XV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Биоиндикация водоёмов Ухоловского района с помощью макрозообентоса и флуктуирующей ассиметрии рыб

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Перова П.С. 1

---

1МБОУ Ухоловская СШ Рязанской области

Храпова Н.В. 1

---

1МБОУ Ухоловская СШ Рязанской области

Работа в формате PDF

4.3 MB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время проблема загрязнения водных объектов (рек, озер, морей, грунтовых вод и т.д.) является наиболее актуальной. Всем известно выражение – «вода - это жизнь».¹ Вода является источником жизни на земле. Она необходима для существования всех без исключения живых существ на планете. Человек состоит из воды на 70-80%. Ткани живых организмов в среднем состоят на 70 % из воды, и поэтому В.И.Вернадский определял жизнь как живую воду. Воды на Земле много, но 97 % - это солёная вода океанов и морей, и лишь 3 % - пресная.

Загрязнение окружающей среды, в том числе источников водоснабжения, представляет собой реальный фактор, оказывающий существенное негативное влияние на здоровье живых организмов. Огромное количество людей страдают от использования недоброкачественной питьевой воды. Вода может являться основным фактором распространения таких заболеваний, как холера, тиф, паратиф, бациллярная дизентерия и гастроэнтерит, инфекционная желтуха, инфекционный гепатит и туберкулёз. А распространителями многих водных болезней являются не только вирусы и бактерии, но и некоторые водные паразиты (нематоды, глисты, гвинейские черви и т. п.). Именно поэтому стоит чаще обращать внимание на проблемы загрязнения водоёмов. А в комплексе мероприятий, направленных на предупреждение негативных последствий влияния качества питьевой воды на здоровье человека, ведущее место должно занимать гигиенически обоснованное водоснабжение.

За последние годы значительно увеличились объёмы загрязнений, которые попадают в водотоки.²Антропогенное загрязнение гидросферы в настоящее время приобрело глобальный характер и существенно уменьшило доступные эксплуатационные ресурсы пресной воды на планете.³ Именно поэтому экологические проблемы загрязнения воды обладают статусом особо актуальных. Ведь будущие поколения могут оказаться на грани водного кризиса по всей планете. Население обращает всё больше внимания к проблеме качества воды. Закономерно возникает вопрос о соответствии воды из наиболее распространённых водоёмов санитарно-гигиеническим нормам. Поэтому предметом нашего исследования стали водоёмы Ухоловского района.

Актуальность выбранной темы состоит в важности сохранения качественной воды в водоёмах, использования её для бытовых и иных нужд.

Мы выдвинули гипотезу: качество воды из различных водоёмов будет отличаться по биотическому индексу и величине проявления флуктуирующей ассиметрии в следствие антропогенного воздействия.

Цель работы: провести биоиндикацию воды водоёмов Ухоловского района, используя макрозообентос и флуктуирующую асимметрию рыб.

Для достижения цели потребовалось решить следующие задачи:

Проанализировать научную литературу по теме для выявления особенностей проведения методов биондикации;

Провести отбор проб и осуществить идентификацию гидробионтов по определителям;

Оценить степень загрязнения при помощи индекса Вудивисса и индекса Майера

Изучить показатели флуктуирующей ассиметрии рыб для оценки качества среды;

Провестианализполученныхданных.

Район исследования:

Рязанская область, Ухоловский район

Географическое положение:

Муниципальное образование – Ухоловский муниципальный район расположен на территории Рязанской области в 123 километрах от города Рязани. Центром муниципального образования – Ухоловский муниципальный район является р.п. Ухолово.

С запада муниципальное образование граничит с Ряжским районом Рязанской области, с юга – с Новодеревенским районом Рязанской области и Тамбовской областью, с востока – с Сараевским, с севера – с Кораблинским и Сапожковским районами Рязанской области. Протяженность территории с севера на юг – 51 км, с запада на восток – 29 км.⁴

Методы исследования:

Методы теоретического исследования (поиск и изучение литературы, анализ и обобщение знаний).

Методы эмпирического исследования (наблюдение, эксперимент, сравнение, измерение).

Математические методы (анализ полученных результатов, моделирование, построение диаграмм и таблиц).

Методы регистрации и оценки состояния среды

Практическая значимость работы объясняется возможностью использования полученных результатов на уроках биологии и экологии.

