XVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Цветение водоёмов как экологическая проблема

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Абашкина М.В. 1

---

1МБОУ Ухоловская средняя школа

Храпова Н.В. 1

---

1МБОУ Ухоловская средняя школа

Работа в формате PDF

19.3 MB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение.

В средней полосе России в летнее время ежегодно прослеживается явление «цветения» воды в стоячих водоёмах. Цветение воды – это излишнее развитие сине-зеленых водорослей, когда их биомасса превышает 5 мг/л. Развитие цветения воды происходит в летние месяцы (июнь - сентябрь) благодаря притоку в водоем органогенных и других питательных веществ. Это явление также называют эвтрофикацией. Эвтрофирование водоемов может быть обусловлено естественными природными процессами,например, из-за обмеления водоемов и накопления донных отложений, и этот процесс длится сотни и более лет. Антропогенное эвтрофирование - очень быстрый процесс (годы, десятки лет) и для водоемов его отрицательные последствия зачастую проявляются в очень резкой форме.[12]

В настоящее время антропогенное загрязнение гидросферы приобрело глобальный характер и значительно уменьшило доступные эксплуатационные запасы пресной воды на планете.[8] Именно поэтому экологические проблемы загрязнения воды обладают статусом особо актуальных. Население обращает всё больше внимания к проблеме качества воды. Закономерно появляется вопрос о соответствии воды из наиболее распространённых водоёмов санитарно-гигиеническим нормам. В Ухоловском районе находится водохранилище близ деревни Клинок. Ольховское водохранилище являлось одним из любимых мест отдыха жителей д. Клинок и Ухоловского района. Отдыхающих всегда привлекали чистая вода и ландшафты водоохраной зоны. Теперь жекупание в водоёме запрещено, так как может нанести серьёзный вред здоровью.Водоем «цветёт». Второй год на данном водоёме введён запрет на купание из-за продолжительного «цветения» воды. (Приложение №1) Мы решили выяснить причину этого явления. Поэтому объектом нашего исследования стало водохранилище в Ухоловском районе близ деревни Клинок, река Лучка, приток реки Малая Мостья.

Актуальность выбранной темы состоит в значимости сохранения качественной воды в водоёмах для использования её в бытовых и иных целях.

Мы выдвинули гипотезу: длительное цветение воды происходит вследствие поступления в водоём минеральных удобрений сельскохозяйственных угодий.

Цель исследования - рассмотреть «цветение» водоемов как экологическую проблему.

Для достижения поставленной цели потребовалось решить следующие задачи:

1. Изучить экологические проблемы малых водных экосистем, причины и последствия «цветения» водоемов;

2. Провести отбор проб и осуществить идентификацию гидробионтов по определителям;

3.Оценить степень загрязнения при помощи индекса Майера и анализа органолептических свойств воды;

4. Провести анализ полученных данных.

5.Предложить способы улучшения качества воды и предотвращение «цветения» Ольховского водохранилища.

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.[6]

Методы исследования:

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

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

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

Методы регистрации и оценки состояния среды.

Практическая значимость: результаты данной работы можно использовать на уроках экологии,биологии и внеурочной деятельности.

Новизна исследования: многих обучающихся Ухоловской школы беспокоило состояние водоёмов нашего посёлка, но в основном они ограничивались обычным перечислением видимых проблем. Нам же захотелось самостоятельно получить настоящие показатели состояния качества воды для того, чтобы показать результаты исследования общественности.

Методики проведения наблюдений за водой были взяты из пособий Е.В. Гривко, О.С. Ишановой [8] и Т.Я. Ашихминой. [1]

Структура работы: Работа состоит из введения, трёх глав, заключения и списка использованных источников информации. Включает 20 страницы текста, в том числе 7 таблиц, и 10 страниц иллюстраций.

Глава 1

1.1. Обзор литературы

По мере своего развития население земли затрачивает все большие объёмы воды для удовлетворения разнообразных потребностей. Сложно найти хотя бы одну отрасль народного хозяйства, где бы ни использовалась вода. Большие расходы запасов требуются для орошения почвы, водоснабжения населения, промышленности, для рыбного хозяйства, выработки электроэнергии, и т. п.

