Оценка качества воды реки Селенга по численности бактерий

Микроорганизмы вносят существенный вклад в круговорот веществ и энергии в водоемах и водотоках. Особенности и изменения микробного сообщества можно рассматривать как индикатор неблагоприятного состояния экосистемы, они могут свидетельствовать о загрязнении воды различными веществами, включая токсины и химические загрязнители. Мониторинг бактерий позволяет оценить качество воды и принимать меры по ее очистке и защите.

Река Селенга — основной приток уникального озера Байкал, обеспечивающий до половины всей воды, поступающей в озеро. Общая длина водотока составляет 1 024 км, но на территории России, а именно в Бурятии, находится всего 409 км. При впадении в озеро Байкал река Селенга образует большую дельту с многочисленными протоками, старицами и пойменными озерами площадью около 600 км2. Территория бассейна р. Селенги является наиболее индустриально развитым регионом Монголии и Бурятии.

На гидрохимические показатели и качество вод р. Селенги влияют сток с водосборных территорий и хозяйственная деятельность человека [Ульзетуева, Гомбоев, 2016]. Качество воды в протоках дельты р. Селенги в значительной степени определяется сезонными изменениями водного стока [Сороковикова и др., 2005]. Воды дельты по содержанию химических компонентов были оценены как «чистые».

Исследования микроорганизмов р. Селенги в основном касались оценки качества ее вод по санитарно-гигиеническим показателям [Сороковикова и др., 2005; Савилов и др., 2008; Ковадло, Дрюккер, 2010; Синюкович и др., 2015]. Авторами отмечалось низкое качество вод реки по данным показателям, а также выявление патогенных и условно-патогенных бактерий. На российском участке реки Селенги исследователями определены общая численность бактерий и численность органотрофных бактерий, которые были оценены как повышенные [Бархутова и др., 1998; Ковадло, Дрюккер, 2010; Синюкович и др., 2015].

Цель работы — определение численности бактерий в воде реки Селенги в различных точках пробоотбора и оценка качества воды по показателям численности бактерий.

Объекты и методы исследования

Пробы воды р. Селенги были отобраны на российском участке с 7 точек (рис. 1, табл. 1) в июне 2022 г. Пробы отбирались на расстоянии 20 см от берега и с глубины около 50 см в стерильные емкости и хранились до обработки при температуре +4˚ С. Две пробы были отобраны около границы с Монголией и пос. Новоселенгинск; пять проб — в районе г. Улан-Удэ.

При отборе проб измеряли показатели природной среды. Температуру, величину рН, минерализацию (TDS) и окислительно-восстановительный потенциал (Eh) измеряли портативными приборами (HMDigital, Южная Корея).

Общую численность бактерий (ОЧБ) в воде определяли путем подсчета на мембранных фильтрах [Романенко, Кузнецов, 1974]. Использовали нитроцеллюлозные мембранные фильтры с диаметром пор 0,22 нм (Владисарт, Россия), через которые фильтровали 30 мл воды на фильтровальной установке. Фильтры окрашивали

5 %-ным раствором эритрозина и проводили подсчет бактерий в 20 полях зрения на световом микроскопе Axiostar Plus («ZEISS», Германия). Численность органо-трофных бактерий определяли подсчетом колоний, выросших в чашках Петри при глубинном посеве на среде ГРМ (питательная среда на основе гидролизата рыбной муки), численность углеводородокисляющих бактерий — на среде Диановой — Ворошиловой следующего состава (г/л дистиллированной воды): NH4NO3 — 1,0; K2HPO4 — 1,0; KH2PO4-1,0; MgSO4*7H2O — 0,2; CaCl2*6H2O — 0,2; FeCl2 — 2 капли, рН =7,2. В качестве субстрата использовали дизельное топливо в количестве 1 %. Численность фенолокисляющих бактерий определяли на среде Егоровой следующего состава (г/л дистиллированной воды): K2HPO4 — 1,0; MgSO4 — 0,2; NaCl — 0,2; CaCl2 — 0,1; FeCl3 — 0,02; (NH4)2SO4 — 0,1; MnSO4 — 0,01; (NH4)2HPO3 — 0,5; фенол — 1,0. Все посевы выполнялись в двух повторностях. Инкубацию производили при комнатной температуре в течение 5–20 суток. Наличие роста в жидкой среде определяли по помутнению среды или образованию бактериальной пленки.

Оценку качества вод по микробиологическим показателям производили, руководствуясь ГОСТ 17.1.3.07-82.

Рис. 1. Схема расположения точек отбора проб р. Селенги

Точки отбора проб воды р. Селенги

Таблица 1

№	Обозначение	Место пробоотбора
1	Селенга 1	Около пос. Усть-Кяхта на границе с Монголией
2	Селенга 2	Около пос. Новоселенгинск
3	Селенга 3	До г. Улан-Удэ, протока
4	Селенга 4	г. Улан-Удэ, Селенгинский мост
5	Селенга 5	После г. Улан-Удэ, с. Сотниково, левый берег
6	Селенга 6	После г. Улан-Удэ, с. Сотниково, правый берег
7	Селенга 7	После г. Улан-Удэ, Петуховка, ж/д мост

Результаты и обсуждение

Температура при отборе колебалась от 15,1 до 18°С, рН — от 7,6 до 8,1 (слабощелочная зона). Вода была слабо минерализована — значения общей минерализации воды составляли 97–141 мг/л. Окислительно-восстановительный потенциал (Eh) варьировал от 108 до 146, что говорит о достаточной аэрации воды (табл. 2).

