Отдельные аспекты мониторинга участка Средней Оби

Обь – река Западной Сибири, самая протяжённая в России и вторая по протяжённости в Азии, занимает первое место по площади бассейна – 2990 тыс. км² и третье, после рек Лена и Енисей, по водности. Среднегодовой сток реки 394 км3. Протяженность Оби в пределах округа составляет 928 км. По характеру речной сети, условиям питания и формирования водного режима Обь делится на 3 участка: верхний (до устья Томи), средний (до устья Иртыша) и нижний (до Обской губы). Особенностью водосбора Оби является его исключительная заболоченность. На всей территории Ханты-Мансийского округа Обь является типично равнинной рекой с небольшим уклоном. Питание р. Оби смешанное, с преобладанием снегового. Доля снегового питания составляет 50%, дождевого – 26%, грунтового – 16%, ледникового – 8%. В течение года удельное значение типов питания в водном балансе значительно колеблется, с чем связаны существенные изменения в минерализации и химическом составе речных вод. В период весеннего половодья за счёт увеличения объёма стока минерализация воды оказывается минимальной. По величине общей минерализации р. Обь относится к маломинерализованным водам в период открытой воды и средней минерализации в зимний период [1-3].

Участок Средней Оби подвержен интенсивной антропогенной нагрузке, обусловленной деятельностью предприятий нефтегазового комплекса, сопутствующей урбанизацией. В связи с этим появляется необходимость всестороннего

мониторинга главной реки Ханты-Мансийского округа. В нашей работе проведено исследование микробиологических и отдельных химических характеристик участка Средней Оби, являющихся одними из основных показателей состояния водоёмов.

Отбор образцов воды производился в октябре 2008 г. и июне 2009 г. на 9 стационарных точках в пределах 42-километровой акватории выше и ниже г. Сургута от отметки 1490 км до отметки 1448 км. Места отбора проб устанавливались с учётом расположения источников антропогенного воздействия:

• 1)    1490 км – точка находится выше г. Сургута, она меньше всего подвержена воздействию городских сбросов;

• 2)    1486 км р. Обь. Устье протоки Санина. Исток реки Почекуйка. Ниже поселка Банный;

• 3)    1481 км, устье р. Чёрная, впадает в р. Обь;

• 4)    1476 км р. Обь, ниже речного вокзала;

• 5)    1470 км – устье протоки Чёрная, точка, расположена ниже речного вокзала;

• 6)    1459 км – протока Белоярская, точка в районе железнодорожных и автомобильных мостов;

• 7)    1457 км – протока за мостами;

• 8)    1455 км – р. Обь ниже от мостов на 4 км;

• 9)    1448 км – точка, расположенная ниже г. Сургута на 7 км.

Отбор проб воды осуществлялся пробоотборной системой для экологических исследований ПЭ-1310 с 2-метрового горизонта в первой половине дня. Во второй половине дня проводился микробиологический анализ. Определение сульфатов в воде проводили комплексонометрическим методом с трилоном Б [4]. Аммонийный азот, содержание нитрит-ионов, нитрат-ионов определяли фотометрически: азот аммония – с реактивом Несслера при длине волны 425 нм [5]; нитрит-ионы – с реактивом Грисса при длине волны 520 нм [6]; нитрат-ионы – с салициловой кислотой при длине волны 410 нм [7]. Определение фосфат-ионов в природных водах проводили восстановлением аскорбиновой кислотой фотометрически при длине волны 690нм [8].

Микробиологические исследования проводились чашечным методом Коха на соответствующих питательных средах: численность гетеротрофной микрофлоры (аммонификаторов) учитывалась – на питательном агаре (МПА), литоавтотрофов – на среде Траутвейна, сахароли-тиков – на Чапека, бактерий группы кишечной палочки – на Эндо, микроорганизмов, усваивающих минеральные формы азота – на крахма-ло-аммиач-ном агаре (КАА) [9-11].

Участок Средней Оби подвержен различным типам антропогенных воздействий – осушительная мелиорация, нарушение режима стока, строительство гидротехнических сооружений, переходы коммуникаций через водотоки, тепловое, химическое и бактериальное загрязнение, которые приводят к изменению химического состава воды. При использовании в качестве критерия антропогенной нагрузки превышение значений показателей химического состава над фоновыми для рек региона, наиболее иллюстративными на территории населенных пунктов являются минеральные формы азота и фосфора [12].