Новизна исследования: состояние водоёмов нашего посёлка волновало немало обучающихся Ухоловской школы, но зачастую они ограничивались простым перечислением проблем. Нам же захотелось самостоятельно получить реальные показатели состояния качества воды для того, чтобы показать эти результаты общественности.

Методики проведения наблюдений за водой были взяты из пособийЕ. В. Гривко, О.С. Ишановой⁵ и Т.Я.Ашихминой⁶

Глава 1

1.1. Обзор литературы

Вода – одно из самых распространенных и в то же время одно из самых необыкновенных веществ на Земле. Та самая вода, которая заполняет моря, озёра и реки, падает на землю дождями, ложится на неё снежными покровами. Та самая вода, без которой немыслимо существование не только человека, но и всего живого.⁷

Данные о концентрации в окружающей среде различных поллютантов (если их концентрация не запредельно высока) не содержат ответа на вопрос, насколько ситуация опасна для живой природы. Показатели предельно допустимой концентрации (ПДК) различных веществ разработаны лишь для человека. Однако, очевидно, эти показатели не могут быть распространены на другие живые существа. Есть более чувствительные виды, и они могут оказаться ключевыми для поддержания экосистем. С точки зрения охраны природы, важнее получить ответ на вопрос, к каким последствиям приведет та или иная концентрация загрязнителя в среде. Эту задачу и решает биоиндикация, позволяя оценить биологические последствия антропогенного изменения среды. Физические и химические методы дают качественные и количественные характеристики фактора, но лишь косвенно судят о его биологическом действии. Биоиндикация, наоборот, позволяет получить информацию о биологических последствиях изменения среды и сделать лишь косвенные выводы об особенностях самого фактора. Таким образом, при оценке состояния среды желательно сочетать физико-химические методы с биологическими.⁸

В своем естественном состоянии различные природные водоемы могут сильно отличаться друг от друга. На водную флору и фауну действуют такие показатели, как глубина водоема, скорость течения, кислотно-щелочные свойства воды, мутность, кислородный и температурный режим, количество растворенной органики, соединений азота и фосфора, и многие другие. На все эти параметры влияет как антропогенная нагрузка, так и естественные процессы, происходящие в водоемах. Для водоемов разных типов в норме будет характерен разный видовой состав и обилие водных организмов (гидробионтов).

Проблема загрязнения водной среды в настоящее время приобретает глобальное значение. В водоемы Земли ежегодно сбрасывается около 700 км3 загрязненных вод. Погибают чувствительные организмы, разрушаются сбалансированные сообщества, ограничивается хозяйственное и рекреационное использование водоемов. Именно поэтому ученые сегодня находят все новые и новые способы изучения степени их загрязнения. Использование рыб в качестве биоиндикаторов – один из очень удобных методов. Исследования в водоемах разных широт, в разнообразных реконструированных водоемах или находящихся под влиянием различных антропогенных факторов показывают, что, в первую очередь, происходят изменения в воспроизводстве рыб, которые отражаются в кинетике и устойчивости рыбных сообществ.⁹

Позвоночные животные служат хорошими индикаторами состояния среды благодаря следующим особенностям:

– являясь консументами, они находятся на разных трофических уровнях экосистем и аккумулируют через пищевые цепи загрязняющие вещества; – обладают активным обменом веществ, что способствует быстрому проявлению воздействия негативных факторов среды на организм;

– имеют хорошо дифференцированные ткани и органы, которые обладают разной способностью к накоплению токсических веществ и неоднозначностью физиологического отклика, что позволяет исследователю иметь широкий набор тестов на уровне тканей, органов и функций;

– сложные приспособления животных к условиям среды и четкие поведенческие реакции наиболее чувствительны к антропогенным изменениям, что дает возможность непосредственно наблюдать и анализировать быстрые отклики на оказываемое воздействие;

– животных с коротким циклом развития и многочисленным потомством можно использовать для проведения ряда длительных наблюдений и прослеживать воздействие фактора на последующие поколения; для долгоживущих животных можно выбрать особо чувствительные тесты в соответствии с особо уязвимыми этапами онтогенеза. Оценка и прогнозирование состояния природной среды с привлечением позвоночных животных проводятся на всех уровнях их организации. На организменном уровне с помощью сравнительного анализа оцениваются морфо-анатомические, поведенческие и физиолого-биохимические показатели.

