«Оценка экологического состояния участка Воронежского водохранилища методом биоиндикации»

МБОУ СОШ № 20 города Воронежа

Экологический проект

«Оценка экологического состояния участка Воронежского водохранилища методом биоиндикации».

Автор проекта:

Ученик 11класса

Гарнага Иван.

Руководитель проекта:

учитель биологии

Лопарева Э.В.

2016 год.

Содержание

I. Введение………………………………………………………. стр. 3

1.1. Вступление/актуальность…………………………………... 3

1.2. Цель…………………………………………………………. 3

1.3. Объект исследования……………………………………….. 4

1.4. Методики исследования…………………………………….. 5

II. Исследовательская деятельность………………………… 7

2.1. Методика оценки состояния воды по индексу Майера.. 7

2.2. Взятие проб гидробионтов…………………………………… 8

2.3. Определение видового состава гидробионтов……………… 9

2.4. Оценка качества воды ……………………………………….. 10

III. Заключение……………………………………………………. 11

IV.Выводы……………………………………………………….. 11

V. Список использованной литературы……………………... 12

VI. Приложения…………………………………………………. 13

1.Введение.

1.1. Актуальность работы:

Экологические условия среды обитания определяют здоровье современного человека. Проблема загрязнения окружающей среды в целом и водных экосистем в частности является одной из актуальных в современном индустриальном обществе. Особенно остро она проявляется в густо заселенных человеком территориях, как правило, это городская среда. На урбанизированных территориях сообщества многих организмов подвергаются сильному антропогенному прессу из-за изменений условий обитания. Источником загрязнения вод во многих случаях являются коммунальные сточные воды (канализация, бани, прачечные, больницы и др.) Особенно загрязняют водоемы и губительно отражаются на развитии водных организмов сточные воды разнообразных химических заводов. Это сказывается на видовом разнообразии экосистем, численности и структуре входящих в их состав популяций.
Природа Воронежа и Воронежского водохранилища испытывает сильное отрицательное влияние человека, так как город разрастается на глазах. Изменяется и облик «Воронежского моря». На прибрежной части появляются рыбацкие поселки, развлекательные центры, кафе, ангары. Здесь располагается огромное число промышленных предприятий и жилых застроек. Именно поэтому состояние природных комплексов вызывает сильную озабоченность и большую тревогу.

К сожалению, не всегда есть возможность проводить комплексные научные исследования, требующие больших материальных затрат и специального оборудования. В таких случаях можно использовать метод биоиндикации, получивший в последнее время широкое признание и распространённость.

Однако целью данной работы является не только оценка биоразнообразия и устойчивости водных биоценозов, но и привлечение внимания школьников к данной проблеме, что особенно актуально в перспективе дальнейшего ухудшения экологической обстановки. Именно в школьном возрасте наиболее удачно можно привить внимание к проблемам охраны природы и бережного к ней отношения.

1.2. Целью работы являлась оценка качества воды с помощью метода биоиндикации. Этот метод основан на определении степени чистоты воды с помощью обитающих в ней гидробионтов (организмов, обитающих в водной среде).

1.3. Объект исследования: верховье Воронежского водохранилища.

Воронежское водохранилище образовалось в 1972 г. за счет перекрытия р. Воронеж. Гидротехнические сооружения гидроузла, обеспечивающие уровень воды в водохранилище, находятся в створе п. Шилово Советского района города.

Река Воронеж - левый приток р. Дон, протяженность реки - 331 км, площадь водосбора составляет 21570 км². В черте города река протекает в ассиметричной долине, правый склон ее высокий и крутой, изрезанный глубокими оврагами и балками, левый - выположенный. Река только до с. Чертовицы характеризуется естественным режимом, а на территории г. Воронежа она зарегулирована Воронежским водохранилищем . Ниже гидроузла река протекает в естественном русле. Таким образом, единственный не зарегулированный участок р. Воронеж в черте городского поселения находится между выпуском водохранилища и устьем реки, а его протяженность составляет 4,6 км.

