V Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Современное состояние озера Солдатское (зоопланктон и зообентос)

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Белов  И.Н. 1Невский  И.В. 1

---

1Муниципальное образовательное бюджетное учреждение средняя общеобразовательная школа №21 городского округа «город Якутск»

Вахрушева  А.В. 1Иванова  А.П. 2

---

1Муниципальное образовательное бюджетное учреждение средняя общеобразовательная школа №21 городского округа «город Якутск»

2ИБПК СО РАН

Работа в формате PDF

1 MB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителяСвидетельство руководителя

ВВЕДЕНИЕ

Городские озера имеют большое экологическое значение для города, так как они являются источником хозяйственно-бытового водоснабжения, средой обитания рыб, а также местом отдыха людей. В связи с ухудшение экологической ситуации в городской среде возникает необходимость проведения наблюдений за гидробиологическим составом водной среды.

Целью работы является выявление видового состава гидробионтов для оценки современного состояния водоема и разработки рекомендаций по улучшению экологической обстановки озера Солдатское.

Гипотеза исследований:  можно предположить, что своевременное проведение охранных мероприятий позволит сохранить озеро Солдатское, а также даст возможность создать охранную зону в черте города.

Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи:

1. Изучить литературные источники и методики исследования.
2. Определить состав зоопланктона.
3. Определить состав зообентоса.
4. Оценить современное состояние гидробионтов и разработать рекомендации по улучшению состояния водоема.

Научно-практическая значимость заключается в том, что материалы данной работы могут служить основой для проведения экологического мониторинга городских водоемов, по видовому составу зоопланктона и зообентоса, и основных закономерностей их количественного развития, которые необходимы для оценки качества воды. Полученные материалы могут применяться в качестве агитационных материалов, посвященных вопросам облагораживания городских инфраструктур и вопросам бережного отношения к элементам природы.

Глава 1. Гидробионты водоемов

Водоем как экосистема – это комплекс всех организмов и неживых элементов, в результате взаимодействия которых потоком энергии в данном месте создается стабильная структура и круговорот веществ (Ласуков, 2009).

• Основные компоненты водной экосистемы

 Основные компоненты водной экосистемы:

1) поступающая энергия от Солнца;

2) климат и физические факторы;

3) неорганические соединения;

4) органические соединения;

5) производители органических соединений, или продуценты (от лат. producentis – создающий) – укорененные, свободноплавающие растения и мельчайшие водоросли (фитопланктон, от греч. phytos–растение, plankton – блуждающий, парящий);

6) потребители первичные, или консументы первичные (от лат. consumo – потребляю), питающиеся растениями – зоопланктон (животный планктон), моллюски, личинки, головастики;

7) потребители вторичные, или консументы вторичные – хищные насекомые и рыбы;

8) детрит (от лат. detritus – истертый) – продукты распада и разложения организмов;

9) разрушители, деструкторы, редуценты (от лат. reducentis–возвращающий, восстанавливающий), детритофаги (от греч. phagos – пожиратель), сапротрофы (от греч. sapros – гнилой и trophe – питание) – донные бактерии и грибы, личинки, моллюски, черви.

1.2. Характеристика биотопов

Каждый вид животных выбирает для жизни подходящее ему место обитания (биотоп), к условиям которого он наиболее приспособлен. Можно выделить характерные, однородные по факторам биотопы, в которых образуются устойчивые видовые общества.

Донная область (профундаль). Зообентос (от греч. benthos – глубина) – совокупность организмов, обитающих на грунте и в ее толще.

В глубоких водах, богатых у дна кислородом, обитают личинки комаров-звонцов, улитки битинии и горошинки, водяные клещи. В бедных кислородом водах живут личинки комаров-дергунов – мотыль, трубочник, хищная личинка вислокрылки. В реках на каменистом дне встречаются губки, пиявки, мшанки, перловицы, бокоплавы, личинки ручейников, водяной клоп. В глинистых грунтах прорывают ходы личинки ручейника и роющие личинки поденок. Там же могут быть пиявки, водяной ослик. На илистых участках – рачки, клещи, личинки стрекоз, поденок, двукрылых.

