Анализ экологического состояния водных экосистем
МУНИЦИПАЛЬНОЕ КАЗЕННОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ«СТАНЦИЯ ЮНЫХ НАТУРАЛИСТОВ» Г.ДИГОРЫРефератТема: Анализ экологического состояния водных экосистемПДО Каргинова Фатима Юрьевна2016СОДЕРЖАНИЕ1.     Введение                                                                                                      32.     Методика исследований                                                                            53.     Результаты исследований                                                                        144.     Выводы                                                                                                      185.     Заключение                                                                                               196.     Список использованной литературы                                                      21ВВЕДЕНИЕВода - самое распространенное соединение в природе. Не бывает абсолютно чистой воды. Природная вода содержит многочисленные растворенные вещества - соли, кислоты, щелочи, газы (углекислый газ, азот, кислород, сероводород), продукты отходов промышленных предприятий и нерастворимые частицы минерального и органического происхождения. Свойства и качество воды зависят от состава и концентрации содержащихся в ней веществ.Проблема сохранения окружающей среды в настоящее время концентрирует на себе внимание исследователей всего мира. Увеличение объема загрязнений окружающей среды, в связи с усилением антропогенной нагрузки, вызывает необходимость в апробации экологически нестабильных участков методом мониторинга биоиндикационных признаков.С целью определения степени загрязнения экосистем в предлагаемой работе рассмотрены виды растений-индикаторов, изучены их особенности роста и развитие. Представлены данные по изучению особенностей протекания физико-химических процессов Любительских прудов в ст.Николаевская. Установлены экологические группы высших водных растений, исследованы условия питания, дыхания и продуктивности гидрофитов.В работе рассмотрены водные экосистемы, отзывчивые на негативные изменения в окружающей среде.ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ:Целью наших исследований является определение степени загрязнения экосистем, с помощью биоиндикаторов. Для осуществления поставленной цели решались следующие задачи:·        рассмотреть виды растений-индикаторов;·        провести оценку реакции живых организмов на изменения в среде их обитания;·        проанализировать научные данные об индикационных способностях водных растений;·        определить методы и критерии, отражающие загрязнение окружающей среды.АКТУАЛЬНОСТЬ:Вопрос охраны природы является актуальной в настоящее время. Методы биодиагностики, также как и методы дифференциальной диагностики загрязняющих веществ позволяют ретроспективно оценить качество окружающей среды. Отличие лишь в стоимости затрат на получение информации, которая для методов биодиагностики на два порядка ниже.Для этого необходимо в каждом субъекте Российской Федерации создать службу биомониторинга, оснащенную соответствующими малозатратными техническими средствами биоиндикации и биотестирования качества окружающей среды.Биомониторинг экологической обстановки на территории может организовываться региональными и местными природоохранными организациями с целью получения ретроспективной базовой (долгосрочной информации) о состоянии природных, антропогенных, природно-антропогенных и антропогенных объектов.БИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ВОДНЫХ ЭКОСИСТЕМ (БИОИНДИКАЦИЯ)В своем естественном состоянии различные природные водоемы могут сильно отличаться друг от друга. На водную флору и фауну действуют такие показатели, как глубина водоема, скорость течения, кислотно-щелочные свойства воды, мутность, кислородный и температурный режим, количество растворенной органики, соединений азота и фосфора, и многие другие. На все эти параметры влияет как антропогенная нагрузка, так и естественные процессы, происходящие в водоемах.Не всегда есть возможность проводить комплексные научные исследования, требующие больших материальных затрат и специального оборудования. В таких случаях можно использовать методы биоиндикации, биомониторинга, получивших в последнее время широкое признание и распространённость.