Су микробиологиясының даму тарихы мен әдістері

Су микробиологиясы топырақ микробиологиясына жақын сала. Оларды табиғаттағы әртүрлі зат айналымдар байланыстырады. Су тұнбаларының бір қатар белгілері өзгеше болғанымен топыраққа ұқсас болады/Коншин, Кузнецов, 1975/. Олардың басты байланыстырушы белгілері зерттеу әдістерінің ортақ болуында. Кез келген ғылымның саласы – белгілі-бір зерттеу әдістері пайда болған кезде ғана жеке сала бола алады. Декарттың айтуы бойынша - әдіс негіздің –негізі болып саналады.

Су микробиологиясы бойынша әдістер бірінші рет XIX ғасырдың соңында жүргізілді. 1884 ж. Сертер, 1888 ж Фишер Кох әдісі бойынша қоректік орталарға сулардан егу жүргізді. Тіптен теңіз, мұхиттың өте терң су қабатынан алынған барлық су үлгілерінен микроорганизмдер бөлініп алынды. Кейінірек бұндай зерттеулердің көлемі көбейді. Сонымен қатар микроорганизмдердің де су тоғандарында таралуы жайлы мәліметтер көбейді.

Зерттеу нәтижелерінен судың үлгілерін залалсыз алу жайлы сұрақтар пайда болды. Бұл мақсатта көптеген құралдар жасалынды. Судың бетінен су үлгісін алу үшін залалсызданған ыдыс пайдалануға болады. Ал 30 м дейінгі тереңдіктен су үлгісін алу үшін Мейер-Францев батометрі қолайлы. Терең қабаттағы су үлгілерін алу бір қатар қиыншылықтармен қатар жүреді. Су шөгінен үлгі алуға арналған құралдар сосуд ішінде және қоршаған ортадағы қысымның төмендейтіндіктен қолайлы, ықшамды болу керек.

Батометрде гидростатикалық қысымға төзімді шартәрізді сосуд қолданылады. 1954 ж ЗоБеллл диаметрі 70 мм, ені 2-3 мм жартылай шыны шарлардың 6000 м тереңдікте 90т қысымда жарылмайтыны көрсетті. Бұл құралдар мен су үлгілерін терең қабаттардан алу кезінде су капиллярдан сосудтың кең бөлігіне өтеді, ал ол жерде атмосфераның қысымы өзгереді де бактерияларға зақым келеді. Ең қолайлысы бұрандалы батометр, бірақ олар ауыр және үлкен. Көптеген зерттеушілер Руттнер, Кнудсен, Нансен бір нүктелі тік батометрді қолданды.

А.Н. Богоявленский бір қтар теңіз үлгілерінің сапрофитті бактериялар саны батометрдің гидрологиялық сериясында ластанған орнымен анықталды. Заласызданбаған құралдарды пайдалану жаңа микроорганизмдердің класының ашылуына алып келді.

Су микробиологиясының бастапқы даму кезеңін бірнеше кезеңдерге бөлуге болады. Олардың барлығы әдістердің, микроскоптау техникасының дамуына байланысты.

Бірінші, шамамен 1870 ж бактерияларды Кох әдісі бойынша желім тәрізді қоректік орталарға егу кезеңі. 50 жыл ішінде барлық су тоғандарында 1 мл суда бірнеше клеткадан бірнеше мың клеткаға дейін, және 1 г тұнба су шөгіндісінде 100 мыңдаған клетка болатыны анықталды. Бактерия клеткаларын микроскоптау нәтижесінде су тоғандарындағы клеткалардың негізгі бөлігі ірі таяқшатәрізді, шартәрізді, иілген таяқшалар болатындығы анықталды.

Осы кездің өзінде су арқылы көптеген ауру тудыратын: тырысқақ, дизентерия, іш сүзегінің қоздырушылары таралатыны анықталды. XIX ғасырдың басында судың көрсеткіші ретінде адамның ішек микрофлорасының микроорганизмдерінің суда бар жоғы судың сапасының негізгі көрсеткішіне айналды.

Су микробиологиясының жаңа кезеңі 1928-1932 жылдары басталды. Бір-біріне тәуелсіз Н.Г. Холодный, С.И. Кузнецов, Г.С. Карзинкинмен бірге және А.С. Разумов судағы бактерияларды тікелей санау әдісін өңдеп шығарды.