Открытая вода (пелагиаль). Зоопланктон – часть планктона, представленная животными, которые не могут противостоять течениям и переносятся вместе с водными массами. Зоопланктон, состоящий из коловраток, мелких рачков. Единственное планктонное насекомое – прозрачная личинка комараперистоусого (коретры) Choaborus (Corethra) plumicornis–висит в толще воды без движения, подстерегая жертву.

Граница между водой и воздухом (нейстон). По поверхностной пленке воды скользят разные виды водомерок; скачут, как капля дождя, отталкиваясь вилочкой заднего конца тела, водяные ногохвостки Poduraaquaticaдлиной 1-1.5 мм (примитивный отряд насекомых – Collembola); ходят хищные клопики велия и мезовелия; перебегает паук доломедес. Четырехглазый жук-вертячка крутится по поверхности, обращенный двумя глазами в воду, двумя – в воздух. Снизу по пленке скользит прудовик; подвешивается клоп гладыш, поджидая добычу, которая упадет на воду.

Прибрежные заросли. На водной части растений. Летающие насекомые: стрекозы, ртутно-серые ручейники, вислокрылки, изящные поденки, невзрачные бабочки огневки, роями толкутся в воздухе комары-дергуны.

Плавающие листья. На нижней поверхности – полупрозрачные гидры, ползучая мшанка, планарии, улитки. Кладки яиц огневок,жука-радужницы, улитковой пиявки, планарий.

Подводные заросли. Многочисленные моллюски, пиявки, водяной ослик, бокоплав, а также клопы, жуки и их личинки, личинки и куколки ручейников, личинки стрекоз, паук-серебрянка, клещи.

Сублитораль. Личинки вислокрылки, поденок, ручейника, моллюски, беззубки, затворки, битинии, дрейссена полиморфная  Dreissena polymorpha – двустворчатый моллюск, который за 200 лет распространился по рекам с юга на север до Балтийского моря. В последние 50 лет, будучи завезена в Северную Америку, где у нее нет естественных врагов, активно расселяется по озерам и рекам. Это приняло в США масштабы национального экологического бедствия: дрейссена  огромными скоплениями обрастает гидротехнические сооружения, забивает водотоки, фильтры водозабора, защитные решетки. На борьбу с ней отдельным Постановлением сената США выделяются значительные бюджетные средства.

Биотопы с быстрым течением. Личинки ручейников с тяжелыми чехликами, плоские личинки поденок. В местах с тонким слоем воды – личинки мошек, личинки комарика земноводного Dixaamphibia, выставляющая среднюю часть тела из воды.

Загрязненные, богатые органическими остатками водоема. Личинки обыкновенных комаров, мухи-пчеловидки (крыски). Личинки комаров-дергунов (мотыль) и трубочник могут образовывать значительные скопления.

Глава 2. Материал и методика гидробиологических исследований

Для выявления современного состава гидробионтов озера Солдатского  был проведен отбор проб в летний период 2017 года (23 мая, 21 июня, 12 июля). Пробы воды отбирались с поверхностного горизонта водоема и грунта в литорали. Отбор проб осуществлялся  на двух станциях: около сквера имени Рыжикова (участок 1) и около ресторан «Панда и журавль» (участок 2). Сведения о точках отбора проб  приведены в таблице 1 (фото 1).

Таблица 1

Точки отбора проб воды для изучения зоопланктона

При отборе проб и определении были использованы общепринятые в гидробиологии методы сбора и анализа (Методические…, 1982; Константинов, 1986; Ласуков, 2009; Чертопруд и др., 2010). Отбор проб воды производился планктонной сетью, грунта дночерпателем.

