Биологическая реабилитация водоемов методом коррекции альгоценоза
В. В. Кульнев, В. Т. Лухтанов
ООО НПО «Альгобиотехнология», г. Воронеж, Российская Федерация
На сегодняшний день существует насущная проблема связанная с «цветением» воды. Чаще всего она вызвана размножением представителей трех родов синезеленых водорослей, таких как Anabaena, Aphanizomenon и Microcystis [2]. Они являются эврибионтными видами и в массе развиваются в водоемах независимо от их размеров, типов или географического положения. Процесс их развития представляется нежелательным явлением для водоема, поскольку приводит к неблагоприятной экологической обстановке, обусловленной ухудшением кислородного режима и поступлением в воду токсичных веществ, образующихся в процессе жизнедеятельности цианобактерий.
Кроме того, в процессе своей жизнедеятельности синезеленые водоросли угнетают высшую водную растительность. У водных растений, покрытых этими водорослями, замедлен фотосинтез, они плохо усваивают минеральные вещества и в результате ослабевают и отстают в росте. Развитие сине-зеленых водорослей на грунте приводит к застойным явлениям и снижению окислительно-восстановительного потенциала (Eh), поэтому под ними накапливаются токсичные продукты их обмена веществ: аммиак, нитриты, сероводород, метан и пр. Они сдвигают значение рН воды в щелочную сторону. Развиваются они и в слабощелочной воде (оптимум рН 7,5—9,5), поэтому их присутствие может в большинстве случаев служить биологическим индикатором рН среды. При массовом отмирании сине-зеленые водоросли выделяют неприятный запах. Установлена токсическая природа веществ, выделяемых в воду сине-зелеными водорослями, что делает их присутствие в водоеме нежелательным. Отдельные представители родов Microcystis и Anabaena вызывают гибель дафний, трубочников, мальков, а во время «цветения воды» даже взрослых рыб.
Для борьбы с «цветением» водоемов применяются различные современные методы биологической, физической и химической очистки поверхностных вод. Однако, наиболее эффективным на сегодняшний день является метод биологической борьбы с «цветением».
Определённая часть синезелёных водорослей может использоваться зоопланктоном. Однако это не говорит о том, что беспозвоночные могут оказать сколько-нибудь существенное влияние на снижение биомассы сине-зеленых водорослей в период их массового развития, тождественного «цветению» воды. Так как с экологической точки зрения, накопление в водоёмах при эвтрофикации избыточной биомассы синезеленых водорослей есть следствие того, что большинство таксонов цианобактерий являются тупиком в пищевых цепях гидробионтов.
Следует отметить, что рыбы-фитофаги при использовании в пищу цианобактерий кардинально повлиять или хотя бы снизить биомассу сине-зеленых водорослей в период «цветения», не в состоянии. Поэтому применение растительноядных рыб (белый толстолобик, пестрый толстолобик) для борьбы с «цветением» водоемов не всегда оправдывает ожидаемые результаты.
Проведенные эксперименты и практика показали, что высокую эффективность при решении этой проблемы обеспечивает введение в водоём (альголизация) оригинального штамма с уникальными свойствами одноклеточной зеленой микроводоросли – хлореллы, которая проявляет антагонизм к синезеленым водорослям.
Хлорелла считается долгожительницей нашей планеты, существование которой измеряется более чем тремя миллиардами лет. Она представляет собой мелкую, шаровидную или эллипсоидную клетку размером около 8 мкм. При нормальных условиях количество хлореллы учетверяется в течение суток, и такое происходит уже более трех миллиардoв лет. Она энергично фотосинтезирует, поглощая углекислый газ и насыщая водоём и воздух кислородом, и при этом обогащается питательными веществами, поглощая их всей поверхностью клетки. В процессе фотосинтеза хлорелла способна использовать до 12% световой энергии, в то время как наземные растения используют только 1–2%. Хлореллa очень активно уничтожает патогенные организмы при достаточном количестве света. Это касается любой микроводоросли, рядом с которой обитают только свои бактерии-спутники, а другие она ликвидирует. Так вот у хлореллы нет бактерий-спутников - патогенов. Сущность описываемого воздействия, происходящего в живой культуре хлореллы, заключается в том, что в процессе жизнедеятельности микроводоросли происходит отмирание болезнетворных бактерий.
