Одну из неотъемлемых частей водоемов прудового типа составляют их иловые отложения. В зависимости от морфологии водоема, богатства биогенными элементами, условий стока и географического положения иловые отложения могут иметь весьма различную мощность, и зачастую их толщина определяет продуктивность различных участков водоёма. Это явление связано с тем, что физико-химические условия окружающей среды распределены неравномерно. Поскольку они являются экологическим фактором, то они обуславливают неравномерное распределение микроорганизмов. Последние, в свою очередь, изменяют градацию вертикального распределения отдельных элементов в результате своей жизнедеятельности. Микробиологические процессы илообразования, естественно, располагаются по вертикали в закономерные ряды, которые можно рассматривать как последовательно сменяющиеся фазы образования ила. Формирование его идет в тончайших слоях измеряемых нередко в долях миллиметра. Эти тончайшие слои, свидетельствующие о смене микробиологических процессов, особенно резко выделяются в поверхностных слоях ила, как бы образуя микрозоны – горизонты ила, характеризуемые комплексом биологических и физико-химических факторов, находящихся в более или менее длительном и определенном сочетании, поддерживаемом в состоянии подвижного равновесия.
Таким образом, необходимо кратко охарактеризовать химические и физические свойства иловых отложений.
Целью данной работы было получение первых микробиологических характеристик донных отложений в водоёмах Кабардино-Балкарской Республики, которые могли бы стать фоновым материалом для организации мониторинга по прудовой экосистеме.
В доступной нам литературе каких-либо данных по микробиологии иловых отложений в рыбоводных прудах Кабардино-Балкарской республики найти не удалось. Некоторые фрагменты общей численности, продукционных процессов и времени генерации бактерий представлены в наших работах [1, 5].
Материалы и методы исследования
Объектом исследования служили почвенные колонки, отобранные в 2008–2010 гг. на залитых водой прудах: V эколого-фенологическая рыбоводная зона колхоза им. Петровых Прохладненского района и IV – рыбоводная зона колхоза Ленинцы Майского района. Всего обследованы 8 рыбоводных прудов, в которых применялись азотно-фосфорные минеральные удобрения, известкование и кормление рыбой.
Пруды залегают на средних крупнопылеватых или песчаных суглинках разной степени заиленности.
Пробы отбирали весной, летом и осенью у водоспуска в середине пруда и у водовыпуска с глубиной 0–25 см трубчатым дночерпателем, соблюдая правила стерильности. В каждом участке пруда отбирали 10–12 колонок, из которых составляли среднюю для горизонта пробу. В ней определяли состав органического и минеральных веществ.
Химический анализ иловых отложений проводили стандартными методами [2, 3, 4], учитывая следующие показатели: воска, битума, водорастворимых веществ и сахаров; гемицеллюлозы и уроновых кислот; клетчатки и лигнино-гумусовых комплексов.
Результаты исследования и их обсуждение
Прудовые иловые отложения, накапливаясь на дне водоёма, продолжают в дальнейшем в известной мере участвовать в круговороте вещества в водоёме. Минерализуясь, они, с одной стороны, составляют постоянный источник пополнения водной массы биогенными и зольными элементами, а с другой – служат местом деятельности микроорганизмов – минерализаторов. Таким образом, химический состав иловых отложений во многом определяет экологические условия места обитания донной микрофлоры. Наиболее важна с этой точки зрения характеристика органического вещества ила.
Для жизнедеятельности микроорганизмов имеет значение качество и количество органического вещества. В табл. 1 приводится для ряда прудов различного типа содержание в илах отдельных компонентов в пересчете на органическое вещество.
Таблица 1
Состав органического вещества поверхностных иловых прудовых отложений
|
Вещество |
В % от суммы органических веществ |
|||
|
Минимум |
Максимум |
Среднее для прудов |
||
|
V зона |
IV зона |
|||
|
Воск и битумы |
1,82 |
23,3 |
8,4 |
6,3 |
|
Гемицеллюлоза |
4,1 |
22,9 |
14,9 |
10,2 |
|
Клетчатка |
3,74 |
12,23 |
7,8 |
7,1 |
|
Лигнино-гумусовый комплекс |
34,1 |
80,1 |
59,8 |
53,1 |
|
Углерод общий |
32,5 |
60,4 |
27,9 |
25,6 |
|
Экстрактивные вещества, не восстанавливающие Фелингову жидкость (по разности) |
6,9 |
24,6 |
6,1 |
23,3 |
|
Общий азот |
2,1 |
6,2 |
4,61 |
4,4 |
Из табл. 1 видно, что, несмотря на большие колебания в содержании отдельных компонентов органического вещества в различных илах, в среднем даже для весьма различных прудов состав самого органического вещества весьма сходен (см. последние две графы табл. 1). Заметные отклонения наблюдаются в прудах, расположенных в V эколого-фенологической зоне (Прохладненский район).
