IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

Введение

Актуальность темы. Водные экосистемы благодаря особой роли воды на планете и крайней важности фундаментальной экологической границы вода-суша играют в сохранении биологического разнообразия особенно значимую, каркасную роль. Водные экосистемы существенно отличаются от сухопутных по важнейшим особенностям своего функционирования и по реакциям на деятельность человека.

С другой стороны, в России и власти, и общественное сознание не воспринимают водные экосистемы как что-то цельное, имеющее самостоятельную ценность. В традиционном сознании это - источники воды, рыбы и т.п., а также удобные места для свалки отбросов. Таким образом, сохранение разнообразия водных экосистем имеет особое значение для сохранения биоразнообразия планеты в целом и содержит ряд существенных отличий от способов сохранения сухопутных экосистем и видов животных.

Проблема. Сокращение биоразнообразия водных экосистем

Цель работы - обосновать и выявить факторы, влияющие на сокращение биоразнообразия водных экосистем и последствия их действия.

Объект исследования – водные экосистемы реки Битёвка.

Предмет исследования - факторы, влияющие на сокращение биоразнообразия водных экосистем и последствия их влияния.

Задачи

1) Провести обоснование влияния факторов различной природы на экосистемы водоемов

2) подобрать методику исследования

3)Провести отбор проб , проанализировать и выявить видовое разнообразие

4) Определить факторы, влияющие на показатели водного биоразнообразия. Оценить уровень воздействия вредных факторов на биоразнообразие водных экосистем.

5) На основе полученных результатов смоделировать прогноз дальнейшего состояния водного биоразнообразия экосистем и разработать методы по его сохранению.

Гипотезы (идейного типа)

1) Антропогенный фактор влияет на биологическое разнообразие.

2) Воздействие сточных вод снижает биологическое разнообразие водных экосистем.

3) Длительное воздействие антропогенных и природных факторов может привести к вымиранию некоторых видов в определённом водоёме.

Глава 1 Теоретическое обоснование 1.1 Состояние проблемы и факторы, её формирующие

Краткая оценка проблемы биоразнообразия водных экосистем

Проблемы, связанные с сохранением биоразнообразия водных экосистем, обычно делят на проблемы сохранения водно-болотных угодий (в широко принятом сейчас международном сообществом, в том числе и Конвенцией по биологическому разнообразию, понимании Рамсарской конвенции) и проблемы сохранения их биоты. Второе, в сущности, нельзя решить без первого, и оба подхода тесно связаны между собой.

Материковые водные и водно-болотные экосистемы отличаются от сухопутных рядом важных особенностей, имеющих особое значение для проблемы биоразнообразия.

1. Водные и водно-болотные экосистемы в силу постоянного накопления торфов (болотные системы), заполнения чаши водоема грунтами (лотические водоемы) или постоянной эволюции русла (лентические водоемы) не могут достигать климакса без перехода в сухопутные экосистемы. Все стадии развития водных и болотных экосистем являются переходными, то есть, серийными.

2. Водные экосистемы, как находящиеся на ранних сукцессионных стадиях, не являются сбалансированными биоценозами, поэтому реагируют на изменения условий очень быстро и интенсивно и особенно уязвимы для биологического загрязнения интродуцентами.

3. Поддержание водоема на одной стадии или ограниченной серии стадий сукцессии осуществляется за счет периодических изменений гидрологического режима - годовых, внутривековых и т.п. Особую роль в этих процессах играют экстремально водные и экстремально сухие периоды.

4. Водные экосистемы, находясь на низших гипсометрических уровнях, интегрируют все воздействия современной индустриальной цивилизации не только непосредственно на своей территории, но и на всей площади водосбора и даже, благодаря атмосферному переносу влаги, на еще больших площадях.

Предельно ярко эти черты выражены на водно-болотных угодьях суши. Моря в этом отношении более устойчивы.

Таким образом, охрана водных систем немыслима без охраны водосборов. Причем строгая консервация в условиях зарегулированных водосборов эффекта не дает - для сохранения биоразнообразия в этих условиях необходимо активное управление экосистемами. Это делает проблему охраны биоразнообразия водных экосистем зачастую сложнее и дороже, чем сухопутных.

1.2 Воздействия, негативные процессы и тенденции по отношению к биоразнообразию

Водные экосистемы трансформируются как в ходе естественной природной циклики планеты, так и вследствие воздействия со стороны индустриальной цивилизации.

Природные процессы типа климатической циклики, вулканизма и т.п. пока мощнее антропогенного влияния. Обычно они являются фоном, на котором складывалось современное биоразнообразие, и поэтому могут существенно его снизить лишь на региональном уровне или за длительные с точки зрения проблем охраны биоразнообразия периоды. Однако в ходе природных циклов отмечаются переломные моменты, когда природная динамика действует достаточно быстро.

Природные факторы, воздействующие на биоразнообразие, могут регионально существенно снижать его. Так, в аридных областях существенно падает биоразнообразие водных экосистем в тепло-сухие фазы климата, в гумидных - в прохладно-влажные. Но, в общем, эти изменения вследствие циклического характера обычно сводятся к миграции границ основных типов биоразнообразия.

Между тем человек и его цивилизация способны сконцентрировать отдельные типы ресурсов и нанести биоразнообразию удар практически любой силы - вплоть до уничтожающего (например, при термоядерной войне). С одной стороны, человечество разобщено и, поэтому, чаще всего воздействие человека остается узколокальным. Достаточно посмотреть списки вымерших видов - за редким исключением они состоят из островных эндемиков. С другой стороны, способность к концентрированию ресурсов позволяет человечеству чрезвычайно быстро по сравнению с природными процессами менять среду обитания биоты, поэтому антропогенные трансформации происходят скорее и воспринимаются обществом острее.

