Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 6
1. Минеральные источники Байкальского региона 7
2. Микробиологическая характеристика минеральных источников Байкальского региона 15
2.1. Микроорганизмы-продуценты органического вещества... 16
2.2. Микробные маты гидротерм 18
2.3. Микроорганизмы-деструкторы органического вещества 21
3. Оздоровительные местности Бурятии 27
4. Санитарно-микробиологическая характеристика водоемов Байкальского региона 30
4.1. Сапрофитные бактерии 30
4.2. Условно-патогенные микроорганизмы 32
4.3. Патогенные микроорганизмы 37
4.4. Колифаги 38
4.5. Влияние химических и биологических факторов на выживаемость условно-патогенных и патогенных микроорганизмов в воде 40
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 44
ГЛАВА II. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 44
2.1. Объекты исследования 44
2.2. Методы исследования 48
2.2.1. Микробиологические методы 49
ГЛАВА III. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 54
3.1. Индикаторные микроорганизмы в воде гидротерм Баргузинской долины 54
3.2. Гидрохимические показатели гидротермы Горячинск 56
3.3. Сапрофитные бактерии вводе гидротермы Горячинск... 62
3.4. Общие колиформные и термотолерантные бактерии в воде гидротермы Горячинск 66
3.5. Сапрофитные бактерии в донных осадках и микробных матах гидротермы Горячинск 68
3.6 Общие колиформные и термотолерантные бактерии в донных осадках и микробных матах гидротермы Горячинск 73
3.7 Гидрохимические показатели холодных аршанах Кумыска и Серебряный 75
3.8. Сапрофитные бактерии в воде холодных аршанов Кумыска и Серебряный 80
3.9. Общие колиформные и термотолерантные бактерии в воде холодных аршанов Кумыска и Серебряный 82
3.10. Условно-патогенные бактерии семейства Enterobacteriaceae 85
3.11. Другие индикаторные микроорганизмы в минеральных источниках Горячинск, Кумыска и Серебряный 88
3.12. Выживаемость Е. coli в пробах минеральной воды гидротермы Горячинск 91
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 94
ВЫВОДЫ 97
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 98
ПРИЛОЖЕНИЯ 118
- Минеральные источники Байкальского региона
- Объекты исследования
- Индикаторные микроорганизмы в воде гидротерм Баргузинской долины
Введение к работе
Актуальность проблемы. Минеральные источники являются местами активной деятельности микроорганизмов, которые участвуют в продукции и деструкции органического вещества, трансформации газов, образовании биологически активных веществ. Огромно их значение в создании лечебного фактора минеральных вод и в процессах самоочищения. Микроорганизмы различных физиологических групп выступают в роли индикаторов состояния окружающей среды.
По количеству и разнообразию минеральных вод Республика Бурятия стоит в одном ряду с крупными курортными зонами России. В последние десять лет активно проводятся микробиологические исследования холодных и горячих источников Байкальского региона. В настоящее время изучено разнообразие микробных сообществ и их функционирование в гидротермах на территории Бурятии в Байкальской рифтовой зоне (Горленко и др., 1988-1992; Намсараев и др., 1994, 1995; Брянская, 2006) и холодных сероводородных водах. Определены скорости продукционных и деструкционных процессов в воде, донных осадках и микробных матах. Показано, что наиболее интенсивно процессы продукции органического вещества протекают в циано-бактериальных матах, а деструкции - в донных осадках гидротерм (Намсараев и др., 2006).
Возрастающее антропогенное воздействие на минеральные источники в связи с их широким использованием местным населением для лечения и отдыха и создающаяся особая зона туристско-рекреационного типа в Байкальском регионе делает актуальной оценку качества воды и донных осадков в минеральных источниках.
Цели и задачи исследования. Целью данной работы было выявление и учёт индикаторных микроорганизмов для санитарно-экологической оценки холодных и термальных минеральных источников Прибайкалья.
Для достижения поставленной цели были определены и последовательно решались следующие задачи:
Определение численности индикаторных микроорганизмов (сапрофитных бактерий и общих колиформных бактерий) в воде, донных осадках и микробных матах горячих и холодных источников Прибайкалья.
Определение численности колифагов.
Выделение колиформных бактерий и определение их видового состава.
Изучение выживаемости Escherichia coli в воде, донных осадках и микробных матах.
Оценка качества минеральных вод по микробиологическим показателям.
Определение физико-химических условий среды обитания микроорганизмов.