Процессы, протекающие в водоемах альголизированных штаммом Chlorella vulgaris ИФР №С-111, основаны на его уникальности, которая заключается в обладании рядом отличительных свойств:
• планктонность - способность к свободному парению в толще воды;
• равномерное распределение клеток в среде развития;
• отсутствие агглютинации клеток – создания колоний;
• способность создавать условия, препятствующие развитию прочих микроорганизмов;
• устойчивость к поражению вирусами, риккетсиями и бактериями;
• невосприимчивость к альгофагам;
Этими свойствами Chlorella vulgaris ИФР №С-111 отличается от всех известных и использующихся штаммов.
Попадая в водоем, Chlorella vulgaris ИФР №С-111 не осаждается на дно и не прилипает к высшей растительности, а парит в верхнем (до 40 – 160 сантиметров) слое воды интенсивно фотосинтезируя и делясь. За несколько дней хлорелла становится доминирующей микроводорослью в указанном слое воды, насыщая его кислородом и удаляя из него излишки углекислого газа, органических и неорганических веществ. При этом уничтожается вся патогенная микрофлора. Поскольку хлорелла является наилучшим кормом для зоопланктона, то численность его в водоеме увеличивается в разы. При альголизации водоема в весенние месяцы массового развития сине-зеленых водорослей не происходит, так как хлорелла успевает поглотить биогены необходимые для их развития. Когда водоем уже заражен сине-зелеными водорослями введение нашего штамма позволяет лизировать их скопления и перевести продукты разложения в процессе фотосинтеза в белок, липиды, и т. д. входящие в структуру хлореллы.
Штамм защищен патентом РФ № 1751981 и принят на депонирование Институтом физиологии растений им. К.А. Тимирязева Российской Академии наук.
Метод введения в водоем зеленой водоросли – хлореллы кроме решения основной поставленной задачи – ликвидации «цветения» синезелеными водорослями обеспечивает:
- значительное улучшение качества воды по концентрации химических элементов;
-существенное снижение бактериальной обсемененности воды патогенной микрофлорой;
-увеличение количества растворенного кислорода в воде до нормы в течении всего вегетативного периода;
-увеличение кормовых ресурсов фауны водоемов;
-отказ от применения известкования рыбоводных прудов и других способов угнетения фито- и зоопланктона.
Метод не имеет экологических проблем, так как все процессы, которые он вызывает в водоёме, направлены на улучшение качества воды, увеличение в ней растворенного кислорода и уничтожение патогенных бактерий. Сама хлорелла является полезным кормом для микрофауны водоёма.
Метод применим для любого пресноводного водоёма как естественного, так и искусственного происхождения. После выполнения своей миссии этот метод не нарушает требуемого баланса флоры и фауны.
Метод не имеет экономической альтернативы, так как затраты на его осуществление в десятки раз ниже любого другого способа борьбы с «цветением» водоемов, а получаемые дивиденды значительно увеличиваются за счет дополнительных, положительных результатов.
В качестве количественного критерия оценки предлагается использовать уточненный суммарный показатель загрязнения. Данный показатель является интегральным и позволяет охарактеризовать геоэкологическую обстановку территории исследования, в частности акватории водоема.
Уточнённый суммарный показатель загрязнения рассчитывается по формуле:
n| Sy | Ранг |
| -3<*<-1 | Природный фон |
| -1<*<0 | Техногенный фон |
| 0<*<2 | Экологическая норма |
| 2*<4 | Экологический риск |
| 4<*<8 | Компенсируемый кризис |
| >16 | Некомпенсируемый кризис |
| Бедствие |