Основные виды антропогенных воздействий, оказывающие в настоящее время наиболее негативное влияние на биоразнообразие водных экосистем следующие:

1. Нарушения гидрологического режима. Во-первых, это осушение водоемов и болот, снижение поступления воды за счет ее разбора на хозяйственные нужды, повышение испаряемости на водосборах в основном за счет распашки и т.п. Во-вторых, снижение сезонной и годовой изменчивости гидрологического режима вследствие зарегулирования водотоков. В-третьих, резкие изменения гидрологического режима в периоды, когда в естественных условиях этого не наблюдается.

2. Изменение гидросети при сооружении трубопроводов и каналов, перекрывание источников снабжения водоемов.

3. Изменения геоморфологического режима водоемов. Размыв берегов, добыча и переработка всех видов аллювия и озерных отложений, увеличение твердого стока, спрямление русел, обвалование берегов озер, русел водотоков и участков пойм, изменения рельефа дна.

4. Нарушения гидрохимического режима. Загрязнение пестицидами, тяжелыми металлами, углеводородами и т.п. Нарушение концентрации солей. Нарушения естественного баланса поступления биогенных элементов (особенно его рост на поздних стадиях водной сукцессии) включая эвтрофирование водоемов. Кислотные дожди.

5. Нарушения гидрофизического режима. Тепловое загрязнение, загрязнение радионуклеидами, воздействия ЛЭП, взрывные работы.

6. Уничтожение и изменение прибрежной растительности как фактора стабильности берегов и кормовой базы и ремизов для животных. Выжигание и выкашивание фитоценозов, выпас, особенно перевыпас, скота, стихийный водопой большого количества скота.

7. Внедрение интродуцентов (биологическое загрязнение), включая направленную акклиматизацию. Антропогенное изменение численности животных, включая борьбу с сорной рыбой тотальными орудиями лова.

8. Браконьерство - все виды незаконного изъятия живых организмов, включая превышение квот и использование незаконных орудий добычи.

9. Некоторые особенности промысла - “пристрел” и “прилов” запрещенных видов или возрастных классов, ошибки в планировании сроков и квот промысла, сохранение традиционных опасных для биоразнообразия способов промысла.

Правильно спланированный и четко контролируемый промысел отрицательным фактором считать нельзя, так как он исходит из соображений не только добычи, но и максимального сбережения ресурса для дальнейшего использования.

Тенденции в развитии этих видов воздействия в настоящее время в России крайне неустойчивы, так как в основном связаны с хозяйственной ситуацией. В последние 10 лет уровень воздействия большей части этих видов снизился, исключение составляет лишь браконьерство, роль которого (особенно в рыболовстве и промысле морских беспозвоночных) резко возросла.

1.3 Влияние повышенного содержания азота, фосфора и калия в воде на экосистемы водоёмов

Повышенное содержание азота, фосфора и калия

От количественного и качественного состава азотосодержащих веществ зависят степень трофности и общая продуктивность водоемов. Соединения азота характеризуются высокой биологической активностью, принимают участие в метаболических процессах гидробионтов и существенно ухудшают органолептические свойства воды. Азот участвует в регулировании роста и плодоношения растений. Избыток азота может привести к чрезмерному росту водных растений и водорослей и планктона. Чрезмерный рост этих организмов и растений, в свою очередь, может засорять водозаборы, использовать растворенный кислород при разложении отмерших растений, и ограничивать проникновение солнечных лучей на глубину.

При повышении содержания азота в воде озера или водохранилища может произойти эвтрофикация, что приводит к гибели рыбы и других водных животных, разрастанию водорослей на поверхности, и, в конечном счете, лишившись кислорода, озеро превращается в болото.

Уменьшение содержания кислорода в воде приводит к гибели рыбы и водных беспозвоночных, от чего уменьшается разнообразие животных и растений. Это, в конечном итоге влияет на использование воды для отдыха: рыбалки, купания и катания на лодках

Фосфор является важным элементом для жизни растений, но если его слишком много в воде, может ускориться эвтрофикация. Происходит так называемое изменение трофического статуса водоема, сопровождающееся перестройкой всего водного сообщества и ведущее к преобладанию гнилостных процессов (и, соответственно, возрастанию мутности, солености, концентрации бактерий). Один из вероятных аспектов процесса эвтрофикации - рост сине-зеленых водорослей (цианобактерий), многие из которых токсичны.

Роль калия в жизнедеятельности растительной клетки связана с его влиянием на свойства протоплазмы. Калий увеличивает водоудерживающую способность протоплазмы, уменьшает потерю воды и способствует поддержанию тургора — состояния напряжения растительных клеток. Полезное действие калия на водный режим растения особенно сильно проявляется в засушливые годы, когда внесение калийных удобрений повышает устойчивость растений против завядания. Калий участвует в процессах фотосинтеза, в передвижении углеводов, в синтезе белков и в ряде других важнейших реакций. Нормальное питание растений калием способствует увеличению прочности стеблей. Недостаток калия ослабляет способность растений противостоять грибковым заболеваниям.

При больших концентрациях в водоёмах калия, может повышаться трофность, вследствии чего нарушается экологическое равновесие в водоеме, происходит стимулирование развития одних организмов в ущерб другим. [3]

Составляя модель, за объект исследования мы взяли водную экосистему реки Битёвка (бентос, фитопланктон и зоопланктон). На которую воздействуют сточные воды города, а также природные факторы, которые могут включать в себя количество осадков, температура воздуха, доступность солнечных лучей. Погодные условия могут внести вклад в изменение биоразнообразия водоёма и поэтому нужно оценить степень влияния осадков. Собрав все данные, возможно, можно будет оценить степень нагрузки и устойчивость сообществ, а так же будет возможность спрогнозировать дальнейшее существование экосистемы.