Научная новизна. Впервые проведена санитарно-микробиологическая оценка холодных и горячих источников Прибайкалья с определением общего количества сапрофитных бактерий, общих колиформных и термотолерантных бактерий, колифагов, патогенных энтеробактерий, стафилококков и сульфитредуцирующих клостридий. Выявлены и описаны сезонные особенности микробиологического загрязнения воды в минеральных источниках. Выявлено широкое распространение условно-патогенных бактерий семейства Enterobacteriaceae. Изучена выживаемость индикаторного (санитарно-показательного) микроорганизма Escherichia coli в воде, донных осадках и микробных матах. Установлено отсутствие бактериальных вирусов (колифагов) и патогенных микроорганизмов, что позволяет оценить качество минеральных вод как эпидемически безопасное.
Впервые дана гидрохимическая и микробиологическая характеристика холодных источников (аршанов) Серебряный и Кумыска в местности Верхняя Березовка г. Улан-Удэ.
Практическая ценность. Полученные результаты санитарно-микробиологических и физико-химических анализов могут быть использованы для бальнеологической характеристики минеральных вод Прибайкалья и составления кадастра минеральных источников Бурятии. Полученные результаты могут быть положены в основу информационной базы для принятия решений по реализации природоохранных мероприятий, направленных на снижение уровня загрязнения водных объектов.
Минеральные источники Байкальского региона
Большое разнообразие минеральных источников является основным отличием территории Республики Бурятия от других регионов России. В Бурятии насчитывается более 300 выходов минеральной воды с различными физическими свойствами, химическим и газовым составом (Реестр минеральных источников РБ, 2003; Минеральные источники и лечебные озера Южной Бурятии, 2005; Республика Бурятия, 1998). Среди них выделяются холодные и термальные углекислые, азотно-углекислые, азотные и метановые термы, холодные негазирующие сульфидные, железистые и радоновые воды.
Закономерности распространения многочисленных минеральных вод обусловлено геоструктурными особенностями территории, подстилающими горными породами, сложными гидрохимическими процессами, происходящими в земной коре и на ее поверхности, геотермическим, климатическими и другими условиями. Все минеральные источники местности расположены на подвижных участках земной коры - бортах впадин и долин рек (Ломоносов и др., 1977).
Основы существующего районирования минеральных вод Восточной Сибири заложили А.И.Дзенс-Литовский и Н.И.Толстихин (1946), по схеме которых территория Бурятии размещается в пределах двух провинций -провинции термальных вод переменного анионного состава, газирующих азотом, и провинции углекислых холодных и термальных гидрокарбонатных щелочных и щелочно-земельных вод.
В зависимости от территориальной принадлежности, геолого-структурных особенностей и газового состава минеральных вод на территории Бурятии выделяют 4 гидроминеральные области (Минеральные воды..., 1961, 1962; Пиннекер и др., 1968; Пиннекер, 1969; Ясько, 1969; Доронина, 1970; Борисенко, Замана, 1978):
1) Восточно-Саянская - термальные и холодные углекислые воды;
2) Байкальская - азотные и метановые термы;
3) Селенгинская - холодные негазирующие радоновые воды;
4) Даурская (Забайкальская) - холодные и радоновые воды. Минеральные воды представляют собой сложные многокомпонентные
растворы, содержащие ионы и недиссоциированные молекулы элементов или их соединений, газы и органические вещества. Они возникают как в результате взаимодействия воды с вмещающими горными породами, так и вследствие поступления отдельных составных частей из глубинных зон земли.
В каждой гидроминеральной области Бурятии распространены различные виды минеральных вод, которые объединены в группы и типы. Группы выделены по наиболее характерным особенностям состава или свойств этих вод, а типизация исходит из принципа аналогии по классификации Иванова и Невраева (1964). Суть этого принципа заключается в выборе наиболее типичного представителя, нарицательное имя которого присваивается данной минеральной воде. В результате систематизации минеральных вод обособляются типы, характеризующиеся общностью химического состава, физических свойств, геолого-гидрохимических условий и происхождения.
Минеральные воды Бурятии подразделяются по температуре, катионно-анионному и газовому составу на следующие основные группы: холодные и термальные углекислые, азотные и метановые термы, холодные негазирующие сульфидные, железистые и радоновые воды, которые различаются по величине минерализации и активности среды (рН).