Таблица 1- Классификация качества вод суши по биопоказателямКласс водВодыОтносительная численность олигохет от общего кол-ва зообентоса, %Биотический индекс Вудивисса1Очень чистые1–2010–82Чистые21–357–53Умеренно загрязненные36–504–34Загрязненные51–652–15Грязные66–851–06Очень грязные86–100 или макробентос отсутствует0Система биомониторинга водной среды отработана лучше других. Росгидромет использует классификатор качества вод, включающий 6 классов. Оценивают показатели донных беспозвоночных, перифитона (обитатели водных растений), фито-, зоо- и бактериопланктона. Для примера приведем таблицу классификации вод суши по показателям зообентоса (Таблица 1).По современным представлениям биоиндикаторы – организмы, присутствие, количество или особенности развития которых служат показателями естественных процессов, условий или антропогенных изменений среды обитания.ОСОБЕННОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЖИВОТНЫХ В КАЧЕСТВЕ БИОИНДИКАТОРОВИспользование живых организмов в качестве биологических индикаторов на изменение среды вызывает необходимость разработки ряда критериев, на основе которых можно подбирать индикаторные виды.Лягушки могут быть четким показателем содержания в воде многих токсичных веществ. Например, в теле лягушек в городе содержание свинца в 8 раз выше, чем на теле. Лучшим индикатором загрязнения среды можно считать зеленую жабу. В печени обитающей на суше жабы олова в 70 раз больше, чем у зеленых лягушек в воде (Рис.1)Рисунок 1 - Зеленая жабаО чистоте воды природного водоема можно судить по видовому разнообразию и обилию животного населения. В таблице 2 приведены индикаторные таксоны определяющие эколого-биологическую полноценность воды, класс качества и использование воды.Таблица 2- Шкала загрязнений по индикаторным таксонамИндикаторные таксоныЭколого-биологическая полноценность, класс качества воды, использованиеЛичинки веснянок, плоские личинки поденок, ручейник – риакофиллаОчень чистая. Полноценная Питьевое, рекреационное, рыбохозяйственное.Крупные двустворчатые моллюски (перловица), плавающие и ползающие ручейник-нейреклипсис, вилохвостки, водяной клопЧистая. Полноценная. Питьевое, рекреационное, рыбохозяйственное, орошение, техническое.Моллюски-затворки, горошинки, роющие личинки поденок, ручейники при отсутствии реакофиллы и нейреклипсис, личинки стрекоз плосконожки и красотки, мошкиУдовлетворительно чистая. Полноценная. Питьевое с очисткой, рекреационное рыбоводство, орошение техническое.Шаровки, дрейсена, плоские пиявки, личинки стрекоз при отсутствии плосконожки и красотки, водяной осликЗагрязненные. Неблагополучные. Ограниченное рыбоводство, ограниченное орошениеМасса трубочника, мотыля, червеобразные пиявки при отсутствии плоских, крыски, масса мокрецовГрязные. Неблагополучные. Техническое.Макробеспозвоночных нетОчень грязные. Неблагополучные. Техническое, с очисткойОсновное преимущество использования позвоночных животных в качестве биоиндикаторов заключается в их физиологической близости к человеку. Основные недостатки связанные со сложностью их обнаружения в природе, поимки, определение вида, а также с длительностью морфо-анатомических наблюдений. Кроме того, эксперименты с животными зачастую дороги, требуют многократной повторяемости для получения статистически достоверных выводов.ОСОБЕННОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РАСТЕНИЙ В КАЧЕСТВЕ БИОИНДИКАТОРОВИндикаторные растения могут использоваться для выявления отдельных загрязнений водных объектов, для оценки общего состояния водной среды.Хорошим биоиндикатором является водоросль Носток сливовидный. Наличие этого вида говорит о чистой воде. Первый признак тревоги – измельчение и нарушение правильной округлой формы изумрудных "шаров" этой водоросли (Рисунок 2).Рисунок 2 - Носток сливовидный, внешний вид (слева) и часть таллома (справа)Бурное развитие других сине-зеленых водорослей, например, осциллятории – хороший индикатор опасного загрязнения воды органическими соединениям.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.Рясковые – самые мелкие цветковые растения при благоприятных условиях размножаются круглогодично. Вегетативное тело рясковых называется листецом (Рис. 3)Рисунок 3 - Ряска малаяРяску называют «экологической дрозофилой». Особенности морфологического строения, высокая скорость размножения, чувствительность к среде обитания – все это сделало ряску удобным объектом для биоиндикации.Ряска малая (Lemna minor L.) и ряска тройчатая (Lemna trisulcs L.) чувствительны к загрязнению воды при содержании в ней до 10 мкг/млн Ba, Cu, Mg, Fe, Zn, Co и др (в соответствии с Таблицей 3).