I Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

БИОИНДИКАЦИЯ ОЗЕРА ТАВАТУЙ

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Ходаков Н.Д. 1

---

1

Павлова Т.С. 1

---

1

Работа в формате PDF

248.8 KB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

На берегу озера Таватуй расположены оздоровительные лагеря «Самоцветы» и «Таватуй», где отдыхает много детей из города Новоуральска, поэтому нам не безразлично качество воды озера, по праву считающегося жемчужиной Среднего Урала. В последние годы берега его интенсивно застраиваются. Значительно увеличивается рекреационная нагрузка. Все больше туристов и отдыхающих посещает его берега. Это не может не тревожить нас, ведь от этого ухудшается экологическое состояние озера.

Оценка качества воды водоемов и водотоков может быть проведена с использованием физико-химических и биологических методов. Биологические методы оценки - это характеристика состояния водной экосистемы по растительному и животному населению водоема. Присутствие индикаторных видов растений или животных позволяет более глубоко судить о качестве воды в водоеме.

Цель работы: определить чистоту воды озера Таватуй.

Задачи:

• Изучить литературу по данной теме.

• Научиться определять видовой состав фауны донных беспозвоночных животных.

• Составить обзор представленных групп макрофитов и макрозообентоса как показателей состояния водных экосистем

• Определить экологическое состояние речки с помощью методик биоиндикации(уровень сапробности)

• Овладеть навыками практической работы в природе.

Гипотеза: Если определить видовой состав животных, обитающих на дне озера Таватуй, то можно определить чистоту воды.

Объект исследования: вода озера Таватуй.

Предмет исследования: зообентос озера Таватуй.

Методы исследования: анализ учебной, публицистической и научной литературы, наблюдения, эксперимент, математические расчёты.

Глава 1.

1.  

   1. Общая характеристика озера Таватуй

…Здесь отличные для отдыха места,

Ведь вокруг такая красота.

А весной садов цветущих аромат,

Стаи чаек над озёрами парят,

Завораживает синяя вода…

Маргарита Уханова.

Тавату́й — озеро в Свердловской области (Невьянский городской округ). Расположено на восточных склонах Уральских гор, в 50 километрах к северо-западу от Екатеринбурга. Является одним из красивейших озёр в окрестностях Екатеринбурга и излюбленным местом отдыха горожан. На берегу озера расположен посёлок Калиново, посёлок Таватуй, посёлок Приозёрный (стар. Шаманиха), а также множество детских оздоровительных лагерей и баз отдыха.

Озеро относится к бассейну реки Нейва и образует единую систему с Верх-Нейвинским прудом. Сток в пруд находится на севере озера. Площадь водного зеркала составляет 21,2 км². Его средняя глубина составляет 5 м, наибольшая — 9 м. Озеро вытянуто с севера на юг. Таватуй. Длина составляет приблизительно 10 км, ширина — 3-3,5 км. Котловина озера расположена в западной части Верх-Исетского гранитного массива и имеет тектоническое происхождение, связанное с молодыми вертикальными подвижками земной коры. Котловина заполнена водой в послеледниковое время. Возраст озера не превышает 10-15 тысяч лет. Берега озера изрезаны слабо. Вдоль береговой линии расположено множество выходов гранитных глыб. Восточный берег выше западного. На озере имеется несколько островов. Среди них встречаются, как гористые озера (Макарёнок, Голубев), так и низменные (Сплывень).

Вода в озере прозрачная, прозрачность составляет примерно 4-5 м. Воды довольно холодны и насыщены кислородом. С ноября по май на озере устанавливается ледяной покров. Основным источником питания озера являются атмосферные осадки. В озеро впадают около 30 рек и ручьёв. Наиболее крупными реками являются Большая Шаманиха и Большая Витилка. Вблизи юго-западного берега озеро начинает зарастать. Наиболее мелководный залив Шаманиха. До начала строительства плотины на Нейве (середина XVIII века) было известно два озера Таватуя — Большой Таватуй и Малый Таватуй (юго-западнее предыдущего).

