Микробиологическая индикация загрязнения воды реки Нелукса (Карелия)

Бактерии, обладая высокой пластичностью и регенеративной способностью, являются хорошими индикаторами даже небольших изменений условий среды. Реакция бактериоценозов на поступление в водные объекты загрязняющих веществ проявляется в изменении количественных и функциональных показателей развития тех эколого-трофических групп бактерий, которые используют это вещество в качестве энергетического и конструктивного субстрата. В процессе утилизации загрязняющих веществ происходит самоочищение воды. Эти свойства бактерий определяют использование микробиологических показателей для выявления того или иного загрязнения воды, ее качества, для характеристики санитарного состояния водоемов и процесса самоочищения.

Весьма актуальной задачей представляется оценка современного эколого-санитарного состояния малых рек наиболее урбанизированной территории Карелии – г. Петрозаводска и его окрестностей. Реки Лососинка, Неглинка, Нелукса находятся в условиях хронического многофакторного воздействия городской среды. В то же время водотоки несут рекреационную нагрузку и, явля-

ясь притоками Онежского озера, могут оказывать влияние на качество воды прилегающих участков водоема. Так, выполненная в 2002–2003 [7] и 2011–2012 годах [6] оценка состояния воды рек Лососинка и Неглинка по микробиологическим показателям выявила ухудшение качества воды и неблагополучную санитарно-бактериологическую обстановку на городских участках этих рек по сравнению с загородными.

Река Нелукса протекает вне пределов г. Петрозаводска, но на ее водосборе находятся городская свалка твердых бытовых отходов (ТБО) и дачные кооперативы. Целью настоящей работы была индикация воды р. Нелукса по микробиологическим показателям в связи c антропогенной нагрузкой на водоток.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ

Река Нелукса находится в Прионежском районе Карелии на северо-западном побережье Онежского озера и принадлежит к его водосборному бассейну. Нелукса относится к категории малых рек, истекает из оз. Уварово и через 9,7 км впадает в Онежское озеро ниже Петрозаводской губы. В реку поступает поверхностный сток с террито-

Схема района исследований и расположения точек отбора проб: 1 – мелиоративная канава, 2 – исток р. Нелукса, 3 – среднее течение р. Нелукса, 4 – устьевой участок р. Нелукса

рии городской свалки ТБО по трем мелиоративным канавам – одна впадает в оз. Уварово, две других – непосредственно в водоток.

Пробы воды отбирались в сентябре 2014 года на четырех точках: 1) в мелиоративной канаве, впадающей в реку (точка № 1), 2) в верхнем течении реки на 200 м ниже ее истока из оз. Уварово и выше стока канавы (точка № 2), 3) в среднем течении на 2 км ниже впадения канавы (точка № 3), 4) в устьевом участке на 12 м выше автодорожного моста через реку (точка № 4) (рисунок). В результате маловодности года и низкой межени во время отбора проб сток был обнаружен только в одной из трех канав.

Кроме того, для сравнения микробиологических показателей в этот же период были взяты пробы воды в устьевых участках р. Лососинка и Неглинка, протекающих в черте г. Петрозаводска и впадающих в Петрозаводскую губу Онежского озера. В воде были определены общая численность бактериопланктона (ОЧБ) и количество аэробных и факультативно анаэробных гетеротрофных бактерий нескольких эколого-трофических групп: 1) сапрофитных психрофильных бактерий (СБ) – индикаторов загрязнения воды органическим веществом и активности процесса ее самоочищения, способных расти при высокой концентрации легкоминерализуемого органического вещества, несвойственной природным водам, 2) сапрофитных мезофильных бактерий (общее микробное число, ОМЧ) – санитарно-показательной группы бактерий, потенциально способных существовать в кишечнике теплокровных животных и отражающих общую гигиеническую ситуацию в водном объекте, 3) общих колиформных бактерий (бактерии группы кишечной палочки, БГКП) – санитарно-показательной группы сапрофитных мезофильных бактерий, указывающей на средней давности фекальное загрязнение и возможную контаминацию воды патогенными микроорганизмами группы кишечной палочки, 4) олигокарбофильных бактерий (ОБ) – условно автохтонных психрофильных бактерий, способных к росту при минимальных концентрациях органического вещества, 5) углеводородокисля-ющих бактерий (УБ), способных использовать нефтяные углеводороды в качестве единственного источника углерода и отражающих процесс микробиальной трансформации нефтепродуктов.

