IX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Сравнение двух методов биоиндикации при оценке качества воды реки Меча

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Сучкова М.М. 1

---

1ОГБУДО "Детский эколого-биологический центр"

Фокина Н.Н. 1

---

1ОГБУДО "Детский эколого-биологический центр"

Работа в формате PDF

10.7 MB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение .

Любое негативное воздействие на окружающую среду: загрязнение воздуха, почв, выпадение радиоактивных осадков, сброс вод и так далее, в силу замкнутости биотических процессов - неизбежно проявиться в виде изменения качества поверхностных вод, прежде всего, малых рек.

На малых реках проживает значительная часть населения, поэтому загрязнённая вода составляет угрозу здоровью людей. Медиками загрязнение подземных вод рассматривается как «бомба замедленного действия». Но в России контролю качества воды малых рек не уделяется должного внимания. (6)

На территории населенных пунктов: Н-Батурино и Старое-Батурино протекает одна из таких рек, река Меча. Это место расположения моего дачного участка Поэтому в конце лета мы с родителями проводим исследования качества ее воды.

В настоящее время существует два метода контроля состояния окружающей среды: инструментальный (физико-химические методы анализа) и биологический (методы биоиндикации). Физические и химические методы позволяют идентифицировать токсиканты, а также дают точную количественную информацию об их содержании.

Однако инструментальные методы имеют существенный недостаток – они не в состоянии дать оценку суммарного действия токсикантов, являющихся биологически активными веществами, на живой организм. (3)

В этом отношении бесспорным преимуществом обладают методы биоиндикации, с помощью которых представляется, возможно, оценивать влияние загрязняющий веществ на живые организмы в зависимости от дозы и времени их воздействия.

По определению Р. Шуберта, биоиндикаторами являются организмы или как патогенных, так и непатогенных факторов. Таким образом, биоиндикация оценивает патогенные факторы, но не непосредственно, а косвенно – через биологическое действие.(11)

В отечественной практике используется в основном первый метод. В мировой практике в основном метод - биоиндикации.

Не имея возможности использовать инструментальные (физико-химические методы анализа) мы используем в своей работе методы биоиндикации. В прошлом году (2018 г.) мы проводили исследования по методике С.Г. Николаева. В этом году провели исследования и по методике Саймона (при помощи биотических индексов ), и по методике Николаева, а также сравнили две эти методики.

Обзор литературы.

Одним из методов биоиндикации является система биоиндикаций С.Г. Николаева, которая позволяет идентифицировать 6 классов качества поверхностных вод в соответствие с градацией загрязнения водоёмов. В качестве индикаторных организмов рассматриваются макробеспозвоночные донные сообщества, имеющие длительные жизненные циклы, ведущих малоподвижный образ жизни и легко определяемые по атласу.

Данным методом можно пользоваться при обследовании как малых рек (протяженностью до 101 – 120 км), так и « незначительных» (до 10 км) и очень малых (от 11 до 20 км). (2)

В конце 2004 года в нашей области стартовала экологический проект под названием « Мониторинг водных объектов Рязанской области методом биоиндикации». Научное руководство осуществляли рязанские и московские учёные. Проект акцентировал внимание на проблеме чистоты малых рек и ручьёв, которых в области 895, и предполагал объединить усилия природоохранных госструктур, экологов, педагогов и учащихся 16 районов области. Все полученные данные должны были стекаться в областное управление природопользования, что позволило бы выявить степень загрязнения рек и разработать мероприятия по защите водного бассейна в регионе. (1)

В начале мая 2005 года в Рязани прошёл семинар практикум «Мониторинг водных объектов Рязанской области методом биоиндикации». Новый метод биоиндикации представил его разработчик – директор НПО «Института пресноводной аквакультуры» Сергей Николаев. По его словам предполагаемая технология определения загрязнённости воды предельно проста и эффективна.(7)

Экологический проект «Мониторинг водных объектов Рязанской области методом биоиндикации» выполнялся в течение 12-и месяцев с 15.12.2004г. до 15.12.2005 г.

