CC BY
46
2009
Известия ТИНРО
Том 159
УДК 576.8:664.951.019(282.257.5)
Л.М. Чухлебова*
Хабаровский филиал Тихоокеанского научно-исследовательского рыбохозяйственного центра, 680028, г. Хабаровск, Амурский бульвар, 13а
ОЦЕНКА КАЧЕСТВА АМУРСКОЙ РЫБЫ И СРЕДЫ ЕЕ ОБИТАНИЯ ПО МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИМ ПОКАЗАТЕЛЯМ
Микробиологические исследования воды и донных отложений р. Амур проводили традиционными методами, изучая эколого-трофическую структуру микробных сообществ. В донных осадках также определяли активность ферментов (полифенолоксидазы и пероксидазы). В качестве биоиндикаторов использовали организмы разного уровня организации (рыбы, микроорганизмы). Количество гетеротрофных и фенолрезистентных бактерий в мышечной ткани и жабрах рыб было выше, чем в воде, содержащей органические вещества, что свойственно для основного русла р. Амур. В менее загрязненных органическими соединениями участках р. Амур (выше устья р. Сунгари) мышцы и жабры рыб содержали незначительное количество бактерий. Установлено, что при невысокой численности микроорганизмов в водной среде наблюдается незначительная бактериальная об-семененность мышц и жабр рыб.
Ключевые слова: река Амур, бассейн, донные отложения, качество рыбы, органическое вещество, микробиологические исследования, активность ферментов.
Chukhlebova L.M. Evaluation of fish and their environment quality in the Amur River by microbiological parameters // Izv. TINRO. — 2009. — Vol. 159. — P. 257-263.
Microbiological characteristics of water, bottom sediments, and fish in the Amur River in winter are presented. Standard methods are used including examination of structure and activity of microbial communities. Grounds pollution at the Sungari mouth is estimated with total activity of enzymes (polypheniloxydase, peroxydase). Quality of fish is characterized using the normative requirement for fish production (no more than 5104 cells/g). Influence of water environment on seeding of microorganisms in muscular tissue and gills of fish is estimated by a number of phenol-resistant and heterotrophic bacteria. The seeding of microorganisms was usually insignificant, so the number of microorganisms was low. However, the fish (Coregonus ussuriensis, Parasilurusasotus asotus, Hemibarbus maculates, Hemibarbus labeo) caught downstream from the Sungari mouth (upstream from Khabarovsk) had high level of microbiological pollution that did not correspond to the requirements on the number of bacteria. Problems of the Amur water pollution are discussed with special attention to the area of the Sungari River influence. The used microbiological methods are recommended for estimating safety and food value of fish production from the Amur.
Key words: Amur River, river basin, bottom sediments, quality of fish, organic substance, microbiological pollution, enzyme activity.
* Чухлебова Любовь Михайловна, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник, e-mail: [email protected].
Введение
Водная среда содержит органическое вещество (ОВ) разной стадии минерализации. Его состав и содержание в природных водах определяется совокупностью многих, различных по своей природе и скорости, процессов. Естественные водоемы хотя и обладают высокой способностью к самоочищению, но при поступлении большого количества органических загрязняющих веществ оказываются не в состоянии быстро их переработать (Мудрецова-Висс, 2001).
Значительные поступления органических веществ и биогенных элементов происходят под влиянием как природных, так и антропогенных факторов (Абакумов, 1991). В возникновении у рыб аутогенных токсинов ведущая роль принадлежит продуктам окисления и разложения органического вещества, в том числе соединениям азота — аммиаку, нитритам (Таубе, 1983).
В настоящей работе для выявления степени антропогенного загрязнения Амурского водного бассейна были использованы методы микробиологической индикации. Изучение структуры микробного сообщества водных экосистем, состояния донных отложений и активности в них некоторых ферментов, а также оценка качества рыбы позволяют установить зоны локализации органического вещества и диапазоны чувствительности различных микробных популяций к действию природных факторов и антропогенных нагрузок.
Цель исследования — методом биоиндикации провести исследования воды, донных отложений р. Амур, выявить локальные зоны концентрации органического вещества и дать оценку качества амурской рыбы по микробиологическим показателям в точках с максимальным содержанием органических соединений.
Материалы и методы
Работы проводились ежемесячно в основные фазы водного режима — зимнюю (январь-март) и летнюю (июнь-август) межени 1998-2006 гг. Воду с поверхностных слоев отбирали батометром, донные отложения — дночерпателем Пе-терсона, используя верхний ненарушенный слой. Отбор проб рыб осуществлялся сотрудниками Амуррыбвода, Хабаровского филиала ТИНРО-центра, для анализа отбирали от 3 до 5 экз. каждого вида.
