VI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Определение чистоты воды р. Морская с помощью методов биоиндикации

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Жигунов Е.В. 1Сауляк А.О. 1

---

1Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение "Средняя общеобразовательная школа с. Новое"

Черепенникова В.С. 1

---

1МБОУ "СОШ с. Новое"

Работа в формате PDF

2.1 MB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Вода имеет важное значение во всех природных процессах, совершающихся на Земле и играет большую роль в практической деятельности человека. Многообразие явлений и процессов, происходящих в гидросфере с далеко не всегда разумным и не продуманным использованием воды, привело к обострению водной проблемы. Вода, считавшаяся ранее совсем бесплатным даром природы, приобрела ранг "ресурсов".            Сейчас человек столкнулся с проблемой получения чистой воды, безопасной для здоровья. Проблема состоит не в общем количестве ресурсов (воды в мире сейчас столько же, сколько было миллион лет назад), а в том, что 97% мировых запасов - соленая вода, а из оставшихся трех процентов воды 2/3 находится в виде льда, а 1/3 интенсивно растворяет загрязнение, которое дает человек.   Ученые пришли к выводу, что к 2030 году 47% населения планеты будут страдать от нехватки пресной воды. Основными поставщиками этого ресурса являются наши реки и озера. Их состояние сегодня – это возможность выжить завтра.

Целью исследовательской работы является определения чистоты воды р.Морская с помощью методов биоиндикации.

Цель реализуется через следующие задачи:

1) Составить характеристику исследуемого участка р.Морская

2) Познакомиться с биологическими методами оценки загрязнения пресных вод.

3) Изучить видовой состав водных беспозвоночных животных, обитающих в русле и служащих биоиндикаторами.

4) Посмотреть и сравнить видовой состав беспозвоночных биоиндикаторов на двух участках реки

Предметом исследования являются крупные беспозвоночные животные, являющиеся индикаторами степени загрязнения пресных текучих вод.

Гипотеза: Предполагаю, что хозяйственная деятельность человека приводит к определенной загрязненности вод реки, что отражается на видовом составе водных обитателей и, в первую очередь, на организмах, более чувствительных к загрязнению.

Методы сбора: на каждом участке проводился ручной сбор (рис.1Прилож.2) беспозвоночных с погруженных в воду камней. Определялась видовая принадлежность и подсчет пойманных экземпляров, их фотографирование.

 Практическая значимость данной работы заключается в том, что из-за нехватки экономических средств, нерационального отношения государства и общественности к состоянию природной среды, у человечества нет истинной картины нынешнего состояния окружающей среды, в том числе и водных ресурсов, что мешает критическому осмыслению положения дел, формированию нового экологического мышления (координальные изменения в отношениях с природой).

Работа включает в себя теоретическую часть, где изучаются методы исследования, биология беспозвоночных-индикаторов, и практическую часть, включающую в себя частичное видовое описание прибрежной растительности объекта, обнаруженных водных беспозвоночных на различных участках, результаты исследования и выводы.

Срок выполнения данной работы: начало июня 2015 год – время активного движения транспорта через р.Морская.

2. Используемые методы изучения

2.1. Биологические методы оценки загрязнения вод

Биоиндикация, или биологические методы оценки загрязнения – это определение степени загрязнения среды с помощью живых организмов. Этим методом можно определить только общий уровень загрязненности, но не определить точных концентраций того или иного вещества. Они относительно дешевы и не требуют специального оборудования. Биологические методы дают комплексную оценку качества воды, учитывают взаимодействие разных загрязняющих веществ и помогают в том случае, когда источник загрязнения имеет переменную мощность или непостоянный химический состав.

Несмотря на то, что естественные условия водоемов и виды загрязнений очень разнообразны, можно выделить несколько универсальных реакций сообществ водных организмов на ухудшение качества воды. Прежде всего, это:

1) Уменьшение видового разнообразия (в 2 – 4, а иногда и в десятки раз).

2) Изменение обилия водных организмов.

Причем обилие может, как снижаться, так и расти по сравнению с нормальным состоянием сообщества (при высоких загрязнениях остаются немногие, но устойчивые к загрязнению виды животных, в таких условиях они достигают очень высокого обилия).

Именно эти закономерности применяются во многих методиках биоиндикации.

2.1.1. Биологический индекс Вудивисса

Это один из наиболее надежных и широко используемых в мире методов биологической оценки качества воды. Индекс Вудивисса учитывает сразу два параметра донного сообщества: общее разнообразие беспозвоночных и наличие в водоеме организмов, принадлежащих к «индикаторным» группам. В эти группы объединены животные, характеризующиеся определенной степенью сопробности. При повышении степени загрязненности водоемов представители этих групп исчезают из него примерно в том порядке, в котором они приведены в таблице №1:

Таблица№1 Биотический индекс Вудивисса

* - кроме вида Baetis rhodani.