Считается, что название произошло от коми-пермяцких слов та ва туй — «сей водный путь».

Животный мир озера состоит из большого числа видов рыб и низших ракообразных, моллюсков и других беспозвоночных. Встречаются ерш, плотва, окунь, щука, язь, налим. В советское время на озере были акклиматизированы чудской сиг и ладожский рипус.

Таватуй - одно из самых красивых и чистых озер нашего края. Его по праву часто называют жемчужиной Среднего Урала. Вода здесь на редкость чиста и прозрачна. В ясный солнечный день можно разглядеть переливающиеся на солнце камни на дне до глубины в несколько метров. Эти места всегда привлекают много туристов и просто отдыхающих из Екатеринбурга и других городов. Поэтому очень важно следить за экологическим состоянием озера, как физико-химическими, так и биологическими методами.

1.  

   1. Биоиндикация как метод экологического исследования состояния водоемов

Оценка качества воды водоемов и водотоков может быть проведена с использованием физико-химических и биологических методов. Биологические методы оценки - это характеристика состояния водной экосистемы по растительному и животному населению водоема.

Любая водная экосистема, находясь в равновесии с факторами внешней среды, имеет сложную систему подвижных биологических связей, которые нарушаются под воздействием антропогенных факторов. Прежде всего, влияние антропогенных факторов, и в частности, загрязнения отражается на видовом составе водных сообществ и соотношении численности слагающих их видов. Биологический метод оценки состояния водоема позволяет решить задачи, разрешение которых с помощью гидрофизических и гидрохимических методов невозможно. Оценка степени загрязнения водоема по составу живых организмов позволяет быстро установить его санитарное состояние, определить степень и характер загрязнения и пути его распространения в водоеме, а также дать количественную характеристику протекания процессов естественного самоочищения.

Биоиндикация (биодиагностика) – оценка качества воды, уровня и характера загрязнённости водоема по растительному и животному населению водоемов. Преимуществом биоиндикационных методов перед другими является то, что, во-первых, они не требуют никаких специальных углубленных знаний и дорогостоящего оборудования, во-вторых, с помощью гидробиологических методов можно получить довольно быстро точные результаты, так как животные и растения чутко реагируют на загрязнение окружающей среды.

1.  

   1. Сапробность как показатель экологического состояния водоёма

Водоемы, загрязненные органическими веществами, как и организмы, способные жить в них, называют сапробными (от греческого слова «сапрос» – гнилой). По степени загрязненности вод органическими веществами водоемы классифицируют на:

1. полисапробные – органических веществ много, кислорода нет; происходит расщепление белков и углеводов;

2. мезосапробные – неразложившиеся белки отсутствуют, зато присутствуют сероводород, диоксид углерода и кислород, так как происходит минерализация органических веществ;

   1. альфа-мезосапробные – вода умеренно загрязнена органическими веществами, есть аммиак и аминосоединения, кислорода мало;

   2. бета-мезосапробные – органических загрязнителей мало; кроме аммиака, есть продукты его окисления (азотная и азотистая кислоты), много кислорода;

3. олигосапробные – практически нет растворенных органических веществ, кислорода много, вода чистая.

Сапробность находится во взаимосвязи с видовым составом и численностью обитателей водоема.

1.  

   1. Макрозообентос как показатель состояния водной системы.

Для оценки качества вод успешно применяют различные индикаторные организмы донных (бентосных) сообществ, которые имеют длительные жизненные циклы, ведут малоподвижный образ жизни и в связи с этим являются хорошими показателями качества воды. Высокая требовательность к условиям существования ряда видов водных беспозвоночных, приуроченность к определенным субстратам, относительная малоподвижность позволяют использовать зообентос - совокупность беспозвоночных животных, которые населяют дно водоемов, водную растительность, а также другие субстраты - для регистрации антропогенного воздействия на водные экосистемы. Обычно для биодиагностики водоёмов используют макрозообентос - наиболее крупные представители зообентоса, с размером тела более 2 мм.