1.4 Модель исследований

 

Природные факторы(погода).

 

 

Водная экосистема:

-бентос

-фитопланктон

-зоопланктон

 

 

Устойчивость

сообществ

Сточные воды

Грунт (хим. состав)

 

Глава 2. Описание объекта и методика исследования

2.1 Описание объекта

Объектом исследования является водные экосистемы реки Битёвка. Река Битёвка в Кургане – это отрезок старого русла реки Тобол, образующий замкнутое кольцо с островом посередине. На территории острова находится Центральный парк культуры и отдыха имени 50-летия Великого Октября. Общая протяженность Битёвки чуть более полутора километров. Ширина составляет 20-30 метров при глубине от 0,6 до 4 метров. Естественного соединения с рекой Тобол она не имеет. Вода обновляется только в период паводков, когда вода из Тобола по специальной системе труб перетекает в Битёвку. До последнего времени вода в Битёвке была чистой, водилась рыба. В летнее время работал пункт проката катамаранов, и купались ребятишки. Но за последние пятнадцать лет ситуация ухудшилась. Река сильно обмелела, вода в ней стала мутной и приобрела неприятный запах.[4]

Типичная экосистема пресных водоёмов умеренных широт подразделяется на зоны, которые и будут являться объектами исследования. В мелководной прибрежной зоне - литорали обитают многочисленные продуценты, как свободно плавающие, так и укоренённые водные растения. Здесь много насекомых и их личинок, здесь обитают лягушки, водоплавающие птицы и млекопитающие.Пелагиаль - это поверхностный слой открытых вод, где обитают планктонные организмы и поедающие планктон рыбы.Профундаль - слабо освещенная зона, где живут хищные и придонные рыбы. Бенталь - дно, покрытое илом. Здесь обитают многочисленные детритофаги и редуценты - моллюски, черви, раки и личинки насекомые. [5]

2.2 Методика анализа водных экосистем

Метод биоиндикации

Оценка качества воды водоемов и водотоков 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. Рекогносцировочная оценка степени загрязнения водоема по составу гидробионтов 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.

Планктон - совокупность гидробионтов, не способных активно передвигаться или медленно передвигающихся, но не противостоящих токам воды. Фитопланктон - важнейший компонент водных систем, активно участвует в формировании качества воды и является чутким показателем состояния водных экосистем и водоема в целом. Подчеркивая всю важность биоиндикационных методов исследования, необходимо отметить, что биоиндикация предусматривает выявление уже состоявшегося или происходящего загрязнения окружающей среды по функциональным характеристикам особей и экологическим характеристикам сообществ организмов. Постепенные же изменения видового состава формируются в результате длительного отравления водоема, и явными они становятся в случае в случае далеко идущих изменений. Таким образом, видовой, видовой состав гидробионтов из загрязняемого водоема служит итоговой характеристикой токсикологических свойств водной среды за некоторый промежуток времени и не дает ее оценки на момент исследования.

В холодное время года системы биологической индикации в гидробиологии вообще не могут быть применены. Биоиндикация - способ оценки антропогенной нагрузки по реакции на нее живых организмов и их сообществ. Биотестирование - использование в контролируемых условиях биологических объектов (тест-объектов) для выявления и оценки действия факторов (в том числе и токсических) окружающей среды на организм, его отдельную функцию или систему организмов. Наиболее полно методы биотестирования разработаны для гидробионтов и позволяет использовать их для оценки токсичности загрязнений природных вод, контроля токсичности сточных вод, экспресс - анализа в санитарно-гигиенических целях, для проведения химических анализов в лабораторных целях и решения целого ряда других задач. В зависимости от целей и задач токсикологического биотестирования в качестве тест - объектов применяются различные организмы: высшие и низшие растения, бактерии, водоросли, водные и наземные беспозвоночные и другие.

При сбросе в водоем токсических веществ, содержащихся в промышленных сточных водах, происходит угнетение и обеднение фитопланктона. 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. Это может приводить к гибели зооценозов водоема и делает воду непригодной для питья. Многие планктонные водоросли в процессе жизнедеятельности нередко выделяют токсичные вещества. Увеличение в водоемах содержания биогенных веществ в результате хозяйственной деятельности человека, сопровождаемые чрезмерным развитием фитопланктона, называют антропогенным эвтрофированием водоемов.

Биоиндикаторы.

Хорошим биоиндикатором является водоросль Ностак сливовидный. Наличие этого вида говорит о чистой воде. Первый признак тревоги - измельчение и нарушение правильной округлой формы изумрудных "шаров" этой водоросли. Бурное развитие других сине-зеленых водорослей, например, осциллятории - 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. При плохой с избытками сернистых соединений могут сопровождаться хлопьевидными налетами нитчатых серобактерий - теотриксов.

Хорошие результаты дает анализ бентосных (придонных) беспозвоночных. Оценка чистоты водоемов делается по преобладанию, либо отсутствию тех или иных таксонов. Трубочник образует огромные скопления в илу сильно загрязненных рек, в незначительных количествах встречаются также на песчаных и каменистых грунтах более чистых рек. Мотыль образует большие скопления в илу сильно загрязненных органическим веществом рек. Крыска (эриталис) - это личинка мухи - пчеловидки из семейства журчалок. Крыска обитает в загрязненных органическим веществом водоемах с черным илом и сильным запахом сероводорода.

Фитопланктон

Животные и растения, обитающие в водоемах, в результате обмена веществ оказывают сильное влияние на состояние водоема и свойств воды. Изучение фитопланктона водоемов производится путем сбора проб на установленных станциях. Для определения видового состава фитопланктона из пробы на предметное стекло наносится капля материала, закрывается покровным стеклом и анализируется под микроскопом. Идентификация видов осуществляется с помощью определителя.

