Введение к работе
Актуальность темы. В современных условиях практически все морские экосистемы подвергаются антропогенному влиянию, которое проявляется как в виде массивного непосредственного загрязнения (в прибрежных районах Мирового океана, во внутренних полузамкнутых морях, таких, как Балтийское, Средиземное), так и в виде факторов малой интенсивности - низких доз устойчивых химических загрязнений. Опасность этих факторов заключается в хроническом характере их поступления (в открытых районах Мирового океана, удаленных от индустриальных центров - таких, как Берингово, Чукотское моря) и воздействия на морские экосистемы.
В системе долгопериодного экологического мониторинга Мирового океана особое место отводится изучению микробиологического режима. Микроорганизмы - наиболее активный и пластичный компонент морских биоценозов. Связь морской микрофлоры с загрязнением среды имеет два аспекта: I) морские микроорганизмы являются индикаторами загрязнения морей разнообразными органическими веществами и одновременно в процессе своей жизнедеятельности они способствуют самоочищению среды от этих веществ; 2) микроорганизмы сами являются источником загрязнения морской воды и гидробионтов.
Наряду с необходимостью разработки и усовершенствования микробиологических показателей и методов для системы комплексных исследований и мониторинга Мирового океана, актуальность выбранной темы обусловлена развитием новой области современной океанологии -- антропогенной экологии океана и разработкой одной из важных теоретических концепций ее - концепции ассимиляционной емкости морской экосистемы /Израэль, Цыбань, 1Э8Э/.
До настоящего времени бактериальные сообщества по-прежнему остаются слабо изученными компонентами морских экосистем, особенно в фоновых районах Мирового океана. Учитывая особое место микробиологических показателей в ряду важнейших процессов, определяющих экологическую ситуацию в Мировом океане и позволяющих прогнозировать ее изменения под влиянием антропогенных факторов, изучение бактериального населения морей и его роли в самоочищении морской среды от загрязняющих веществ приобретают особую актуальность.
Цель и задачи исследований. Цель работы - изучить экологические свойства гетеротрофной компоненты микробных ценозов в Балтийском и Беринговом морях, определить ее роль в разрушении органи-
ческих загрязняющих веществ в морской среде. Конкретные задачи исследований включали:
-
Усовершенствование и адаптацию традиционных методов микробиологического анализа морской воды применительно к условиям широкомасштабных морских экспедиций.
-
Анализ количественных закономерностей распределения общей численности микроорганизмов в водной толще Балтийского и Берингова морей и определение связей бактериопланктона с отдельными абиотическими и биотическими параметрами морской экосистемы.
-
Изучение количественных закономерностей распределения гетеротрофной сапрофитной микрофлоры и групп гетеротрофных микроорганизмов, окисляющих алифатические углеводороды, трансформирующих полициклические и полихлорированные углеводороды (индикаторная микрофлора) в обследованных районах Балтийского и Берингова морей. Определение доли гетеротрофных сапрофитных бактерий и индикаторных микроорганизмов в бактериопланктоне, изучение морфологического состава и таксономической принадлежности сапрофитной микрофлоры, ее связей с отдельными параметрами морских экосистем.
-
Определение потенциальной способности морского бактериопланктона к разрушению органических загрязняющих веществ и оценка скорости микробного разрушения 1KB в морской среде в условиях низких температур.
Научная новизна работы. Впервые в практике морских экологических изысканий на основе долгопериодных наблюдений выполнены широкомасштабные исследования количественного распределения гетеротрофных сапрофитных бактерий, некоторых групп гетеротрофной индикаторной микрофлоры. Прослежена межгодовая динамика их численности и распространения в обследованных районах Балтийского и Берингова морей.
Впервые проведены исследования гетеротрофной сапрофитной микрофлоры и индикаторных групп бактерий в Чукотском море.
Оценены некоторые связи бактериопланктона Берингова моря с температурой, соленостью воды, концентрацией растворенного кислорода, хлорофилла "а", численностью инфузорий.
