Цветение водоемов и борьба с сине-зелеными водорослями

Природные и антропогенные факторы, взаимодополняющие и взаимоусиливающие друг друга, способны до неузнаваемости изменить экосистему любого водного объекта. В условиях современной экологической ситуации, учитывая все возрастающие масштабы интеграции человека в природную среду естественные водные объекты претерпевают серьезные и подчас весьма негативные изменения как в физико-химическом, так и в биологическом плане.

Одним из следствий протекающего взаимодействия сил природы и человеческой деятельности, непосредственно отражающегося на состоянии водоемов, является бурное цветение водорослей, в том числе такой их разновидности как сине-зеленые. Этот процесс зачастую мешает, а иногда и полностью блокирует возможность хозяйственного использования озер, водохранилищ, рек и ручьев.

Кроме того, чрезмерный рост биомассы водорослей коренным образом нарушает жизнеспособность сложившихся в течение длительного времени водных экосистем.

В России интенсивную антропогенную нагрузку испытывают рыбохозяйственные водоемы, в частности водохранилища, которые были зарегулированы еще в середине прошлого века, когда в 1930-1950-е года активно велась работа по их обустройству и налаживанию системы сбережения воды. За довольно длительный срок данные водные объекты накопили большое количество химических и биологических загрязнений, накопили в придонном иле и воде органические примеси, частично заросли макрофитами. Совокупность этих фактором при отсутствии внешнего воздействия со временем приводит к заиливанию, обмелению, высыханию водных объектов, значительному ухудшению условий обитания и размножения рыб.

Процесс разрастания водорослей носит названия эвтрофирование и является основным источником биологического загрязнения водной среды. В данном случае основными загрязнителями являются как сами органические вещества (биомасса), так и продукты их разложения, а это выделение аммиака, сероводорода, фенолов и т.д. Ряд выделяемых веществ оказывает токсическое действие, замедляя (ингибируя) рост водных организмов. Итогом таких процессов становятся снижение концентрации кислорода в воде, образование и разрастание заморных зон, гибель рыбы и прочих гидробионтов.

Немалый вред наносят сине-зеленые водоросли водозаборным сооружениям питьевого назначения, ухудшая качество воды, удорожая очистку, создавая опасность для здоровья населения, нарушая режим водоснабжения населенных пунктов и снижая значение водоемов как зон отдыха.

По своей природе сине-зеленые водоросли – и не водоросли вовсе, хотя и имеют клетки относительно больших размеров и способны к фотосинтезу, что делает их похожими на водоросли. Согласно данным современных исследований сине-зеленые водоросли принято считать бактериями, поэтому их правильное название звучит как «цианобактерии». Цианобактерии включают в себя обширную группу грамотрицательных бактерий, которых объединяет фотосинтезирующая способность.

Виновниками так называемого «цветения» воды по сути и являются цианобактерии, резко снижающие концентрацию кислорода в водоемах. Некоторые из таких бактерий выделяют токсины (в большинстве своем белковой природы), которые вызывают у человека и животных отравление и аллергические реакции. Часть цианобактерий определяются как условно патогенные.
На данном этапе развития водоподготовки и водоочистки применение нашли несколько методов снижения интенсивности «цветения» воды, в числе которых физические, химические, биологические и экометоды. Последние из-за своей эффективности и практичности многие исследователи считают наиболее предпочтительными.

Наиболее важными экологическими методами борьбы с «цветением» водоемов являются:

1. Использование для поедания фитопланктона растительноядных видов рыб, к которым в первую очередь можно отнести белого толстолобика.
2. Метод альголизации, заключающийся в блокировании массового развития цианобактерий посредством использования зеленых водорослей, типичным представителем которых является Chlorella vulgaris.

Метод использования растительноядных видов рыб

Наибольшей эффективности от применения данного метода можно достичь в случае, если концентрация сине-зеленых водорослей не имеет высоких значений. Белый толстолобик, поедая водоросли, существенно снижает их концентрацию. Но в теплый период года во время наиболее интенсивного «цветения», приходящегося на июль-сентябрь, концентрация цианобактерий настолько велика, что никакое количество растительноядных рыб не в силах справиться с поставленной задачей. Особенно это характерно для водных объектов, расположенных в южных широтах.

У данного метода имеется и другой недостаток: перевариваемость сине-зеленых водорослей в кишечном тракте растительноядных рыб не превышает 15 %, а это значит, что весомая часть цианобактерий, прошедших через пищеварительную систему рыб, после выведения способна к последующему существованию и размножению.

