Микробиота водных источников

Природные воды, как и почва, являются естественной и достаточно благоприятной средой обитания многих микроорганизмов, где они способны жить, размножаться, участвовать в процессах круговорота углерода, азота, серы, железа и других элементов. Микробиота водных источников носит случайный характер, но в нее входят и некоторые постоянные виды. Количественный и качественный состав микроорганизмов природных вод разнообразен. Численность микроорганизмов в воде определяется главным образом содержанием в ней органических и минеральных веществ, физико-химическим состоянием, температурой, рН воды, концентрацией кислорода и углекислого газа. В 1см³ воды количество микробных клеток может превышать несколько миллионов.

Микробиологическая составляющая природных водных биоценозов представлена водорослями, простейшими, бактериями, мицелиальными грибами, вирусами. Между ними существуют сложные взаимоотношения. Так, на поверхности водоема микроорганизмы образуют пленку, в которой происходит фотосинтез. На дне, особенно илистом, благоприятны анаэробные условия для гниения и брожения, хемоавтотрофного, метилтрофного и гетеротрофного синтеза. В воде, богатой сероводородом, встречаются фотосинтезирующие бактерии. В воде с низким содержанием органических соединений обитают сапрофитные микроорганизмы, довольствующиеся малым количеством питательных субстратов. При большом поступлении органических веществ (например, во время весенних паводков) в воде происходит рост микроорганизмов, стимулируется их потребление простейшими, что приводит к распространению водорослей и так называемому «цветению воды». Так, одна инфузория способна поглотить за 1 час до 30 тысяч бактериальных клеток, а хлорелла при массовом развитии на свету вызывает быструю гибель кишечной палочки. Патогенные микроорганизмы быстрее погибают в загрязненной воде и медленнее – в чистой. В загрязненной воде могут присутствовать микробы-антагонисты и фаги. Подобные ассоциативные и антагонистические формы взаимоотношений между микроорганизмами способствуют поддержанию экологического равновесия в гидросфере.

По происхождению природные воды подразделяются на атмосферные (осадки), подземные (ключевые и минеральные, грунтовые воды верхних слоев - колодезные, грунтовые воды глубокого залегания – артезианские), поверхностные естественные (океаны, моря, реки, озера, болота) и поверхностные искусственные (каналы, водохранилища, пруды).

Атмосферные воды встречаются в виде дождя, снега, града, льда. Дождевая вода бедна микроорганизмами и обогащается ими, захватывая и увлекая из воздуха мельчайшие частицы пыли. Поэтому в дождевой воде, собранной в городской местности микроорганизмов значительно больше, чем в собранной над сельской.

Снег, как и дождевая вода, практически свободен от микробных клеток и все же в 1 см³ только что выпавшего и растопленного снега даже в самые сильные морозы насчитывается от нескольких десятков до нескольких сотен микроорганизмов.

Численный и видовой состав микроорганизмов града и льда различен и зависит от качества воды, из которой они образовались.

Подземные воды. Состав подземных вод - артезианской, ключевой, грунтовой зависит главным образом от глубины залегания водоносного слоя, его защищенности от попадания загрязнений извне.

Ключами, источниками или родниками называют естественные выходы подземных вод на поверхность Земли. Холодные источники образуются преимущественно водами атмосферного происхождения, которые они получают из водоносных слоев различного залегания. Горячие источники обусловлены выходом воды глубинного происхождения, поднявшейся из недр земли по трещинам. Проходя через породы различного состава, воды этой группы обогащаются растворенными веществами и газами и тем самым становятся минеральными водами.

Глубокие почвенные воды – ключевые, родниковые - чище вод более верхних слоев, так как, фильтруясь через породы, они освобождаются от взвесей и микроорганизмов. Но, смешиваясь с грязными потоками воды во время дождя, ключевые и родниковые воды могут содержать до нескольких тысяч микробных клеток в 1 см³.

Артезианские воды, находящиеся на больших глубинах, практически не содержат микроорганизмов.

Подземные воды, добываемые через обычные колодцы из неглубоких водоносных слоев, куда могут просачиваться поверхностные загрязнения, содержат значительное количество микробных клеток, среди которых могут быть и болезнетворные. Чем ближе к поверхности расположены грунтовые воды, тем обильнее количественный и качественный состав микроорганизмов. Особенно много микроорганизмов, в том числе и патогенных, содержится в грунтовых водах неглубокого залегания – на глубине порядка 1÷ 3 метров.

Поверхностные воды локализованы вестественных и искусственных углублениях суши и соответственно бывают естественными – океаны, моря, реки, озера, болота, и искусственными - водохранилища, пруды, судоходные и оросительные каналы.

В водах Мирового океана обитают микроорганизмы, приспособившиеся к высокой концентрации минеральных солей – так называемые галофилы.В океанической и морской воде микроорганизмов меньше, чем в пресной, и количество их уменьшается по мере удаления от берега. На глубине 1 км в 1 см³ морской воды обнаружены единичные бактерии, на глубине более 4 км гнилостных бактерий практически нет и гнилостные процессы на таких глубинах не наблюдаются. В морской воде, в том числе и арктических морей, обнаружены дрожжевые микроорганизмы. Например, из вод Индийского океана выделено 74 вида дрожжей; дрожжи обнаружены на больших глубинах Черного моря, насыщенных сероводородом.