Наличие в водах ионов NO 3 ^- обусловлено процессом нитрификации – окисления аммонийных ионов в присутствии растворенного кислорода под действием нитрифицирующих бактерий. Концентрация ионов NO 3 ^- в воде – важный санитарный показатель состояния водоёма, увеличение концентрации ведет к ухудшению состояния водоёма [13]. По нашим данным на исследованном участке Средней Оби в азотной группе превышения ПДК по нитратам не выявлено и их содержание в среднем составляет 2-4 мг/л (табл. 1).

Таблица 1. Содержание различных форм азота, фосфат-ионов и сульфатов в осенний период (мг/л)

Точка отбора,км		Аммонийный азот	Нитраты	Нитриты	Фосфаты	Сульфаты
1	1490	0,56	1,93	0,03	0,19	68
2	1486	0,63	3,02	0,02	0,20	42,4
3	1481	0,76	1,71	0,02	0,23	13,6
4	1476	0,66	2,73	0,01	0,17	46,4
5	1470	0,70	2,65	0,02	0,20	66,4
6	1459	0,83	3,09	0,02	0,21	65,6
7	1457	0,81	3,59	0,02	0,26	44
8	1455	0,82	4,42	0,02	0,27	35,2
9	1448	0,77	3,70	0,02	0,28	40
ПДК		0,39	40,0	0,02	0,25	500

Содержание нитритов является важным санитарным показателем. Они значительно опаснее нитратов, поэтому их содержание в воде контролируется более строго [13, 14]. По нашим данным содержание нитритов находится на уровне ПДК за исключением 1-й точки отбора (0,03 мг/л) (табл. 1). Повышенное содержание нитритов указывает на усиление процессов разложения органических веществ в условиях медленного окисления NO₂^- в NO₃^-, что указывает на загрязнение водоема. Наличие в незагрязненных поверхностных водах ионов аммония (NH 4 ⁺) связано главными образом с процессами биохимической деградации белковых соединений, дезаминирования аминокислот, разложения мочевины. Достаточно высокие концентрации аммонийного азота в воде свидетельствуют об антропогенном загрязнении [13]. Согласно нашим результатам содержание аммонийного азота во всех точках отбора превышает ПДК в 1,5-2 раза (табл. 1).

Присутствие фосфат-ионов в воде рек обусловлено, с одной стороны, процессами трансформации органического вещества, с другой стороны поступлением со сточными водами [15, 16]. Содержание фосфатов в большинстве точек находится в пределах ПДК, незначительное превышение выявлено в 7, 8, 9 точках (табл. 1). Постоянные компоненты природных вод – сульфаты – при высоком содержании ухудшают качество воды. Сульфат-ионы содержатся в водах атмосферных осадков – вследствие выбросов в атмосферу продуктов сгорания топлива и загрязнения воздуха промышленными выбросами [15, 17]. Содержание сульфатов исследуемого участка Средней Оби в оба периода исследований низкое и не превышает значений 70 мг/л (табл. 1).

Наряду с приведенными выше химическими показателями на изучаемом участке реки нами также определялись рН и температура воды в момент отбора. По полученным результатам выявлено, что данный участок характеризуется щелочными значениями рН (8,0-8,4 ед.) в осенний период 2008 г. и слабощелочными (7,4-7,7) в летний 2009 г. При этом средняя температура воды в летний период составляла 13-140С и 7-80С в осенний. Температура и кислотность среды определяют скорость химических реакций и биохимических процессов, а, следовательно, и стабильность биологической составляющей водоема, в качестве которой нами изучались различные экологотрофические группы микроорганизмов (ЭТГМ).