ОЧБ определялась методом прямого счета на трековых мембранах «Nucleopore» (D пор 0,2 μm) путем люминесцентного микроскопирования. Предварительно бактерии окрашивались красителем акридиновым оранжевым [8].

Определение количества гетеротрофных водных бактерий выполнялось способом глубинного посева на агаризованную среду в чашки Петри в 2 повторностях в присутствии контроля стерильности. Предварительно проводилось разведение проб в 10 или 100 раз. СБ выращивались на рыбопептонном агаре при температуре 21 °С, ОМЧ – на рыбопептонном агаре при 37 °С, ОБ – на 10-кратно разведенном рыбопептонном агаре при температуре 21 °С [2]. УБ выращивались при температуре 21 °С на среде Диановой – Ворошиловой с добавлением очищенного агара Дифко. Перед посевом в среду добавлялась солярка, в качестве эмульгатора солярки использовался ТВИН-801. БГКП определялись методом мембранной фильтрации через фильтры Millipore с d пор 0,45 μm. Эта группа бактерий выращивалась на агаризованной среде Эндо при t = 37 °С с последующим выполнением отрицательного цитохромоксидазного теста2. Результаты выражались в Coli-ind.

Период инкубации колониеобразующих единиц (КОЕ) СБ и ОБ составил 3–5 сут., УБ – до 10 сут., ОМЧ и БГКП – 1 сут.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Наибольшее бактериальное загрязнение воды было обнаружено в мелиоративной канаве (точка № 1), по которой осуществляется поверхностный сток с территории городской свалки в р. Нелукса (табл. 1). ОЧБ и все изученные эколого-трофические группы бактерий (за исключением УБ) характеризовались здесь очень высокими показателями количественного развития, указывающими на значительную степень загрязнения воды органическими соединениями. Численности санитарно-показательных микроорганизмов (БГКП и ОМЧ) свидетельствовали о высокой обсеменен-ности воды мелиоративной канавы потенциально патогенной микрофлорой, превышающей нормы для поступающих в водные объекты сточных вод3.

В среднем течении р. Нелукса (точка № 3), ниже стока мелиоративной канавы, ОЧБ и обилие гетеротрофного бактериопланктона всех изученных групп заметно снижались по сравнению с точкой № 1. Более того, ОЧБ, количество ОБ, СБ, ОМЧ и УБ на этой точке оказались даже меньшими, чем в районе вытекания р. Нелуксы из оз. Уварово (точка № 2). Лишь по количеству БГКП исток р. Нелукса являлся наименее загрязненным (см. табл. 1). Так как в оз. Уварово есть сток одной из трех мелиоративных канав с территории свалки ТБО (пересохший во время отбора проб), то сам водоем уже не может считаться фоновым участком. Видимо, уменьшение количества бактерий-индикаторов органического загрязнения ниже стока мелиоративной канавы (точка № 3) происходило не столько за счет разбавления за- грязнения, сколько вследствие активизации внут-риводоемных процессов самоочищения.

В нижнем течении реки (точка № 4) отмечалось дальнейшее снижение ОЧБ и количества ОБ, в то время как численности изученных групп сапрофитных бактерий, в том числе потенциально патогенной микрофлоры, и УБ возрастали по сравнению с точкой № 3 в среднем течении (см. табл. 1). Дополнительным источником загрязнения этого участка доступным органическим субстратом и условно-патогенной микрофлорой может служить терригенный сток с расположенных ниже точки № 3 двух дачных кооперативов «Виктория» и «Нелукса», а также детского лагеря отдыха. Отбор проб воды проходил во время дождя, дожди шли и в предшествующие дни. Учитывая очень малые размеры водотока с небольшим расходом воды и большую крутизну склонов, влияние терригенного стока на водную экосистему проявляется быстро и может быть значительным.

