VII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Зоопланктон прудовой части Муринского ручья как показатель экологического состояния

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Бисимбиев М.Б. 1

---

1ГБОУ Лицей № 179 Калининского района города Санкт-Петербурга

Обуховская А.С. 1

---

1ГБОУ лицей 179 Калининского района Санкт-Петербурга

Работа в формате PDF

333.2 KB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Оценка загрязнения водоема может осуществляться по физико-химическим показателям и методами биоиндикации [Константинов, 1979]. В осенний период 2016 года была проведена комплексная экспедиция на Муринский ручей с целью экологического мониторинга. Исследовали гидрохимические показатели [Гончаров, 2015] и бентос [Иванов, 2015]. Настоящая работа посвящена исследованию зоопланктона прудовой части ручья. Сведений о зоопланктоне Муринского ручья в научной литературе не обнаружено.

Актуальность. Данные о составе зоопланктона имеют значение для исследования биоразнообразия городских водоемов и дополняют информацию об экологическом состоянии данного водного объекта. Практическая значимость работы связана с рекреационным использованием прудовой части Муринского пруда.

Гипотеза. Зоопланктон Муринского пруда является показателем его загрязнения.

Цель. Оценить уровень загрязнения разных участков прудовой части Муринского ручья по зоопланктону.

Задачи:

Определить состав зоопланктона в прудах;

Рассчитать плотность организмов;

Рассчитать индексы разнообразия, сапробности и трофии.

1. Литературный обзор

Краткие сведения загрязненности прудовой части Муринского ручья

Муринский ручей протекает по городской территории с северной части Санкт-Петербурга. Он является правобережным притоком реки Большая Охта. Его длина равна 9,3 км (на территории района 5,8 км), а площадь водосборного бассейна – 33,0 км ². Ручей мелкий (глубина 0,3-0,7м), имеет малую скорость течения (0,15-0,2м/сек). В ручей через коллектор Водоканала впадают ливневые сточные воды [Охрана окружающей среды…, 2005].

В верховье ручья, выше плотины у Светлановского проспекта находится пруд. Здесь нет официальных выпусков сточных вод, и пойма ручья благоустроена – визуально вода была чистой, прозрачной. Зарастаемость пруда высшей водной растительностью в 2004-2005 годах составила 10-20%. Прозрачность воды, измеренная по диску Секки, в прудах была равна 0,5-1,2 м. [Охрана окружающей среды…, 2006]. Дно водоёма сильно заилено.

В 2011 году в прудовой части ручья был обнаружен источник загрязнения в верховье пруда, который определён как несанкционированные сточные воды садово-паркового предприятия Выборгского района [Павлюц, 2012]. Этот источник присутствует до сих пор.

Элементами благоустройства до недавнего времени были два ресторана, которые загрязняли пруд. В 2014 был ликвидирован ресторан у Северного проспекта, а в 2015 – у проспекта Луначарского [Гончаров, 2015].

Источником повышения концентрации легкоокисляемых органических (БПК₅) и биогенных веществ в Муринском пруду являются внутриводоёмные процессы - разложение органического вещества и выделение из донных отложений. Источником загрязнения может быть поверхностный сток, грунтовые воды, атмосферный перенос [Водные объекты…, 2002].

Индикаторная роль зоопланктона

По мнению многих исследователей, в настоящий период происходит ухудшение состояния городских водоемов из-за антропогенного воздействия, что является одной из важнейших экологических проблем. Зоопланктон, как и другие группы гидробионтов, отражает общее состояние водоемов, служит надежным индикатором качества воды и играет важную роль в самоочищении водоемов [Фефилова, Кононова, 2010; Круглова, 2015]. Для биоиндикации и мониторинга водоема используют видовой состав зоопланктона, соотношение его таксономических групп, количественные показатели, структуру популяций [Андроникова, 1996]. В видовом составе выявляются индикаторные организмы по системе сапробности Кольквитца-Марсона – олигосапробы, бета- и альфамезасапробы, полисапробы. Используя эти данные, рассчитывают индекс Пантле-Бука для оценки уровня органического загрязнения [Константинов, 1979]. Другой способ оценки состояния водоема – определение его трофии. Для расчета индекса трофии в списке видов предварительно обозначают виды характерные для олиготрофных и эвтрофных водоемов [Мяэметс, 1980]. Возможно также использование информационного индекса разнообразия Шеннона [Константинов, 1979; Мяэметс, 1980]. Из литературных источников известно, что во многих загрязняемых водоемах значительное количество беспозвоночных гибнет. Поскольку гибель организмов может считаться более весомым показателем неблагополучия экосистемы, чем видовой состав, появились специальные исследования по выявлению мертвого планктона с использованием красителей [Дубовская, 2009].

