Санитарно-микробиологическая характеристика воды в районе термального источника Змеиный (Северный Байкал, Россия, 2022)
- Авторы: Еловская И.С.1, Черницына С.М.1, Павлова О.Н.1, Земская Т.И.1
-
Учреждения:
- Лимнологический институт Сибирского отделения Российской академии наук
- Выпуск: № 5 (2023)
- Страницы: 145-155
- Раздел: Статьи
- URL: https://journals.rcsi.science/2658-3518/article/view/283188
- DOI: https://doi.org/10.31951/2658-3518-2023-A-5-145
- ID: 283188
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Проведен анализ санитарно-значимых микроорганизмов в двух ваннах термального источника Змеиный, их ручьях и на расстоянии 5 и 20 метров от берега в течении суток до и после купания туристов. Выявлены превышения допустимых значений санитарно-микробиологических показателей в соответствии с СанПиН 1.2.3685-21 в ваннах, ручьях излива и в урезе воды на расстоянии до 5 м. Показатель общих (обобщенных) колиформных бактерий (ОКБ) во всех исследованных пробах не снижался на протяжении всего дня, наиболее высокие значения численности условно-патогенных микроорганизмов отмечены в ваннах термального источника и в ручьях излива, где температура воды составляет ~ 32 - 33°С. Полученные коэффициенты самоочищения в литорали на расстоянии до 20 м имели низкие значения (от 0.0008 до 2.53).
Ключевые слова
Полный текст
1. Введение
В Байкальской рифтовой зоне (БРЗ) насчитывается около 60 гидротерм с разными температурными характеристиками (Ломоносов, 1974; Борисенко и Замана, 1978; Замана и Аскаров, 2010). В основном, воды гидротерм имеют натриевый состав, низкую минерализацию (от 0.1 г/л – 2.0 г/л), высокую концентрацию кремния в виде ортокремниевой кислоты H4SiO4 (40 - 120 мг/дм3) и щелочную среду (pH 8.5 – 10.0).
Исследования санитарного состояния гидротерм проводятся эпизодически. В щелочных минеральных источниках Баргузинской долины выявлены высокие показатели ОКБ, а также наличие условно-патогенных бактерий родов Enterobacter, Klebsiella, Escherichia, Citrobacter в часто посещаемых источниках (Кучигер, Сеюя, Горячинск, Кумыска), что свидетельствует о большой антропогенной нагрузке (Дармаева, 2007; Бархутова и др., 2012).
Источник Змеиный, расположенный в Чивыркуйском заливе, пользуется большой популярностью, в летний период его посещает значительное количество туристов. Его воды относятся к гидрокарбонатно-сульфатным, содержат сероводород (H2S) в концентрации 23.2 мг/л, и используются для лечения и профилактики радикулита и заболеваний опорно-двигательной системы (Намсараев и др., 2007).
При исследовании разнообразия микробных сообществ методом секвенирования региона V2–V3 гена 16S рРНК на платформе MiSeq (Illumina), в разных частях источника Змеиный в 2019 году были выявлены представители семейств, которые включают условно-патогенные виды (Chernitsyna et al., 2023). Значительные превышения санитарно-бактериологических показателей (СанПиН 1.2.3685-21) в бухте Змеиная отмечались и в 2022 г. Количество ОКБ в этом районе превышало нормативные показатели в 2 раза, энтерококков в 44 раза (Suslova et al., 2022). Все предыдущие исследования основывались на разовых отборах образцов, данные о динамике санитарно-значимых микроорганизмов в течение суток ранее не приводились.
Целью работы являлась оценка численности санитарно-значимых микроорганизмов в термальном источнике Змеиный и прибрежной зоне в течение суток до и после купания туристов, а также определение самоочищающей способности прибрежных вод в местах излива источников.
2. Материалы и методы
Пробы поверхностной воды отбирали в соответствии с ГОСТ 31942-2012 в малой и большой ванне (БВ, МВ), в ручьях малой и большой ванны (рБВ, рМВ), у пирса (П), а также на расстоянии 5 и 20 метрах от берега (5 м и 20 м) (Рис.1). Отбор проб проводили 11 июля 2022 года в 23:00 после дневного купания туристов, 12 июля рано утром после 6-часового отсутствия купающихся и в 9:00 сразу же после купания нескольких групп туристов. Всего отобрано 16 образцов воды и проведено 320 анализов в соответствии с МУК 4.2.1884-04 и ГОСТ 24849-2014.