Таблица 3 - Специфические реакции ряски малой (Lemna minor L.) на соли металлов (Cu, Zn, Ba, Co)МеталлКонцентрация(мг/мл)Специфические реакцииCu0,1 – 0,25Листецы реагируют полным рассоединением из групп и изменением окраски с зеленой на голубую.Zn0,025Реакция заключается в изменение окраска листецов: с насыщенно зеленой до бесцветной, где зеленными остаются только точки роста.Ba0,1 – 0,25Вызывает полное рассоединение листецов, опадение корней, усыхание и изменение окраски листецов с зеленой на молочно-белую.Co0,25 – 0,0025Вызывает потерю окраски листецов, сильное усыхание, увядание, полную приостановку роста.В случае загрязнения воды тяжелыми металлами ряска повреждается, ее листья теряют зеленый цвет, обесцвечиваются или коричневеют, становятся корявыми.(Рис.4)Рисунок 4- Ряска малаяМожно выделить несколько универсальных реакций сообществ водных организмов на ухудшение качества воды. Прежде всего, это уменьшение видового разнообразия (в два – четыре, а иногда и в десятки раз) и изменение обилия водных организмов.При загрязнении воды токсичными веществами многие виды водных растений исчезают, зато разрастаются рдест, лютик, уруть, роголистник, элодея. Если этих растений в пруду слишком много – возможно, вода загрязнена марганцем, медью, железом, цинком.МЕТОДЫ БИОИНДИКАЦИИ ВОДНЫХ ОРГАНИЗМОВПри биологическом исследовании изучают водоем в целом – воду, дно, берега, а не только организмы, населяющие водоемы. Прежде чем приступить к обследованию, необходимо иметь сведения о гидрологическом режиме водоема: расходах воды, характере водосборной площади, расположении, количестве и качестве выпусков сточных вод, наличии загрязненых территорий вдоль берега водоема.При окончательном обследовании водоема производят отбор и обработку проб. Пробы отбирают ниже источника загрязнения, по возможности, на всем протяжении загрязненности водоема, а также для сравнения – в чистом пункте выше сброса. Для полной биологической диагностики водоема должны быть учтены все сообщества: перифитон, бентос, планктон, плейстон, нектон, макрофиты. Но практически при единичном обследовании можно ограничиться рассмотрением наиболее типичных сообществ: например, в малых водостоках исследуют перифитон, в реках – планктон, бентос и перифитон, в прудах – заросли макрофитов т.д.Моллюски имеют большое значение в технологии биологической очистки водоемов от органических веществ. Они имеют органы химического чувства (чувствительные клетки), которыми они пользуются для определения недоброкачественной воды. Моллюски – фильтраторы засасывают воду, содержащую органические и минеральные частицы, взвешенные в воде, мелкие планктонные организмы, а выделяют профильтрованную воду.Моллюскоиндикация поверхностных вод предусматривает извлечение пресноводных моллюсков из прибрежного слоя ила, что необходимо для визуальной идентификации групп биоиндикаторов и посчитать плотность их популяции. Большей частью они обитают на поверхности донного ила или в самом иле на глубине 1 – 2 см.Состояние водоема также определяют по гидрофитам. Согласно общепринятому определению, гидрофиты - водные растения, прикрепленные к почве и погруженные в воду только нижними своими частями. Гидрофиты обитают по берегам рек, озер, прудов и морей, а также на болотах и заболоченных лугах (т.н. гелофиты). Гидрофиты имеют хорошо развитые механические ткани и сосуды, проводящие воду.Гидрофиты интенсивно поглощают биогенные элементы, минеральные и органические вещества, выступают в роли биофильтров пестицидов и нефтепродуктов. В зарослях водных растений осаждается значительное количество приносимых с водой минеральных и органических взвесей. В результате происходит очистка воды и увеличивается прозрачность. Основная роль в этом процессе принадлежит тростнику обыкновенному, камышу озерному, рогозу узколистному, сусаку зонтичному. Таким образом, гидрофиты являются прекрасным естественным биофильтром, предохраняющим водную массу от загрязнений и ограничивающим чрезмерное развитие фитопланктона. Эта особенность даёт возможность использовать заросли гидрофитов для улучшения качества воды, сбрасываемой в реки и водоемы.Эффективное использование фильтрационной функции гидрофитов - один из возможных путей снижения биогенной нагрузки на водоемы.БИОИНДИКАЦИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ВОДОЕМОВ С ПОМОЩЬЮ ГИДРОФИТОВ (ЛЮБИТЕЛЬСКИЕ ПРУДЫ).Исследования проводили с мая по сентябрь 2014 года.