Индекс используется только для исследования рек умеренного пояса и дает оценку их состояния по пятнадцати бальной шкале.

В начале определяют, какие индикаторные группы имеются в исследуемом водоеме. Поиск начинают с наиболее чувствительных: веснянок, затем поденок, ручейников и т. д. (см таблицу№1). Если в исследуемом водоеме имеются нимфы веснянок (самые «чуткие»), то дальнейшая работа ведется по первой или второй строке таблицы№1. По первой – если найдено несколько видов веснянок, и по второй – если найден только один вид. Если нимф веснянок в пробах нет – ищем нимфы поденок и так далее.

Методика Вудивисса не требует определить всех пойманных животных с точностью до вида. Достаточно определить количество обнаруженных в пробах «групп» бентосных организмов. Определив количество обнаруженных в пробе групп, находим соответствующий столбец в таблице№1.

На перекрестке найденных столбца и строки в таблице№1 находим значение индекса Вудивисса, характеризующее исследуемый водоем.

От 0 до 2 баллов – он сильно загрязнен, относится полисапробной зоне, водное сообщество находится в сильно угнетенном состоянии. Оценки 3 – 5 баллов говорит о средней степени загрязненности, а 6 – 7 баллов о незначительном загрязнении водоема. Чистые реки обычно получают оценку 8 – 10 баллов, а особенно богатые водными обитатели участки могут быть оценены и более высокими значениями индекса.

2.1.2. Индекс Майера

Основные преимущества метода: никаких беспозвоночных не нужно определять с точностью до вида; годится для любых типов водоемов. Метод использует приуроченность различных групп водных беспозвоночных к водоемам с определенным уровнем загрязненности. Организмы-индикаторы отнесены к одному из трех разделов (см. таблица№2).

Таблица№2 Индекс Майера

Нужно отметить, какие из приведенных в таблице№2 индикаторных групп обнаружены в пробах. Количество обнаруженных групп из первого раздела таблицы№2 необходимо умножить на 3, количество групп из второго раздела – на 2, а из третьего – на 1. получившиеся цифры складывают. Значение суммы и характеризует степень загрязненности водоема. Если сумма более 22 – вода относится к первому классу качества. Значение суммы от 17 до 21 говорят о втором классе качества. От 11 до 16 баллов – третий класс качества. Все значения меньше 11 характеризуют водоем как грязный.

2.2. Видовой состав водных беспозвоночных животных, обитающих в руслах пресноводных рек Сахалинской области, служащих биоиндикаторами

1) Обитатели чистых вод: личинки веснянок, личинки поденок, личинки ручейников, личинки вислокрылок, двустворчатые моллюски

2) Организмы средней чувствительности: бокоплав, речной рак, личинки стрекоз, личинки комаров – долгоножек, моллюски-катушки, моллюски-живородки.

3) Обитатели загрязненных водоемов: личинки комаров – звонцов, пиявки, водяной ослик, прудовики, личинки мошки, малощетинковые черви. ( Приложение 1)

2.3. Пресноводные беспозвоночные, встреченные в р.Морская

1) Дикосмекус – размер до 20 мм. Личинки строят домики из песчинок. (рис.12)

2) Неофилах уссурийский – размер до 10 мм. Личинки строят домики из песчинок и мелких камешком (рис.14).

3) Поденка – личинка без домика, размеры до 5мм, прячется под камнями (рис.11,15)

2.4.1. Общая характеристика представителей отряда ручейники

(Приложение 1)

На дне многих пресноводных водоемов – чистых быстрых ручьев и заросших прудов – можно обнаружить удивительные существа, которые живут в трубчатых домиках, сооружаемых ими из различных мелких частиц, лежащих на дне.

Взрослые ручейники – довольно нежные насекомые, похожие на полосатых молей. Отличить ручейника от бабочки легче всего по крыльям – у бабочек крылья покрыты чешуйками, а у ручейников – полосками. Голова довольно крупная с фасеточными глазами и обычно с тремя простыми глазками между ними.

Усики длинные, нитевидные, ротовые органы редуцированы, в частности совсем нет жвал, а остальные ротовые части преобразованы в короткий хоботок с язычком. Взрослые ручейники не питаются, но могут пить воду. Эти, в общем, малозаметные невзрачные насекомые летают неохотно и вяло.