Чистые водоемы заселяют личинки веснянок, поденок, вислокрылок и ручейников. Они не выносят загрязнения и быстро исчезают из водоема, как только в него попадают сточные воды.

Умеренно загрязненные водоемы заселяют водяные ослики, бокоплавы, личинки мошек (мокрецов), двустворчатые моллюски-шаровки, битинии, лужанки, личинки стрекоз и пиявки (большая ложноконская, малая ложноконская, клепсина);

Чрезмерно загрязненные водоемы заселяют малощетинковые кольчецы (трубочники), личинки комара-звонца (мотыли) и ильной мухи (крыска).

Среди биоиндикационных методов определения сапробности водоёмов широко применяется метод Майера. Метод основан на том, что различные группы водных беспозвоночных приурочены к водоемам с определенной степенью загрязненности, и заключается в вычислении индекса сапробности (индекса Майера) по наличию в водоёме тех или иных индикаторных таксонов макрозообентоса. Эта методика подходит для любых типов пресных водоемов и не требует определения беспозвоночных с точностью до вида. Простота и универсальность метода Майера дают возможность быстро оценить состояние исследуемого водоема.

Таким образом, видовой состав живых организмов из загрязняемого водоема служит итоговой характеристикой токсикологических свойств водной среды за некоторый промежуток времени и не дает ее оценки на момент исследования.

В холодное время года системы биологической индикации в гидробиологии вообще не могут быть применены.

Зоопланктон 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.

Глава 2. Исследовательская часть

Для исследования эколгичекого состояния озера Таватуй были выбраны 3 площадки:

№1 - пляж оздоровительного лагерей «Таватуй»,

№2 - берег в районе пляжа оздоровительного лагеря «Самоцветы»,

№3 - берег озера Таватуй в районе поселка.

Основанием для выбора площадок послужили различный уровень антропогенной нагрузки в указанных местах, а также возможность подхода к кромке воды для исследования макрозообентоса. В июле 2015 года нами были отобраны макрозообентосные пробы в указанных местах. Пробы отбирались с помощью начерпателя с сеткой в специальные банки с растворённым в них спиртом, затем обитатели бентоса сортировались, определялись и подсчитывались.

В пробах, взятых в озере Таватуй на пробных площадках, обнаружены ручейники, хирономиды, двустворчатые моллюски, брюхоногие моллюски. Результаты исследований занесены в дневник.

• Первая проба:

Место отбора – пляж оздоровительного лагеря «Таватуй»

Субстрат – песчаный

Представители бентоса – хирономиды 43шт., ручейники 32шт., двустворчатые моллюски – 1 шт.

• Вторая проба:

Место отбора- берег в районе пляжа оздоровительного лагеря «Самоцветы»

Субстрат-каменный

Представители бентоса – хиронамиды 32шт, ручейники 26шт, домики ручейника 11шт., двустворчатые моллюски – 2шт.

• Третья проба:

Место отбора- берег озера Таватуй в районе поселка

Субстрат- каменно-песчаный

Представители бентоса – хирономиды 27, ручейники 1 шт, домики ручейника 1 шт., брюхоногие моллюски – 5 шт.

Описание видов представлен в Приложении 1

Выявление индикаторных видов среди зообентоса. Определение уровня сапробности.

На обеих площадках обнаружены представители всех указанных систематических групп беспозвоночных.

По видовому разнообразию преобладают водные насекомые и моллюски. Виды не образуют массовых скоплений. По методике Майера в пробах присутствовал 2 представителя из группы «Обитатели чистых вод» (личинки ручейников, двустворчатые моллюски), 2 представителя из группы «Организмы средней степени чувствительности» (моллюски, личинки стрекоз), 1 представитель из группы «Обитатели загрязненных водоёмов» (личинки комаров - звонцов).

