Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 4
1. МИКРОБИОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА КАНАЛОВ
(обзор литературы) 10
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ 23
БАКТЕРИОШІАНКТОН КАНМОВ 30
Канал Северский Донец-Донбасс 30
Канал Иртыш-Караганда 59
Канал Днепр-Кривой Рог 65
Северо-Крымский канал 76
Каракумский канал 91
4. БАКТЕРИОСТОК КАНАЛОВ 94
Канал Северский Донец-Донбасс 94
Канал Днепр-Кривой Рог III
Северо-Крымский канал 115
5. БАКТЕРИОБЕНТОС КАНАЛОВ 124
5.1. Канал Северский Донец-Донбасс 124
Численность бактерий в иловых отложениях 128
Бактерии в обрастаниях нитчатых водорослей 132
Численность бактерий в обрастаниях высших водных растений 137
5.2. Канал Днепр-Кривой Рог 142
Численность бактерий в отложениях . . 143
Распределение бактерий в обрастаниях высших водных растений 147
5.3. Северо-Крымский канал 152
Численность бактерий в грунтах . . . 154
Бактерии в обрастаниях высших
водных растений 159
6. ДЕСТРУКЦИЯ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА В КАНАЛАХ ... 162
Деструкция органического вещества в воде . . 163
Деструкция органического вещества в донных отложениях 177
Изучение деструкции органического вещества в экспериментальных условиях на моделях водотоков 186
Деструкция синезеленых водорослей . . 188
Деструкция высших водных растений . . 232
7. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ БАКТЕРИОШІАНКТОНА
И БАКТЕРИОБЕНТОСА В КАНАЛАХ ..... 261
Бактериопланктон 261
Бактериобентос 281
8. РОЛЬ БАКТЕРИЙ В ФОРМИРОВАНИИ КАЧЕСТВА ВОДЫ
В КАНАШ 292
9. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ И ПУТИ РЕГУ
ЛИРОВАНИЯ БАКТЕРИОШІАНКТОНА И БАКТЕРИОБЕНТОСА
В КАНАШ 308
ВЫВОДЫ 326
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 332
Введение к работе
Неравномерное распределение водных ресурсов по территории СССР, часто несоответствующее развитию производительных сил тех или иных районов, вызывает необходимость перераспределения водного стока из мест с избыточными запасами воды в засушливые и недостаточно увлажненные регионы, испытывающие водный дефицит. Перераспределение стока рек осуществляется по сложным водохозяйственным системам, включающим как обязательный элемент открытые искусственные водотоки - каналы. В настоящее время созданы крупные водохозяйственные системы, ежегодно перераспределяющие около 50 км3 воды. К ним относятся каналы Северо-Крым-ский, Ирть;ш-Караганда, Каракумский, Днепр-Донбасс, Амубухарский и др. В XI пятилетке и до 1990 г. намечено проведение подготовительных работ по переброске части стока северных рек в бассейн Волгк, а также научных разработок по переброске части вод сибирских рек в Среднюю Азию и Казахстан. В недалеком будущем страна приступит к осуществлению проектов крупномасштабных перебросок стока с помощью каналов протяженностью несколько тысяч километров.
Искусственные водотоки - каналы представляют собой специфическую категорию водных объектов. Они существенно отличаются от естественных водотоков - рек рядом присущих им особенностей. Русло кангшов, устроенное в выемке или насыпи грунта, имеет . постоянный поперечный профиль и глубину воды, характеризуется отсутствием мелководных отмелей, перекатов, омутов и т.д. Ложе каналов, ісак правило, частично или полностью облицовано твердыми покрытиями. Расходы воды в них уменьшаются от головных участков it конечным вследствие водопользования из канала; в
5 большинстве! случаев у них отсутствует водосборная площадь. Для каналов характерно наличие по трассе насосных станций и других гидротехнических сооружений, определяющих гидрологический режим искусственных водотоков.
Специфические черты, характерные для каналов, обусловливают во многом свойственные только им закономерности развития и функционирования сообществ гидробионтов, направленность биологических процессов и формирования качества воды. Бактериопланк-тон и бакториобентос, осуществляющие деструкцию органических соединений и играющие важную роль в круговороте веществ, имеют определяющее значение для формирования гидрохимического и гидробиологического режимов, процессов самоочищения в каналах. Без знания закономерностей формирования и функционирования бактериофлоры, микробиологических процессов деструкции органического вещества невозможно составление прогнозов гидрохимического, гидробиологического режимов и качества воды в искусственных водотоках. На этих материалах базируется разработка путей регулирования процессов формирования качества воды в каналах.
Микробиологические исследования каналов различного назначения проводились в большинстве случаев эпизодически и в основном с санитарно-гигиенической точки зрения, структурно-функциональные особенности бактериофлоры искусственных водотоков почти не изучены. Материалы о микробиологических процессах и роли бактерий в формировании качества воды в каналах в литературе отсутствуют.
Данная работа выполнялась как часть комплексных исследований, проводимых Институтом гидробиологии АН УССР, в том числе в рамках теш, разрабатываемых по постановлениям Совета Министров УССР О» 530 от 2.XI.1975 г.), Госкомитета по науке и техни-
ке СССР (to 242 от 21.УІ.1976 г.), Госкомитета по науке и технике СССР, Госплана СССР, Академии наук СССР (№> 475, 251, 131 от 12.ХП. 1980 г.).
Целью работы является установление закономерностей формирования баї с териопланктона и бактериобентоса, их роли в процессах формирования качества воды в каналах, разработка путей регулирования микробиологических процессов и бактериологических показателей качества воды в искусственных водотоках.
