Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Ретроспективный анализ уровня микробного загрязнения Невской губы

ВАК РФ 03.00.07, Микробиология

Автореферат диссертации по теме "Ретроспективный анализ уровня микробного загрязнения Невской губы"

Министерство здравоохранения и медицинской промышленности Российской Федерации Санкт-Петербургский химико-фармацевтйческий институт

На правах рукописи

Колесникова Галина Юрьевна

РЕТРОСПЕКТИВНЫЙ АНАЛИЗ УРОВНЯ МИКРОБНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ НЕВСКОЙ ГУБЫ

03.00.07 - МИКРОБИОЛОГИЯ

гУ

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Санкт-Петербург 1996 ;

Работа выполнена ьа кафедре микробиологии Санкт-Петербургской государственной медицинской академии им. И.И. Мечникова.

Научный руководитель:

доктор медицинских наук, профессор, академик МАНЭБ В.П.Иванов.

Официальные оппоненты:

лауреат Государственной премии СССР, доктор медицинских наук, профессор А.М.Королюк,

кандидат биологических наук, доцент И.П.Соколова

Ведущая организация:

Военно-медицинская академия им.С.М. Кирова.

Защита диссертации состоится "_ 1996 г. часо

на заседании диссертационного Совета К-084.63.01 Санкт-Петербургского химико-фармацевтического института (197376, Санкт-Петербург ул. профессора Попова, 14).

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке СПХФИ.

Автореферат разослан

1996 г

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат биологических наук

-С-

Н.В.Кириллова.

АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ

Экология в настоящее время находится в центре внимания мпро-юй общественности. Существует глобальная система мониторинга жружающей среды, координируемая Программой по окружающей среде ЮН и поддерживаемая ЮНЕП. Проект глобального мониторинга ка-1естна воды, осуществляемый с 1977 г., включает работу 344 станций на ¡еках, озерах и на подземных водах. Большинство из них расположено близи промышленных и городских центров многих стран мира - Аме-шкн, Европы, Азии, Африки и Австралии [Сидоренко Г.И., Можаев 1.А., 1994]. В России н СНГ таких станций, к сожалению, нет. Вместе с ем, охрана водных ресурсов страны является важнейшей общегосудар-гвенной проблемой, что нашло свое отражение в новом за коне России-кой Федерации "Об охране окружающей природной среды", принятым в (екабре 1991 г. В этом Законе подчеркнуто, что основным принципом |риродоохранной деятельности является приоритет охраны жизни и доровья человека.

Разработана генеральная концепция решения проблемы гигиены :а период до 2000 года, которая базируется на приоритетности первич-:ой профилактики причин возникновения заболеваний, связанных с еблагоприятными факторами окружающей среды. По гигиене воды и анитарной охране водоемов актуальными представляются работы по пгиеническому мониторингу состава воды водоемов [Шицкова А.П. и оавт.,1991].

В то же время существующие работы, посвященные мониторингу одных объектов, как правило, охватывают временной интервал 1 - 5 ет. Практически отсутствует опыт длительного мониторинга за урои-ями микробного загрязнения водоемов.

Интерес к ретроспективному анализу санитарного состоят: Невской губы с начала XX века но настоящее время продиктован сл< дующими причинами: I) бассейн Балтийского моря назван среди зо экологического бедствия [Сидоренко Г.И., 1992]; 2) в связи с реализащ ей Постановления ЦК КПСС и Совета Министров СССР № 745 "< строительстве сооружений защиты города Ленинграда от наводнений" средствах массовой информации широко обсуждался вопрос об ухуднк нии санитарного состояния воды в Невской губе, причина которого св> зана со строительством защитных сооружений; 3) имеющиеся в литерг туре данные позволяют предпринять попытку анализа данных динамик уровней загрязнения более, чем за восемьдесят лет.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ : Провести ретроспективный анализ санитарног состояния Невской губы, основываясь на материалах собственных иссле дояаний и научных публикациях, дать на его основе объективную оценк уровней микробного загрязнения воды Невской губы в разные времен ные интервалы (с начала XX века по настоящее время), а также оценит влияние строительства защитных сооружений на санитарное состояни акватории.

ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ:

1) Изучить современное состояние уровней микробного загряз нения воды Невской губы.

