Видовой состав, динамика численности и токсичность цианобактерий шершневского водохранилища (стр. 2 )

Рис. 2. Среднемесячные показатели численности клеток цианобактерий в воде Шершневского водохранилища в гг.

Единственным из исследуемых факторов, оказавшим достоверное влияние на численность клеток цианобактерий, стала солнечная активность, выраженная в числах Вольфа (R=0,731; R2=0,534, F=6,88; p=0,039). Снижение солнечной активности приводило к увеличению численности клеток цианобактерий. Механизм влияния солнечной активности на концентрацию клеток цианобактерий не ясен.

Видовой состав доминантного комплекса цианобактерий в гг.

Каким бы ни был разнообразным видовой состав, общую картину «цветения» определяют, чаще всего, 2-3 вида, а иногда даже один вид. За период исследований с 2004 (июль-сентябрь) по 2007 год мы наблюдали несколько вариантов развития процессов «цветения» водоема.

Кратко характеризуя результаты анализа смены доминантов цианобактерий за период гг., следует отметить следующие особенности. По составу доминантов между собой сходство обнаруживают 2004 и 2005 гг., а также 2006 и 2007 гг. (рисунки 3, 4).

Рис. 3. Смена доминантов цианобактерий в 2004 и 2005 гг.

2004 и 2005 гг. характеризуются присутствием Aphanizomenon flos-aquae и цианобактерий рода Microcystis и периодической сменой их друг другом. В годах (рисунок 4) в начале года присутствует пик развития Anabaena flos-aquae, затем доминирует Aphanizomenon flos-aquae и в конце лета появляется Oscillatoria agardhii.

Рис. 4. Смена доминантов цианобактерий в 2006 и 2007 гг.

Следует отметить, что в данных по общей численности цианобактерий в воде наблюдается та же закономерность – годы отличаются от годов.

При анализе данных по доминированию разных видов цианобактерий за гг. было выявлено, что смена доминантов цианобактерий в Шершневском водохранилище в течение вегетационного периода подчиняется определенным закономерностям.

Для проведения анализа, данные о дате отбора проб (в частности «день и месяц») были переведены в десятичный формат, т. е. 30 дней приравнивались к единице. На рисунке 4 видно, что в альгоценозе Шершневского водохранилища цианобактерии рода Anabaena доминируют в июне, а цианобактерии рода Oscillatoria - в сентябре. Цианобактерии рода Microcystis доминируют преимущественно в августе, однако, отдельные случаи доминирования регистрировались в июле и сентябре.

Рис. 5. Время доминирования определенных родов цианобактерий в Шершневском водохранилище. Точкой обозначено значение среднего, вертикальной линией – медиана, границы прямоугольника соответствуют 95% доверительному интервалу, а отрезки, выходящие за границы прямоугольников обозначают минимальные и максимальные значения

Наиболее широкий диапазон времени доминирования характерен для Aphanizomenon flos-aquae. Цианобактерии этого рода в среднем доминируют в Шершневском водохранилище в июле – начале августа, однако, также отмечены случаи доминирования этих цианобактерий в июне и сентябре.

При сравнении средних значений температуры воды при доминировании различных родов цианобактерий были получены следующие результаты. Средняя температура воды в момент отбора пробы при доминировании осциллятории составила 14 ± 2 °С, что достоверно отличается от средних температур воды при которых доминируют Microcystis (p=0,015) и Aphanizomenon (p=0,005).

При анализе средней за неделю до отбора солнечной активности было выявлено, что среднее значение чисел Вольфа при доминировании Microcystis (31,9 ± 4,8) и Aphanizomenon (27,7 ± 5,4) была достоверно выше (F=2,9; p=0,033), чем в случае доминирования Anabaena (5,8 ± 5,7) и Oscillatoria (5,4±5,4).

Цианобактерии родов Microcystis и Oscillatoria доминировали при среднем количестве осадков в 49 и 30 мм соответственно, что достоверно ниже, чем при доминировании цианобактерий рода Aphanizomenon (72 мм).

Анализ влияния содержания биогенных веществ в воде на доминирование разных родов цианобактерий показал, что содержание аммиака (F=0,40; p=0,80); нитратов (F=0,63; p=0,64); нитритов (F=1,16; p=0,34) и общего азота (F=0,43; p=0,79) не оказывает достоверного влияния на смену доминантов цианобактерий. Содержание ортофосфатов в воде было достоверно ниже (р=0,038) при доминировании Anabaena (0,08±0,01 мг/л), чем при доминировании Microcystis (0,120 ± 0,009 мг/л). Может быть, это связано с тем, что Anabaena вступает в вегетацию в июне, когда после весеннего пика развития диатомовых концентрация фосфатов в воде несколько снижена. Однако величина 0,08 мг/л сама по себе является достаточной для развития «цветения» воды.

Возможно, более важным является в данном случае фактор проточности. При доминировании Anabaena среднее значение суммарного коэффициента поступления из Аргазинского водохранилища и с водосборной площади составило 0,37 ± 0,02, что достоверно выше, чем при доминировании Microcystis (р=0,041) и Oscillatoria (p=0.047).

Токсические свойства цианобактерий Шершневского водохранилища

Оценку острой токсичности цианобактерий Шершневского водохранилища в г. проводили на самцах мышей линии СВА, которые показали наибольшую чувствительность в предварительных исследованиях (Пряхин и др., 2005).