После спаривания самки ручейников откладывают в воду студенистые комочки яиц – «икру». Из яиц выходят личинки, которые у большинства видов с места в карьер начинают строить себе паутинный чехлик из шелковой нити, выделяемой видоизмененными слюнными железами. Чехлик инструктируется подходящими мелкими частицами, лежащими на дне и доступными личинке. Личинка никогда не выходит из воды и дышит всей поверхностью кожи всего удлиненного брюшного отдела тела. Брюшко личинок имеет не только очень тонкие, легко проницаемые покровы, но нередко несет и многочисленные еще более нежные жаберные выросты, увеличивающие поверхность газообмена с водой.

2.4.2. Общая характеристика представителей отряда поденки

(Приложение 1)

У поденок две пары сетчатых прозрачных и очень тонких крыльев, причем передние всегда гораздо крупнее задних, а на конце брюшка три или две тонких хвостовые нити. В период размножения поденки совершают «танец»: быстро махая крыльями, они взмывают вверх, а затем замирают и плавно совершают падение.

Взрослые поденки не питаются, ротовые органы у них недоразвиты, а кишечник превращен в воздушный пузырь. После спаривания самцы погибают, а самки откладывают яйца.

Все личинки поденок развиваются в воде. Их отличительная особенность – длинные хвостовые нити. Обычно их три, реже две. На первых семи члениках брюшка находятся трахейные жабры. Хвостовые нити помогают личинкам плавать, двигаясь в вертикальной плоскости. Большинство личинок поденок обитают в быстрых ручьях и реках, и лишь некоторые в стоячих водоемах. Живут по-разному – некоторые ползают среди зарослей водных растений, другие сооружают норки в отвесных берегах, есть формы, роющиеся в иле, а есть живущие под камнями, прикрепляющиеся к их нижней стороне в бурных потоках, – таких легко узнать по широкому сплющенному телу.

Питаются по-разному. Часть хищничает, многие кормятся детритом, илом, есть фильтраторы.

Жизнь личинки длится два, три года. За это время личинка многократно линяет.

3. Определение чистоты воды р.Морская с использованием методов биоиндикации

3.1. Характеристика исследуемого участка

Выбранное для изучения место находится в 5 километрах от с.Новое к югу (прилож.2рис1.). В десятке метров проходит ЛЭП, а между двумя исследуемыми участками - дорога, используемая в весенне-летний и осенний период. Моста нет, и поэтому транспорт проезжает по водам ручья, вызывая загрязнение (прилож.2 рис.2). Первоначальные посещения связаны со сбором папоротника. Кроме этого, река нерестовая. Во время хода горбуши воздействие человека на природу участка усиливается, далее идут сборы грибов, ягод. Весной и осенью добавляется охота. Общий вид участка сохраняет следы деятельности человека, но прибрежная растительность более богата видами, чем в окрестностях села. Из деревьев – это ива и ольха Максимовича, кустарников – шиповник тупоушковый, малина, высокотравья – кокалия копьевидная, лабазник, гречиха сахалинская, крестовник коноплевидный (Приложение 2рис. 3-6).

Ширина речки не более полутора метра, глубина в местах забора 60 –выше, на том же расстоянии. 80 см. Визуально вода определяется прозрачной по всей глубине водоёма. Каждый исследуемый участок составлял 1кв. метр по течению реки. Камни для обнаружения объектов брались погруженные в воду ближе к центру водотока (у окраины наблюдается колебание уровня воды в зависимости от количества выпадаемых осадков).

3.2. Видовой состав беспозвоночных биоиндикаторов на первом участке реки

Первое место забора находилось в трех метрах ниже по течению от брода (прил.2рис7). На нижнем участке обнаружено сравнительно большое количество видов водных беспозвоночных: 28 домиков ручейников двух видов и 9 личинок ручейников, 2 личинки подёнки (от двух до пяти столбик по индексу Вудивисса – табл.1) . Больше всего представителей семейства limnephilidae Дикосмекус (прилож.2 рис.8-9-10-11). Причём, на одном камне по несколько объектов (прилож.2 рис.12)

По индексу Вудивисса, равному 5 баллам, можно говорить о средней степени загрязнении данного участка водоёма.

3.3. Видовой состав беспозвоночных биоиндикаторов на втором участке реки

На втором участке, который находился выше по течению на три метра (прилож.2 рис.13) обнаружено 58 домиков ручейников, 18личинок ручейников , 12 личинок подёнок (прилож.2 рис.14-15). По индексу Вудивисса определяем степень чистоты воды по табл.1: наиболее чувствительными являются поденки, по их количеству определяем балльность. Она равна 7.

Оценки 3 – 5 баллов говорит о средней степени загрязненности, а 6 – 7 баллов о незначительном загрязнении водоема. Чистые реки обычно получают оценку 8 – 10 баллов, а особенно богатые водными обитатели участки могут быть оценены и более высокими значениями индекса.

