Биогеохимические процессы образования метана и сероводорода в прибрежных осадках озера Байкал

Деструкция органического вещества в осадках водоемов завершается бактериальными процессами метанобразования и сульфатредукции; по количеству органического вещества, использованного в этих процессах, можно оценить масштабы микробной деятельности в анаэробных зонах. При наличии сульфатов распад органического вещества идет в основном при участии сульфатредуцирующих бактерий до H 2 S и углекислоты, а при недостатке SO 4 ^2- – с участием метанобразующих бактерий с образованием СН 4 и углекислоты [1]. В донных отложениях пресноводных экосистем метаногенез является доминирующим процессом [1–4].

Для Байкала также характерно превалирование процесса метанобразования над сульфатредукцией, что связано с низкими концентрациями сульфатов. В местах поступления антропогенного загрязнения обнаружена интенсификация процесса сульфатредукции, что может предположить использование увеличения численности и активности сульфатредукторов как индикатора экологического неблагополучия отдельных районов Байкала [5]. В районах разгрузки газов и выходов нефти оз. Байкал обнаружена высокая численность и активность метанобразующих бактерий [6, 7]. В прибрежных песчаных осадках оз. Байкал, в т. ч. и в осадках мелководных заливов, скорости процессов метаноб-разования и сульфатредукции до настоящего времени не были изучены.

Цель исследования – оценить процессы образования метана и сероводорода в прибрежной зоне оз. Байкал.

О.П. Дагурова, В.П. Гаранкина, В.Б. Дамбаев и др . Биогеохимические процессы образования метана и сероводорода в прибрежных осадках озера Байкал

Объекты и методы исследования

Исследования прибрежных осадков оз. Байкал были проведены в 2009–2011 гг. в мелководных заливах – Провал, Посольский Сор и Сор Черкалов, а также фоновых (контрольных) участках открытого Байкала Боярск и Энхалук, расположенных вблизи заливов. Изученные мелководные заливы находятся в придельтовом пространстве крупнейшего притока оз. Байкал – р. Селенга.

Скорость микробных процессов определена радиоизотопным методом [8]. Пробы осадков отбирали в пластиковые шприцы, закрытые резиновыми пробками. В пробы вводили 0,1–0,2 мл раствора Nа¹⁴НСО 3 для определения процесса метанобразования, Na 2 ³⁵SO 4 для определения процесса сульфат-редукции, инкубировали в течение 1–2 суток и фиксировали формалином. Процесс сульфатредукции дополнительно останавливали 10-25%-м раствором ацетата цинка. Обработку фиксированных проб производили по известным методикам [9]. Радиоактивность меченых соединений измеряли на жидкостном сцинтилляционном счетчике Rackbetta (LKB, Швеция).

Результаты и обсуждение

В прибрежных осадках исследуемых районов были измерены интенсивности терминальных процессов анаэробной деструкции органического вещества – сульфатредукции и метанобразования (табл.).

Значения процессов характеризовались большой вариабельностью. Интенсивность сульфатредук-ции в заливах и фоновых участках варьировала от 0,019 до 0,588 мкг S дм^-3 сут^-1; высокое значение – 13,38 мкг S дм^-3 сут^-1 – выявлено в заиленных песках залива Сор Черкалов. Метанобразование из СО 2 происходило со скоростью 0,164–10,66 мкг С дм^-3 сут^-1. Максимальные значения выявлены в осадках Посольского Сора и фонового участка Энхалук. Интенсивности метанобразования и сульфатредук-ции не превышали значений процессов в глубоководных участках открытого Байкала [6].

Таблица

Интенсивность терминальных микробных процессов анаэробной деструкции в прибрежных осадках оз. Байкал

Рис. 1. Расход органического вещества в терминальных процессах анаэробной деструкции оз. Байкал

сульфатредукция м етаногенез

Мелководные заливы

Фоновые участки

Рис. 2. Расход органического вещества в терминальных процессах анаэробной деструкции в прибрежных осадках

Сравнение среднего расхода органического вещества на изучаемые процессы выявило доминирование процесса метанобразования (рис. 1), что характерно и для глубоководных илов оз. Байкал [6]. В заливе Сор Черкалов величины расхода С орг на оба процесса были соизмеримы, с небольшим преобладанием сульфатредукции. В осадках этого сора также выявлены наибольшие концентрации органического вещества, высокие численности бактерий и интенсивности процессов аэробной и анаэробной деструкции.

Значительных отличий в интенсивностях процессов между заливами и контрольными участками обнаружено не было. Однако средние величины процессов в заливах были несколько выше (рис. 2).

Таким образом, процесс анаэробной деструкции в прибрежных осадках озера Байкал в основном завершается образованием метана, как и в глубоководных осадках озера; образование сероводорода незначительно. В мелководных заливах процессы протекали несколько интенсивнее, чем в прибрежных участках открытого Байкала.