Морфо-анатомические показатели описывают особенности внешнего и внутреннего строений животных и их изменение под воздействием определенных факторов (депигментация, изменение покровов, структуры тканей и расположения органов, возникновение уродств, опухолей и других патологических проявлений).¹⁰Мерой стабильности развития может служить флуктуирующая асимметрия, представляющая собой незначительные ненаправленные отклонения от строгой билатеральной симметрии вследствие несовершенства онтогенетических процессов.

Не только по флуктуирующей ассиметрии можно определить уровень загрязнённости среды обитания.В подавляющем большинстве водоемов различного типа организмы зообентоса и их сообщества наиболее четко отражают степень загрязнения.

В целом можно заключить, что сапробность является интегральным показателем органико-кислородного баланса в данной экосистеме (водоеме и биотопе). Считать ее прямой функцией антропогенного загрязнения водоема нельзя, т.к. сапробность зависит от многих локальных и региональных факторов, и даже влияние антропогенной нагрузки в значительной мере опосредовано этими факторами. В любом случае, индексы оценки состояния среды (Майера, Вудивисса) являются эффективным инструментом для оценки органико-кислородного баланса в водоемах¹¹

1.2. Подготовка объектов к исследованиям

В ходе выполнения исследования нами были совершены многочисленные экспедиции и выбраны для исследования 2 водоёма, расположенные в пределах Ухоловского района. На каждом водоёме были выбраны по 3 исследуемых участка.

Затем были проведены работы по посильной очистке близлежащих территорий у водоёмов.

Глава 2.

2.1. Методика проведения работы

2.1.1. Методика отбора проб.

На исследуемых водоёмах были выбраны участки, соответствующие ряду условий:

- на них не должно быть мелководий с густой водной растительностью, а также затонов с застойной водой;

- на каждом из обследованных участков должны быть представлены донные организмы различных биотопов: илистых, песчаных и каменистых грунтов; скоплений растительности, а также ее остатков; погруженных в воду стволов, веток и иных предметов.

Пробы грунта с обитающими в нем донными организмами отбирали с помощью сачкового скребка. (Приложение №1) Сачок имеет в нижней части дугообразного обода заточенную пластинку длиной 25см. Обшит прочной сетчатой тканью. Во время отбор движение сачка направляли против течения, чтобы отловленные организмы не вымывались водой. После каждого наполнения донным материалом пробы промывали и помещали в чашки Петри и кюветы с водой непосредственно на месте отбора проб. Содержимое чашек Петри тщательно разбирается и определяется по видам и группам видов беспозвоночных животных. После анализа гидробионты были отпущены обратно в водоём. (Приложение №2)

2.1.2.Индекс Вудивисса

Для нахождения индекса, в пробе определяют число данных групп организмов. Затем, пользуясь рабочей шкалой, находят соответствующий столбец. По установленному столбцу необходимо спуститься до пересечения со строкой обнаруженной индикаторной группы. Проверку нужно начинать сверху – с личинок веснянок. Значение в ячейке пересечения и будет искомым индексом.

Таблица 1.

Рабочая шкала для определения биотического индекса Вудивисса

Классификация воды по индексу TBI следующая:

0–2 балла – полисапробная зона;

3–5 баллов – α-мезосапробная зона;

6–7 баллов – β-мезосапробная зона;

8–10 баллов – олигосапробная зона.

Как видно, по индексу Вудивисса выделено лишь 4 градации.

Однако, оценка качества воды по величине индекса Вудивисса, в соответствии с ГОСТ 17.1.387-82 «Классификация качества воды водоемов и водотоков по гидробиологическим и микробиологическим показателям» предусматривает выделение 6 классов:

0–1 – очень грязная;

2–3 – грязная;

4 – загрязненная;

5–6 – умеренно загрязненная;

7–9 – чистая;

10 – очень чистая.

Метод основан на том, что различные группы водных беспозвоночных приурочены к водоемам с определенной степенью загрязненности.

2.1.3.Индекс Майера(Приложение №3)

Таблица 2. Индикаторные группы организмов по индексу Майера

Нужно отметить, какие из приведенных в таблице групп обнаружены в пробах. Количество найденных групп из первого раздела необходимо умножить на 3, количество групп из второго раздела – на 2, а из третьего раздела – на 1.

Получившиеся цифры складывают

По значению суммы S (в баллах) оценивают степень загрязненности водоема:

более 22 баллов – водоем чистый и имеет 1 класс качества;

17-21 баллов – 2 класскачества;

11-16 баллов – умеренная загрязненность, 3 класс качества;

менее 11 – водоем грязный, 4-7 класс качества.