Таким образом, согласно литературным источникам, по зоопланктону можно судить о состоянии водоема. Имеется несколько методов оценки уровня загрязнения.

2. Материалы и методы

Материалом для работы послужили пробы зоопланктона, отобранные 10 октября 2016 года в прибрежье в 5-ти пунктах прудовой части Муринского ручья. Исследованные пункты показаны на карте-схеме (рис.1). Характеристика пунктов: 1п – подвержен влиянию несанкционированных стоков, 2п – 500 м от места поступления сточных вод (на первом перегибе пруда), 3п - у Северного проспекта, 800 м от стоков, 4п - на втором перегибе пруда, 1100 м от стоков, 5п – у плотины.

Рис.1. Схема пунктов отбора проб в Муринском ручье, - точка поступления сточных вод ГУП «Водоканал».

Отбор зоопланктона осуществлялся по следующей методике. 50 л воды процеживали через планктонную сеть с диаметром ячеи 122 мкм (рис. 2).

Рис. 2. Отбор проб зоопланктона в Муринском пруду

Пробу фиксировали 4% формалином (добавляли формалин до лёгкого запаха) [Методические рекомендации…, 1982].

Обработку проб проводили по общепринятой методике [Методические рекомендации…, 1982]. Подсчет организмов осуществляли в камере Богорова при увеличении 20^х. Детальное рассмотрение организмов было проведено под микроскопом при увеличении 200^х и 400^х. Определение видов произведено по определителю под редакцией В.Р. Алексеева и С.Я. Целолихина [2010].

Расчеты:

1 . Плотность зоопланктона определяли по формуле:

где n– количество организмов в пробе, экз., V_воды– объём процеженной воды в м³.

Данные о составе зоопланктона использовались для традиционной биоиндикации по индексам.

2. Индекс сапробности (Ŝ) рассчитан для всех организмов (живых и мертвых) по формуле Пантле-Бука [Константинов, 1979]:

г де S_i – индикаторная значимость вида; h_i - его плотность; N - число видов индикаторов. Значение S_i определяли по таблицам [Информационная…, 2009]. Для оценки уровня загрязнения по индексу Ŝ использовали шкалу, заимствованную из методических указаний Роскомгидромета [Организация и проведение…, 1992]:

3. Индекс трофии рассчитан по [Мяэметс, 1980]:

где число видов: K – коловраток, А – веслоногих рачков, Y – ветвистоусых рачков; x – число видов, свойственных мезо- и эвтрофным озёрам, y – олиго-мезотрофным озёрам. Данный индекс позволяет выявить трофический статус водоемов:

4 . Индекс разнообразия низших определяемых таксонов (НОТ) по формуле Шеннона (Н):

где n_i- плотность каждого таксона; N – суммарная плотность всех таксонов. Критерии загрязнения проб по показателю Н были следующими. Значение индекса разнообразия (Н) меньше 1 свидетельствовало о значительном загрязнении пункта. Если индекс Н был равен 3 и более, такой пункт считался чистым.

3. Результаты исследований

3.1. Видовой состав зоопланктона

В осенний период 2016 года в прудовой части Муринского ручья было обнаружено 34 таксона, из них 28 типичных представителей зоопланктона и 6 нетипичных (табл. 1). Наиболее часто встречаемыми таксонами, обнаруженными на всех пунктах, были Cyclops sp., Calaniformesspp., Ceriodaphia reticulata. В 4-х пунктах встречены Diaphanosoma brachiurum, Simocephalus serulatus.

