В.А. Румянцев, д-р геогр. наук, академик РАН, профессор, главный научный сотрудник СПбНЦ РАН; В.Н. Рыбакин, канд. физ.-мат. наук, зав. лабораторией комплексных проблем лимнологии, Институт озероведения РАН; О.А. Павлова, канд. биол. наук, советник руководителя, Санкт-Петербургский филиал ФГБНУ «ВНИРО»; А.Н. Коровин, ведущий инженер, Институт озероведения РАН
На территории Санкт-Петербурга находится большое количество естественных и искусственных пресноводных водоемов – 23 озера, 108 прудов, много карьеров, бассейнов и водохранилищ, которые используются для водоснабжения, противопожарных, рекреационных и спортивных целей. Расположение водных объектов в урбанизированном ландшафте во многом определяет уровень их загрязненности.
В последние десятилетия появился еще один тип биологического загрязнения, связанный с массовым развитием, так называемым «цветением», цианобактерий (синезеленых водорослей). Это «цветение», обычно наблюдаемое в летние месяцы при достаточном прогреве воды, в настоящее время превращается в серьезную экологическую проблему.
Сегодня достоверно установлено, что цианобактериальное «цветение» воды может сопровождаться гибелью биотического комплекса самоочищения водоемов и неминуемым крахом безопасного питьевого водоснабжения и рекреации: диагностируются острые и хронические отравления токсинами цианобактерий, происходит распространение холерного вибриона, вирусов полиомиелита и эпидемических гастроэнтеритов.
Вспышки цветения цианобактерий вызывают различные опасные угрозы в отношении здоровья животных и человека, связанные с токсинами цианобактерий, которые являются канцерогенами, выделяемыми в водную среду. Находящиеся в воде токсины могут вызывать аллергию, влияют на сердечно-сосудистую и иммунную системы, на деятельность печени и других органов человека. Они могут служить причиной начала развития болезней Альцгеймера и Паркинсона, а в некоторых случаях могут приводить к летальному исходу.
Приведем только два примера. В августе 2014 года в результате цианобактериального «цветения» в озере Эри и загрязнения воды токсинами, которые выделяются при массовом развития цианобактерий, было прекращено водоснабжение в 500-тысячном городе Толедо (штат Огайо, США), объявлено чрезвычайное положение и осуществлен переход на использование привозной воды. В Российской Федерации очень популярное среди туристов озеро Котокель, расположенное в непосредственной близости от Байкала, в 2008 году было закрыто для посещения Роспотребнадзором по Республике Бурятия из-за обнаруженной токсичности воды вследствие вспышки так называемой «гаффской болезни». Было зафиксировано более 20 случаев отравления людей и гибель одного из них из-за употребления ими в пищу зараженной цианобактериями рыбы.
В настоящее время наиболее перспективным и «экологически чистым» решением проблемы цианобактериального «цветения» воды считается использование ультразвука малой интенсивности. Уже более 15 лет в различных странах мира производятся и продаются ультразвуковые устройства, среди которых основными и наиболее известными являются Thomas-Electronics, LG Sound, Sonic Solutions, Envirosonic. Многолетними исследованиями отечественных и зарубежных ученых было показано, что использование ультразвука является экологически чистым и более эффективным методом управления цветением цианобактерий по сравнению с обычными химико-биологическими способами воздействия.
Ультразвуковые устройства малой интенсивности, разработанные сотрудниками Института озероведения РАН и Санкт-Петербургского научного центра РАН, в течение последних шести лет проходили испытания на прудах Московского парка Победы (Санкт-Петербург). В качестве экспериментального и контрольного водоемов были выбраны два пруда – Матросский и Капитанский соответственно, как имеющих сходные размеры, морфометрию, составы и уровень развития биотических сообществ. Снимок экспериментального Матросского пруда, сделанный с квадрокоптера с высоты 70 м, показывает интенсивность процесса «цветения» воды.
Параметры акустического излучения – частоты и интенсивности излучаемого сигнала для ультразвуковых устройств были определены в процессе лабораторных экспериментов с культурами цианобактерий на специальной многоканальной установке.
Серьезным требованием, предъявляемым ко всем помещаемым в пруды ультразвуковым устройствам, было обеспечение их скрытной постановки. Это связано с тем, в парке летом бывает большое количество посетителей и ультразвуковые устройства могут быть повреждены излишне любопытными людьми.
Первый вариант устройства был выполнен как автономная ультразвуковая станция, которая ставилась в Матросский пруд на все лето. Бесперебойную работу станции обеспечивали встроенные аккумуляторы и солнечные батареи.
