Н. Л. Тютенькова. Наблюдения за микробиальным разрушением клетчатки в Бухтарминском водохранилище
Опорный пункт по водной микробиологии Института микробиологии и вирусологии АН КазССР, Усть-Каменогорск
При создании водохранилищ водой затопляется огромное количество клетчатки в виде остатков наземной растительности, разложение которой осуществляется в результате жизнедеятельности целлюлозоразрушающих микроорганизмов.
В нашу задачу входило изучение роли целлюлозоразрушающих микроорганизмов в разложении клетчатки в Бухтарминском водохранилище в первые годы его наполнения. Исследовались количественное распределение, групповой состав и активность клетчатковых микроорганизмов в воде и грунтах водохранилища. Работа проводилась в марте, июле и октябре 1961-1962 гг.
Водохранилище наполнялось постепенно, и нашими исследованиями были охвачены участки первого и второго годов затопления.
По морфометрическим и гидрологическим особенностям водохранилище делится на три части: озерная, горно-долинная и горная, которые, в свою очередь, включают несколько районов. Озерная, самая мелководная часть включает дельту Черного Иртыша, оз. Зайсан и Курчумский район. Здесь затоплены обширные водные угодья, равнинная пойма р. Иртыша с массивами тростниковых зарослей и водной растительности - рогозом, водяным орехом, рдестами, роголистником и другими видами.
Горно-долинную часть водохранилища составляют Песчанский, Славянский и Нарымский районы, отличающиеся большими глубинами и менее развитой литоралью. Залиты здесь долины Иртыша и Нарыма с их поймой, пахотные почвы, луга, сенокосы, а также пологие склоны гор с небогатой травянистой растительностью.
Горная часть водохранилища объединяет Черемшанский, Бухтарминский и Октябрьский районы. В этой самой глубоководной части водоема затоплены русло и пойма Иртыша и Бухтармы, крутые горные склоны, местами с выходами коренных пород, местами покрытые древесной растительностью. По межгорным долинам залиты пахотные и сенокосные угодья.
Целлюлозоразрушающие микроорганизмы учитывались нами методом предельных разведений путем высева проб воды и грунта на среды, содержащие в качестве единственного источника углерода фильтровальную бумагу. Клетчатковые анаэробы выявлялись на среде Имшенецкого, аэробы - на среде Гетчинсона. Групповой состав их определен по методике О. И. Пушкинской (1954). Выделение клетчатковых в чистую культуру и определение их активности проводились по методике А. А. Имшенецкого (1953).
Наблюдения за количественным распределением клетчатковых микроорганизмов, проведенные в первые годы наполнения водохранилища, показали, что бурное развитие этой группы происходит на втором году после наполнения ложа водоема. Процент встречаемости клетчатковых микроорганизмов в районах второго года наполнения составил 70,8, а количество их в 1 мл воды достигало 100 клеток. В районах же первого года затопления и в исходных водоемах клетчатковые встречены менее чем в 50% исследованных проб воды, и количество их не превышало 10 кл./мл. В таблице 1 приводится численность клетчатковых по районам водоема.
Таблица 1. Численность клетчатковых аэробов и анаэробов в воде Бухтарминского водохранилища в 1962 г., кл./мл
Из таблицы 1 видно, что процесс разрушения клетчатки в воде осуществляет, в основном, аэробная целлюлозоразрушающая микрофлора. Количество клеток ее колеблется от 1 до 100 в 1 мл воды. Количество анаэробов не превышает 10 клеток в 1 мл.
Установлено, что клетчатковые микроорганизмы обнаруживаются в заливах и прибрежье чаще (65-73%), чем в открытой воде (57-43% проб от числа исследованных). Более высоким процентом встречаемости клетчатковых (85) отличается также мелководная, озерная часть водохранилища.
При исследовании группового состава клетчатковых по методике О. И. Пушкинской выяснилось, что в разрушении клетчатки в воде участвуют бактерии, грибы и актиномицеты. В поверхностном слое преобладает бактериальная (45%), в придонных - грибная (50% от общего числа клетчатковых) микрофлора. Изучение сезонной динамики группового состава клетчатковых показало, что летом разрушение клетчатки в воде происходит за счет бактерий, осенью - за счет актиномицетов и грибов. Эту закономерность можно проследить по данным таблицы 2.
Таблица 2. Численность отдельных групп клетчатковых микроорганизмов в воде Бухтарминского водохранилища в 1962 г., кл./мл
Количество целлюлозоразрушающих организмов в Бухтарминском водохранилище (1-100 кл./мл) выше, чем в волжских водохранилищах, где, по С. И. Кузнецову (1959), насчитывается 2-10 кл./мл, в Кременчугском (Сысуева, 1963) и в Мингечаурском (Салманов, 1960) - 5-10 кл./мл, но несколько ниже, чем в Новосибирском (Шестакова, 1961) - 1-1000 кл./мл.