Данный метод имел ряд преимуществ перед химическим, физическим и бактериологическим методами. Он позволял оценить последствия как постоянного, так и разового загрязнения, усредняя загрязняющий эффект по во времени.

В проекте приняли участие более 950 школьников и студентов, 50 учителей и педагогов дополнительного образования 16-и районов Рязанской области и города Рязани. Была дана оценка качества воды на 100 створах водных объектов. Это способствовало формированию гражданской позиции в решении экологических проблем Малой Родины и более эффективному развитию экологического обучения.

Участники проекта, работая на створах ближайших от своих школ реках, провели по 3 исследования качества воды весной, летом и осенью 2005 г.

Результаты исследований показали, что большинство малых рек Рязанской обладают довольно высокой способностью к самоочищению(3 класс качества воды), однако есть и водотоки, в которых загрязнение привело к практически полному исчезновению жизни, особенно это характерно для рек города Рязани. (5)

В Рыбновском районе были проведены исследования качества воды рек, протекающих вблизи города Рыбное, (Вожа, Дубянка). (9)

Кроме системы биоиндикации С.Г. Николаева для водотоков умеренного пояса, произвести оценку качества водной среды можно на основе определения величины биотического индекса, который рассчитывается по индивидуальным коэффициентам для каждой группы животных. Более высокий коэффициент характерен для чувствительных к загрязнению беспозвоночных (например, нимф веснянок и большинства поденок), тогда как для устойчивых к загрязнению животных (например, для кольчатых червей и личинок звонцов) величина коэффициента мала. (8)

Методика сбора и обработка индикаторных организмов.

Метод биологического анализа С.Н. Николаева позволяет идентифицировать классность качества воды конкретных речных участков (створов).

Выбранные участки реки должны отвечать следующим требованиям:

На них не должно быть затонов, которые характеризуются особыми физико-химическими и биологическими режимами.

Намечаемый для обследования створ следует располагать выше по течению от бродов, переездов, мест водопоя скота и массового купания людей.

Необходимо обследовать все многообразие биотопов речного ложа: отложения илов, песчаные, глинистые и в различной степени заиленные грунты; камни перекатов и зоны уреза воды; погруженные в воду сучья и стволы; подводные части мостов и гидротехнических сооружений.

При обследовании каждого намеченного створа реки важно обратить внимание на состояние прилегающей к реке территории.

Для проведения исследований необходимо:

Скребок и закидная драга.

Кювета или широкая емкость с плоским дном.

Важно проводить разбор собранного материала на месте. Для этого маленькие порции промытого грунта разбирают в кювете с небольшим слоем воды. Если есть затруднения в определении обнаруженных гидробионтов, мы их фотографируем и определяем при большом увеличение. Наиболее благоприятны время проведения исследований: весна и начало осени, когда вылет насекомых не начался или закончился, а их личинки достигли сравнительно крупных размеров.

При обследовании рек не принимают во внимание пустые домики ручейников, створки раковин беззубок, перловиц, шаровок, горошин, пустые раковины брюхоногих моллюсков.

Из списка обнаруженных таксонов определяется класс качества вод. В заранее подготовленной таблице 3 по каждому обнаруженному таксону любым знаком делается отметка в графах классов, согласно возможному диапазону существования этого таксона по таблице 2.

Если удалось отловить несколько особей одного таксона, в таблице делается только по одной отметке в каждом классе, а не по числу пойманных особей.

По окончании внесения отметок обнаружения таксонов, в каждом классе вспомогательной таблицы подсчитывается число отметок, умножается на величину индивидуальной классовой значимости (нижняя строка таб. 2) и получается суммарная индикаторная значимость таксонов в каждом классе. Принадлежность обследованного участка реки к определенному классу качества вод определяется по максимальной суммарной значимости в ряду с 1 по 5 классы.