Рис.1. Географическая карта района исследования и мест отбора проб в бухте Змеиная (озеро Байкал, Россия). БВ – большая ванна, МВ - малая ванна, рБВ – ручей большой ванны, рМВ – ручей малой ванны, П – пирс, 5 м - 5 метров, 20 м – 20 метров. Программное обеспечение Earth 7.1.8.3036 Pro https://www.google.com/intl/ru/earth/versions/#earth-pro (дата обращения: 20 февраля 2023 года).
На всех участках качество воды оценивали по основным санитарно-микробиологическим показателям в соответствии с СанПиН 1.2.3685-21. В каждом образце в соответствии с методическими указаниями (МУК 4.2.1884-04, ГОСТ 24849-2014) определяли следующие показатели: ОКБ, E. coli, энтерококки, количество которых не должно превышать 500 КОЕ/100 см3, 100 КОЕ/100 см3, 10 КОЕ/100 см3, соответственно.
Подсчет общей численности микроорганизмов (ОЧМ) проводили по методике прямого микроскопического подсчета микроорганизмов на мембранных фильтрах с размером пор 0.22 мкм (РЕАТРЕК-Фильтр) с использованием красителя ДАФИ (4.6-диамино-2-фенилиндол) (Porter, 1980). Микроскопию проводили на эпифлуоресцентном микроскопе AxioImager.M1 (“Carl Zeiss”, Германия). Просмотрено не менее 20 полей зрения. Подсчет клеток на фотографиях проводили с помощью программы ImageTest. Вычисление ОЧМ проводили по формуле:
где a – площадь фильтра (мм2); b – число подсчитанных бактерий; c –площадь микрометра (мкм2); d – объем наносимого препарата (мл); e – число просчитанных полей зрения (Gerhardt, 1981).
Для определения коэффициента самоочищения использовали МУК.4.2.1884-04. Подсчитано общее микробное число (ОМЧ), отражающее общее содержание мезофильных аэробных и факультативно анаэробных микроорганизмов способных образовывать на мясо-пептонном питательном агаре (МПА) колонии при температуре 37°С в течение 24 ч (МПА 37°С) и при температуре 22°С в течение 72 ч (МПА 22°С). Также для определения численности органотрофных бактерий использовали среду с рыбо-пептонным агаром (РПА:10), температура культивирования составляла 37°С (Горбенко, 1961).
Физико-химические характеристики воды (pH, Eh, T) измерены с помощью прибора pH 3310 (WTW, Германия).
3. Результаты
3.1. Физико-химические характеристики источника
Источник Змеиный характеризуется относительно высокой температурой по сравнению с другими источниками Баргузинской котловины (Намсараев и др., 2007). Температура воды в большой ванне составляла 43°С, в малой – 38.6°С, pH 9.6. Окислительно-восстановительный потенциал (ОВП) в большой ванне был -434 мВ, в малой -427 мВ, что свидетельствует о восстановленных условиях в источнике. В урезе воды температура воды составляла 17°С, pH 8.8, ОВП -239 мВ.
3.2. Численность санитарно-значимых микроорганизмов
Вечером 11 июля в 23:00 после массового купания туристов в районе выхода термального источника (МВ, БВ, рМВ, рБВ) зафиксированы высокие показатели ОМЧ при культивировании на МПА при 37°С, их значения варьировали от 2013 до 12426 КОЕ/см3 (Рис. 2). В урезе воды у пирса и на расстоянии 5-20 метров от берега данный показатель был низким (10-36 КОЕ/см3). Большое количество бактерий, растущих при температуре 22°С (МПА) и 37°С (РПА:10), зарегистрировано в ручье малой ванны (до 5760 и 3613 КОЕ/см3, соответственно). Показатель ОЧМ в это время был относительно высоким в ручьях большой и малой ванн и составлял 8.36±0.34 и 8.28±0.38 млн. клеток на мл, соответственно (Табл. 1).
Рис.2. Численность органотрофных мезофильных аэробных и факультативно анаэробных микроорганизмов в исследуемой акватории в течении суток
Таблица 1. Общая численность микроорганизмов (млн. кл/мл)
Район отбора Время отбора | БВ | МВ | рБВ | рМВ | П | 5 м | 20 м |
23:00 | 6.87±0.32 | 6.83±0.14 | 8.36±0.34 | 8.28±0.38 | 2.05±0.07 | 1.97±0.05 | 2.14±0.08 |
5:00 | * | 8.02±0.37 | 5.09±0.22 | 7.96±0.21 | 2.27±0.06 | 2.20±0.07 | 3.00±0.15 |
9:00 | 4.69±0.11 | 3.01±0.22 | - | - | - | - | - |
Примечание: «-» - исследования не проводились; «*» - число превышающее максимальное значение для подсчета на фильтрах.