1. Сбор проб зоопланктона. Выбор метода отбора гидробиологических проб зависит от типа водоема, степени зарастания водоема, задач исследования, имеющихся в наличии приборов, оборудования и т.п. Применяют различные методы предварительного концентрирования микроорганизмов. Одним из таких методов является фильтрование воды через планктонные сети.

Планктонная сеть состоит из латунного кольца и пришитого к нему конического мешка из мельничного шелкового или капронового сита № 76 (рис. 1). Схема выкройки сетевого конуса для планктонной сети представлена на рисунке 2. Узкое выходное отверстие конусовидного мешка плотно прикрепляется к стаканчику, имеющему выводную трубку, закрытую краном или зажимом Мора. На небольших водоемах планктонные пробы можно собирать с берега, забрасывая сеть на тонкой веревке в воду и осторожно вытягивая ее. На крупных водоемах планктонные пробы отбирают с лодки. Закончив сбор проб планктона, планктонную сеть прополаскивают, опуская ее несколько раз в воду до верхнего кольца, чтобы отмыть водоросли, задержавшиеся на внутренней поверхности сети. Сконцентрированную пробу, находящуюся в стаканчике планктонной сети, сливают через выводную трубку в заранее приготовленную чистую баночку или бутылочку. Перед началом и после окончания сбора сеть необходимо хорошо прополоскать,  закончив работу, высушить и положить в специальный чехол. Пробы можно изучать в живом и зафиксированном состоянии. Для длительного хранения в пробу добавляют 40% раствор формалина из расчета 2-3 капли на 10 мл или 70%-ный этиловый спирт. Лучше всего фиксировать животных сразу после сбора, иначе они съедают друг друга или повреждают. Хуже всего хранятся в «живых» пробах личинки поденок и равнокрылых стрекоз (у них отрываются жабры, церки и ноги).

Для количественного учета планктона производят отбор проб определенного объема. Для этих целей могут быть использованы и сетевые сборы при условии обязательного учета количества отфильтрованной через сеть воды и объема собранной пробы. Объем задан типом пробоотборника: батометр или ведро.

2. Сбор проб зообентоса. Качественные сборы проводят с глубины до 1-1,5 м сачком или скребком, обычно с ячеей 0,5 мм, улавливающей все группы макробентоса, промывают и пинцетом аккуратно выбирают животных из сачка, помещают их в банку (пробирку) с фиксатором. Большинство животных мелкие и собирать их нужно максимально внимательно. Не следует зарывать сачком глубоко в грунт, достаточно снять слой в 1-2 см. камни и коряги вытаскивают из воды сачком или руками, потом с них пинцетом собирают животных. Разные субстраты (камни, песок, ил, растения и т.п.) населены разными видами животных, и для оценки всего сообщества водоема нужно обловить все типы. С больших глубин используют тралы и драги, запускаемые с судка или закидываемые с берега на веревке. Контролировать тип донного субстрата при этом не удается (Чертопруд и др., 2010).

При сборе количественных данных объем пробы задан пробоотборником (дночерпателем). Для получения надежных результатов требуется сбор серии (не менее трех) проб с каждого биотопа.

3. Этикетирование и ведение полевого дневника

Все собранные пробы снабжают этикетками. На этикетках простым карандашом указывают номер пробы, водоем, какой гидробиологический материал (планктон, бентос), номер станции, горизонт взятия пробы, объем процеженной воды, объем грунта, если эта проба взята на количественный анализ, дату и фамилию коллектора. Этикетка опускается в посуду с пробой. Эти же данные заносятся в полевой дневник, кроме этого, указывают температуру воздуха и воды, схематический рисунок водоема с указанием станций взятия проб, составляют подробное описание исследуемого водоема и высшей водной растительности и другие сведения (ветер, облачность и др.).