2) Оценить возможность использования материалов научны публикаций, характеризующих санитарно-микробиологическое состоя ние воды Невской губы, проведенных в разные временные интервалI методами, отличными от принятых в настоящее время.

3) Определить значимость отдельных санитарно-показательны микроорганизмов и их соотношений при оценке качества воды Невско губы.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ. Впервые проведен широкий ретроспективный анализ санитарно-мпкробиологического состояния воды Невской губы, начиная с 1911 - 1913 гг. но 1992 год. Дана оценка современного состояния воды Невской губы по комплексу санитарно-микробиологическнх показателен. Показана возможность использования результатов исследований, проведенных в начале и середине XX века, для углубленного ретроспективного анализа санитарного состояния Невской губы. На основании ретроспективного саннтарно-микробиологического анализа воды Невской губы установлены закономерности и тенденции изменения санитарного режима в зависимости от степени антропогенной нагрузки и проводимых хозяйственных мероприятий. I

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ И ВНЕДРЕНИЕ Й ПРАКТИКУ. Полученные результаты были использованы Санкт-Петербургским научно-исследовательским Центром экологической безопасности Российской академии наук при выполнении комплексной темы: "Научное обоснование специальных систем и методов наблюдении за состоянием окружающей природной среды для обеспечения экологической безопасности на региональном уровне".

ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ:

1. Невская губа подвержена значительному фекальному загрязнению, причем уровень микробного загрязнения зависит от степени антропогенной нагрузки и реализуемых хозяйственных мероприятий.

2. На протяжении всего периода изучения санитарного состояния Невской губы уровни микробного загрязнения в целом возрастали с начала XX века до 60-х годов, затем стабилизировались в 80-е годы и резко снизились в период спада промышленного производства, приходящегося на начало 90-х годов.

3. Пространственная характеристика микробного загрязнения акватории Невской губы на протяжении всего периода наблюдений, за исключением этапа временного перекрытия Северных ворот во время строительства сооружений защиты от наводнений, характеризовалась расположением основных источников загрязнения в баровои зоне, снижением уровня загрязнения в направлении с востока на запад и более высокими значениями величин определяемых микроорганизмов в север-нон части акватории, чем в южной.

4. Сравнительное изучение методов колиметрии, использовавшихся при изучении санитарного состояния Невской губы, показалс возможность сопоставления современных данных с результатами, полу ценными с помощью использованных ранее методов.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Материалы собственных исследовант были доложены на заседаниях Санкт-Петербургского научного общест ва микробиологов и эпидемиологов и отражены в 8 публикациях.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ. Работа изложена н: страницах машинописного текста, состоит из введения, 5 глав, обсужде ния результатов, выводов, списка основной использованной литературы Список литературы включает работаотечественных Ш и 4?иностранны: авторов.

Диссертация иллюстрирована/£таблицами, 5рисунками.

СОБСТВЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ.

Санитарно-микробиологические исследования (определение са профитных бактерий, лактозоположительных кишечных палочек (ЛКП; фекальных кишечных палочек (ФКП), энтерококков, бактериофаго кишечных палочек) проводились согласно "Методическим указаниям п

санитарно-микробиологическому анализу воды поверхностных водоемов. № 2285-81".

2-й створ 1 -Д створ

Бароеан

о Котлин ^^

Ораниенбаум

Петергоф

. .. Невская губа. Распределение СТ<1 •ЧСЬ'лН/уРии/!

Исследования осуществлялись в течение 12 лет по 16 базовым станциям наблюдения ОГСНК. Их расположение было приближено к станциям наблюдения, использовавшимся в исследованиях 1911-1913 гг. и 1962 -1967 гг. С 1983 года дополнительно контролировалось качество воды непосредственно в створе строящихся защитных сооружений (Северные и Южные ворота Невской губы). Отбор проб проводился при помощи батометров с, борта научно-исследовательских судов или со льда. Обработка полученного материала предусматривала использование современных методов параметрической и непараметрической статистики, в том числе определение наиболее вероятного интервала значений индек-

сов микроорганизмов, диапазона колебаний значении п значения, которое не может быть превышено с вероятностью 95%. Для оценки достоверности различий в уровнях загрязнения на отдельных станциях наблюдения использованы критерий точной вероятности Фишера, биномиальный критерий и критерий Хи-квадрат. Кроме тою, рассчитывали процент проб, соответствующих нормативным значениям, а корреляционные взаимоотношения величин индексов индикаторных микроорганизмов выявляли методом ранговой корреляции Спирмена.