С.Н. Виноградскийдің топырақ микробиология саласындағы тәжерибелері мен әдістері Б.Л. Исаченко, Е.Е. Успенский, В.Л. Омелянский, В.С. Буткевич, ЗоБелл; С.И. Кузнецов, А.С. Разумов, Б.В. Перфильев, В.О. Камененко, А.Т. Салимовской-Родина еңбектерінің нәтижесінде су микробиологиясының жеке сала ретінде және қарқынды дамуына жол ашты.

Бұл кезде гидробиологтарды су тоғандарындағы органикалық заттар айналымы қызықтырды. Бұл мәселені шешуде Косиндегі Лимнологиялық станция зерттеушілері өз үлестерін қосты. Қоректік орталарда өсіп шыққан микроорганизмдердің саны суда жүретін көміртек, азот, фосфор, күкірт айналымдарына қатысты жоқ екені анықталды. Ал бактерияларды көптеген жануарлар қорек ретінде пайдаланатыны белгілі болғанда алынған нәтижелердің де дұрыс емес екені белгілі болды.

Зерттеушілердің мақсаты су тоғандарындағы микроорганизмдерді санау үшін концентрлеу болды. Осы мақсатта Н.Г. Холодный су үлгілерін фильтрациялап, заттық шыныда концентратты микроскоптау әдісін қолданды.

С.И. Кузнецов және Г.С. Карзинкин заттық шыныға суды бүркеу әдісімен үлгілерді алды. Жай және қолайлы әдісті А.С. Разумов ұсынды. Ол суды толық мембраналы фильтр арқылы фильрлеп, микроорганищзмдерді фильтрде бояп, санады. Бұл әдіс жұмысты тездетіп қана қоймай, сонымен бірге сақтау және тасымалдауға мүмкіндік берді.

Бактерияларды тікелей санау әдісі су микробиологиясының жалпы гидробиологияның дамуында үлкен серпіліс болды.

Су микроорганизмдерін зерттеуде маңызды кезең топырақ микробиологиясының бір-біріне тәелсіз 1929 ж Росси және 1930 ж Холодный өңдеген шыныға бекініп өсу әдісінің енуі болды.

1920 -1940 жылдары микробиологияның зерттеу әдістеріне микроорганизмдерді өсіру үшін дайындалған көптеген қоректік орталар енді және ертеректе Пастер мен Листер медициналық микробиологияда қолданған Хильтнер мен Штермер сұйылту әдісі енгізілді.

Су микробиологиясының арғы жетістіктері жалпы гидробиологияның дамуымен байланысты, яғни фотосинтез нәтижесінде органикалық заттардың бірінші өнімін анықтау әдісінің өңделуімен. Су үлгілеріндегі органикалық заттардың балансын анықтауда органикалық зататрдың деструкциясында негізгі орынды алатын бакетриялар мен органикалық заттадың деструкциясында зерттеу әдісі қолданды. 40 жылдардың соңында бактериялардың теңізде, мұхитта, көлдерде тарлуы туралы көп материалдар жиналды. Бұл зерттеулердің нәтижесі 1946 ж ЗоБеллдің `Marine microbiology`` және 1952 ж С.И. Кузнецовтың «Роль микроорганизмов в круговороте веществ в озерах» деген монографиясында жарық көрді.

Бұл кезге дейін микроорганизмдер тіршілік ету ортасы жақсы зерттелді. Гидробиологияда ортаның аэробтық деңгейін сипаттау үшін С.И. Кузнецов судың белсенді раекциясы рН және тотығу-тотықсыздану потенциалын енгізді. Тотығу-тотықсыздану потенциалын зерттеу нәтижесінде меромектикалық көлдер мен су шөгінділерінде белгілі бір микроорганизмдер кешенімен сипатталатын бір қатар экологиялық нишаларға бөлуге болады. Осы уақытта шыны капилляр мен пелоскоп көмегімен микроорганизмдерді зерттеу нәтижесінде бактериялардың жаңа түрлері анықталып, су шөгінділерінің трансформациясы мен микрозональды құрлысының теориясы өңделді. А.С. Разумов сапрофитті бакетрияларға, ал М.В. Иванов жалпы бактериялар санын анықтау негізінде олардың көбею жылдамдығын анықтау әдісін өңдеді. Кейін ол бактерия биомассасының өнімін анықтау әдісіне айналып, математикалық модификацияланған есептердің пайда болуына әкеліп соқты.

