Біологічна реабілітація водойм шляхом альголізаціі штамами хлорели

Мікроскопічні водорості, присутні в відкритих водоймах, в значній мірі визначають якість води.

Фітопланктон є базовою автотрофною ланкою в структурі водної екосистеми, що перетворює сонячну енергію і мінеральні речовини в первинну органічну субстанцію, і забезпечує всі наступні трофічні рівні поживними речовинами і енергією.

Біомаса і чисельність мікроводоростей залежить від безлічі зовнішніх факторів. Зокрема до них відносяться - проточність води і водообмін, прогрів товщі води, мілководдя, депонування біогенних речовин і органічних сполук при техногенному їх надходженні. Останнім часом ці чинники обумовлюють рясне розвиток фітопланктону в цілому, і зокрема, окремих представників синьо-зелених водоростей, що викликають «цвітіння» води. Сінєзелені водорості мають широку екологічну валентність, що дозволяє їм активно розвиватися навіть в умовах потужного техногенного пресингу. Зокрема, ціанобактерії в ході еволюції виробили ефективні механізми адаптації до несприятливих факторів зовнішнього середовища. Їх здатність до швидкого розмноження пов'язана, перш за все, зі стійкістю до екстремальних температур і вмісту солей.

 «Цвітіння» води

Збудниками «цвітіння» є представники з різних систематичних груп водоростей, але найсприятливіші умови створюються для надзвичайно активної вегетації синьо-зелених водоростей з родів Anabaena, Aphanizomenon, Oscillatoria і Microcystis. Масове збільшення чисельності синьо-зелених водоростей призводить навіть до утворення в водоймах тривимірних структурованих биоплівок - так званих «матів», а в системах водопостачання - до формування стійкого біообростання. Розкладаючись синьо-зелені водорості викликають негативні явища і в самому водоймі: зниження вмісту кисню, поява ціанотоксінов в воді, яке може приводити до загибелі всіх аеробних організмів. Деякі види ціанобактерій продукують специфічні нейро - і гепатотоксини, що представляють серйозну загрозу здоров'ю людей і тварин. Антидотів до токсинів ціанобактерій не існує. Також до негативних факторів слід віднести освіту заморних зон і загибель гідробіонтів.

 «Цвітіння» води призводить до вторинного забруднення водоймищ продуктами розпаду ціанобактерій, значно погіршуючи санітарно-гігієнічні показники води, що в першу чергу дуже негативно позначається на здоров'ї населення, що використовує водойми в рекреаційних цілях або споживає недоброякісну питну воду.Такім чином, «цвітіння» води це наслідок екологічних порушень у функціонуванні водних екосистем.

Методи контролю чисельності мікроводоростей

Використовувані в світовій практиці різні фізичні і хімічні методи «боротьби» з ціанобактеріями: спуск води з водойм з подальшим механічним видаленням біомаси, аерація величезних водних просторів, використання ультрафіолетового опромінення та ультразвуку - малоефективні і в той же час пов'язані, з великими фінансовими затратами. Фізичні методи контролю чисельності мікроводоростей спрямовані на створення умов, або перешкоджають їх розвитку, або руйнують вже утворилися «мати» . Ультразвукова обробка «квітучої» води призводить до небажаних наслідків, хоча і є досить ефективною в альгоцідному дії. Обробка «квітучої» води ультразвуком призводить до її підкислення, знижує кількість загального азоту і фосфору у воді, а також підвищує температуру води. Для зниження чисельності водоростей можуть бути використані хімічні гербіциди, які надають альгоцідний ефект. Однак негативний вплив на водні біоценози фактично виключає можливість використання цих речовин, для боротьби з «цвітінням» і біообростанням в водної екосистемі.

Ще в 50-х роках минулого століття була усвідомлена серйозність проблеми пошуку оптимального та безпечного для природи способу боротьби з «цвітінням» водойм, і багато вчених успішно розробляли окремі питання присвячені забрудненню і самоочищенню водойм, запобіганню їх «цвітіння» синьо-зелених водоростей, заростання вищою водною рослинністю.

Біологічна реабілітація водойм

В даний час всі ці проблеми об'єднані в новий науковий напрям - біологічну реабілітацію водойм.

Біологічна реабілітація - це відновлення екосистеми водойми до природного рівня і безпечного стану для людини і навколишнього середовища.

Слід зазначити, що біологічна реабілітація є найважливішою складовою частиною екологічної реабілітації водних об'єктів. Схема біологічної реабілітації водойм щорічно включає дії, спрямовані на поглинання забруднюючих речовин, поліпшення санітарного стану, запобігання «цвітіння» води, біологічну меліорацію вищої водної рослинності та, нарешті, вилов риби та інших біологічних об'єктів. Причому риба розглядається не як об'єкт промислового або любительського лову, а як компонент екосистеми, призначений для виносу з водойми первинної продукції, яка трансформується в рибну продукцію, в вигляді іхтіомасси.

Цикл розвитку фітопланктону

Цикл щорічного розвитку фітопланктону можна описати таким чином. Структура зимового, ранньовесняного і пізньоосіннього альгоценозов характеризується значним переважанням діатомових водоростей, не вимогливих до живильних речовин і рідко досягають масового розвитку. Влітку, відбувається бурхливий розвиток синьо-зелених водоростей, який тягне за собою масу негативних екологічних наслідків. Відомо, що між зеленими і синьо-зеленими водоростями в фітопланктоновому співтоваристві складаються антагоністичні стосунки, що ми враховуємо при біологічній реабілітації водойм, що використовуються як джерела водопостачання, розведення риби, приймачів техніко-побутових стічних вод очисних споруд сільськогосподарських і промислових підприємств - метод корекції альгоценоза. Він заснований на введенні в водойму оригінального штаму одноклітинної зеленої мікроводорості Chlorella vulgaris (альголізація).