Согласно комплексной экологической классификации качества поверхностных вод суши [3], по величине ОЧБ и количеству СБ вода мелиоративной канавы (точка № 1) в период исследования обладала очень низким качеством, относилась к категории «грязная» и характеризовалась поли-сапробностью (табл. 2). Процессы самоочищения в мелиоративной канаве, о завершенности которых можно судить по соотношению количества СБ и ОМЧ4, протекали недостаточно активно. Индекс загрязненности, рассчитанный по соотношению ОБ и СБ5, был очень низким (1,6) и подтверждал высокую степень загрязненности воды.

Таблица 1

Микробиологическая характеристика воды р. Нелукса и мелиоративной канавы в сентябре 2014 года

Точка отбора пробы воды	ОЧБ, × 106 кл./мл	ОБ, КОЕ/мл	СБ, КОЕ/мл	УБ, КОЕ/мл	ОМЧ, КОЕ/мл	БГКП, Coli-ind
№ 1	13,40	42160	25940	730	6180	39606
№ 2	3,99	28520	4550	630	249	18001
№ 3	2,20	17930	2360	510	165	28608
№ 4	1,96	10680	2940	910	180	44905

Таблица 2

Состояние воды р. Нелукса и мелиоративной канавы по микробиологическим показателям в сентябре 2014 года

Точка отбора пробы воды	Эколого-санитарное состояние				Санитарно-бактериологическая обстановка
	Индекс загрязненности	Активность процесса самоочищения	Сапробность	Класс качества воды
№ 1	1,6	Слабая	Полисапробная	5 – грязная	Неблагополучная
№ 2	6,2	Высокая	β-мезосапробная	3 – удовлетворительной чистоты	Неблагополучная
№ 3	7,6	Высокая	β-мезосапробная	3 – удовлетворительной чистоты	Неблагополучная
№ 4	3,6	Высокая	Олигосапробная/ β-мезосапробная	2 – чистая/ 3 – удовлетворительной чистоты	Неблагополучная

На обследованных участках р. Нелукса процессы самоочищения протекали активно, индекс загрязненности повышался и указывал на снижение степени загрязненности воды по сравнению с мелиоративной канавой (см. табл. 2). Некоторое снижение индекса загрязненности в устьевом участке реки (3,6) по отношению к участку в среднем течении (7,6) отражает ухудшение санитарно-бактериологического состояния воды в устье, а именно существенное возрастание там числа БГКП (см. табл. 1).

Речная вода выше (исток, точка № 2) и ниже (среднее течение, точка № 3) впадения мелиоративной канавы характеризовалась β-мезо-сапробностью и относилась к категории «удовлетворительно чистая», а в нижнем течении (точка № 4) – промежуточным состоянием β-мезо-олигосапробности и категорией «чистая/удовлет-ворительно чистая» (см. табл. 2).

Санитарно-бактериологическая обстановка, несмотря на определенное снижение обилия БГКП в среднем течении, сохранялась неблагополучной во всех исследованных участках реки (см. табл. 2). Количество БГКП в 4–9 раз превышало допустимые нормативы, предусмотренные для водных объектов рекреационного использования6. Наибольшее их число было обнаружено в мелиоративной канаве (точка № 1) и нижнем течении реки (точка № 3), что указывает на наличие двух основных источников контаминации воды р. Нелукса условнопатогенными микроорганизмами – свалка ТБО и дачные кооперативы.

Количество УБ во всех исследованных участках не превышало 1000 КОЕ/мл, тогда как для индикации значимой степени загрязнения воды нефтепродуктами их численность в воде должна быть более 102–103 КОЕ/мл7. Возможно, невысокая активность микробиологической трансформации этих веществ связана с низкой температурой воды, а в мелиоративной канаве и истоке реки еще и с недостатком кислорода для развития процессов биохимического окисления. По уровню развития УБ речная вода может быть охарактеризована как среднезагрязненная нефтяными углеводородами (см. табл. 1), их количество было сопоставимо с численностью УБ в загрязняемой этими веществами Петрозаводской губе Онежского озера [1].

