НАЦИОНАЛЬНАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА «ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНО – ТВОРЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ РОССИИ» Конкурс исследовательских работ «ЮНОСТЬ,НАУКА,КУЛЬТУРА» Секция :экология Оценка экологического состояния городских водоемов по искусственному обрастанию
Автор работы Иванова Анастасия Александровна МОУ Лицей №2, 6 класс, Астрахань Место выполнения работы: МОУ ДОД ДДТ «УСПЕХ Руководитель Соколова Галина Алексеевна педагог дополнительного образования МОУ ДОД ДДТ»УСПЕХ» Обнинск 2010-2011 Содержание 1. Введение…………………………………………………….3 2. Цели и задачи исследования………………………………4 3 .Обзор литературы………………………………………… 3 4 Методика исследования…………………………………..4 5. Результаты исследования………………………………… 5 6.. Вывод………………………………………………………10 8. Литература……………………………………………….. 11 Научная новизна Впервые в работе предпринята попытка усовершенствования оценки состояния фитопланктона вод водоемов и водотоков Астрахани и ее окрестностей на основе выявления статистических зависимостей, базирующихся на сведениях о качественных, количественных характеристиках фитопланктона и его видовом разнообразии используя метод обрастания пластин. 1.Введение Работа о фитопланктоне построена на выяснении экологического состояния водоемов с помощью искусственного выращивания фитопланктона (обрастания стеклянных пластин).Для исследование выбраны река Волга и Кутум, а так же водоемы ерик Казачий , протока Серебряная Воложка. Важно знать о чистоте воды этих водоемов, так как люди, живущие на берегах водоемов, используют воду на свои нужды. Наряду с продукционными свойствами фитопланктона, известно, что водоросли являются важным компонентом комплекса организмов, принимающих участие в самоочищении водоемов, формировании качества воды, улучшении санитарно-гигиенического состояния дельты реки Волги и ее авандельты (Васильева-Кралина И.И., 1999). Однако, различные виды водорослей неодинаково требовательны к условиям среды.. Как известно, в последние годы все большую актуальность приобретают вопросы, связанные с оценкой качества воды, проведением мониторинговых исследований, при этом, водоросли используют как индикаторные организмы. Большое значение приобретают методы биологического анализа вод, в системе которых водоросли, благодаря стенотопности многих видов, их высокой чувствительности к условиям окружающей среды, играют важную роль. Практическое значение работы. Материалы работы, сформулированные в ней выводы, могут найти применение в работе природоохранных и рыбохозяйственных организациях при оценке состояния водоемов и водотоков Астрахани и ее окрестностей и разработке практических рекомендаций по улучшению качества водной среды. Реализация результатов исследований . Результаты исследования используются при проведение полевых и лабораторных исследований в лаборатории Полевого учебного центра «Стриж»,в курсах дисциплин «Общая экология», «Ликвидация экологической безграмотности», «Гидробиология» читаемых на курсах»Исследователь» при МОУ ДОД ДДТ»Успех» в творческом объединении Полевой учебный Центр»Стриж». Личное участие автора. Самостоятельно обработала, собранный в 2010 г материал, описала экологическое состояние водоемов Астрахани, с использованием качественно-количественных показателей фитопланктона выращенного на стеклянных пластинах. Все работы, связанные с камеральной обработкой полевого материала, интерпретация фактических данных и написание текста работы осуществлялись автором по плану, согласованному с научными руководителями. 2.Цель работы: Оценить стабильность развития микроводрослей в городских водоемах, исследуя обрастания в искусственных условиях. Задачи:1.Оценка экологического состояния городских водоемов с помощью обрастания стеклянных пластин водорослями в искусственных условиях.2.Видовой состав зеленых водорослей в искусственных пробах на обрастание. 3.Обзор литературы. Литературы о разнообразии водорослей в водоемах достаточно много. Однако, мне интересен был вопрос как с помощью искусственного обрастания можно установить качество вод водоема. Так множество статей по фитопланктону реки Волга относятся к 1965 году, а за это время многое изменилось, например, Волга стала мелеть , увеличился сброс вредных отходов, что дает возможность увеличению размножения зеленых водорослей. По видовому разнообразию водорослей очень полезными были статьи Волошко Л.