Г.А. МАМОНОВ,
преподаватель ВПТУ 8 г. Киев

Окончание. См. № 8/2006

«Речка-вонючка» – техногенный биотоп

Периодически через Киевскую станцию очистки и аэрации проходит что-то ядовитое, тогда часть активного ила погибает. Ил восстанавливает свои очищающие свойства только через некоторое время, обычно за несколько суток, в течение которых увеличивается количество микроорганизмов, вырабатывающих ферменты, способные расщеплять эти необычные вещества и усваивать продукты гидролиза. При постепенном, а не скачкообразном, увеличении концентрации вредных веществ сообщество микроорганизмов активного ила адаптируется к ним легче.

Промышленные сточные воды обычно более ядовиты, чем бытовые. Их очищение проводят на предприятиях сначала физическими и химическими методами и только затем биологическими. Часть промышленных сточных вод может очищаться в анаэробных условиях метантенков. Предельные углеводороды могут усваивать и разлагать бактерии рода Methanomonas и дрожжи, ароматические углеводороды – микобактерии, бациллы, железо – железобактерии (они развиваются в трубах водопроводов), алканы разлагают микобактерии, актиномицеты, бактерии рода Pseudomonas.

Особенно опасны сточные воды металлургических заводов, на практике их стараются повторно использовать в замкнутом цикле, а не соединять с бытовыми сточными водами.

Фекальные воды канализационных стоков также отводятся отдельно, но очищаются биологически на полях отстаивания и фильтрации. Навоз с ферм собирают в специальные отстойники – навозохранилища. Тут он отстаивается и делится на твердые и жидкие фракции. Твердые идут на поля, как удобрения, примерно через 7 недель, а жидкие очищаются несколько суток в аэротенках и затем не менее 20 суток в биопрудах.

Сточные воды хорошо очищаются в прудах-отстойниках, фильтруясь через почву, в которой образуется биологически активная пленка микробов. Особенно много микроорганизмов в 40-сантиметровом слое почвы. В одном ее грамме тут бывает до 10¹⁰ клеток микроорганизмов.

В почве прудов присутствуют те же микроорганизмы, что и в активном иле, но здесь больше актиномицетов, плесневидных и микроскопических грибов, синезеленых и эукариотических водорослей. Присутствуют также многоклеточные животные – малощетинковые черви, личинки насекомых рода Podura (из отряда коллемболл). Очень много личинок комаров-звонцов – мотыля (семейство Chironomidae). В 1 м³ почвы может развиваться до 90 тыс. личинок, они перерабатывают до 250 г органических веществ в сутки – 150 г разлагают и 100 г усваивают сами.

Рис. 4. Бактерия-паразит Bdellovibrio bacteriovorus: А – цикл роста в бактерии-хозяине; Б – начальная стадия поражения псевдомонады

Большую роль в ликвидации болезнетворных микробов играют бактерии-паразиты, например, грам-отрицательная аэробная бактерия Bdellovibrio bacteriovorus (рис. 4). В отличие от бактериофагов, которые размножаются только в растущих клетках, этот микроб растворяет и усваивает без разбора как живые, так и мертвые клетки бактерий разных видов. Встретив бактерию, паразит прикрепляется к ее стенке передним концом. Пораженная клетка округляется, а Bdellovibrio проникает через клеточную стенку в ее периплазматическое пространство. Там клетка паразита растет в длину за счет питательных веществ, извлекаемых из протопласта хозяина, а затем несколько раз делится. В конце концов клетка хозяина растворяется, потомство бактерии-паразита высвобождается и может снова нападать на другие бактерии. Bacteriovorus выделен из почвы, но может существовать и в речной воде до 200 суток.

В прудах-отстойниках находили до 288 разных видов и форм водорослей – большинство из них хлорококковые, но часто встречаются и эвгленовые, диатомовые и зеленые: эвглена (Euglena), хлорелла (Chlorella), хламидомонада (Chlamidomonas), факус (Phacus). Водоросли усваивают ряд солей и органических веществ, растворенных в сточной воде, а также на свету насыщают ее кислородом, что способствует размножению аэробных микробов.