В большинстве случав водные объекты загрязняются, засоряются и истощаются вследствие хозяйственной деятельности. Разберёмся в этом поподробнее. Засорением называют накапливание в водоёмах инородных предметов, происходящее при сбросе в водоемы различного вида отходов и нерастворимых примесей. Загрязнение – это накапливание в воде веществ в растворенных состояниях, которое превосходит по концентрации допустимые нормы для одного из видов сброса сточных вод, а также смыва ядохимикатов и минеральных удобрений с сельскохозяйственных угодий. Качество водыухудшается вследствие загрязнения и засорения водоёма. [5]

В последние годы одной из наиболее актуальных проблем охраны водных ресурсов является биогенное загрязнение и эвтрофирование различных водоемов. [9] Антропогенное эвтрофирование происходит в результате загрязнения воды на водосборах водотоков вследствие хозяйственной деятельности. Этот процесс развивается намного быстрее в тех водоемах, водосборы которых активно осваиваются сельским хозяйством, включающим в себя животноводство и полеводство. [13]

Также в последнее время происходит быстрый и интенсивный рост производства различных ядохимикатов и минеральных удобрений и активное поступление с суши в воду биогенных веществ. Это привело к проблеме появления антропогенного эвтрофирования поверхностных вод.

В водные объекты поступают стоки, содержащие соединения некоторых элементов, таких как азот и фосфор, концентрация которых превышает допустимую норму. Поступление стоков связано со смывом удобрений в водоемы с близлежащих сельскохозяйственных угодий, и вследствие этого происходит антропогенная эвтрофикация таких водоемов. Последствиями этих событий являются повышение неполезной продуктивности водных объектов, усиление развития фитопланктона прибрежных зарослей, водорослей, а также происходит «цветение воды». На глубине накапливаются аммиак и сероводород, и как следствие - усиливаются анаэробные процессы. Возникает дефицит кислорода из-за нарушения окислительно-восстановительных процессов. В результате этого гибнут ценные виды рыб и растительности, вода становится непригодной для питья и купания, а водоем утрачивает своё биогеоценотическое и хозяйственное значение. Поэтому одной из важнейших задач, требующих незамедлительного решения, является борьба за чистую воду.[12]

Большая часть всех биогенных веществ, поступающая в водоемы, попадает туда со стоковыми водами. Смыв элементов поверхностными водамив большинстве случаев значительно меньший, чем в результате миграции их по профилю почвы, особенно в районах с промывным режимом. Загрязнение природных вод биогенными элементами за счет удобрений и их эвтрофикация возникают в тех случаях, когда нарушается агрономическая технология применения минеральных удобрений и ядохимикатов и не выполняется комплекс агротехнических мероприятий.[14]

Оптимальный рост водных растительных организмов и водорослей наблюдается при концентрации нитратного азота 0,9-3,5 мг/л и фосфора 0,09-1,8 мг/л. Цветение воды за счет водорослей возникает только в тех случаях, когда концентрация фосфора в воде превышает 0,01 мг/л. Более низкие концентрации этих элементов ограничивают рост водорослей. На 1 кг поступившего в водоем фосфора образуется 100 кг фитопланктона. [2]

Основными причинами «цветения» воды по всему миру являются:

Высокая концентрация питательных веществ в воде. К ним относятся соединения азота и фосфора. Эти вещества попадают в водоемы со стоковыми водами с полей;

Стабильные условия. Регулирование рек водохранилищами и дамбами, засуха, добыча воды для орошения, потребления и запасания,– все это способствует ослаблению потоков воды в речных системах, что стимулирует рост водорослей;

Замедление течения воды в реках, превращение их в каскады водохранилищ;

Стабильная высокая температура. Когда весной вода прогревается до 20°C и солнечного света становится достаточно для фотосинтеза, масса водорослей поднимается к поверхности и начинает активно размножаться;

Применение минеральных (азотных, фосфатных) и органических удобрений в сельскохозяйственном производстве;

Увеличение антропогенной нагрузки: чрезмерное количество сточных вод, поступающих с промышленных и аграрных предприятий, из городов, содержащих соединения азота,железа, фосфора, кремния и органические вещества;

