Методы биологического анализа пресных вод

Вода имеет важное значение во всех природных процессах, совершающихся на Земле и играет большую роль в практической деятельности человека. Многообразие явлений и процессов, происходящих в гидросфере с далеко не всегда разумным и не продуманным использованием воды, привело к обострению водной проблемы. Вода, считавшаяся ранее совсем бесплатным даром природы, приобрела ранг «ресурсов». Сейчас человек столкнулся с проблемой получения чистой воды, безопасной для здоровья. Проблема состоит не в общем количестве ресурсов (воды в мире сейчас столько же, сколько было миллион лет назад), а в том, что 97% мировых запасов — соленая вода, а из оставшихся трех процентов воды 2/3 находится в виде льда, а 1/3 интенсивно растворяет загрязнение, которое дает человек. Ученые пришли к выводу, что к 2030 году 47% населения планеты будут страдать от нехватки пресной воды. Основными поставщиками этого ресурса являются наши реки и озера. Их состояние сегодня – это возможность выжить завтра.

Целью исследовательской работы является определения чистоты воды р.Морская с помощью методов биоиндикации.

Цель реализуется через следующие задачи:

1) Составить характеристику исследуемого участка р.Морская

2) Познакомиться с биологическими методами оценки загрязнения пресных вод.

3) Изучить видовой состав водных беспозвоночных животных, обитающих в русле и служащих биоиндикаторами.

4) Посмотреть и сравнить видовой состав беспозвоночных биоиндикаторов на двух участках реки

Предметом исследования являются крупные беспозвоночные животные, являющиеся индикаторами степени загрязнения пресных текучих вод.

Гипотеза: Предполагаю, что хозяйственная деятельность человека приводит к определенной загрязненности вод реки, что отражается на видовом составе водных обитателей и, в первую очередь, на организмах, более чувствительных к загрязнению.

Методы сбора: на каждом участке проводился ручной сбор (рис.1Прилож.2) беспозвоночных с погруженных в воду камней. Определялась видовая принадлежность и подсчет пойманных экземпляров, их фотографирование.

Практическая значимость данной работы заключается в том, что из-за нехватки экономических средств, нерационального отношения государства и общественности к состоянию природной среды, у человечества нет истинной картины нынешнего состояния окружающей среды, в том числе и водных ресурсов, что мешает критическому осмыслению положения дел, формированию нового экологического мышления (координальные изменения в отношениях с природой).

Работа включает в себя теоретическую часть, где изучаются методы исследования, биология беспозвоночных-индикаторов, и практическую часть, включающую в себя частичное видовое описание прибрежной растительности объекта, обнаруженных водных беспозвоночных на различных участках, результаты исследования и выводы.

Срок выполнения данной работы: начало июня 2015 год – время активного движения транспорта через р.Морская.

2. Используемые методы изучения

2.1. Биологические методы оценки загрязнения вод

Биоиндикация, или биологические методы оценки загрязнения – это определение степени загрязнения среды с помощью живых организмов. Этим методом можно определить только общий уровень загрязненности, но не определить точных концентраций того или иного вещества. Они относительно дешевы и не требуют специального оборудования. Биологические методы дают комплексную оценку качества воды, учитывают взаимодействие разных загрязняющих веществ и помогают в том случае, когда источник загрязнения имеет переменную мощность или непостоянный химический состав.

Несмотря на то, что естественные условия водоемов и виды загрязнений очень разнообразны, можно выделить несколько универсальных реакций сообществ водных организмов на ухудшение качества воды. Прежде всего, это:

1) Уменьшение видового разнообразия (в 2 – 4, а иногда и в десятки раз).

2) Изменение обилия водных организмов.

Причем обилие может, как снижаться, так и расти по сравнению с нормальным состоянием сообщества (при высоких загрязнениях остаются немногие, но устойчивые к загрязнению виды животных, в таких условиях они достигают очень высокого обилия).

Именно эти закономерности применяются во многих методиках биоиндикации.

2.1.1. Биологический индекс Вудивисса

Это один из наиболее надежных и широко используемых в мире методов биологической оценки качества воды. Индекс Вудивисса учитывает сразу два параметра донного сообщества: общее разнообразие беспозвоночных и наличие в водоеме организмов, принадлежащих к «индикаторным» группам. В эти группы объединены животные, характеризующиеся определенной степенью сопробности. При повышении степени загрязненности водоемов представители этих групп исчезают из него примерно в том порядке, в котором они приведены в таблице №1:

Таблица№1 Биотический индекс Вудивисса

Наличие видов — индикаторов

Общее количество присутствующих групп бентосных организмов

Нимфы веснянок ( Plecoptera )

Нимфы поденок ( Ephemeroptera )*

Личинки ручейников ( Trichoptera )

Отсутствуют все названные группы

* — кроме вида Baetis rhodani.

Индекс используется только для исследования рек умеренного пояса и дает оценку их состояния по пятнадцати бальной шкале.

В начале определяют, какие индикаторные группы имеются в исследуемом водоеме. Поиск начинают с наиболее чувствительных: веснянок, затем поденок, ручейников и т. д. (см таблицу№1). Если в исследуемом водоеме имеются нимфы веснянок (самые «чуткие»), то дальнейшая работа ведется по первой или второй строке таблицы№1. По первой – если найдено несколько видов веснянок, и по второй – если найден только один вид. Если нимф веснянок в пробах нет – ищем нимфы поденок и так далее.

Методика Вудивисса не требует определить всех пойманных животных с точностью до вида. Достаточно определить количество обнаруженных в пробах «групп» бентосных организмов. Определив количество обнаруженных в пробе групп, находим соответствующий столбец в таблице№1.

На перекрестке найденных столбца и строки в таблице№1 находим значение индекса Вудивисса, характеризующее исследуемый водоем.

От 0 до 2 баллов – он сильно загрязнен, относится полисапробной зоне, водное сообщество находится в сильно угнетенном состоянии. Оценки 3 – 5 баллов говорит о средней степени загрязненности, а 6 – 7 баллов о незначительном загрязнении водоема. Чистые реки обычно получают оценку 8 – 10 баллов, а особенно богатые водными обитатели участки могут быть оценены и более высокими значениями индекса.

Основные преимущества метода: никаких беспозвоночных не нужно определять с точностью до вида; годится для любых типов водоемов. Метод использует приуроченность различных групп водных беспозвоночных к водоемам с определенным уровнем загрязненности. Организмы-индикаторы отнесены к одному из трех разделов (см. таблица№2).

Организмы средней степени чувствительности

Обитатели загрязненных водоемов

Нужно отметить, какие из приведенных в таблице№2 индикаторных групп обнаружены в пробах. Количество обнаруженных групп из первого раздела таблицы№2 необходимо умножить на 3, количество групп из второго раздела – на 2, а из третьего – на 1. получившиеся цифры складывают. Значение суммы и характеризует степень загрязненности водоема. Если сумма более 22 – вода относится к первому классу качества. Значение суммы от 17 до 21 говорят о втором классе качества. От 11 до 16 баллов – третий класс качества. Все значения меньше 11 характеризуют водоем как грязный.

2.2. Видовой состав водных беспозвоночных животных, обитающих в руслах пресноводных рек Сахалинской области, служащих биоиндикаторами

1) Обитатели чистых вод: личинки веснянок, личинки поденок, личинки ручейников, личинки вислокрылок, двустворчатые моллюски

2) Организмы средней чувствительности: бокоплав, речной рак, личинки стрекоз, личинки комаров – долгоножек, моллюски-катушки, моллюски-живородки.

3) Обитатели загрязненных водоемов: личинки комаров – звонцов, пиявки, водяной ослик, прудовики, личинки мошки, малощетинковые черви. ( Приложение 1)

2.3. Пресноводные беспозвоночные, встреченные в р.Морская

1) Дикосмекус – размер до 20 мм. Личинки строят домики из песчинок. (рис.12)

2) Неофилах уссурийский – размер до 10 мм. Личинки строят домики из песчинок и мелких камешком (рис.14).

3) Поденка – личинка без домика, размеры до 5мм, прячется под камнями (рис.11,15)

2.4.1. Общая характеристика представителей отряда ручейники

На дне многих пресноводных водоемов – чистых быстрых ручьев и заросших прудов – можно обнаружить удивительные существа, которые живут в трубчатых домиках, сооружаемых ими из различных мелких частиц, лежащих на дне.

Взрослые ручейники – довольно нежные насекомые, похожие на полосатых молей. Отличить ручейника от бабочки легче всего по крыльям – у бабочек крылья покрыты чешуйками, а у ручейников – полосками. Голова довольно крупная с фасеточными глазами и обычно с тремя простыми глазками между ними.

Усики длинные, нитевидные, ротовые органы редуцированы, в частности совсем нет жвал, а остальные ротовые части преобразованы в короткий хоботок с язычком. Взрослые ручейники не питаются, но могут пить воду. Эти, в общем, малозаметные невзрачные насекомые летают неохотно и вяло.