Наконец, в активном иле и почве прудов-отстойников есть простейшие организмы. Амебы встречаются при плохой очистке воды, в неактивном иле. При хорошем биологическом иле в очистном водоеме их мало или они вообще отсутствуют. В аэротенках есть инфузории – обычно прикрепленные формы кругоресничных (Peritricha), брюхоресничных (Hypotricha) и равноресничных (Heterotricha). Здесь можно наблюдать инфузорий родов Aspidisca, Stylonichia, Euplotes, Vorticella, Opercularia. Обычной туфельки тут почти не бывает.

Кроме инфузорий в иле встречаются и коловратки (Rotatoria) – микроскопические представители типа круглых червей. Они тут играют ту же роль, что и инфузории и появляются вместе с ними в иле на последней стадии очистки воды.

Жгутиковые простейшие встречаются в биологических фильтрах в верхней их части вместе с нитчатыми бактериями, водорослями, грибами.

Простейшие организмы частично усваивают вещества, растворенные в сточной воде, а также уничтожают другие микроорганизмы, в том числе и болезнетворные. Одна инфузория способна переварить до 30 тыс. клеток бактерий. Биологический ил в аэротенке – это динамичная система. При увеличении содержания органических веществ в воде и задержке роста бактерий увеличивается число амеб и жгутиковых. Рост числа бактерий вызывает увеличение количества простейших других групп. Они ограничивают излишнее развитие активного бактериального ила и тем способствуют поддержанию равновесия в очистном водоеме. Самих инфузорий частично усваивают коловратки родов Philodina и Notominata. Они часто развиваются в очистных земляных прудах.

Выходящая во внешний канал очищенная вода имеет слабощелочную реакцию (рН 7,5–8,2), содержание кислорода в ней составляет около 0,1 мг/л, нитратов – 0,01 мг/л. Хотя, конечно, эти показатели могут варьировать в разное время в разных очистных сооружениях.

Киевский канал внешне непримечателен – глубиной около 1 м, с крутыми песчаными берегами, поросшими травой, отдельными кустами и деревьями. Городские сточные воды попадают на станцию очень теплыми, почти горячими. В процессе очистки они охлаждаются, но все же остаются теплыми: летом +25...+26 °С и выше, зимой + 23 °С, в морозы – около +20 °С. Это делает канал привлекательным для многих живых существ.

Вода в канале течет то медленнее, то быстрее, ее то больше, то меньше – в зависимости от поступления очищенной воды со станции аэрации. Она постоянно несет частички черного активного ила. Ил образует хлопья, оседает на дно, но часть его все равно плавает в воде. Местами иловые хлопья имеют зеленоватый оттенок из-за присутствия микроводорослей. В сбрасываемой воде еще присутствуют азотистые соединения в виде аммонийных солей, нитратов и нитритов. Их активно усваивают высшие растения, которые присутствуют в канале. Мы отмечали тут ряску – два вида рода Lemna, роголистник (Ceratophyllum demrsum), камыш (Scirpus sp.). В центре хлопья ила местами намывают маленькие островки – на них растет аир (Acorus calamus). Встречается в канале и желтая кубышка (Nuphar lutea) – мы наблюдали ее цветы даже во второй половине октября, когда все окрестные растения уже готовятся к зиме. Хорошо заметны большие заросли рдестов – плавающего (Potamogeton natans) и курчавого (P. crispus). Очень необычно смотрится валлиснерия (Vallisneria spiralis). В естественных условиях это растение не встречается в ближних окрестностях Киева, оно распространено в более южных районах. Но в стабильно теплой воде очистного канала валлиснерия вырастает до максимальных размеров. Мы встречали ее кусты с длиной листа более метра (109 см) и шириной 1,5 см.

Совсем необычный для наших широт вид – зубчатая элодея (Elodea (Egeria) densa) из Южной Америки, как и валлиснерия, хорошо известное растение комнатных аквариумов. Зубчатая элодея неприхотлива, может выдерживать относительно невысокие температуры. Она акклиматизирована в Японии, на севере Америки, в Европе. Но морозостойкость этого растения все же ограничена. На территории бывшего СССР оно ранее не встречалось в природных водоемах. А вот в искусственном теплом канале сточных вод Киева зубчатая элодея стала доминирующим видом. Кусты ее тут достигают величины 2 м и более, отдельные стебли – почти 0,5 м длиной, с большими листьями. Элодея активно осаждает на себе муть из воды, плавающий ил. От этого она обычно имеет черный цвет, как и многие другие растения в канале, но это ей не мешает активно развиваться в теплой воде весь год. Зимой зубчатую элодею сильно выедают утки-кряквы, которые тут зимуют, но с весны она успешно отрастает вновь в прежнем количестве. Несмотря на свою неприхотливость, зубчатая элодея из очистного канала при переносе в чистую свежую воду может погибнуть – она лучше приживется в старой, богатой азотистыми веществами воде со слабощелочной реакцией (рН выше 7) и со взвешенными частичками ила и детрита.