Использование в домашних условиях определенных моющих средств (средства для мытья посуды, чистящие и стиральные порошки), что способствует загрязнению фосфором водоёмов. Все эти виды загрязнения при достаточно высокой температуре воды становятся источником питания для сине-зеленых водорослей, которые быстро размножаются, превращаясь в экологическую катастрофу.[12]

1.2. Подготовка объектов к исследованиям

В ходе выполнения исследования мы совершили многочисленные экспедиции и выбрали для исследования водоём, расположенный в пределах Ухоловского района. На данном водоёме были выбраны 3 участка для исследования. Затем была проведена работа по посильной очистке близлежащих территорий у водоёма.

Глава 2.

2.1. Методика проведения работы

2.1.1. Методика отбора проб.

На исследуемом водоёме были выбраны участки, которые соответствовали ряду условий:

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

- на каждом из обследованных участков должны быть представлены донные организмы различных биотопов: илистых, каменистых и песчаных грунтов; погруженных в воду стволов, веток и иных предметов. (Приложение №2)

Пробы грунта с обитающими в нем донными организмами отбирали с помощью сачкового скребка. (Приложение №3) Во время отбора движение сачка направляли против течения, чтобы отловленные организмы не вымывались водой. Пробы промывали и помещали донный материал в чашки Петри с водой непосредственно на месте отбора проб. Содержимое чашек Петри тщательно разбирали и определяли по видам и группам видов беспозвоночных животных. (Приложение №3) После определения и анализа гидробионты были отпущены обратно в водоём.

2.1.2.Индекс Майера

Индикаторные группы организмов по индексу Майера

Таблица 1

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.

2.1.3.Анализ органолептических свойств воды.

В июле-августе 2022 года было осуществлено взятие проб воды из водоёма. Мы набрали воду в пластиковые бутылки с плотно закрывающимися пробками. В кабинете биологии был проведён анализ по следующим параметрам: прозрачность, цветность, запах.

Шкала для определения прозрачности воды

Таблица 2

Шкала для определения интенсивности запаха воды

Таблица 3

2.1.4. Химический анализ воды. Определения содержания фосфатов.

Материалы и оборудование: пробирки, раствор нитрата серебра, пипетки, вода из водоёма.

При взаимодействии в растворе фосфат-иона с ионом серебра, образуется нерастворимый осадок фосфата серебра желтого цвета.

2.2. Результаты исследований

2.2.1.Результаты по индексу Майера (Приложение №4)

Таблица 5

Степень загрязненности водоема на участке №11х3+1х2+4х1=9

Степень загрязненности водоема на участке №2 2х3+1х2+4х1=12

Степень загрязненности водоема на участке №3 2х3+2х2+5х1=15

2.2.2. Результаты анализа органолептических свойств воды.

Мы провели органолептический анализ воды из водохранилища с интервалом в 1 месяц. (Приложение №5-6)

Таблица 6

Органолептические показатели воды не соответствуют норме: запах изменялся в пределах 3-4 баллов в течение лета (в норме не более 3). Основной источник запаха гибель микроорганизмов, показатели прозрачности воды снижены.

2.2.3. Результаты химического анализа воды. (Приложение №7)

Проводя химический анализ, мы получили осадок жёлтого цвета. Таким образом, в воде были обнаружены фосфат-ионы.

2.2.4.Результаты анализа комплекса возможных причин «цветения» воды.

Длительная продолжительность цветения воды могла быть вызвана неблагоприятным изменением водного режима:

- застоем вод,

- загрязнением пруда бытовыми отходами,

- механическое засорение,

- загрязнение пруда минеральными удобрениями;

а также некоторыми другими факторами.

Застой вод и хорошая освещённость пруда могли бы стать одной из причин эвтрофикации. Однако гидрологические характеристики пруда не меняются на протяжении ряда лет, застоя воды не происходит, а вот массовое «цветение» наблюдается в течение последних 3 - 4 лет, причём начинается всё раньше. Промышленных предприятий на берегах и в непосредственной близости нет, сброс сточных вод в водоём отсутствует.

