VI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Экологическое состояние пруда «Коровка» методом биоиндикации с использованием беспозвоночных

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Овчаренко А.Ю. 1

---

1МАОУ СОШ №15

Харцызова Е.М. 1

---

1МАОУ СОШ №15

Работа в формате PDF

89.5 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Сегодняво многих странах мира на одном из первых мест стоит проблема глобального экологического кризиса, которая требует радикального и неотложного решения.

Одним из средств преодоления глобального экологического кризиса, актуальной задачей всех цивилизованных стран, в том числе нашего государства, является интенсивность развития экологического образования.

Экологическое образование нацелено на формирование новой личности интеллектуальной, творческой, нравственной, обладающей экологическим мышлением, осознающей значение окружающей среды и готовой к рациональному природопользованию. Чрезвычайно актуальной становится проблема использования в практике экологического образования мониторинговых исследований состояния окружающей среды и, в частности биоиндикационных исследований, позволяющих определить уровень антропогенного воздействия на природную среду по состоянию обитающих в ней живых организмов – биоиндикаторов.

«Плоха та птица, которая загрязняет собственное гнездо»говорит народная пословица. Загрязнение местности, нерациональное расходование природных ресурсов, приводит к уничтожению экосистем, в том числе и экологической чистоты. В последние время, посещая пруд, мы стали наблюдать ухудшение состояния пруда, воды в нём становится меньше, стало заметно его неблагополучное состояние. Так родилась тема нашей исследовательской работы «Экологическое состояние пруда «Коровка» методом биоиндикации с использованием беспозвоночных».

Своей работой хочу показать, что лучшими показателями качества воды могут быть живые организмы, которые быстро реагируют на изменение среды. Однако, живые организмы не могут указать дозу загрязняющих веществ. Биологические методы дают комплексную оценку качества воды, учитывают взаимодействие разных загрязняющих веществ в водоеме.Свободно живущие личинки ручейников, а также поденок являются наиболее чувствительными организмами.

Актуальность нашего исследования заключается в том, что данный пруд является местом отдыха граждан нашего района, местообитанием пресноводных рыб , местом питания водоплавающих птиц.

Методы исследования просты, но дают полную картину поставленных задач и целей, что дает возможность изучить анализ воды, флоры и фауны даже на внеклассных занятиях по биологии, химии, экологии, что влечет за собой большие воспитательные задачи.

Объектом нашего исследования является пруд «Коровка», расположенный в микрорайоне Железнодорожный города Балашиха.

Цель: Предварительная оценка степени загрязнения пруда Коровка с использованием водных организмов как биоиндикаторов.

Задачи:

Изучить способы и методы оценки экологического состояния водной экосистемы пруда;

Изучить теоретическую основу проведения биоиндикационных исследований;

Выявить причины загрязнения пруда;

Привлечь внимание общественности к решению данной проблемы.

Наши гипотезы:

1.Качество воды в пруду ухудшается в результате воздействия антропогенных факторов;

2.Меры по очистке пруда и исключение воздействия антропогенных факторов помогут сохранить пруд на долгие годы.

Методы исследования:

1.Изучение литературы по данной теме;

2.Метод визуального наблюдения;

3.Экспериментальное изучение качества воды в пруду с использованием беспозвоночных животных;

4.Фотофиксация;

5.Обработка полученных данных.

Практическая значимость проекта: данная исследовательская работа может являться практическим результатом для осознания всей экологической обстановки. Ее можно использовать на уроках биологии , химии и географии , а также при проведении тематических мероприятий. Также планируем опубликовать наш проект на сайте нашей школы.

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

1. История появления пруда

Словно необъятная россыпь драгоценностей растеклись по нашей земле ручьи, речки, озёра и пруды. Одни из них, естественные существуют тысячелетиями, другие - антропогенные, появились в определенные годы или времена. Документальных сведений об образовании реки мне найти не удалось .Согласно отчету по инженерно-экологическим изысканиям воды пруда безнапорные, то есть ключи пруда отсутствуют. Первый от поверхности водоносный горизонт – «верховодка» образуется во время весеннего снеготаяния , а также во время промывных дождей. В засушливый период водоносный горизонт может полностью исчезать. Этот пруд был сохранен при строительстве микрорайона в качестве элемента благоустройства. Строительство микрорайона спровоцировало значительное понижение уровня грунтовых вод , в результате чего пруд обмелел.