Сине-зеленые водоросли - прокариотические организмы, встречаются повсеместно и могут обитать в таких экстремальных биотопах, как горячие источники и каменистые пустыни. Некоторые виды сине-зеленых водорослей могут вызвать токсичное "цветение" в эвтрофированных метообитаниях, представляющие опасность для человека и домашнего скота.

Диатомовые водоросли - микроскопические организмы, встречаются во всех видах вод. Образуют основную массу состава продуцентов в водоеме, они являются началом пищевой цепи. Их поедают беспозвоночные животные, некоторые рыбы и молодь. Массовое развитие некоторых диатомовых водорослей может иметь и отрицательные последствия (влияют на качество воды, вызывают гибель личинок рыб, забивая им жабры). Многие диатомеи можно использовать как индикаторы качества воды водоема.

Зеленые водоросли - один из самых обширных отделов водорослей, в котором имеются все известные у водорослей структуры, кроме амебоидной и тканевой.

Эвгленовые водоросли - Распространены исключительно в пресных водоемах, богаты органическими веществами, в клетках содержит многочисленные кроваво-красные гранулы. Пи массовом развитии эти виды образуют на поверхности воды налет: красный - на солнечном свету, зеленый в тени или после захода солнца, некоторые виды вызывают "цветение" воды, окрашивая ее в коричневый цвет.

Золотистые водоросли - преимущественно пресноводные водоросли, чаще всего встречаются в чистых водоемах. Обычно они развиваются в холодное время года.

Криптофитовые водоросли - наиболее обширные порядок криптомонодальные включает водоросли, распространенные в пресных водах и морях. Среди бесцветных криптомонадовых наиболее известен часто встречающийся в загнивающей воде род Хиломонас.

Динофитовые водоросли - существуют в пресных водах и в морях. Среди них существуют паразиты которые уничтожают личинок устриц, есть виды вырабатывающие яд, смертельный для рыб. Кроме, того разлагаясь после своего массового развития, так называемых "красных приливов" , они могут отравлять воду на многие километры вредными продуктами распада, взывая замор рыбы и других водных животных. Желто-зеленые водоросли - большинство видов пресноводные, широко распространены в различных местообитаниях.

Оценка численности и биомассы зоопланктона.

При камеральной обработке собранного материала следует пользоваться счетно-весовым методом. При этом в камере Богорова просчитываются все особи каждого вида. Мелкие организмы просчитываются в части пробы, отбираемой особыми штемпель-пипетками (объемом 0,1-5мл). Для этого пробу необходимо довести до определенного объема в зависимости от обилия планктона. Объем просчитываемой части пробы зависит от ее плотности. Достоверные результаты получают, если в каждой просчитываемой порции число особей одного вида насчитывает не менее 50. Минимальное количество порций должно быть не меньше трех. Количество животных в пробе определяют как среднеарифметическое из всех просчетов. Для учета крупных или малочисленных организмов вся проба просчитывается под бинокуляром.

От определения числа организмов в пробе переходят к определению численности. Данные по численности должны бать представлены как количество организмов в единице объема или в столбе воды, сечение которого соответствует выбранной единице площади. Как правило, при сравнении численности зоопланктона в различных водоемах используются данные по числу экземпляров в единице объема, при сопоставлении результатов определения численности зоопланктона и фитопланктона, количество рыбы и так далее применяются величины средней численности под квадратным метром поверхности. Биомасса зоопланктона определяется умножением числа организмов каждого вида на их индивидуальную массу.(5)

2.3 Методы сбора проб фитопланктона и фитобентоса

Методы сбора проб фитопланктона

Выбор метода отбора проб фитопланктона зависит от типа водоема, степени развития водорослей, задач исследования, имеющихся в наличии приборов, оборудования и т. п.

Одним из таких методов является фильтрование воды через планктонные сети различной конструкции.

Планктонная сеть состоит из латунного кольца и пришитого к нему конического мешка из мельничного шелкового или капронового сита или иного типа. К узкому выходному отверстию плотно прикрепляется стаканчик, который имеет выводную трубку, закрытую краном или зажимом Мора. При сборе планктона поверхностных слоев воды планктонную сеть опускают в воду так, чтобы верхнее отверстие сети находилось на 5-10 см над ее поверхностью. Литровой кружкой черпают воду из поверхностного слоя (до 15-20 см глубины) и выливают ее в сеть, отфильтровывая таким образом 50-100 л воды. На крупных водоемах планктонные пробы отбирают с лодки. При этом рекомендуют тянуть планктонную сеть на тонкой веревке за движущейся лодкой в течение 5-10 мин.

Закончив сбор планктона, планктонную сеть прополаскивают, опуская ее несколько раз в воду до верхнего кольца, чтобы отмыть водоросли, задержавшиеся на внутренней поверхности сети. Сконцентрированную таким образом пробу планктона, находящуюся в стаканчике планктонной сети, сливают через выводную трубку в заранее приготовленную чистую баночку или бутылку.

Сетяные пробы планктона можно изучать в живом и фиксированном состоянии.

Для количественного учета фитопланктона производят отбор проб определенного объема. Для этих целей могут быть использованы и сетяные сборы (при условии обязательного учета количества отфильтрованной через сеть воды) или специальные приборы - батометры разнообразной конструкции.

Сгущение количественных проб фитопланктона можно осуществлять тремя методами, дающими примерно одинаковые результаты - осадочным, фильтрационным и цетрифугированием.