В задачи исследований входило:
изучение в каналах динамики численности бактериопланктона, бактериобентоса и определяющих ее факторов;
изучение и количественная оценка бактериального стока каналов;
исследование процессов деструкции органического вещества в каналах, а также на экспериментальных моделях водотоков в зависимости эт конструкции ложа;
установление роли бактериофлоры и микробиологических процессов в формировании качества воды;
разработка принципов прогнозирования и путей регулирования бактериопланктона и бактериобентоса в искусственных водотоках.
На.учная новизна исследований. В результате обобщения собственных материалов многолетних исследований каналов и литературных данных впервые установлены закономерности формирования бактериопланктона и бактериобентоса в каналах в зависимости от конструктивных особенностей искусственных водотоков и их водоисточников.
Изучен бактериальный сток каналов и дана его количественная характеристика в общем планктостоке, выявлены связи с
7 внутриводоеиными факторами и процессами.
Впервые изучены и количественно оценены интенсивность и направленность деструкции органического вещества, особенности этого процесса в каналах с различными конструктивными характеристиками, роль бактериофлоры в формировании качества воды в искусственных водотоках.
На основе установленных закономерностей сформулированы основные принципы прогнозирования развития бактериопланктона, бактериобентоса и микробиологических процессов деструкции органического вещества в каналах и предложены пути их регулирования.
Результаты многолетних исследований каналов, анализ и обобщение микробиологических, гидрохимических и гидробиологических данных, а '.гакже литературных материалов позволили установить следующие основные закономерности формирования бактериофлоры в каналах. Бактериопланктон в искусственных водотоках формируется в основном под влиянием внутриводоемных факторов и процессов, ведущими из которых являются развитие, видовой состав, функционирование фитопланктона и фитобентоса как первичнопродуцентов органического вещества, перераспределение иловых отложений, динамика содержания взвешенных веществ, интенсивность и направленность процесса деструкции органических соединений. Существенное значение для количественных показателей и динамики бактериопланктона ішеет поступление бактерий и органического вещества из водоисточника, а также по трассе канала.
Формирование и обилие бактериобентоса обусловлены характером ложа водотока, химическим и механическим составом донных отложений, особенно количеством и качеством органических соединений в них, поступлением из водоисточника и осаждением в каналах взвешенных веществ, в том числе фитопланктона.
Установлено, что интенсивность и направленность процессов деструкции органического вещества существенно определяются конструктивными особенностями каналов, в частности характером их ложа, который в значительной степени обусловливает структурные и функциональные характеристики формирующейся в нем бактериофлоры. В облицованных искусственных водотоках, откосы которых укреплены твердыми покрытиями (бетоном, щебнем), при невысокой интенсивности деструкции наблюдается трансформация части органического вещества в биохимически устойчивые соединения и их накопление в воде и донных отложениях. Необлицованным каналам с грунтовым ложем свойственно интенсивное разложение органического вещества, преимущественно до окисленных минеральных продуктов.
Функционирование бактериопланктона и бактериобентоса, определяя скорость, полноту и направленность процесса деструкции органического вещества, обусловливает в значительной степени баланс между его поступлением, первичным продуцированием и разложением, являющийся ведущим фактором формирования качества воды в искусственных водотоках.
Исходя из закономерностей формирования бактериопланктона и бактериобентоса, их роли в формировании качества воды в каналах, разработаны принципы прогнозирования численности бактерий и процессов деструкции органического вещества и предложены некоторые пути их регулирования. Основными из них являются: выбор места и конструкция водозабора в канал, определяющие поступление в него бактериопланктона; характер ложа водотока, обусловливающий интенсивность и направленность деструкции органического вещества бактериопланктоном и бактериобентосом, т.е. процессы самоочищения в каналах; меры, направленные на уменьшение содержания органического вещества как аллохтонного, так и первичнопродуци-
9 рованного в искусственном водотоке (характер водоисточника, гидрологический режим, конструкция ложа канала и др.).
Полученные материалы использованы ВНИИВО и Укргидропроектом при разработке экспериментального водоохранного комплекса на ка-нале Днепр-Донбасс. Сформулированные принципы прогнозирования применены при составлении прогноза микробиологического режима каналов проектируемого водохозяйственного комплекса Дунай-Днепр, переданного Укргипроводхозу. Составлены и переданы ЦКИПИВЛ Укр-промводчермет и Предприятию по эксплуатации канала Иртыш-Караганда заключения о микробиологическом режиме и формировании качества воды в каналах Северекий Донец-Донбасс и Иртыш-Караганда.
При анализе, сведении и обобщении материалов, кроме данных, полученных автором, в работе использованы результаты гидрохимических анализов воды, грунтов и донных отложений каналов, выполненные в отделе гидрохимии Института гидробиологии Ж УССР, а также ЦКИПИВЛ Укрпромводчермет. По мере необходимости частично приведены данные по фито- и зоостоку каналов УССР, любезно предоставленные старшими научными сотрудниками О.Г.Кафтанниковой, Л .Н.Черницкой, младшим научным сотрудником Р.А.Калиниченко (отдел санитарной гидробиологии). Использованы также материалы выполненное под нашим руководством диссертации В.М.Якушина по эпифитной бактериофлоре высших водных растений и разложению макрофитов.
Пользуюсь случаем выразить благодарность названным сотрудникам за предоставленные данные. Выражаю глубокую и искреннюю благодарность докт.биол.наук, проф. О.П.Оксиюк за ценные советы и консультативную помощь при выполнении данных исследований.