В зависимости от газового состава минеральные воды Бурятии И.М. Борисенко и Л.В. Заманой (1978) разделены на следующие генетические группы: углекислые, азотные, метановые, воды смешанного газового состава. Подгруппы выделены по температуре и наличию бальнеологически активных компонентов: азотные кремнистые, азотные кремнистые сероводородные, радоновые и углекислые радоновые термы, холодные углекислые и холодные сероводородные воды и т.д.
На основании отмеченных критериев для всей территории Бурятии выделено: в группе углекислых холодных вод 3 типа (кисловодский, дарасунский, ласточкинский); в группе углекислых терм 2 типа (шумакский, боржомский); в группе азотных гидротерм 4 типа (кремнистые термы -горячинский, питателевский; кремнистые сероводородные термы -аллинский, кульдурский); в группе метановых гидротерм 2 типа (тункинский, истокский); в группе холодных сероводородных 1 тип (краинский); в группе слабоминерализованных радоновых вод 2 типа (липовский, трускавецкий) (Ломоносов и др., 1977).
Азотные термы составляют наиболее обширную группу термальных вод, развитых в пределах Байкальской рифтовой зоны. Температура их колеблется от 20 до 81 С, преобладают горячие (свыше 40 С) воды, а в 9 источниках температура превышает 60 С.
Объекты исследования
Объектами исследований являлись щелочные гидротермы Баргузинской долины Горячинск, Уро, Сея, Гарга, Алла, Умхей, Сухая, Кучигер и Гусиха и холодные источники (аршаны) в окрестностях г. Улан-Удэ Серебряный и Кумыска (табл. 1).
Аллинские источники расположены по берегам р. Алла, вблизи выхода реки из отрогов Баргузинского хребта. Их общий дебит составляет около 10 л/с. На правом берегу расположены два наиболее горячих источника, температура которых достигает 77 С. На левобережье в русле р. Алла имеются многочисленные выходы с менее горячей водой (16-50С) и с небольшим дебитом. В период паводка и наводнений эти источники затапливаются речной водой. Азотные термальные воды этих источников относятся к минеральным водам аллинского типа (Приложение 1).
Выходы источника Кучигер расположены на правом берегу р. Баргузин в урочище Кучигер вблизи с. Улюнхан. Основная разгрузка термальных вод происходит в современных отложениях на территории 500x200 м2 . Общий дебит источников составляет 10-11 л/с. Местность сильно заболочена и покрыта зарослями мелкого кустарника, камышом и карликовой березой. Источники являются разновидностью азотных кремнистых гидротерм. Минеральные воды этих источников относятся к кульдурскому типу.
Источник Умхей находится в северной части Баргузинской впадины, в верховье р. Баргузин в 18 км от с. Ягдаг. Выходы термальных вод расположены на острове и по обоим берегам реки. Минеральные воды этих источников относятся к кульдурскому типу.
Источник Гарга расположен на правом берегу р. Гарга (приток р. Баргузин), на склоне горы, благодаря чему термальные воды образуют довольно протяженный водоток, стекая вниз к р. Гарга и постепенно охлаждаясь. Дебит источника составляет 3 л/с; воды относятся к Горячинскому типу, сульфатно-натриевые, с минерализацией около 1 г/л, характеризуются щелочной реакцией (рН 8,5) и присутствием кремнекислота, радона и сероводорода (Ломоносов и др., 1977). В месте выхода вода имела температуру 72,5С. Несколько ниже по течению горячего ручья находится пруд глубиной 25-40 см. Температура в нем составляет 38,5С-42,0С.
Источник Уро расположен на левом берегу р. Лиственничная (приток р. Баргузина). Термальные воды выходят из-под грунтов биотитовых гранитов на площади около 200 м . Воды источника гидрокарбонатно-сульфатно-натриевого типа. Температура вод на изливах от 69 до 25 С, рН
8,8-9,1, Eh от -72 до +199 мВ. Выделяющийся газ на 98 % состоит из азота (Власова и др., 1962).
Источник Сея расположен в долине р. Баргузин, в устьевой части р. Джерга на притоке р. Хахархай. Данный источник богат термальной гидрокарбонатной натриевой водой. Общий дебит составляет около 15 л/с, минерализация 0,4 г/л, Температура воды на выходе небольшого озера составляла 47-50С.