Сгущение проб осадочным методом проводят после их предварительной фиксации и отстаивания в темном месте в течение 15 - 20 дней путем отсасывания среднего слоя воды с помощью стеклянной трубки. Отсасывание проводят медленно и осторожно, чтобы не допустить нарушения осадка и засасывания поверхностного слоя пробы. Сгущенную таким способом пробу взбалтывают и, замерив, ее объем, переносят в сосуд меньшего размера.

При сгущении проб фильтрационным методом используют "предварительные", а, при необходимости (если размеры планктонных организмов очень малы), и бактериальные фильтры. При этом пробы воды предварительно не фиксируют, и фитопланктон изучают в живом состоянии. Для длительного хранения фильтр с осадком фиксируют в определенном объеме жидкости.

Метод центрифугирования применяется обычно для концентрации живого материала проб, в которых плотность природного фитопланкона достаточно низка и прямое микроскопирование содержимого выборки затруднено. Этот метод позволяет сконцентрировать пробу в 10-50 раз.

Методы сбора проб фитобентоса

Существующие методы отбора проб фитобентоса предусматривают сбор водорослей, обитающих на поверхности донных грунтов и отложений, в их толще (глубиной до 1 см) и в специфическом придонном слое воды толщиной 2-3 см. Для изучения видового состава фитобентоса достаточно извлечь на поверхность некоторое количество донного грунта с отложениями. На мелководье (до 0,5-1,0 м глубины) это достигается с помощью опущенной на дно пробирки или сифона - резинового шланга со стеклянными трубками на концах, в который засасывают наилок. На больших глубинах качественные пробы отбирают с помощью ведерка или стакана, прикрепленного к палке, а также различными грабельками, "кошками", драгами, дночерпателями, илососами, из которых наиболее прост в изготовлении и удобен в работе илосос. Основная часть этого прибора - U-образная трубка с неравными концами. К короткому концу трубки подведена тонкая металлическая трубочка, к которой присоединен длинный резиновый шланг с зажимом на свободном конце. На этом же конце U-образной трубки с помощью резиновой пробки закреплена широкогорлая склянка. На длинном открытом конце трубки прикреплен груз. Прибор с помощью веревки опускают на дно водоема, где под действием груза длинный конец U-образной трубки врезается в толщу донных отложений; после этого конец резинового шланга, оставшийся на поверхности, освобождают от зажима, давая выход воздуху, и ил с силой засасывается в банку через длинный конец трубки. Затем прибор извлекают на поверхность, и содержимое банки переносят в приготовленную для пробы посуду.

Для отбора количественных проб фитобентоса используют микробентометр. Основная часть его - латунная трубка длиной 25-30 см с внутренним диаметром 4-5 см, на основании которого рассчитывают площадь внутреннего сечения трубки. На верхнем конце этой трубки находится втулка с конусообразной воронкой, в которую на рычаге герметически входит притертая крышка-клапан. Трубку с открытой крышкой на разборной деревянной штанге опускают на дно и врезают заточенным нижним концом в толщу донного грунта на несколько сантиметров. Потянув за веревку, закрепленную на свободном конце рычага, закрывают верхнюю втулку трубки крышкой, после чего прибор осторожно извлекают на поверхность. При выходе трубки из воды нижнее отверстие трубки закрывают ладонью, чтобы не допустить выпадения грунта. Открыв крышку, осторожно сливают верхние слои воды в стеклянную посуду до появления мути. Эту первую порцию воды, содержащую планктонные организмы, выливают за борт. Оставшиеся в трубке воду, ил и грунт легко встряхивают и переносят в приготовленную для пробы посуду, предварительно замерив ее объем. Микробентометр удобен в работе на глубинах 2,0-2,5м. (6)

Индексы биоразнообразия. В настоящее время предложено более 40 индексов, которые предназначены для оценки биоразнообразия. Индексы, применяемые в анализе разнообразия сообществ, должны удовлетворять следующим требованиям:

1) разнообразие сообщества тем выше, чем больше в нем количество видов;

2) разнообразие сообщества тем выше, чем выше его выравненность.

Большинство различий между индексами, измеряющими биоразнообразие, заключается в том, какое значение они придают выравненности и видовому богатству.

Индексы видового богатства

Важной мерой оценки разнообразия для ограниченного в пространстве и во времени сообщества, для которого точно известно число составляющих его видов и особей, является видовое богатство. Однако в большиинстве случаев исследователь имеет дело с выборкой, не располагая полным списком видов сообщества. В этом случае необходимо использовать «нумерическое видовое богатство», т. е. число видов на строго оговоренное число особей или на определенную биомассу, и видовую плотность.

Видовая плотность (например, на 1 м²) – наиболее распространенный показатель видового богатства, особенно среди ботаников и почвенных зоологов.Показатель «нумерическое видовое богатство» используется реже, хотя более популярно его применение при исследовании водных объектов. Например, при исследовании экологических воздействий на сообщества рыб можно использовать показатель число видов на 1000 рыб.

Не всегда можно добиться равного размера всех выборок. Но следует всегда помнить, что при увеличении объема выборки число видов всегда растет.

Различные сочетания S (число выявленных видов) и N (общее число особей всех S видов) лежат в основе простых показателей видового разнообразия:

индекса видового богатства Маргалефа:

индекса видового богатства Менхиника:

.

Достоинство этих индексов – легкость расчетов. Большая величина индекса соответствует большему разнообразию.

2.4. Органолептические методики анализа воды

1. Цвет (окраска).

Для определения цветности воды необходим стеклянный сосуд и лист белой бумаги. В сосуд нужно набрать воду и на белом фоне бумаги определить цвет воды (голубой, зеленый, серый, желтый, коричневый) – показатель определенного вида загрязнения. Для источников хозяйственно – питьевого водоснабжения окраска не должна обнаруживаться в столбике высотой 20 см., для водоемов культурно – бытового назначения – 10 см.