Бактерия биомассасының өнімі фильтратор – жануарлардың қоректену мәселесіне байланысты. Организмдердің қоректену тізбегінің бастапқы кезеңінде бактериялардың маңызды орын алатыны белгілі болды.

Су микробиологиясында жаңа кезең белгіленген атом әдісін енгізгеннен кейін басталды. Элективті қоректік орталарда өсетін микроорганизмдердің таралуын зерттеу бактериальдық процестердің қарқындылығына әкелді.

30 жылдың ішінде фотосинтездеуші организмдердің органикалық заттарды, ал гетеротрофты организмдер көмірқышқыл газын пайдаланатыны және клеткадағы зат алмасудың күрделі екені анықталды.

С.И. Кузнецов бірінші рет хемосинтез процесінде бакетрия биомассасының өнімін анықтау үшін С ¹⁴ қолданып, бұл процестің масштабы айтарлықтай көп еместігін дәлелдеді. Кейінірек сульфаттың бактериальды редукциясын анықтау әдісі, кейін сульфид, элементарлы S тотығуын анықтау әдісі өңделді.

Кейінірек СО₂ негізгі массасы қарңғыда хемосинтездеуші микроорганизмдер емес гетеротрофты микроорганизмдер асимиляцияланатыны белгілі болды. Микроколониялар санын анықтаған радиоавтографиялық әдіс көмегімен су тоғандарындағы сутектотықтырушы, метантотықтырушы, тионды бактериялардың нақты құрамы анықталды. С.С. Беляев авторластарымен бірге шөгінділерді метанның түзелу жылдамдығын анықтау әдісін ұсынды. Маңызды әдістердің бірі су тоғандарындағы органикалық қосылыстардың ағысын және оларды микроорганизмдердің пайдалану жылдамдығын анықтау әдісі болды.

Судағы бактериялардың санын анықтауда жиі люминесцентті микроскоптау әдісі қолданылды. Холм-Хансен және Бус микроорганизмдердің биомассасын АТФ концентрациясы бойынша анықтауға талпыныс жасады. Соңғы кезеңде электронды және сканирлеуші микроскоп қолданылды.

Гидросфера

Гидросфера – жердің сұйық қабаты, ол тұзды, тұщы, қатты су, сонымен бірге жер асты суларынан тұрады. Жер шарының шамамен 71% мұхит алады. Кез келген су тоғаны екі экологиялық аймақттан тұрады: пелагиялық – су қабаты, және бентосты – су түбі.

Мұхиттың түбі бірнеше аймақтарға бөлінеді.

-Шельф немесе материкті плато құрлықтың су асты жалғасуы 200-300 м тереңдікке дейін;

-материкті жатқал (батиаль) төменге 3000-4000 м тереңдікке дейін түсетін жатқал;

-теңіз түбі 6000 м дейін, кейбір аудандарда 11000 м тереңдікке дейін жетеді.

Материкті жаға – супралитораль су толқындарымен ылғалданады; литораль – толқын ағыстарының аймағы; сублитораль –фотосинтездеуші организмдер тарайтын төменгі шекара аймағы; мұхит түбі абиссаль және ультраабиссаль болып бөлінеді /сурет 1/.

Супралитораль Литораль		Мұхиттық аймақ
Құрлықты жаға	Сублитораль Псевдоабиссаль Э п и п е л а г и а л ь
Құрлықты жатқал	Батиаль Б а т и п е л а г и а л ь
Мұхиттың түбі	Абиссаль абиссопелагиаль Ультраабиссаль Ультра- абиссопелагиаль

Континентальды су тоғандары құрлықтың терең ойықтарында орналасады. Оларды шығу тегі бойынша табиғи және жасанды деп бөледі. Су ағысына қарай лектикалы не бір жерде тұратын – көл, көлшіктер, батпақ және лотикалық ағысты сулар - өзендер жатады.