Таблица 2

Физико-химические показатели воды р. Селенги

№	Обозначение	Место пробоотбора	Температура, °С	рН	Минерализация, мг/л	Eh
1	Селенга 1	Около пос. Усть-Кяхта на границе с Монголией	18	7,8	141	128
2	Селенга 2	Около пос. Новоселенгинск	18	8,1	131	126
3	Селенга 3	До г. Улан-Удэ, протока	16,8	7,8	137	108
4	Селенга 4	г. Улан-Удэ, Селенгинский мост	16,5	7,9	106	134
5	Селенга 5	После г. Улан- Удэ, с. Сотниково, левый берег	15,9	7,7	106	122
6	Селенга 6	После г. Улан-Удэ, с. Сотниково, правый берег	16	7,6	97	146
7	Селенга 7	После г. Улан-Удэ, Петуховка, ж/д мост	15,1	8,1	110	120

Оценка состояния бактериопланктона проводилась по показателям общей численности бактерий (ОЧБ) и численности органотрофных (гетеротрофных) бактерий (ОБ), которые являются индикатором загрязнения легкоокисляемым органическим веществом.

Общая численность бактерий составляла от 3,1 до 11 млн кл/мл (табл. 3). Качество воды по показателю ОЧБ в нашем исследовании было низким — в среднем воды относились к V классу (грязные), по станциям — от загрязненных (IV класс) до очень грязных (VI класс). Максимальное значение ОЧБ и «очень грязная» вода были выявлены на станции Селенга 4, расположенной непосредственно в г. Улан-Удэ.

Численность бактерий в воде р. Селенги и качество воды

Таблица 3

№	Станция	F О	>-q 2 и н ей m 5 § о g с ей о « с	И О	2 и н И ей п h ^ ° ей о « с	о S О	2 g § о ей о 2 к
1	Селенга 1	6,9	Класс V, грязная	107	Класс I, очень чистая	64486	Класс II, чистая
2	Селенга 2	3,1	Класс IV, загрязненная	264	Класс I, очень чистая	11742	Класс II, чистая
3	Селенга 3	3,9	Класс IV, грязная	217	Класс I, очень чистая	17972	Класс II, чистая
4	Селенга 4	11,0	Класс VI, очень грязная	196	Класс I, очень чистая	56122	Класс II, чистая
5	Селенга 5	6,1	Класс V, грязная	194	Класс I, чистая	31443	Класс II, чистая
6	Селенга6	8,5	Класс V, грязная	255	Класс I, очень чистая	33333	Класс II, чистая
7	Селенга7	5,0	Класс IV, загрязненная	210	Класс I, очень чистая	23810	Класс II, чистая
8	Среднее значение	6,4±2,7	Класс V, грязная	206±52	Класс I, очень чистая	34130± 19501	Класс II, чистая

Примечание: ОЧБ — общая численность бактерий (млн кл/мл); СБ — численность сапрофитных бактерий (КОЕ/мл).

Известно, что в озере Байкал общая численность бактериопланктона составляет от 0,1 до 2,2 млн кл/мл [Максимова, Максимов, 1989]. Нормальным пределом среднегодовых величин, определенным для фоновой точки № 1 (Байкал, Большие Коты), можно считать от 0,5 до 1 млн кл/мл, что может свидетельствовать об устойчивом состоянии системы [Щетинина, Максимова, Максимов, 2013].

Значения общей численности бактерий, определенные нами, были сходны с численностью (до 11 млн кл/мл) в воде р. Селенги, установленной в 2010 г. [Ковадло, Дрюккер, 2010]. Эти данные превышали фоновые показатели для Байкала в 11 раз при средней численности 7,73 млн кл/мл, также превышающей фоновые показатели. Авторы связывают высокие значения численности с малой водностью реки и мутностью селенгинских вод. Высокими показателями ОЧБ воды также выделяется прибрежная зона соров Селенгинского мелководья [Гаранкина и др., 2009; Гаранкина, 2012]. Здесь численность бактериопланктона достигала 7,4 млн кл/мл, что превышало фоновые показатели в 7 раз, при средней численности 2,2 млн кл/мл, превышающей фоновые показатели в 3 раза. В дельте р. Селенги численность бактерий в разные годы составляла 0,8–2,3 млн кл/мл [Качество... 2011], 0,9–3,8 млн кл/мл [Максименко и др., 2008], 0,02–4,7 млн кл/мл [Максимов и др., 2002].