Методологические вопросы проведения мониторинга уровней биологического загрязнения разработаны недостаточно. В частности, в большинстве работ [Карачава Г.В., 1985; Говорим И.А., Адобовский В.В., 1992; Погорелова Н.П. н соавт., 1993 ] анализируется динамика уровней микробного загрязнения определенной акватории за срок наблюдений, редко превышающий 1 - 5 лет. Столь короткий период наблюдения позволяет определять с некоторой долей погрешности лишь уровни загрязнения, значимость их сезонных колебаний и в общих чертах динамику процессов самоочищения воды, но, располагая обьек-тивиыми данными за кратковременный период, невозможно выявить глобальные тенденции изменения степени биологического загрязнения оценить влияние па акваторию тех или иных реализуемых хозяйственных мероприятий.

Невская губа и река Нева - водоемы уникальные не только пс своему географическому положению, но и по тому интересу, которы? проявлялся к оценке их микробного загрязнения практически с момент; зарождения микробиологии в стране. Первые широкомасштабные бак териологические исследов"ния Невской губы были выполнены в 191 году под руководством профессора Г.В. Хлопина [1913]. Это дает попе

тине редкую возможность проследить динамику микробного загрязнения акватории почти за 100 лет.

Оценка уровня антропогенного загрязнения водоемов проводится традиционно по содержанию в воде колиформных бактерий. Этот подход практически не претерпел принципиальных изменений на протяжении XX столетия. Однако, достаточно часто менялись методы колимет-рии и видовой состав учитываемой группы колиформ. Так, если в начале века, под коли-индексом понимали количество клеток E.coli в единице объема исследуемой воды (грамотрицательных, не образующих спор , ферментирующих маннит на среде Булира при 46сС), то современный индекс ЛКП - это количество грамотрицательных, оксидазонегативных

г

палочек, ферментирующих лактозу при 37°С .

В связи с этим, возможность сопоставления современных данных и результатов исследований, выполненных в прошлом, нуждается в обосновании. Нами был исследован ряд проб воды Невской губы параллельно современными методами и методами, использованными в прошлом (посев на среду Эйкмана и Булира). Анализ полученных результатов позволил выявить наличие тесной корреляционной взаимосвязи (р<0,05) между индексами колиформных бактерий, определенных с помощью сред Эйкмана и Булира, и индексами ЛКП, определенных на лактозо-пептониой среде (ЛПС).

Сопоставление абсолютных значений индексов ЛКП и индексов колиформных бактерий, определенных с помощью среды Булира, показало, что в 25% проб индекс ЛКП, выявленный с помощью ЛПС, оказался более высоким, причем различие превышало один логарифм. Совпали индексы ЛКП и колиформных бактерий при использовании сопоставляемых методов в 72,5% проб воды и только в одном случае индекс

нолиформ на среде Булира превысил упомянутый показатель на ЛГ1С более, чем в 10 раз.

При исследовании материала одновременно были использованы J1IIC и среда Эйкмана. В 37% проб индекс ЛКП, определенный на лакто-зопсптонной среде, оказался более высоким, 18,6% проб - более низким и в 44,4% случаев оказался сопоставимым. Указанные различия могут быть объяснены более "жесткими" температурными условиями инкубации посевов на средах Эйкмана и Бурира, при которых частично подавляется рост бактерии, входящих в состав ЛКП, а также ингибпрованием роста сублеталыю-поврежденных клеток микроорганизмов при высоких температурах инкубации. В подавляющем большинстве случаев значения индексов определяемых микроорганизмов были сопоставимы, что дает возможность сравнения результатов исследований, проведенных в разные временные интервалы.

На основании полученных результатов представилось возможным использовать для углубленного ретроспективного анализа временной и пространственной динамики уровней микробного загрязнения Невской губы данные, полученные Г.В.Хлопиным и С.А.Пржибыгеком в 1911 году, Н.Ф.Федоровым в 1960 - 1962 годах и результаты современных собственных исследований (1980 - 1992), выполненных на кафедре микробиологии Санкт-Петербургской государственной медицинской академии им. И.И. Мечникова.