После спаривания самки ручейников откладывают в воду студенистые комочки яиц – «икру». Из яиц выходят личинки, которые у большинства видов с места в карьер начинают строить себе паутинный чехлик из шелковой нити, выделяемой видоизмененными слюнными железами. Чехлик инструктируется подходящими мелкими частицами, лежащими на дне и доступными личинке. Личинка никогда не выходит из воды и дышит всей поверхностью кожи всего удлиненного брюшного отдела тела. Брюшко личинок имеет не только очень тонкие, легко проницаемые покровы, но нередко несет и многочисленные еще более нежные жаберные выросты, увеличивающие поверхность газообмена с водой.

2.4.2. Общая характеристика представителей отряда поденки

У поденок две пары сетчатых прозрачных и очень тонких крыльев, причем передние всегда гораздо крупнее задних, а на конце брюшка три или две тонких хвостовые нити. В период размножения поденки совершают «танец»: быстро махая крыльями, они взмывают вверх, а затем замирают и плавно совершают падение.

Взрослые поденки не питаются, ротовые органы у них недоразвиты, а кишечник превращен в воздушный пузырь. После спаривания самцы погибают, а самки откладывают яйца.

Все личинки поденок развиваются в воде. Их отличительная особенность – длинные хвостовые нити. Обычно их три, реже две. На первых семи члениках брюшка находятся трахейные жабры. Хвостовые нити помогают личинкам плавать, двигаясь в вертикальной плоскости. Большинство личинок поденок обитают в быстрых ручьях и реках, и лишь некоторые в стоячих водоемах. Живут по-разному – некоторые ползают среди зарослей водных растений, другие сооружают норки в отвесных берегах, есть формы, роющиеся в иле, а есть живущие под камнями, прикрепляющиеся к их нижней стороне в бурных потоках, – таких легко узнать по широкому сплющенному телу.

Питаются по-разному. Часть хищничает, многие кормятся детритом, илом, есть фильтраторы.

Жизнь личинки длится два, три года. За это время личинка многократно линяет.

3. Определение чистоты воды р.Морская с использованием методов биоиндикации

3.1. Характеристика исследуемого участка

Выбранное для изучения место находится в 5 километрах от с.Новое к югу (прилож.2рис1.). В десятке метров проходит ЛЭП, а между двумя исследуемыми участками — дорога, используемая в весенне-летний и осенний период. Моста нет, и поэтому транспорт проезжает по водам ручья, вызывая загрязнение (прилож.2 рис.2). Первоначальные посещения связаны со сбором папоротника. Кроме этого, река нерестовая. Во время хода горбуши воздействие человека на природу участка усиливается, далее идут сборы грибов, ягод. Весной и осенью добавляется охота. Общий вид участка сохраняет следы деятельности человека, но прибрежная растительность более богата видами, чем в окрестностях села. Из деревьев – это ива и ольха Максимовича, кустарников – шиповник тупоушковый, малина, высокотравья – кокалия копьевидная, лабазник, гречиха сахалинская, крестовник коноплевидный (Приложение 2рис. 3-6).

Ширина речки не более полутора метра, глубина в местах забора 60 –выше, на том же расстоянии. 80 см. Визуально вода определяется прозрачной по всей глубине водоёма. Каждый исследуемый участок составлял 1кв. метр по течению реки. Камни для обнаружения объектов брались погруженные в воду ближе к центру водотока (у окраины наблюдается колебание уровня воды в зависимости от количества выпадаемых осадков).

3.2. Видовой состав беспозвоночных биоиндикаторов на первом участке реки

Первое место забора находилось в трех метрах ниже по течению от брода (прил.2рис7). На нижнем участке обнаружено сравнительно большое количество видов водных беспозвоночных: 28 домиков ручейников двух видов и 9 личинок ручейников, 2 личинки подёнки (от двух до пяти столбик по индексу Вудивисса – табл.1) . Больше всего представителей семейства limnephilidae Дикосмекус (прилож.2 рис.8-9-10-11). Причём, на одном камне по несколько объектов (прилож.2 рис.12)

По индексу Вудивисса, равному 5 баллам, можно говорить о средней степени загрязнении данного участка водоёма.

3.3. Видовой состав беспозвоночных биоиндикаторов на втором участке реки

На втором участке, который находился выше по течению на три метра (прилож.2 рис.13) обнаружено 58 домиков ручейников, 18личинок ручейников , 12 личинок подёнок (прилож.2 рис.14-15). По индексу Вудивисса определяем степень чистоты воды по табл.1: наиболее чувствительными являются поденки, по их количеству определяем балльность. Она равна 7.

Оценки 3 – 5 баллов говорит о средней степени загрязненности, а 6 – 7 баллов о незначительном загрязнении водоема. Чистые реки обычно получают оценку 8 – 10 баллов, а особенно богатые водными обитатели участки могут быть оценены и более высокими значениями индекса.

Результаты осмотра показывали, что в речке Морская присутствуют беспозвоночные, которые чувствительны к загрязнению. А это значит, что вода в реке не сильно загрязнена, но, во-первых, при сравнении (Приложение 3рис.1-2) двух участков количество особей и видовое разнообразие уменьшается при увеличении антропогенного воздействия: проезда автомобильного транспорта. Только в случае непостоянного вмешательства была возможность для восстановления водных беспозвоночных-индикаторов на участке, находящемуся ниже по течению речки. Если это будет продолжаться, то в недалеком будущем разнообразие обитателей реки Морская значительно сократиться, особенно ниже по течению.

1) Речка Морская является типичной рекой Сахалинской области, как по природному происхождению, так и по антропогенному воздействию.

2) В результате анализа методов биоиндикации по оценке загрязнения текучих вод можно выделить основные достоинства и недостатки.

Все методы биоиндикации широко используются для оценки антропогенного воздействия на биоценозы водных экосистем. При любых неблагоприятных условиях разнообразие видов в биоценозе уменьшается, а численность устойчивых видов возрастает. Кроме этого методы биоиндикации имеют общие недостатки:

— Численность большинства организмов имеет четко выраженную сезонность и зависит от погодных условий

— Для большинства методов требуется квалифицированные специалисты в определении видов.

В условия этой работы наиболее приемлем был метод Вудивисса

3) Некоторые крупные беспозвоночные, обитатели текучих вод, такие как личинки ручейников, веснянок, поденок чувствительны к загрязнению антропогенного характера, и поэтому могут служить показателями чистоты водоемов.

4) В водах реки Морская встречаются виды беспозвоночных, по которым можно определить степень загрязнения водного бассейна

Данный материал говорит о необходимости организации мониторинга за водными биоценозами, пропаганде экологического образа жизни.

Список литературы и источников

1) Абакумов В.А., Бубнова Н.П. Контроль качества поверхностных вод СССР по гидробиологическим показателям. Обнинск: Гидрометеоиздат, 1979.

2) Алимов А.Ф., Финогенова Н.П. Оценка степени загрязнения вод по составу донных животных. Методы биологического анализа пресных вод. Л., Изд. ЗИН АН СССР, 1974.

3) «Бумеранг» Сахалинская областная общественная организация

4) Глаголев С.М., Чертопруд М.В. Летние школьные практики по пресноводной гидробиологии. Методическое пособие МЦНМО, 1999.

5) Ляндсберг Артур Рэмович, заведующий лабораторией «Эфа» отдела биологии Санкт-Петербургского городского Дворца творчества юных.

6) Макрушин А.В.Биологический анализ качества вод. Л.: Изд.ЗИН АН СССР, 1974.

7) Методы гидробиологических исследований: проведение измерений и описания рек. М.: Экосистема, 1996.

8) Райков Б.Е., Римский-Корсаков М.Н. Зоологические экскурсии. М.: Топикал, 1994.

9) Олтон Ричард, Беббингтон анна, Беббингтон Джон. Пресноводные беспозвоночные.

10) Руководство по методам гидробиологического анализа поверхностных вод и донных отложений. Л.: Гидрометеоиздат, 1983.

11) Соколов В.Е. Т.2. Моллюски. Иглокожие. Хордовые. Ракообразные. М.: Просвещение, 1988 – 447 с., 64 л. ил.: ил.

12) Сахалинский лес – неосознанная трагедия. Южно-Сахалинск, 1999.

13) Экологические маршруты Сахалина и Курил. Южно-Сахалинск, 2008.

Представитель отряда поденок (имаго)

Личинкии домики ручейников

Представитель отряда бокоплавов

Рис.1 План расположения исследуемого участка

Рис.2 Проезд транспорта через р.Морская

Рис.3 Сахалинское высокотравье: кокалия копьевидная

Рис.4 Сахалинское высокотравье: лабазник (шаломайник)

Рис.5 Сахалинское высокотравье: гречиха сахалинская

Рис.6 Сахалинское высокотравье: крестовник коноплевидный

Рис.8 «домики» представителей семейства limnephilidae Дикосмекус

Рис.9 «домики» представителей неофилаха уссурийского

Рис.11 Личинка ручейника и личинка подёнки

Рис.12 Множество «домиков» дикосмекуса

Рис.13 Общий вид участка №2

Рис.14 «домик» представителей неофилаха уссурийского (участок 2)

Рис.15 «домик» представителей семейства limnephilidae Дикосмекус и личинка подёнки

Рис.1Разнообразие и численность позвоночных на 1 – 2 участках (вниз по течению реки)

Рис.2 Сравнение чистоты вод участков по индексу Вудивисса

источник

Санитарное состояние воды в водоёме может быть определено по видовому составу и численности гидробионтов. Поэтому видное место среди методов биологического анализа пресных вод занимает сапробиологический анализ, или оценка состояния пресноводных экосистем по индикаторным организмам (Приложение 1). Все водоёмы могут быть разделены условно на три группы: чистые, умеренно загрязнённые и чрезмерно загрязнённые.

