Санитарно-микробиологическая характеристика воды в районе термального источника Змеиный (Северный Байкал, Россия, 2022)

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:

$\text{X=}\frac{\text{a}\cdot \text{b}\cdot {\text{10}}^{\text{6}}}{\text{c}\cdot \text{d}\cdot \text{e}}$

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

Дополнительные файлы