2. Прозрачность.

Для определения прозрачности воды был использован мерный цилиндр с плоским дном под который подлаживался шрифт на расстоянии 4 см. от его дна, высота которого 2 мм., а толщина линии букв – 0.5 мм. Вода сливалась до тех пор пока не будет виден этот шрифт. Измерив высоту столба оставшейся воды, эта степень прозрачности выражалась в сантиметрах. При прозрачности воды менее 3 см. водопотребление из водоема ограничивается. Уменьшение прозрачности вод свидетельствует об их загрязнении.

3.Запах.

Определение основано на органолептическом исследовании характера и интенсивности запахов воды при температуре 20 и 60. Характер и интенсивность запаха определяются при помощи следующих таблиц:

Интенсивность оценивается по 5 – бальной системе согласно таблице. Запах воды из водоемов хозяйственно – питьевого назначения не должен превышать 2 баллов.

Запах воды определяется в помещении, в котором воздух не имеет постороннего запаха. Характер и интенсивность запаха определяются при помощи следующих таблиц:

Таблица 1

Характер и род запаха воды естественного происхождения

Характер запаха	Примерный род запаха
Ароматический	Огуречный, цветочный
Болотный	Илистый, тинистый
Рыбный	Рыбы, рыбьего жира
Гнилостный	Фекальный, сточные воды
Землистый	Прелый, глинистый, свежевспаханной земли
Плесневый	Затхлый, застойный
Неопределенный	Неподходящий под предыдущие определения

Таблица 2

Интенсивность запаха воды.

Балл	Интенсивность запаха	Качественная характеристика
0	-	Отсутствие ощутимого запаха
1	Очень слабая	Запах, не поддающийся обнаружению потребителем, но обнаруживаемый в лаборатории опытным исследователем
2	Слабая	Запах, не привлекающий внимания потребителя, но обнаруживаемый, если на него обратить внимание
3	Заметная	Запах, легко обнаруживаемый и дающий повод относится к воде с неодобрением
4	Отчетливая	Запах, обращающий на себя внимание и делающий воду непригодной для питья
5	Очень сильная	Запах настолько сильный, что вода становится непригодной для питья

Определение качества воды методами химического анализа

1. Водородный показатель (pH).

Можно определить pH с помощью универсальной бумаги, сравнивая ее окраску со шкалой.

Питьевая вода должна иметь нейтральную реакцию (pH около 7).

Значение pH воды водоемов хозяйственного, питьевого и культурно – бытового назначения регламентируется в пределах 6.5 – 8.6.

2. Определение наличия хлоридов и сульфатов.

Качественное определение хлоридов с приближенной количественной оценкой проводится следующим образом. В пробирку отбирается 5 мл. исследуемой воды и добавляется 3 капли 10 % раствора нитрата серебра. Приблизительное содержание хлоридов определяется по осадку или помутнению.

Таблица 3.

Определение содержания хлоридов

Осадок или помутнение	Концентрация хлоридов, мг/л
Опалесценция или слабая муть	1-10
Сильная муть	10-50
Образуются хлопья, но осаждаются не сразу	50-100
Белый объемный осадок	Более 100

Качественное определение сульфатов с приближенной количественной оценкой проводится следующим образом. В пробирку вносится 10 мл исследуемой воды, 0.5 мл соляной кислоты (1:5) и 2 мл 5% раствора хлорида бария, перемешивается. По характеру выпавшего осадка определяется ориентировочное содержание сульфатов.

Таблица 4.

Определение содержание сульфатов

Осадок или помутнение	Концентрация сульфатов, мг/л
Муть отсутствует	менее 5
Слабая муть, появляющаяся через несколько минут	5 – 10
Слабая муть, появляющаяся сразу	10 – 100
Сильная муть, быстро оседающая	более 100

Глава 3. Результаты исследований водного биоразнообразия и его оценка

Оценка биологического разнообразия реки Битёвка города Кургана

3.1. Пространственно-временная динамика активного ила реки Битевка

Биоразнообразие активного ила в весенний период

Таблица 5.

Биоразнообразие активного ила в весенний период

Название	Точка 1	Точка 2	Точка 3
Инфузория	7	56	8
Дафния магна	1	2	2
3.Круглый червь (остатки)	2	-	1
4.Зелёные водоросли (клостериум)	5	5	-
5. Диатомовые водоросли	26	27	40
6.Зелёные водоросли (спирогира)	2	4	2
7. Сине-зелёные водоросли (микроцистис)	30	-	-
8. Диатомовые водоросли (пинулярия)	4	-	-
9. Сине-зелёные водоросли (осциллятория)	-	3	4
10. Ряска	-	-	-

Рис.1 Биоразнообразие активного ила р.Битевка в весенний период

Данные пробы были отобраны в конце мая в трёх точках на реке Битевка, во всех точках преобладают диатомовые водоросли, спирогира, что свидетельствует о умеренной загрязнённости водоёма весной. Однако, в первой точке которая находится с южной стороны наблюдается присутствие сине-зелёных водорослей микроцистис, которые являются ядовитыми. Отсутствуют многие характерные виды для данного водоёма, это может обуславливаться быстрым развитием водорослей и некоторым видам недостаточно кислорода и солнечного света, а также вместе со сточными водами вредных веществ.

Биоразнообразие активного ила (лето)

Рис.2 Биоразнообразие активного ила р.Битевка в летний период

Таблица 6.