Чистые водоёмы заселяют личинки веснянок, подёнок, вислокры- лок и ручейников. Они не выносят загрязнения и быстро исчезают из водоёма, как только в него попадают сточные воды (рис. 2-5).

Умеренно загрязнённые водоёмы заселяют водяные ослики, бокоплавы, личинки мошек (мокрецов), двустворчатые моллюски- шаровки, битинии, лужанки, личинки стрекоз и пиявки (большая ложноконская, малая ложноконская, клепсина). Чрезмерно загрязнённые водоёмы заселяют малощетинковые кольчецы (трубочники), личинки комара-звонца (мотыли) и ильной мухи (крыска).

Например, беспозвоночные — обитатели ила (трубочник и мотыль) — могут встречаться как в чистой, так и загрязнённой воде, однако их численность прямо зависит от степени загрязнения органическими веществами. В чистых водоёмах эти виды встречаются единично, а в сильно загрязнённых водоёмах их численность на несколько порядков выше.

В таблице 10 представлена шкала загрязнений по индикаторным таксонам.

Рис. 2. Животное население малых рек и озёр:

1 — молочно-белая планария; 2 — малая ложноконская пиявка; 3 — ложноконская пиявка; 4 — улитковая пиявка; 5 — дождевой червь; 6 — трубочник; 7 — волосатик; 8 — шаровка; 9 — физа заострённая; 10 — яйцевидный прудовик; 11 — ушковый прудовик; 12 — обыкновенный прудовик; 13 — прудовик малый; 14 — лужанка настоящая; 15 — роговая катушка; 16 — битиния щупальцевая; 17 — катушка килевая; 18 — катушка гладкая; 19 — катушка круговая; 20 — циклоп

Рис. 3. Животное население малых рек и озёр:

21 — дафния; 22 — водяной ослик; 23 — бокоплав; 24 — гидракарина ацеркус торрис; 25 — водяной паук (самка); 26 — личинка настоящей стрекозы; 27 — личинка стрекозы коромысла; 28 — личинка стрекозы лютки; 29 — плавт

Рис. 4. Животное население малых рек и озёр:

30 — личинка подёнки; 31 — личинка подёнки Кенис макрура; 32 — личинка в веснянки Перла маргината; 33 — гладыш (клоп); 34 — гребляк малый; 35 — водомерка панцирная; 36 — водяной скорпион; 37 — личинка вислокрылки с трахейными жабрами

Рис. 5. Животное население малых рек и ериков:

38 — ручейник; 39 — чехлик агрипнии; 40 — чехлик ручейника граммотаулиу- са; 41 — чехлик стенофилакса; 42,43, 46 — чехлик лимнофилуса; 44 — чехлик колчанки; 45 — чехлик стенофилакса ротундипенниса; 47 — личинка большого ручейника; 48 — личинка ручейника, не строящая чехликов; 49 — пеструшка; 50 — желтушка; 51 — личинка плавунца окаймлённого; 52 — личинка бабочки рясковой огнёвки; 53 — чехлик из ряски; 54 — личинка комара коретры; 55 — личинка комара-дергуна; 56 — личинка комара обыкновенного; 57 — личинка слепня; 58 — личинка иловой мухи; 59 — птихопте- ра; 60 —личинка мокреца; 61 —личинка мухи-львинки

Шкала загрязнений по индикаторным таксонам

Эколого-биологическая полноценность, класс качества воды, использование

Личинки веснянок, плоские личинки подёнок, ручейник-риакофилла

Очень чистая. Полноценная. Питьевое, рекреационное, рыбохозяйственное

Крупные двустворчатые моллюски (перловица), плавающие и ползающие ручейник-нейреклипсис, вилохвостки, водяной клоп

Чистая. Полноценная. Питьевое, рекреационное, рыбохозяйственное, орошение, техническое

Моллюски-затворки, горошинки, роющие личинки подёнок, ручейники при отсутствии рсакофиллы и нейреклип- сис, личинки стрекоз плосконожки и красотки, мошки

Удовлетворительно чистая. Полноценная. Питьевое с очисткой, рекреационное рыбоводство, орошение, техническое

Шаровки, дрейсена, плоские пиявки, личинки стрекоз при отсутствии плосконожки и красотки, водяной ослик

Загрязнённые. Неблагополучные. Ограниченное рыбоводство, ограниченное орошение

Масса трубочника, мотыля, червеобразные пиявки при отсутствии плоских, крыски, масса мокрецов

Грязные. Неблагополучные. Техническое

Очень грязные. Неблагополучные. Техническое с очисткой

Система Колькви i ца-Марссона. Оценка степени загрязнения водоёмов по показательным организмам обычно производится с помощью системы Кольквитца-Марссона (Kolkwitz, Marsson, 1908, 1909), которая стала основой для разработки других систем биологического анализа. Впервые в 1908 г. ботаник Р. Кольквитц и зоолог М. Марссон оценивали степень загрязнения водоемов по присутствию или отсутствию в них гидробионтов с разной степенью оксифильности, чувствительности к содержанию в окружающей воде неразложившихся органических веществ и продуктов их распада.

Р. Кольквитц и М. Марссон были пионерами в создании системы показательных организмов для оценки степени загрязнения (сапроб- ности) вод, которая послужила основой многих последующих систем биологического анализа. Суть этой системы заключается в выявлении показательных организмов для оценки степени загрязнения (сапроб- ности) вод разлагающимся органическим веществом. Р. Кольквитц и М. Марссон установили четыре зоны загрязнения и дали списки видов-индикаторов, характерных для каждой из них. Списки индикаторных организмов, характерные для каждой зоны загрязнения, постоянно уточняются. К настоящему времени число таких растений и животных превышает 2500 видов.

Г.И. Долгов (1926), Я.Я. Никитинский (1927), обобщив опыт отечественных и зарубежных исследователей, внесли некоторые изменения в списки Кольквитца-Марссона. Эти списки в сокращенном виде приводят В.И. Жадин и А.Г. Родина (1950). Либман (Liebman, 1951, 1962) провёл ревизию системы Кольквитца-Марссона и опубликовал перечень показательных видов с описанием экологических условий, в которых, эти виды встречаются. Над уточнением списков видов индикаторов работали Обр (ОЬг,1956), Диттмар (Dittmar, 1959), Зелинка, Марван и Кубичек (Zelinka, Marvan, Kubicek, 1959), Зелинка и Марван (Zelinka und Marvan, 1961), Зелинка и Сладечек (Zelinka, Sladccek, 1964), Сладечкова и Сладечек (Sladeckova und Sladecek, 1966), Бик и Кунце (Bick und Kunze, 1971), Сладечек (Sladecek, 1969) и другие исследователи (Макрущин, 1974).

По шкале Кольквитца-Марссона, водоёмы или их зоны в зависимости от степени загрязнения органическими веществами подразделяются на поли-, мезо- и олигосапробные.

Полисапробные воды характеризуются почти полным отсутствием свободного кислорода, наличием в воде неразложившихся белков, значительных количеств сероводорода, диоксида углерода, метана и аммиака, восстановительным характером биохимических процессов. Кроме того, они характеризуются обилием сложных биохимических соединений. В этих водах интенсивно протекают процессы редукции и распада, при которых в иле образуются сернистое железо и сероводород. Такие воды способны к быстрому загниванию.

Население полисапробных вод характеризуется малым видовым разнообразием, но отдельные виды могут достигать большой численности. Основу населения составляют сапрофитные бактерии, численность которых достигает многих сотен миллионов клеток в 1 мл воды. Растения отсутствуют. Многочисленны бесцветные жгутиковые и грибы. Из более высоко организованных форм здесь встречаются олигохеты Tubifex tubifex и личинки Eristalis tehax. Число видов, обитающих в полисапробных водах невелико, но развиваются они в огромных количествах. Надёжными показателями полисапробных вод являются многие бактерии (Sphaerotilus natans, Thiopoycjccus ruses и др.) и грибы. Сообщества бактерий, грибов и простейших, развивающиеся при сильном органическом загрязнении, образуют слизистые обрастания. Некоторые исследователи называют такие биоценозы «грибом» сточных вод.