Послойный анализ состава органического вещества в иловых отложениях дает возможность судить о быстроте его распада, генезисе отложений и мощности слоя, где биологические процессы идут интенсивно. Приводим ряд данных его состава в связи с глубиной заложения иловых отложений (табл. 2).
Данные табл. 2 показывают, что с течением времени илы уплотняются, и влажность их становится меньше. Зольность их теоретически должна была бы возрастать с глубиной в связи с тем, что органическое вещество ила разлагается до газообразных продуктов. Однако в IV эколого-фенологической рыбоводной зоне на глубине 25 см зольность меньше, чем на поверхности. Это указывает на то, что условия образования ила были иными, чем в настоящее время и по зольности ила нельзя судить о степени минерализации его органического вещества.
Таблица 2
Анализ илов различных глубин в IV–V эколого-фенологических рыбоводных зонах
|
Эколого-фенологические рыбоводные зоны |
Глубина от поверхности ила, слои |
В % на сухую навеску |
В % на органическое вещество |
|||||||||||
|
Влажность, % |
Зольность |
Спиртобензольная вытяжка |
Гемицеллюлоза |
Клетчатка |
Лигнино-гумусовый комплекс |
Азот общий |
Спиртобензольная вытяжка |
Сахара и гемицеллюлоза |
Клетчатка |
Лигниногумусовый комплекс |
Азот общий |
Углерод общий |
||
|
IV |
0–5 |
97,6 |
54,2 |
6,1 |
8,7 |
5,7 |
22,1 |
2,7 |
12,16 |
18,8 |
12,2 |
47,1 |
5,9 |
44,1 |
|
5–10 |
96,3 |
58,4 |
4,2 |
6,1 |
4,1 |
20,4 |
2,4 |
9,10 |
14,2 |
9,4 |
47,8 |
5,7 |
45,0 |
|
|
10–15 |
90,3 |
63,1 |
2,7 |
4,8 |
3,9 |
20,1 |
2,4 |
5,87 |
12,6 |
8,5 |
53,5 |
6,5 |
45,9 |
|
|
15–25 |
90,7 |
44,8 |
4,6 |
9,8 |
2,9 |
28,7 |
3,1 |
7,2 |
16,7 |
3,8 |
47,9 |
5,4 |
45,5 |
|
|
V |
0–5 |
97,7 |
55,7 |
6,4 |
8,9 |
5,9 |
31,5 |
2,8 |
12,9 |
19,1 |
12,4 |
62,1 |
6,1 |
55,8 |
|
5-10 |
95,9 |
59,1 |
4,8 |
6,8 |
4,3 |
31,7 |
3,3 |
9,6 |
14,8 |
9,8 |
62,0 |
6,4 |
46,4 |
|
|
10–15 |
94,5 |
65,2 |
2,9 |
5,1 |
4,1 |
35,2 |
2,8 |
6,4 |
12,9 |
8,9 |
66,8 |
6,7 |
45,9 |
|
|
15–25 |
90,9 |
45,1 |
4,7 |
10,2 |
3,1 |
35,6 |
2,9 |
7,8 |
17,1 |
12,7 |
68,8 |
5,8 |
46,4 |
|
Количество веществ, переходящих в спиртобензольную вытяжку, обычно достигает максимума лишь в самом поверхностном слое ила, а с глубиной уменьшается. При переходе от поверхностного слоя ила к 6 см резко снижается количество гемицеллюлозы и клетчатки; однако запас этих веществ остается достаточно большим, чтобы микробиологические разложения этих продуктов могли иметь место, но уже на глубине 25 см они становятся практически недоступными для микроорганизмов. В качестве причины задержки дальнейшего распада органического вещества могло быть или накопление продуктов обмена микроорганизмов, которые задерживают их дальнейшую жизнедеятельность [2] или просто недостаток органических веществ, которые были бы способны к дальнейшему распаду. Таким образом, можно предположить, что усвояемые микроорганизмами углеводы и легкоусвояемые белковые вещества содержатся в илу, только до глубины 25 см. Очевидно, глубже этого горизонта весь запас углеводов и легкоусвояемых белковых веществ уже подвергается сбраживанию и это задерживает дальнейший распад ила. Общее количество сахаров составило от 10 до 250 мг на 1 кг сухого органического вещества. В наибольших количествах встречались мальтоза, глюкоза и сахароза. Пентозы были обнаружены только в виде следов. При извлечении холодным эфиром, а не водой, в экстракт переходило значительно большее количество сахаров. Это указывает, что сахара находятся в оформленных частичках иловых отложений.