И зубчатая элодея, и валлиснерия произрастают в очистном канале Бортничи с начала 1980-х гг., а возможно, и раньше. Как сюда попали эти растения, точно неизвестно. Может быть, их специально поселили любители аквариума, а может, они попали в канал случайно, со сточной водой города. А вот обычный для водоемов средней полосы вид элодея канадская (Elodea canadensis) в канале нами не замечалась, возможно, для этого холодноводного растения тут слишком тепло.

Тростника на канале немного, и он растет на берегу, а не в воде, как обычно. Не заметен и рогоз, – вероятно, для него тут также слишком тепло.

В гуще водных растений в канале встречаются мелкие червячки-олигохеты, малоподвижные коловратки, инфузории, слизистые налеты бактерий. А вот плавающих ракообразных – дафний и циклопов, обычных в окрестных природных водоемах, мы тут не встречали. Также незаметны и личинки насекомых. Хотя над водой у берега летают различные разнокрылые стрекозы, яйца они, возможно, откладывают в окрестных природных водоемах.

Отсутствие дафний в воде канала довольно показательно. Эти мелкие ракообразные очень чувствительны к химическому и радиоактивному загрязнению и потому могут служить организмами-индикаторами чистоты воды. Даже разбавленные в 10 раз городские сточные воды токсичны для дафний. В месте сброса сточных вод в Днепр смертность этих рачков достигает 94–100%. Мелкие виды дафний (Daphnia pulex, D.longispina) менее чувствительны к загрязнению, чем крупная Daphnia magna, но и их нет в сточных водах Киева, степень очистки которых близка к минимальной.

В канале постоянно встречаются зеленые лягушки: озерная (Rana ridibunda), прудовая (R. lessonae) и их гибриды. Они остаются активными и зимой, но их головастиков мы не наблюдали. Вероятно, они размножаются в близлежащих стоячих прудах и озерах. Встречается в канале и жерлянка (Bombina bombina) – ее голос можно услышать тут и в конце октября, когда в естественных биотопах амфибии уже прячутся на зимовку.

Несмотря на презрительное прзвище «вонючка», канал Бортничи посещают и рыбаки. С Днепра в канал заходят почти все речные рыбы: окунь, щука, плотва, верхоплавка, густера, красноперка, сазан. Рыба держится посередине канала и питается активным илом на дне. Он для нее довольно питательный, так как содержит много микроорганизмов и переработанных ими органических веществ, легких для усвоения. Пища рыб в канале иногда на 60% состоит из такого ила, причем его заглатывают даже хищники, например окунь.

Главной достопримечательностью очистного канала Бортничи можно назвать южно-американскую рыбку гуппи (Lebistes reticulatus /Poecilia retoculata/) – популярного обитателя аквариумов. Она акклиматизирована здесь, вероятно, четверть века назад, а может, и раньше – в 1980 г. сотрудники Киевского университета уже наблюдали гуппи в канале. Как попали сюда эти рыбки – случайно, со сточной водой, или же их кто-то запустил в канал – как и в случае с южноамериканской элодеей, неизвестно. Но теперь гуппи – доминирующий вид рыб в канале. По внешнему виду они стали похожи на диких: в большинстве своем серые самцы с укороченными прозрачными хвостовым и спинным плавниками, на теле 1–4 красных пятна, 1–4 черные точки, нередки полосы и зеленоватые пятна. Впрочем, и в 2005 г. мы отмечали у отдельных самцов «остатки» прежней декоративной окраски: удлиненные и окрашенные плавники, «вилки» и «мечи» на хвостах.

В аквариуме гуппи из канала адаптируются уже с некоторым трудом – как и все дикие рыбы. Первое время они предпочитает свою родную воду из канала, слабощелочную, с азотистыми веществами и взвешенными частицами ила. К новой, свежей, воде, даже аквариумной, канальные гуппи должны привыкать постепенно. Если их поместить в такую воду сразу, а не доливать ее постепенно, рыбки могут погибнуть. Неохотно поначалу едят канальные гуппи и обычные искусственные аквариумные корма – их более привлекает питательный биологический ил и обрастания микроводорослей.

