V Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Экологическая оценка степени загрязненности реки Ворскла методом биоиндикации
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Актуальность работы
Вода - ценнейший природный ресурс. Она играет исключительную роль в процессах обмена веществ, составляющих основу жизни. Огромное значение вода имеет в промышленном и сельскохозяйственном производстве. Общеизвестна необходимость ее для бытовых потребностей человека, всех растений и животных. Для многих живых существ она служит средой обитания. Проблема чистой воды – одна из острейших в мире.
В нашем селе протекает тихая река Ворскла. Что удивительно: каждый раз, когда встречаешься с ней, с красавицей Ворсклой, всегда находишь что-то новое для себя, при каждой новой встрече река немного другая, чем была прежде! Так что каждый раз убеждаешься: русло живой реки постоянно меняется, и лишь одно остается неизменным - ее красота.
Но в наш техногенный век река Ворскла, как и другие природные объекты, испытывает на себе серьезную антропогенную нагрузку, вследствие которой происходит загрязнение природных вод.
В ходе работы было изучено экологическое состояние реки Ворсклы методом биоиндикации, так как именно виды-индикаторы позволяют выявить специфические особенности среды в связи с антропогенной нагрузкой, которая сказывается на условиях обитания организмов и приводит к сокращению биоразнообразия.
Важность гидросферы как компонента биосферы определила тему исследовательской работы«Экологическая оценка степени загрязнения реки Ворсклы методом биоиндикации»
Цель работы:
Определить степень загрязнения экосистемы реки Ворскла посредством метода биоиндикации.
В соответствии с поставленной целью определены следующие задачи:
Определить экологическое состояние реки Ворсклы села Головчино Грайворонского района.
Определить степень загрязнения вод реки Ворсклы органолептическим и гидрохимическим способом.
Выяснить влияние степени загрязненности почвы по морфологическим признакам растения биоиндикатора - ряски малой.
Разработать рекомендации по защите реки Ворсклы села Головчино Грайворонского района
Гипотеза исследования: Если Ворскла – это основной водный объект села Головчино, то соответствует ли она стандартам водных объектов региона.
Объект исследования: Главная река Грайворонщины – река Ворскла.
Предмет исследования: Оценка экологического состояние реки Ворсклы села Головчино Грайворонского района по различным показателям.
Методы исследований:
- теоретический (работа с информационными источниками);
- экспериментальный (органолептический анализ, химические и биологические исследования);
- сравнительно-аналитический;
- обобщающий.
Данная работа носит практико-ориентированный характер, так как позволяет получить сведения об экологическом состоянии реки Ворсклы села Головчино Грайворонского района Белгородской области в районе пляжной зоны отдыха села Головчино.
1.Теоретическая часть работы
1.1. «Голубая моя, голубая… удивительных красок краса…»
На западе Белгородской области течет тихая река Ворскла. Истоки ее находятся в юго-восточной части Ивнянского района, недалеко от села Рождественское. Река течет с северо-востока на юго-запад по территории Ивнянского, Яковлевского, Борисовского, Грайворонского районов, продолжая свое течение по территории Украины. Общая длина реки 464 км, в том числе в пределах Белгородской области ее протяженность - 115 км. Ширина реки – 20-40 м, глубина редко превышает 2-2,5 м. Средняя скорость течения невелика – 0,1-0,2 м/с. В целом река Ворскла маловодна: средний годовой расход воды у города Грайворон – около 5,4 кубических метров в секунду. Дно песчаное, а на отдельных участках илистое. С каждым годом русло реки все более и более мелеет. Водный режим характеризуется весенним половодьем, которое начинается со второй половины марта. Наиболее низкий уровень воды в реке приходится на конец августа - начало сентября. Замерзает река в первой декаде декабря и вскрывается во второй половине марта.
Ворскла – одна из самых красивых рек Грайворонщины. В давние времена эта река, как и другие, звалась разными именами. Существуют легенды, повествующие о названии Ворсклы. Древнее имя Ворсклы известно ещё с первого тысячелетия до нашей эры. С тех пор изменилось лишь окончание названия реки. Известно лишь то, что древнегреческий историк Геродот, живший в 5 веке до нашей эры, описывая Скифию, упоминает и Ворсклу, но называет ее на греческий лад - Пантикапа, что в переводе с древнегреческого языка имеет смысловое значение как «Всеблагая». А вот Ворсклой ее стали писать уже на древнерусском языке с 1174 года. Но c тех пор до нас ее имя писалось неоднообразно и побывало в мужском и женском роде: Въръскла, Ворскола, Ворсклъ.