Науково-виробнича компанія «Жива Хлорелла» виробляє хлорелу зазначеного штаму з 2015 року. Виробництво організовано із застосуванням останніх досягнень в біотехнології і сертифіковане по ветеринарній безпеці.

Відпрацьовано регламент і технологію альголізаціі водойм. Потрапляючи у водойму, планктонний штам хлорели не осідає на дно і не прилипає до вищої рослинності, а ширяє в верхньому (40-120 сантиметрів) шарі води інтенсивно ділячись. За кілька днів хлорелла стає домінуючою мікроводоростю в зазначеному біотопі. В результаті фотосинтезу відбувається насичення води киснем. У процесі онтогенезу хлорелла активно споживає органічні і неорганічні речовини, що призводить до поліпшення якості води. В результаті насичення води киснем відбувається зниження вмісту важких металів і нафтопродуктів. Важкі метали переходять у вищі ступені окислення і утворюють з аніонами нерозчинні сполуки. Кисень в період виділення, перебуваючи в атомарному стані, має підвищену окислювальну здатність. Саме в цей момент атомарний кисень окисляє і розриває довгі ланцюжки гідрофільних вуглеводнів, що входять до складу нафтопродуктів, утворюючи гідрофобні обривки радикалів нафтопродуктів, які осідають на дно водойм, де піддаються подальшому розкладанню за допомогою нафтопереробних бактерій.

Оскільки хлорелла є найкращим кормом для зоопланктону, то чисельність його у водоймі збільшується в рази, створюючи тим самим сприятливу обстановку для розвитку вищих гідробіонтів.

При альголізаціі водойми в весняні місяці масового розвитку ціанобактерій не відбувається, так як хлорелла встигає поглинути біогени необхідні для їх розвитку. Коли водойма вже заражена синьо-зелених водоростей, введення штаму дозволяє лизувати їх скупчення і перевести продукти розкладання в процесі фотосинтезу в білок, ліпіди, і т. Д. Входять до структури хлорелли. На протязі ряду років ця біотехнологія застосовується на водоймах України і показує високу ефективність в стримуванні розвитку синьо-зелених водоростей.

Впроваджені штами хлорели, на відміну від аборигенних, постійно присутніх в кожній водоймі, володіють добре вираженими планктонними властивостями і пригнічують розвиток синьо-зелених водоростей, тим самим запобігаючи «цвітінню» води.

Біологічна реабілітація методом корекції альгоценоза заснована на штучному збільшенні чисельності зелених водоростей, що призводить до пригнічення розвитку ціанобактерій.

Таким чином, хлорелла бореться з синьо-зеленими водоростями за рахунок прямої конкуренції.

При використанні методу корекції альгоценоза настає звільнення водойми не тільки від вегетативних форм синьо-зелених водоростей, але від їх суперечки, а планктонні штами хлорели «приживаються» в гідробіоценози. Практика показала, що вегетативні форми і суперечки синьо-зелених водоростей зменшуються в своїй кількості, за кожен рік проведення біологічної реабілітації методом корекції альгоценоза приблизно наполовину. Необхідно відзначити, що відсутність «цвітіння» водоймища після проведеної альголізаціі не є ознакою повного звільнення водойми від синьо-зелених водоростей. Через чотири роки їх залишається близько 6% від початкової кількості, що не дасть стати синьо-зеленим водоростям домінуючими в альгоценозі в літній період. Це і визначає чотирирічний цикл проведення основних робіт.

У наступні чотири роки проводиться альголізація водойми одноразово в рік і тільки в зимовий період для нарощування біомаси хлорели планктонних штамів, яка була знижена за рахунок виїдання зоопланктоном і личинками риб. При цьому «цвітіння» води синьо-зелених водоростей не повинно бути. Наступні чотири роки водойма НЕ альголізується, але за ним ведеться спостереження і проводиться щорічна реєстрація відсутності «цвітіння» води синьо-зелених водоростей. Отже, наведена схема біологічної реабілітації водойм зможе запобігти «цвітінню» синьо-зелених водоростей на тривалий період часу, можливо, на кілька десятиліть.

Метод не має екологічних проблем, так як всі процеси, які він викликає у водоймі, спрямовані на поліпшення якості води, збільшення в ній розчиненого кисню і знищення патогенного бактеріопланктона.

Сама хлорелла є корисним кормом для мікрофауни водойми.

Метод застосуємо для будь-якого водоймища як штучного, так і природного походження, солоність якого не перевищує 18 проміле. Від маленького ставка до великого водосховища. В результаті виконання своєї місії цей метод відновлює необхідний баланс флори і фауни водойми.

Метод не має економічної альтернативи, так як витрати на його здійснення в десятки разів нижче будь-якого іншого способу боротьби з «цвітінням» води.

Україна багата водними об'єктами, як природного, так і штучного походження. Вони використовуються людиною в самих різних цілях. Але одне їх об'єднує: якість води з кожним роком погіршується і не останню роль в цьому відіграють синьо-зелені водорості.