Начиная свою работу, мы познакомились с различными литературными изданиями, которые касаются гидробиологических исследований и проблем загрязнения водоёмов. Мы узнали, что проблема загрязнения вод на планете сейчас стоит особо остро. Водоёмы загрязняются сточными водами промышленных и коммунальных предприятий, нефтепромыслов, выбросами водного, железнодорожного и автомобильного транспорта.

Для исследования были выбраны водные животные: личинки стрекоз, поденок, комаров и другие обитатели указанные в таблице. Во многих источниках (Басс 2001г); (Боголюбов А.С. 1996г) есть методики , по которым можно определить степень загрязненности вод, приведены приемы забора проб и описаны специальные инструменты. Для исследования качества воды в водоеме использовали методику (П.В. Машкина.) Исследуя водных обитателей, делим их на группы, каждая группа имеет набор своих представителей, которые указывают на качество вод. Для этого используем методы биоиндикации описанные в работах «Экосистемы» (Боголюбов,1996г). Другая часть видов, обитающих в узких пределах условий окружающей среды, не выдерживают даже небольшого загрязнения и исчезает — такие виды являются хорошими индикаторами низких уровней загрязнения. Основные методы исследования мы взяли из книги (Басс М.Г.) «Проведение комплексной весенней учебной практики школьников», где последовательно описаны этапы исследования., что я и взял на вооружение. В книге «Биологические исследования в водоемах» (автор Долгов Г.И.) подробно описывает приемы и методы биоиндикации водоемов России, но многое может быть использовано и для изучения малых водоемов.

2.Биоиндикационные исследования состояния окружающей среды

как составная часть экологического мониторинга.

В большом энциклопедическом словаре понятие мониторинг рассматривается как «наблюдение, оценка и прогноз состояния окружающей среды в связи с хозяйственной деятельностью человека».

В справочнике «Охрана природы» мониторинг определяется как «система наблюдения и контроля за состоянием окружающей среды, состоящая из трех ступеней: наблюдения, оценки состояния и прогноза возможных изменений».

Биоиндикационные исследования подразделяются на два уровня: видовой и биоценотический. Видовой уровень включает в себя констатацию присутствия организма, учет частоты его встречаемости, изучение его анатомо-морфологических, физиолого-биохимических свойств. При биоценотическом мониторинге учитываются различные показатели разнообразия видов, продуктивность данного сообщества.
Нас интересовал, главным образом, биологический мониторинг, под которым понимается «система наблюдений, оценки и прогноза любых изменений в живой природе, вызванных антропогенной деятельностью».

Структура биологического мониторинга строится, исходя из принципа, основанного на уровнях организации биологических систем. Молекулярному уровню организации соответствует генетический мониторинг, клеточному уровню - биохимический, организменному - физиологический, популяционному и биогеоценотическому уровням - экологический мониторинг.

Одним из основных элементов биологического мониторинга является экологический мониторинг.

Подробнее остановимся на экологическом мониторинге.

Главной целью экологического мониторинга является наблюдение, оценка и прогноз состояния абиотической составляющей биосферы (в том числе изменение уровней загрязнения природной среды), ответной реакции экосистем на эти изменения и антропогенных изменений в экосистемах.

Способ оценки антропогенной нагрузки по реакциям на нее живых организмов и их сообществ получил название биоиндикации, а сами организмы - биоиндикаторов.

Биоиндикаторы – группа особей одного вида или сообщество, по наличию или состоянию и поведению которых судят об естественных и антропогенных изменениях состояния среды, в том числе о присутствии и концентрации загрязнителей.

Элементом биоиндикационных исследований является биотестирование – определение реакции конкретного организма или его отдельных частей на воздействия негативных факторов (загрязнителей).

В качестве биоиндикаторных организмов могут использоваться растительные и животные организмы.

Из животных в качестве биоиндикаторов могут использоваться беспозвоночные, которые обладают преимуществами перед позвоночными животными и растительными объектами и, как правило, кратковременный онтогенез. Эти особенности следующие:

1) существенно облегчают культивирование беспозвоночных в лабораторных условиях;

2) позволяют иметь необходимое количество тест - объектов для получения статистически достоверных и воспроизводимых данных;

3) за достаточно короткий срок дают возможность проследить реакции тест - объектов на рассматриваемые факторы в ряду поколений.