Высокая численность ОКБ зарегистрирована в большой и малой ваннах, в ручьях и в литорали у пирса (Рис. 3). На расстоянии 5 метров от берега данный показатель также был высок (до 626 КОЕ/100 см3). В образце ручья из большой ванны отмечен сплошной рост, а в литорали озера, в 20 метрах от ручья, данный показатель был уже в пределах нормы (180 КОЕ/100 см3). Высокие уровни бактерий кишечной палочки и энтерококков, свидетельствующие о свежем фекальном загрязнении, зарегистрированы только в ваннах и ручьях. Споры сульфитредуцирующих клостридий обнаружены в большой ванне и в ручье излива (2 и 1 КОЕ/20 см3, соответственно).
Рис.3. Численность санитарно-значимых микроорганизмов в исследуемой акватории в течении суток
В 5:00 утра 12 июля после 6-часового перерыва, численность мезофильных аэробных и факультативно анаэробных микроорганизмов растущих на МПА при температуре 37°С и 22°С, снизилась. Их количество варьировало от 563 до 7386 КОЕ/см3 и от 23 до 826 КОЕ/см3, соответственно (Рис. 2). В литорали на расстоянии 20 м от берега значение ОМЧ (МПА 37°С) возросло до 3440 КОЕ/см3. В это время в малой и большой ваннах зафиксировано повышение численности органотрофных бактерий, растущих на РПА:10 (2330 и 2963 КОЕ/см3, соответственно). Высокое значение ОЧМ было зарегистрировано в большой ванне: при фильтровании 1 мл разведенного образца, клетки образовывали конгломераты, затрудняя подсчет, что не позволило получить достоверных значений (табл.1). Низкие значения ОЧМ отмечены у пирса и на расстоянии 5 и 20 м от берега. Количество ОКБ в ваннах и ручьях увеличилось примерно в 2 раза, по сравнению с вечерними значениями (Рис. 3). Вместе с тем, в прибрежной акватории на расстоянии 5 и 20 метров от берега данный показатель снизился примерно на 30 - 40 %. Также отмечено снижение численности E. coli и энтерококков на 60 - 70 %. Споры сульфитредуцирующих клостридий обнаружены только в ручье большой ванны (4 КОЕ/20 см3) и не выявлены в других образцах.
В 9:00 утра 12 июля после купания нескольких групп людей, в большой и малой ваннах ОМЧ, учтенное на МПА при 37°С, снизилось до 903 и 1050 КОЕ/см3, соответственно, в сравнении с утренними и вечерними показателями. Значения ОЧМ в большой и малой ваннах было относительно низким (4.69±0.11 и 3.01±0.22 млн. клеток на мл, соответственно). Численность ОКБ в большой ванне оставалась высокой, как и в 5:00 утра, в малой ванне данный показатель снизился до 3246 КОЕ/100 см3 (см. рис. 3). Количество спор сульфитредуцирующих клостридий в это время было максимальным и достигало 15 и 12 КОЕ/20 см3.
Относительно высокий коэффициент самоочищения отмечен в прибрежной зоне: у пирса (2.53) и на расстоянии 5 метров от берега в 23:00 и 5:00 (1 и 2.16 соответственно) (табл. 2).
Таблица 2. Коэффициент самоочищения в акватории бухты Змеиной
Район отбора Время отбора | П | 5 м | 20 м |
23:00 | 0.27 | 1 | 0 |
5:00 | 2.53 | 2.16 | 0.0008 |
9:00 | - | - | - |
Примечание: «-» - исследования не проводились
4. Обсуждение
О целебных свойствах геотермальных источников известно давно. Как показано в работе Буслова С.П. (Буслов, 1990), минеральная вода источников БРЗ, оказывает благотворное влияние на разные системы органов: нервную, дыхательную, двигательную, мочеполовую и др., а также улучшает состояние кожи и способствует заживлению ран. Поэтому источники очень популярны среди населения и открыты для посещения (Намсараев и др., 2007). Вместе с тем, в геотермальных источниках БРЗ неоднократно отмечалось превышение нормативных значений санитарно-значимых микроорганизмов. Так, в 2012 году в минеральных водах долины реки Шумак, выявлены условно-патогенные бактерии группы кишечной палочки и бактерии рода Enterococcus (Суслова и др., 2013). В холодных и горячих источниках Прибайкалья (Кумыска, Серебряный, Горячинск), также были обнаружены условно-патогенные микроорганизмы, относящиеся к родам Enterobacter, Klebsiella, Escherichia, Citrobacter и патогенный вид Clostridium perfringens, который является возбудителем пищевых отравлений человека и одним из возбудителей газовой гангрены (Бархутова, Дармаева и Намсараев, 2012). Как мы упоминали выше, превышения значений санитарно-значимых бактерий в летний период неоднократно отмечались и в источнике Змеином. Хотя по данным химического анализа вода источника Змеиный постоянна во времени, ее состав не изменяется и соответствует ранее полученным данным (Намсараев и др., 2007; Плюснин и др., 2013; Калмычков и др., 2020; Chernitsyna et al., 2020). Как показали наши исследования, повышенное содержание санитарно-значимых микроорганизмов в термальном источнике в бухте Змеиная отмечено в разное время суток после посещения туристов. Наиболее высокие значения, превышающие нормативные по СанПиН 1.2.3685-21, наблюдались в вечернее время суток (23:00). Рано утром, несмотря на 6-часовое отсутствие купающихся, значения показателей ОКБ, E. coli, энтерококков также превышали допустимые значения. О незавершенных процессах самоочищения или недостаточном разбавлении термальных вод байкальскими свидетельствует значения коэффициента самоочищения (2.16-2.53) у пирса и в литорали озера на расстоянии 5 м от берега.