2.1.4. Флуктуирующая ассиметрия рыб.

Было исследовано 36 особей серебряного карася. (По 18 особей на водоём и 6 на контрольную точку) (Приложение №4)

Для оценки экологического состояния по флуктуирующей асимметрии серебряного карася нами были выбраны следующие признаки - число лучей в грудных плавниках, в брюшных плавниках, и в жаберной перепонке, число чешуй в боковой линии, а так же число чешуй прободённых сенсорными отверстиями.

Выборка рыб может состоять, как из половозрелых, так и из неполовозрелых особей. ¹²

При оценке флуктуирующей асимметрии в группе особей определяли величины среднего различия между сторонами. При этом различия учитывали по абсолютной величине, вне зависимости от того, на какой стороне значение признака оказывается выше у отдельной особи. Для сравнения разных групп особей использовали суммарную величину абсолютных различий, отнесенных к числу особей. Учет билатеральных признаков вели по обеим сторонам тела, рассматривая распределение всех односторонних значений признака, справа и слева. Оценивали флуктуирующую асимметрию серебряного карася по показателям ЧАПП и ЧАПО. ЧАПО рассчитывается как отношение числа особей, имеющих асимметричный признак, к общему числу особей. ЧАПП рассчитывается как отношение числа признаков, проявляющих асимметрию, к общему числу учтенных признаков. Оценку отклонения стабильности развития рыб от условно нормального состояния мы проводили по шкале:

Таблица 3. Шкала для оценки отклонений состояния рыб от условий нормы

2.2. Результаты исследований

Мы выбрали для исследований 2 водоёма Ухоловского района:

- Водоём №1 - Деревня Клинок, река Малая Мостья (Приложение №5)

- Водоём №2 –водохранилище в деревне Арженеевка, река Аксень (Приложение №6)

2.2.2.Результаты по индексу Вудивисса

Таблица 3

2.2.3.Результаты по индексу Майера

Таблица 4

2.2.4.Частота асимметричного проявления на признак у серебряных карасей на водоёме №1 (Приложение №7)

Таблица 5

2.2.4.Частота асимметричного проявления на признак у серебряных карасей на водоёме №2

Таблица 6

2.3. Анализрезультатов

Индекс Вудивисса показал, что на водоёме №2 результаты на контрольных точках в целом гораздо лучше, чем на водоёме №1. Показатели на всех участках водоёма №2 определяют олигасапробную зону, что означает чистоту водоёма. На водоёме №1α-мезосапробная зона и β-мезосапробная (загрязнённый и умеренно загрязненный). Можно сделать вывод: во втором водоёме наблюдается большое количество личинок веснянок и поддёнок, которые сильно повлияли на значение индекса. Экологически чистые воды, особенно водоём с течением, как водоём №2, заселяют многочисленные личинки веснянок и подёнок. В их питании преобладают черви, мелкие насекомые и ракообразные. Вместе с веснянками и подёнками в таком водоёме обитает большое число видов беспозвоночных.

Индекс Майера также показал, что на водоёме №2 преобладает 1 и 2 класс качества воды, на водоёме №2 – 3 и 4 класс качества. Мы выяснили, что в первом водоёме в сильном преимуществе находятся индикаторные группы организмов чистых вод: личинки веснянок, поденок, ручейников, двустворчатые моллюски, а также организмы средней чувствительности: бокоплав, личинки комаров-долгоножек, моллюски катушки

Исходя из полученных данных, можно увидеть, что водоём №1 загрязнён, показатели флуктуирующей ассиметрии рыб достигают максимальных величин.

По индексу Вудивисса и Майера понятно, что водоём в деревне Клинок сильно загрязнённый. Рыбы, обитающие в таких условиях, отличаются сильными различиями в показателях ассиметрии. Река Малая Мостья загрязнена сильнее, чем река Аксень.

В водоёме №1 можно судить о достаточно высоком уровне отклонений в стабильности развития серебрянных карасей на всех 3 точках. При этом меньше всего подвергается изменениям число лучей в грудных плавниках и в жаберной перепонке. Оценка отклонений соответствует 3, 4 баллам.

В водоёме №2 частота ассиметричного проявления на признак в исследованной выборке рыб составила 1 или 2 балла (соответствует норме)

Глава 3.

3.1.Выводы

Итак, проведённые исследования и наблюдения позволили нам сделать следующие выводы:

Проанализировали научную литературу по теме для выявления особенностей проведения методов биондикации;

Нами был проведён отбор проб на двух водоёмах Ухоловского район. Удалось осуществить идентификацию гидробионтов по определителям.