В мезосапробных водоёмах загрязнение выражено слабее: нераз- ложившихся белков нет, сероводорода и диоксида углерода немного, кислород присутствует в заметных количествах; однако в воде есть ещё такие слабоокисленные азотистые соединения, как аммиак, аминокислоты и амидокислоты. В мезосапробных водах сероводород отсутствует, диоксида углерода мало, количество кислорода близко к величине нормального насыщения, растворённых органических веществ практически нет. Основную группу качественно бедного населения составляют сапрофитные бактерии, количество которых достигает многих десятков миллионов клеток в 1 мл воды. Большое распространение имеют бесцветные жгутиковые, грибы, инфузории. В этой зоне встречаются коловратки, некоторые представители зелёных и синезелёных водорослей. В донных осадках в больших количествах обитают олигохеты из семейства Tubificidae и личинки комара Chironomus plumosus.

Мезосапробные воды (зоны водоёмов) подразделяются на а- и Р-мезосапробные. В а-мезосапробных водоёмах (зонах), занимающих промежуточное положение между полисапробными и р-мезосапробными, распад органических веществ происходит уже в присутствии небольшого количества кислорода в полуанаэ- робных условиях и происходит он в направлении окислительновосстановительных процессов. Поэтому в воде имеются аммиак, амино- и амидокислоты, сероводород, двуокись углерода. Воды этой зоны способны загнивать, в них обитают бактерии (сотни тысяч в 1 мл), простейшие: инфузории и зелёные жгутиковые (Cladomonas fruticulosa, Podophrya), гриб Mucor, синезелёные водоросли (Oscillatoria), некоторые коловратки (Brachionus plicatilis, Br. calyciflorus, Philodina), моллюск Sphaerium corneum, рачок Asellus aquaticus, личинки двукрылых (Chironomus plumosus, Culex pipiens,

Eristalis tenax), черви, личинки мух. Потребность организмов в кислороде незначительная. Цветковые растения отсутствуют или встречаются в малых количествах. Смена сообществ, как и в полисапроб- ной зоне, часто протекает катастрофически.

Для а-мезосапробных вод характерно энергичное самоочищение. В нём принимают участие и окислительные процессы за счёт кислорода, выделяемые хлорофиллоносными растениями, среди которых встречаются не только синезелёные, но и диатомовые и зелёные водоросли. Большой численностью обладают грибы и бактерии, достигающие сотен тысяч в 1 см 3 . Могут обитать нетребовательные к кислороду виды рыб. Деревенские пруды, рвы и канавы на полях орошения обычно содержат а -мезосапробные воды.

Следующая, Р-мезосапробная подзона, характеризуется присутствием аммиака и продуктов его окисления — азотной и азотистой кислоты. Отличается от предыдущих преобладанием окислительных процессов над восстановительными. Благодаря интенсивному фотосинтезу многочисленных растений летом воды бывают перенасыщены кислородом. В воде имеются аммиак, нитриты, нитраты, немного углекислоты, может быть в незначительных количествах сероводород, аминокислот нет, сероводород встречается в незначительных количествах, кислорода в воде много, минерализация идет за счёт полного окисления органического вещества. Содержание органических веществ ничтожно. Вода более чистая и не загнивает. В Р-мезосапробных водах процессы самоочищения протекают менее интенсивно, чем в а-мезосапробных. Видовое разнообразие обитателей этой подзоны гораздо выше, чем в предыдущей, но численность и биомасса организмов ниже. В этих водах разнообразно представлены растительные организмы (особенно диатомовые, зелёные, сине- зелёные водоросли), развиваются цветковые растения (роголистники и др.) и животные (инфузории, многочисленны коловратки, низшие ракообразные, насекомые, моллюски и рыбы). В качестве примера таких вод можно привести нормально очищенные летние воды полей орошения.

Олнгосапробная зона полностью свободна от загрязнения и обычно перенасыщена кислородом. В ней мало углекислоты, нет аммиака, сероводорода, нитритов, но могут быть нитраты как конечные продукты окислительных биохимических процессов минерализации органического вещества. Соединения металлов находятся в окисных формах. Вода не загнивает. Содержание в ней бактерий незначительно—десятки — сотни в 1 мл. Обитающие организмы характеризуются большой потребностью в кислороде. Население наиболее разнообразно в видовом отношении, но количественно значительно беднее, чем в предыдущих зонах. В этих водоёмах обитают и размножаются разные виды водорослей, особенно Melosira italica, Drapamaldia glomerata и D. plumosa, губки, коловратки, мшанки, ветвистоусые рачки, личинки подёнок, веснянок, моллюски, рыбы (форель, гольян, стерлядь и др.), много цветковых растений. В числе индикаторов оли- госапробных вод можно назвать ветвистоусых рачков (Bythotrephes longimanus, Daphnia longispira) и моллюска Dreissena polymorpha. Это практически чистые воды больших озёр.

Иногда выделяют ещё четвёртую группу индикаторных организмов, так называемых катаробов, живущих в совершенно чистой холодной воде с большим содержанием кислорода. Соответственно этому выделяется в водоёмах и катаробная зона. Однако практически это предложение оказалось нежизненным.

Характеристика качества воды по сапробности давала очень хорошие результаты, когда в водоёмы в основном поступали хозяйственно-бытовые сточные воды и воды, близкие к ним по составу, несущие главным образом органические легко разрушаемые вещества. В настоящее время система оценки качеств воды по сапробности уже недостаточна в связи с поступлением в водоёмы чрезвычайно разнообразных загрязнений. Поэтому система Кольквитца-Марссона неприменима в случае загрязнения водоёма промышленными стоками (Hynes, 1960). Её использование на быстро текущих реках и на стоячих водоёмах приводит к разным оценкам (Zimmermann, 1961). Устанавливаемые градации на сапробности тем сомнительнее, чем меньше загрязнён водоём (Elster, 1966). Границы между зонами сапробности с химической точки зрения неопределённы. Поскольку многие индикаторы сапробности имеют ограниченное распространение, в европейской части Российской Федерации система Кольквитца-Марссона должна применяться с поправками (Вислоух, 1916; Шкорбатов, 1926, 1928; Хохолки- на, 1939; Смирнова, 1965), а для Сибири и Дальнего Востока она малопригодна (Жадин, 1964, 1967). По-видимому, наиболее сущеТаблица II

Классификация вод по степени загрязнённости (по сапробности)

источник

При оценке качества воды, кроме интегральной оценки, в результате которой устанавливается класс качества воды, а также гидробиологической оценки методами биоиндикации, в результате которой устанавливается класс чистоты, иногда встречается также так называемая комплексная оценка, основу которой составляют методы биотестирования. Последние относятся также к гидробиологическим методам, но отличаются тем, что позволяют определить реакцию водной биоты на загрязнения по различным тестовым организмам – как простейшим (инфузориям, дафниям), так и высшим – рыбам (гуппиям). Такая реакция иногда является наиболее показательной, особенно применительно к оценке качества загрязненных вод (природных и сточных), и позволяет определять даже количественно концентрации отдельных соединений.

Гидробиологические показатели.О качестве воды в пресноводном водоеме, а также о его экологическом состоянии, можно судить не только с помощью приборов, но и с помощью обитающих в водоеме живых организмов – гидробионтов. Соответствующие методы оценки называют гидробиологическими.

Планктон – совокупность живых обитателей водоема, не способных активно передвигаться или медленно передвигающихся, но не противостоящих токам воды.

Фитопланктон – совокупность растительных организмов водоема, не способных активно передвигаться, – важнейший компонент водных систем, активно участвует в формировании качества воды и является чутким показателем состояния водных экосистем и водоема в целом.

При гидробиологической оценке состояния водоемов и качества воды показателями, в общем случае, могут быть видовой состав, количество и биомасса гидробионтов, а также трофность и сапробность водоема.

Объектами гидробиологической оценки могут быть фито- и зоопланктон, бентос, макрофиты, рыбы и др. Получены научные данные о том, что повышенное содержание в воде различных токсикантов приводит к массовым нарушениям эмбрионального и личиночного развития, появлению многочисленных уродств. У молоди рыб нередко развиваются токсикозы, выражающиеся в появлении опухолей и нарушении отдельных органов (печень, мозг, жаберный аппарат и др.). Кроме того, в одном и том же водоеме могут быть акватории с неблагоприятными условиями для гидробионтов.

Таким образом, многие водные организмы имеют особенности, позволяющие рассматривать их как индикаторные виды – т.е. виды, чувствительные к загрязнению воды, причем разные организмы обладают разной чувствительностью к загрязнению воды. Например, при обработке проб зоопланктона специалисты особое внимание обращают на следующие показатели:

1) видовой состав и распределение зоопланктона, соотношение
в нем отдельных групп (простейших коловраток, ветвистоусых рачков
и др.);

2) наличие видов – индикаторов загрязнения в составе комплекса доминирующих видов;

3) значение индекса видового разнообразия Шеннона по зоопланктону, его пространственная и многолетняя динамика;

4) относительное количество в пробах мертвых и поврежденных планктонных животных;

5) наличие уродливых форм и опухолей у рачков;

6) роль сообщества гидробионтов в самоочищении водоемов и др.

Большинство гидробиологических методов, которые могут применять студенты, относятся к методам биоиндикации. Существуют методы биоиндикации, позволяющие получить достаточно точные заключения о качестве воды, хорошо согласующиеся с данными гидрохимических исследований. Однако работать такими методами могут лишь специалисты, знающие водных обитателей «в лицо» и имеющие опыт работы.