На обоих берегах пруда располагаются посевные площади, принадлежащие фермерскому хозяйству «ИП глава КФХ Абашкин В.В.» Исключив 3 вышеназванные причины, рассмотрим возможное загрязнение воды минеральными удобрениями. Мы побеседовали с агрономом фермерского хозяйства. Хозяйство на прилегающих к пруду полях выращивает озимую пшеницу, рапс, ячмень, горох, практикуя интенсивное внесение минеральных удобрений. (Приложение №8)

Таблица 7

Из приведённой таблицы видно, что в последние годы увеличилось количество вносимых удобрений, в частности диаммофоски с высоким содержанием фосфора. Диаммофос вносился под зиму. Учитывая крутизну склонов, не исключён смыв удобрений с полей с дождями и весенними талыми водами. Ширина водоохраной зоны с левого берега – 100 м, а с правого – 120 м. (Норма - 300 м.)

2.3. Анализ результатов

Индекс Майера показал, что на водоёме преобладает 3 и 4 класс качества воды. Мы выяснили, что в сильном преимуществе находятся индикаторные группы – обитатели загрязнённых вод: личинки комаров- звонцов, прудовики, личинки мошки, малощетинковые черви, водяные ослики. Из организмов средней чувствительности: личинки комаров-долгоножек и моллюски катушки. Из обитателей чистых вод: личинки веснянок и подёнок.

Органолептические показатели воды не соответствуют норме: запах изменялся в пределах 3-4 баллов в течение лета (в норме не более 3). Основной источник запаха гибель микроорганизмов, показатели прозрачности воды снижены.

Цветение воды за счет водорослей возникает только в тех случаях, когда концентрация фосфора в воде превышает 0,01 мг/л.

Поступление большого количества фосфатов в воды водохранилища в марте-апреле привело к более раннему «цветению» воды в водоёме, так как именно фосфаты являются основной «пищей» цианобактерий. «Цветение» воды является довольно распространённым явлением. Есть основания для беспокойства, если это явление продолжается больше 2-х недель.

Исходя из полученных данных, можно сделать вывод, что Ольховское водохранилище загрязнено. Подтвердила этот факт и глава сельского поселения Калякина С.И., с которой мы побеседовали по телефону. Ольховское водохранилище являлось одним из любимых мест отдыха жителей д. Клинок и Ухоловского района. Отдыхающих всегда привлекали чистая вода и ландшафты водоохраной зоны. Теперь жекупание в водоёме запрещено, так как может нанести серьёзный вред здоровью. Водоем «цветёт». Имеетсяпротокол лабораторных испытаний. По результатам микробиологических исследований некоторые показателя откланяются от нормы. В этом причина закрытия пляжа и введение запрета на купание. Для человека встреча с незаметными глазу, но сильными числом, микроорганизмами может стать смертельной: сине-зеленые водоросли вызывают раздражение кожи, омертвление слизистых глаз и носа, отравление, температуру, а иногда и паралич.

Глава 3.

3.1.Выводы

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

В ходе проведённого исследования мы изучили экологические проблемы малых водных экосистем, причины и последствия «цветения» водоемов;

Провели отбор проб и осуществили идентификацию гидробионтов по определителям;

Оценили степень загрязнения при помощи индекса Майера, органолептических и химических свойств воды;

Провели анализ полученных данных;

Предложили способы улучшения качества воды и предотвращения «цветения» Ольховского водохранилища.

3.2.Заключение

Хотя экспериментально и доказано, что процесс эвтрофирования (увеличения биологической продуктивности вод, наиболее заметным проявлением которого как раз является «цветение») возникает в результате возросшего поступления в среду элементов минерального питания, прежде всего фосфора, из этого не следует, что при сокращении притока дефицитных элементов наблюдаемые процессы пойдут в строго обратном направлении. Полного «обращения вспять» не происходит (или оно происходит с большой задержкой), в изменившихся условиях другие процессы вступают в действии, например поступление фосфора из донных отложений или усиление фиксации атмосферного азота цианобактериями. Тем не менее, значительное сокращение поступления в водоем фосфора остается единственной эффективной мерой в борьбе с эвтрофикацией.[13]

Цветение воды – актуальная экологическая проблема не только для экономики, но и для медицины. Улучшение качества питьевой воды должно быть приоритетом не только для государства, но и для каждого сознательного человека. Своевременный мониторинг цветения водоемов, ответственное использование минеральных удобрений, бытовых химикатов, распространение информации об этой проблеме – несложные действия, которые имеют большие последствия в первую очередь для нашего с вами благополучия.