Судың физика-химиялық қасиеті

Судың маңызды қасиеті жылу тұрақтылығы болып саналады. Су температурасының өзгеруіне келесі қасиеттер әсер етеді:

• 
  жоғары жылу сыйымдылығы, яғни жылуды сақтап, температуралық өзгерістерді ретке келтіру;
  
• 
  су беті қызу кезінде булану жоғарлап температураның бірден жоғарлауына кері әсер береді, ал суыған кезде 0⁰С температурада жылудың бөлінуінен мұз түзеліп, мұз қабатының астында судың суу жүрмейді.
  

Су қабатында тіршілік ететін организмдер үшін судың тығыздығы үлкен роль атқарады. Судың максимальды тығыздығы +4⁰С белгіленеді. Судың тығыздығы қаңқасы жоқ организмдердің су қабатында бос тұруына мүмкіндік береді. Су қабатында бос ілініп тұратын организмдерді бір экологиялық топ – планктонды гидробионттар деп атайды. Фитопланктондар (бактериялар, балдырлар) суда тек бос ілініп тұрады, ал көптеген зооплактондар белсенді жүзіп жүреді. Ал тез жүзіп ағыс күшіне қарсы тұра алатын организмдер нектон деп аталатын экологиялық топ құрайды.

Судың тығыздығы су қысымымен байланысты болады. Су тереңдігіне байланысты судың қысымыда жоғарлайды. Төменгі тереңдікте баротолерантты және барофильді организмдер тіршілік етеді. Кіші организмдердің жылжуы кезінде судың тұтқырлығы үлкен әсер етеді. Оны пуаз (пз), сантипуаз (спз) бірлігімен есептейді. Су салыстырмалы түрде төменгі тұтқырлығына ие, 10⁰С температурада судың тұтқырлығы 1,31 спз тең. Температураның жоғарлауымен судың тұтқырлығы да төмендейді. Ал судың тұздылығы жоғарлаған сайын жоғарлайды.

Судың темпертуралық режимі жылудың күн арқылы түсуімен анықталады. Мұхит жер бетіне түсетін күн сәулесінің 80% жұтады. Температуралық режим судың географиялық орналасуына, терңдігіне, судың циркуляциялық сипатына байланысты. Жоғары деңгейде орналасқан су тоғандары салқын және термотұрақтылығыда төмен болады. Тереңдікке түскен сайын температурада төмендейді. Судың беткі аймақтарында мезгілді және тәулікті температураның өзгерісі жүреді. Судағы температуралық жағдай мезофильді, факультативті және облигатты психрофильді микроорганизмдердің дамуына қолайлы. Термофильді микроорганизмдер мұхиттың кеңейген түбінде не гидротермнің шығу жерінде, ыстық қайнарда, кальдерлі көлдерде кездеседі.

Күн сәулесінің мөлшері атмосфера, мезгілге және жазықтыққа байланысты. Жарықтың жарты бөлігі шағылысса, жарты бөлі ғана сумен сіңіріледі. Жарықтың сіңірілуі сіңірілу коэффициентімен белгіленеді. Сіңірілу коэффициенті судың мөлдірлігіне және толқын сәулелерініе байланысты. Жарықтың спектральды құрамы су тереңдігіне байланысты өзгереді. Судың жарық режимі фотосинтездеуші организмдердің таралуына әсер етеді. Жарық ауамен салыстырғанда суда төмен. Су бетіне түскен күн сәулесінің жартыбөлігі ауа ортасында шағылысады, қалған жарық бөлігі су ортасымен тез сіңіріледі. Сіңірілу деңгейі толқын ұзындығына тәуелді. Қызыл толқын ұзындығын судың ұстап қалады, ал көк керісінше судың төменгі қабатына енеді. Сіңірілген жарықтың спектрінің өзгеруімен фотосинтездеуші организмдердің құрамы өзгереді. Судың беткі қабатында жасыл және қоңыр балдырлар тіршілік етеді, кейін біртіндеп қызыл және қара қошқыл бактерияларға ауысады.

Судың құрамы

Көмірқышқыл газы суда жақсы ериді. Оның жартысы сілті иондарымен карбонат түзеді, жартысы су өсімдіктерімен планктонды балдырлар фотосинтез процесінде пайдаланады. Сондықтан көмірқышқыл газының жоғары мөлшері су организмдерінің тіршілігін жоймайды. Мұхит көмірқышқыл газының негізгі орны және көмірқышқылгазының айналымында үлкен роль атқарады. Суда аз мөлшерде азот және т.б. газдар болады. Органикалық қалдықтарға бай суларда күкіртті сутек жиналады. Батпақтар мен кейбір көлдерде микроорганизмдер тіршілік негізінде метан түзеледі.

