Главная
страница 1страница 2 ... страница 4страница 5
МАОУ « Средняя общеобразовательная школа № 1 с углублённым изучением биологии и русского языка имени Н. И. Кузнецова»

г. Пестово Новгородской области



«Определение качества воды с использованием прибрежно- водных растений в реке Китьма»


(Водная экология и гидробиология)



Экологическое научное исследование на областной конкурс “За сохранение природы и бережное отношение к лесным богатствам “Подрост” ученицы 10 A класса МАОУ “Средняя общеобразовательная школа №1 с углубленным изучением биологии и русского языка имени Н.И. Кузнецова” г. Пестово Новгородской области Брейнак Анастасии.

Руководитель: Мантурова Анна Михайловна, учитель биологии.





г. Пестово

2012

Содержание

1. Введение 3

2. Экология прибрежно- водныx растений 4

2.1. Идикаторное значение прибрежно- водных растений 4

2.2. Факторы среды, влияющие на развитие 6 прибрежно- водных растений

2.3. Применение прибрежно- водных растений 7

3. Материал и методика 7

3.1. Дата и место проведение работ 7

3.2. Методика работы 7

4. Выводы 10

Заключение 11

Благодарность 11

Список литературы 11

Краткий словарь терминов 12

Приложения 13

1. Введение


Во все времена вода считалась бесценной влагой жизни. И хотя далеко позади те годы, когда брать ее приходилось в речках, прудах, озерах и нести за несколько километров к дому на коромыслах, стараясь не расплескать ни капельки, по- прежнему бережно относится к воде человек, заботясь о чистоте природных водоемов, о хорошем состоянии колодцев, колонок, водопроводных систем. В связи с постоянно растущими потребностями промышленности и сельского хозяйства в пресной воде со всей остротой встает проблема сохранения существующих водных ресурсов. По статистике пригодной для нужд человека воды, не так уж много на Земном шаре. Около 95 % ее приходится на моря и океаны, 4 %- на льды Арктики и Антарктики, и лишь 1 % составляет пресная вода рек и озер. Значительные источники воды находятся под землей, иногда на большой глубине.

Количество потребляемой воды увеличивается это приводит к необходимости принятия мер по ее охране. Oценка качества воды природных водоемов проводится с помощью различных методов, среди которых наиболее распространенными являются биологические методы. В нашей работе мы будет изучать качество воды по видовому и количественному составу флоры, а именно по присутствию в водоемах прибрежно- водных растений в реке Китьма.

Территория Пестовского района располагается в среднем течении реки Мологи, которая принадлежит Волжскому водному бассейну. Китьма является левым притоком реки Молога, которая в дальнейшем несет свои воды в Рыбинское водохранилище. Чистота больших рек, озер полностью зависит от маленьких речушек, которые в них впадают. Поэтому было решено провести исследование именно в такой маленькой реке как Китьма. В Пестовском районе названия рек сохраняют наследие финно- угорской культуры: Китьма, Кирва, Молога.

И с помощью растений можно (по присутствию или отсутствию тех или иных видов и их относительному количеству) отнести водоем или его отдельные участки к определенному классу вод. Река- это экосистема важным свойством которой является устойчивость в данном водоеме, это свойство проявляется как способность к самоочищению.



Цель настоящей работы: определение качества воды в пресноводном водоёме с помощью прибрежно- водных растений.

Поставленные задачи исследования:

1. Визуально обследовать водоём, определить тип возникновения водоёма, обозначить точки для исследования.

2. Провести геоботанические описания водной растительности.

3. Определить средную величину сапробности биоценоза, используя биоиндикацию по прибрежно- водной растительности.

4. Определить индекс сапробности по прибрежно- водным растениям.

5. Определить водные растения- индикаторы самоочищения.

6. Выявить индикаторную значимость основных видов прибрежно- водных растений.

Актуальность темы заключается в том, что изучение прибрежно-водных растений крайне важно для выяснения способности водных объектов к самоочищению.

2. Экология прибрежно- водныx растений

Прибрежно- водные растения (макрофиты)- это те растения жизнь которых связана с водой. По своим морфологическим и эколого-биологическим особенностям они объединяются в следующие экологические группы:



1. Погруженные растения- это растения находящиеся под водой целиком, и лишь во время цветения они выставляют над ней свои соцветия. Например рдесты (лат. Potamogeton sp.), водяные лютики (лат. Ranunculus sp.), пузырчатка обыкновенная (лат. Utricularia vulgaris).