Общее количество таксонов в каждом пункте колебалось от 12 до 17. Максимум наблюдался в пункте 3. В этом же пункте наблюдалось максимальное количество представителей бентоса [Иванов, 2015]. Минимум отмечался в пункте, подверженном влиянию несанкционированных сточных вод (пункт 1).

Таблица 1

Видовой состав зоопланктона в прудовой части Муринского ручья, 10 октября 2016 года

*Инд.S – индивидуальный индекс сапробности, ** s – степень с апробности: x-o –ксено- -олигосапроб, о – олигосапроб, o-b – олиго- - бетамезосапроб, b – бетамезосапроб.

Количественную основу зоопланктона (зоопланктонный комплекс) составляли 2-3 вида, доля которых в общей плотности организмов была от 85 до 95% (табл. 2).

В большинстве пунктов (в пунктах 2-5) в состав зоопланктонного комплекса входил рачок Ceriodahpnia reticula (рис. 2). В трех пунктах этот рачок доминировал, причем степень доминирования была больше 90% (табл. 2). Согласно интернет-источникам, данный вид является мелким (самка 0,5-1,7 мм, самцы не более 0,8 мм) и характерен для небольших эвтрофных водоемов. Встречается как в небольших прудах, где может быть доминирующим видом, так и в литорали больших озер [ЭР-1, ЭР-2]. Хотя специальных замеров нами не проводилось, по визуальной оценке, цериодафнии в Муринском пруду были мелкими, не достигающими размеров 1 мм.

Согласно материалам Российской информационной системы [Информационная…, 2009], данный вид является бетамезосапробом с индивидуальной сапробностью 1,7, то есть показателем вод не очень загрязненных.

Рис. 2. Ceriodahpniareticula [ЭР-3]

В пункте 5 перед плотиной, хотя в зоопланктонный комплекс входил рачок Ceriodahpniareticulate, доминировал другой рачок группы кладоцер - Bosmina longirostris (рис. 3). Этот вид является широко распространенным по всему миру, обычен в озерах и прудах, обычен для прибрежья. Это тоже мелкий вид – самки от 0,4 до 0,6 мм, самцы от 0,4 до 0,5 мм [ЭР-5]. Тело босмины заключено в раковину, нижнезадние углы которой вытянуты в выросты, называемые мукро (mucro). Эти выросты у отдельных форм различно развиты, в редких случаях полностью отсутствуют. Самым отличительным признаком босмин является сильное развитие антеннул, которые имеют вид двух длинных, обычно согнутых придатков, у самок неподвижно соединенных с рострумом головы, у самцов подвижных [ЭР-6]. Это олиго- - бетамезосапробный вид с индивидуальной сапробностью 1,55 [Информационная…, 2009].

Помимо перечисленных видов в зоопланктонный комплекс включен ветвистоусый рачок Simocephalus serulatus (рис. 4). Этот вид был на втором месте по численности в пункте 2, хотя его принадлежность зоопланктонному комплексу относительна – доля составляла всего 2% от общей плотности, то есть его статус – редкий вид [Андронникова, 1996]. Это озерный вид, часто встречающийся в литорали и в верхних более теплых слоях воды. Размеры не превышают 1 мм [ЭР-]. Это олигосапробный вид с индивидуальным коэффициентом сапробности 1,3 [Информационная…, 2009].

Рис. 3. Bosminalongirostris[ЭР-4]

Рис. 4. Simocephalusserulatus[ЭР-7]

Существенно отличался по составу зоопланктона от других пункт 1 в верхней части пруда. Здесь доминировали копеподы, причем количественное соотношение циклопов и каланоид было примерно одинаковым - 37% (табл. 2). Видовая принадлежность этих групп копепод нами не выявлялась. Индикаторное значение не учитывалось. В этой же пробе было обнаружено наибольшее количество коловраток.