Любительские пруды в ст. Николаевская относятся к бассейну реки Терек. Береговая линия пруда слабо изрезана. Дно илистое. Изучение высших водных растений проводили маршрутным методом, методом пробных площадок и геоботанического профилирования. Всего заложено 4 профиля. На пробных площадках размером 1м2 проведены укосы для определения биомассы. Трава срезалась ножницами у дна, этикетировалась и высушивалась. Взвешивание проводили на учебных весах ВГУ-1.Установление экологических групп высших водных растений и условных знаков для обозначения видов растений на профиле даны по В.М.Катанской.В составе водной флоры Любительских прудов нами выявлено 19 видов высших растений, относящихся к 11 семействам (Таблица 4).Таблица 4 - Распределение водных растений Любительских прудов по семействам.№СемействоЧисло видов% от общего числа1Хвощевые15,22Рогозовые210,43Рдестовые315,74Водокрасовые210,45Злаковые210,46Осоковые210,47Ароидные210,58Рясковые15,29Гречишные15,210Лютиковые210,411Вахтовые15,3Как видно из данных таблицы, преобладающим по числу видов является семейство Рдестовые, затем следуют Рогозовые, Злаковые, Водокрасовые и Лютиковые. Большинство семейств представлены 1-2 видами. Изученные виды относятся к различным экологическим группам. Экологический анализ водных растений Любительских прудов сведен в Таблицу 5.Таблица 5 - Экологический анализ водных растений Любительских прудов.Экологические группыВиды растенийОбщее число видов, относящихся к этой экологической группеГидрофиты частично погруженныеХвощ приречныйРогоз узколистыйРогоз широколистыйТростник обыкновенныйБолотница болотнаяКамыш озерный6Гидрофиты плавающиеВодокрас обыкновенныйТелорез обыкновенныйРяска малая3Гидрофиты с плавающими листьямиРдест плавающийГорец земноводный2Гидрофиты погруженныеРдест пронзенныйРдест злаковыйЛютик жестколистыйЛютик стреляющийся4ГидрофитыАирБелокрыльник болотныйКалужница болотнаяВахта трехлистная4Из данных таблицы видно, что преобладающей по числу видов является экологическая группа гидрофитов частично погруженных (6 видов). Меньшее число видов относится к гидрофитам, погруженным и гидрофитам (по 4 вида соответственно). Число видов относящихся к гидрофитам плавающим составляет 3, а гидрофитам с плавающими листьями-2.Высшие водные растения на Любительских прудах образуют чистые заросли (односоставные сообщества). Особенно это относится к тростнику обыкновенному и камышу озерному. Встречаются также растительные сообщества, состоящие из 2 видов: тростник обыкновенный и хвощ приречный.Мы провели измерение биомассы различных сообществ высших водных растений. Результаты исследований были сведены в Таблицу 6Таблица 6 - Биомасса (сухой вес г/м2) сообществ высших водных растений Любительских прудовНазвание сообществБиомасса, сухой вес г/м2 площадкиСредние данные1234Заросли тростника обыкновенного248286386307Заросли тростника обыкновенного с хвощем приречным185210325240Заросли камыша озерного160180216185По данным таблицы можно сделать вывод, что максимальную биомассу имеет тростник обыкновенный, его средняя биомасса составляет 307г/м2, а минимальную биомассу имеют заросли камыша озерного 185 г/м2.Выводы:1.     Всего в составе высшей водной флоры Любительских прудов выявлено 19 видов, относящихся к 11 семействам.2.     Наиболее многочисленными по числу видов являются семейства Рдестовые, Рогозовые, Злаковые, Водокрасовые и Лютиковые.3.     Преобладающими экологическими группами являются гидрофиты частично погруженные, гидрофиты погруженные и гигрофиты.4.     Среди сообществ высших водных растений, наибольшее распространение имеют заросли тростника обыкновенного, их биомасса с 1 м2 (сухой вес) составляет 307 г/м2.5.     Дальше всего в озеро заходит рдест пронзенный, что хорошо просматривается на геоботанических профилях.6.     Любительские пруды отличается более богатым видовым составом микрофитов.7.     Любительские пруды имеет большую ширину зарослей, что можно объяснить несколько большей площадью, занимаемой раньше малой и большой заиленностью вследствие поступления биогенных элементов с полей и объектов сельскохозяйственного производства.ВЫВОДЫ1.               Изучены виды растений – биоиндикаторов, отражающие экологическую нестабильность на конкретной территории. В частности ряска, фитопланктон, зоопланктон, элодея,рдест, зеленая жаба.2.               Проведена  оценка реакции живых организмов на изменения природной среды. Выявлены биоиндикаторы загрязнения водных экосистем (сине-зеленые водоросли, ряска и др.)3.               Определены методы биоиндикации водных организмов, отражающих состояние природной среды (метод моллюскоиндикации).4.               Выявлены растения  – индикаторы улучшающие экологическую обстановку (тростник обыкновенныйй, камыш озерный, рогоз узколистый, сусак зонтичный).