В водах Мирового океана были обнаружены бактерии различных родов – Micrococcus, Sarcina, спорообразующие и неспорообразующие, подвижные и неподвижные палочки - Pseudomonas, Achromobacter, Flavobacterium, Bacillus, микобактерии, миксобактерии (род Cytophaga), коринебактерии (род Corinebacterium), вибрионы (род Vibrio), а также дрожжи родов Candida, Debariomyces, Hansenula, Saccharomyces, Torulopsis, Rhodotorula, Pichia и др. актиномицеты и некоторые грибы.

Речная проточная вода содержит разное количество микроорганизмов в зависимости от времени года, питающих ее источников, территории, по которой протекает река. Весной и осенью, в период половодий и дождей, когда в воде содержится много органического вещества, численность микроорганизмов, среди которых могут быть и патогенные, резко возрастает.

Речная вода, протекающая через населенные пункты, сильно загрязняется хозяйственно-бытовыми и промышленными стоками, поэтому на выходе из населенного пункта в ней содержится гораздо больше микроорганизмов, чем на входе. Но постепенно, вниз по течению, вода очищается. Это самоочищение происходит вследствие оседания нерастворимых осадков, разбавления и биохимических процессов, вызываемых бактериями, водорослями и другими низшими растениями и животными. Самоочищение – важное явление, облегчающее поддержание нормального санитарного режима в водоеме.

Количество микроорганизмов в речной воде в течение лета уменьшается вследствие действия ультрафиолетовых лучей солнечного спектра, а в осенние и зимние месяцы увеличивается.

В воде водоемов микроорганизмы перерабатывают органические остатки, однако питательные вещества содержатся в ней в очень разбавленном виде. Обитающие в ней микробы – водные бактерии, разнообразные водоросли приспособились к этим условиям. Но в воде встречаются и многочисленные почвенные бактерии, попадающие из почвы, и их тем больше, чем теснее соприкасается вода с почвой.

Озера в большинстве своем являются водоемами со стоячей водой, но бывают и сточным, то есть дающими начало реки. По степени минерализации озера подразделяются на пресные, солоноватые и соленые. Существует заметная разница в минеральном составе, температуре, прозрачности воды, условиях аэрации различных озер, что обусловливает значительные колебания численности микроорганизмов в них. Вдали от берегов в 1 см³ озерной воды могут содержаться единицы и десятки микробных клеток, в прибрежных загрязненных водах – сотни тысяч и миллионы клеток.

Зеленые водоросли в процессе фотосинтеза выделяют в воду кислород, благодаря которому в воде происходят окислительные процессы. На дне водоемов кислорода меньше и окисление органических веществ идет медленнее. В результате образуется продукт неполного окисления – ил, густо заселенный микроорганизмами. Они находятся лишь на поверхности ила, а на глубине в 1-2 см их уже немного. В 1 г ила обнаруживаются тысячи и сотни тысяч микробов.

Болота представляют собой неглубокие, частично или полностью закрытые сверху растительностью, скопления воды, в которых образуется торф (переходное состояние между водой и сушей). Болота могут быть низинными, если они питаются грунтовыми водами, и верховыми, питающимися за счет атмосферных осадков. Болотная вода характеризуется высокой кислотностью, крайне слабой минерализацией, высоким содержанием органических соединений и практически полным отсутствием растворенного в ней кислорода. Основными представителями микробиоты болот являются ассоциации анаэробных водородвыделяющих и метанобразующих бактерий. Вследствие этого болотная вода всегда насыщена метаном и другие группы микроорганизмов здесь не развиваются, так как метан и сероводород для них ядовиты.

Из искусственных, сооружаемых человеком, водоемов наибольшее значение имеют водохранилища, пруды, судоходные и оросительные каналы.

Водохранилища имеют многоцелевое назначение и используются для регулирования стока рек, водоснабжения, нужд гидроэнергетики, рыбного хозяйства и т.п. Частые сезонные колебания уровня водохранилищ приводят к резким изменениям численности микроорганизмов в них - от 1× 10 ⁶ до

2 × 10 ⁹ в 1 см³.

Все типы прудов (плотинные, выкопанные, наливные) представляют собой мелкие водоемы с небольшой площадью водного зеркала, часто спускаемые на зиму. Они предназначены для рыборазведения, водоснабжения населенных пунктов, полива полей, водопоя скота и других целей. Численный и видовой состав микроорганизмов в прудах зависит от их происхождения и хозяйственного использования и может достигать нескольких миллионов КОЕ/см³.

Наиболее типичными и постоянными микроорганизмами пресных вод являются флуоресцирующие, пигментообразующие и лишенные пигмента аэробные бактерии родов Pseudomonas, Micrococcus, Sarcina, Spirillum и др., спорообразующие бактерии рода Bacillus и др. (табл.3). Встречаются типичные водные грибы из родов Mucor и Fusarium, а также актиномицеты. В чистых водоемах до 80% всех аэробных сапрофитных микроорганизмов составляют кокковые формы и около 20% - палочковидные бактерии.

Таблица 3