«Ворскол» в переводе с тюркского означает: «река, несущая белую воду». Наверное так потому, что начинается там, где находятся меловые отложения.
Летописная форма названия - «Въръскола» и она складывается из двух частей. Первая часть «Въръс» - означает «белый», вторая – «кул» - «вода». «Ворскла» означает «Белая вода», «Белая река».
Название Ворсклы встречается в письменных источниках с 1173 года. Под этим именем река фигурирует и в Ипатьевской Летописи. Но и с тех пор и до нашего времени название писалось неоднообразно и побывало в мужском и женском роде: Въръскла, Ворскола, Ворсклъ.
Существует еще одна версия происхождения названия реки. Во времена Полтавской битвы Царь Петр наблюдал за передвижением шведов и ходе сражения через подзорную трубу. В один злополучный день линза из подзорной трубы выпала и угодила прямо в речку. По легенде речка украла у Вседержителя стекло, отсюда и название "Вор Скла".
На том и кончим назиданья,
Продолжив поиски добра!
Так вот, о Ворскле:по преданью
Пошло названье от Петра…
При переходе под Полтавой,
Через реку на берег правый,
Его трубы подзорной «скло»
«Нечистым» в воду унесло.
Искать – искали. Не нашлось…
С водой прозрачной «скло» слилось…
Беда с подзорною трубою!
Тиран вскипел, само собой,
Ведь «скло» пропало перед боем! –
Тут воровство! Али разбой!..
Река ли в этом виновата,
Но «скло» пропало –значит – «ВОР!»
Так и зовут реку с тех пор,
Как царь нарек ее когда-то…
Однако эта легенда не имеет ни малейшего реального основания. Ведь эта река так называлась в исторических документах с 1174 года, то есть за пять веков до рождения Петра I.
Считается, что гидроним Ворскла образован из этнонима «аорсы», — так называли народ, входивший в состав сарматских племен. Позже (до XIV в.) этот этноним был унаследован тюрко-язычными кыпчаками. Второй элемент названия «кол» в тюркском, монгольском, маньчжурском языках «река, долина», то есть река получила название от тюрков по проживавшему на ней народу аорсы.
На самом деле, как утверждают историки, (В. Посухов «Що повідали назви полтавських річок») название реки – намного более древнее. Относится оно к тем далеким временам, когда на наших землях селились прапращуры славян – племена угро-финского происхождения. «Ворскла», а по-старому «Вороскол», - это угро-финский гидроним, а состоит он из двух слов – «Вор», что значит «лесной» и «Оскол» - это «поток, речка с перекатами». Интересно, что у нашей Ворсклы, таким образом, есть «родной братец» - Оскол, протекающий в Харьковской области. То есть, «Вороскол» - это «лесной Оскол».
Какая гладкая река!
Чиста от ряби, словно льдина,
В ней бал справляют облака,
Для взора чудная картина.
Двойные будто берега:
Один действительный, реальный,
В воде деревья и луга,
Другой, как в сказке, виртуальный.
Славная и великая Ворскла. И пусть ты не такая как была раньше, но ты, Ворскла, остаёшься для меня самой любимой!
Глубина до 2-4 м, в то же время в верхнем и среднем течении часто встречаются мелководные участки. Дно песчаное, на разливах илистое. Многочисленные песчаные пляжи. Покрывается льдом в начале декабря и вскрывается в марте. Питание реки смешанное.
Ворскла в старину была судоходной. Попадающиеся в ней остатки якорей и больших судов служат доказательством этого. В наше время река Ворскла не имеет торгового значения; она несудоходна, так как маловодна.
Главная роль в питании принадлежит талым снеговым водам, а также дождевым и грунтовым водам. Межень приходится на лето (июль - август), а иногда в начале осени из-за сильного истощения грунтовых вод. Покрывается льдом в середине декабря – январе. Освобождение реки от ледового покрова наступает в конце марта - первой половине апреля. Русло реки зарегулировано плотинами ГЭС и шлюзами, регулирующими уровень воды в реке возле Головчино, Грайворона, Великой Писаревки, Куземина, Деревки, Миськи Млынки, Вакуленцы, Нижние Млыны, Кунцево, Перегоновка.