При оценке качества воды на основе биотического индекса находят величины коэффициентов для каждой группы беспозвоночных, обнаруженных в воде, используя при этом таблицу №1. В этой таблице для каждого животного есть индивидуальный коэффициент. Если какое-либо животное не определено или не указано в таблице, его не принимают в расчет. Затем суммируют коэффициенты для всех животных, обнаруженных в воде, и получают индекс пробы. Индекс пробы делят на количество групп, обнаруженных в водной среде беспозвоночных, и получают среднюю величину индекса. Полученная величина называется биотическим индексом. Значение биотического индекса находится в интервале от 0 (безжизненный водоём) до 10 (горный ручей). Если это разбить по классам, то

1 класс – 9-10; 2 класс - 7-8; 3 класс – 5-6; 4 класс – 3-4; 5 класс - 1-2; 6 класс – 0.

Таблица №1

Характеристика района исследования.

Объект нашего исследования река Меча в районе д. Старое-Батурино, где по нашим наблюдениям ее вода является самой чистой на территории наших населенных пунктов: Н-Батурино и Старое-Батурино. Название такое получила якобы потому, что во время одного сражения при рукопашной схватке один из рыцарей уронил в нее меч. Но с таким названием есть речки в Тульской и Рязанской областях. Это крупнейший левый приток реки Вожи. Бассейн реки Мечи расположен на северо-восточном склоне Среднерусской возвышенности и на Константиновском плато на территории Московской и Рязанской областей. Река Меча берет начало в 3 км юго-западнее д. Плешки Московской области, впадает в реку Вожу в 30 км от устья. Длина реки Мечи в пределах Рязанской области 15 км, общая длина – 52 км, площадь бассейна – 607 кв. км. На Рязанском отрезке Меча принимает правые притоки Ройку (на границе с Московской областью), Пилис и Труботину. Устье левого притока р. Сосенки, протекающей по Константиновскому плато в западном направлении, расположенном в Московской области. Абсолютные отметки поверхности водосбора колеблются от 200 до 100м. Русло извилистое, шириной от 3,0-5,0 до 40-50м. Глубина реки от 0,5м на перекатах до 2,5-3,0 на плесах. Дно песчаное и песчано-илистое. Берега преимущественно крутые, местами обрывистые, разрушаемые, сложены в основном суглинками, высотой от 1,5 до 6,0м. [4]

Результаты исследований.

Из литературных источников известно, что наиболее благоприятным временем для исследований качества воды по методу биоиндикаций является весна или начало осени. [2] Нами были проведены исследования 22 августа 2018г. и 28 августа 2019 г.

В результате исследования воды реки Мечи, нами были обнаружены следующие беспозвоночные, являющиеся индикаторными таксонами в методике С.Г. Николаева: плоские пиявки, червеобразные пиявки, шаровки, беззубки, затворки, нейреклипсис, анаболия, красотки, плосконожки, единичный мотыль. Кроме того нами были обнаружены беспозвоночные, являющиеся индикаторами в методике с использованием биотического индкса: плоские черви, горошины, беззубки, речные чашечки, пиявки, нимфы красоток, нимфы равнокрылых стрекоз, водяные жуки, водомерки, большой и малый гладыш, водяные скорпионы, ручейники, живущие в домиках, свободноживущие ручейники, личинка комара-звонца.

Данные результаты, согласно таблице 2, вносим во вспомогательную таблицу 3.

Таблица №2

Таблица №3

Из данной таблицы видно, что вода в реке Меча в 2018 и в 2019 г. по методике С.Г. Николаева соответствует 4 классу качества – загрязненные воды.

Оценка при помощи биотических индексов показала следующие результаты: плоские черви 4+ горошины 3+ беззубки 6+ речные чашечки 8 пиявки 3+ нимфы красоток 8+ нимфы равнокрылых стрекоз 8+ водяные жуки 5+ водомерки 5+ большой 5 + малый гладыш 5+ водяные скорпионы 5 +ручейники, живущие в домиках 7+ свободноживущие ручейники 5+ личинка комара-звонца 2=79- индекс пробы.

