XVII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Оценка экологического состояния речки Лапки методом биоидикации

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Россошанская М.А. 1

---

1Гимназия №157 имени принцессы Е.М. Ольденбургской

Кондратьева М.В. 1

---

1Гимназия №157 имени принцессы Е.М. Ольденбургской

Работа в формате PDF

1.8 MB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Актуальность исследовательской работы: Вода – основа жизни на Земле. Невозможно себе представить жизнь человека без воды. Даже один час, проведенный на берегу реки, озера или моря, снимает усталость интенсивного рабочего дня. В жаркие дни у каждого человека появляется желание искупаться в озере или речке, ощутить прохладу целительного водоема или просто отдохнуть на природе. Но не каждый водоем пригоден для этого. Существует много факторов, которые влияют на состояние водоема в целом: расположение реки, озера относительно промышленных предприятий, наличие специфичных живых организмов, антропогенное воздействие, приводящее к химическому или физическому загрязнению водного объекта. Актуальность нашей работы заключается в том, что мы исследовали экологическое состояние речки Лапки методом биоиндикации, с целью определения антропогенного воздействия.

Цель исследовательской работы: Определить, существует ли антропогенное влияние на малую речку лапку методом биоиндикации.

Гипотеза: Разнообразие бентоса свидетельствует об отсутствии антропогенного воздействия.

Объект исследования: река Лапка, город Санкт-Петербург

Предмет исследования: бентос реки Лапки

Методы исследования:

биоиндикация по выявленным представителям бентоса

химический анализ отобранных проб воды на ХПК и БПК₅

обобщение и систематизация полученных данных

математическая обработка полученных данных

Задачи:

Изучить имеющийся теоретический материал по бентосу малых рек.

Изучить бентос реки Лапки путем сбора живых организмов.

Обработать полученные экспериментальные данные

Представить результаты работы в компактном виде.

Сделать общий вывод по работе

Введение

Вода всегда играла важную роль в формировании человеческой культуры и развитии цивилизации. Наиболее важным водоемом являются реки, которые использовалась человеком в разных целях: добыча пропитания (рыболовство), орошение земель, транспортная система. Географы всегда отмечали высокое значение рек для сельского и промышленного хозяйства. Многие крупные города возникали на реках или у места слияния рек, что обеспечивало связь с другими городами, районами и соседними странами, возможность использования воды для хозяйственных и промышленных нужд, стимулировало развитие торговли, исследование зарубежных территорий, открытие новых земель и транспортных путей. Люди селились и жили на берегах водоемов многие сотни лет, но с развитием сельского и промышленного хозяйства, с ростом требований развития экономики, изменилось отношение человечества к окружающей природе. Оно стало потребительским. Небрежное отношение к тому, что нас окружает, привело к захламлению и всевозможному загрязнению окружающей среды не только бытовыми отходами, но и химическими веществами, как бытового, так и промышленного происхождения. Состояние пресноводных водоемов усугубляется истреблением рыбы, раков – естественных обитателей. Своими необдуманными действия человек наносит непоправимый ущерб гидросфере. Постепенно приходит понимание масштабности загрязнений. Не случайно многие экологические проблемы носят всеобщий характер и называются глобальными экологическими проблемами. Конечно, проблема загрязнения малых рек не относится к катастрофичным, но, как поется в детской песне: «С голубого ручейка начинается река….», а река – это часть водного бассейна.

Наша работа посвящена оценке экологического состояния малой реки Лапки методом биоиндикации. В работе показано, что чувствительность метода биоиндикации может свидетельствовать об экологическом состоянии водного объекта.

