (1.80 - 3.98 мг/л). В это время наблюдается максимальное количество двуокиси углерода (26- 33 мг/л), а величина рН падает до 6.98 — 7.09. Весной с разрушением ледяного покрова кислородный дефицит понижается. Степень насыщения воды кислородом возрастает до 86 - 91%. Одновременно содержание двуокиси углерода снижается до 5.2 - 5.6 мг/л. А показатель активной реакции рН повышается до 7.3 - 7.5 (Кузнецов и др., 1991; Государственный..., 1978-2003; Экологические..., 2003).
Река Северная Двина пересекает избыточно увлажненную таежно лесную зону с подзолистыми, болотными почвами. Совокупность природных условий способствует формированию речных вод с большим содержанием органических веществ гумусового происхождения (Мальцева и др., 1987; Боголицын и др., 1999), что приводит к изменению качества воды .по таким показателям, как цветность и ХПК. . ,.... . - ........ Цветность воды по створу реки зимой составляет 10 - 68, весной повышается до 136 - 245 , в летне - осенний период - 17-216
Характер внутригодового распределения трудноокисляемых органических веществ (по бихроматной окисляемости) одинаков на всем протяжении реки. Значения ХПК возрастают в периоды увеличения поверхностного стока и снижаются в меженные периоды. У поста Котлас межквартальный размах ХПК в меженные периоды составляют 25-38 мг/л зимой и 31 - 53 мг/л летом, увеличивается в период половодья до 36 - 113 мг/л. Ниже по течению, у постов Абрамково и Усть - Пинега, сезонные колебания ХПК носят такой же характер. Интервалы их изменения внутри каждого сезона отличаются от приведенных для поста Котлас незначительно. У железнодорожного моста наблюдается небольшое увеличение содержания трудноокисляемых органических веществ, которое прослеживается во все сезоны. Межквартальный размах ХПК для этого створа составляет 31-47 мг/л зимой и 37 - 50 мг/л летом. Увеличение ХПК в этом створе обусловлено постоянным воздействием сточных вод, поступающих в реку 18 км выше по течению.
Методики лабораторного определения количественных и качественных показателей бактерио-, фито- и зоопланктона
Для характеристики структуры гидробиоценоза использованы: инвентаризационные валовые или усредненные показатели, такие как средняя плотность (численность, биомасса) в различных биотопах, альфа -разнообразие; дифференцирующие показатели, характеризующие пространственную структуру сообщества: бета-разнообразие, соотношение экологических групп. В микробиологии редко обсуждаются количественные аспекты разнообразия микробных сообществ. Главной причиной отставания микробной экологии в этой области, по мнению И. Ю. Чернова (1997) являются методические трудности, связанные с определением таксономического состава сообщества и особенно относительной значимости видов микроорганизмов. Для оценки разнообразия внутри достаточно однородных групп микроорганизмов наиболее простым и удобным остается классический метод посева на плотные питательные среды с последующим дифференцированным учетом колоний. Пригодность разных групп микроорганизмов для синэкологических исследований зависит от сравнительной легкостью их учета и идентификации, проведения массовых анализов и сравнительно однородными физиологическими условиями. Одними из таких микроорганизмов, наряду с дрожжами (Чернов 1985, 1997) являются факультативно - анаэробные бактерии, в том числе энтеробактерии (Добровольская и др., 1997).
Количественные показатели. Данная группа включает значения общей численности и биомассы бактерио- фито- и зоопланктона; численности сапрофитных бактерий. Оценивались так же количественные показатели (индексы - количество колонеобразующих единиц в одном литре воды) бактерий группы кишечных палочек с определением способности утилизировать цитратные соли; лактозоположительных кишечных палочек, фекальных кишечных палочек, анаэробных сульфитредуцирующик спорообразующих бактерии рода Clostridium.
Определение общей численности бактериопланктона вели методом прямого счета на мембранных фильтрах "Sartorius" (диаметр пор 0.20 мкм, диаметр фильтрующей поверхности 2 см). Фильтровали определенный объем воды: сточные воды - с разведением параллельно 10" и 10" по 2 мл; речную воду - без разведения по 1 и 2 мл, в зависимости от предполагаемой плотности бактерий. Фиксировали в парах формалина, фильтры окрашивали 5% раствором карболового эритрозина. Подсчет общей численности бактерий вели в иммерсионной системе микроскопа с объективом х90 и окуляре 10 с сетчатым микрометром (площадь одной клетки микрометра 5.6x5.6 мкм ). Посматривали не менее 30 полей зрения-5x5 клеток сетчатого микрометра в каждой пробе. Расчеты производили по формуле: NG = (S-106-a)/(s-n-v), где N6 - количество бактерий в 1 мл воды; S — площадь фильтра в мм ; 106 - коэффициент перевода мм2 в мкм2; а — сумма бактерий подсчитанных в п полях зрения; п - число полей зрения ; s — площадь окулярной сетки, в котором были просчитаны бактерии, мкм ; v-объем профильтрованной воды, мл.
Чистые фильтры предварительно проверяли на обсеменность бактериями и вычисляли погрешность, в дальнейшем учитываемую при расчете показателей общей численности.