При внутрибрюшинном введении цианобактерий у мышей СВА наблюдались следующие симптомы: напряженность мышц, угнетение двигательной активности, затем заторможенность; периодические клонические судороги; через сутки появлялась выраженная бледность кожных покровов, поражения глаз (по типу конъюнктивитов), диарея; при введении летальных доз, развивалось выраженное угнетение двигательной активности с отказом от пищи, гибель животных наступала в течение 1-2 суток. При вскрытии погибших животных в ряде случаев наблюдали кровоизлияния в печень, инфильтраты в легких. Таким образом, можно утверждать, что токсины цианобактерий Шершневского водохранилища оказывают токсическое действие на ЦНС, вызывают поражения органов дыхания, паренхиматозных органов (печени, почек, селезенки).

Также нами проведены исследования кожной реактивности и раздражения глаз на кроликах-альбиносах с использованием пробы от 01.01.2001 г. (доминант Microcystis). Было выявлено, что цианобактерии Шершневского водохранилища обладают раздражающим действием на кожу и глаза. У всех животных была зарегистрирована четко выраженная эритема сразу после прекращения воздействия. При оценке раздражающего действия на глаза было выявлено, что через 1 час после аппликации цианобактерий к передней поверхности глаза у кроликов регистрировалось измененное состояние слизистой глаза – диффузный темно-красный цвет и отечность мигательной мембраны. Это свидетельствует о наличии раздражающего действия цианобактерий на глаза. Через 48 часов состояние тестируемого глаза не отличалось от контрольного.

Динамика токсичности цианобактерий в гг.

При оценке токсических свойств цианобактерий Шершневского водохранилища было выявлено, что LD50 варьирует в широких пределах – от 48,4 до 572 мг/кг, причем за короткие сроки этот показатель мог меняться почти в 10 раз (например, от 442,1 до 48,4 мг/кг за одну неделю). Общее количество проанализированных проб составило 43. Результаты анализа острой токсичности проб цианобактерий представлены в таблице 3. При анализе характера распределения значений ЛД50 было выявлено, что данные лучше всего описываются логнормальным распределением (D критерий Колмогорова-Смирнова = 0,15; р ≥ 0,1) (Рисунок 19).

Распределение данных по ЛД50 имело следующие характеристики: среднее значение 126 мг/кг (доверительный интервал 103-154 мг/кг); медиана 102 мг/кг (доверительный интервалмг/кг); максимум 572 мг/кг; минимум 48 мг/кг. Из 43 проанализированных проб в соответствии с классификацией ВОЗ, 21 пробу (49%) можно было отнести к высокотоксичным (ЛД50 < 100мг/кг); 21 пробу (49%) – к умеренно токсичным (ЛД50 100-500 мг/кг); 1 пробу (2%) – к низкотоксичным (ЛД50 500 – 1000 мг/кг).

Таблица 3

Динамика ЛД50 проб цианобактерий

Дата	LD50, мг/кг	95% доверительный интервал, мг/кг	Состав пробы, %
Microcystis	Aphanizomenon	Anabaena	Oscillatoria
04.08.2004	77	71-86	99,8	0,2	0	0
24.08.2004	142	121-175	92,5	7,46	0,04	0
22.09.2004	102	96-113	45,1	52,4	2,5	0
01.10.2004	62	42-83	0,1	99,9	0	0
08.06.2005	82	70-97	51,4	26,9	21,7	0
15.06.2005	82	70-97	3,7	86,5	9,8	0
22.06.2005	383	336-427	13,3	86,6	0,1	0
29.06.2005	166	123-204	60,2	34,1	5,7	0
06.07.2005	442	396-491	0,6	99,4	0	0
14.07.2005	48	38-62	0,1	99,7	0,2	0
27.07.2005	70	60-84	98,9	0	0	1,1
03.08.2005	572	507-599	4,8	95,2	0	0
10.08.2005	67	46-93	8,3	87,3	0	4,4
17.08.2005	140	90-196	99,2	0	0	0,8
24.08.2005	76	58-105	99,8	0,2	0	0
31.08.2005	109	94-134	99,9	0,1	0	0
08.09.2005	48	38-62	99,4	0	0	0,6
15.09.2005	88	64-121	98,5	1,5	0	0
22.06.2006	94	79-115	13,3	86,6	0,1	0
28.06.2006	99	40-119	2,6	21,4	76	0
05.07.2006	106	80-140	33,1	66,9	0	0
12.07.2006	401	361-520	6,8	93,2	0	0
18.07.2006	128	101-153	33,01	65,1	1,89	0
27.07.2006	353	305-404	2,5	97,5	0	0
02.08.2006	217	168-242	52,7	47,3	0	0
16.08.2006	84	54-127	13,9	69,7	0	16,4
30.08.2006	83	59-113	12,7	0	0	87,3
05.09.2006	475	430-520	8,5	86,6	0	4,9
15.06.2007	285	232-321	0	3,8	96,2	0
21.06.2007	196	134-253	0,7	8,7	90,6	0
05.07.2007	77	54-127	0	98,5	1,5	0
12.07.2007	155	132-200	0,5	97	2,5	0
19.07.2007	93	76-108	0	82	18	0
26.07.2007	153	131-177	3	81	13	3
09.08.2007	161	152-185	10	37	6	47
16.08.2007	114	101-126	20,1	41,4	1,9	36,6
23.08.2007	325	279-391	15,5	32,5	2,8	49,2
30.08.2007	73	62-89	7,4	50	0,1	42,5
06.09.2007	93	80-111	0,5	38,6	0,8	60,1
13.09.2007	69	59-84	27,1	0	0	72,9
27.09.2007	77	66-93	1,3	6	0,1	92,6