Метод биоиндикации - оценка состояния окружающей среды, экологических факторов и их динамики при помощи признаков и свойств самих экосистем, их биоты. Биоиндикация изучает теоретические основы и практические способы использования организмов для оценки условий среды. Объектом биоиндикации являются экологические характеристики и биотические признаки. Предметом биоиндикации являются закономерности взаимосвязей между ними. [3] Биологические методы основаны на том утверждении, что для жизнедеятельности - роста, размножения и функционирования живых существ необходима среда строго определенного химического состава, температуры, то есть среда с определенными физико-химическими характеристиками. Следует отметить, что отдельные организмы и сообщества в целом не только реагируют на изменение условий среды, но и сами активно участвуют в формировании качества среды, обеспечивая тем самым биологическое самоочищение. Поэтому любое нарушение условий существования сообщества приведет к изменению его структуры. Термин «бентос» происходит от греческого слова bénthos, что означает «глубина». Следовательно, нас интересует совокупность организмов, обитающих в грунте, точнее зообентос. По способу обитания на дне водоёма в зообентосе различают животных, живущих в грунте и на грунте, подвижных, малоподвижных и неподвижных, внедрившихся частично в грунт или прикрепленных. Зообентос пресных водоемов существенно отличается от зообентоса морских водоемов. Прежде всего, однообразностью. В него входят простейшие, губки, ресничные и малощетинковые черви, пиявки, мшанки, моллюски и личинки насекомых. [4]

Существует несколько систем, в которых для оценки уровня загрязнения используется и показательное значение организмов, и их видовое разнообразие. Нами был выбран индекс Скотта, поскольку он является одним из самых простых для вычисления и достаточно надежных. В том случае, когда не требуется детальная идентификация животных до вида, достаточно рассортировать их на три следующие группы, которые различаются по степени чувствительности к загрязненю. [1]

Основная часть

 Решением исследовать речку Лапку, было продиктовано следующими аргументами:

Рис.1

1 . Лапка - небольшая речка

2. Она находится на границе Санкт-Петербурга и Ленинградской области.

3. Побережье реки облюбовано жителями окрестных домов для отдыха на природе. 

4. Река находится в спальном районе Санкт-Петербурга, в лесопарковой зоне

Предположительно, название Лапка происходит от искажённого ижорского слова «лабта», то есть низинная, равнинная река. Так именуется речка с VIII века. Носила речка и название Жерновка, потому что протекала рядом с усадьбой Жерновка. Но как только речку Жерновку, протекающую в черте города во второй половине XX века убрали в коллектор, то название исчезло из употребления. Протекает речка в юго-восточной части Ленинградской области.

Своё начало берёт Лапка из болот у северо-западного склона Колтушских высот в Ковалевском лесу. За границей города протекает по территории Ржевского лесопарка. Длина реки составляет 10 км, преобладающая ширина 5—8 м, в устье — 10 м, глубина от 0,1 до 1 м. Русло извилистое. Оканчивается разливом перед улицей Коммуны. В 2013 году разлив был очищен и оформлен в виде озера.

Река находится в лесу на равнинной и болотистой местности. Р. Лапка довольно извилистая. Прибрежная зона достаточно широкая и имеет разнообразную растительность: камыш, купальница, ива, береза, крапива, лопух и др. По данным водного государственного реестра России река Лапка относится Балтийскому бассейновому округу.[5]

Рядом с рекой протянулась тропинка для прогулок по Ржевскому лесопарку.

Мы выделили по течению реки три станции отбора зообентоса: 

Первая станция:

Широкая равнинная местность, с оборудованной площадкой для пикника

Течения практически нет, вода стоячая.

Один берег сильно заболочен.

Дно - песок с глиной

Присутствует антропогенное влияние людей, а именно мусор, бутылки и пластик. Есть контейнеры для сбора мусора.

Фото 1. Первая станция

Вторая станция:

Течение медленное

Берега заросли.

Пикники устраивать затруднительно.

Отсутствует антропогенное влияние

Илистое дно

Фото 2. Вторая станция.

Некоторое изменение ландшафта: заросли вдоль берегов, углубленность русла, труднодоступность к реке навело на мысль о присутствие бо́льшего разнообразия в зообентосе.