Впервые для Берингова и Чукотского морей проведена количественная оценка микробного разрушения полихлорированных бифенилов в морской среде в условиях низких температур. Показана ведущая роль микроорганизмов в трансформации низкохлорированных когерентов ПХБ.
Из разных объектов морской среды выделены индивидуальные
штаммы морских бактерий, обладающих разнообразной физиологической активностью и представляющих интерес для возможного использования в микробиологической промышленности.
Практическая ценность. Разработана, апробирована в экспедиционных условиях и внедрена в практику работ гидробиологических подразделений Госкомгидромета СССР система микробиологических показателей для комплексного экологического мониторинга морей СССР.
Усовершенствованы, адаптированы к условиям морских экспедиций и внедрены в практику работ специалистов-микробиологов морской сети Госкомгидромета СССР методы микробиологического анализа морской воды.
Результаты исследований использованы при разработках научно--исследовательских тем Плана НИР и ОКР Госкомгидромета СССР: Щ.236.10 (Международный проект "Балтика"), У.32.15 (Нормирование антропогенного воздействия на морские экосистемы), У.ЗІ.61.3 (Система экологического мониторинга морей СССР) и др.
Результаты исследований использованы при разработке Программы комплексного экологического мониторинга океана (Программы ГОНОК), которая реализуется на национальном и международном уровнях. На национальном уровне результаты автора вошли в "Обзор экологического состояния морей СССР и отдельных районов Мирового океана в 1989 г.", на международном - в Первый и Второй периодические обзоры состояния морской среды Балтийского моря, изданные под эгидой ХЕЛКОМа на английском языке соответственно в 1987 и 1990 гг.
За разработку и внедрение микробиологических показателей в систему гидробиологического контроля морей СССР, осуществляемого подразделениями морской сети Госкомгидромета СССР, за организацию и выполнение работ в области экологического мониторинга морской среды автор награжден медалями ВДНХ СССР: в 1980 г. бронзовой, в 1984 г. - серебряной.
Фактический материал. В основу работы положены результаты, полученные в ходе шести экологических экспедиций в Балтийском море (в 1976, 1978, 1979, 1982, 1987 и 1990 гг.) и трех экологических экспедиций в Беринговом море (в 1981, 1984 и 1988 гг.). В составе микробиологических отрядов- автор принимал личное участие в большинстве экспедиций, за исключением двух в Балтийском море (в 1979 и 1982 гг.), участвовал в анализе и обобщении результатов всех указанных экспедиций. Микробиологические исследования осущест-
влялись в составе комплекса гидрологических, гидрохимических и гидробиологических наблюдений. В работе, наряду с материалами автора, приведены данные по общей численности бактерий, собранные и обработанные ст.н.с. Лаборатории мониторинга природной среды и климата (ЛАМ) В.М.Кудрявцевым. Эксперименты по изучению скорости микробной трансформации ПХБ в морской среде выполнены совместно со ст.н. с. ЛАМ СМ.Черняком. В определении морфологических свойств и таксономического состава культур гетеротрофных бактерий принимали участие сотрудники кафедры микробиологии Одесского госуниверситета.
Апробация работы. Основные результаты по теме диссертации доложены на Советско-шведских совещаниях по обсуждению результатов совместных экспедиций в Балтийском море (Стокгольм, 1979; Рига, 1980; Стокгольм, 1983); на П и II Всесоюзных съездах океанологов (Севастополь, 1982; Ленинград, 1987); на Международном симпозиуме "Исследования экосистемы Балтийского моря" (Рига, 1983); на УП Всесоюзном съезде микробиологического общества (Алма-Ата, 1985); на П Международном симпозиуме "Комплексный глобальный мониторинг состояния биосферы" (Ташкент, 1985); на Советско-американских симпозиумах по обсуждению научных итогов совместных экспедиций в Беринговом море (Беркли-Спрингс, 1987; Ялта, 1990); на семинарах отдела мониторинга океана ЛАМ.
Публикации. По теме диссертации опубликованы 44 научные и научно-методические работы, получено авторское свидетельство на
штамм.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов и списка литературы, включающего 298 работ, из которых 150 на иностранных языках.