Изменения качества воды по значениям физико-химических показателей проводили на станциях р. Амур, расположенных выше (пос. Нагибово — фоновый) и ниже впадения р. Сунгари (поселки Ленинское, Нижнеленинское, Нижнеспасское) (рис. 1).
Рис. 1. Карта-схема станций отбора проб Fig. 1. Scheme of sampling
Численность бактерий в воде и донных отложениях определяли общепринятыми в микробиологии методами (Егоров, 1983), используя четыре эколого-тро-фические группы микроорганизмов (Микроорганизмы ..., 2000). В донных отложениях также изучали активность окислительно-восстановительных ферментов: полифенолоксидазы и пероксидазы — в качестве показателей зон с высоким содержанием органических соединений. Определение активности ферментов в донных отложениях проводили методом, предложенным А.Ш. Галстяном (Хази-ев, 1976).
Для оценки состояния рыбы в качестве микроорганизмов-индикаторов использовали две группы гетеротрофных микроорганизмов. Первая группа характеризует общее число мезофильных аэробных и факультативно-анаэробных мик-роорганизмов-гетеротрофов: в сырой рыбе не должно содержаться более 50 ' 104 колониеобразующих единиц в 1 грамме сырого веса (КОЕ/г) (Инструкция ..., 1991). Вторая группа указывает на загрязнение водной среды органическими соединениями ароматического ряда природного и антропогенного происхождения — фенолрезистентные бактерии (Чухлебова, 2008). Результаты обрабатывали статистически (Лакин, 1980). Численность микроорганизмов представляли в логарифмическом виде (^
Результаты и их обсуждение
Амур — трансграничная река, бассейн которой расположен на территории четырех государств: основная часть бассейна находится в пределах Российской Федерации (1002 тыс. км2), КНР (820 тыс. км2), МНР (32 тыс. км2) и менее 5 км2 в пределах КНДР (прибрежная часть оз. Чхонджи в истоках р. Сунгари). Хозяйственная деятельность всех пограничных стран оказывает влияние на формирование стока, прохождение паводков и качество воды в р. Амур.
Установлено, что в водах Амура в пределах Среднеамурской низменности распределение содержания общего органического углерода в многолетней динамике имеет минимумы и максимумы. Минимумы — на участках Амура выше пос. Нагибово (выступающего в качестве фонового), а максимумы — ниже устья р. Сунгари, городских очистных сооружений городов Хабаровска, Амурска, Комсомольска-на-Амуре (с превышением ПДК по ХПК и БПК5 в 1,2-5,0 раза и ПО/ХПК < 0,4). Пределы изменений органического углерода составили 7-46 мг С/м3 (Левшина, 2006). Годовая динамика содержания ОВ в воде Амура характеризуется существенным увеличением их количества после летних и осенних паводков за счет аллохтонной составляющей. В зимнее время общее содержание ОВ уменьшается за счет автохтонной органики, но вклад аллох-тонного ОВ остается существенным (Иванова, 2004; Левшина, 2008).
Растворенный кислород является одним из главных показателей качества речных вод. При его дефиците (< 4,0 мг/дм3) возникают заморы, резко снижается качество воды. Ухудшение кислородного режима Амура в зимний период связано не только со снижением его водности, но и с поступлением в его воды больших количеств загрязняющих веществ (Шестеркин, 2007).
Анализ качества природных вод по микробиологическим показателям свидетельствует, что вода в бассейне Амура в периоды зимней межени и открытого русла на обследованных участках в течение 1998-2006 гг. по степени загрязненности оценивается от "слабо загрязненной" до "сильно загрязненной" и "грязной" (табл. 1). Высокая численность всех физиологических групп (аммонифицирующих, нитрифицирующих, фенолустойчивых) гетеротрофных микроорганизмов сохраняется и вдоль правого берега у г. Хабаровск, где определенный вклад в антропогенную составляющую органического вещества речной воды вносят малые водотоки, содержащие воды с высокой долей легкоокисляемых органических соединений техногенной природы (Левшина, 2006).
Таблица 1
Микробиологическая оценка качества воды в русле р. Амур (1998-2006 гг.)