2. Растения с плавающими листьями. Растут они на глубине 2-2,5 м. Например кувшинка белая (лат. Nymphaea alba), кубышка жёлтая (лат. Nuphar lutea), водокрас обыкновенный (лат. Hydrocharis morsus-ranae), рдест плавающий (лат. Potamogеton nаtans).

3. Глубинные растения. Встречаются на глубине 40- 50 м. Вся жизнь растений вплоть до размножения и появления нового поколения протекает в воде. Среди них единственное цветковое растение роголистник (лат. Ceratophyllum spp.).

4. Надводные растения- поднимающимися над поверхностью воды стеблями и листьями, укореняющиеся, растут у самого берега на глубине до 2- 3 м. Часть этих растений поднимается над водой. Обычны такие водные растения, как тростник (лат. Phragmites sp.), камыш (лат. Scirpus sp.), рогоз (лат. Typha sp.), стрелолист (лат. Sagittaria sp.) (Садчиков et al, 2004; Туровцев et al, 2004).

2.1. Индикаторное значение прибрежно- водных растений

Сапробность. Под сапробностью понимают степень распада органических веществ в загрязненных водах. В водоеме сапробность развивается в двух противоположных направлениях. Первое- от чистого водоема к загрязненному: олиго- сапробность => бета- мезосапробность => альфа- мезосапробность => полисапробность, эти зоны принято обозначать греческими буквами 0 => βm => αm => p. Второе- в обратном направлении - от загрязненного водоема к чистому: p=> αm => βm => о, это результат процессов самоочищения (Садчиков et al, 2004; Туровцев et al, 2004). Основные феноменологические признаки зон сапробности представлены в таблице №4.

Организмы, обитающие в загрязненных водоемах, называют сапробионтами или сапробными организмами. Они могут служить индикаторами (показателями) загрязнения, или различных ступеней разложения органического вещества в водоеме. Распад органических загрязнений в водоеме приводит к потреблению кислорода и накоплению ядовитых продуктов распада (углекислота, сероводород, органические кислоты и др). Способность организмов обитать в условиях разной степени сапробности объясняется потребностью в органическом питании и выносливостью к вредным веществам, образующимся в процессе разложения органического вещества.

Для биологического анализа качества вод могут быть использованы практически все группы организмов, населяющие водоемы: планктонные и бентосные беспозвоночные, простейшие, водоросли, макрофиты, рыбы. В нашей работе мы будет исследовать высшие водные растения. Но здесь надо обратить внимание на преимущества и недостатки использования макрофитов в биотестировании (Власов et al, 2002).

Недостатки состоят в следующем:

1. Высшие водные растения как индикаторы являются наименее изученным звеном.

2. Определённые виды индикаторы обладают широкими экологическими и географическими ареалами. И в различных физико- географических условиях данные растения- индикаторы могут встречаться в водоемах неодинакового, иметь различный трофического статус и различное индикаторное значение.

Преимущества состоят в следующем::

1. Они представляют собой видимый невооруженным глазом объект и поэтому весьма удобны для наблюдения, а также дают возможность при рекогносцировочном осмотре водоемов визуально оценить их экологическое состояние.

2. Макрофиты позволяют определить трофические свойства воды, а иногда и специфику ее химизма, что имеет существенное значение при биоиндикации чистых вод.

3. Погруженная растительность достаточно полно характеризует состояние водоемов и происходящие в них изменения.

4. Прибрежно- водная растительность более консервативна, чем сообщества фито-, зоопланктона и бентоса, поэтому видовой состав макрофитов, их биомасса и проективное покрытие могут являться показателями изменения качества воды.

Чувствительность к уровням обеспеченности питательными веществами дает возможность рассматривать многие макрофиты в качестве показателя естественного и антропогенного загрязнения водоемов, в которых они выполняют роль продуцентов органического вещества и биофильтров. Например наличие в водоемах полушника озерного (лат. Isoetes lacustris), лобелии Дортманна (лат. Lobelia dortmanna), урути очередноцветковой (лат. Myriophyllum alterniflorum) указывает на чистоту и олиготрофию вод.

Массовое развитие рясковых указывает на неблагополучие в экосистеме. Обилие ряски трехдольной (лат. Lemna trisulca) говорит о большом количестве в среде биогенных веществ, развитие ряски маленькой (лат. Lemna minor) и многокоренника обыкновеннoгo (лат. Spirodela polyrhiza), помимо эвтрофирования, свидетельствует о сельскохозяйственном загрязнении.