В грунтах Бухтарминского водохранилища количество клетчатковых значительно превышает содержание их в воде и колеблется от 100 до 10 млн. клеток в 1 г сырого грунта. Наиболее интенсивно процессы разложения клетчатки проходили в грунтах Курчумского, Славянского и Нарымского районов водохранилища. В последнем численность клетчатковых достигала 10 млн. кл./г сырого грунта (табл. 3).
Таблица 3. Количественное распределение аэробных и анаэробных клетчатковых микроорганизмов в грунтах Бухтарминского водохранилища в 1962 г., г сырого грунта
Таким образом, в районах верхней части водохранилища, отличающихся благоприятными условиями (хороший прогрев воды, наличие значительных участков мелководья и т. д.), где были затоплены большие площади пойменных лугов, тростника и другой растительности, наблюдалась высокая численность клетчатковых микроорганизмов. В грунтах Нарымского района отмечен интенсивный анаэробный процесс. Количество клетчатковых анаэробов в них достигало 1 млн. кл./г, а химический анализ показал отсутствие кислорода в придонном слое воды.
В районах горной части водохранилища, несмотря на то, что было затоплено также большое количество наземной луговой и горной растительности, процесс разложения клетчатки проходил несколько замедленнее вследствие неблагоприятных условий (большие глубины и низкие температуры в придонных слоях воды).
Изучение сезонной динамики различных групп клетчатковых микроорганизмов в грунтах (табл. 4) показало, что в разложении клетчатки участвуют все три группы целлюлозоразрушающих микроорганизмов при численном превосходстве бактерий (48,6 тыс. кл./г) летом, а грибов (20 тыс. кл./г) и актиномицетов (42 тыс. кл./г) - осенью.
Таблица 4. Количественное распределение групп микроорганизмов в грунтах Бухтарминского водохранилища в 1962 г., тыс. кл./г сырого грунта
Численность клетчатковых в грунтах Бухтарминского водохранилища значительно выше, чем в грунтах других водохранилищ. В грунтах Мингечаурского водохранилища обнаружены 100-200 кл./г сырого грунта, и основным разрушителем клетчатки здесь являются грибы (Салманов, 1960). В Рыбинском водохранилище С. А. Крашенинниковой (1958) обнаружены 1000 кл./г, а на скошенной растительности 10000 кл./г. Для Новосибирского водохранилища Т. И. Шестакова (1961) приводит данные от 100 до 100 тыс. кл./г.
Кроме наблюдений за количественным распределением клетчатковых микроорганизмов, нами изучалась активность некоторых из них, выделенных в чистую культуру. За 20 дней лабораторная культура Sorangium cellulozum разложила 54,4%, Sporozitophaga mухоcoccoides - 27,9%, Vibrio vulgaris - 20,8% и актиномицеты - 30,7% клетчатки в виде фильтровальной бумаги.
Наиболее активными разрушителями оказались бактерии.
Результаты исследования показали, что в Бухтарминском водохранилище в первые годы его наполнения интенсивное развитие клетчатковых микроорганизмов обусловливается огромным количеством затопленной растительности и другими благоприятными условиями для жизнедеятельности этой группы микробов. Лучшие условия для развития клетчатковых были созданы в верхней, мелководной, части водоема.
Литература
Имшенецкий А. А., 1953. Микробиология целлюлозы. М., Изд-во АН СССР, М., 1953.
Крашенинникова С. А. Микробиологические процессы распада водной растительности литорали Рыбинского водохранилища. "Бюллетень Инст. биол. водохр.", 1958, № 2.
Кузнецов С. И. Микробиологическая характеристика Волжских водохранилищ. Труды Инст. биол. водохр, М. - Л., Изд-во АН СССР, т. 1 (4), 1959.
Пушкинская О. И. К методике количественного учета микроорганизмов, способных разлагать клетчатку в почве. "Микробиология", т. XXIII, вып. 1. М., 1954.
Салманов М. А. Микробиологические процессы в Мингечаурском водохранилище. Труды Инст. биол. водохр., вып. 3. Л., 1960.
Сысуева А. Ф. Микробиологические исследования Кременчугского водохранилища в период его становления. Автореферат канд. дисс. Киев, 1963.
Шестакова Т. И. Бактериальное население воды и грунтов Новосибирского водохранилища по наблюдениям 1957-1958 гг. Труды Биол. инст. Сиб. отд. АН СССР, вып. 7. Новосибирск, 1961.