По своим морфологическим характеристикам Воронежское водохранилище представляет собой мелководный водоем руслового типа с замедленным водообменом, полным отсутствием регулирующей емкости и практически постоянным уровнем воды.

Основные проектные параметры водохранилища:

• длина - 35 км,

• средняя ширина - 2 км,

• максимальная ширина - 2,5 км,

• площадь водного зеркала - 70 км²,

• объем воды при нормальном подпорном уровне (НПУ) -204,0 млн. м³;

• средняя глубина - 2,9 м;

• площадь мелководья с глубиной до 10 м - 20 км²;

• протяженность береговой линии - 85 км.

В настоящее время водохранилище изменило свои размеры и характеристики по сравнению с проектными: при сокращении площади водоёма происходит увеличение его средней глубины. За годы эксплуатации водохранилища уменьшились площадь водного зеркала - до 59,9 км², средняя глубина увеличилась до 3,3 м, при этом максимальная глубина достигла 19,4 м.

Описание биотопа.

Для изучения общего экологического состояния водоема было выбрано верховье водохранилища. Район поселка «Рыбачий».

Данный биотоп представляет собой небольшой песчаный пляж длинной около 5-7 метров. Глубина у кромки берега 0,05 метра, при удалении от берега постепенно возрастает до 0,5 - 2,5 метра. Скорость течения средняя. Грунт на дне - песок с небольшой пленкой ила у самой кромки берега. Прибрежная растительность средневыражена небольшим количеством видов. Следует отметить, что биотоп наиболее подвержен антропогенному влиянию, особенно сильно в летнее время.

1.4. Методики исследования.

-Наблюдение

- Описание

-Измерение

-Исследование

Биологические методы оценки водной экосистемы по растительному и животному биоразнообразию.

Оценка качества воды водоемов может быть проведена с использованием физико-химических и биологических методов. Биологические методы оценки - это характеристика состояния водной экосистемы по растительному и животному населению водоема. Любая водная экосистема, находясь в равновесии с факторами внешней среды, имеет сложную систему подвижных биологических связей, которые нарушаются под воздействием антропогенных факторов. Прежде всего, влияние антропогенных факторов, и в частности, загрязнения отражается на видовом составе водных сообществ и соотношении численности слагающих их видов. Биологический метод оценки состояния водоема позволяет решить задачи, разрешение которых с помощью гидрофизических и гидрохимических методов невозможно или затруднительно. Оценка степени загрязнения водоема по составу живых организмов позволяет быстро установить его санитарное состояние, определить степень и характер загрязнения и пути его распространения в водоеме, а также дать количественную характеристику протекания процессов естественного самоочищения. Присутствие индикаторных видов растений или животных позволяет более глубоко судить о качестве воды в водоеме.

Фитопланктон - При обогащении водоемов биогенными веществами, содержащимися, например, в бытовых стоках, значительно повышается продуктивность фитопланктона. При перегрузке водоемов биогенами возникает бурное развитие планктонных водорослей, окрашивающих воду в зеленый, сине-зеленый, золотистый, бурый или красный цвета ("цветение" воды). "Цветение" воды наступает при наличии благоприятных внешних условий для развития одного, редко двух-трех видов. При разложении избыточной биомассы, выделяется сероводород или другие токсичные вещества.

Зоопланктон также достаточно показателен как индикатор эвтрофирования и загрязнения (в частности органического и нитратного) вод. Кроме этого, среди зоопланктона встречаются и представители патогенной фауны, ограничивающей использование водного объекта в целях водоснабжения.

Простейшие являются высокочувствительными индикаторами сапробного состояния водоемов. При плохой очистке фекально-бытовых сточных вод обрастания бывают белыми или сероватыми. Как правило, они состоят из прикрепленных инфузорий (сувойки, кархезиум и др.)