Подводя итоги проекта, можем сделать вывод, что цель, которую мы ставили в начале исследования – достигнута. Выдвинутая гипотеза нашла свое подтверждение в ходе работы.

3.3.Перспективы проекта

Результаты исследования можно применить в природоохранных мероприятиях, направленных на предупреждение эвтрофикации водоёмов, а также преподавании дисциплин экологического цикла (общая экология, экологический мониторинг, основы рационального природопользования) и внеурочной деятельности.

3.4.Практический выход работы

С результатами проведённых исследований и наблюдений я поделилась на уроках экологии с учащимися 10-11 классов. (Приложение №8)

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

Предложили способы улучшения качества воды и предотвращения «цветения» Ольховского водохранилища.

3.5.Рекомендации по улучшению качества воды и предотвращению «цветения» Ольховского водохранилища.

Регулярная уборка мусора на побережье силами волонтёров.

Высадка деревьев и кустарников вдоль берега, что снизит освещение и прогреваемость водоёма.

Зарыбление водоёма растительноядными рыбами.

Фермерскому хозяйству «ИП глава КФХ Абашкин В.В.» (Приложение №10)

Соблюдать нормы и сроки внесения минеральных удобрений;

Соблюдать правила распашки склонов, уменьшая тем самым сток весенних вод в водоём и количество поступающих удобрений и гумуса;

Увеличение размеров водоохраной зоны до 300м.

Обработка почвы и посев поперек склона, мульчирование поверхности пашни, почвозащитные технологии обработки почвы, полосное размещение культур, стокорегулируюшие  полосы и регулярные приемы снегозадержания.

Обзор литературы

1.Ашихмина Т.Я., Экологический мониторинг: учебно-методическое пособие– Киров: ООО «Типография «Старая Вятка», 2012. – 95 с.: ил.

2. Ансорже Х., Кундлер П. и др. «Минеральные удобрения», Москва, 1964;

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

4.Басистый В.П, Рожковская А.А., «Рациональное использований удобрений», Хабаровск, 1962;

5.Войтов И.В., «Научные основы рационального управления и охраны водных ресурсов трасграничных рек для достижения устойчивого развития и экологической безопасности водоснабжения РБ», 2000;

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

7.Галай Е. И. ., «Использование природных ресурсов и охрана пририды»,Минск «Амалфея»;

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

9. Ефимов В.Н., «Система удобрений», Москва «Колос», 2003;

10.А.Ф. Савенок, Е.И. Савенок, Основы экологии рационального природопользования.

11.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.)

12.Петрова Н. А. Сукцессии фитопланктона при антропогенном эвтрофировании больших озер. Л. 1990. 200 с.

13..Хрисанов Н.B, «Управление эвтрофированием водоемов», С-П Гидрометиздат, 1993;

14.Экологические проблемы применения минеральных удобрений. В.Н. Кудяров, В.Н.Башкин, А.Ю. Кудеярова.

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

Приложение

Приложение №1

Фото: Ольховское водохранилище

Фото: Запрет на купание

Приложение №2

Фото: Исследуемый участок №1

Фото: Исследуемый участок №2

Фото: Исследуемый участок №3

Приложение №3

Фото: Отбор проб

Фото: Определение гидробионтов

П риложение №4

Фото: Распределение по индикаторным группам

Приложение №5

Фото: Анализ органолептических свойств воды.

Приложение №6

Фото: «Цветущая» вода. 20.08.2022

П риложение №7

Фото:Определение содержания фосфатов.

Приложение №8

Фото: Рапсовое поле

Фото: Знакомство учащихся с результатами исследования.

Приложение №9

Фото: Очистка берега от мусора

Приложение №10

Фото: Вручение рекомендаций главе фермерского хозяйства