Н., где дана оценка не только количественного состава водорослей, но и уделено внимание их качественному разнообразию относительно сапробности. Конкретно для моей работы важным оказались данные автора Раилкин А.И. , который раскрывал процессы колонизации и защиты от биообрастания, которыми мне предстояло заняться. 4.Методика исследования Выбрана методика отбора проб перифитона с искусственных субстратов. Метод искусственных субстратов позволяет получить точные количественные характеристики перифитона, а так же допускает широкую возможность эксперимента. Искусственные субстраты использовали для определения продуктивности перифитона, выяснения скорости заселения субстрата. Для формирования микроперифонных сообществ использовали предметные стекла микроскопа погруженные в банки (200г) с водой из исследуемого водоема. Проверка на обрастание проводилась каждые 10дней. Суть методики в том, что изучение фитопланктона водоемов производилось путем сбора проб на установленных станциях. Взятие проб проводилось в осеннее-зимний сезон года 2010 года. Для определения видового состава фитопланктона из пробы на предметное стекло наносилась капля материала, затем она анализировалась под микроскопом, при объективе с 40- кратным увеличением и окуляре с 10 -16 – кратным увеличением. Данный способ исследования перифитона носит название «метод пластин обрастания» и широко используется уже около ста лет (Раилкин, 1998). Метод микроскопирования очень трудоемкий, но пока единственный , позволяющий определить виды, подсчитать их численность. Фото делали при помощи цифровой фотонасадки для микроскопа .Вода зачерпывалась с поверхности в объеме 0,5 – 1,0 л.. Сходство видового состава биотопов определялось по формуле Чекановского - Сьеренсена (Дунаев, 1999). 5.Результаты Бенинг А.Л. характеризовал перифитон как сообщество, обитающее на твердом субстрате за пределами придонного слоя воды. Перифитон, благодаря приуроченности к субстрату, играет первостепенную роль при оценке качества воды, анализ перифитона показывает на ранее имевшее место ухудшение качества воды. Пробы воды взяты с ерика Казачий , протоки Серебряная Воложка и реки Волга, река Кутум. Для формирования искусственных сообществ использовали предметные стекла погруженные в банки (200г) с водой из исследуемого водоема по три пробы воды с каждого исследуемого участка. За контроль принята водопроводная вода. Проверка на обрастание проводилась каждые 10дней. Затем определяли среднюю величину встречаемости, записывали все виды встреченные в пробах. Для определения видового состава фитопланктона из пробы на предметное стекло наносилась капля материала, затем она анализировалась под микроскопом. Через первых 10 дней уже 10% пластины были заняты зелеными водорослями, а в последующие они стали заселять плотным покровом как предметное стекло , так и дно банки. За три недели стекло покрывалось плотным обростом на предметных стеклах проб : река Волга, ерик Казачий. Меньшая скорость обрастания характерна для реки Кутум и протоки Серебряная Воложка, оброст появлялся полностью на стекле за 4 недели . Видов было очень мало и мало по количеству встреченных экземпляров водорослей , что говорит о загрязнении водоемов, так как встреченные экземпляры водорослей являются индикаторами , указывающими на загрязнение вод водоема. Всего было встречено 47 видов микроводорослей . Обнаруженные водоросли относятся к отделам: диатомовые, зеленые, сине-зеленые, эвгленовые и криптомонадовые. По числу видов преобладали диатомовые водоросли, но обильнее были зеленые водоросли, создавая характерную зеленую окраску воды. Снижение скорости течения приводит к бурному развитию зеленых водорослей (Chlamydomonos brauni , Pandorina morum)диатомовой водоросли ( Stephanodiscus hantzschii) . При повышении скорости течения развиваются представители эпифитона – Cocconeis placentula и фитобентоса- Navicula tripunctata.