1.2 Источники загрязнения реки Ворскла
В современных условиях интенсивного воздействия на компоненты природной среды всѐ более актуальными становятся проблемы антропогенной нарушенности ландшафтов. Белгородская область является одним из таких регионов, где резко увеличилось антропогенное воздействие на речную сеть, вызывая различного рода загрязнения. Под загрязнением реки понимают снижение их биосферных функций и экологического значения в результате поступления в них вредных и ядовитых веществ. Загрязнение пресных вод стало столь значительным, что вызывает тревогу. Основными источниками загрязнения поверхностных вод являются:
1. Загрязнение сточными водами в результате промышленного производства, минеральными и органическими удобрениями в результате сельскохозяйственного производства, а также коммунально-бытовыми стоками. Ведет к эвтрофикации водоемов – обогащению их питательными веществами, приводящим к чрезмерному развитию водорослей и гибели других экосистем водоемов с непроточной водой (озер и прудов), а иногда к заболачиванию местности;
2. Загрязнение тяжелыми металлами. Нарушает жизнедеятельность водных организмов и человека;
3.Механическое загрязнение. Повышает содержание механических примесей; 4. Бактериальное и биологическое загрязнение. Связано с разными патогенными организмами, грибами и водорослями [1].
1.3. Биоиндикация загрязнения водоемов с помощью ряски.
Под биоиндикацией понимают, прежде всего, оценку антропогенных или испытывающих антропогенное влияние факторов среды на основе изменения количественных (или качественных) характеристик биологических объектов и систем. Для целей биоиндикации водной среды очень перспективными являются высшие водные растения. Они имеют крупные размеры, их несложно учитывать и диагностировать их состояние.
С помощью этого простого метода вы можете определить степень чистоты воды в различных водоемах – прудах, озерах, речках. Биоиндикатором служит ряска малая - небольшие растения, плавающие на поверхности или в толще воды, состоящие из листецов – листовидных стеблей, скрепленных по несколько штук между собой, от которых отходит единственный короткий нитевидный корешок. При основании листеца имеется боковой кармашек, в котором может развиваться крошечное соцветие, состоящее из двух тычиночных и одного пестичного цветков. В естественных водоёмах ряски цветут редко. Цветки имеют простое строение: тычиночные состоят только из одной тычинки, а пестичные имеют один пестик; ни лепестков, ни чашелистиков в таких цветках нет. В течение теплого периода времени растение размножается вегетативно, с помощью молодых листецов, отделяющихся от материнского растения. Зимует ряска в виде почек, опускающихся на дно вместе с отмершим растением.
Семейство рясковых обладает очень высокой чувствительностью к загрязнению окружающей среды. Это свойство семейства можно использовать при изучении степени антропогенной нагрузки на водный биогеоценоз. При использовании данного метода биоиндикации не требуется дорогостоящего оборудования и химических реактивов. Однако следует учитывать, что хотя методы биоиндикации не дают 100%-ной точности полученных результатов, они позволяют реально оценить сложившуюся экологическую ситуацию [2].
2. Практическая часть работы
2.1 Изучение органолептических показателей воды
Органолептические показатели позволяют определить физические свойства воды с помощью органов чувств (зрения, обоняния, вкуса)[3]. Нашей задачей было определить такие характеристики воды, как цвет, мутность (прозрачность), запах, вкус и привкус.
Опыт 1. Определение прозрачности воды.
Прозрачность воды является важным признаком ее доброкачественности. Прозрачностью не менее 30 см должны обладать воды, подаваемые для питьевого водоснабжения без осветления. Уменьшение прозрачности природных вод свидетельствует об их загрязнении.
Нами выбран метод определения прозрачности воды, основанный на изменении высоты водяного столба, сквозь который типографический шрифт становится плохо различимым.
Оборудование:
1. Высокий стеклянный цилиндр с плоским дном, диаметр 2,5 см.
2. Шрифт с высотой букв 2 мм, толщина линий букв 0,5 мм.
3. Линейка.
Ход определения: нами отобрана проба воды, которую мы предварительно взболтали и налили в цилиндр. Установили сосуд неподвижно над шрифтом на высоте 4 см от его дна. Сливали воду до тех пор, пока сверху через слой воды не будет виден шрифт. Далее определили высоту столба позволяющего читать шрифт и измерили её линейкой. Измерения повторили три раза и вычислили среднее арифметическое значение измерений. Высота столба оказалась равной 41 см, что соответствует оценки прозрачности – прозрачная.
Опыт 2. Определение интенсивности запаха воды.
Различают две группы запахов: запахи естественного и искусственного происхождения. Запахи естественного происхождения обусловлены живущими и отмирающими в воде организмами, влиянием берегов, дна, почв, грунтов и т.д. Запахи искусственного происхождения возникают при загрязнении вод промышленными и сельскохозяйственными отходами[5]. Характер запаха определяли при температуре 20 °С. Для усиления интенсивности запахов воду можно подогреть до 60 °С.
Оборудование:ведро, чистая пластиковая бутылка
Ход определения: в коническую колбу налили исследуемую воду на 2/3 объема, закрыли пробкой и сильно встряхнули. Затем открыли колбу и определили характер и интенсивность запаха. В пробе воды запах отсутствует.