О наличии антропогенного воздействия на водные экосистемы свидетельствует пышное развитие стрелолиста обыкновенного (лат. Sagittaria sagittifolia), частухи подорожниковой (лат. Alisma plantago-aquatica), элодеи канадской (лат. Elodea canadensis), телореза алоэвидного (лат. Stratiotes aloides), роголистника погруженного (лат. Ceratophyllum demersum) и урути колосистой (лат. Myriophyllum spicatum). При индикации трофности водной среды с помощью отдельных видов растений могут быть использованы признаки жизненного состояния растений (развитие нормальное, выше или ниже нормального) и общий облик растений (Садчиков et al, 2004).

Видовой состав и распределение гидрофитов в водоеме зависят от его генезиса и ряда экологических условий, среди которых наиболее важны такие, как прозрачность воды, морфология котловины, характер донных отложений, химический состав водной массы, ее кислотность, трофность и минерализация.

Многолетние наблюдения, выполненные в лаборатории озероведения, позволяют считать, что наиболее благоприятным фактором для формирования хорошего качества воды при достаточном водообмене является зарастание акватории до 30- 40% (в зависимости от типа водоема) при биомассе растений до 1,5 кг воздушно- сухого вещества на 1 м2 зарослей (Власов et al, 2002).



2.2. Факторы среды, влияющие на развитие прибрежно- водных растений

Факторами являются: прозрачность воды, температура водоема, oсновные элементы минерального питания, кислотность (pH), кислород, углекислота, экологические факторы. В нашей работе мы измерили гидрофизические и гидрохимические показатели воды в р. Китьмa, а именно кислотность, температуру и скорость течения воды (таблица №8 в приложении 6).



2.3. Применение прибрежно- водных растений

Прибрежно- водные растения можно применять не только для определения качества воды, но и в других целях. Например использовать в качестве биологического фильтра для очистки загрязненных вод и в процессах самоочищения загрязненных вод.

1. Механическая очистительная функция, когда в зарослях растений задерживаются взвешенные и слаборастворимые органические вещества.

2. Аккумуляция растениями химических элементов. Так например полупогруженные тростник, рогоз, камыш, ежеголовник, аир в больших количествах извлекают из воды азот, фосфор, кальций, калий, серу, железо, кремний.

3. Минерализация и окислительная функция происходит в результате физико- химических процессов и с участием растений. В первом случае окисление происходит в присутствии растворенного в воде кислорода. Во втором случае минерализация протекает с участием растений: либо в процессе метаболизма, либо в водной среде, но опять- таки с участием кислорода, выделяемого растениями.

4. Разрушение и обезвреживание органических загрязнений. Установлено, что тростник, рогоз, камыш, ирис и другие макрофиты способны поглощать из воды не только инертные соединения, но и физиологически активные вещества типа фенолов, пестицидов, нефти, нефтепродуктов и др., если, конечно, они не превышают летальные для растений концентраций. Вместе с водными растениями в разрушении высокотоксичных органических принимают участие микроорганизмы (бактерии, водоросли, грибы), обитающие на их поверхности.

Также важно учитывать, что водные растения являются пищевым ресурсом и местом обитания для многих рыб, водных и наземных птиц, и животных (Садчиков et al, 2004).



3. Материал и методика

3.1. Дата и место проведение работ

Исследования проводились в июне, июле и августе 2012 года. Объектом исследования являлась река Китьма. Длина реки 24 км. Карта №1расположения реки представлена в приложении 6.



3.2. Методика работы

Исследование проводили следующим образом:



1. Для исследования определили 4 участка. Участок №1 расположен в трёх километрах от истока, ширина 2 метра, скорость течения 0,8 м/с, объектов антропогенного воздействия нет, на правом и левом берегу лес и лесные опушки. Участок №2 расположен в 10-11 километрах от истока, ширина от 2 до 3 метров, скорость течения 0,6 м/с, 0,7 – 1 километрах ниже д. Дуневка, на берегу имеется бывший скотный двор, огороды, бани. Участок №3 расположен примерно 15 километров от истока, ширина до 8 метров, скорость течение 0,6 м/с, в 100 метрах ниже д. Дмитровское, на левом берегу расположено бывшее овощехранилище, которое используется как склад для минеральных удобрений, имеются огороды и бани. Участок №4 располагается 19 километров от истока, ширина 5 метров, скорость течения 0,7 м/с, рядом расположены железнодорожный и автомобильный мосты, других объектов антропогенного воздействия нет. На всех исследуемых участках обнаружены несанкционированные свалки.

2. На каждом участке закладывали по 1 пробной площадке размером 5 х 5 м, где проводили морфологические описания водоема и геоботанические описание прибрежно- водной растительности. Отбор проб производили на учетной площади в зоне земноводных растений на глубинe 0,5- 0,7 м, грунт торфяной ил.

