Введение к работе
Актуальность ггооблеш. В современной концепции охраны природы, построенной на основе представлений о структуре и свойствах биосферы, исключительная роль принадлежит микроорганизмам. Именно они выполняют основное условие существования всего живого в биосфере, которое заключается в сбалансированном разложении я продуцировании органического вещества. Неуправляемое антропогенное воздействие на природную среду в настоящее время привело к нарушению этого баланса, так как скорость накопления бытовых и прошшлен -ных отходов превышает процессы их утялизаци::, а для части трудноразлагаешх соединений, по мнению Одума /1986/, не существует природных процессов, которые могли бы деструктя-ровать их с такой же скоростью, с какой они вводятся в экосистему. Вследствии этого возникла проблема "негниющих отходов", скопление которых в водотоках а отвалах способствует замене природных экосистем техногенными.
С позиции академика В.И.Вернадского нет более надежного способа восстановить нарушенные человеком водные экосистемы, чем создать условия, благоприятствующие их самоочищению. Как известно, оно осуществляется з результате включения загрязнений в биогидрохимический круговорот биогенных элементов, заключающийся в процессах синтеза, деструкции и трансформации органического вещества по трофическим цепям микроорганизмов, растений и животных. Естественные процессы самоочищения и известные способы биологячес -кой очистки сточных вод в условиях сложившегося дисбаланса между накоплением и утилизацией оказались в отношении "негниющих отходов" малоэффективны.
Основой для изыскания путей включения "негнищих отходов" в бяогидрохимическлй круговорот загрязненных естественных Я ТеХНОГеНКЫХ ЭКОСИСТеМ ЯЗЛЯеТСЯ ЭКОЛОГО-фИЗИО-
логический подход, Фундамент которого был заложен проф. ЦЛТ.Роговской и М.П.Калабиной. Дальнейшему развитию этого направления способствовали исследования проф. Ротмистрова М.Н., Телитченко М.М., Гвоздика П.И., Скирдова И.В., Иля-летдинова А.Н., Сгэеской С.С, Путялиной Н.Т., их учеников и последователей.
Согласно этому подходу скорость бяогидрохимического круговорота загрязнений определяется деструкпионными возможностями сообществ, ассоциаций или монокультур. Обычно в техногенных экосистемах упомянутый процесс интенсифицируют иммобилизацией микроорганизмов на различных носителях, вселением в сообщества активных атаімов, созданием возможностей для пространственной сукцессии и другими подобными инженерными решениями. Вместе с тем каши многолетние исследования обнаружили существование в природе специфических сообществ типа пианобактериалькых матов, функционирующих по вышеуказанным инженерным принципам.
На защиту выносится - обоснование наличия в природе альго-бактериальных сообществ, способных включать в свой обмен трудноразлагаемые соединения /"негниющие отходы"/, продукты их деструкции и способных прл вселении превалировать над аборигенными микроорганизмами.
Цель и задачи исследования - Основной целью работы являлось выяснение механизмов деструкции трудноразлагаемых соединений в биогидрохимическом круговороте техногенных экосистем. В этой связи были поставлены следующие конкрет-
ные задачи:
изучить экологические особенности техногенной экосистемы в условиях повышенного содержания соединений серы и токсикантов в проходящих водах;
выделить из техногенной экосистемы жизнеспособные сообщества ;
изучить биологическую структуру, принципы формирования и развития выделенного цианобактериального сообщества ;
исследовать структуру и особенности Функционирования сообщества при вселении его в сточные воды различного химического состава и взаимодействие его ассоциантов с микроорганизмами сточных вод ;
определить биохимическую активность ассоциантов сообщества на примере деструкции сульфатного лигнина, латекса, тяурама, жироподобных компонентов сточных вод ;
изучить возможность активизации процессов деструкции трудноразлагаевдх органических веществ и токсикантов в моделях техногенных экосистем ;
- выявить перспективы и изучить возможности практического
использования техногенных цианобактеряальных сообществ.