Третья станция:

Открытая местность

Между берегами есть мостик

Небольшой перепад высот по руслу реки

Течение наиболее сильное

Отсутствует антропогенное влияние (визуально): отсутствует мусор

Дно покрыто растительностью

Фото 3. Третья станция.

Выбор третьей точки для поиска зообентоса обусловлен по указанными выше отличительными особенностями ландшафта. Перепад высот русла, постоянное перемешивание воды обеспечивает большим насыщением воды кислородом, что должно приводить к разнообразию зообентоса.

Известно, [1] что представители бентоса являются отличными индикаторами качества состояния ручьёв и малых рек. Так, существуют различные организмы, которые в зависимости от чувствительности к загрязнению делятся на 3 группы:

Устойчивые к загрязнению виды: личинки хирономид[2`] (фото 4), пиявки[3`], водяной ослик[9`](фото 5), личинки мошек, малощетинковые черви [6`]

Довольно устойчивые к загрязнению: личинка стрекозы[1`] , ручейники(плетущие сети) (фото 6), двустворчатые моллюски[10`] (фото 7)

Чувствительные к загрязнению: веснянки[5`] (фото 8,), ручейники[7`] (не плетущие сети), поденки[8`](фото 9), вислокрылки[4`], двустворчатые моллюски.[2]

Табл. №1Обобщенные сведения по донному сообществу речки Лапки в исследованных станциях.

Методика отбора зообентоса

С помощью специального сачка для отбора зообентоса нами был произведен вылов придонных обитателей речки Лапки в определенных ранее точках. Пойманные особи на месте отбора подсчитывались и консервировались спиртовым раствором для дальнейших лабораторных исследований. В таблице 1 приведены общие сведения по отобранными пробам бентоса из речки Лапки.

Вычисление индекса Скотта

Чтобы вычислить индекс Скотта необходимо число полученных систематических групп умножить на соответствующий множитель и полученные произведения сложить между собой. Множитель для групп, чувствительных к загрязнению=3; для довольно устойчивых к загрязнению=2; для устойчивых к загрязнению=1.

Сумма произведений - индекс Скотта : 3+10+15=28

Табл. №2 Соответствие индекса Скотта показателю состоянию ручья

Состояние ручья по индексу Скотта
>22	Отличное
17-22	Хорошее
11-16	Удовлетворительное
<11	Плохое

Биотический индекс Скотта

Биотический индекс Скотта показал нам, что состояние реки отлично. Это подтверждается наличием разнообразного бентоса в водоеме.

Всего было обнаружено 11 разнообразных видов живностей. В процентном соотношении:

устойчивых к загрязнению- 18%;

умеренно устойчивых -45%

неустойчивых (чувствительных) к загрязнению - 27%.

В таблице №3 представлена визуальная оценка экологического состояния реки.

Табл.№3 Визуальное определение оценки экологического состояния реки Лапка.

Средний балл визуальной оценки экологического состояние реки Лапка составляет 7,5. Это означает, что состояние реки оценивается как хорошее.

Анализы ХПК И БПК

Далее нами было проведено химический анализ воды по показателям ХПК и БПК₅. ХПК расшифровывается, как химически потребленный кислород. Определение химически потребленногокислорода проводится методом фотометрии, согласно ГОСТ 31859-2012. Исходная проба обрабатывается серной кислотой и дихроматом калия при заданной температуре в присутствии сульфата серебра и сульфата ртути (для снижения концентрации мешающих ионов хлора. Далее строится градуировочная прямая. И в зависимости от показателя оптической плотности в заданном диапазоне концентраций по градуировочной прямой определяется значение ХПК. Отобранная и троекратно исследованная проба воды показала среднее значение 1,00 мгО/л. Полученная нами величина однозначно попадает в интервал величин, характеризующих хорошее экологическое состояние обследуемого водоема. Химический смысл ХПК заключается в нахождении необходимого количества растворенного кислорода для окисления вредных частиц в 1 л воды. При этом есть технологии, где окисление проводится посредством иных химических элементов или соединений, но их активность приравнивается к кислороду. На западе аналогом ХПК служит COD.