Биоразнообразие активного ила (лето)

Название	Точка 1	Точка 2	Точка 3
Инфузория	6	11	6
Дафния магна	11	2	-
Рачёк циклоп	2	-	-
Круглый червь (остатки)	1	-	2
Зелёные водоросли (клостериум)	-	-	-
Диатомовые водоросли	12	30	-
Зелёные водоросли (спирогира)	2	3	13
Сине-зелёные водоросли (микроцистис)	7	9	4
Диатомовые водоросли (пинулярия)	8	5	-
Сине-зелёные водоросли (осциллятория)	5	-	4
Эвгленовые водоросли	3	12	-
хламидомонада	1	-	-
Эвглена зелёная	2	4	7
Ряска	+	+	+

Во всех точках присутствуют в небольших количествах зелёные водоросли спирогира и ядовитых водорослей микроцистис, но помимо этих видов в точках отбора проб присутствуют и другие не многочисленные виды водорослей, и обильное количество ряски, что привело к появлению зелёного ’’ковра’’ на поверхности воды, это в значительной мере препятствует проникновению солнечных лучей, которые необходимы для выделения кислорода в воду, в следствии его истощения некоторые виды начнут погибать. Во всех трёх точках обнаружена эвглена зелёная, что свидетельствует о сильной степени загрязнённости водоёма биогенными элементами.

Биоразнообразие активного ила (осень)

Таблица 7.

Биоразнообразие активного ила (осень)

Название	Точка 1	Точка 2	Точка 3
Инфузория туфелька	30	8	22
Дафния магна	6	10	8
Рачёк циклоп	-	-	-
Круглый червь (остатки)	-	-	-
Зелёные водоросли (клостериум)	-	-	2
Диатомовые водоросли	-	-	-
Зелёные водоросли (спирогира)	5	4	-
Сине-зелёные водоросли (микроцистис)	15	7	3
Диаматовые водоросли (пинулярия)	1	-	-
Сине-зелёные водоросли (осциллятория)	-	-	4
Эвгленовые водоросли	3	4	6
хламидомонада	-	-	-
Эвглена зелёная	-	-	2
Цисты	2	-	1
Раковинная инфузория	1	1	2
Прикреплённая инфузория	1	2	2
Аспидиска	-	-	1
Ряска	_	+	+
личинки комара-звонца	+	+	+

Биоразнообразие активного ила (лето)

Рис.3 Биоразнообразие активного ила р.Битевка в осенний период

В исследуемых пробах осеннего периода наблюдается значительное разнообразие видов, присутствуют главные группы организмов такие как: сине-зеленные водоросли, диатомовые водоросли, зеленые водоросли, зеленые жгутиковые, инфузории, коловратки, ракообразные. На основе обнаруженных видов можно сделать такие выводы что, организмы полуанаэробы, азотистые соединения представленны в виде аммиака, аминокислоты, среднее количество сероводорода, происходит загнивание, сильное преобладание отдельных видов, смена сообществ часто катастрофическая, потребность организмов в кислороде слабая, присутствуют личинки комара-звонца что может означать чрезмерное загрязнение водоема.

3.2. Динамика сезонного биоразнообразия активного ила

Рис.4 Динамика сезонного биоразнообразия

активного ила р.Битевка (точка 1)

Примечание: 1 - Инфузория туфелька, 2 – Дафния магна, 3 – рачок (циклоп); 4 – круглые черви; 5 – Клостериум; 6 – спирогира; 7 – Диатомовые водоросли; 8 – Пинулярия; 9 – Микроцистис; 10 – Осцелятория; 11 – Эвгленовые водоросли; 12 – Хломида монада; 13 – Эвглена зеленая; 14 – Цисты; 15 – Раковинная инфузория; 16 – Прикрепленная инфузория.

В сезонной динамике биоразнообразия экосистемы первой четко выражено преобладание отдельных систематических групп, так в весенний период преобладают диатомовые водоросли и микроцистис из синезеленых водорослей. В летний период преимущество остается за этими же группами, добавляется дафния магне. Осеннее биоразнообразие значительно уже, но многочисленнее в рамках популяций. Преобладают микроцистис и инфузория туфелька(рис.4).

Рис.5 Динамика сезонного биоразнообразия

активного ила р.Битевка (точка 2)

1 - Инфузория туфелька, 2 – Дафния магна, 3 – рачок (циклоп); 4 – круглые черви; 5 – Клостериум; 6 – спирогира; 7 – Диатомовые водоросли; 8 – Пинулярия; 9 – Микроцистис; 10 – Осцелятория; 11 – Эвгленовые водоросли; 12 – Хломида монада; 13 – Эвглена зеленая; 14 – Цисты; 15 – Раковинная инфузория; 16 – Прикрепленная инфузория

Биоразнообразие экосистемы -2 значительно беднее, чем в первой. В биоразнообразии экосистемы -2 весной преобладают диатомовые водоросли и Инфузория туфелька. В летний период выделяются диатомовые, а в осенний период численность всех живущих видов резко сокращается(рис.5).

Рис.6 Динамика сезонного биоразнообразия

активного ила р.Битевка (точка 3)

Примечание:

1 - Инфузория туфелька, 2 – Дафния магна, 3 – рачок (циклоп); 4 – круглые черви; 5 – Клостериум; 6 – спирогира; 7 – Диатомовые водоросли; 8 – Пинулярия; 9 – Микроцистис; 10 – Осцелятория; 11 – Эвгленовые водоросли; 12 – Хломида монада; 13 – Эвглена зеленая; 14 – Цисты; 15 – Раковинная инфузория; 16 – Прикрепленная инфузория, 17 – Аспидиска

В третьей точке биоразнообразие шире, чем во второй системе, но популяции не многочисленны. Выделяются весной – диатомовые водоросли, летом – спирогира, осенью – Инфузория туфелька.