Метод альголизации

Альголизацию посредством использования штамма Chlorella vulgaris как метод снижения концентрации в воде сине-зеленых водорослей начали использовать на водоемах европейской территории России с 2001 года. В качестве эксперимента планктонную зеленую микроводоросль Chlorella vulgaris применили на Сурском водохранилище, которое до применения данной технологии интенсивно «цвело» каждый год в течении 22 лет. Результат альголизации ученые считают положительным, поскольку с начала применения Chlorella vulgaris фактов «цветения» воды в теплый период года больше не наблюдалось.

Следующими объектами, на которых был внедрен данный метод, были водохранилища, находящиеся в южных частях страны – Береславское (Донской судоходный канал) в 2005 г., Цимлянское в 2006 г., а также Варваровское, Карповское, Волгоградское и Ижевское водохранилища. В 2007-2008 годах работы по расширению альголизируемых участков значительно расширились, захватив практически всю акваторию экспериментальных водохранилищ.

Для объективной оценки результата ингибирующей способности Chlorella vulgaris против сине-зеленых водорослей, были выделены экспериментальные участки и сравнение проводилось между ними и контрольными участками, также измерения проводились в изолированной среде – садках (специальных баках вместимостью 1 м3). Такие эксперименты проводились на Цимлянском и Волгоградском водохранилищах. В результате оказалось, что интенсивность «цветения» воды существенно снизилась, а концентрация сине-зеленых водорослей в водной среде упала от 15-20 мг/дм3 до 1-4 мг/дм3 в экспериментальных заливах и до 5-10 мг/дм3 на основной акватории. В изолированной среде (садках) эксперимент принес еще более впечатляющие результаты: полное выпадение сине-зеленых водорослей из природного альгоценоза в стадии умеренного «цветения» воды. Как показали исследования, дополнительным преимуществом такого метода стало и улучшение качества воды в плане перестройки структуры фитопланктона в сторону развития водорослей, служащих индикаторами улучшения качества природной среды. Такое явное улучшение гидрохимических показателей воды в свою очередь является отличной предпосылкой для повышения рыбопродуктивности водных объектов (по наблюдениям ученых – до 15-20 %). Это становится возможным за счет более качественной природной среды и повышения кормовой базы. Помимо развития фитопланктона, сама хлорелла является высокоэффективным кормовым ресурсом для представителей зоопланктона и личинок рыб.

При всех очевидных достоинствах метода альголизации, в числе которых экологические и экономические аспекты, в настоящее время применение хлореллы на водных объектах для снижения интенсивности «цветения» воды носит разрозненный характер, отсутствует планомерная систематизация и обобщение полученных данных. Опыт применения метода еще недостаточен, чтобы прийти к четким и достоверным заключениям касательно его эффективности и целесообразности. Ученые пока не имею возможности в полной мере решить задачу управления качеством воды и делать прогнозы многолетней динамики развития сине-зеленых водорослей. Технология и практические методики применения штамма Chlorella vulgaris для борьбы с «цветением» водоемов не разработаны и не апробированы в санитарно-эпидемиологических структурах и органах рыбоохраны.

Однако следует отметить, что данный метод является весьма перспективным, потенциал его наверняка еще не раскрыт в полной мере и поэтому важно научно и практически развивать это направление биологического регулирования водной среды.

Конечной целью указанных работ будут:

• снижение до экологически безопасных значений интенсивности развития сине-зеленых водорослей;
• снижение уровня биологического загрязнения
• повышение органолептических параметров воды, нормализация концентрации кислорода в воде, регулирование содержания органики и токсинов
• оздоравливание санитарно-гигиенического состояния воды
• повышение рекреационного потенциала водных объектов
• улучшение качества воды, забираемой для водоснабжения, а также сокращение экономических затрат на водоочистку
• оздоровление среды обитания рыб и прочих гидробионтов, улучшение кормовой базы
• сохранение биоразнообразие, сохранения естественных экосистем
• сокращение риска появления неблагоприятных и опасных экологических и санитарных ситуаций и др.

Таким образом, проблему «цветения» воды можно и нужно решать, поскольку эффект от таких мероприятий будет многоплановым и приведет к сохранению и улучшению окружающей среды не только в данный момент времени, но и в многолетней перспективе.