Тұзды режим –судың маңызды экологиялық факторы болып есептелінеді. Тұз концентрациясына байланысты тұщы су құрамында 0,5 г/л, ал теңіз суында 35 г/л тұз болады.

Су құрамындағы Са²⁺иондарына байланысты да бөлінеді. Қатты судың құрамында 25 мг/л Са болса, жұмсақ суда 9 мг/л болады. Са көптеген теңіз жануарлары үшін қажетті элемент. Көптген су организмдерінің денесінің осмостық қысымы судың тұздылығымен анықталады. Бұндай пойкилосмостық организмдер өздеріне қолайлы осмостық қысымда ғана тіршілік етеді. Бір организмдер тұщы суда тіршілік етсе, екіншісі теңіз суында тіршілік етеді.

Органикалық заттар екі формада болады. Еріген түрінде және өлшенген органикалық зататр. Еріген органикалық заттардың құрамы жайлы органикалық заттардың тотығуна кететін оттегінің мөлшеріне байланысты анықтайды. Қолданатын тытықтырғышқа байланысты перменганатты және бихроматты тотықтырғыш болып бөлінеді.

Органикалық заттардың жалпы концентрациясын органикалық көміртек мөлшері бойынша есептелінеді. Шығу тегі бойынша автохтонды органикалық заттар су тоғанының өзінде түзелетін, және аллохтонды сырттан түсетін деп бөлінеді. Автохтонды органика жануарлар мен өсімдіктердің тіршілік нәтижесінде және өлі фитопланктонның ыдырауынан пайда болады. Аллохтонды су шайыны мен және топырақ арқылы фильтрация жолымен түседі. Автохтонды еріген органиканың негізгі массасын грунтты қышқыл және организмнің тіршілік барысында бөлінетін су гумусы түзейді. Аз мөлшерде қант, амин қышқылдары, витаминдер болады. өлшенген органикалық заттар өлген организмдердің бөлшектерінен түзелетін дитрит және ұнтақталған грунт бөлшектерінен тұрады. Органикалық көміртектің жалпы концентрациясы мұхитта 0,5 тен 6 мг/л дейін, ал көлде 1-25,9 мг/л болады. Судағы органикалық заттар гетеротрофты микрофлораның дамуы үшін негіз болады. Микробты популяцияның саны мен құрамы органикалық заттардың концентрациясы мен құрамына байланысты.

Судың қышқылдығы әртүрлі болады. Табиғи сулардың рН 3,4-6,95 болса, қышқыл, рН 6,95 тен 7,3 болса бейтарап, және рН 7,3 – тен жоғары болса сілтілі суға жатады.

Судың грануламетриялық құрамыда маңызды фактордың бірі болып саналады. Грунтты көрсеткіштеріне байланысты, олар: балшық (глина) непилит (түйіршік мөлшері 0,01 мм), тұнба (ил 0,01 ден 0,10 мм дейін), құм (0,10 нан 1,0 мм дейін) гравия (1,0 ден 10 мм дейін), галька (10 нан 100 мм дейін), валундер (100 ден 1000 мм дейін) және глыбы (1000 мм жоғары) болып бөлінеді. Жағалауға жақын аймақта негізінен құм, гравия, галька және ірі бөлшектер кездеседі.

Су түбіндегі қалдықтар терригенді және биогенді болып екіге бөлінеді. Терригенді суға құрлықтан жел не су арқылы келген материалдар негізінде түзеледі. Ал биогенді өсімдіктер мен жануарлар өнімдері мен қалдықтарының ыдырауынан пайда болады. Террогенді қалдықтар көп жағдайда балшық материалдан тұрады, ал биогенділер – карбонат және аморфты кремнеземнен тұрады. Органикалық заттар лигнин - гумусты комплекс, целлюлоза, хитин, өлі қалдық өнімдері ретінде болады. Көлдердің органикалық зататрға бай тұнбаларын сапропель деп атайды.