Индекс Майера= 2*3+2*2+1*1=11 , что соответствует третьему классу качества (бета-мезосапробная зона).

Выводы: 1.Бета-мезосапробная зона – органических загрязнителей мало; кроме аммиака, есть продукты его окисления (азотная и азотистая кислоты), много кислорода. Вода умеренно загрязнена.

Индикаторы зообентоса были отнесены к указанным трём разделам и определен индекс Майера (Приложение 2).

Выводы

• Пробы биоматериала были взяты троекратно в трех точках:

№1 - пляж оздоровительного лагерей «Таватуй»,

№2 - берег в районе пляжа оздоровительного лагеря «Самоцветы»,

№3 - берег озера Таватуй в районе поселка.

• Было проведено исследование видового состава зообентоса озера Таватуй, выявлено, что в большинстве присутствуют личинки ручейника и личинки комара – звонца.

• Используя индекс Майера, данное озеро является бета-мозосапробным, то есть умеренно загрязненным водоемом, что соответствует естественным показателям большинства водоемов Свердловской области.

• Таким образом, в ходе работы, мы доказали нашу гипотезу, определив видовой состав бентоса, определили уровень чистоты озера Таватуй.

Заключение

В результате исследований, проведенных в июле 2015 года в озере Таватуй, нами были обнаружены ручейники, домики ручейника и хирономиды во всех трех пробах, а также встречались личинки стрекозы, моллюски. В ходе работы мы смогли оценить экологическое состояние озера Таватуй с помощью биоиндикационных методик. Но они не дают количественной оценки содержания в воде тех или иных загрязняющих веществ. Поэтому для подтверждения и уточнения полученных результатов возможно продолжить работу и провести химическое исследование качества воды. Наш проект находится на самом начальном этапе. Летом 2016 года мы планируем изучить и водную растительность (макрофиты) озера Таватуй.

Список литературы

1. Под редакцией О. П.Мелеховой и Е.И. Егоровой Биологический контроль окружающей среды Издательский центр «Академия» М. 2007

2. Комплексная экологическая практика школьников и студентов. Программы. Методики. Оснащение. Учебно-методическое пособие. Под редакцией проф. Л.А. Коробейниковой. Изд. 3-е,перераб. и дополн. – СПб.: Крисмас+. 2002. – 268 с.

3. Школьный экологический мониторинг. Учебно-методическое пособие / Под ред. Т.Я. Ашихминой. – М.:АГАР, 2000 – 386 с.

4. Козлов М.А., Олигер И.М. Школьный атлас-определитель беспозвоночных. – М.: Просвещение, 1991. – 207 с.

5. https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%91%D0%B5%D0%BD%D1%82%D0%BE%D1%81

Приложение 1.

Описание беспозвоночных, обнаруженных в озере Таватуй

Комары–звонцы или комары-дергуны или Хирономиды (лат. Chironomidae) - cемейство из отряда двукрылых. Название комар получил из-за характерного звука, который получается из-за того, что комар машет крыльями до 1000 взмахов в секунду. Взрослые особи вообще не питаются, их ротовые органы недоразвиты. Личинки комаров-звонцов («мотыль») — живут в придонном иле и способны жить на глубине до 300 метров. Личинки питаются детритом и микроорганизмами, некоторые являются хищниками. Комары-звонцы безвредны для человека. Личинки используются в качестве корма для рыбы. Встречаются повсеместно, включая Антарктиду (Belgica antarctica).

Фото Личинки комара-звонца под микроскопом

Руче́йники(лат.Trichoptera) — отряд насекомых с полным превращением, с исключительно водными личинками. В настоящее время учёными описано 15 233 вида, включая 685 ископаемых видов (Zhang, 2013), объединенных в 45семейств и около 600 родов, широко распространенных на всех континентах, кроме Антарктиды, и на многих океанических островах. Предполагается, что мировая фауна может содержать до 50 тысяч видов ручейников

Trichoptera являются близкородственными для отряда Lepidoptera, и вместе два отряда формируют надотрядAmphiesmenoptera, или «покрытокрылые»; однако Trichoptera обладают наиболее примитивными признаками.