В практической работе студенты используют преимущественно лишь два метода, которые сочетают в себе простоту в работе и точность оценки. К ним относятся методы определения биотических индексов Вудивисса и Майера. Имеется в виду несколько упрощенные варианты методик определения биотических индексов Вудивисса и Майера [15, 21, 42]. Полученные с помощью данных методов результаты могут считаться лишь предварительной оценки. Кроме того, успешное применение данных методов требует известных навыков, а также микроскопа (желательно – бинокуляра) и соответствующих определителей или иллюстрированных таблиц.

Биотический индекс Вудивисса рассчитывается только при исследованиях рек (т.е. проточных водоемов) умеренного пояса и дает оценку их состояния по 15-балльной шкале. Он непригоден для оценки состояния озер и прудов. При оценке состояния водоема по методу Вудивисса определяют, какие индикаторные группы имеются в исследуемом водоеме, и далее оценивают общее состояние бентосных организмов, т.е. обитающих в придонном слое воды. Характерно, что методика Вудивисса не требует определения всех пойманных животных с точностью до вида. Достаточно выполнить определение лишь обнаруженных в пробах групп бентосных организмов. При этом за группу принимается любой вид плоских червей, моллюсков, пиявок, ракообразных, водяных клещей, веснянок, сетчатокрылых, жуков, а также любой вид личинок других насекомых (за некоторыми исключениями). Далее по специальным таблицам находят значение индекса Вудивисса, характеризующее исследуемый водоем, и соответствующий класс качества воды. Например, значение индекса Вудивисса для данного водоема от 0 до 2 баллов считается показателем очень сильного загрязнения (соответствующее значение класса качества воды – 5-7). В таких условиях водное сообщество находится в сильно угнетенном состоянии. Значение индекса 3-5 баллов – значительное загрязнение водоема (4-5 класс качества); 6-7 баллов – незначительное загрязнение (3 класс качества). Для чистых рек (имеющих 1-2 класс качества воды) обычно характерны оценки 8-10 баллов, а иногда и выше.

Более простым в применении является метод, основанный на определении биотического индекса Майера. В основе метода лежит приуроченность различных групп водных беспозвоночных к водоемам с определенным уровнем загрязненности и применим для водоемов любых типов. Преимущество при определении индекса Майера состоит также в том, что не нужно определять беспозвоночных с точностью до вида. Организмы-индикаторы по методу Майера относят к одной из трех индикаторных групп, приведенных в табл. 22 [15, 21].

Состав водных организмов в индикаторных группах по методу Майера[2, 7]

Обитатели чистых вод	Организмы средней чувствительности	Обитатели загрязненных водоемов
Личинки веснянок Личинки поденок Личинки ручейников Личинки вислокрылок Двустворчатые моллюски	Бокоплав Речной рак Личинки стрекоз Личинки комаров-долгоножек Моллюски-катушки Моллюски-живородки	Личинки комаров-звонцов Пиявки Водяной ослик Прудовики Личинки мошки Малощетинковые черви

Обработка результатов, полученных по методу Майера, также сравнительно несложна. При этом нужно отметить, какие из приведенных в таблице индикаторных групп обнаружены в пробах. Количество обнаруженных групп из первого раздела таблицы необходимо умножить на 3, количество групп из второго раздела – на 2, а из третьего – на 1. Получившиеся цифры складывают, и значение суммы характеризует степень загрязненности водоема. Если сумма более 22 – водоем имеет 1 класс качества, значения суммы от 17 до 21 говорят о втором классе качества, от 11 до 16 баллов – 3 класс качества. Все значения меньше 11 характеризуют водоем как грязный (4-7 класс качества).

Большой интерес при оценке качества воды представляют также методы биотестирования, которые позволяют непосредственно определить реакцию водной биоты на загрязнение. Методы биотестирования относятся также к гидробиологическим методам. Они отличаются от методов биоиндикации тем, что позволяют определить реакцию водной биоты на загрязнения по различным тестовым организмам – как простейшим (инфузориям, дафниям), так и высшим – рыбам (гуппиям). Такая реакция иногда является наиболее показательной, особенно применительно к оценке качества загрязненных вод (природных и сточных) и даже позволяет количественно определять концентрации отдельных соединений. По этой причине методы биотестирования иногда называют методами комплексной оценки.

Обычно при биотестировании устанавливают количественные градуировочные зависимости показателей смертности тестовых организмов или каких-либо изменений в них, либо поведенческих реакций, от концентрации тяжелых металлов (СuSО₄). Токсические эффекты на организмы выражают в концентрациях, эквивалентных концентрациям тяжелых металлов. В качестве тестовых могут использоваться многие природные объекты. Промышленностью выпускается прибор «Биотестер», который позволяет неспецифично определять концентрацию токсиканта (сульфата меди) в воде по поведению инфузории-туфельки. Однако распространение метода биотестирования и соответствующих приборов сдерживается по нескольким причинам. Во-первых, сами приборы имеют относительно высокую стоимость. Во-вторых, необходимо воспроизводить – правильно подготавливать и выращивать – тест-культуру, время жизни особей которой непродолжительно (несколько дней и более). В-третьих, отсутствуют нормативы качества воды по реакциям тестовых организмов, а количественный анализ возможен только по какому-либо отдельному токсиканту при условии предварительной калибровки прибора по этому соединению.

Следует отметить, что исследования, выполняемые при комплексной оценке качества воды, не ограничиваются только методами биотестирования, они обязательно включают (особенно при анализе питьевой и природной вод) гидрохимические методы и методы биоиндикации.

Показатели деградации водоема.К показателям деградации водоемов, в общем случае, могут быть отнесены:

– признаки эвтрофикации: массовое размножение сине-зеленых водорослей, повышенное содержание азота и фосфора в разных формах;

– разрушение береговой линии как следствие природных или антропогенных процессов;

– скопление или чрезмерное разрастание (более чем на 20 % от общей площади водоема) водной растительности – макрофитов;

– изменение видового стада рыб в направлении увеличения доли сорных видов;

– появление большого количества донных червей;

– появление рыб с патологиями и др.

Таким образом, оценка по показателям деградации водоема включает разнообразные методы исследований – методы визуального наблюдения и счета (со сбором или отловом гидробионтов), гидрохимические измерения содержания в воде соединений азота и фосфора в формах нитратов, нитритов, аммонийных органических и неорганических соединений, орто- и полифосфатов и др.

При оценке деградации водоема необходимо проводить сопоставление данных, полученных на протяжении ряда лет с выявлением тенденций в измерениях оцениваемых параметров.

Оценка состояния донных отложений.Донные отложения являются особой средой в водоеме, имеющей большое значение для жизнедеятельности бентосных организмов, макрофитов, рыб и др. В донных отложениях концентрируются и накапливаются как биогенные элементы (запасы органического и неорганического азота и фосфора), так и токсиканты (в первую очередь, тяжелые металлы), а также нефтепродукты и др. Поэтому донные отложения также следует изучать при оценке экологического состояния водного объекта, используя для этой цели методики исследования воды (придонные слои и фильтраты) и почвы (определение элементного состава и концентрации химических загрязнителей), а также методики биоиндикации по бентосным сообществам [27].

При сбросе в водоем токсических веществ, содержащихся в промышленных сточных водах, происходит угнетение и обеднение фитопланктона. При обогащении водоемов биогенными веществами, содержащимися, например, в бытовых стоках, значительно повышается продуктивность фитопланктона. При перегрузке водоемов биогенами возникает бурное развитие планктонных водорослей, окрашивающих воду в зеленый, сине-зеленый, золотистый, бурый или красный цвета («цветение» воды). «Цветение» воды наступает при наличии благоприятных внешних условий для развития одного, редко двух-трех видов. При разложении избыточной биомассы выделяется сероводород или другие токсичные вещества. Это может приводить к гибели зооценозов водоема и делает воду непригодной для питья. Многие планктонные водоросли в процессе жизнедеятельности нередко выделяют токсичные вещества. Увеличение в водоемах содержания биогенных веществ в результате хозяйственной деятельности человека, сопровождаемое чрезмерным развитием фитопланктона, называют антропогенным эвтрофированием водоемов.

Каждая группа организмов в качестве биологического индикатора имеет свои преимущества и недостатки, которые определяют границы ее использования при решении задач биоиндикации.

Водорослям принадлежит ведущая роль в индикации изменения качества воды в результате эвтрофирования (заболачивания) водоема.

Зоопланктон также достаточно показателен как индикатор эвтрофирования и загрязнения (в частности органического и нитратного) вод. Кроме этого, среди зоопланктона встречаются и представители патогенной фауны, ограничивающей использование водного объекта в целях водоснабжения.

Простейшие являются высокочувствительными индикаторами сапробного состояния водоемов.

Зообентос – совокупность животных, обитающих на дне и в придонных слоях воды, служит хорошим индикатором загрязнения донных отложений и придонного слоя воды. Наиболее достоверными индикаторами среди них служат легочные моллюски, особенно катушки и речные чашечки. Положительные результаты дает также оценка качества воды по личинкам насекомых. Свободно живущие личинки ручейников, а также поденок являются наиболее чувствительными организмами.