Полученные результаты исследований показали, что численность и биомасса доминирующих видов цианобактерий родов Limnothrix и Aphanizomenon в конце эксперимента в Матросском пруду были почти в 10 раз ниже, чем на контрольном – Капитанском. Что касается остальных групп гидробионтов, то на обоих прудах расхождение в показателях находилось в пределах ошибок измерений. По существу, была показана реальная возможность регуляции явления «цветения» воды при условии сохранения видового разнообразия в природе и безопасного жизнеобеспечения человека в будущем.
Основным выявленным недостатком при использовании АУС являлась необходимость регулярного технического обслуживания станции – подзарядка аккумуляторов, очищение корпуса и солнечных батарей от обрастаний. Чтобы избежать необходимости многократно обслуживать станцию в течение всего периода работы на пруду, были разработаны и испытаны несколько вариантов стационарных ультразвуковых устройств. Их также устанавливали в центре Матросского пруда, но питание на них постоянным напряжением 12 вольт подавали с берега по проложенному по дну изолированному проводу.
Несколько модификаций стационарных ультразвуковых устройств были испытаны в Матросском пруду Парка Победы в 2019–2021 годах. Все испытанные там стационарные ультразвуковые устройства контролировали развитие цианобактерий во время проведения экспериментов. Проведенные работы подтвердили тот факт, что ультразвуковой контроль роста цианобактерий (синезеленых водорослей) в настоящее время является эффективным способом регуляции количества цианобактерий в водоемах и эта технология не влияет на биологические сообщества, кроме цианобактерий, и абсолютно безопасна для рыб, водоплавающих птиц и человека. Таким образом, было показано, что применение ультразвуковых установок является эффективным и безопасным способом регуляции развития цианобактерий в небольших водоемах.
В 2022 году на Матросском пруду начинаются испытания нового устройства, разработанного совместно специалиста СПб ФИЦ РАН (ИНОЗ РАН – СПб ФИЦ РАН и СПИИРАН – СПб ФИЦ РАН), которое может стать прототипом для серии российских стационарных ультразвуковых устройств малой интенсивности, предназначенных для контроля за ростом цианобактерий на водных объектах РФ.
Авторы выражают свою благодарность всем коллегам, принимавшим участие в данных исследованиях.
Источники
Калинникова Т.Б., Гайнутдинов М.Х., Шагидуллин Р.Р. Цианотоксины – потенциальная опасность для пресноводных экосистем и здоровья человека. Российский журнал прикладной экологии. 2017. №2. С. 3–19.
Киселев Е.Ю., Румянцев В.А., Рыбакин В.Н. Применение ультразвукового излучения низкой интенсивности для борьбы с «цветением» воды в водоемах. Механизмы воздействия на водоросли. Ученые записки РГГМУ. 2014. №34. С. 115–122.
Киселев Е.Ю., Румянцев В.А., Рыбакин В.Н. Применение ультразвукового излучения низкой интенсивности для борьбы с «цветением» воды в водоемах. Эффективность воздействия на водоросли и другие организмы. Ученые записки РГГМУ. 2014. №37. С. 222–230.
Лудупова Е.Ю., Сергеева Л.А., Гыргешкинова Н.Г., Олоева Э.В., Бадмаева В.Я., Будашеева А.Б. Случай возникновения гафской болезни (алиментарно-токсической пароксизмальной миоглобинурии) в Республике Бурятия в селах Прибайкальского района, расположенных у озера Котокель. Бюллетень ВСНЦ СО РАМН. 2009. №3 (67). С. 92–94.
Румянцев В.А., Крюков Л.Н., Рыбакин В.Н. Киселев Е.Ю. Проблема «цветения» сине-зеленых водорослей и пути ее решения, Перспективные направления развития науки в Петербурге. 2015. СПб.: Изд-во ИП Пермяков С.А. С. 277–294.
Румянцев В.А., Рыбакин В.Н., Рудский И.В., Павлова О.А., Капустина Л.Л., Митрукова Г.Г., Коровин А.Н. Проблема регуляции токсигенного цветения пресноводных водоемов. Водные ресурсы. 2022. Т. 49. №2. С. 1–11. DOI: 10.31857/S0321059622020134
Румянцев В.А., Рыбакин В.Н., Рудский И.В., Коровин А.Н. Воздействие ультразвука малой интенсивности на состояние токсигенных цианобактерий. Доклады Российской академии наук. Науки о Земле. 2021. Т. 498. №1. С. 101–104. DOI: 10.1134/S1028334X21050147
Создать комментарий