Введение Каспийское море – самый крупный водоем морского типа, не имеющий связи с Мировым океаном. Являясь бассейном преимущественно рыбохозяйственного значения, Каспий располагает не только богатым запасом рыбных ресурсов, но и наличием важных транспортных водных путей, промышленных объектов, а также значительными разведанными и депонированными запасами углеводородного сырья. По морфологическому строению и физико-географическим особенностям море делят на три части: Северный, Средний и Южный Каспий [1]. Особую значимость имеет северная часть Каспийского моря, где происходит нагул промысловых видов проходных и полупроходных рыб, а также сосредоточены запасы углеводородного сырья [2]. В то же время Северный Каспий имеет большое хозяйственное значение (добыча и транспортировка нефти, судоходство и т. д.). Северная часть Каспийского моря занимает около четверти всей акватории, при этом ввиду мелководности Северного Каспия (глубина не превышает 10 м) объем содержащихся в нем водных масс составляет 0,6 % общего объема Каспия [3]. Активное освоение ресурсов Северного Каспия вызывает необходимость всестороннего мониторинга состояния акватории уникального водоема [4]. Одним из наиболее важных направлений являются ежегодные исследования морской микробиоты [5]. Микробным сообществам принадлежит ведущая роль в круговороте всех биогенных элементов и процессах самоочищения водоема от различного рода загрязняющих веществ [6]. За счет деструкционной деятельности бактерий в морских экосистемах утилизируется 40–80 % органического углерода, создаваемого первичными продуцентами [7]. Гетеротрофные бактерии способны разлагать большинство антропогенных поллютантов. Кроме того, бактерии обладают способностью мгновенно реагировать на любые изменения в окружающей среде, возникающие под влиянием антропогенных факторов [8]. В связи с вышеперечисленным особую актуальность приобретает ежегодный мониторинг общей численности бактерий, численности нефтеокисляющего и сапротрофного бактерио-планктона, что позволяет оценить адаптивность экосистемы к антропогенной нагрузке.Материалы и методы исследованийВ рамках микробиологического мониторинга Северного Каспия изучали общую численность бактерий (ОЧБ), количество сапротрофного и нефтеокисляющего бактериопланктона, а также соотношение этих групп микроорганизмов в летне-осенние периоды 2013–2018 гг. Всего для микробиологических и гидрохимических исследований было собрано и обработано более 300 проб воды и проведено более 2 000 анализов. Для определения сапротрофных микроорганизмов исследуемый объект высевали на питательный агар, для определения нефтеокисляющих бактерий – на среду Теппер с добавлением 1 % сырой нефти в качестве единственного источника углерода [9]. Общую численность бактерий в воде определяли методом прямого микроскопирования мембранных фильтров [9]. Содержание биогенных элементов в воде определяли фотометрическим методом с помощью спектро-фотометра КФК-3КМ [10].Результаты исследований и обсуждениеОбщая численность бактерий (ОЧБ) в водах Северного Каспия в период исследований (2013–2018 гг.) изменялась в широких пределах (0,29–2,70 млн кл./мл), при этом с увеличением глубины Северного Каспия показатели ОЧБ снижались, минимальные значения ежегодно регистрировали в районе Мангышлакского порога. За период исследований 2013–2018 гг. среднегодовое значение общей численности бактерий составляло 1,35 млн кл./мл (табл. 1). Таблица 1 Table 1Средняя численность бактериопланктона в Северном Каспии в летне-осенний период 2013–2018 гг.Average number of bacterioplankton in the North Caspian Sea in summer-autumn period in 2013-2018ПоказательГод исследованийСреднегодовое значение201320142015201620172018Общая численность бактерий, млн кл./мл1,461,331,191,381,341,381,35Сапрофитные бактерии, тыс. КОЕ/мл50,941,661,677,442,011,2910,83Нефтеокисляющие бактерии, тыс. КОЕ/мл8,280,210,631,280,530,361,88 Максимальное