Введение к работе
Актуальность проблемы. Бактериобентос является важным компонентом пресноводных экосистем, главная функция которого заключается в минерализации органических веществ и одновременном восстановлении минеральных соединений. При наличии в грунтах кислорода основная часть органического вещества (ОВ) разлагается аэробными организмами. Однако донные отложения, за исключением тонкого поверхностного слоя, лишены кислорода, В анаэробных условиях для окисления органических субстратов бактерии используют альтернативные акцепторы электронов: сульфаты, нитраты, окисленные соединения железа и марганца, диоксид углерода и простые органические молекулы (Nedwell, 1984). Анаэробная минерализация ОВ осуществляется сложным сообществом микроорганизмов в несколько этапов: гидролиз полимеров, сбраживание мономеров, образование С02 и СН^. Из-за низкого энергетического выхода катализируемых ими реакций бактерии в анаэробных ассоциациях узко специализированы и находятся в чрезвычайно тесных взаимоотношениях. Исследование таких природных микробных сообществ представляют собой одну из актуальных задач современной водной микробиологии (Заварзин, 1989).
Ранее интенсивность анаэробной деструкцию ОВ в донных отложениях Рыбинского водохранилища и озера Плещееве оценивали по разнице между выделением С02 (суммарной деструкцией) и потреблением Ог (аэробной деструкцией) (Романенко, 1985; Экосистема.... 1989). Подобный подход не всегда точно отражает интенсивность процесса и не позволяет проникнуть в суть реакций бескислородного распада ОВ. Поэтому необходимость проведения исследований в этом направлении и сопоставления результатов с уже имеющимися данными очевидна.
Цель и задачи исследования. Целью работы было проведение комплексной количественной оценки деятельности важнейших функциональных групп бактерий, осуществляющих аэробно-анаэробное окисление органического вещества в донных отложениях Рыбинского водохранилища и озера Плещеево.
Конкретные задачи заключались в следующем: 1) Изучить физико-химические условия донных отложений водоемов как среды обитания микроорганизмов. 2) Количественно оценить уровень развития бактериобентоса. 3) Выяснить закономерности пространственно-вре-
менного распределения аэробных и анаэробных микроорганизмов. участвующих в различных этапах деструкции ОВ. 4) Определить интенсивности важнейших бактериальных процессов: темновой ассимиляции СОг, аэробной деструкции, разложения белка и целлюлозы, аце-то- и метаногенеза. сульфатредукции. 5) Оценить роль этих процессов в трансформации ОВ. 6) Выявить изменения в структуре и функционировании бентосных бактериальных сообществ, испытывающих мощное антропогенное воздействие.
Научная новизна. В Рыбинском водохранилище и озере Плещееве проведена количественная оценка роли важнейших функциональных групп бактериобентоса (сапрофитных, целлюлозоразлагающих, ацето-генных. метанобразующих, сульфатвосстанавливающих) в деградации 08. Впервые определены скорости разложения целлюлозы и белков. проанализированы образующиеся в этих процессах метаболиты. Показано. что в большинстве грунтов на терминальных этапах анаэробной деструкции ОВ главную роль играет метаногенез. Сульфатредукция менее важна в минерализации ОВ. Образующийся сероводород быстро переходит в другие, в основном, органические, соединения серы. Обнаружено, что в бедных ОВ грунтах большое значение имеют литот-рофные ацетогены, успешно конкурирующие за водород с метаногена-ми.
Установлено, что в зонах поступления сточных вод городов происходит перестройка деятельности сообществ бактериобентоса, выражающаяся в усилении деструкционной роли анаэробов. При возрастании концентрации сульфатов на терминальных этапах анаэробного распада ОВ доминируют сульфатвосстанавливающие бактерии.
Изучение распространения основных групп бактериобентоса и интенсивности осуществляемых ими процессов позволяет понять закономерности формирования и функционирования микробных сообществ, механизмы деградации ОБ, количественно оценить роль бактерий в круговороте углерода и серы в пресных водоемах.
Практическая ценность. Количественные данные о развитии и активности бактериобентоса дают возможность оценить его значение в процессе биологического самоочищения водоемов и могут использоваться в качестве критериев оценки состояния водных экосистем. Изменения в структуре и функциях бентосных микробных сообществ,
происходящие под влиянием антропогенного загрязнения, позволяют очертить зоны наибольшей экологической опасности и прогнозировать возможные последствия неразумного природопользования. Микрофлора грунтов, быстро реагирующая на изменения условий окружающей среда. может служить индикаторами трофического статуса водоемов и степени антропогенного воздействия.
Результаты исследований вошли в научные отчеты: "Влияние сточных вод промышленного комплекса Рыбинского промузла на качество воды в районах Рыбинского водохранилища и р. Волги, прилегающих к водозаборам" и "Оценка состояния и методы защиты акваторий, подверженных техногенному воздействию", выполненных по'заказу региональных органов охраны природы.
Апробация работы. Основные материалы диссертации были доложены на Всероссийской научной конференции, посвященной 300-летнему юбилею Отечественного флота (Переславль-Залесский, 1992), региональном совещании "Современное экологическое состояние Верхней Волги" (Ярославль, 1994), международных конференциях "Экологические проблемы бассейнов крупных рек" (Тольятти, 1993) и "Современные проблемы гидроэкологии" (Санкт-Петербург, 1995).
Публикации. По теме диссертации опубликованы 8 работ, и 2 статьи находятся в печати,
Структура и объем работы. Материалы диссертации изложены на 227 машинописных страницах, иллюстрированы 46 таблицами и 13 рисунками. Список литературы содержит 83 отечественных и 94 иностранных наименований работ.