Численность бактерий значительно меняется по сезонам, заметно повышается в реках ниже очагов загрязнения органическими веществами [18, 19]. По бактериальным показателям выделяют 5 классов качества воды. Основными показателями в этом аспекте являются численность гетеротрофной микрофлоры (ОМЧ) и бактерий группы кишечной палочки (БГКП). Согласно нашим данным исследованный участок реки по классам качества воды осенью 2008 г. характеризуется как «чистый», а летом 2009 г., – как «загрязненный» и частично «удовлетворительно чистый» (табл. 2). При изучении экологотрофических групп микроорганизмов распределение оказалось следующим: в осенний период в 1,5-2 раза выше численность гетеротрофной микрофлоры, а в летний период на 2-3 порядка выше численность литоавтотрофной микрофлоры (табл. 2). Преобладание гетеротрофов в осенний период обусловлено поступлением большого количества органического вещества и реализацией гетеротрофами r-стратегии жизни.

Таблица 2. Численность эколого-трофических групп микроорганизмов на исследованном участке средней Оби (КОЕ×10³)

Точка отбора		Осень, 2008 г.				Лето, 2009 г.
№ п/п	км	гетеротрофы	БГКП	литоавтотрофы	сахаро-литики	гетеротрофы	БГКП	литоавтотрофы	сахаро-литики
1	1490	0,15	0,002	0,08	0,02	0,04	62,21	15,57	8,03
2	1486	0,31	0,006	0,28	0,03	0,29	51,55	11,79	8,69
3	1481	0,31	0,004	0,13	0,01	0,04	62,72	11,2	16,91
4	1476	0,36	0,014	0,2	0,02	0,08	40,06	4,53	0,61
5	1470	0,29	0,008	0,16	0,02	6,03	0,03	0,21	0,05
6	1459	0,3	0,013	0,17	0,02	0,02	10,59	28,32	0,72
7	1457	0,37	0,016	0,23	0,02	0,04	36,38	3,65	1,96
8	1455	0,3	0,005	0,19	0,04	0,02	39,84	36,2	36,2
9	1448	0,29	0,011	0,3	0,05	0,21	34,4	6,01	14,05

Известно, что на первом этапе деструкции органического вещества (ОВ) основная роль принадлежит аэробным бактериям, осуществляющим гидролиз . В них следует различать группировки сахаролитических, протеолитических, липолитических организмов, использующих соответственно полимеры углеводов, азотистых соединений, липидов и продукты их гидролиза. Выявленное нами соотношение численности микроорганизмов, усваивающих органические и минеральные формы азота, указывает на преобладание в водах процессов минерализации во все периоды исследования. Исключение составляет 5 точка отбора, расположенная ниже речного вокзала (устье протоки Чёрная) в летний период 2009 г, характеризующейся высокой степенью антропогенной нагрузки (рис. 1).

Проведенный корреляционный анализ позволил выявить умеренную зависимость (r = 0,55) между численностью гетеротрофной микрофлоры и содержанием аммонийного азота; от умеренной до высокой (r = 0,64-078) между содержанием нитратов и численностью литотроф-ной микрофлоры. Щелочные значения рН в осенний период 2008 г. коррелируют с численностью литотрофов и сахаролитиков (r = 0,71-0,82); снижение кислотности до слабощелочных значений в летний период не выявляют такой зависимости.

Осень 2008 г.

□ микроорганизмы, использующие минеральные формы азота □ микроорганизмы, использующие органические формы азота

Лето 2009 г.

Рис. 1. Численность микроорганизмов, усваивающих органические и минеральные формы азота

Проведенный корреляционный анализ позволил выявить умеренную зависимость (r = 0,55) между численностью гетеротрофной микрофлоры и содержанием аммонийного азота; от умеренной до высокой (r = 0,64-078) между содержанием нитратов и численностью литотроф-ной микрофлоры. Щелочные значения рН в осенний период 2008 г. коррелируют с численностью литотрофов и сахаролитиков (r = 0,71-0,82); снижение кислотности до слабощелочных значений в летний период не выявляют такой зависимости.

Выводы: исследованный участок Средней Оби по классам качества воды относиться к чистым и удовлетворительно чистым, характеризуется слабощелочными и щелочными значениями рН, превышением ПДК в 1,5-2 раза по содержанию аммонийного азота. В водах исследованного участка преобладают процессы минерализации веществ и численность литоавтотрофной микрофлоры зависит от щелочных значений рН водоема.