Сделаны фотографии водорослей, которых мы наблюдали в микроскоп. В первые 10 дней уже 10% пластины были заняты зелеными водорослями, а в последующие они стали заселять плотным покровом как предметное стекло , так и дно банки. Обилие микроводорослей в пробе реки Волга , выращенных искусственно довольно низкое, так как был уже осенний сезон. Но по сравнению с пробами других водоемов встречаемость видов наибольшая. На реке Волга необходимо провести дноуглубительные работы, так как в настоящее время на дне реки много песка и течение замедляется, а это ведет к заиливанию и бурному размножению водорослей. Основными представителями на всех исследуемых районах были a-ß -мезосапробные виды (Nitzschia vermicularis (Kutz.) Grun., Navícula exigua (Greg.) O.Mull, Cyclotella comía (Ehr.) Kutz., Melosira islandica O.Mull, Scene-desmus guadricauda Breb., Pediastrum duplex Meyen. и др.). Содержание их в пробах составляло в среднем 60% и оставалось относительно постоянным в течении всего исследуемого периода. В реке Волга преобладание ß - мезосапробных видов, и часто встречались ß - мезосапробные виды (Чуйков и др., 1996). В исследуемый период a -- мезосапробных видов обнаружено не было, тогда как ß - мезосапробные виды были представлены в достаточной степени. Отмечено также, что по водоемам соотношение видов-индикаторов изменялось незначительно, в среднем общее их количество составляло 8-13 видов. Индексы сапробности, полученные на основании показательных видов, колебались от 2,3 до 3,2. Максимальные значения индекса сапробности были зарегистрированы в 2010 году на всех водоемах (в среднем 2,9), кроме станции ерик Казачий(S = 2,6). В 2010 году средние значения индекса сапробности составили 2,5. То есть за весь период исследований средние значения индекса сапробности колебались от 2,5 до 3,0, что в свою очередь, позволяет нам охарактеризовать качество исследуемых вод как «умеренно-загрязненные» и отнести их к a-ß - мезосапробной зоне органического загрязнения. В перифитоне реки Кутум и протоки Серебряная Воложка большое количество хетофоровых водорослей из рода Stigeoclonium (семейство Chaetophoraceae, отдел зелёные водоросли), так как, хетофоровые развиваются в большом количестве при сильном загрязнении вод нефтепродуктами (Лукошкина, Кушлуева, 2004). В водоемах Кутума39 вида и протоки Серебряная Воложка 34 встречается видов микроводорослей. Как видно разница не большая, так как в данных биотопах вода содержит нефтепродукты, которые попадают в воду с многочисленных стоянок судов. В реке Волга обнаружили 46 видов водорослей, их много по видам , но мало по количеству. В ерике Казачий 34 вида водорослей, но некоторые имеют большую численность. Несмотря, на колебания численности на протяжении вегетационных периодов исследуемого периода и сезонные изменения видового состава диатомей в этот период, распределение по районам индекса сапробности имело незначительные изменения. Определение перифитонных водорослей проводила по А.А. Гуревичу (1966). Также были использованы материалы сайта http://www.keweenawalgae.mtu.edu/index.htm. Таблица 1. Встречаемость водорослей в одной пробе.(приложение Исследования в большей степени указали на зоны загрязнения и необходимость очистки водоемов для восстановления. Свои рекомендации намереваемся отправить в администрацию города и в отдел по охране окружающей среды. Результаты исследования поместили в школьную газету, предложили учителю биологии использовать наши данные, как пример мониторинга окружающей среды. Выпустили листовку о сохранении водоемов в городе, как защиты от загрязнения среды города. Участвовали с данным материалом в городском экологическом слете , экологических мероприятиях по очистке водоемов , в научно-исследовательских конференциях..В водоемах Кутума39 вида и протоки Серебряная Воложка 34 встречается видов микроводорослей. Как видно разница не большая, так как в данных биотопах вода содержит нефтепродукты, которые попадают в воду с многочисленных стоянок судов 6.Вывод. При анализе фитопланктона на изучаемых водотоках и водоемах в течение периода исследований наблюдались изменения численности водорослей и разнообразие видового состава. Всего в исследуемых районах было встречено 48 видов водорослей. 