Биологически потребленный кислород или БПК, согласно определению, отражает биохимические процессы. Здесь за основу берется потребление кислорода анаэробными видами микроорганизмов. Существует понятие - легко окисляющаяся органика, которую и съедают эти микроорганизмы. Соответственно, чем больше ее в стоках, тем выше показатель биохимического потребления кислорода. Определяется БПК по истечении определенного времени. Например, если определение показателя проводится в течение 5 суток, то ставится индекс 5 – БПК₅. Если определение проводится в течение 20 суток, то у показателя ставится индекс 20 – БПК­_20. В течение проведения эксперимента, процессы окисления протекают без доступа света и при определенной температуре. В природной воде всегда присутствуют органические вещества. Их количественное значение варьируется от времени года. Так, например, в талой или родниковой водах органических веществ практически не содержится, а в осенних водах их вели чина существенно возрастает. Отбор проб на определение биоразнообразия и численности организмов, а также воды для исследования, производился 28 мая 2022 года. После быстрого и теплого начала весны, пришло весеннее похолодание. В это день и несколько предыдущих и последующих дневная температура составила 13 градусов, с понижением до 9 градусов ночью (данные Гисметео на 28 мая 2022 года в Санкт-Петербурге). Известно, что довольно низкие температуры, даже при существенно удлинившемся световом дне, не способствуют активному развитию флоры и фауны. По результатам трехкратных измерений значение БПК₅ составило 6,00 г/л. Полученное значение полностью соответствует величинам, характерным для вод культурно-бытового пользования.

Выводы:

В ходе выполнения исследовательской работы, нами были изучены:

Топонимика речки Лапка.

Её физико-географическое положение.

Произведен визуальный анализ экологического состояния берегов реки Лапка и оценен по индексу Скотта.

Собран большой биологический материал зообентоса, обработан и на его основе сделан вывод об экологическом состоянии обследуемого водоема.

Проведен химический анализ проб воды на ХПК и БПК₅.

Экологическое состояние речки Лапки на 28 мая 2022 года хорошее.

Приложение 1. Фотографии обнаруженного зообентоса.

Фото 4. Личинки хирономид

Фото 5. Водяной ослик

Фото 6. Ручейники

Фото 7. Двустворчатые моллюски

Фото 8. Веснянка

Фото 9. Поденка

Список использованной литературы

[1]- Методы биоиндикации с использованием донных беспозвоничных животных. В.В. Скворцов. Санкт-Петербург 2017.

[2]- Определитель пресноводных беспозвоночных Европейской части СССР. Л. А. Кутикова, Я. И. Старобогатов. ГИДРОМЕДИЗДАТ ЛЕНИНГРАД 1997. 510 стр. :

[1`]- А.Н. Попова; стр.266

[2`]-В.Я. Панкратова; стр.371

[3`]-Е.И. Лукин; стр.201

[4`]-И.М. Кержнер; стр.319

[5`]-Л.А. Жилльцова; стр. 303

[6`]-Н.П. Финогенова; стр.175

[7`]-О.Л. Качалова; стр. 477

[8`]-Р.С. Казлаукас; стр. 288

[9`]-Ф.Д. Мордухай-Болтовский , Я.И. Старобогатов; стр. 213

[10`]-Я.И. Старобогатов; стр. 123

[3]-интернет-ресурс http://www.geol.vsu.ru/ecology/ForStudents/4Graduate/Bioindicating/Lection02.pdf

[4] интернет-ресурс https://www.booksite.ru/fulltext/1/001/008/109/640.htm

[5]интернет–ресурс https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9B%D0%B0%D0%BF%D0%BA%D0%B0_(%D0%BF%D1%80%D0%B8%D1%82%D0%BE%D0%BA_%D0%9E%D1%85%D1%82%D1%8B