Таблица 2

Зоопланктонный комплекс в разных пунктах Муринского пруда

3.2. Плотность организмов

Плотность зоопланктона в прибрежье Муринского пруда изменялась от 14,5 до 70,5 тыс. экз/м³. Максимум плотности был отмечен в верхней части пруда, минимум на первом перегибе пруда в пункте №2 (рис. 5). В целом плотность была не высокой по сравнению с возможной в летнее время и сопоставима с осенней плотностью в прудах Сосновского парка [Поздняков, Ткачев, 2012].

Рис. 5. Плотность зоопланктона в различных пунктах Муринского пруда,

10 октября 2016 года.

Соотношение разных групп зоопланктона показано на рис.6. По этому показателю пункт №1 также резко отличался от остальных. Основу численности здесь составляли копеподы. В других пунктах – кладоцеры. В первом пункте в отличие от других присутствовали в заметном количестве коловратки (рис. 6).

Рис. 6. Плотность групп зоопланктона в различных пунктах Муринского пруда,

10 октября 2016 года.

3.3. Оценка уровня загрязнения и трофии по индексам

Индекс сапробности Пантле-Бука в осенний период 2016 года был от 1, 60 до 1,69, то есть соответствовал «умеренно загрязненному» водоему. Несколько более низкие значения индекса сапробности в пунктах 1 и 5 не выходили за пределы данного уровня загрязнения. В целом различия между пунктами не существенные.

Индекс сапробности в различных пунктах Муринского пруда,

10 октября 2016 года.

Для расчета индекса трофии было не достаточно исходных данных. В нескольких пробах коловратки отсутствовали, в этих пробах было условно принято, что количество видов коловраток равно 1. Полученные значения индекса трофии соответствовали мезотрофным (Е<1) и даже олиготрофным условиям (Е<0,2).

Индекс трофии в различных пунктах Муринского пруда,

10 октября 2016 года.

Индекс разнообразия НОТ был в пределах от 0,68 до 2,23. Согласно данному индексу, Муринский пруд не является чистым: пункты 1 и 5 –умеренно-загрязненные, пункты 2-4 сильно загрязненные. Низкие значения индекса Н в пунктах 2-4 связаны с наличием сильного доминанта.

Индекс разнообразия зоопланктона в различных пунктах Муринского пруда,

10 октября 2016 года

Заключение

Муринский пруд исследовался гидробиологической группой более 10-ти лет. Было показано, что большая часть водоема является умеренно загрязненной по гидрохимическим показателям [Гончаров, 2015] и показателям бентоса [Иванов, 2015]. В то же время вершина пруда часто была сильно загрязненной, что объяснялось поступлением туда загрязнений от Садово-паркового предприятия.

Проведенная нами оценка состояния Муринского пруда по зоопланктону в осенний период 2016 года показала противоречивые результаты. С одной стороны получено подтверждение оценки водоема как «умеренно загрязненного». Об этом свидетельствуют следующие факты:

- в видовом составе преобладали олиго- и бетамезосапробные виды (табл. 1);

- значение индекса сапробности на всех пунктах различалось несущественно (от 1,60 до 1,69) и соответствовало «умеренно загрязненному» водоему (рис. 7);

- в планктонном сообществе большинства пунктов присутствовал сильный доминант кладоцера Ceriodaphia reticulata (табл. 2).По мнению И.Н. Андронниковой [1996], присутствие сильного доминанта - это такой структурный показатель, который свидетельствует о нестабильности экосистемы, связанной с антропогенным воздействием.

С другой стороны не получено достаточных свидетельств о большем уровне загрязнения вершины пруда. Этот пункт отличался от остальных по всем показателям зоопланктона. Здесь отмечалась наибольшая плотность организмов (рис.5), в видовом составе преобладали копеподы (табл. 2, рис. 6), индекс разнообразия был выше, чем в других пунктах (рис. 9), что позволяло считать его даже более благополучным. Лишь по индексу трофии пункт можно считать более загрязненным. Однако этот индекс рассчитан не достаточно корректно.

Отличия характеристик зоопланктонного сообщества пункта 1 от остальной акватории мы связываем с особенностями температурного режима этого участка.

В момент исследования температура здесь была на 2 градуса выше, чем в других пунктах и равнялась 13⁰С.