значение ОЧБ (1,46 млн кл./мл) отмечено в 2013 г. В 2014 г. концентрация ОЧБ падала, достигая минимального значения в 2015 г. (1,19 млн кл./мл). В 2016 г. регистрировали увеличение показателя ОЧБ (до 1,38 млн кл./мл) и его стабилизацию на этом уровне до конца периода исследований. В Северном Каспии ОЧБ на протяжении всего периода исследований не претерпевала серьезных изменений и в среднем находилась в пределах 1,19–1,46 млн кл./мл. Согласно литературным данным [11], в начале XXI в. средние показатели ОЧБ в районе исследований отмечались на уровне 0,87–1,35 млн кл./мл. Сравнительный анализ показал, что несмотря на сохранившуюся тенденцию к уменьшению ОЧБ с увеличением глубины моря в период исследований произошло увеличение численности бактериопланктона. Рост ОЧБ мог быть обусловлен как изменением гидрологических и гидрохимических параметров Северного Каспия, так и увеличением антропогенного воздействия, в том числе в результате активного освоения нефтегазовых месторождений. Концентрация сапротрофов в водах Северного Каспия в период исследований варьировала от 0,20 до 210,00 тыс. КОЕ/мл, при этом количество сапротрофов снижалось по мере увеличения глубины акватории. Максимум численности сапротрофных бактерий (50,94 тыс. кл./мл) отмечен в 2013 г. В 2014 г. регистрировали снижение концентрации сапротрофов в 30 раз, до 1,66 тыс. КОЕ/мл. В период с 2014 по 2018 гг. концентрация сапротрофов варьировала незначительно, за исключением лета 2016 г., когда регистрировали повышение численности сапротрофного бактериопланктона до 7,44 тыс. КОЕ/мл. В Северном Каспии высокие показатели концентрации сапротрофов отмечены только в 2013 г. Начиная с 2014 г. и до конца периода исследований количество гетеротрофного бактериопланктона существенно сократилось, резких колебаний численности сапротрофов не зарегистрировано. Численность гетеротрофных бактерий в Северном Каспии во многом зависела не только от гидрохимических и биотических факторов, но и от стока р. Волги. Так, 2013 г. был наиболее многоводным, что оказало влияние на концентрацию гетеротрофного бактериопланктона в северной части Каспийского моря. При этом снижение численности гетеротрофного бактериопланктона на порядок в 2014 г. и ее стабилизация на уровне 2,81 тыс. КОЕ/мл свидетельствовало не только об активных процессах самоочищения морской среды, но и о стабилизации микробиологической обстановки в Северном Каспии. Согласно литературным данным [12], в начале XXI в. средняя численность сапротрофов составляла 8,85 тыс. КОЕ/мл. В период 2013–2018 гг. концентрация сапротрофных бактерий составила 10,83 тыс. КОЕ/мл, однако следует учитывать значительное влияние на среднегодовую численность сапротрофов данных 2013 г., когда отмечены максимальные значения (см. табл. 1). В период 2014–2018 гг. среднегодовая концентрация сапротрофов в воде составляла 2,81 тыс. КОЕ/мл, что значительно ниже по сравнению с данными начала века. Снижение количества сапротрофов в воде на фоне повышения общей численности бактериопланктона может косвенно указывать на адаптацию бактериоценоза к увеличению антропогенной нагрузки на фоне расширения сфер хозяйственного использования Северного Каспия. Данная динамика изменения численности сапротрофов и бактериопланктона положительно влияет на микробиологическую обстановку в Северном Каспии, поскольку высокая доля сапротрофных бактерий в общем бактериопланктоне не только представляет потенциальную угрозу эпизоотическому состоянию гидробионтов ввиду широкого распространения среди сапротрофов условно-патогенных бактерий, но и указывает на свежее бактериальное загрязнение акватории и неспособность бактериоценоза к самоочищению от аллохтонных компонентов.Помимо численности общего бактериопланктона (ОЧБ) и сапротрофных бактерий определяли соотношение данных групп микроорганизмов, выраженное в виде коэффициента К, которое показывает степень эвтрофирования водоема (рис. 1). Рис. 1. Соотношение общей численности бактерий (ОЧБ) и сапротрофных бактерий в Северном КаспииFig. 