Индекс пробы/ количество групп=Биотический индекс

79:15=5,13- биотический индекс –соответствует 3 классу качества- вода удовлетворительной чистоты.

Методика оценки качества воды при помощи биотических индексов была более простой, по сравнению с методикой С.Г.Николаева по следующим параметрам: 1) есть цветной опрелитель беспозвоночных животныхе , 2) больше индикаторных таксонов, а именно жуков и клопов,которых нет в методике С.Г.Николаева, 3) более простое разделения ручейников( на слободноживущих и в домиках), 4) упрощенное деления моллюсков. В данных методиках есть расхождения по некоторым таксонам: 1) горошина в методике С.Г. Николаева живет в чистой воде, а во второй методике в неудовлетворительной по чистоте воде, 2) живущие в домиках ручейники по методике С.Г.Николаев живут в более чистой воде, чем свободноживущи ручейники ; в методике с использованием биотических индиксов свободноживущие ручейники имеют меньший коэффициент, чем ручейники в домиках.

Выводы.

Результаты исследований с использованием двух методик:

1) при помощи биотических индексов осотносится к третьему классу качества – вода удовлетворительной чистоты. Обладая максимальным видовым разнообразием обитателей, эти водотоки проявляют высший уровень самоочищающей способности. Их воды посне неглубокой очистки пригодны для питьевых целей и без ограничений могут использоваться для рекреации, орошения и рыбоводства.

2) при помощи методики С.Г. Николаева вода в реке Меча в районе деревни Старое-Батурино в 2018 и 2019 годах относилась к четвертому классу качества – загрязненные воды

3. Оценка качества воды при помощи биотических индексов была более простой по сравнению с методикой С.Г.Николаева. В ней больше индикаторных таксонов, а именно жуков и клопов,которых нет в методике С.Г.Николаева; более простое разделения ручейников( на слободноживущих и в домиках); упрощенное деления моллюсков. В данных методиках есть расхождения по некоторым таксонам: горошина в методике С.Г.Николаева живет в чистой воде, а во второй методике в неудовлетворительной по чистоте воде; живущие в домиках ручейники по методике С.Г.Николаев живут в более чистой воде, чем свободноживущи ручейники в отличае от второй методики.

4. Методика С.Г.Николаева по нашему мнению дает более точный результат, чем методика биотических индексов .

Литература.

Баданов А. «Малые реки проверят на чистоту»// Парламентская газета.-2005-6 апреля-с3.

Гусева Н.П. «Полевой дневник юного исследователя природы Рязанского края» - Рязань,2007-64с.

Криволучкий Д.А. «Биоиндикация состояния окружающей среды Москвы и Подмосковья» - М.1981-118 с.

Кривцов В.А., Ананьева С.Н. «Природа Рязанской области».-Рязань,2008.-406 с.

Логинова О.Н., Барановский А.В. «Мониторинг водных объектов Рязанской области методом биоиндикации». // Труды Рязанского института управления и права. – 2006. – вып. 9 – с.183-184.

Николаев С.Г. и др. «Метод биологического анализа уровня загрязнения малых рек Тульской области. Временные методические указания»// - М,1992-50с.

Проект для рек.//Рязанские ведомости.-2005-с.1

Ричард Олтон, Анна Беббингтон. «Пресноводные беспозвоночные». Определитель основных форм пресноводных.// Вестник АсЭкО, №22-23, 2000.

Труды Рязанского института управления и права «Современные проблемы гуманитарных и естественных наук, « - вып.9 - с.5

Тезисы областной детской экологической конференции. - Рязань,2005. с.3-6;8-10;19-21;28-30.

Шуберт Р. «Возможности применения растительных биоиндикаторов в биолого-технической системе контроля окружающей среды». - Л,1982,с.110

Индикаторные таксоны Приложение №1

Исследования 2018 -2019 года Приложение № 2