Размер самцов гуппи в канале – до 3, самок – до 4 см. Размножаются они, вероятно, на протяжении большей части года: мы наблюдали мальков и в ноябре.

Летом гуппи держатся в канале стаями у самого берега, зимой отходят глубже. На мелководье гуппи легче удерживаются против течения, которого стараются избегать. Ближе всего к суше, на самом мелководье, скапливаются мальки и молодые рыбки. Они собирают здесь корм – ил, инфузорий со дна. Старые самки кормятся у растений. В середине дня, когда очень жарко, гуппи прячутся у кустов элодеи. Встречаются они по всему каналу, до устья, однако в Днепр не выходят даже летом. Температура воды +14 °С – для них природный предел, и холодная вода Днепра их не привлекает.

Когда идет спуск особенно ядовитых веществ, то дикие речные рыбы, что держатся на середине канала, обычно гибнут. Гуппи на мелководье у берега избегают слишком концентрированного потока ядовитой воды и в массе остаются живы. Но все равно, временами часть из них – до 25–50% – погибает в очень токсичных стоках.

Зимой вокруг тепловодного канала остается полоса берега без снега. Такой биотоп очень привлекателен для многих зимующих птиц. Тем более, что канал расположен практически за городом и их здесь никто не беспокоит. В разные годы тут зимой отмечали до 40 видов птиц. Постоянно встречаются утки кряквы – их здесь не достают охотники. Все чаще остаются на зиму лысухи и камышницы, но эти птицы предпочитают лишь те участки, где есть тростник, т.е. у самого Днепра. Самая необычная зимующая птица на очистных сооружениях – зимородок, который вообще имеет тропическое происхождение. Не замерзающий зимой канал с постоянно теплой водой создает для него очень благоприятные условия. Кормится зимородок, добывая гуппи, а гнездится в обрывистых и крутых песчаных берегах канала. В последние годы эта птица стала зимовать и в других местах Украины, например на очистных прудах в г. Черкассы.

Всего в лесостепи Украины за последние годы отмечалось на зимовке до 39 видов водных и водно-болотных птиц. Среди них белая трясогузка, ремез, разные чайки, утки, серая и белая цапли, кулики черныш и перевозчик – весьма специализированные болотные птицы, которые обычно не зимуют в Средней полосе. Оставалась зимовать на очистных прудах и краснозобая казарка – необычный тут вид, внесенный в Международную Красную книгу. В Одессе на очистных озерах регулярно зимуют болотные курочки: пастушки и камышницы. Наличие разных птиц на незамерзающих водоемах очистных систем привлекает сюда зимой и хищников, в частности полевого луня и даже орлана-белохвоста.

Таким образом, очистные тепловодные водоемы заселяются разнообразными растениями и животными – как естественным путем, из близлежащих биотопов, так и с помощью человека. В теплых сточных водах многие живые организмы находят оптимальные для себя условия жизни. Так исследования рыб, отловленных в Москве в районе сброса сточных вод в Москву-реку, показали, что часть рыб, например сазан и карась, жили все время в сточной воде канала доочистки Курьяновской станции аэрации, тогда как в самой реке их мало¹.

Этих рыб, вероятно, поселили в канал специально в 1980-х гг. Карась тут жил по 4–6 лет, имел вес до 470 г и длину до 29 см. Сазан достигал возраста – 14–19 лет, вес имел 5,4–8,9 кг, а длину– 42–61 см. Питались эти рыбы илом, детритом, обрастаниями. Всего возле мест выхода сточных вод в Москву-реку обнаружено в последние годы до 11–13 видов рыб. Даже судак тут попадался, еще и голавль, елец, жерех, плотва, уклея, окунь, густера, лещ, пескарь. Меньше всего рыбы обнаружено в районе выхода поверхностных неочищенных сточных вод промышленных предприятий с наличием солей тяжелых металлов, особенно ртути, кадмия, и мышьяка. Но в местах выхода бытовых сточных вод города, после очистной Курьяновской станции аэрации, тяжелых металлов меньше. Рыба тут более упитанная, жирная. 7,5% рыб не имели видимых изменений внутренних органов и внешнего вида, содержание же тяжелых металлов в них не превышало предельно допустимых норм для пищевых продуктов².