1. Анализ фитопланктона на исследуемых водотоках и водоемах показал , что качественные и количественные характеристик альгофлоры их не имеют больших расхождений. Видовой состав на протяжении вегетационного периода изменялся незначительно. Постоянными и преобладающими по видовому богатству являлись диатомовые водоросли ( видов), а остальные отделы водорослей отличались более бедным видовым составом (зеленые , син-зеленые , перидиниевых , золотистых и жгутиковых вид). Помимо диатомовых в планктоне постоянно присутствовали представители от дела зеленых (Chlorophyta)). Развитие сине-зеленых водорослей носило сезонный характер. 2. Значительное видовое богатство и высокие количественные показатели фитопланктона формировались в водах реки Волга и ерика Казачий, где не было загрязнения нефтепродуктами и другими загрязнителями. На остальных водотоках и водоемах средние значения количественных показателей были значительно меньше. Важно отметить, что количественные показатели состояния фитопланктона ( численность) на отдельныхводоемах характеризовались существенными различиями, но для них отмечалась тенденция значительного снижения в осенний период. Изменение количественных характеристик альгофлоры связано с постоянством температур (+15º) в начале осени , и к резкому спаду температуры к началу зимы(декабрь +5). Однако , продолжая свое исследование , хотелось бы пронаблюдать за поведением водорослей весной и летом 2011 года, чтобы уставить динамику развития водорослей по сезонам. 3. На протяжении всего исследуемого периода в анализируемых водоемах Астрахани основными представителями видов-индикаторов фитопланктона водоемов и водотоков Астрахани на протяжении всего периода исследований на всех станциях были а-(3 - мезосапробные организмы). Среднее значение индекса сапробности составило 2,5 - 3,0, что позволяет охарактеризовать воды анализируемых участков как «умеренно-загрязненные». 5. В формировании показателей общей численности фитопланктона реки Волги доминирующая роль в иерархии отводится отделу диатомовых водорослей (до 55%).В других водоемах диатомовые встречаются значительно в меньшем количестве(10%). 7. Анализ зависимостей полученных по результатам 2010г продемонстрировал возможность их использования на практике в экспресс- оценке состояния фитопланктона водотоков и водоемов Астрахани. Колебания средних значений этих величин находились в пределах от 55 % фитопланктона до 10%. 7.Литература. 1.Абакумов В.А., Ганыиина Л.А. Методические указания по исследованию фитопланктона для определения состояния фоновых пресноводных экосистем. - М.: Гидрометеоиздат, 1987. - 12 с. 2.Бенинг А.Л. Кладоцера Кавказа. Тбилиси:Грузмедиздат, 1941.123с. 3. Виноградова К.Л., Голлербах М.М., Зауер JI.M., Сдобникова Н.В. Определитель пресноводных водорослей СССР. Т. 13, 1980 г. 4. Волошко JI.H. Видовой состав фитопланктона Нижней волге и ее дельты//Ботан. ж., т. 56, №11, 1971, с. 1674-1681. 5. Волошко Л.Н. Динамика фитопланктона в Нижней Волге и основных протоках ее дельты// Гидробиол. ж., - № 3, 1972 6.Видиофильм«Водоросли реки Волга»Анастасия Иванова http://www.youtube.com/watch?v=ZcoScwtmUmo 7.Вассер С.П. Кондратьева Н.В.; Масюк Н.П. и др. Водоросли. Справочник. Киев: 1989, 405 с. 8. Генкал С.И. Атлас диатомовых водорослей планктона реки Волги. Санкт-Петербург: Гидрометеоиздат.1992, 127 с.сб. 17-я научн. конф. АстрыбВТУЗа. Реф. докл. и сообщ., Астрахань, 1967 9. Горбунов К.В. О распределении сине-зеленых водорослей в водоемах низовьев дельты Волги// Экология и физиология сине-зеленых водорослей. Закономерности их массового развития в водоемах. -М.: Наука, 1965 10. Горюнова C.B., Ржанова Г.Н., Орлеанский B.K. Сине-зеленые водоросли. -М.: Наука, 1969 11.Гуревич А.А. Пресноводные водоросли (определитель). Пособие для учителя. – М.: Просвещение, 1966. – 112 с. 12.Лукошкина Н., Кушлуева И. Влияние нефтяного загрязнения на развитие пресноводных перифитонных сообществ // Мат. первого городского открытого конкурса «Охрана и восстановление водных ресурсов». – Астрахань, 2004. – с. 19-26. 13.Определитель пресноводных водорослей СССР. Вып. 4. Диатомовые водоросли / Под ред. А.И. Прошкиной-Лавренко. – М.: Советская наука, 1951. – 620 с. 14.Раилкин А.И. Процессы колонизации и защита от биообрастания. – СПб: Изд-во Санкт-Петербургского гос. ун-та, 1998. – 269 с. 15. http://www.keweenawalgae.mtu.edu/index.htm
