Оценка гидрохимических и микробиологических показателей воды прибрежной зоны оз. Байкал

Озеро Байкал является одним из величайших пресных озер мира, характеризующимся разнообразием биотопов. Байкальская вода отличается низким содержанием минеральных и органических веществ, высоким содержанием кислорода. По химическому составу воды Байкала относятся к слабоминерализованным мягким водам гидрокарбонатно-кальциевого состава. Ионный состав воды стабилен в пространстве и времени, распределение ионов по глубине однородно [1]. Экосистема прибрежной зоны Байкала до настоящего времени изучена недостаточно, несмотря на значение этой экотонной зоны в туристско-рекреационной эксплуатации.

Цель исследования – определить физико-химические показатели и микробиологические характеристики прибрежных вод восточного побережья озера Байкал. Сформировать массив данных и проанализировать его статистическим методом главных компонент (РСА). Выявить наиболее значимые факторы, влияющие на систему.

Объекты и методы исследования

Были отобраны пробы прибрежной воды восточного побережья озера Байкал в местах туристско-рекреационного пользования в 2012-2013 гг. Пробы отбирались у п. Горячинск – около уреза воды и вглубь по трансекте – 200, 500 и 800 м от берега (глубины 3 м, 4,5 м и 10 м), а также около уреза воды в п. Турка и бухте Безымянная. Температуру воды, минерализацию, рН, окислительно-восстановительный потенциал измеряли портативными приборами (HM Digital, Корея), содержание кислорода с помощью оксиметра Oxi 315i (Германия). Содержание анионов и катионов определяли по общепринятым в гидрохимии методам [2]. Содержание сульфатов, сульфитов, общего фосфора и азота, нитратов, нитритов и фосфатов определяли с помощью фотометра MultiDirect (Lovibond, Германия). Содержание хлорофилла а определяли на сканирующем однолучевом спектрофотометре "Shimadzu UV mini" (Япония), расчет проводили по стандартным формулам [3]. Общую численность микроорганизмов в воде и осадках определяли путем подсчета на мембранных фильтрах [4]. Численность органотрофных микроорганизмов учитывали методом 10-кратных разведений при глубинном посеве на среду РПА 1:10. Численность бактерий группы кишечной палочки (БГКП) детектировали на дифференциальной среде Эндо. Скорость процессов продукции и деструкции в воде определяли по методу Винберга, скорость аэробной и анаэробной деструкции в осадках – после инкубации в стеклянной колонке [4]. Массивы многомерных данных анализировали методом главных компонент РСА [5]. Расчеты проведены с использованием пакета программ MathLabR 2010a и Excel 2003 для Windows.

Результаты и обсуждение

Температура воды при отборе составляла 15,5-16,9оС, значения общей минерализации не превышали 99,1 мг/л, значения рН – 8,3. Окислительно-восстановительный потенциал был характерен для окисленных условий среды – до +258. Значения сухого остатка, характеризующие общее содержание органических и минеральных соединений, составляли 155-221 мг/л. По этому показателю прибрежную воду озера Байкал можно охарактеризовать как «отличную» (по СанПиН 2.1.4.1074-01 на питьевую воду – не более 1000 мг/л). Содержание гидрокарбоната – главного иона – не превышало 85,4 мг/л. Содержание сульфатов было незначительно – до 11 мг/л, как и концентрация минеральных форм биогенных элементов: азота – до 15 мг/л и фосфора – до 0,36 мг/л. Содержание хлорофилла а в воде исследуемых участков изменялось в пределах от 0,004 до 1,166 мкг/л. Весной и осенью обнаружены пики значений хлорофилла, совпадающие с весенним и осенним пиками вегетации фитопланктона. Не обнаружено значимых различий физико-химических показателей поверхностных и придонных вод, также не наблюдалось разницы между показателями, характеризующими различные изученные участки Байкала. В целом значения физико-химических показателей не превышали средние для водной толщи озера [6].

Общая численность микроорганизмов варьировала в широких пределах – от 0,039 до 2,9 млн кл/мл, максимальные значения наблюдались в пробах, отобранных у уреза воды в местах отдыха населения – Горячинск и Турка. В поверхностной воде значения общей численности были больше, чем в придонной воде. Численность была сравнима с определенной ранее в различных участках Байкала [7, 8] и была характерна для олиготрофных водоемов. Органотрофные бактерии, являющиеся индикаторами поступления легкоокисляемого органического вещества, были обнаружены не во всех пробах. БГКП являются индикатором на поступление органических веществ антропогенного происхождения, численность в поверхностных водах варьировала от 830 до 5000 КОЕ/л. В придонных водах коли-индекс не превышал 500. В соответствии с СанПиН 4630–88 вода поверхностных вод считается безопасной в эпидемиологическом отношении, если в 1 дм3 воды находится не более 5000 бактерий этой группы. Таким образом, прибрежная вода озера Байкал в изученных участках характеризовалась благополучной обстановкой для рекреационного использования.

Продукция в воде составляла 0,013-0,114 мг О 2 /л сут. Деструкция наблюдалась только в воде у берега п. Го-рячинск (0,083 мг О 2 /л сут). Известно, что деструкция органического вещества в водоемах в основном происходит в осадках [9]. В осадках (представленных песками) обнаружены значительные величины деструкции, причем аэробный процесс превалировал – до 725 мг О₂/л сут. Деструкция за счет анаэробных процессов протекала менее интенсивно – до 45 мг О₂/л сут. Величины деструкции в целом были характерны для олиготрофных водо-

О.П Дагурова и др. Оценка гидрохимических и микробиологических показателей воды прибрежной зоны оз. Байкал емов и иногда превышали нижний предел значений, измеренных в мезотрофных водоемах.

Был сформирован массив данных и проанализирован статистическим методом главных компонент (РСА). По результатам РСА-распределения выявлено, что наиболее значимым фактором, влияющим на состояние экосистемы, являются сезонные изменения температуры и рН воды, входящие в первую главную компоненту и определяющие 28,5% наблюдаемых изменений (рис.). Вторая и третья компоненты определяли 16,7 и 16,0% наблюдаемых изменений, соответственно характеризовались как фактор местоположения точки отбора пробы (РС2) и фактор минерализации (РС3).

Рис.1. РСА анализ распределения физико-химических и микробиологических показателей прибрежных вод оз. Байкал в различные сезоны

Таким образом, гидрохимические и микробиологические показатели прибрежной воды озера Байкал в участках туристско-рекреационного использования не превышали средние для водной толщи озера. В прибрежной воде озера Байкал микробное сообщество было подвержено влиянию сезонных факторов, в основном температуры.