Су бактерияларының тіршілік ортасы

Су тоғандарындағы микрофлора құрамы мен микробиологиялық үрдістердің сипаты қоршаған ортаның экологиялық жағдайымен, оның физика-химиялық ерекшеліктерімен тығыз байланысты. Су тоғандары физика-химиялық көрсеткіштері және биологиялық сипаттары бойынша әркелкі. Ағзалардың дамуы үшін сутоғандарын сыртқы орта ретінде сипаттайтын негізгі қасиетттерге: температура, оттекті режим, тұздылық құрамы, және биогенді элементтердің түсуі, газды режимді жатқызуға болады. Сутоғандарын толығымен қарастыру кезінде, су массасымен тұнбаны да бірге қарастыру қажет. Су түбінеде 50 % дейін органикалық заттар жиналып, жылжымалы бөлігі тұнба ерітіндісі мен су қабаты арасында динамикалық тепе-теңдікте болады. Су тоғандардың сипаты жайлы жалпы көз қарасты оның трофиялық (қоректік) деңгейімен көрсетуге болады.

Топарық микроорганизмдеріне ұсынылған микроқоршау концепциясы судың тіршілк иелеріне келеді. Су қабатында тіршілік ететін микроорганизмдер планктон деп аталады. Олар құрамы бойынша фитопланктон (балдырлар), бактериопланктон және зоопалнктон деп бөлінеді. Мөлшері бойынша планктон макро, мезо, микро, нано және пикопланктон деп бөлінеді. Судың беткі қабатындағы микроорганизмдер ерекше қауымдастық құрайды. Оларды Швед ғалымы Науманн нейстон деп атады. Кез келген судың беткі жұқа қабатына ерекше физика-химиялық жағдай тән. Ауа – су арасындағы шекарада көптеген қоректік орталар жиналады да өздігінше ниша түзейді. Бұнда микробты популяцияның тығыздығы бірнеше жүз есе жоғары болады. Беткі қабатта органикалық заттар, микроэлементтер, фосфат, аммиак, күкіртті қосылыстар концентрленеді. Қоректік заттардың әркелкілігі гетеротрофты микроорганизмдергеде хемолитотрофты микрооргнаизмдердің де дамуына қолайлы нейстонды қауымдастықта жиі Pseudomonas, Flavobacterium, Mycobacterium, Achromobacter және т.б. балдырлардан Lamprodedia Navicula және т.б. кездеседі. Тек Nevstia ramosa бактериясы нейстонды организм ретінде саналады. Беткі қабат қатты субстраттың аналогы ретінде жүреді. Микрооргнаизм клеткалары берік ұсталып, тіпті толқын болған жағдайда да мөлшері азаймайды. Жел кезінде беткі қабықша көпіршіктерге айналып құрамында органикалық заттардың мөлшері жоғарлайды. Ол нейстонның төмендеуіне кері әсер етеді. Көптеген микрооргнизмдер әртүрлі беткі заттарға ерекше құрылым түзеп колонизацияланады. Беткі заттардың келесі топтарға бөледі: тастардағы құрылымдарды –эпилитон, су өсімдіктерінің бетіндегі – эпифитон, жануарлар бетіндегі – эпизоотон, жасанды заттардың бетіндегі құрылымды – преифитон деп атайды. Көптеген бакетриялар тез және тығыз беткі қабаттарға бекінеді, ал кейбіреулері үшін уақыт керек, ал үшіншілері үшін аналық клетка бекініп, ұрпақтары босап шығады. Заттарға бірінші болып бактериялар бекінеді, кейін ұзақ диатомды балдырлар кейін үлкен қозғалмалы диатомды, талшықтар организмдер бекінеді.


ТРОФИЯЛЫҚ ДЕҢГЕЙІНЕ БАЙЛАНЫСТЫ СУТОҒАНДАРДЫ ЖҮЙЕЛЕУ ПРИНЦИПТЕРІ
Су тоғандарының микрофлорасы судың трофикалық типімен тығыз байланыста болады. Трофия деңгейінің микробиологиялық индиткациясының ерекшілігі жыл бойында тұрақты болады, себебі мезгіл бойынша бактериялардың құрамы балдырлар мен омыртқасыз жануарлар мен салыстырғанда өзгеріс аз болады. Су мен сутүбінде микрооргнаизмдер әркелкі емес, белгілі- бір заңдылықтарға бағынады, яғни олар өздерінің тіршілік теуіне қолайлы арнайы экологиялық нишаларға орналасады. Сутоғандарын трофиялық деңгейіне байланысты жүйелеуді Тинеманн және Науман гиполимнион қабатындағы оттегі динамикасына, температуралық стратификация кезеңіне, индикаторлы организмнің бар жоқтығына, фитопланктонның даму қрақындылығына бақылауға негіздеп ұсынды.