Ретроспективный анализ уровней загрязнения акватории Невской губы проводился в двух направлениях: 1) анализ многолетней динамики уровней микробного загрязнения важнейших участков Невской губы; 2) анализ изменения пространственного распределения микробного загрязнений в Невской губе по мере развития Ленинграда - Санкт-Петербурга,

изменения условий водопользования и реализации конкретных хозяйственных мероприятий.

Данные Г.В.Хлопина свидетельствуют о наличии на акватории Невской губы максимально загрязненной зоны в районе выхода Морского канала из своей закрытой части (станция 10), зоны с минимальным

уровнем микробного загрязнения в юго-западной части Невской губы (станции 16 и 17) и, практически, одинаково загрязненной основной частью указанной акватории.

Сопоставление данных санитарно-микробиологических исследований двух первых временных срезов показало, что к 1962 году уровень микробного загрязнения практически на всей акватории возрос более чем в 10000 раз. Наиболее заметно степень микробного загрязнение возросла на станциях 10 и 11 южной части I створа. Это могло быть связано с тем, что в эту застойную часть Невской губы сбрасывались сточные

Невская губа Распределение фекального загрязнения в 1911-1912 гг.

воды микрорайонов Автово, Дачное, Ленмясокомбината. По мере удаления от города на II и III створах максимально загрязненная зона смещалась к северному участку Невской губы (станции 12, 13, 15 и 42).

К 1980 году уровень загрязнения на некоторых станциях наблюдения стабилизировался и на протяжении последующего десятилетия оставался практически неизменным, а на. некоторых даже незначительно снизился. Максимальные уровни микробного загрязнения регистрировались в баровой зоне (северные рукава дельты Невы - станции 1 и 2) и на выходе из закрытой части Морского канала (станция 10), а также в районе расположения Северной станции аэрации (станции 7 и 12). Кроме того, в Северных воротах Невской губы появилась зона с достаточно высокими уровнями бактериального загрязнения, обязанная своим формированием поступлению механически-очищенных сточных вод ССА.

С

и®

о7

Пахта

Условны о обозначения: Средние величины иидоксоаЛКП

^^ более 100 ООО ООО

О ©'

О«

13

^^ болов 10 ООО ООО

^^ более S ООО 000

Q менее 6 ООО 000

Невская губа. Распределение фекального загрязнения в 1S60-1962 гг.

В период нарушения проточности в Северных воротах Невской губы строящимися защитными сооружениями (1985 - 1986 годы), отмечено значительное перераспределение микробного загрязнения. На двух последних створах исчезли ранее имевшиеся различия в уровнях микробного загрязнения между северной и южной частями акватории, а непосредственно в створе строительства защитных сооружений появилась юна с застойными явлениями. Уменьшился уровень микробного загрязнения в районе 12 станции, связанный с введением в эксплуатацию со-эружений по биологической очистке сточных вод ССА и установке но-зого рассеивающего выпуска.

У ело а ныв сбоандони«: 8«рхни» гоаницы НЬИ индвкЗД« Л КП

Ф

более SO ООО ООО

Q менее 1 ООО

менее 1 ООО ООО

Невская губа. Распределение фекального загрязнения в 1985-1386 гг.

В 1987 - 1990 годах в период ввода в эксплуатацию водопропускных сооружений характер микробного загрязнения приблизился к существовавшему в 1980 - 1984 гг. Вновь отмечена тенденция к превалированию микробного загрязнения в северной части акватории, особенно заметная в районе 7 и 12 станций.

Значительные изменения в уровнях загрязнения Невской губы произошли в 1992 году. Летом этого года зарегистрировано снижение уровней загрязнения практически по всей акватории в 10 раз по сравнению с периодом 1987 - 1990 гг. Это под1ъерждено и в исследованиях других авторов [Преображенский Л.Ю. и соавт., 1995; Кубась В.Г. и соавт., 1995]. Причины этого явления, по-видимому, следует искать в изменении социально-экономических условий жизни общества, п резком падении уровня производства, прежде всего в перерабатывающей промышленности. Сточные воды этой группы промышленных предприятий являются важным источником биологического загрязнения. Нельзя исключить, что в условиях промышленного спада и существенного уменьшения объ-

емов сточных вод, повысилась эффективность работы очистных соору-

Невскзя губа. Распределение фекального загрязнения в 1997-1990 гг.