Выводы:

1. Зоопланктон Муринского пруда можно считать показателем его состояния, так как в целом данные согласуются с оценками по зообентосу и гидрохимическим характеристикам.

2. По характеристикам зоопланктона пруд является умеренно загрязненным водоемом.

3. Зоопланктонное сообщество пруда не стабильно по структурным показателям, поэтому одноразовые исследования могут давать противоречивые результаты.

Список использованных источников:

Алексеев Р.В., Цалолихин С.Я. (ред.) Определитель зоопланктона и зообентоса пресных вод Европейской России. Том 1. Зоопланктон/ М: Товарищество научных изданий КМК, 2010.- 495 с.

Андроникова И.Н. Структурно-функциональная организация зоопланктона озерных экосистем. – СПб: Наука,1996. – 189 с.

Водные объекты Санкт-Петербурга/ под ред. Кондратьева С.А. и Фрумина Г.Т. – СПб., 2002.- 348 с.

Гончаров Н. Школьный мониторинг гидрохимического режима Муринского ручья/ Архив ДДЮТ, 2015, 22 с.

Дубровская О.П. Не связанная с хищниками смертность планктонных ракообразных, ее возможные причины (обзор литературы)//журнал общей биологии.-2009.-т.70,№2.-с.168-1922008

Иванов И. Биомониторинг Муринского ручья по макрозообентосу прибрежья/ Архив ДДЮТ, 2015, 25 с.

Информационная система «Фундаментальные проблемы оценки состояния экосистем и экологическое нормирование», 2009 – http//ecograd/belozersky.msu.ru/

Мяэметс А.Х. Изменения зоопланктона. В кн.: Антропогенное воздействие на малые озёра. – Л: «Наука», 1980, с. 54-64.

Методические рекомендации по сбору и обработке материалов при гидробиологических исследованиях на пресноводных водоемах. Зоопланктон и его продукция. Л.:ГосНИОРХ,1982.- 33 с.

Поздняков Д., Ткачёв И. Осенний зоопланктон прудов Сосновского парка/Рукопись. Архив ДДЮТ, 2012.-17 с.

Семенова А.С. Индикаторная роль зоопланктона в оценке экологического состояния Куршского залива/ Автореферат дис. На соиск.уч.степ. к.б.н., Борок, 2010.- 30 с.

Фефилова Е.Б., Кононова О.Н. Сезонные изменения зоопланктона в высокотрофных малых водоемах/Известия Самарского научного центра РАН, т.12,№1(4), 2010.- с. 974-979.

Экологическая система Нарочанских озёр/ под ред. Г.Г.Винберга.-Минск: Изд-во «Университетское», 1985.- 303 с.

Интернет-ресурсы:

1. ЭлектронныйопределительсемействаDaphnidae - Great Lakes Waterlife Photo Gallery Zooplankton Waterfleas Gallery Family Family Daphnidae - http://www.cladocera.de/cladocera/taxonomy/cer.html

2. Ceriodahpnia reticulaкраткиесведения -

http://www.nina.no/archive/nina/PppBasePdf/NINA-Infomateriell/2007/krepsdyrfaktaark/walseng_Ceriodaphnia%20reticulata.pdf

3. ИзображениерачкаCeriodahpnia reticula- http://cfb.unh.edu/cfbkey/html/Organisms/CCladocera/FDaphnidae/GCeriodaphnia/Ceriodaphnia_reticulata/ceriodaphniareticulata.html

4. ИзображениеBosmina longirostris -

https://encrypted-tbn3.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcSmTvVYWXMPFdwrGlycxFXyqiYn4ISSPRE4LqAKiScU59ViY9tU3g

5. Описание вида Bosminalongirostris- http://animaldiversity.org/accounts/Bosmina_longirostris/

6. Строение босмины - http://www.zoofirma.ru/knigi/gidrobiologija/9431-stroenie-bosminy-bosmina.html

7. ИзображениеSimocephalus serulatus - http://www.bernhard-lebeda.de/coppermine/albums/userpics/10002/normal_DSCN4127.JPG