4. Методы качественного изучения материала

Собранный материал предварительно просматривают под бинокуляром крупные объекты и под микроскопом. Для микроскопического изучения готовят препараты: на предметное стекло наносят каплю исследуемой жидкости. В некоторых случаях (обычно при определении веслоногих ракообразных типа циклопов) требуется препаровка для отделения нужных частей тела рачка, в обычном положении скрытых другими частями тела. Для определения бентосных организмов под бинокуляром требуется чашка Петри, пинцет, препаровальные иглы. Иногда нужен микроскоп для изучения более мелких деталей строения тела некоторых групп.

5. Методы измерения размеров гидробионтов и определения цены деления окуляр-микрометра

Для количественно подсчета измеряют размеры животных. Для этого применяют окуляр-микрометр с измерительной линейкой. Цену деления окуляр-микрометра определяют с помощью объект-микрометра индивидуально для каждого микроскопа и объектива. Объект-микрометр представляет собой предметное стекло с нанесенной на ней линейкой, длина которой равна 1 мм. Линейка поделена на 100 частей, так что каждая часть равняется 0,01 мм или 10 мкм. Для того, чтобы узнать чему при данном увеличении равно одно деление окуляр-линейки, следует установить соответствие между делениями (штрихами) измерительной окуляр-линейки и объект-микрометра. Например: 10 делений окуляр-микрометра совпадают с 5 делениями объект-микрометра (т.е. равно 0,05 мм). Стало быть одно деление окуляр-линейки равняется 0,05 мм: 10 = 0,005 мм = 5 μ (мкм). Такое вычисление нужно произвести для каждого объектива по 3-4 раза, чтобы получить более точную цену деления.

6. Методы количественного изучения материала. Учет организмов в количественных сборах планктона обычно проводят при помощи камеры Богорова, за неимением можно использовать чашку Петри, но надо знать какой объем был взят.

При количественных сборах бентоса требуется подсчитать организмы каждого определенного вида и для определения биомассы, измерить или взвесить их. Выборка и учет организмов проводится под бинокуляром с помощью камеры Богорова, реже – невооруженным глазом в кювете.

Расчет плотности зоопланктона на 1 м³ определялся по формуле:

где,   |N| - количество организмов на 1 л воды исследуемого водо­ема;

|| - количество организмов в просчитанной камере;

|| - объем сгустка пробы;

|| - объем воды, процеженной через сетку;

||- объем штемпель-пипетки.

Для расчета биомассы зоопланктона используют весовые характеристики организмов по номограмме для определения веса ракообразных при длине тела от 0,4 до 3 мм (Чертопруд и др., 2010). При расчете индекса сапробности в перспективе будут применяться унифицированные методы (1976, 1977 а,б).

Определение гидробионтов проводилось в Институте биологических проблем криолитозоны СО РАН с использованием отечественных определителей. Выражаем благодарность в помощи определения старшего научного сотрудника лаб. экосистемных исследований холодных регионов, к.б.н. Надежде Константиновне Потаповой.

Глава 3. Современное состояние гидробионтов озера Солдатское

3.1. Зоопланктон

Таблица 2

Состав планктона и количество собранного материала в оз. Солдатском (экз/м³)

Вывод: из данных таблицы видно, что в планктоне озера встречается достаточно большое количество планктонных организмов из двух родов и двух семейств, двух отрядов и одного класса.

3.2. Зообентос

Таблица 3

Состав бентоса и количество (в пробе) собранного материала в оз. Солдатском

Условные обозначения: L – личинки, i – имаго, или взрослое насекомое,  P–куколка, мл.в. – личинки младшего возраста. 