Источник Сухая-Загза, расположенный на восточном побережье озера Байкал в Кабанском районе Республики Бурятия в 0,5 км. Западнее деревни Сухая, в 150 м. от берега, высота над уровнем моря 469 м. В прибортовых частях Байкальского артезианского бассейна горячие воды с преобладанием в газовом составе метана (до 75% об.). По химическому составу воды относятся к гидрокарбонатным натриевым с минерализацией до 0,63 г/л. В составе растворенных газов, кроме метана, присутствует азот (15%) и углекислый газ (11%). Концентрация сероводорода достигает 7 мг/л. (Борисенко, Замана, 1978). Характерной особенностью скважины является преобладание в ней щелочных металлов, содержание ионов Na и К достигает 81% экв, а кальция - около 17% экв, Процентное содержание гидрокарбонатов и сульфатов составляет соответственно 90% и 9% экв, Основную долю в газовом составе занимает метан - 87,8 %, также присутствуют углекислый газ (2,6 %) и кислород (0,4%), Содержание кремнекислоты достигает 46 мг/л.
Индикаторные микроорганизмы в воде гидротерм Баргузинской долины
В деструкции и трансформации органических веществ участвует аллохтонная и автохтонная микрофлора. Сапрофитные микроорганизмы используют в качестве косвенного показателя присутствия в воде легкоусвояемых органических веществ. Хотя в количественном отношении сапрофиты составляют очень небольшую часть общего количества микроорганизмов, они благодаря количественному выражению, дают незаменимую информацию о качестве воды в водоемах. Наиболее признанным и распространённым во всём мире санитарно-показательным микроорганизмом являются общие колиформные бактерии (или бактерии группы кишечных палочек (БГКП). Количественный учёт этой микрофлоры свидетельствует об уровне фекального загрязнения среды и является косвенным показателем эпидемической безопасности. Санитарно-микробиологические анализы были проведены в летних пробах минеральных вод. Температура воды на выходах гидротерм варьировала от 43 до 76,2С. Наиболее высокотемпературными были источники Алла (76,2С), Гарга (72,5С) и Уро (69,9С). Вода гидротерм имела щелочную реакцию, значение рН варьировало от 8,2 до 9,7 (табл. 4). Количество сапрофитных бактерий в горячих источниках варьировало от 72 до 9200 КОЕ/мл. Наименьшая численность выявлена в источнике Сухая и наибольшая - в источнике Кучигер. В водах горячего источника были обнаружены общие колиформные бактерии. В воде гидротермы Сея коли-индекс составил 1100. В ручье источника Сухая коли-индекс достигал значения 1100, Кучигер - 43. Полученные данные показывают, что эти минеральные источники наиболее подвержены антропогенному воздействию. В настоящее время на этих источниках функционируют лечебницы местного значения и наибольшая рекреационная нагрузка наблюдается в теплый период времени (летний). А источники Уро, Сея, Гарга, Алла, Умхей менее посещаемы из-за их труднодоступное. Высокое значение коли-индекса (11000) в источнике Сея на станции Сея-01-6, по-видимому, связано с тем, что эта станция находится у уреза реки Сея, где находится брод через нее (автомобильный и конный) и здесь также может иметь место антропогенное загрязнение. Пробы минеральной воды, илов и матов были отобраны на 9 станциях: при выходе воды на поверхность на территории курортного комплекса и в ручье по их изливу на протяжении 2000 м до места смешения тёплых минеральных вод с холодными пресными водами оз. Байкал. Схема отбора проб дана на рис.1. Максимальная температура воды на выходе источника (ст-1а) 52 С была отмечена зимой. Далее, вниз по ручью наблюдалось постепенное понижение температуры до 14-20 С летом и 9 С осенью. Значение рН варьировало от 6,7 до 8,95, минерализация воды изменялась от 201 до 569 мг/дм (табл. 5). Вода источника Горячинск является карбонатно-сульфатной натриевой(табл.5,6,7). Наблюдалось изменение карбонатных и сульфатных ионов в зависимости от сезона и места отбора проб. Заметно изменялся ионный состав в летний период исследований. На ст. 4 количество карбонатов, сульфатов и хлоридов в июне было выше, чем на других станциях. В отдельных пробах воды определялось количество различных форм N. Концентрация нитрат-ионов достигала значений 6,35 мг/дм , нитрит- ионы не превышали 0,02 мг/дм . Количество ионов аммония было равно 0,053-0,22 мг/дм . Перманганатная окисляемость в воде варьировали от 0,16 до 15,4 мг/дм3. Более высокие значения окисляемости отмечены на станции 6а весной и летом - 15,4 и 13,36 мг/ дм3 соответственно. На остальных станциях перманганатная окисляемость составляла не превышала 3,36 мг/ дм . Эти данные позволяют оценить качество воды по этим показателям как чистые (ГОСТ 23268.12-78).