3. Виды организмов устанавливали по определителям, указанным в списке литературы. На основе этих данныx была составлена таблица №1 и схема №1 (в приложении 1, 2). На основе этих данных былa построена диаграмма (рис №1).



Рис №1. Видовой состав прибрежно- водных растений р. Китьма.

4. Определили среднюю величину сапробности биоценоза по прибрежно- водной растительности по Г. Кнеппе 1954;1955). Для этого сначалo определили растения, которые являются растениями- индикаторами, затем оценили количество растений по семибалльной системе Г. Кнеппе (таблица №2 в приложении 2). Раздельно подсчитали сумму баллов олиго-, бета -мезо-, альфа - мезо- и полисапробных видов (рис №2 и таблица №3 в приложении 3). Описание зон сапробности представлены в таблице №4 (в приложении 3). По этим данным построили диаграмму, отражающую среднюю величину сапробности водоема (рис №3). Дополнительно определили "относительную чистоту" и "относительную загрязнённость" реки и пострили графики (рис №4 в приложении 4).

Рис №2. Распределение по прибрежно- водной растительности по классу сапробности в р. Китьма (по Г. Кнеппе).
Рис №3. Средняя величина сапробности р. Китьма (по Г. Кнеппе).

5. Индекс сапробности (S) Р. Пантле и Н. Букка определили по таблицe №5 в приложении 4. Индекс сапробности обследуемого участка вычислили по формуле: S= Σ sh/Σ h. Данные представили ввиде графика (рис №5).



Рис №5. Среднее значение индекса сапробности по Пантле и Букку в р.Китьма.

6. Определили водные растения- индикаторы самоочищения по таблице №6 в приложении 4 и индикаторную значимость основных прибрежно- водных растений на всех четырёх пробных участках. На основе этих данных построили график (рис №6) и составили таблицу №7 (в приложении 5).
Рис №6. Индикаторная значимость (процентное соотношение) основных прибрежно- водных растений в р. Китьма.

4. Выводы

1. Река Китьмa является болотно- лесной. Длина реки 24 км. На протяжении реки меняется её ширина местами до 7 метров.

2. Всего было выявлено 29 видов из 26 семейств и 23 родов. Видовой состав гидрофитов представлен 10 видами, гелофитов- 19 видами.

3. Средняя величина сапробности исследованных участков в р. Китьма по Кнеппе имеет положительное и отрицательное значение, так как присутствовали олиго-, бета-, альфа- и полисапробные виды. Река Китьма относится к бета - мезосапробной зоне.

4. Среднее значение индекса сапробности по Пантле и Букку в реке Китьма на разных участках варьировала от 2,03 до 2,45, что подтверждает бета – мезосапробность реки.

5. Водные растения- индикаторы самоочищения представлены на всех исследуемых участках. Это говорит о том, что происходит частичное самоочищение реки. Процесс самоочищение происходит очень медленно и зависит от многих факторов.

6. На всех исследуемых участках преобладает органическое загрязнение водной среды.

Заключение

В результате проведенных исследований выяснили, что вода в реке Китьма относительно чистая, значение сапробности воды бета-мезосапробное. Таким образом современное состояние реки на обследованном участке можно оценить как мезосапробный водоток (умеренно- среднезагрязненный). Но здесь важно обратить внимание на то, что индекс сапробности на участке №4 (S=2,45) находится на границе с альфа- мезосапробностью (S= 2,5-3,5). Альфа- мезосапробность указывает на то, что вода загрязнённая. Для того, чтобы не допустить ухудшения качества воды на данном участке, необходимо формировать экологический менталитет населения. Для этого нужно проводить мероприятия по просвещению населения в экологии водных ресурсов. Мероприятия могут способствовать бережному отношению к водным ресурсам и стремлению людей сделать водоемы чище, поскольку многие проблемы в природе возникают от экологической безграмотности.



Благодарность

Выражаю благодарность Мантуровой Анне Михайловне за помощь в создание исследовательской работы. Биологу Баклан Анне Дмитриевне из фирмы PestEkspert OÜ (Эстония) за консультацию.



Список литературы

1. Буданцев А.Л., Яковлев Г.П. Иллюстрированный определитель растений Ленинградской области. М.: Товарищество научных изданий КМК, 2006.- 700 с., илл.

2. Власов Б.П., Гигевич Г.С. Использование высших водных растений для оценки и контроля за состоянием водной среды: Метод. рекомендации. -Мн.: БГУ, 2002. -84 с.

3. Интернет источник: http://www.researcher.ru/methodics/method/SNIP/a_1xiure.html

4. Кокин К.А. Экология высших водных растений. М.: изд-во МУ, 1982. - 160 с.