Значение макрофитов (высшая водная растительность) наиболее существенно при предварительном гидробиологическом осмотре водных объектов. При загрязнении водоемов изменяются видовой состав, биомасса и продукция макрофитов, возникают морфологические аномалии, происходит смена доминантных видов, обусловливающих особенности ценоза. Данные по ихтиофауне важны при оценке состояния водного объекта в целом и особенно при определении допустимых уровней загрязнения водных объектов, имеющих рыбохозяйственное значение.

Проведение биологических исследований имеет свои особенности в стоячих и текущих водоемах.

Для изучения рек и ручьев большое значение имеют перифитонные организмы (т.е. обрастатели), те, которые дают картину общего состояния воды за достаточно длительный промежуток времени, предшествующий исследованию. Быстрые колебания степени загрязнения воды плохо уловимы с помощью перифитона, и для их наблюдения лучше подходят гидрохимические и бактериологические методы.

Также случайные загрязнения местного характера легче всего могут повлиять на характер населения дна (т.е. организмов бентоса) в таких водоемах.

Это обстоятельство заставляет при исследовании рек обращать внимание на быстрые места их течения – перекаты, плотины и т. д. Если мы хотим получить представление об общем состоянии реки, то станции необходимо выбирать именно здесь. Если же нас интересуют разовые или местные загрязнения, необходимо исследовать обитателей дна в местах со слабым течением – в заводях, бочагах и т.п. После впадения в реку тех или иных загрязненных стоков последние сносятся течением вниз по реке и откладываются в более глубоких местах реки с замедленным течением.

Биологическое исследование стоячих водоемов, как правило, интерпретируется более легко. Здесь, прежде всего, необходимо проведение комплексных исследований с тем, чтобы иметь более полное представление о состоянии водоема. Чем крупнее исследуемый водоем, тем большее количество разнообразных станций надо выбирать по его периметру [21, 42].

Почти любое использование воды влияет на ее качество. Использованная вода обычно возвращается в реки или отстойники для восстановления. Это может оказать нежелательное влияние на жизнь, если использованная вода будет сильно отличаться от естественной.

Различные виды живых существ показывают, чем загрязнена окружающая среда. Какой бы совершенной ни была современная аппаратура, она не может сравниться с «живыми приборами», реагирующими на те или иные изменения, отражающие воздействие всего комплекса факторов, включая сложные соединения различных ингредиентов.

Бурное развитие сине-зеленых водорослей – хороший индикатор опасного загрязнения воды органическими соединениями.

Лучший индикатор опасных загрязнений – прибрежное обрастание, располагающееся на поверхностных предметах у кромки воды. В чистых водоемах эти обрастания ярко-зеленого цвета или имеют буроватый оттенок. Для загрязненных водоемов характерны белые хлопьевидные образования. При избытке в воде органических веществ и повышении общей минерализации обрастания приобретают сине-зеленый цвет, так как состоят в основном из сине-зеленых водорослей. При плохой очистке фекально-бытовых сточных вод обрастания бывают белыми или сероватыми. Как правило, они состоят из прикрепленных инфузорий (сувойки, кархезиум и др.) Стоки с избытками сернистых соединений могут сопровождаться хлопьевидными налетами нитчатых серобактерий-теотриксов.

Биоиндикация – способ оценки антропогенной нагрузки по реакции на нее живых организмов и их сообществ.

Биотестирование – использование в контролируемых условиях биологических объектов (тест-объектов) для выявления и оценки действия факторов (в том числе и токсических) окружающей среды на организм, его отдельную функцию или систему организмов. Хорошие результаты дает анализ бентосных (придонных) беспозвоночных. Оценка чистоты водоемов делается по преобладанию либо отсутствию тех или иных таксонов (табл. 23).

Дата добавления: 2014-12-26 ; Просмотров: 3924 ; Нарушение авторских прав? ;

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

источник

Исследовательская работа «Оценка качества воды пресного водоема (приток р. Рудня — «Солдачка») методом биоиндикации»

Целью работы являлась оценка качества речной воды с помощью метода биоиндикации. Этот метод основан на определении степени чистоты воды с помощью обитающих в ней гидробионтов (организмов, обитающих в водной среде).

Объект исследования: приток р. Рудня — «Солдачка»

При помощи методов биоиндикации, в том числе методики нахождения индекса Майера мной была определена степень загрязненности притока р. Рудня – «Солдачка». В отборе проб гидробионтов мне помогали участники летнего экологического лагеря. Особую благодарность выражаю Петруниной А. И. за предоставленную информацию, используемую мною в проекте.

Высказанная мной гипотеза о том, что вода в реке умеренно загрязненная, подтвердилась.

Управление образования администрации

Починковского муниципального района Нижегородской области

Муниципальное бюджетное образовательное учреждение

Дивеев-Усадская средняя общеобразовательная школа

Районная экологическая конференция «Планета величиной с дом»

«Оценка качества воды пресного водоема (приток р. Рудня — «Солдачка») методом биоиндикации»

учащийся 10 класса МБ ОУ Дивеев-Усадской СОШ

Руководители: Петрунина А. И.,

учитель химии МБ ОУ Маресевской ООШ

учитель биологии и экологии МБ ОУ Дивеев-Усадской СОШ

2012 г.

1.1. Вступление/актуальность…………………………………. 3

1.4. Методики исследования…………………………………….. 3

II. Исследовательская деятельность………………………… 4

2.1. Из истории образования притока р. Рудня – «Солдачки» 4

2.2. Биоиндикация как метод исследования экосистем……………………………………. ……………………. 4

2.3. Методика оценки состояния воды по индексу Майера……………………………………………………………. 6

2.4. Взятие проб гидробионтов …………………………………. 7

2.5. Определение видового состава гидробионтов ……………… 11

2.6. Оценка качества воды притока р. Рудня — «Солдачка» …… 11

2.7. Растения биоиндикаторы …………………………………….. 12

3.2. Предложения по сбережению воды……………………….. 13

V. Список использованной литературы……………………. 16

Три клада у природы есть: вода,

Земля и воздух – три ее основы.

Самое распространенное вещество на нашей планете – это вода. Существование человечества немыслимо без нее. Вода обладает рядом уникальных свойств, необходимых для поддержания всех форм жизни на Земле. Из всех природных ресурсов вода является самым удивительным, так как после использования она по-прежнему остается водой. Вода относится к неисчерпаемым ресурсам, однако перед человечеством встает угроза водного дефицита. Почему? Нас, людей, стало больше, поэтому значительно возросло водопотребление: для обеспечения коммунального и промышленного водоснабжения во всем мире расходуется почти 600 куб. км пресной воды. Из них только 150 куб.км воды расходуется безвозвратно, а остальная, загрязненная сточная вода поступает обратно в реки и водоемы, отравляя, делая непригодными для человека и жизни. Именно поэтому в настоящее время особенно актуальна проблема сохранения водных ресурсов.
Водный кризис угрожает обществу не потому, что на земле не хватает воды, а потому что человек при современной организации промышленного производства, а также своей непродуманной деятельностью портит огромные количества чистой природной воды. В связи с вышесказанным проблема оценки качества воды очень актуальна.
1.2. Целью работы являлась оценка качества речной воды с помощью метода биоиндикации. Этот метод основан на определении степени чистоты воды с помощью обитающих в ней гидробионтов (организмов, обитающих в водной среде).

Объект исследования: приток р. Рудня — «Солдачка»

2.1. Из истории образования притока р. Рудня – «Солдачки»

Документальных сведений об образовании реки мне найти не удалось, но можно предположить, что приток образовался после заселения дремучих лесов этой местности Кердяксой Миресевым в 1587 году. В результате таяния снегов с полей и беспрерывных проливных дождей и образовался приток

С Солдачкой связано одно предание. Документально известно, что Маресевские крестьяне поддержали восстание под предводительством Емельяна Пугачева, Для их подавления были направлены два полка под командованием подполковника И. И. Михельсона. Маресевец, имя которого осталось неизвестным, заманил несколько обессиливших и уставших солдат в болото, где они и погибли. По приказу И. И. Михельсона в Маресеве была воздвигнута виселица, где чинилась расправа над крестьянами, выступившими против царской власти.