Одной из причин постоянной обсеменённости источника условно-патогенными микроорганизмами может быть высокая температура воды в нем (40-42°С), близкая к оптимальной (37°С) для их роста. Например, E. coli имеет оптимум роста 37°С, хотя некоторые штаммы способны расти от 40 до 49°С (Ingledew and Poole, 1984). Сохранению жизнеспособности бактерий, в том числе санитарно-значимых, может способствовать низкая проточность источника и восстановленные условия среды. В ручьях, где происходит насыщение воды О2, и температура воды составляет ∼ 32 - 33°С, численность микроорганизмов также остается высокой. Значения численности ОКБ, E.coli, энтерококков соответствовали нормативам лишь в литорали на расстоянии 5-20 метров от берега, где температуры воды составляла 17°С. Очевидно, что совокупность таких факторов, как температура, скорость обновления вод в ваннах и количество купающихся влияют на развитие и распространение условно-патогенных микроорганизмов в исследованном источнике и прибрежной акватории. По результатам наших исследований, воды в большой и малой ваннах термального источника Змеиный не соответствуют требованиям СанПиН 1.2.3685-21 и не безопасны для бальнеологических целей без проведения специальных мероприятий. В качестве таких мероприятий можно увеличить проточность вод этого источника, добавлением байкальской воды в ночное время. Разбавление термальных вод и временное снижение температуры в них может снизить выживаемость условно-патогенных микроорганизмов и улучшить качество воды в ваннах источника.
5. Выводы
В различное время суток в источнике Змеиный наблюдались превышения нормативов санитарно-микробиологических показателей (ОКБ, E. coli, энтерококков) в соответствии с СанПиН 1.2.3685-21. Наиболее высокое содержание отмечалось после купания туристов, их количество оставалось высоким и после 6-часового перерыва. В литорали озера (20 метров от берега) численность исследованных групп в основном соответствовала нормативам. Очевидно, что совокупность таких факторов, как температура, скорость обновления вод в ваннах и количество купающихся влияют на развитие и распространение условно-патогенных микроорганизмов в исследованном источнике и прибрежной акватории.
Целебные источники, как объекты постоянного рекреационного посещения, должны быть защищены от попадания условно-патогенных бактерий в местах выхода минеральных вод посредством проведения специальных мероприятий. Также очевидна необходимость разработки регламента посещения туристами данного источника.
Благодарности
Авторы выражают благодарность сотрудникам Лимнологического института Захаренко Александре Сергеевне и Сусловой Марии Юрьевне за практические рекомендации. Работа выполнена в рамках темы гос. задания № 0279-2021-0006 (121032300223-1).
Конфликт интересов
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Об авторах
И. С. Еловская
Лимнологический институт Сибирского отделения Российской академии наук
Автор, ответственный за переписку.
Email: elovskaya.iren@yandex.ru
Россия, ул. Улан-Баторская, 3, Иркутск, 664033
С. М. Черницына
Лимнологический институт Сибирского отделения Российской академии наук
Email: elovskaya.iren@yandex.ru
Россия, ул. Улан-Баторская, 3, Иркутск, 664033
О. Н. Павлова
Лимнологический институт Сибирского отделения Российской академии наук
Email: elovskaya.iren@yandex.ru
Россия, ул. Улан-Баторская, 3, Иркутск, 664033
Т. И. Земская
Лимнологический институт Сибирского отделения Российской академии наук
Email: elovskaya.iren@yandex.ru
Россия, ул. Улан-Баторская, 3, Иркутск, 664033
Список литературы
- Бархутова Д.Д., Дармаева Б.В., Намсараев Б.Б. 2012. Санитарно-микробиологическая оценка холодных Аршанов и горячих минеральных источников Прибайкалья. Acta Biomedica Scientifica 5(1):193-196.