Table 1
Microbiological estimation of the Amur water quality (1998-2006)
Класс качества воды Место отбора проб
II класс (слабо загрязненная) 1000-10 000 кл./мл Выше устья р. Сунгари — пос. Нагибово Пос. Нижнеленинское (левый берег) Пос. Нижнеспасское (середина)
III класс (умеренно загрязненная) 10 000-30 000 кл./мл Выше г. Комсомольск-на-Амуре (правый берег)
IV класс (сильно загрязненная) 30 000-100 000 кл./мл Выше г. Хабаровск (правый берег) Выше г. Комсомольск-на-Амуре (левый берег, середина)
V класс (грязная) 100 000 кл./мл и выше Ниже устья р. Сунгари: Пос. Нижнеленинское (правый берег) Пос. Нижнеспасское (правый берег)
Экологическая обстановка на p. Амур вблизи промышленных центров характеризуется разной интенсивностью процессов минерализации органических соединений. Значительные сезонные изменения численности отдельных эколого-трофических групп были отмечены в русле Амура под влиянием общего стока Амурско-Комсомольского урбопромышленного комплекса (Микроорганизмы ..., 2000; Кондратьева, Фишер, 2006). Общая картина структуры микробного сообщества воды ниже устья р. Сунгари дает основание предполагать значительное загрязнение, поступающее с территории КНР с промышленными и бытовыми сточными водами с низкой степенью очистки (Шестеркин, Шестеркина, 2001; Гаретова и др., 2007).
Значительная доля аллохтонного, привнесенного с водосборной площади, и автохтонного ОВ не успевает разложиться в водной толще и седиментирует на поверхности грунтов, поэтому донные отложения служат источником поступления в водную среду биогенных веществ. Исследования структуры микробоцено-зов донных осадков возле левого берега р. Амур выше и ниже устья р. Сунгари в период зимней межени 2000-2001 гг. показали неравномерное распределение эколого-трофических групп бактерий (табл. 2).
Таблица 2
Структура микробоценозов донных отложений в зоне влияния р. Сунгари (январь-март 2000-2001 гг.)
Table 2
Dynamics of microbenthos number in the area of the Sungari influence in the winter (January-March) 2000-2001
Численность микроорганизмов, тыс. КОЕ/г Место ОТб°ра пр°б АМБ ЧГБ НБ ФРБ
Выше р. Сунгари (пос. Нагибово),
левый i ерег 2,5- -44,5* 73- -300 32,5 -94,0 1-80
Ниже р. Сунгари (пос. Ленинское),
левый ерег 52,5- -1285,0 510- -2930 210- 2095 6-1050
Ниже р. Сунгари (пос. Нижнеспас-
ское), левый берег 32- -303 525- -20600 190- -1370 10,0-43,5
Примечание. ЧГБ — численность гетеротрофных бактерий, АМБ — аммонифицирующих бактерий, НБ — нитрифицирующих бактерий, ФРБ — фенолрезистентных бактерий. * Диапазоны численности бактериобентосных сообществ, показаны минимальные и максимальные значения в пробах, отобранных ежемесячно (зимняя межень).
Максимальная численность бактериобентосных сообществ, участвующих в минерализации азотсодержащих органических соединений (аммонифицирующие,
260
нитрифицирующие бактерии), в донных осадках р. Амур ниже устья р. Сунгари составляла от 1544 до 2930 тыс. КОЕ/г сырого грунта и была значительно выше численности этих же групп бактерий в толще воды (170 КОЕ/мл).
Самая высокая численность фенолрезистентных бактерий обнаружена в донных отложениях ниже устья р. Сунгари, с. Ленинское (1050 тыс. КОЕ/г), что свидетельствует о присутствии ароматических соединений аллохтонного происхождения, в том числе фенольного ряда, поступающих с водами р. Сунгари. Вне зоны влияния р. Сунгари (район пос. Нагибово) численность фенолрезистентных бактерий в донных осадках была значительно ниже (80 тыс. КОЕ/г).
Исследования, проведенные в период открытого русла р. Амур в 2006 г., показали, что накопление фенольных соединений в донных отложениях влияет на особый характер взаимодействия двух окислительно-восстановительных ферментов (оксидоредуктаз): полифенолоксидазы и пероксидазы (рис. 2).