Результаты осмотра показывали, что в речке Морская присутствуют беспозвоночные, которые чувствительны к загрязнению. А это значит, что вода в реке не сильно загрязнена, но, во-первых, при сравнении (Приложение 3рис.1-2) двух участков количество особей и видовое разнообразие уменьшается при увеличении антропогенного воздействия: проезда автомобильного транспорта. Только в случае непостоянного вмешательства была возможность для восстановления водных беспозвоночных-индикаторов на участке, находящемуся ниже по течению речки. Если это будет продолжаться, то в недалеком будущем разнообразие обитателей реки Морская значительно сократиться, особенно ниже по течению.

Заключение

1) Речка Морская является типичной рекой Сахалинской области, как по природному происхождению, так и по антропогенному воздействию.

2) В результате анализа методов биоиндикации по оценке загрязнения текучих вод можно выделить основные достоинства и недостатки.

Все методы биоиндикации широко используются для оценки антропогенного воздействия на биоценозы водных экосистем. При любых неблагоприятных условиях разнообразие видов в биоценозе уменьшается, а численность устойчивых видов возрастает. Кроме этого методы биоиндикации имеют общие недостатки:

- Численность большинства организмов имеет четко выраженную сезонность и зависит от погодных условий

- Для большинства методов требуется квалифицированные специалисты в определении видов.

В условия этой работы наиболее приемлем был метод Вудивисса

3) Некоторые крупные беспозвоночные, обитатели текучих вод, такие как личинки ручейников, веснянок, поденок чувствительны к загрязнению антропогенного характера, и поэтому могут служить показателями чистоты водоемов.

4) В водах реки Морская встречаются виды беспозвоночных, по которым можно определить степень загрязнения водного бассейна

Данный материал говорит о необходимости организации мониторинга за водными биоценозами, пропаганде экологического образа жизни.

Список литературы и источников

1) Абакумов В.А., Бубнова Н.П. Контроль качества поверхностных вод СССР по гидробиологическим показателям. Обнинск: Гидрометеоиздат, 1979.

2) Алимов А.Ф., Финогенова Н.П. Оценка степени загрязнения вод по составу донных животных. Методы биологического анализа пресных вод. Л., Изд. ЗИН АН СССР, 1974.

3) «Бумеранг» Сахалинская областная общественная организация

4) Глаголев С.М., Чертопруд М.В. Летние школьные практики по пресноводной гидробиологии. Методическое пособие МЦНМО, 1999.

5) Ляндсберг Артур Рэмович, заведующий лабораторией «Эфа» отдела биологии Санкт-Петербургского городского Дворца творчества юных.

6) Макрушин А.В.Биологический анализ качества вод. Л.: Изд.ЗИН АН СССР, 1974.

7) Методы гидробиологических исследований: проведение измерений и описания рек. М.: Экосистема, 1996.

8) Райков Б.Е., Римский-Корсаков М.Н. Зоологические экскурсии. М.: Топикал, 1994.

9) Олтон Ричард, Беббингтон анна, Беббингтон Джон. Пресноводные беспозвоночные.

10) Руководство по методам гидробиологического анализа поверхностных вод и донных отложений. Л.: Гидрометеоиздат, 1983.

11) Соколов В.Е. Т.2. Моллюски. Иглокожие. Хордовые. Ракообразные. М.: Просвещение, 1988 – 447 с., 64 л. ил.: ил.

12) Сахалинский лес – неосознанная трагедия. Южно-Сахалинск, 1999.

13) Экологические маршруты Сахалина и Курил. Южно-Сахалинск, 2008.

Приложение 1

Представитель отряда поденок (имаго)

Личинка поденки

Личинки поденки

Личинка ручейника

Личинкии домики ручейников

Личинка веснянки

Личинки веснянки

Представитель отряда бокоплавов

Приложение 2

Рис.1 План расположения исследуемого участка

Рис.2 Проезд транспорта через р.Морская

Рис.3 Сахалинское высокотравье: кокалия копьевидная

Рис.4 Сахалинское высокотравье: лабазник (шаломайник)

Рис.5 Сахалинское высокотравье: гречиха сахалинская

Рис.6 Сахалинское высокотравье: крестовник коноплевидный

Рис.7 Первое место забора

Рис.8 «домики» представителей семейства limnephilidae Дикосмекус

Рис.9 «домики» представителей неофилаха уссурийского

Рис.11 Личинка ручейника и личинка подёнки

Рис.12 Множество «домиков» дикосмекуса

Рис.13 Общий вид участка №2

Рис.14 «домик» представителей неофилаха уссурийского (участок 2)

Рис.15 «домик» представителей семейства limnephilidae Дикосмекус и личинка подёнки

Приложение 3

Рис.1Разнообразие и численность позвоночных на 1 – 2 участках (вниз по течению реки)

Рис.2 Сравнение чистоты вод участков по индексу Вудивисса