ЗАКЛЮЧЕНИЕБиоиндикация – это оценка состояния среды с помощью живых объектов. Живые объекты (или системы)– это клетки, организмы, популяции, сообщества. С их помощью может производиться оценка как абиотических факторов (температура, влажность, кислотность, соленость, содержание поллютантов и т.д.) так и биотических (благополучие организмов, их популяций и сообществ).Биомониторинг является составной частью экологического мониторинга – слежение за состоянием окружающей среды по физическим и биологическим показателям. В задачи биомониторинга входит регулярно проводимая оценка качества окружающей среды с помощью специально выбранных для этой цели живых объектов.Биоиндикационные методы на основе видового состава сообществ и обилия водорослей дают интегральную оценку результатов всех природных и антропогенных процессов, протекавших в водном объекте. Кроме того, биоиндикация по сообществам водорослей – дешевый экспресс-метод, в то время как химические анализы дорогостоящи, а основным преимуществом автотрофов является то, что водоросли первыми в трофической цепи реагируют на загрязнители, не успевая их накапливать. Реакцией на изменение условий среды является изменение состава и обилия водных организмов, причем смена сообщества водорослей может произойти за несколько часов при смене условий среды. Экосистемный биоиндикационный подход к оценке качества среды обитания по существу аналогичен антропоцентрическому, так как человек реагирует на среду в целом, а не на отдельные ее факторы.Зоопланктон, в свою очередь, слабо реагирует на изменения в водоёме концентрации соединений азота и фосфора.Организмы бентоса (т.е. обитающие на дне водоёма, в толще донных осадков или в придонном слое воды) менее динамично реагируют на быстрые изменения уровня загрязнённости. Зато, благодаря продолжительному жизненному циклу многих донных животных, их сообщества надёжно характеризуют изменения водной среды за длительные периоды времени.Значение макрофитов (высшая водная растительность) наиболее существенно при предварительном гидробиологическом осмотре водных объектов. При загрязнении водоемов изменяется видовой состав, биомасса и продукция макрофитов, возникают морфологические аномалии, происходит смена доминантных видов, обусловливающих особенности ценоза. Данные по ихтиофауне важны при оценке состояния водного объекта в целом и особенно при определении допустимых уровней загрязнения водных объектов, имеющих рыбохозяйственное значениеДля изучения рек и ручьев большое значение имеют перифитонные организмы (т.е. обрастатели), те, которые дают картину общего состояния воды за достаточно длительный промежуток времени, предшествующий исследованию. Быстрые колебания степени загрязнения воды плохо уловимы с помощью перифитона и для их наблюдения лучше подходят гидрохимические и бактериологические методы.СПИСОК ИСПОЛЬЗЛВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ:1                 Алборов И.Д. Окружающая природная среда РСО-Алания: Проблемы и перспективы //Вестник Международной академии наук экологии и безопасности жизнедеятельности. Т. 12, № 3 - Санкт-Петербург, 2007 г.2                 Бадтиев Ю.С., Бадтиева Ф.К. Апробация методики биоиндикации во Владикавказе. // Экологический вестник России, № 5 - 2002. - С. 47-50.3                 Бадтиев Ю.С., Барков В.А., Усов Г.П. Биоиндикация поверхностных водоемов.//Экология и промышлен ность России, июнь 2003. - С. 24 - 26.4                 Бадтиев Ю.С., Кулемин А.А. Биоиндикация поверхностных вод по состоянию пресноводных моллюсков//Экологический вестник России.№ 5 -2001. С. 36-38.5                 Бадтиев Ю.С. Биомониторинг экологической обстановки. Владикавказ, 2009.46-53, 122, 194. c6                 Будун А.С. Природные ресурсы Северной Осетии и их охрана. – Владикавказ, 1994 г. с 1707                 Доклад о состоянии окружающей среды в республике Северная Осетия - Алания. Минприроды РСО-Алания. Владикавказ, 1995, - 350 с.8                 Мелехова О.П. Биологический контроль окружающей среды: биоиндикация и биотестирование. Учебное пособие для студентов высших учебных заведений / О.П. Мелехова, Е.И. Егорова, Т.И. Евсеева; под ред. О.П. Мелеховой, Е.И. Егоровой. - М.: Издательский центр «Академия», 2007.-288 с.9                 Методы и средства биоиндикации изменения состояния организмов для мониторинга. - Киев, 1990 г. - 229 с.10            Шарова И.Х. Зоология беспозвоночных. -М.: Гуманитарный изд. центр. ВЛАДОС. - С. 186- 309.
Каргинова Фатима Юрьевна