± а
о *
& 6
-С
О
^ 5
3 4
Й 3
2,56:3,00 1,76:3,46 1 ,883,24__-г-_г
£ <
Нагибово
Ленинское Н-Ленинское Фуюань
Места отбора проб
Хабаровск
■ ПФО □ ПО
Рис. 2. Активность ферментов-оксидоредуктаз в донных отложениях. Станции (слева направо): пос. Нагибово, выше устья р. Сунгари, левый берег (ил); пос. Ленинское, ниже устья р. Сунгари, левый берег (ил с песком); 10 км ниже пос. Нижнеленинского, левый берег (ил с песком); ниже г. Фуюань, 60 км от Хабаровска, левый берег (ил с песком); выше Хабаровска, левый берег (ил с песком). ПФО — полифенолокси-даза, ПО — пероксидаза
Fig. 2. Total activity of enzymes (ПФО — polypheniloxidase, ПО — peroxidase) in the Amur bottom sediments. Sampling position (in series, from left to right): at Nagibovo, upstream from the Sungari mouth, at the left coast (silt); at Leninskoe, downstream from the Sungari mouth, at the left coast (silt with sand); at a distance of 10 km downstream from Nizhnelenin-sky, at the left coast (silt with sand); at a distance of 60 km upstream from Khabarovsk (at Fujuan), at the left coast (silt with sand); at Khabarovsk, the left coast (silt with sand)
Эти ферменты в процессе биохимических реакций синтеза и распада ОВ ароматического ряда, гидролиза трудноминерализуемых органических соединений остатков водорослей, беспозвоночных, микроорганизмов и др. переводят их в доступное для усвоения состояние. Высокая активность оксидоредуктаз выявлена в донных осадках, отобранных ниже устья р. Сунгари, что свидетельствует об интенсивных процессах деструкции ароматических соединений, входящих в состав автохтонных ОВ и аллохтонных загрязнений антропогенного происхождения.
В донных отложениях р. Амур, отобранных выше г. Хабаровск (поселки Ленинское, Нижнеленинское, г. Фуюань), отмечена высокая активность перок-сидаз, что свидетельствует об интенсивности биохимических процессов, в ходе которых происходит выделение продуктов вторичного обмена — перекисей. Пе-роксидазы препятствуют накоплению в донных осадках пероксида водорода,
вредного для гидробионтов, ведущих придонный образ жизни (включая рыб-бен-тософагов), и нейтрализуют его.
Одним из критериев качества воды и донных отложений служит уровень бактериальной обсемененности мышц и жабр рыб. Исследования, проведенные в период зимней межени 2005-2006 г. из разных по уровню содержания ОВ районов р. Амур, расположенных выше (пос. Нагибово) и ниже (пос. Нижнеспасское) устья р. Сунгари, показали, что у рыб (Иет1ЬагЬиs тасиШил — конь пестрый, Parasilurusasotus asotus — амурский сом, Coregonus ussuriensis — уссурийский сиг) бактериальная обсемененность мышц рыб из основного русла р. Амур ниже устья р. Сунгари была на два порядка выше, чем у этих же видов рыб из русла выше устья р. Сунгари (рис. 3). Возможно, значительная степень обсемененности жабр рыб гетеротрофными и фенолрезистентными бактериями обусловлена поступлением органических соединений с поверхностным стоком во время летних дождей и осенних паводков с водосборной площади, играющих значительную роль в формировании нагрузки на реку. Такое явление возможно и при общем ослаблении рыбы вследствие преодоления многочисленных стрессовых ситуаций (Никольский, 1974).
выше устья р. Сунгари
Hemibarbus maculatus Parasilurusasotus asotus Coregonus ussuriensis
норматив
Hemibarbus maculatus Parasilurusasotus asotus Coregonus ussuriensis
ниже устья р. Сунгари □ мышцы ■ жабры
Рис. 3. Микробиологическая характеристика различных видов рыб, выловленных выше и ниже устья Сунгари в период зимней межени 2006 г. Численность (lg N КОЕ) гетеротрофных бактерий в мышцах, жабрах рыб
Fig. 3. Microbiological characteristics of certain fish species caught upstream and downstream of the Sungari mouth in winter of 2006 (logarithm of КОЕ number for hetero-throphic bacteria in muscles and gills of fish)
B нижнем течении размыв берегов р. Амур привел к увеличению твердого стока на 10-15 % по сравнению со стоком в 60-х гг. XX века. Поступление большого количества биогенных веществ в летнюю межень, в первую очередь соединений азота и фосфора с территории КНР (р. Сунгари — приток р. Амур), обусловливает сильное "цветение" вод Амура и соединенных с ним озер, результатом чего является высокое значение рН — от 8,0 до 9,0 (Водно-экологические проблемы ..., 2003).