Для сравнительной оценки возможного загрязнения Онежского озера стоком р. Нелукса и другими водотоками урбанизированной территории мы сопоставили количественные характеристики изученных групп бактериопланктона в ее устьевом участке с их количеством в устье рек Лососинка и Неглинка, протекающих в черте г. Петрозаводска (табл. 3). В период исследования в устьевых участках всех трех рек были зарегистрированы сравнимые величины ОЧБ, ОБ (за исключением р. Неглинка) и УБ. Большое количество ОБ в р. Неглинка имеет природное происхождение и объясняется самой высокой среди этих рек цветностью воды, в среднем 150 град. платиново-кобальтовой шкалы [4]. ОБ, в отличие от СБ, способны использовать в качестве субстрата трудноминерализуемое органическое вещество гумусового происхождения. В то же время в воде р. Лососинка и, особенно, р. Неглинка отмечались значительно большие, чем в р. Нелукса, количества гетеротрофных бактерий – индикаторов загрязнения воды легкоминерализуемым органическим веществом (СБ), в том числе фекального происхождения (БГКП). Реки Лососинка и Неглинка, протекающие в городской черте, находятся под значительно большим антропогенным прессом, чем р. Нелукса.

Таблица 3 Микробиологическая характеристика воды устьевых участков рек урбанизированной территории г. Петрозаводска и его окрестностей в сентябре 2014 года

Показатель	Нелукса	Лососинка	Неглинка
ОЧБ, × 106 кл./мл	1,96	1,63	1,96
ОБ, КОЕ/мл	10680	14160	42800
СБ, КОЕ/мл	2940	7150	11700
УБ, КОЕ/мл	910	810	700
ОМЧ, КОЕ/мл	180	3060	2500
БГКП, Coli-ind	44905	60000	145455

Результаты микробиологической оценки воды в устьевом участке р. Нелукса можно сопоставить с нашими данными по прибрежной зоне Пухтин-ской бухты Онежского озера, расположенной немного южнее устья р. Нелукса и не подвергающейся антропогенному воздействию. В этом участке озера осенью 2014 года ОЧБ находилась в пределах от 1,2 до 1,5 × 106 кл./мл, количество ОБ – от 23 до 371 КОЕ/мл, СБ – от 4 до 85 КОЕ/ мл, Coli-ind не превышал 275–412. Численность изученных групп бактериопланкона в устье рек Лососинка и Неглинка целесообразно сопоставить с соответствующими показателями по Петрозаводской губе Онежского озера. По многолетним данным, ОЧБ в пелагиали Петрозаводской губы в осенний период достигает 0,63–1,64 × 106 кл./мл, количество ОБ и СБ выше, чем в Пухтин-ской бухте и Пиньгубе, – от 544 до 1200 КОЕ/ мл, СБ – от 554 до 1300 КОЕ/мл [5]. Как видно из табл. 3, ОЧБ в реках незначительно превышает величины, установленные для прилегающих участков озера в осенний период. На порядок более высокое содержание ОБ в реках объясняется более высокой природной цветностью их воды по сравнению с озерной [4]. Значительное превышение, особенно в городских реках, СБ и БГКП свидетельствует о потенциальной возможности загрязнения прилегающих к устьям рек участков Онежского озера легкоминерализуемым ор- ганическим веществом, в том числе фекального происхождения, и контаминации озерной воды условно-патогенной микрофлорой. Факторами, препятствующими этому, выступают разбавление большим объемом озерной воды, ее высокая гидродинамическая активность и внутриводоем-ные процессы самоочищения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Река Нелукса загрязняется стоками с территории городской свалки ТБО через мелиоративные канавы и терригенным стоком из дачных кооперативов. За счет разбавления и активизации процессов самоочищения эколого-санитарное состояние воды в р. Нелукса по большинству из выбранных микробиологических показателей было существенно лучше, чем в мелиоративной канаве, а в приустьевом участке речная вода могла считаться практически чистой. Тем не менее количество санитарно-показательной микрофлоры во всех изученных участках реки значительно превышало значения, свойственные незагрязненным водам. Санитарно-бактериологическая обстановка в реке в период исследований была неблагополучной, что не исключало потенциальную возможность загрязнения прилегающей к устью р. Нелукса литоральной зоны Онежского озера условно-патогенной микрофлорой.

MICROBIOLOGICAL INDICATIONS OF WATER POLLUTION IN THE RIVER NELUKSA (KARELIA)