Опыт 3. Определение температуры воды.
Температура – это показатель, который определяет скорость химических и биологических процессов, происходящих в водоёме. Измерения проводились в конце сентября 2017 года.
Оборудование:
Термометр в металлической оправе.
Образцы воды
Ход определения: температура воды определялась с использованием ртутного термометра в металлической оправе (цена деления 0,1 °С), сразу после отбора пробы. Среднее значение температуры воды составило +17 °С.
Опыт 4. Определение цветности.
Цветность является важным физико-химическим показателем качества воды, от которой зависят ее органолептические свойства.
Цветность воды определяет присутствие соединения железа, металлов, а также содержащихся в воде растворенных органических веществ, например водорослей. Сточные воды, попадающие в реку, могут придавать воде различные оттенки. Например, красноватый цвет вода приобретает, если попадают в неё стоки с химических заводов.
Цветность воды мы определяли визуальным способом, сравнивая с дистиллированной водой.
Оборудование:
Стеклянный прозрачный цилиндр с плоским дном.
Белый лист бумаги.
Ход определения: пробирку заполнили водой до высоты 10-12 см и ставим на лист белой бумаги. Рядом с отобранной пробой поставили такой же цилиндр с дистиллированной водой и сравнили цвета. При достаточном боковом освещении (дневном, искусственном) определили цветность воды, выбирая подходящий оттенок. В ходе данного опыта, мы выяснили, что вода в реке имела слабо-желтый цвет, близкий к бесцветному.
Опыт 5. Определение мутности воды.
Мутность воды обусловлена наличием в воде мелких взвешенных частиц и микроорганизмов, способных рассеивать свет. Мутность пробы воды устанавливается в соответствии со шкалой, характеризующей мутность:
Прозрачная
Слабомутная
Мутная
Очень мутная
Оборудование:
1.Стеклянный прозрачный цилиндр с пробой воды
2. Источник света (окно)
Ход определения: цилиндр заполнили водой до высоты 10-12 см и поместили перед источником света. При рассмотрении пробы взгляд направлен перпендикулярно направлению лучей света. В ходе данного опыта мы выяснили, что вода в реке прозрачная, не имеет взвешенных частиц и микроорганизмов.
Опыт 6. Определение наличия осадка.
Оборудование:
Стеклянная колба с пробой воды
Линейка
Ход определения: половину колбы объемом 200 мл заполнили водой и хорошо взболтали. Через 1 час осмотрели колбу с водой. В результате визуального осмотра установили, что осадка нет вообще (отсутствует вовсе), вода осталась прозрачной. Все полученные органолептические результаты представили в таблицу № 1. (смотри приложение 1)
Биоиндикационные исследования загрязнения водоёма с помощью ряски
Исследования качества воды в реке Ворскла проводились в сентябре 2017 года. Согласно инструкции, ковшом собрали ряску с поверхности площадью примерно 0,5 м. Все плавающие растения вместе с небольшим количеством воды поместили в ведро.
Дальнейший анализ проводился в школьном кабинете биологии. Разделили пробу примерно на 3 равные части, в каждой из которых содержалось по 30 особей. Взятую часть разделили по видам, пользуясь схемой-определителем: 1 – ряска трехдольная, 2 – ряска малая, 3 – ряска горбатая, 4 – многокоренник обыкновенный.
А. Корней на материнском щитке или на крупных дочерних - несколько (больше одного); (если корни не развиты: материнский щиток крупный - 5-10 мм) - многокоренник обыкновенный (4), если корень один – смотри пункт Б.
Б. Щиток вытянутый, на верхушке заостренный - ряска трехдольная (1), если щиток округлый - смотри пункт В.
В. С нижней стороны щитка отчетливо выраженное вздутие - ряска горбатая (3); вздутия на нижней стороне нет - ряска малая (2).
Воспользовавшись приведённым выше определителем, было установлено, что в нашей реке присутствует только один вид ряски – ряска малая (Lemna minor). Затем было определено общее число щитков у ряски малой и среди них - число щитков с повреждениями, рассчитано отношение числа щитков к числу особей.
На следующем этапе работы подсчитали количество поврежденных щитков у всех особей. К повреждениям относятся черные и бурые пятна (некроз) и пожелтение (хлороз). Количество и размеры пятен не учитывались на щитках ряски.
В водоёмах, загрязнённых органическими веществами, ряска малая быстро размножается вегетативным способом, поэтому каждое растение будет иметь несколько щитков.