5. Папченков В.Г. Гибриды и малоизвестные виды водных растений. Ярославль: Издатель Александр Рутман, 2007. – 72 с.: илл.

6. . Садчиков А.П., Кудряшов М.А. Экология прибрежно- водной растительности (учебное пособие для студентов вузов). - М.: Изд-во НИА-Природа, РЭФИА, 2004. - 220 с.: 15 ил.

7. . Садчиков А.П, Кудряшов М.А. Гидроботаника: Прибрежно- водная растительность. Учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений. - М.: Издательский центр «Академия», 2005. - 240 с.



8. Туровцев В.Д., Краснов В.С. Биоиндикация: Учб. Пособие.– Тверь: Твер. гос. ун-т, 2004.– 260 с.

Краткий словарь терминов

Антропогенное воздействие- влияние на природную среду деятельности человека, прямо или косвенно вызывающее ее изменение.

Аэренхима- воздухоносная ткань у растений, построенная из клеток, соединённых между собой так, что между ними остаются крупные заполненные воздухом пустоты (крупные межклетники).

Биогенные вещества- (от греч. Bios-жизнь, genes -рождающий, рождённый).1. Химические вещества (элементы), необходимые для жизни растений (например углерод, фосфор, азот и др.). 2. Вещества, являющиеся продуктами жизнедеятельности живых организмов. 3. Вещества, возникшие в результате разложения организмов.

Биоиндикация- часть прикладного раздела геоэкологии. Биоиндикация занимается обнаружением и определением экологически значимых природных и антропогенных нагрузок на основе реакции на них живых организмов непосредственно в среде их обитания.

Биоценоз- это совокупность животных, растений, грибов и микроорганизмов, что заселяют определённый участок суши или акватории, они связаны между собой и со средой.

Бентос- совокупность организмов, обитающий на дне, в грунте водоёмов или непосредственной близости от него.

Гидробионты- водные организмы.

Гидрофит- растения, которые для нормального прохождения жизненного цикла требуют постоянного контакта своего вегетативного тела с водной средой.

Зоопланктон- совокупность животных организмов, обитающих в толще воды и пассивно переносимые водой.

Планктон- разнородные, в основном мелкие организмы, свободно сопротивляться течению.

Продуценты- организмы, способные синтезировать органические вещества из неорганических, то есть, все автотрофы.

Трофность- характеристика местообитания (почвы, водоёма) по его биологической продуктивности, обусловленной содержанием биогенных элементов.

Фитопланктон-фотосинтезирующие организмы, живущие в толще воды; то есть - одноклеточные водоросли и фотосинтезирующие бактерии.

Эвтрофикация- процесс, в результате которого воды обогащаются питательными веществами, необходимыми для роста водных растений и животных.

Эвтрофирование вод — повышение биологической продуктивности водных объектов в результате накопления в воде биогенных элементов под воздействием антропогенных или естественных (природных) факторов. Процесс эвтрофирования ухудшает физико-химические условия среды обитания рыб и других гидробионтов за счет массового развития микроскопических водорослей и других микроорганизмов.
Приложение 1

Гидрофиты- погружённые в воду растения











Уруть мутовчатая

(Myriophyllum verticillatum)



Уруть колосистая

(Myriophyllum spicatum)



Роголистник тёмно-зелёный

(Ceratophyllum demersum)






следующая страница >>
Смотрите также:
«Определение качества воды с использованием прибрежно- водных растений в реке Китьма»
616.43kb.
5 стр.
1. Определение уровней загрязнения поверхностных вод суши и оценка качества воды
123.24kb.
1 стр.
1. участок на реке Виргуза
83.77kb.
1 стр.
Комплексное применение индикаторных свойств макрофитов и беспозвоночных животных для оценки качества воды в водоемах района острова Великого в 2002-2004 гг.
231.07kb.
1 стр.
Исследование качества воды из водопровода г. Балтийска» учащихся 7
63.83kb.
1 стр.
Внутренние воды Курганской области
112.65kb.
1 стр.
Библиографическая справка
399.35kb.
2 стр.
Вода. Основные свойства воды
31.9kb.
1 стр.
О некоторых явлениях, протекающих при электрохимической очистке однокомпонентных водных растворов
77.39kb.
1 стр.
Кодекс республики таджикистан в редакции Закона рт от 03. 2006г.№174, Изменения от 20. 03. 2008г.№381 раздел I общие положения глава 1
693.56kb.
3 стр.
22 марта Всемирный день охраны водных ресурсов
40.3kb.
1 стр.
«Анализ воды реки Малый Зеленчук»
80.59kb.
1 стр.