жений. Однако это предположение нуждается в дальнейшем обосновании.

При ретроспективном анализе уровней микробного загрязнения Невской губы обращает на себя внимание следующий факт - практически на всех станциях наблюдения в 1992 году качество воды стало сопоставимым с таковым на период начала XX века.

Анализируя временную динамику уровней микробного загрязнения Невской губы, необходимо отметить следующие закономерности: во-первых, наиболее "чистым" во все периоды наблюдений был III створ, что объясняется его удаленностью от Санкт-Петербурга. Во-вторых, катастрофическое возрастание уровня фекального загрязнения отмечается с 1960 года - периода интенсивного экономического развития города. В-третьих, явное улучшение санитарно-гигиенического состояния акватории Невской губы отмечается в период спада промышленного и сельскохозяйственного производства региона. В-четвертых, ни на одной из

Невская губа. Распределение фекального загрязнения в 1992 г. (лето)

станций наблюдения за все периоды исследований качество воды по микробиологическим показателям не соответствовало предъявляемым к ней требованиям, что подтверждает наличие высокого уровня антропогенного воздействия в течение всего XX столетия.

Таким образом, на протяжении достаточно большого периода наблюдений (с 1911 по 1992 годы) характер распределения уровней микробного загрязнения в Невской губе неоднократно претерпевал изменения, что связано, с одной стороны, с реализуемыми хозяйственными мероприятиями, а, с другой стороны, с изменением степени антропогенной нагрузки.

Первые существенные антропогенные воздействия, следствием которых явилось изменение направлений и характера течений в Невской губе, были осуществлены в XIX веке - строительство ряжевых преград в Северных и Южных воротах, а позднее - Морского канала. В дальнейшем воздействия, влияющие на гидрологические характеристики водоема, проводились практически постоянно. Это, с одной стороны, строи-

ЛКПУколифагн) позволило дифференцировать участки акватории Невской губы по характеру и степени микробного загрязнения.

Список опубликованных работ по теме диссертации

1. Иванов В.П., Пересыпкин О.И., Федорова З.М. и соавт. Материалы натурных исследований по программе "Комплексное натурное исследование системы Ладожское озеро-р. Нева-Невская губа на навигационный период 1981 г.", выполненных в июне-августе.-\\Отчет в СЗУГКС Вх.№ 2 от 19.10.81.

2. Иванов В.П., Пересыпкин О.И., Федорова З.М. и соавт. Материалы натурных исследований по программе "Комплексное натурное исследование системы Ладожское озеро-р. Шра-Невская губа на навигационный период 1981 г.", выполненных в сентябре.-\\Отчст в СЗУГКС Вх. № 25 от 25.11.81.

3. Иванов В.П., Трояшкин A.A. и соавт. Совершенствование сани-тарно-микробиологических методов исследования и использования их при изучении воды открытых водоемов.ЛЮтчет ЛСГМИ Л.. 1985, 94с., № гос. регистр. 018.300.570.033.

4. Иванов В.П., Трояшкин A.A. и соавт. Комплексная санитарно-гигиеническая оценка водной системы Ладожское озеро-река Нева-Невская губа.-МОтчет ЛСГМИ., 1985, 95 е., № гос. регистр. 01.819.003.176

5. Бойцов А.Г., Колесникова Г.Ю. и соазт. Сопоставление методов полиметрии воды водоемов.-\\Тез. докл. Охрана здоровья населении и оздоровление окружающей среды., СПб., 1993, С.8.

6. Колесникова Г.Ю., Ластовка О.Н., Трояшкин A.A., Преображенский Л.Ю. Результаты санитарно-мнкробиологических исследований водной системы река Нева-Невская губа в 1992 г.-\\Тез. докл. Охрана здоровья населения и оздоровление окружающей среды, Спб., 1993, С.23.

7. Бойцов А.Г., Иванов В.П., Колесникова Г.Ю. и соавт. Уровни микробного загрязнения Невской губы в 1992 г.-\\В сб.:"Экологичесхая безопасность городов", СПб., 1993, С. 107-108.

8. Бойцов А.Г., Порин A.A., Ластовка О.Н., Колесникова Г.Ю. Сальмонеллы в воде реки Нева и Невской губы в 1989-1992 г.-\\В сб.: "Экологическая безопасность городов", СПб., 1993, С. 108-109.