Заключение
Для оценки степени загрязнения экосистемы р. Амур ОВ различного генезиса применялись комбинированные методы биодиагностики с использованием рыб и микроорганизмов. Установлено, что при минимальном загрязнении водной
262
среды ОВ наблюдается незначительная бактериальная обсемененность жабр аммонифицирующими и фенолрезистентными бактериями. Низкий уровень обсеменения жабр бактериями соответствует минимальной численности микроорганизмов в мышцах и зависит от уровня загрязнения водных экосистем ОВ различного происхождения. По степени бактериальной обсемененности мышечных тканей и жабр рыбы, выловленные из основного русла р. Амур выше устья р. Сунгари (менее подверженного антропогенному влиянию), соответствуют санитар-но-микробиологическим требованиям контроля качества по сравнению с теми же видами рыб из русла ниже устья р. Сунгари.
Впервые установлено участие окислительно-восстановительных ферментов в процессах минерализации органического вещества в донных отложениях р. Амур. Высокая активность оксидоредуктаз ниже устья р. Сунгари свидетельствует о наличии в илистых фракциях органических соединений различной природы, в том числе ароматических.
Список литературы
Абакумов В.А. Экологические модификации и развитие биоценозов // Экологические модификации и критерии экологического нормирования. — Л. : Гидрометеоиз-дат, 1991. — С. 8-40.
Водно-экологические проблемы бассейна реки Амур : монография. — Владивосток : ДВО РАН, 2003. — 187 с.
Гаретова Л.А., Левшина С.И., Юрьев Д.Н. Влияние р. Сунгари на загрязнение р. Амур органическими веществами: гидрохимическая и микробиологическая оценки // Вестн. ДВО РАН. — 2007. — № 7. — С. 27-34.
Егоров Н.С. Руководство к практическим занятиям по микробиологии : монография. — М. : МГУ, 1983. — 307 с.
Иванова Е.Г. Опыт современных российско-китайских исследований вод рек Амур и Сунгари // Наука и природа Дальнего Востока. — 2004. — № 1. — С. 40-42.
Инструкция № 5319 по санитарно-микробиологическому контролю производства пищевой продукции из рыбы и морских беспозвоночных. — Л. : Гипрорыбфлот, 1991.
Кондратьева Л.М., Фишер Н.К. Микробиологическая оценка качества воды в реках Амур и Сунгари после техногенной аварии в КНР // Дальневосточная весна — 2006 : мат-лы Междунар. науч.-практ. конф. — Комсомольск-на-Амуре : ГОУВПО "КнАГ-ТУ", 2006. — С. 177-181.
Лакин Г.Ф. Биометрия : монография. — М. : Высш. шк., 1980. — 213 с.
Левшина С.И. Растворенное и взвешенное органическое вещество вод Амура и Сунгари // Вод. ресурсы. — 2008. — Т. 35, № 6. — С. 745-753.
Левшина С.И. Содержание и динамика органического вещества поверхностных вод бассейна р. Амур и его геоэкологическое значение : автореф. дис. ... канд. геогр. наук. — Владивосток, 2006. — 23 с.
Микроорганизмы в экосистемах Приамурья : монография / Л.М. Кондратьева, Л.А. Гаретова, Е.Л. Имранова и др. — Владивосток : Дальнаука, 2000. — 198 с.
Мудрецова-Висс К.А. Микробиология, санитария и гигиена : учеб. для вузов / К.А. Мудрецова-Висс, А.А. Кудряшова, В.П. Дедюхина. — М. : Деловая лит., 2001. — 388 с.
Никольский Г.В. Экология рыб : монография. — М. : Высш. шк., 1974. — 357 с.
Таубе П.Р. Химия и микробиология воды : монография / П.Р. Таубе, А.Г. Баранова. — М. : Высш. шк., 1983. — 280 с.
Хазиев Ф.Х. Ферментативная активность почв. Методическое пособие. — М. : Наука, 1976. — 180 с.
Чухлебова Л.М. Рыба как биоиндикатор экологического состояния Амурского водного бассейна // Пресноводные экосистемы бассейна реки Амур. — Владивосток : Дальнаука, 2008. — С. 240-246.
Шестеркин В.П. Зимний гидрохимический режим Амура // Вестн. ДВО РАН. — 2007. — № 4. — С. 35-43.
Шестеркин В.П., Шестеркина Н.М. Трансграничное загрязнение Амура биогенными веществами // География Азиатской России на рубеже веков. — Иркутск : ИГ СО РАН, 2001. — С. 184.