Бурное развитие сине-зеленых водорослей - хороший индикатор опасного загрязнения воды органическими соединениями. Лучший индикатор опасных загрязнений - прибрежное обрастание, располагающиеся на поверхностных предметах у кромки воды. В чистых водоемах эти обрастания ярко-зеленого цвета или имеют буроватый оттенок. Для загрязненных водоемов характерны белые хлопьевидные образования. При избытке в воде органических веществ и повышения общей минерализации обрастания приобретают сине-зеленый цвет, так как состоят в основном из сине-зеленых водорослей Стоки с избытками сернистых соединений могут сопровождаться хлопьевидными налетами нитчатых серобактерий-теотриксов.

Зообентос - совокупность животных, обитающих на дне и в придонных слоях воды, служит хорошим индикатором загрязнения донных отложений и придонного слоя воды. Наиболее достоверными индикаторами среди них служат легочные моллюски, особенно катушки и речные чашечки. Положительные результаты дает также оценка качества воды по личинкам насекомых. Свободно живущие личинки ручейников, а также поденок являются наиболее чувствительными организмами.

2.Исследовательская деятельность.

Различные виды живых существ показывают, чем загрязнена окружающая среда. Какой бы совершенной ни была современная аппаратура, она не может сравниться с "живыми приборами", реагирующими на те или иные изменения, отражающие воздействие всего комплекса факторов, включая сложные соединения различных ингредиентов.

2.1.Методика оценки состояния воды по индексу Майера.
Определение качества воды водоёма по методу Майера не требует определения живых организмов с точностью до вида. Достаточно только отметить наличие в водной среде живых организмов, представленных ниже в таблице.

Обитатели чистых вод

Обитатели водоёмов средней загрязнённости

Обитатели загрязненных водоёмов

Личинки веснянок
Личинки подёнок
Личинки ручейников
Личинки вислокрылок
Двустворчатые моллюски

Бокоплав
Речной рак
Личинки стрекоз
Личинки комаров-долгоножек
Моллюски-катушки
Моллюски-живородки

Личинки комаров-звонцов
Пиявки
Водяной ослик
Прудовики
Личинки мошки
Малощетинковые черви

Для определения качества воды водоёма по методу Майера необходимо только отметить, какие из перечисленных в таблице групп живых организмов присутствуют в водной среде. Количество обнаруженных групп организмов из первой колонки таблицы необходимо умножить на 3, количество найденных групп живых организмов из второй колонки необходимо умножить на 2, а количество групп организмов из третьей колонки таблицы нужно умножить на 1. Все получившиеся цифры складываются и в итоге получается число, характеризующее степень загрязнённости водоёма. При значении суммы большей 22-ух водоём можно отнести к 1 классу качества (очень чистый водоём). Значение суммы от 17 до 22 позволяет отнести водоём ко 2 классу качества (чистый водоём), Сумма от 11 до 18 баллов свидетельствует о принадлежности водоёма к 3 классу качества (умеренно-загрязнённый водоём). Значения суммы меньшие 11 характеризуют водоём, как грязный (4-7 классы качества).

Шкала загрязнений по индикаторным таксонам.

Индикаторные таксоны

Эколого-биологическая полноценность, класс качества воды, и использование.

Личинки веснянок, плоские личинки поденок, ручейник - риакофилла

Очень чистая. Полноценная. Питьевое, рыбохозяйственное.

Крупные двустворчатые моллюски (перловица), плавающие и ползающие ручейник-нейреклипсис, вилохвостки, водяной клоп

Чистая. Полноценная. Питьевое, рыбохозяйственное, орошение, техническое.

Моллюски-затворки, горошинки, роющие личинки поденок, ручейники при отсутствии реакофиллы и нейреклипсис, личинки стрекоз плосконожки и красотки, мошки

Удовлетворительно чистая. Полноценная. Питьевое с очисткой, рекреационное рыбоводство, орошение техническое.