Научная новизна работы. Впервые проведены экологические исследования техногенной водной, экосястемы в течении 30 лет являющейся приемником сточных вод, содержащих сульфатный лигнин. Обнаружено, что такого рода "негннющие отходы" в значительных количествах могут быть включены в естественные биогидрохишческие процессы. Впервые из активных деструкщгонннх участков водной техногенной экосистемы выделено специфическое сообщество микроорганизмов, образующее в микроэкосистемах замкнутую в пространстве структуру типа цианобактериального мата. Обнаружено, что в процессе его
Формирования на сточных водах, происходит утилизация труд-норазлагаемых органических соединений /сульфатного лигнина, латекса, зироподобных веществ, гумзновых и т.п. соединений/ з токсикантов /сероводорода, фенолов, сульфидов, инсектицида тяурама и других/. Установлена ведущая функциональная и структурообразующая Роль пианобактерий /сянезеленых водорослей/ Oscillatoria Vaucher 1803 В сообществе, ЭЛЬГОЛОГИ-чески чистая культура которых депонирована в коллекции микроводорослей. ИФР АН СССР, регистрационный номер 7PPAS В-430. Описана структура сообщества, состав ассоциантов, их взаимоотношения со структурообразователем, инициирование сукцессии при вселении упомянутого сообщества в различные сточные воды, характерная способность его к взаимодействию с аборигенными микроорганизмами. Активность по отношению к сульфатному лигнину выявлена у стрептомицета серии Chromo-genes И микромицета Alternaria aiternata /Pr./ Kussler, последний депонирован в ЕКМ Института биохимии и физиологии микроорганизмов АН СССР, регистрационный номер ВИЛ Г-ЗОбЩ.
Установлено, что выделенное цианобактериальное сообщество в техногенных экосистемах функционирует идентично сообществу активного ила. Однако более сложная слоистая структура в виде тяжа /мата/, имеющая слизистую консистенцию, играющую роль защиты и косубстрата, определенный набор ассоциантов с полиферментной акт;гоностью, биологических датчиков кислорода, возможности для пространственной сукцессии иммобилизованных и взвешенных в толще воды микроорганизмов позволяет таким сообществам быстрее, чем активному илу, адаптироваться к загрязнителям, в том числе труднораз-лагаемым и токсическим и активно трансформировать последние.
Многолетние натурные исследования биогидрохимическо-
го круговорота загрязнений, в частности "кегнлкщих отхо -дов", в техногенных водных экосистемах и в микроэкосистемах в эксперименте позволили раскрыть закономерности механизма деструкции такого рода веществ и показать универсальность алъго-бактериалъшх сообществ как основы круговорота. Знание упомянутых закономерностей открывает перспективу для инженерных решений, улучшающих работу очистных сооружений и закладывает основу нового направления в теории биоочистки сточных вод.
Практическая значимость работы. Результаты работы позволяют рассматривать техногенные пианобактериальные сообщества в качестве перспективных бяогехнологлческих объектов. На их основе предложен эффективный биологический, способ очистки сточных вод от сульфатного лигнина. Цианобак-териальное сообщество вселено в очистные сооружения Астраханского ЦКК и Херсонского ЦБК. Данные о структуре техногенных сообществ и его ассопдантах позволяют определять эффективность функционирования активного ила, биопленки на сооружениях, предназначенных для очистки серосодержащих . сточных вод. Цианобактериальные сообщества могут быть использованы как тест-объект для прогнозирования возможности реанимации водных и почвенных экосистем, ингябированных залповым сбросом токсических сточных вод, а также в виде Фильтра для обесцвечивания и повышения прозрачности сточное воды, детоксикатора сероводорода, утилизатора осадков, а отработанная биомасса как органо-минеральное удобрение. Результаты исследований внедрены при выполнении хоздоговоров с Астраханским ЦКК, Херсонским ЦБК, Астраханским научно-исследовательским и проектным институтом газовой промышленности.
По теме диссертации получено /j авторских свидетельств. На экспертизе находятся Q заявок на выдачу патента и 1 на выдачу диплома на открытие. Результаты работы также использованы в курсах лекпай по технической микробиологии, экологии водных микроорганизмов и биотехнологии, читаемых студентам, стааерам, слушателям ФСК и аспирантам Вузов.
Апробация: оаботн. Материалы диссертации докладывались на Всесоюзных конференциях ""етодология экологического нормирования" /Харьков, 1989/, "Экологические проблемы охраны зивой природы" /Москва, 1990/, "Гушновые вещества в биосфере, народохозяйственное значение и экологическая роль" /Москва, 1990/, Заседаниях Московского общества испытателей природы /Москва, 1981, 1SS2/.
Публикации. По теме диссертации опубликована 21 работа.
Объем и структура работы. Диссертация изложена на tx/i/t/страющах машинописного текста. Она состоит из введения, 6 глав, заключения, выводов, списка литературы, включающего источников, в том числе /^пиностранных, приложений, иллюстрирована -/о рисунками и »у-/ таблицами.