2. 2. Биоиндикация как метод исследования экосистем

О возможности использования живых организмов в качестве показателей определенных природных условий писали еще ученые Древнего Рима и Греции. В трудах М.В. Ломоносова и А.Н. Радищева есть упоминания о растениях-указателях особенностей почв, горных пород, подземных вод.
По современным представлениям биоиндикаторы — организмы, присутствие, количество или особенности развития которых служат показателями естественных процессов, условий или антропогенных изменений среды обитания. Биоиндикация — метод, который позволяет судить о состоянии окружающей среды по факту встречи, отсутствия, особенностям развития организмов — биоиндикаторов.
Биоиндикационные исследования подразделяются на два уровня: видовой и биоценотический. Видовой уровень включает в себя констатацию присутствия организма, учет частоты его встречаемости, изучение его анатомо-морфологических, физиолого-биохимических свойств. При биоценотическом мониторинге учитываются различные показатели разнообразия видов, продуктивность данного сообщества.
Существуют различные виды биоиндикации. Если одна и та же реакция вызывается различными факторами, то говорят о неспецифической биоиндикации. Если же те или иные происходящие изменения можно связать только с одним фактором, то речь идет о специфической биоиндикации. Например, лишайники и хвойные деревья могут характеризовать чистоту воздуха и наличие промышленных загрязнений в местах их произрастания. Видовой состав животных и низших растений, обитающих в почвах, является специфическим для различных почвенных комплексов, поэтому изменения этих группировок и численности видов в них могут свидетельствовать о загрязнении почв химическими веществами или изменении структуры почв под влиянием хозяйственной деятельности.
Методы биоиндикации подразделяются на два вида: регистрирующая биоиндикация и биоиндикация по аккумуляции. Регистрирующая биоиндикация позволяет судить о воздействии факторов среды по состоянию особей вида или популяции, а биоиндикация по аккумуляции использует свойство растений и животных накапливать те или иные химические вещества (например, содержание свинца в печени рыб, находящихся на конце пищевой цепочки, может достигать 100-300 ПДК). В соответствии с этими методами различают регистрирующие и накапливающие индикаторы. Регистрирующие индикаторы реагируют на изменения состояния окружающей среды изменением численности, фенооблика, повреждением тканей, соматическими проявлениями (в том числе уродливостью), изменением скорости роста и другими хорошо заметными признаками. В качестве примера регистрирующих биоиндикаторов не всегда возможно установить причины изменений, то есть факторы, определявшие численность, распространение, конечный облик или форму биоиндикатора. Это один из основных недостатков биоиндикации, поскольку наблюдаемый эффект может порождаться разными причинами или их комплексом.
Накапливающие индикаторы концентрируют загрязняющие вещества в своих тканях, определенных органах и частях тела, которые в последующем используются для выяснения степени загрязнения окружающей среды при помощи химического анализа.
Какой бы современной ни была аппаратура для контроля загрязнения и определения вредных примесей в окружающей среде, она не может сравниться со сложно устроенным «живым прибором». Правда, у живых приборов есть серьезный недостаток — они не могут установить концентрацию какого-либо вещества в многокомпонентной смеси, реагируя сразу на весь комплекс веществ. В то же время физические и химические методы дают количественные и качественные характеристики фактора, но

позволяют лишь косвенно судить о его биологическом действии.

С помощью биоиндикаторов можно получить информацию о биологических последствиях и сделать только косвенные выводы об особенностях самого фактора. Методы биоиндикации, позволяющие изучать влияние техногенных загрязнителей на растительные и животные организмы являются наиболее доступными. Биоиндикация основана на тесной взаимосвязи живых организмов с условиями среды, в которой они обитают. Изменения этих условий, например повышение солености или рН воды может привести к исчезновению определенных видов организмов, наиболее чувствительных к этим показателям и появлению других, для которых такая среда будет оптимальной.
Существуют разные биологические индикаторы. О наличии некоторых загрязнителей можно судить по внешним признакам растений и животных. Благодаря «памяти» этих организмов, можно узнать и о роли тех факторов, которые в настоящее время уже не действуют. По высоте некоторых растений можно судить о концентрации солей в воде.

Так, например, тростник может достигать высоты 4 м, но если содержание солей в воде высокое — это растение не вырастет более чем на 0,5м.
Вода — самое распространенное соединение в природе, не бывает абсолютно чистой. Природная вода содержит многочисленные растворенные вещества — соли, кислоты, щелочи, газы (углекислый газ, азот, кислород, сероводород), продукты отходов промышленных предприятий и нерастворимые частицы минерального и органического происхождения. Свойства и качество воды зависят от состава и концентрации содержащихся в ней веществ. Наиболее чистая вода — дождевая, но и она содержит примеси и растворенные вещества (до 50 мг/л). Воду, содержащую до 0,1% растворенных веществ, принято называть пресной, от 0,1 до 5% — минерализованной, свыше 5% — соленой.

2.3. Методика оценки состояния водоема по индексу Майера

Для оценки состояния водоема мною использовался индекс Майера, применяемый для любых типов водоемов.

Индекс Майера — наиболее простая методика биоиндикации, при которой не нужно определять беспозвоночных с точностью до вида. В ней используется принцип приуроченности различных групп водных беспозвоночных к водоемам с определенным уровнем загрязненности. Организмы — индикаторы отнесены к одному из трех разделов: 1 — обитатели чистой воды, 2 — организмы средней чувствительности, 3 — обитатели загрязненных водоемов (См. приложение №1).

Для расчета индекса необходимо количество обнаруженных групп из первой графы таблицы умножить на 3, количество групп из второй – на 2, из третьей – на 1. Получившиеся цифры складывают (X·3+Y·2+Z·1). Значение суммы и характеризует степень загрязненности водоема:

— более 22 – вода относится к 1 классу качества (водоем очень чистый)

— 17-21 – 2 класс качества (водоем чистый)

— 11-16 – 3 класс качества (умеренно-загрязненный водоем)

— менее 11 – 4 класс качества (водоем грязный)

Организмы-индикаторы отнесены к одному из трех разделов, представленных в таблице (Приложение №1)

2.4. Взятие проб гидробионтов

В августе, сентябре 2012 года было совершено несколько экскурсий на приток р. Рудня – «Солдачка» с целью определения состава гидробионтов для оценки качества воды. Для этого был использован «Набор для определения качества воды пресного водоема методом биоиндикации». Было выбрано 5 участков площадью ориентировочно 3×3 метров. Пробы гидробионтов отбирались с помощью сачка, пластикового стакана с отверстиями. При отборе проб сачком я производил движения, похожие на движения косы при кошении травы, причем вел сачок против течения, проводил им ближе ко дну, по зарослям водной растительности, у камней. После каждого взмаха сачок вынимал, и пойманные организмы вытряхивал в тазик.

Оборудование (Приложение №2):

«Набор для определения качества воды пресного водоема методом биоиндикации». В комплект входят:

— Сачок складной (25-30 см) для отлова водных животных – 1 шт.,

— Стакан пластиковый с отверстиями (16 отверстий по 2 мм) – 1 шт.,

— Стакан пластиковый с отверстиями (4 отверстия по 8 мм) – 1 шт.,

— Чашки Петри пластиковые – 10 шт.,

— Карточки-определители водных беспозвоночных – 6 комплектов по 20 шт.,

— Карточки «Расчет индекса Майера» — 6 шт.,

Место исследования: левый берег притока р. Рудня – «Солдачка»

Место исследования на фото (Приложение №4)

— Сачок складной (25-30 см) для отлова водных животных – 1 шт.,

— Стакан пластиковый с отверстиями (16 отверстий по 2 мм) – 1 шт.,

— Стакан пластиковый с отверстиями (4 отверстия по 8 мм) – 1 шт.,

— Чашки Петри пластиковые – 10 шт.,

— Карточки-определители водных беспозвоночных – 1 комплектов — 20 шт.,

— Карточки «Расчет индекса Майера» — 1 шт.,

— Пиявки – обитатель загрязненного водоема

— Прудовик – обитатель загрязненного водоема

— Моллюски(катушки) – организмы средней чувствительности

— Личинки ручейников – обитатели чистых вод

— Моллюски (живородки) – организмы средней чувствительности

Расчет уровня загрязнения по индексу Майера:

3·1+2·2+1·2=9 – водоем относится к 4 классу воды – водоем грязный

Место исследования: приток р. Рудня – «Солдачка»

Место исследования на фото (Приложение №5)

— Сачок складной (25-30 см) для отлова водных животных – 1 шт.,

— Стакан пластиковый с отверстиями (16 отверстий по 2 мм) – 1 шт.,

— Стакан пластиковый с отверстиями (4 отверстия по 8 мм) – 1 шт.,

— чашки Петри пластиковые – 10 шт.,

— Карточки-определители водных беспозвоночных – 1 комплектов — 20 шт.,

— Карточки «Расчет индекса Майера» — 1 шт.,

— Моллюски (катушки) – организмы средней чувствительности

— Личинки веснянок – обитатели чистых вод

— Личинки ручейников – обитатели чистых вод

— Прудовик – обитатель загрязненного водоема

— Моллюски (живородки) – организмы средней чувствительности

— Личинки комаров – долгоножек – организмы средней чувствительности

— Бокоплав – обитатель чистых вод

Расчет уровня загрязнения по индексу Майера:

3·3+2·3+1·1=16 – водоем относится к 3 классу воды – водоем умеренно — загрязненный

Место исследования: левая сторона притока р. Рудня – «Солдачка»

Место исследования на фото (Приложение №7)