1. Ratio of total bacteria (TBN) and saprotrophic bacteria in the North Caspian Так, согласно [13], если коэффициент К ниже 1 000, вода относится к категории «загрязненная», если коэффициент К превышает 1 000, вода относится к категории «чистая». Эвтрофирование Северного Каспия отмечено в 2013 и 2016 гг., когда регистрировали повышение доли сапротрофных бактерий в ОЧБ. В остальные периоды соотношение ОЧБ и сапротрофов соответствовало олиготрофному водоему. Во временном аспекте, по сравнению с данными начала XXI в., когда соотношение ОЧБ/сапротрофы составляло 132,20, среднегодовое значение коэффициента в период исследований увеличилось до 1 479,43, что указывало на улучшение микробиологической обстановки на акватории Северного Каспия за счет уменьшения загрязнения и эвтрофирования вод.Еще одной важной группой гетеротрофного бактериопланктона являются нефтеокисляющие бактерии (НОБ). Численность НОБ в водах Северного Каспия уступала сапротрофам на протяжении всего периода исследований. Концентрация НОБ в период исследований варьировала от 0,05 до 32,00 тыс. КОЕ/мл. Максимальная средняя численность НОБ зарегистрирована в 2013 г. В 2014 г. концентрация НОБ снизилась в 40 раз до минимального значения (0,21 тыс. КОЕ/мл). Начиная с 2015 г. численность НОБ несколько возросла и не претерпевала значительных изменений до конца периода исследований.Аналогично сапротрофному бактериопланктону в период исследований регистрировали снижение концентрации нефтедеструкторов (1,88 тыс. КОЕ/мл) по сравнению с данными начала XXI в. (5,98 тыс. КОЕ/мл) [12], что вполне закономерно, учитывая тесную связь двух групп бактериопланктона.Кроме численности НОБ важными дополнительными показателями адаптивности микробиоты к загрязнению нефтяными углеводородами является соотношение численности НОБ и сапротрофов, выраженное в виде коэффициента Ку. Считается, что чем выше соотношение НОБ к сапротрофам, тем выше степень адаптивности бактериоценоза к нефтяным углеводородам [14]. На обследованной акватории соотношение НОБ и сапротрофов в воде изменялось от 16,47 до 52,47 % (рис. 2). Рис. 2. Соотношение сапротрофных и нефтеокисляющих бактерий в Северном КаспииFig. 2. The ratio of saprotrophic and oil-oxidizing bacteria in the North Caspian Минимальное соотношение численности НОБ к сапротрофам (16,47 %) регистрировали в 2013 г., в период, когда численность обеих групп была максимальной. Начиная с 2014 г. регистрировали устойчивое увеличение доли нефтедеструкторов в гетеротрофном бактериопланктоне вплоть до 2016 г., когда отмечен максимум (52,47 %). В дальнейшем соотношение нефтедеструкторов и сапротрофов не опускалось ниже 39 %. Следует отметить, что во временном аспекте соотношение нефтедеструкторов и сапротрофов в воде Северного Каспия сократилось почти в 2 раза, с 67 %, по данным начала XXI в. [12], до 37 % в период 2013–2018 гг. Такая трансформация гетеротрофного бактериопланктона носит двойственный характер. С одной стороны, высокая доля НОБ относительно сапротрофов может указывать на преобладание углеводородов в спектре питания бактерий и, как следствие, наличие нефтяного загрязнения акватории. С другой стороны, снижение доли нефтедеструкторов может сказаться на процессах самоочищения морской среды от нефтяных углеводородов. Однако несмотря на снижение доли нефтедеструкторов в гетеротрофном бактериопланктоне их соотношение по-прежнему находится на достаточно высоком уровне, поскольку, согласно литературным данным [14], в олиготрофных водоемах, не подверженных нефтяному загрязнению, доля нефтедеструкторов не превышает 1–5 %.