Численность органотрофных бактерий варьировала от 107 до 264 КОЕ/мл (колониеобразующих единиц). Максимальное значение зарегистрировано в точке Селенга 2, около пос. Новоселенгинск. Воды по этому показателю на всех станциях отбора относятся к I классу (очень чистые воды).

Согласно ГОСТу 17.1.3.07-82 «Охрана природы. Гидросфера. Правила контроля качества воды водоемов и водотоков» к очень чистым и чистым относятся воды, содержащие не более 500 и 5 000 КОЕ/мл органотрофных бактерий соответственно. Фоновая численность органотрофных бактерий бактериопланктона, являющихся индикатором легкоокисляемого органического вещества, в общем по Байкалу составляет 17–575 кл/мл [Максимова, Максимов, 1989]. Ранее проведенные исследования показали, что численность ОБ составляла в среднем 7 100 кл/ мл, что позволяет классифицировать эти воды как слабо загрязненные, III класса [Ковадло, Дрюккер, 2010]. В 2012 г. численность ОБ в воде р. Селенги в июле была в пределах 156–3600 КОЕ/мл, в октябре — от 51 до 175 КОЕ/мл [Синюкович и др., 2015]. Это свидетельствует о более низком качестве воды в летнее время, но по-прежнему классифицируемом как «чистая вода». Подсчет ОБ в 1997 г., при очень большом разбросе значений (от 36 до 1 млн кл/мл), выявил очень высокую численность ОБ по течению после очистных сооружений г. Улан-Удэ [Бархутова и др., 1998]. Такие же показатели выявлены в байкальских мелководных заливах озера (сорах) в летний период (до 1 млн кл/мл), что характеризует воды в этих участках как грязные, V класса [Гаранкина, 2012]. Это связано с особым гидрологическим режимом хорошо прогреваемых соров, со скоплением у береговой зоны остатков высшей водной растительности, а также с антропогенным воздействием в результате туристско-рекреационного использования.

Отношение общего числа бактерий к числу органотрофов — это интегрированный показатель состояния водоема. Согласно этому показателю вода всех изученных станций р. Селенги относилась к классу II (чистая вода).

Была определена численность бактерий, утилизирующих специфические органические вещества и являющихся загрязнителями водоема — углеводоро-докисляющие и фенолокисляющие бактерии . Способность бактерий утилизировать их в качестве субстрата позволяет использовать количество бактерий как индикаторный показатель изменившихся условий. Эти показатели не являются нормируемыми, однако позволяют охарактеризовать особенности разложения органического вещества в водоеме. Следует отметить, что исследованные группы бактерий являются обычными обитателями водоема и показателем загрязнения могут являться только вкупе с высокой численностью.

Таблица 4

Численность углеводородокисляющих бактерий в воде р. Селенги (кл/мл)

№	Станция	Углеводородокисляющие бактерии	Фенолокисляющие бактерии
1	Селенга 1	0	0
2	Селенга 2	10	0
3	Селенга 3	100	0
4	Селенга 4	1000	0
5	Селенга 5	100	0
6	Селенга 6	100	0
7	Селенга 7	0	0
8	Среднее значение	187,1±361,7	0

Количество углеводородокисляющих бактерий составляло от 0 до 1 000 кл/мл. Максимальное количество углеводородокисляющих бактерий обнаружено на станции Селенга 4, где также была зафиксирована максимальная общая численность бактерий. На станциях, расположенных до и после города Улан-Удэ, углеводоро-докисляющие бактерии не обнаруживались или обнаруживались в незначительных количествах (0–10 кл/мл). Повышенное количество углеводородокисляющих бактерий сигнализирует о загрязнении нефтепродуктами вод Селенги в районе г. Улан-Удэ. Фенолокисляющие бактерии не были обнаружены ни в одной из проб, что говорит об отсутствии специфического загрязнителя в водах р. Селенги.

Заключение

Изученные участки р. Селенги характеризовались очень высокой общей численностью бактерий (до 11 млн кл/мл), но низкой численностью органотрофных бактерий (до 264 КОЕ/мл). Наибольшие значения наблюдались на станции в районе г. Улан-Удэ, что, как и повышенное количество углеводородокисляющих бактерий, сигнализирует о негативном влиянии города на качество воды. Речная вода по данным показателям оценена как «грязная» (общая численность) и «очень чистая» (численность органотрофов). По отношению к общей численности и численности органотрофов, учитывающему оба показателя, вода оценена как «чистая». По низкому количеству углеводородокисляющих и отсутствии фенолокисляющих бактерий можно заключить об отсутствии специфических загрязнителей. Значения общей численности бактерий и численности органотрофных бактерий были на уровне значений, определенных для р. Селенги ранее [Ковадло, Дрюккер, 2010]. Авторы по совокупности микробиологических и гидробиологических показателей относят воды нижнего течения р. Селенги к умеренно загрязненным, с тенденцией к улучшению качества в связи с увеличивающейся водностью реки [Синюкович и др., 2015].

Для более точной оценки качества воды по микробиологическим показателям необходимо использовать также комплекс микробных индикаторов на основе анализа состава микробного сообщества [Zaitseva, Dagurova, 2021].