В лабораторных условиях с помощью беспозвоночных животных можно тестировать субстраты всех компонентов наземных и водных экосистем. Позвоночные животные также могут с успехом использоваться в качестве биоиндикаторов состояния окружающей природной среды. Их удобнее всего использовать для неспецифической биоиндикации, когда регистрируется реакция организмов на комплекс факторов: смена pH среды, действие загрязнителей, изменение структуры биотопа и другие. Комплексную оценку реакции популяции или сообщества невозможно получить инструментальными методами исследования, которые дают ответ на вопрос об особенностях действия кого-либо одного фактора на конкретный вид, то есть при специфической биоиндикации. В этом и состоит преимущество использования различных характеристик популяций животных или их сообществ для целей биоиндикации.

Вряд ли найдётся человек, который скажет о себе: « Я не люблю природу». На словах её любят все. Однако любовь проявляется, прежде всего, в реальных делах и поступках, в желании защитить и сохранить природу. Почему же многие люди, оказавшись наедине с природой, считают, что она ничья; относятся к ней потребительски? Почему не знают и не стремятся узнать, как грамотно вести себя в природе, чтобы не причинять ей вреда? Некоторые думают, что вреда не будет, если собрать охапку цветов, поймать птенца, помыть машину в реке. А это совсем не так. Мы должны вести разъяснительную работу, для того, чтобы становилось как можно больше экологически грамотных людей. Необходимо действовать! Наша задача состоит в том, чтобы препятствовать дальнейшему загрязнению пруда.

3.Описание района исследования.

Климат резко-континентальный, с холодной зимой и жарким летом. Зима холодная, с сухим морозом и малым количеством снега. Весна начинается в середине апреля и длится более месяца. Значительный снежный покров сходит быстро из- за больших значений солнечной радиации и сильных ветров. Быстрое повышение среднесуточных температур сопровождается частыми заморозками. Этот период характеризуется большой засушливостью и солнечной погодой с ветром.

Лето длится 3,5 месяца до середины сентября и сопровождается теплой, зачастую жаркой погодой. Усиление циклонической деятельности обеспечивает выпадение в этот сезон основной массы осадков, причем чаще всего во вторую половину лета, когда в район частично проникает влажный воздух Тихого океана. Осень наступает быстро, длится около месяца и характеризуется прохладной, более сухой, солнечной погодой. Интенсивные ночные заморозки бывают уже при высоких дневных температурах.

4.Материал и методы исследования.

  Для оценки состояния водоема мною  использовался индекс Майера,  применяемый для любых типов водоемов.

Индекс Майера — наиболее простая методика биоиндикации, при которой не нужно определять беспозвоночных с точностью до вида.  В ней используется принцип приуроченности различных групп водных беспозвоночных к водоемам с определенным уровнем загрязненности. Организмы — индикаторы отнесены к одному из трех разделов: 1 — обитатели чистой воды, 2 — организмы средней чувствительности, 3 — обитатели загрязненных водоемов (См. приложение №1).

Объектами исследования были беспозвоночные животные. В основу были положены исследования с использованием методов биоиндикации. В первую очередь этот параметр интересен для подсчета ущерба популяциям при ухудшении экологической ситуации.

Пробы гидробионтов отбирались с помощью сачка, пластикового стакана с отверстиями. При отборе проб сачком я производил движения, похожие на движения косы при кошении травы, причем вел сачок против течения, проводил им ближе ко дну, по зарослям водной растительности, у камней. После каждого взмаха сачок вынимал, и пойманные организмы вытряхивал в тазик.

Каждая группа беспозвоночных имеет набор своих представителей, которые указывают на качество вод. После того, как организмы были пойманы, проведено их определение в полевых условиях. Для этого внимательно рассмотрел весь находящийся в тазике улов. Замеченных животных пинцетом вынимал из тазика и сажал в небольшие емкости с водой . Так их легче сосчитать и труднее потерять что-либо из улова. Особенно важно отсадить отдельно крупных животных (моллюсков) и хищников — они могут раздавить или съесть своих соседей.

5.Результаты исследования

Используя методику Индекс Майера определили, что вода в водоемах имеет различную степень загрязнения. Отмечаем, какие из приведенных в таблице групп были найдены. Каждый организм из 1 колонки умножается на 3(3Х). Каждый из организмов из 2 колонки умножается на 2(Y). Каждый организм из 3 колонки на 1(z) В итоге получается 3x + 2y + 1z = ∑ По значению суммы оценивают степень загрязненности водоемов: более 21 балла – очень чистая вода, 1 класс; 17- 21 балл –чистая вода, 2 класс; 11 – 16 – вода умеренно – загрязненная, 3 класс; менее 11 баллов – вода грязная , 4 – 7 класс (таблица№1)

Простота и универсальность метода Майера дают возможность быстро оценить состояние исследуемого водоема. Точность метода невысока. Но если проводить исследования качества воды регулярно в течение какого-то времени и сравнивать полученные результаты, можно уловить, в какую сторону изменяется состояние водоема.