— Сачок складной (25-30 см) для отлова водных животных – 1 шт.,

— Стакан пластиковый с отверстиями (16 отверстий по 2 мм) – 1 шт.,

— Стакан пластиковый с отверстиями (4 отверстия по 8 мм) – 1 шт.,

— Чашки Петри пластиковые – 10 шт.,

— Карточки-определители водных беспозвоночных – 1 комплектов — 20 шт.,

— Карточки «Расчет индекса Майера» — 1 шт.,

— Моллюски (катушки) – организмы средней чувствительности

— Личинки веснянок – обитатели чистых вод

— Личинки ручейников – обитатели чистых вод

— Моллюски (живородки) – организмы средней чувствительности

— Личинки комаров – долгоножек – организмы средней чувствительности

— Личинки поденок — обитатель чистых вод

Расчет уровня загрязнения по индексу Майера:

3·3+2·3+1·0=15 – водоем относится к 3 классу воды – водоем умеренно — загрязненный

Место исследования: левая сторона притока р. Рудня – «Солдачка»

Место исследования на фото (Приложение № 8)

— Сачок складной (25-30 см) для отлова водных животных – 1 шт.,

— Стакан пластиковый с отверстиями (16 отверстий по 2 мм) – 1 шт.,

— Стакан пластиковый с отверстиями (4 отверстия по 8 мм) – 1 шт.,

— Чашки Петри пластиковые – 10 шт.,

— Карточки-определители водных беспозвоночных – 1 комплектов — 20 шт.,

— Карточки «Расчет индекса Майера» — 1 шт.,

— Моллюски (катушки) – организмы средней чувствительности

— Личинки веснянок – обитатели чистых вод

— Личинки ручейников – обитатели чистых вод

— Моллюски (живородки) – организмы средней чувствительности

— Личинки комаров – долгоножек – организмы средней чувствительности

— Личинки поденок — обитатель чистых вод

— Бокоплав – обитатель чистых вод

-Личинки вислокрылок — обитатель чистых вод

Расчет уровня загрязнения по индексу Майера:

3·5+2·3+1·0=21 – водоем относится к 1 классу воды – водоем очень чистый

Место исследования: левая сторона притока р. Рудня – «Солдачка»

Место исследования на фото (Приложение №10)

— Сачок складной (25-30 см) для отлова водных животных – 1 шт.,

— Стакан пластиковый с отверстиями (16 отверстий по 2 мм) – 1 шт.,

— Стакан пластиковый с отверстиями (4 отверстия по 8 мм) – 1 шт.,

— Чашки Петри пластиковые – 10 шт.,

— Карточки-определители водных беспозвоночных – 1 комплектов — 20 шт.,

— Карточки «Расчет индекса Майера» — 1 шт.,

— Моллюски (катушки) – организмы средней чувствительности

— Пиявки – обитатель загрязненного водоема

— Прудовик – обитатель загрязненного водоема

— Личинки ручейников – обитатели чистых вод

— Моллюски (живородки) – организмы средней чувствительности

— Личинки комаров – долгоножек – организмы средней чувствительности

— Личинки вислокрылок — обитатель чистых вод

Расчет уровня загрязнения по индексу Майера:

3·2+2·3+1·2=13 – водоем относится к 3 классу воды – водоем умеренно-загрязненный

2.5. Определение видового состава организмов (Приложение №11)

После того, как организмы были пойманы, проведено их определение в полевых условиях. Для этого внимательно рассмотрел весь находящийся в тазике улов. Замеченных животных пинцетом вынимал из тазика и сажал в небольшие емкости с водой (чашки Петри), причем разных животных сажал в разные банки. Так их легче сосчитать и труднее потерять что-либо из улова. Особенно важно отсадить отдельно крупных животных (моллюсков) и хищников — они могут раздавить или съесть своих соседей. После определения пойманных животных выпустил обратно в водоем.

2.6. Оценка качества воды притока р. Рудня – «Солдачка»

= 14, 8 – 3 класс качества воды (умеренно-загрязненный водоем)

2.7. Растения — биоиндикаторы

Индикаторами чистой воды в водоёмах являются растения: кувшинка белая, кувшинка жёлтая, ольха чёрная, ива, водокрас, телорез.

По высоте некоторых растений можно судить о концентрации солей в воде. Так, например, тростник может достигать высоты 4 м, но если содержание солей в воде высокое — это растение не вырастет более чем на 0,5 м. Тростник в нашей речке достигает высоты более 2-х метров.

Из растений биоиндикаторов мы обнаружили: иву (Приложение №12), кувшинку. Поверхность притока местами до 50% покрыта зарослями рогоза, камыша. Эти растения прекрасные очистители водоемов – сточные воды, проходя через их заросли, освобождаются от ядовитых веществ.

Мной освоен и применен на практике метод биоиндикации;
простота и универсальность метода Майера дают возможность быстро оценить состояние исследуемого водоема;
вода в притоке 3-го класса качества, водоем является мезосапробным, т. е. слабозагрязненным;

Произвести очистку притока

Обратиться к администрации с просьбой установить контейнеры для
сбора мусора.
Провести в школе среди ребят старшего звена конкурс рисунков
«Будущее нашей реки». Щиты с результатами выставить в самых загрязненных
точках берега.

3.2. Предложения по сбережению воды

Вода – бесценный дар природы!

Нам без нее ведь не прожить.

Давайте, люди, экономить воду,

Иначе жизни на Земле не быть!

Строгий контроль за соблюдением режима хозяйственной деятельности в пределах водоохранных зон;
активное экологическое просвещение населения с привлечением работников культуры (возможно проведение конкурсов, викторин по водоохранной тематике);

установка счетчиков, контролирующих расход воды;
своевременный ремонт кранов, сливных бачков;
при выборе смесителей предпочтение отдавать рычаговым;
принимать душ, а не ванну;
в душе использовать экономичный рассеиватель с меньшим диаметром отверстий; уменьшить напор воды;
изменить привычки – при умывании выключать воду, когда намыливаешь руки. А чтобы не откручивать кран мыльными руками надо установить краны с детекторами движения, которые автоматически перекрывают воду, как только убираешь руки. С таким краном и чистка зубов получится экономнее;
для мытья посуды использовать посудомоечную машину;
в жаркие дни держать в холодильнике воду для питья, а не пускать ее из крана до тех пор, пока она не станет холодной;
не размораживать продукты под струей воды;

строительство водоочистных сооружений;
внедрение систем оборотного водоснабжения.

Высказанная мной гипотеза о том, что вода в реке умеренно загрязненная, подтвердилась. При должной очистке и уходе приток может быть использована в рекреационных целях, то есть для отдыха людей. Действительно, еще несколько десятилетий назад в жаркие летние дни местные жители купались в Солдачке. А сейчас люди опасаются делать это, полагая, что река очень сильно загрязнена. Конечно, речка изменилась – она сильно обмелела, ее берега заросли камышом, тростником и рогозом. Но ведь именно эти растения хорошо очищают воду. А рыбаки как ловили рыбу в реке, так и продолжают рыбачить. И ведь рыба ловится! Водятся в нашей речке щука, Я и сам увлекаюсь рыбалкой и знаю это не понаслышке. Так что опасения людей сильно преувеличены. Однако успокаиваться не стоит – есть среди нас экологически безграмотные, безответственные люди, которые и мусор в воду бросают, и машины на берегу реки моют. Поэтому исследовательскую и просветительскую работу необходимо активизировать, чтобы не получилось как в стихотворении поэта Н. Рыленкова:

Речушка вдоль околицы текла.

Негромкая… Но мы любили, дети,

Как будто люди целью задались

Убить ее – и своего добились.

V. Список использованной литературы

Р. Д. Хабибуллин, Л. А. Хабибуллина, Ф. Ф. Крылов. Летняя экологическая работа со школьниками: Пособие для учителей и руководителей кружков. –Н. Новгород, Изд. Ю. А. Николаева, 2000, 172 с.
Научно-методический журнал ОО «ВООП» «Экология в школе (до и после)» №2, 2009 г.
Т.А. Попова «Экология в школе. Мониторинг природной среды», М.: творческий центр «Сфера», 2005 г.
Школьный экологический мониторинг. Под ред. Ашихминой Т.Я., изд-во «Агар», 1999 г.
Практикум по экологии. С.В. Алексеев, Н.В. Груздева, А.Г. Муравьев, Э.В. Гущина. Учебное пособие. АО МДС, 1966 г.

Алексеев С.В. Экологический практикум школьника / С.В. Алексеев, Н.В. Груздева, Э.В. Гущина. – Самара.: ИД «Федоров», 2005. – 304 с.
Ашихмина Т.Я. Школьный экологический мониторинг: учебно-методическое пособие /Т.Я. Ашихмина – М.: Агар, Рандеву –АМ, 2000. — 400с.
Власов Б.П. Использование высших водных растений для оценки и контроля за состоянием водной среды: метод. рекомендации / Б.П. Власов, – Мн.: БГУ, 2002. -84 с.
Вронский В.А. Прикладная экология / В.А. Вронский – Ростов — на Дону: Феникс,1996.- 512 с.
Козлов М.А. Школьный атлас-определитель беспозвоночных животных/– М.А. Козлов. – М.: Просвещение, 1991. – 207 с.
Экологический мониторинг: Учебно-методическое пособие. Изд. 3-е, испр. и доп. / Под ред. Т.Я. Ашихминой. М.: Академический Проект, 2006. —416 с.
Ресурсы интернета

источник