Следует отметить, что наибольшее количество сахаров находилось в самом поверхностном слое и сходило на нет на глубине 25–30 см.
Таблица 3
Форма азота в прудовых отложениях, % от общего азота
|
Эколого-фенологические рыбоводные зоны |
Тип водоемов (трофность) |
Аммиачный |
Амидный |
Диаминокислотный |
Фракция моноаминокислот |
Негидролизуемый |
|
|
Всего |
Летучий |
||||||
|
IV |
Эфтрофный |
15,2 |
4,8 |
14,8 |
15,6 |
47,6 |
17,6 |
|
Мезотрофный |
2,6 |
0,01 |
12,8 |
14,7 |
42,6 |
15,1 |
|
|
Дистрофный |
0,62 |
– |
12,1 |
13,5 |
40,3 |
18,2 |
|
|
V |
Эфтрофный |
16,1 |
5,5 |
17,8 |
18,2 |
60,3 |
18,3 |
|
Мезотрофный |
4,3 |
0,01 |
15,2 |
17,4 |
53,2 |
18,7 |
|
|
Дистрофный |
0,78 |
– |
14,1 |
15,7 |
51,2 |
19,5 |
|
Азот – это один из основных органогенов, необходимых для развития микроорганизмов. В связи с этим представляют большой интерес данные о содержании разных форм азота в поверхностных слоях ила. Анализы показали, что в водную вытяжку из ила переходят лишь аммиачные соли, азот основания, а пептоны в такой вытяжке отсутствуют. Содержание летучего аммиака наиболее высоко в эфтрофных прудах, и он полностью отсутствует в дистрофных, его количество уменьшается по мере возрастания в иле отношения углерода к азоту. Остальной азот входит в белковые соединения и в лигнино-гумусный комплекс. После гидролиза крепкой соляной кислотой белковые соединения распадаются до более простых составных компонентов, соотношение которых для прудовых вод различной степени трофи представлено в табл. 3.
В основной массе белковый азот находится в виде моноаминокислот. Количество негидролизуемого азота гуминовых наименьшее в типичном эфтрофном водоме IV и V – рыбоводных зон, в тех же рыбоводных зонах возрастает по мере дистрофности водоема. В основу разделения было положено содержание легко гидролизуемого азота и общего углерода, так как для жизнедеятельности микроорганизмов основное значение имеет содержание именно этих компонентов.
Выводы
- Чтобы определить роль микроорганизмов в круговороте отдельных веществ, нужно не только установить распространение или отсутствие данного вида в биотопе, но оценить, насколько благоприятны условия внешней среды для их развития.
- Для оценки действительного участия микроорганизмов в круговороте нужно сопоставить их деятельность с изменением данного вещества в водоёме в годовом цикле.
- Вопросы о скорости протекания отдельных этапов круговорота веществ могут решаться не только обычными химическими методами, но также путем применения радиоактивных или стабильных изотопов.
Рецензенты:
Пилов А.Х., д.б.н., профессор кафедры ветеринарной медицины, КБГАУ им. В.М. Кокова, г. Нальчик;
Карашаев М.Ф., д.б.н., профессор кафедры ветеринарно-санитарной экспертизы, КБГАУ им. В.М. Кокова, г. Нальчик.
Работа поступила в редакцию 05.08.2014.
Библиографическая ссылка
Пежева М.Х., Казанчева Л.А., Жантеголов Д.В., Казанчев С.Ч. МИКРОБИОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ИЛОВЫХ ОТЛОЖЕНИЙ В РЫБОВОДНЫХ ПРУДАХ КАБАРДИНО-БАЛКАРСКОЙ РЕСПУБЛИКИ // Фундаментальные исследования. 2014. № 9-7. С. 1545-1548;URL: https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=35100 (дата обращения: 21.05.2025).