Бактериальные клетки на фильтрах измеряли с помощью винтового окулярного микрометра на оптическом микроскопе «Биолам» в сухих прокрашенных препаратах (Кузнецов, Дубинина, 1989). Объем клеток рассчитывали: для палочек по форме объема цилиндра V=l/47td h, для кокков - У=1/6ж13, где d - диаметр, h - высота цилиндра. При этом предусматривали, что на высушенных и фиксированных препаратах объем клеток (по сравнению с живыми) уменьшается примерно в 3 раза. На основе этих результатов рассчитывали биомассу бактериопланктона (Вб). Общую сырую биомассу бактерий вычисляли путем умножения общего количества клеток на средний объем бактериальной клетки, принимая удельный вес клетки за единицу. Количество клеток фосфатаккумулирующих микроорганизмов (с гранулами волютина, NB) определяли методом прямого счета на мембранных фильтрах, прокрашенных в течение 1.5 суток толуидиновым синим (Методы общей бактериологии, 1983).
Пробы зоопланктона обрабатывали счетно - весовым методом по общепринятой методике (Руководство..., 1992).
При анализе сетных проб зоопланктона учитывали видовой состав, размерные группы (Определитель..., 1977; Иванов и др., 1981). Организмы просчитывали под бинокуляром в камере Богорова. При малой плотности планктона обрабатывали всю пробу целиком, а при обилии зоопланктона — часть пробы: Для расчета количества организмов на 1 м брали усредненные-данные из двух выборок, число организмов в выборке просчитывали на весь объем пробы. Биомассу (В3) вычисляли, исходя из размеров тел и таблицы весов, разработанной сотрудниками ЗИН РАН, МГУ и СевПИНРО.
Пробы на фитопланктон отбирали в 1.5 - литровые бутыли с «а поверхностного горизонта. Фиксацию производили раствором Люголя до цвета бледного чая. Для концентрирования использовали метод фильтрации: 200 - 250 мл пробы пропускали через мембранный фильтр № 5 (диаметр пор 1 - 2 мкм). Процесс фильтрации не доводился до конца, материал ресуспензировали в небольшом объеме оставшейся пробы. Часть суспензии сразу же помещали в счетную камеру Горяева и просматривали под микроскопом. При записи результатов количественной обработки фитопланктона численность выражают в тысячах особей на литр по формуле:
N(j,= 4KVci /Vb где VCk - объем сконцентрированной пробы, V - объем камеры, Чк- число водорослей в ней (Руководство..., 1992).
Биомассу популяции вычисляли, исходя из среднего объема клеток каждого вида (по таблице клеточных объемов (Сретенская, 1961; Nauwerck, 1963; ed Vollenweider, 1965) для пресноводного фитопланктона) и его численности. Расчет биомассы фитопланктона осуществляли по формуле:
Вф= BkVci/Vk, где VCk - объем сконцентрированной пробы, Vk - объем камеры, Вк - число водорослей в ней.
Для пресноводного фитопланктона переход от численности особей к характеристикам массы производили по формуле: мкг С/л = 0,І2ТІ=І n;Vj, где Vj- средний объем клетки і - го вида, а П; - его численность в 1 л.
Видовая структура. Таксономическое подразделение проводилось до вида для зоопланктона, для фитопланктона - до рода. Для анализа структуры энтеробактерий использовались таксономические группы бактерий, преимущественно родового уровня (Головченко и др., 1993).
Для характеристики структуры энтеробактерий нами были -использованы показатели а - разнообразия, общий список таксонов.
Таксонометрические исследования проводили до родовой принадлежности для определения видового богатства и видового разнообразия.
Видовое разнообразие. Индексы разнообразия и выравненное Шеннона вычисляли по следующим формулам (Одум, 1986; Унифицированные..., 1990; Мэгарран, 1992): индекс разнообразия - H=-i;(PjlnPj); индекс выравненное - J=H/lnS, где Pj - доля вида в сообществе; S - видовое богатство; Jmax = 1.
Пространственная структура. Поскольку в реках происходит полное перемешивание вод, оценка вертикальной неоднородности (ярусность) количественных показателей гидробиоценоза представляется не актуальной для малой воды, кроме дельты из - за подпора морских вод и локальной зоны в районе сброса сточных вод АЦБК. Поэтому ярусность (поверхностный и придонный горизонты) рассматривалась только для биотопов в районе сброса сточных вод АЦБК и зоне смешения речных и морских вод. Горизонтальную неоднородность исследованных показателей позволила выявить выбранная сеть станций отбора проб в устьевой области Северной Двины.
Для пространственной дифференциации фитопланктона в августе 1999 года использован показатель бета - разнообразия, заключающийся в анализе распределения коэффициентов сходства между отдельными группировками. Для сравнения степени сходства использована количественная функция Чекановского (Унифицированные..., 1990): Sjj=(2min(Xki,Xkj))/ E(xki+Xkj), где тіп(Хкі,хц) — меньшая величина обилия к-го вида сопоставляемой паре проб; х - обилие к-го вида в і - й пробе; Xkj -обилие к-го вида в j - й пробе.
Закономерности пространственно - временной организации гетеротрофного бактериопланктона оценивали на основе кластерного анализа (Дэвис, 1990).
Экологическая структура. Исследование экологического спектра
-проводили по карбофильности и термопреферендуму.:- - " —- При культивировании на средах с различным содержанием углерода определяли степень карбофильности гетеротрофного бактериопланктона. Эвтрофные бактерии выращивали на СПА (сухой питательный агар), факультативно-олиготрофные - на среде Горбенко (СПА: 10) и олиготрофньте - на голодном агаре (Кузнецов, Дубинина, 1989).
Культивирование проводили при различных температурных режимах: +37С (термотолерантные), +20С (мезофильные), +4С и +9С (психрофильные).
Состояние микробного сообщества исследуемой экосистемы при описании сукцессионных событий в ней оценивалась по отношению общей численности бактериопланктона к количеству гетеротрофных бактерий, способных к росту на питательном агаре (Кожевин, 1979, 1989).