Среднегодовая динамика ОЧБ, сапротрофных и НОБ в водах Северного Каспия во многом зависела от водности и содержания биогенных веществ, в то время как температурный режим Северного Каспия не оказывал существенного влияния на бактериопланктон, поскольку средняя температура в летне-осенние периоды 21,94–24,55 °С соответствовала оптимуму развития большинства бактерий (табл. 2). Таблица 2Table 2Гидрологические и гидрохимические показатели в воде Северного Каспия в летне-осенний период 2013–2018 гг.Hydrological and hydrochemical indicators in the water of the North Caspianin the summer-autumn period in 2013-2018ПоказательГод исследованийСреднегодовое значение201320142015201620172018Годовой сток, км3271,30223,30198,50265,00287,90269,40252,57Температура, °С23,4521,9724,5524,5023,6222,3023,40Содержание фосфора, мкг/л22,5017,5023,0035,0027,0032,0026,17Содержание кремния, мкг/л962,50625,00683,501 120,00156,00373,00653,33Содержание минерального азота, мкг/л121,5086,5046,5076,0059,0036,0070,92 На развитие ОЧБ в большей степени оказы-вали влияние годовой сток Волги (r = +0,77) и содержание в воде минерального азота (r = +0,60). Влияние волжских вод на бактериоценоз Северного Каспия происходило не только в сфере обеспечения бактериопланктона биогенными и питательными веществами, но и с привнесением аллохтонной микробиоты, которую наряду с индигенными бактериями регистрировали в составе ОЧБ. Биогенные вещества, основным источником которых являлись волжские воды [3], также лимитировали развитие бактериопланктона, при этом наибольшее влияние оказывало наличие минерального азота, что подтверждалось высокой корреляционной связью (r = +0,60). При этом влияние концентрации минерального фосфора и кремния на ОЧБ не отмечено (r = +0,25 и r = +0,24 соответственно).Концентрация сапротрофных бактерий в Северном Каспии значительно меньше зависела от годового стока р. Волги (r = +0,38). При этом значимая положительная корреляция численности сапротрофов обнаружена только с азотом (r = +0,83), более слабая – с кремнием (r = +0,50). Количество НОБ тесно коррелировало с содержанием в воде минерального азота и крем-ния (r = +0,81). Зависимость бактериопланктона от волжского стока и содержания минерального азота вполне закономерны, поскольку именно источник азота является для бактерий лимитирующим элементом, а волжский сток является основным источником биогенов в водах Северного Каспия. ЗаключениеТаким образом, сезонная динамика численности бактериопланктона Северного Каспия в период с 2013 по 2018 гг. во многом зависела от абиотических факторов, в частности уровня половодья и содержания биогенных веществ. Максимум численности всех групп бактериопланктона приходился на 2013 г., однако уже в 2014 г. регистрировали значительное снижение концентрации сапротрофных и нефтеокисляющих бактерий, что указывало на перестройку бактериального сообщества Северного Каспия. В последующие годы количество данных групп бактерий варьировало незначительно, что свидетельствовало о стабилизации бактериоценоза. Следует отметить, что, в отличие от гетеротрофных групп бактериопланктона (сапротрофы и нефтедеструкторы), общая численность бактерий в водах Северного Каспия в период исследований варьировала в более узких пределах. Повышение численности сапротрофов в 2013 и 2016 гг. на фоне минимальных изменений ОЧБ свидетельствовало об эвтрофировании водоема в данные годы, в том числе на фоне многоводия. Вместе с тем снижение доли сапротрофных бактерий в общей численности бактериопланктона, зарегистрированное в 2014–2015 гг. и 2017–2018 гг., указывало на высокую адаптивность бактериоценоза Северного Каспия и выраженную способность к самоочищению, что также подтверждалось постепенным увеличением доли нефтеокисляющих бактерий среди общей массы гетеротрофов. В многолетнем аспекте, по сравнению с данными, полученными в начале XXI в., регистрировали улучшение микробиологической обстановки на фоне повышения общей численности бактериопланктона с одновременным снижением количества сапротрофных и нефтеокисляющих бактерий, что свидетельствовало о снижении эвтрофикации вод Северного Каспия в период 2013–2018 гг.