Затем определили процент щитков с повреждениями от общего количества щитков всех растений ряски малой. В итоге полученные результаты были оформлены в таблицу №2 (смотри приложение 2)
На следующем этапе исследовательской работы мы определили класс качества воды в реке Ворскла методом экспресс оценки с использованием биоиндикатора - ряски малой в соответствии с
представленной таблицей №3 (смотри приложение 3).
В результате проведённой работы установлено, что:
Единственным видом семейства рясковых, населяющим обследованный нами пруд, является ряска малая (Lemna minor).
Из 90 обследованных растений обнаружено 16, имеющих повреждения.
На одно растение в среднем приходится 2,76 щитка, из которых 0,48 щитка имеют повреждения.
Процент особей с повреждениями – 17,4%.
Среднее отношение числа щитков к числу особей 2,76.
Средняя степень загрязнения водоёма 3,0 (III-ий класс загрязнения из пяти возможных): вода умеренно загрязнённая.
Общие выводы по работе:
В таблице полученных данных прослеживается чёткое преобладание 3 класса загрязнения реки Ворсклы. Это связано с тем, что конце лета-начало осени (сентябрь) степень загрязнения воды несколько увеличивается ввиду естественного отмирания водных растений в конце вегетационного периода, т.е. вторичного загрязнения, что приводит у увеличение степени загрязнения водоема.
При визуальном осмотре растений было отмечено, что у ряски малой отмечается наличие хлорозов и некрозов, морфологические отклонения (увеличение количества щитков у растений, листецы светло-зеленые, заметная степень их разъединения, отсутствие корней у некоторых растений)
Высшая водная растительность является объективным индикатором
состояния водной среды экосистемы. Использование методов биоиндикации загрязнения водоёмов с помощью макрофитов, и в частности, растений семейства рясковые, позволяет получать интегральную оценку состояния качества водной среды.
В целом, экологическое состояние реки Ворскла в с. Головчино оценивается как удовлетворительное
Несмотря на кажущееся относительное благополучие, следует решать на муниципальном и региональном уровнях вопрос о чистоте и охране природных водных объектов
Рекомендации
Предлагаем силами учащихся Головчинской СОШ с УИОП провести очистку побережья реки Ворсклы от бытового мусора.
Администрации Головчинского сельского поселения совместно с СЭС Грайворонского района осуществлять контроль за состоянием качества воды
Продолжать работу по ликвидации несанкционированных свалок на побережьях реки Ворсклы на всем ее протяжении на территории Головчинского сельского поселения и исключать размещение автотранспорта;
Не допускать попадания сточных вод в реку Лозовая, а из нее в Ворсклу.
Использовать инновационные разработки использования очистных сооружений сахарного комбината «Большевик».
Освещать в районной газете «Родной край», на школьном сайте информацию о проводимых мероприятиях по очистке и охране данного водного объекта.
Заключение
Выполнение этих рекомендаций, на мой взгляд, позволит сохранить незатронутыми техногенными воздействиями воды реки Ворсклы и позволит наслаждаться чистой водой, о которой сказал великий французский философ и писатель Антуан де Сент-Экзюпери: «Вода, нельзя сказать, что ты необходима для жизни, ты – сама жизнь, ты самое большое богатство на Земле».
Загрязнение воды - одна из главнейших проблем, для решения которой необходима консолидация усилий всех без исключения членов мирового сообщества: ученых, политиков, общественников и простых граждан. Каждый житель нашей планеты должен понять, что гидросфера Земли - это наше общее богатство, и включиться в активную борьбу по её охране.
Используемая литература:
1. Белгородоведение: Учебник для общеобразовательных учреждений /под ред. В.А. Шаповалова. – Белгород: Изд-во БелГУ, 2002. – 410 с., ил.
2. География Белгородской области: Учеб. Пособие. Часть первая: Природа; Часть вторая: Население и хозяйство / 3-е изд., и доп. – М.: Изд-во МГУ, 2008. – 136 с.
3. Григорьев Г. Н. География Белгородской области. Издательство БГУ. 1996 – 143с.
4. Мансуров С. Е., Кокуева Г.Н. Школьный практикум. Следим за окружающей средой нашего города. Москва. 2001 – 111 с.
5. Петин А. Н., Петина В. И. Белгородоведение. Учебник для общеобразовательных учреждений/ Под ред. В. А. Шаповалова. – Белгород: Изд-во 43 БелГУ, 2002. – 410с., ил.
6. Петин А. Н. Малые водные объекты и их экологическое состояние. Белгород. 2005 – 238 с.
7. Экология Белогорья в цифрах: монография / А. В. Дегтярь, О. И. Григорьева, Р. Ю. Татаринцев.
14