- Борисенко И.М., Замана Л.В. 1978. Минеральная вода Бурятской АССР Улан-Уде: Бурятское книжное издательство.
- Буслов С.П. 1990. Рекреационные ресурсы бассейна оз. Байкал и перспективы их использования. Взаимодействие социально-экономического развития и охраны природы в Байкальском регионе. Новосибирск.
- Горбенко Ю.А. 1961. О наиболее благоприятном количестве сухого питательного агара в средах для культивирования морских микроорганизмов. Микробиология 30(1):168-172.
- ГОСТ 31942-2012. Вода питьевая. Отбор проб для микробиологического анализа URL: https://docs.cntd.ru/document/1200097811
- ГОСТ 24849-2014. Вода. Способ санитарно-бактериологического анализа для полевых условий URL: http://docs.cntd.ru/docu-ment/1200115427/
- Дармаева Б.В. 2007. Санитарно-экологическая оценка минеральных источников Прибайкалья по микробиологическим показателям. Кандидатская диссертация, Федеральное государственное учреждение здравоохранения «Центр гигиены и эпидемиологии в Республике Бурятия», Улан - Удэ, Россия.
- Замана Л.В., Аскаров Ш.А. 2010. Фтор в азотных термах Баунтовской группы (Северное Забайкалье). Вестник Бурятского государственного университета (3):8-12.
- Калмычков Г.В., Hachikubo A., Покровский Б.Г. и др. 2020. Метан с аномально высокими значениями δ 13 С и δD из прибрежных термальных источников озера Байкал. Литология и полезные ископаемые 55(6):439-444. doi: 10.31857/S0024497X20040035
- Ломоносов И.С. 1974. Геохимия и формирование современных гидротерм Байкальской рифтовой зоны. Новосибирск: Наука.
- МУК 4.2.1884-04. Санитарно-микробиологический и санитарно-паразитологический анализ воды поверхностных водных объектов URL: http://docs.cntd.ru/document/1200039680/
- Намсараев Б.Б., Хахинов В.В., Гармаев Е.Ж. и др. 2007. Водные системы Баргузинской котловины. Улан-Удэ: Издательство Бурятского госуниверситета.
- Плюснин А.М., Замана Л.В., Шварцев С.Л. и др. 2013. Гидрогеохимические особенности состава азотных терм Байкальской рифтовой зоны. Геология и геофизика 54(5):647-664.
- СанПиН 1.2.3685-21. Гигиенические нормы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания URL: http://docs.cntd.ru/document/1200006938/
- Суслова М.Ю., Кравченко О.С., Косторнова Т.Я. и др. 2013. Санитарно-бактериологическая оценка качества вод в местах выходов минеральных источников долины реки Шумак (Тункинские гольцы, Восточная Сибирь). Байкальский медицинский журнал 117(2):092-095.
- Chernitsyna S.M., Khalzov I.V., Pogodaeva T.V. 2020. Distribution and morphology of colorless sulfur bacterium of the genus Thiothrix in water reservoirs of Baikal rift zone. Limnology and Freshwater Biology (4):976-978. doi: 10.31951/2658-3518-2020-A-4-976
- Chernitsyna S.M., Elovskaya I.S., Pogodaeva T.V. et al. 2023. Bacterial Communities in a Gradient of Abiotic Factors Near a Sulfide Thermal Spring in Northern Baikal. Diversity 15(298):1-15. doi: 10.3390/d15020298
- Gerhardt P. 1981. Manual of methods for general bacteriology. Washington: American Society for Microbiology.
- Ingledew W.J., Poole R.K. 1984. The respiratory chains of Escherichia coli. Microbiology and Molecular Biology Reviews American Society for Microbiology 48(3):222-271.
- Porter K.G. 1980. The use of DAPI for identifying and counting aquatic microflora. Limnology and Oceanography 25:943-94.
- Suslova M.Yu., Podlesnaya G.V., Zimens E.A. et al. 2022. Sanitary-microbiological characteristics of the coastal zone of Lake Baikal during the seasonal change in the lake level in 2022. Limnology and Freshwater Biology (6):1724-1727. doi: 10.31951/2658-3518-2022-A-6-1724
Дополнительные файлы