Су классификациясы мен типологиясы

Классификация, типология және систематика терминдері, белгілі бір ретке келтіру түсінігін береді. Систематика - әртүрлі организмдердің филогенетикалық, туыстық белгілері бойынша бір жүйеге келтірсе, классификация – зерттеу және орналасуына байланысты жасанды жүйелеу болып саналады. әр түрлі авторлар сутоғандарын әртүрлі жүйелейді: көлемі, теңіз деңгейіне орналасуы, шаруашылықта пайдалануы т.б. көрстекіштері бойынша жүйелейді. Энергетикалық энергия алу мүмкінділігі бойынша, ауыл шаруашылығында қолданатын су көлемі бойынша, балықшылар балық аулау, альгологтар – балдырлардың дамуы бойынша, геогрофтар – географиялық орналасуы бойынша т.б. жүйелеу жүргізеді. Барлық классификациялау жасанды тек белглі белгілері бойынша әр маман өз мамандығы бойынша жүйелейді. Көлдерді классификациялауда судың температурасы бойынша Форель жылы, суық, аралас деп бөлді. Хатчинсон судың аласуына байланысты көлдерді екі типке бөлді: голомиктикалық жыл бойында толық араласады, оның өзі мономиктикалық және димиктикалық (1 немесе 2 рет жылына араласады) және меромиктикалық аралпайды не тек жоғарғы қабаты ғана араласады. Голомиктикалық стратификация кезеңінде эпи-, мета-, гиполимнион қабатына, ал меромиктикалық миксо-, хемо-, мони- молимнион қабаттарына бөледі.

Биологтар көбінесе Тинеманн және Науманнның көлдерді азональды жүйесі бойынша бөлген классификациясын қолданады. Олар судағы оттегі мөлшерінің таралуы мен құрамына байланысты бөлді. Бастапқыда олар көлдерді екі типке – олиготрофты, евтрофты деп, кейін дистрофты деп үшінші типке бөлді. Олиготрофты ортада оттегі болады, жыл бойында су қабатында өзгеріс аз болады. Евтрофты ортада – мезгіл бойынша оттегі мөлшері қатты өзгереді. Оттегі мөлшері судың терең түбі гиполимнионда тіптен жоқ болып, эпилимнионда тіптен көбейіп отырады. Дистрофты типте оттегі мөлшері барлық су қабатында болады және су қабаты гуминді қосылыстармен боялған болады. Кейінірек көлдерді екі типтің арасындағы аралық мезотрофты тип енгізілді.

Организмдер құрамы және биологиялық процестердің қарқындылығы да маңызды көрсеткіш болып табылады. Организмдердің дамуы қоршаған орта жағдайымен анықталады. Су тоғанының морфометриясы, су мөлдірлігі, биогенді элементтер құрамы, оттегі, температура, рН және т.б. сондықтан бактерия саны бойынша және фотосинтез, деструкция, көмірқышқыл газының гетеротрофты ассимиляциясы бойынша су тоғанының типін анықтауға болады.

Су тоғанының трофиялық деңгейі организмнің тіршілік ортасының экологиялық жағдайын бағалауда толық мағлұмат береді. Олиготрофты су тоғандарының ерекшелігі түбі терең,су түбіндегі шөгінділер галька, құм, органикалық зататрға кедей глина қалдықтарынан тұрады. Солтүстік аймақтарда орналасқан көлдердің шөгінділерінде Fe-Mn конкреция түзелуі жүреді. Судың тотығуы төмен және аз өлшенген органо-миреналды бөлшектерден тұрады. Су мөлдірлігі Секки дискісі бойынша 4-20м, биогенді элементтер ағымы аз, жалпы азот мөлшері 0,005 – 0,08 мг N/л тең, Р-0,005-0,02 мг/л, карбонат –2-7 мг С/л, оттегі мөлшері барлық қабаттарда кездеседі, органикалық заттар өнімі 4 тен 40 г дейін тербеледі, бактерия саны 0,05 ден 0,5 млн кл/мл дейін, СО₂ гетеротрофты ассимиляциялануы жазда 0,01-0,1 мкг/л, рН 6,9-7,2, метанның түзелі немесе тотығуы мүлдем жүрмейді. Олиготрофты тип шөл және таулы аймақтарда кездеседі.