В пробах, взятых нами в прибрежных зонах, обнаружены личинки поденок, личинки веснянок, личинки вислокрылок, личинки комаров-долгоножек, пиявки.

Итого: 1х3+1х2+3х1=9 баллов. Это означает 4 класс качества(таблица№2).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Резкое изменение и ухудшение экологической обстановки в мире, в том числе и в нашей стране, диктует необходимость решения проблемы экологического образования. Чрезвычайно актуальной становится проблема мониторинговых исследований состояния окружающей среды, в частности, биоиндикационных знаний. Проведенное нами исследование направленное на формирование умений переноса теоретических знаний экологической направленности на практическую деятельность учащихся по изучению влияния человека на окружающую среду, показала, что оно способствует успешному формированию у учащихся знаний, умений и навыков изучения состояния окружающей среды, связи обучения с практикой экологического воспитания школьников.

1) Мною освоен и применен на практике метод биоиндикации.

2) Пруд «Коровка», расположенный на территории микрорайона Железнодорожный в настоящее время находится в удовлетворительном экологическом состоянии.

3) На пруд воздействуют антропогенные факторы, способные вызвать изменение экологии водоёма.

4) Необходимо сдерживание данных факторов, для чего нужно организовать постоянный, экологический мониторинг водоёма.

5) Необходимо продолжать исследование воды из пруда во время весеннего снеготаяния, после него и летом. Сравнивать полученные данные, получать полную картину о состоянии пруда.

С данными, полученными во время реализации проекта, мы обратились с призывом к местным жителям. Но мы не остановимся на достигнутом и продолжим свою работу.

Таким образом, в ходе работы, мы доказали нашу гипотезу.

В ходе работы, конечно же, можно отметить и недостатки. Самый главный из них, на наш взгляд, явно недостаточное количество проб, и, как следствие, отсутствие статистической обработки данных.

Учитывая вышеотмеченные недочеты в работе, летом 2018 года мы планируем продолжить изучение пруда «Коровка» с использованием ряда других методик биоиндикации ( например, по количеству и состоянию ряски); химического анализа состояния воды.

Также мы планируем:

Обратиться к администрации города с просьбой установить контейнеры для сбора мусора

Провести в школе среди ребят конкурс рисунков «Сохраним нашу «Коровку» . Щиты с рисунками и результами выставить по берегам пруда.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Хейсин Е.М. Краткий определитель пресноводной фауны. – М.: Госуд. учебно-педаг. изд-во Мин-ва Просвещения РСФСР, 1962.

Федорос Е.И., Нечаева Г.А. Экология в экспериментах: учебное пособие для учащихся 10-11 классов общеобразовательных учреждений. М.: Вентана-Граф, 2007 г .

Попова Т.А. Экология в школе: Мониторинг природной среды: Методическое пособие- М.:ТЦ Сфера, 2005 г.

Пасечник В.В. Школьный практикум. Экология. 9кл. – М.: Дрофа, 1998. – 64с.

Олигер И.М. Краткий определитель позвоночных животных средней полосы Европейской части СССР. М. «Просвещение», 1971 г.

Кутикова Л.А., Старобогатов Я.И. Определитель пресноводных беспозвоночных Европейской части СССР. – Л.: Гидрометеоиздат, 1977г.

Гуленкова М.А., Красникова А.А. Летняя полевая практика по ботанике. М. «Просвещение», 1986 г.

8.Басс М.Г., Еремеева Е.Ю., Ляндзберг А.Р., Нинбург Е.А., Полоскин А.В. Проведение комплексной весенней учебной практики школьников. СПб.: Изд. СПбГДТЮ, 2001.

9.БоголюбовА.С. «Методы гидробиологических исследований: проведение измерений и описание рек.» М.: Экосистема, 1996.г

10. Буйволов Ю.А, Боголюбов А.С. Программа комплексного исследования загрязнений наземных экосистем (Введение в проблему мониторинга природной среды). Методическое пособие. М.: Экосистема, 1997 г.

Приложение №1.

Индекс Майера

Таблица №1.

Таблица №2. Наличие индикаторных групп пруда «Коровка»

Таблица№3. Значение Индекса Майера для пруда «Коровка»