Шаровки, дрейсена, плоские пиявки, личинки стрекоз при отсутствии плосконожки и красотки, водяной ослик

Загрязненные. Неблагополучные. Ограниченное рыбоводство, ограниченное орошение

Масса трубочника, мотыля, червеобразные пиявки при отсутствии плоских, крыски, масса мокрецов

Грязные. Неблагополучные. Техническое.

Макробеспозвоночных нет

Очень грязные. Неблагополучные. Техническое с очисткой

2.2.Взятие проб гидробионтов.

На этом этапе был выбран биотоп на небольшом участке водохранилища. В течение месяца, было сделано три пробы. С помощью сачка были отловлены 12 видов беспозвоночных животных. Для отлова животных использовались также: кювет, стеклянные банки с крышками, ложки.

Сачок опускается в воду и скребком тщательно проводится по дну несколько раз. Также при помощи сачка отлавливаются животные в толще и верхних слоях воды. Содержимое сачка выкладывается в кювет с небольшим количеством воды; затем из массы донных осадков и растений ложкой выбираются водные беспозвоночные, которые помещаются в отдельную банку с водой, набранной в данном биотопе.

2.3. Определение видового состава.

С помощью специальных определителей и лупы отловленные виды распознаются. Для этого необходимо внимательно рассмотреть каждое животное под лупой, выделить отличительные признаки и по ним при помощи определителя идентифицировать отловленные организмы.

После определения с помощью учебной литературы составляются таблицы, в которых все отловленные виды распределяются на экологические группы.

Видовое разнообразие - очень важное свойство экосистем. С ним связана устойчивость систем к неблагоприятным воздействиям. Разнообразие обеспечивает «подстраховку», дублирование устойчивости. Вид, присутствующий в числе единичных экземпляров, при неблагоприятных условиях для широко представленного вида, в том числе и доминантного, может резко увеличить свою численность и таким образом заполнить освободившееся пространство (экологическую нишу), сохранив экосистему как единое целое.

Все организмы, которые обитают в водной среде делятся на несколько экологических групп: бентос, планктон, нейстон, нектон.

Бентос - (от греческого benthos - глубина), совокупность организмов, обитающих на грунте или в грунте дна водоёмов.

Планктон - (от греческого planktos - блуждающий), совокупность организмов, обитающих в толще воды и неспособных противостоять переносу течением (пассивное передвижение).

Нейстон - (от греческого neustos - плавающий), совокупность организмов обитающих у поверхностной плёнки воды (сверху или снизу от неё).

Нектон - (от греческого neustos - плавающий), совокупность активно плавающих организмов, обитающих в толще воды и способных перемещаться на значительные расстояния.

Список выловленных животных и их распределение по экологическим группам:

Бентос

планктон

нейстон

нектон

1.Малая ложноконская пиявка

8.Жук вертячка

11.Клоп гребляк

2.Бокоплав

9.Клоп большой гладыш

12.Жук плавунец

3.Моллюск малый прудовик

10.Клоп водомерка

4.Моллюск сплюснутая катушка

5.Водяной ослик

6.Личинка стрекозы коромысло

7.Двустворчатый моллюск перловица

2.4.Оценка качества воды.

Сделав необходимые расчеты, получили цифру 16, что соответствует 3 классу качества воды - умеренно-загрязненная.

Водная среда является особым местообитанием, так как жизнь в ней зависит от физических свойств воды, в первую очередь от ее плотности, количества кислорода и углекислого газа, растворенных в ней, прозрачности воды, что определяет распространение солнечного света в толще воды. Однако, наиболее важными экологическими факторами, влияющими на биологическое разнообразие и распределение видов, в пресноводных экосистемах являются следующие: температура воды, количество органики (кормовая база) и скорость течения.