Мезотрофты су тоғандары олиготрофты мен евтрофты тип арасындағы аралық белгілерден тұрады. Олар орманды, орман жазықты аймақтарда өте көп кездеседі, негізінен географиялық аймақтардың барлығында кездеседі. Тереңдігі 5-30м, мөлдірлігі 1-4м, жалпы азот 0,1-0,05 мг N/л, Р-0,005-0,05 мг/л, СО₂-7-20мг/л. Фитопланктон өнімі 0,5-150 г/м², жалпы бактерия саны 0,5-2 млн кл/мл, тыныс алу жазда 0,1-5 мкг/л тәулігіне, оттегіге жетіспеушілік су түбінде бақыланады. Кейде гиполимнион қабатына таралуы қыста күшейеді. Бірақ оттегінің толық жойылуы аз кездеседі. Жиі шөгінділерде метан түзуші бактерялар кездеседі, ал суда әсіресе сутүбінде метантотықтырушы бакетриялар көп кездеседі.

Евтрофты су тоғандары қарашірікке бай аймақтарда кездеседі. Оларға биогенді элементтер көп түседі. Евтрофты су тоғандары бірінші және екіншілік евтрофты сутоғандары, яғни табиғи және адамның тіршілік әрекетінде пайда болған евтрофты сутоғандары деп бөлінеді. Су түіндегі шөгінділер органикалық заттармен биогенді элементтерге бай, бірақ бір қатар жағдайларда оңтүстік аймақтарда жоғары температура нәтижесінде 30-40 м тереңдікте органикалық заттардың негізгі бөлігі су қабатында күйіп яғни биогенді элементтер айналымына түсіп, су түбіне қатты минералданған қалдықтар ғана түседі. Бұндай су тоғандарының мөлдірлігі 0,3-2 м, ал гріген оттегі тек судың беткі қабаттарында ғана болады. Кіші көлдерде қыста оттегі жетіспеушілігі байқалады. Қарқынды түрде метанды ашу, су түбінен еріген газдардан газдың бөлінуі жүреді. Су құрамында сульфат болған жағдайда қарқынды түрде күкіртті сутек түзеледі. Евтрофты суда фитоплактон өнімі 150 ден 600 мг/м², бактерия саны 2-15 млн кл/мл, тыныс алу 5-70 мкг/л, карбонат мөлшері 15-40 мг/л болады.

Дистрофты су тоғандарында боялған органикалық заттар және оның әлсіз минерализациялануы жүреді. Ондай көлдер солтүстік орманды және тайганың оңтүстігінде кездеседі. Оларды гуминді заттарға бай батпақтар қоректендіреді. Су мөлдірлігі 2-4м, фенолды қосылыстар көп болады. Фитоплактонның фотосинтезі нәтижесінде органикалық заттардың алғашқы өнімі 10-20 г/м² , бактерия саны 1,5-2 млн кл/мл, тыныс алу 0,05-0,1 мкг. Су шөгінділері органикалық зататрға бай болады.

Барлық су тоғандары берілген жүйеге келе бермейді. Көптеген сутоғандары екі типтің ортасында болады, мысалы, мезо – және евтрофты не оның шегінен шығады. әдебиеттерде ультраолиготрофты , гиперевтрофты деген терминдерде кездеседі. Әрине, трофия деңгейі барлық су қабаттарында ғана емес, организм, биогенді элемент, процесстер қарқындылығы, деструкция т.б. көлем бірлігінің құрамымен анықталады.

СУ МИКРОФЛОРАСЫНЫҢ ЖАЛПЫ СИПАТТАМАСЫ

Микроорганизмдердің сутоғандарындағы тіршілік ортасы су қабаты мен тұнба шөгінділері болып табылады. Су массасында планктонды түрлері дамиды. Олар су қабытында ілініп тұруға икемделген: талшықтары немесе газды вакуольдерінің болуы, не мөлшерінің өте кіші болуы мүмкін. Ал су шөгінділері мен тұнбаларда тіршілік ететін түрлері субтратқа бекінуге немесе сырғып жылжуға қабілетті болады.