Оценили степень загрязнения при помощи индекса Вудивисса и индекса Майера

Изучили показатели флуктуирующей ассиметрии рыб для оценки качества среды;

Провели анализполученныхданных.

3.2.Заключение

Различные природные водоемы могут сильно отличаться друг от друга. На водную флору и фауну действуют такие показатели, как глубина водоема, скорость течения, кислотно-щелочные свойства воды, мутность, кислородный и температурный режим, количество растворенной органики, соединений азота и фосфора, и многие другие. На все эти параметры влияет как антропогенная нагрузка, так и естественные процессы, происходящие в водоемах. Для водоемов разных типов в норме будет характерен разный видовой состав и обилие водных организмов (гидробионтов).Индикаторами состояния среды могут служить рыбы и макрозообентосные огранизмы.

3.3.Перспективы проекта

Значимость данного проекта обусловлена возможностью использования полученных результатов в преподавании дисциплин экологического цикла (общая экология, экологический мониторинг, основы рационального природопользования, биогеография.)

3.4.Практический выход работы

С результатами проведённых исследований и наблюдений я поделилась на уроках экологии с учащимися 9-11 классов. (Приложение №8)

Нами была проведена работа по очистке территории водоёмов от мусора. (Приложение №9)

Обзор литературы

1) Оценка состояния водных экосистем биоиндикационными и физикохимическими методами: методические указания / Е.В. Гривко, О.С. Ишанова – Оренбург: Оренбургский гос. ун-т, 2013. – 43 с

2) Мелехова О. П., Егорова Е. И., Евсевьева Т. И. Биологический контроль окружающей среды: биоиндикация и биотестирование : учеб.пособие для студ. вузов. – М.: Академия, 2007. – 288 с.)

3) Акимова Т.А., Хаскин В.В. Экология: Учебник для вузов. – М.:ЮНИТИ, 1999. – 455с.

4) Географическая справка [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://ukholovo.ru/geografiya/

5) Оценка состояния водных экосистем биоиндикационными и физикохимическими методами: методические указания / Е.В. Гривко, О.С. Ишанова – Оренбург: Оренбургский гос. ун-т, 2013. – 43 с.

6) Э 40 Экологический мониторинг: учебно-методическое пособие / автор-сост. Т.Я. Ашихмина – Киров: ООО «Типография «Старая Вятка», 2012. – 95 с.: ил. – (Серия тематических сборников и DVD-дисков «Экологическая мозаика».Сборник 15)

7) Я познаю мир: Дет. Эницкл.: Экология / Авт.-сост. А. Е. Чижевский. Под общ.ред. О.Г. Хинн. – М.: ООО «Издательство АСТ», 1997. 432с.

Методы биоиндикации: учебно-методическое пособие / М.Н. Мукминов, Э.А. Шуралев. – Казань: Казанский университет, 2011. – 48с

8) Электронный журнал «Вестник МГОУ» / www.evestnik-mgou.ru. – 2013. – №2

9) Романов Н.С. Морфологическая изменчивость кеты Oncorhynchusketa (Walbaum, 1792) (Salmonidae) из рек Амур и Тумнин. – Владивосток: Дальнаука. 2008. – С. 303-311.

10) Статья: «МОДИФИКАЦИЯ ИНДЕКСА САПРОБНОСТИ ПАНТЛЕ-БУККА ДЛЯ ВОДОЕМОВ ЕВРОПЕЙСКОЙ РОССИИ» М. В. Чертопруд Биологический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова, Москва

Приложение

Приложение №1

Ф ото: Отбор проб

Приложение №2

Ф ото: Подготовка к исследованию.

Приложение №3

Фото: Распределение организмов по индикаторным группам

Приложение №4

Фото: отловленная рыба с контрольной точки №1 водоёма №1

П риложение №5

Фото: Исследуемые участки №1,2 в деревне Клинок

Фото: Исследуемый участок №3 в деревне Клинок

П риложение №6

Фото: Исследуемые участки №1,2 в деревне Арженеевка

Фото: Исследуемый участок №3 в деревне Арженеевка

П риложение №7

Фото: исследование флуктуирующейассиметрии карася серебряного

Приложение №8

Фото: Классные часы «Экология – культура России», «Охрана водных ресурсов»

П риложение №9

Фото: Уборка территории водоёма №1