Взрослые насекомые напоминают небольших неярко окрашенных ночных бабочек, но их тело и особенно передние крылья покрыты волосками (а не чешуйками, как у бабочек). что и дало название Trichoptera: латинизированные греческиеTrichos (θρίξ) — волосок и pteron (πτερόν) — крыло. У некоторых видов самки спускаются под воду для яйцекладки. Встречаются обычно в окрестностях водоемов, где обитают их личиночные стадии. Превращение полное. Личинки и куколки у подавляющего большинства видов живут в воде или обитают в толще дна водоемов, в редких случаях постоянно обитают вне воды или живут у побережий в морской воде.

Беззубка рыбья, или обыкновенная - Anodonta cygnea. Раковину имеет двустворчатую, удлиненно-овальную; передний край ее округлый, брюшной равномерно выгнут, спинной в передней половине прямой, заметно наклоненный вперед, а задняя его половина слегка выгнута, наклонена назад и имеет тупой угол. Задний край суженный, слегка усеченный, образует со спинным и брюшным краем закругленные углы. Макушки выступающие, отстоят от переднего края. Створки замка не имеют. Окраска раковины желто-серая, более светлая в передней части, более темная в задней. Длина раковины до 120 мм, редко больше, высота до 60 и выпуклость до 35 мм. Встречается беззубка в постоянных водоемах. Распространена в Европе, кроме крайнего северо-востока

Личинка стрекозы. Личинки этих насекомых обитают в воде. Их тело окрашено в оливково-коричневые цвета. Дышат они с помощью ректальных жабр и через покровы тела. Эти создания малоподвижны, но способ их передвижения заслуживает внимания. Сначала через анальное отверстие засасывается порция воды, которая затем под высоким давлением оттуда выпрыскивается. Сила отдачи отталкивает насекомое в противоположном направлении. Кроме того, личинка стрекозы может плавать с помощью жаберных пластин, которые прекрасно заменяют плавники. Еще одна особенность личинки — это наличие так называемой маски, которая представлена разросшейся нижней губой. Маска исполняет роль хватательного аппарата. Насекомые на этой стадии развития не охотятся активно — большую часть времени они сидят на дне или крепятся к водному растению, выжидая добычу, которую затем схватывают, быстро выбрасывая вперед маску. Питается личинка стрекозы в основном дафниями, личинками комаров и прочих насекомых. Перед последней линькой насекомое выбирается на берег и крепится к растению. Именно здесь происходит превращение личинки во взрослую форму — имаго.

Роговая катушка(лат.Planorbarius corneus) — вид улиток из семейства катушек (Planorbidae). Распространены в пресных водоёмах от Европы до Центральной Азии. Самый крупный представитель семейства катушек в средней полосе России. Взрослые моллюски обладают дисковидными раковинами, вырастающими до нескольких сантиметров в диаметре и высотой — до сантиметра, раковина молодой особи больше похожа на цилиндр такой же высоты.

Приложение 2.

Индекс Майера

Нужно отметить, какие из приведённых в таблице индикаторных групп обнаружены в пробах. Количество обнаруженных групп из первого раздела таблицы необходимо умножить на три, количество групп из второго раздела — на два, а из третьего — на один. Получившиеся цифры складывают. Значение суммы и характеризует степень загрязнённости водоёма. Если сумма более 22 — вода относится к первому классу качества. Значения суммы от 17 до 21 говорят о втором классе качества (как и в первом случае, водоём будет охарактеризован как олигосапробный). От 11 до 16 баллов —третий класс качества (бета-мезосапробная зона). Все значения меньше 11характеризуют водоём как грязный (альфа-мезосапробный или же полисапробный).

3