Вывод: выявлены два типа: Mollusca (Моллюски) и Arthropoda (Членистоногие). В типе Моллюски выявлен один класс – Bivalvia (Двустворчатые Моллюски). В типе Членистоногие выявлены два класса: Arachnida  (Паукообразные)  и  Insecta (Насекомые).  В классе Паукообразные определены два отряда: Hydracarina (Водяные клещи) и  Aranei (Пауки). В классе Насекомые определены три отряда: Heteroptera (Клопы), Coleoptera (Жуки) и Diptera (Двукрылые). Наиболее многочисленным оказался отряд Клопы. Определение сделано до семейства. Далее определение оказалось невозможным из за маленького возраста организмов. Отряд Двукрылые  представлен тремя семействами Chaoboridae – Коретры (хаобориды), Chironomidae – Звонцы (хирономиды), Culicidae – Кровососущие комары. Самое большое количество из данного отряда встречается Chaoboridae – Коретры (хаобориды) и Chironomidae – Звонцы (хирономиды). Семейство Culicidae – Кровососущие комары представлено немногочисленно.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящее время бентос широко используется для биомониторинга.  Грунт озер активно накапливает  в себе вредные химические вещества, длительное время сохраняя их.  Донные организмы, являясь обитателями этих грунтов, почти не мигрируют и постоянно находятся в иле. Они активно концентрируют в себе вредные вещества, тем самым испытывают большое воздействие токсикантов, чем другие водные организмы.

В результате анализа отобранных проб было выявлено несколько таксономических групп зообентоса и зоопланктона.  Количественный состав зоопланктона озера Солдатское варьирует от 180000 до 540000 экз/м³, представлен двумя родами Дафния и Циклопы (табл. 2). Также в планктоне встречались бентосные виды. Зообентос наиболее разнообразен,  представлен тремя классами (табл. 3).

Из всего сказанного следует, что озеро Солдатское, расположенное в черте города имеет достаточно высокий уровень загрязнения, так как имеет небогатое видовое разнообразие. Известно, что озера с наименьшим количеством представителей зообентоса и низкими количественными показателями являются загрязненными водоемами. На данном озере проводились комплексные исследования по показателям гидрохимии и фитопланктона, по которым вода относится к 3 классу удовлетворительно чистая с разрядом слабо загрязненная.

Это позволяет сделать вывод, что озеро Солдатское подвержено сильному антропогенному загрязнению и требует  очистки и сохранения как экологическая зона на территории города.

• Для сохранения экологического состояния озера предлагаем следующие рекомендации:
• Обращение к управе Губинского округа (помощь по механической очистке водной и прилегающей территории озера).
• Обращение в Министерство охраны природы (меры по химической очистке озера).
• Агитационная работа с населением Губинского округа по сохранению озера.
• Акции учащихся школы по сохранению озера.

Список литературы

Водоросли: Справочник / Вассер С.П., Кондратьева Н.В., Масюк Н.П. и др. – Киев : Наук. Думка, 1989. – 608 с.

Константинов А.С. Общая гидробиология. – Москва : Высшая школа, 1986. – 472 с.

Ласуков Р.Ю. Обитатели водоемов. Карманный определитель. – Москва : Лесная страна, Изд. 2-е, изм., 2009. – 128 с.

Методические рекомендации по сбору и обработке материалов при гидробиологических исследованиях на пресноводных водоемах. Зоопланктон и его продукция. Л.: ГосНИОРХ, 1982. – 35 с

Татаринова А.В., Салова Т.А. Гидробиологическая характеристика городских и пригородных озер г. Якутска // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2013. - № 8-1. – С. 81-82.

Унифицированные методы исследования качества вод. Ч. 3. Методы биологического анализа вод – Москва: СЭВ, 1976. – 185 с.

Унифицированные методы исследования качества вод. Ч. 3. Методы биологического анализа вод. Приложение 1. Индикаторы сапробности. – Москва: СЭВ, 1977а. – 92 с.

Унифицированные методы исследования качества вод. Ч. 3. Методы биологического анализа вод. Приложение 2. Атлас сапробных организмов. – Москва: СЭВ, 1977б. – 228 с.

Чертопруд М.В., Чертопруд Е.С. Краткий определитель беспозвоночных пресных вод центра Европейской России. – Москва : Товарищество научных изданий КМК, 2010. – 179 с.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Cyclops – ЦИКЛОПЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Daphnia  - ДАФНИЯ

ПРИЛОЖЕНИЕ 3