На Украине на очистных полях орошения тоже можно встретить упитанных карасей.

При биологической очистке сточных вод возникает проблема удаления и утилизации недоочищенных органических осадков и избыточного активного ила, в котором много бактерий. Простейших организмов как потребителей бактерий тут бывает недостаточно. Дополнительные усилия по сбраживанию ила и растворенной органики увеличивают стоимость очистки. Не всегда удаляется из сточной воды и избыток азота и фосфора. Поэтому сейчас ведутся опыты по искусственному увеличению видового состава растений и животных водоемов станций очистки – добавлению в пищевые цепи этих сообществ дополнительных потребителей ила, обрастаний, бактерий и простейших, а также органических веществ. Например, в очистных водоемах поселяют моллюсков – катушек и прудовиков.

В Петербурге в бассейны помещали аквариумные растения: пистию (Pistia stratiotes), эйхорнию (Eichhornia crassipes), кувшинку водяную розу (Nymphaea daubenyna). Они хорошо затеняли воду летом от перегрева, усваивали присутствующие в воде в виде органических примесей азот и фосфор, служили биологическим индикатором степени очистки. Эйхорния, однако, не пережила холодную зиму в Петербурге с низкой температурой воздуха над водой.

Запускали в бассейны и аэротенки и разных аквариумных рыб. Меченосец (Xiphophorus helleri) и пятнистый гурами (Trichogaster trichopterus) тут не прижились. Гуппи тоже не перенесли относительно низкой температуры воды зимой – +13...+17 °С. А вот рыбка макропод (Macropodus opercularis) успешно размножилась, перезимовала, ее мальки нормально себя чувствовали в самой гуще взвешенного в воде активного ила. Нормально прижились и холодноводные рыбы: карась (Carassius auratus), декоративные карпы кои (Cyprinus carpio var Koi).

В техногенные тепловодные водоемы некоторые виды рыб и других организмов попадают и во «внеплановом порядке» – например, их сюда запускают любители природы. Так в водоеме-охладителе Хмельницкой АЭС появились южно-американские рыбки пецилии (Poecilia sp.), а в прудах-охладителях электростанций в Красноярском крае встречали африканских рыбок хромисов. Следует ожидать и дальнейшего обогащения фауны и флоры таких водоемов путем разных интродукций.

Экосистемы искусственных тепловодных водоемов привлекают все большее внимание биологов. Не стоит забывать об этих экосистемах и при обучении биологии. Системы водоемов биологической очистки – это пример хозяйственного использования микроорганизмов для очищения воды (разложения и выделения разных веществ из нее в ходе окисления или анаэробного сбраживания). Это иллюстрация смены видового состава сообщества в зависимости от меняющихся условий. Это пример формирования цепей питания в условиях поступления основной массы органических веществ извне – от микробов через простейших до позвоночных (рыб и рыбоядных птиц). И, наконец, это иллюстрация выработки адаптаций организмов к новым и необычным условиям обитания, – вспомним экзотических рыб в климате Средней полосы, зимовку птиц, обычно улетающих на юг, зимнюю активность лягушек в тепловодных водоемах (пока не ясно, как они питаются в это время). Таким образом, рассказ об экосистемах техногенных водоемов может быть использован при изучении самых разных тем биологии. Об этом не стоить забывать на уроках.

Литература

Воронцов Н.Н., Сухорукова Л.Н. Эволюция органического мира. – М.: Просвещение, 1991.

Мамонтов С.С., Захаров В.Б., Козлова Т.Б. Основы биологии. – М.: Просвещение, 1992.

Медников Б.М. Биология: формы и уровни жизни. – М.: Просвещение, 1994.

Энциклопедический словарь юного биолога Под ред. М.С. Гилярова. – М.: Педагогика, 1986.

Яблоков А.В., Юсуфов А.Г. Эволюционное учение. – М.: Высшая школа, 1998.

¹ Район Курьяновских сливов – один из самых загрязненных участков Москвы-реки в пределах города. (см. материал Л.И. Соколова «Какие рыбы живут в Москве-реке» – Биология, № 39/2000. – Прим. ред.

² При этом содержание нефтепродуктов в теле плотвы, отловленной у Курьяновских сливов в Москва-реке, превышает, по свидетельству Л.И. Соколова, санитарные нормы в 500 раз. – Прим. ред.