Данная методика не позволяет судить о чистоте воды в привычном для нас понимании, так как не показывает наличие в воде каких либо химических и/или биологических загрязнителей и тем более их количественного значения. Полученные данные свидетельствуют только об "экологическом состоянии" водоёма, но не о его санитарной безопасности. Это объясняется тем, что многие виды загрязнений, неблагоприятные для человека, относительно спокойно переносятся водными организмами, и наоборот. Благоприятность условий обитания определяется также скоростью течения, температурой воды, содержанием кислорода. Большую роль играет наличие органического вещества в водоёме, так как для многих бентосных организмов оно является пищей. Также от органического вещества начинаются детритные пищевые цепи, а наличие разнообразных пищевых цепей обуславливает устойчивость биоценоза.

3.Заключение.

Необходимо отметить, что полученные результаты позволяют утверждать, что исследуемый биотоп вполне благоприятный для обитания водных организмов, как и сам обследуемый участок. Биологическое разнообразие данного сообщества, наличие разных экологических групп (продуценты, консументы, редуценты) говорят об устойчивости данного биогеоценоза. Возможно, при профессиональных отловах результат мог быть несколько иным, однако значение биотического индекса скорее увеличилось бы, так как при более качественных отловах количество индикаторных групп возрастает.

Тем не менее, при экологических исследованиях данные, дающие более низкие результаты, чем есть на самом деле, нельзя рассматривать как недостоверные, так как они не позволяют с излишним спокойствием наблюдать за изменениями окружающей природной среды, а дают возможность заблаговременно принимать решения, направленные на изменения сложившейся экологической ситуации.

4.Вывод.

Результаты, полученные в ходе работы, позволяют сделать следующие выводы:

Обследуемый водоём не испытывает сильных антропогенных нагрузок в районе проведения исследований. Это подтверждается большим числом встреченных видов, так как биоразнообразие является одним из основных показателей устойчивости естественных экосистем.

Нахождение в водоёме нескольких индикаторных групп является подтверждением того, что условия обитания водных организмов вполне благоприятны.

Разветвлённые пищевые цепи с большим числом взаимозаменяемых видов также служит показателем нормального состояния исследуемого участка водоёма.

5.Список литературы

1. «Гидробиология», Н.А. Березина Москва, 1984

2. Определитель пресноводных беспозвоночных европейской части СССР Ленинград, 1977

3. Определитель пресноводных беспозвоночных России и сопредельных территорий (том 5 «Высшие насекомые») Санкт-Петербург, 2001

4. Определитель насекомых по личинкам Москва, 1972

5. Методы исследований зообентоса и оценки экологического состояния водоемов (методическое пособие) Ассоциация «ЭКОСИСТЕМА» Москва, 1997

6. Методика рекогносцировочного обследования малых водоемов (методическое пособие) Ассоциация «ЭКОСИСТЕМА» Москва, 1998

7. «Краткий определитель пресноводной фауны», профессор Е.М. Хейсин Москва, 1951

8. «Очерки экологии Подмосковья» (учебное пособие), под ред. В.И. Зубова Москва, 1998

9. «Экология России» (учебник), Б.М. Миркин, Л.Г. Наумова Москва, 1995

10. «Экология» (учебник), Е.А. Криксунов, В.В. Пасечник Москва, 2003

11. «Основы экологии» (учебник), Н.М. Чернова, В.М. Галушин, В.М. Константинов Москва, 2003

12. «Основы общей экологии» (учебник), Н.М. Мамедов, И.Т. Суравегина, С.Н. Глазачев Москва, 1998

Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта ecosystema.ru/

6. Приложение

Поселок Рыбачий.

Кувшинка Белая.

Антропогенное загрязнение.

Трофические связи водного биогеоценоза.

Водяной ослик (Asellus aquaticus).

Гладыш (Notonecta glauca).

Гребляк малый (Corixa).

Водяной скорпион (Nepa cinerea).

Личинки ручейников, вынутые из чехликов.

Личинки стрекоз типа стрекозы коромысла:
Коромысло большое (Aeschna grandis), коромысло голубое (Aeschna cyanea) и коромысло зеленое (Aeschna viridls).

Прудовики.

Катушки.