Таблица 8

Индекс видового разнообразия р. Битёвка (Менхиник)

	Время года
Место взятия	весна	лето	осень
Точка 1	0,912	1,550	1,125
Точка 2	0,610	0,917	1,167
Точка 3	0,796	1	1,511

В данной таблице наблюдается то, что видовое разнообразие максимального значения достигает в точке 1 летнего периода и точке 3 осенью, это связано с обильным развитием различных видов водорослей и их загниваем, следствие чего в воде большое количество растворённых органических веществ.

Таблица 9.

Индекс доминирования р.Битёвка(Бергера-Паркера)

	Время года
Место взятия	весна	лето	осень
Точка 1	0,389(инфузории)	0,2(микроцистис)	0,469(диатомовые водоросли)
Точка 2	0,577(дафнии)	0,395(инфузории)	0,278(диатомовые водоросли)
Точка 3	0,701(инфузории)	0,361(диатомовые водоросли)	0,415(спирогира)

Из показателей видно, что весной доминируют над остальными видами инфузории и дафнии, в летний сине-зелёные(микроцистис) ядовитые, бурые и инфузории, осенью бурые и зелёные водоросли. Обилие инфузории свидетельствует о уже начавшемся разложении органических веществ, летом наблюдается обильное развитие водорослей один вид доминирует над другим и водоём полностью зарастает, осенью так же остались виды бурых и других водорослей которые начали отмирать, от чего наблюдается ’’цветение’’ воды.

3.3 Экосистема реки Битевка

Таблица 10.

Распределение по трофическим уровням активного ила р.Битёвка

Трофические уровни	Время года и место взятия
	весна			лето				осень
	Точка 1	Точка 2	Точка 3	Точка 1	Точка 2	Точка 3	Точка 1		Точка 2	Точка 3
Продуценты	5	4	3	8	6	4	4		4	5
консументы 1го порядка	2	1	2	3	2	3	4		3	5
консументы 2го порядка	1	1	1	2	1	1	1		1	1
Редуценты	-	-	-	-	-	-	-		-	-

Рис.7 Распределение обитателей трофических уровней активного ила р.Битевка по сезонам (точка 1)

Рис.8 Распределение обитателей трофических уровней активного ила р.Битевка по сезонам (точка 2)

Рис.9 Распределение обитателей трофических уровней активного ила р.Битевка по сезонам (точка 3)

В таблице 10 и на рисунках представлено распределение по трофическим уровням по всем сезонам преобладают продуценты, это можем наблюдать в представленных таблицах и из них видно обилие различных водорослей эдификаторов. Так же хотелось бы отметить наличие консументов первого и второго порядков и отсутствие редуцентов. Из-за обильного содержания продуцентов, водоём переполнен органическими веществами, что приводит к эвтрофикации.

Таблица 11.

Индекс общности(Жаккара) р.Битёвка

Коэффициент общности	Сезон
	Весна	лето	осень
Kj(точка 1-точка 2)	0,556	0,692	0,7
Kj(точка 1-точка 3)	0,556	0,538	0,5
Kj(точка 3-точка 2)	0,714	0,455	0,538

На основе данных таблицы 11 можно сказать что по видовому составу наиболее похожи пробы в точках 3 и 2 весной, летом точки 1 и 2, осенью аналогично. В сравнении остальных точек отбора проб то индекс общности является средним во всех соотношениях.

3.4 Динамика химических показателей воды р.Битевка

Рис. 10 Динамика калия в воде р.Битевка

На представленной диаграмме видно, что существует небольшое превышение норм ПДК калия во всех точках кроме осени в точке 2, где превышение составляет в 2 раза. Превышение калия существенно влияет на развитие многих видов водорослей и в следствии приводит к эвтрофикации водоёма.

 

ммолль/л

 

Рис. Динамика гидрокарбонатов в воде р.Битевка

Из данной диаграммы следует, что превышение по гидрокарбонатам не наблюдается.

Рис.12 Динамика общей жесткости воды р.Битека

Жёсткость воды в водоёме не превышает норм и мало затрагивает развитие биологического разнообразия.

Рис.13 Динамика сухого остатка воды р.Битевка

При анализе сухого остатка можно утверждать, что водная среда является повышено минерализованной и наибольшее количество наблюдается во второй пробе в трёх сезонах.

Рис. 14 Динамика общей засоленности воды р.Битевка

Данные показатели общей засолённости соответствуют пресному водоёму, излишки солей могут накапливаться в водорослях водоёма.

Рис. 15 Динамика содержания хлоридов в воде р.Битевка

Превышений по хлоридам не наблюдается хотя осенью практически достигает уровня ПДК и составляет 340,8мг/л.

Рис. 16 Динамика содержания сульфатов в воде р.Битевка

Наблюдаются большие концентрации сульфатов в воде и только в осенний период в точке 1 наблюдается превышение по ПДК, сульфаты поступают в водоём вместе со сточными водами.

Из приведённой таблицы видно, что существует небольшое превышение норм ПДК калия во всех точках кроме осени в точке 2, где превышение составляет в 2 раза. Превышение калия существенно влияет на развитие многих видов водорослей и в следствии приводит к эвтрофикации водоёма. Превышений по хлоридам не наблюдается хотя осенью практически достигает ПДК. Наблюдаются большие концентрации сульфатов в воде и только в осенний период в точке 1 наблюдается превышение по ПДК, сульфаты поступают в водоём вместе со сточными водами. Превышение по гидрокарбонатам не наблюдается. Щёлочность не превышает норм. При анализе сухого остатка можно утверждать, что водная среда является повышено минерализованной. Жёсткость в пределах нормы.

Заключение

На основе всех изложенных и представленных данных можно сказать, что видовое разнообразие по сезонам не велико, а в весенний период вовсе мало. В водоёме отсутствует какая-либо рыба, обитает только единственное млекопитающее андатра. Отсутствие рыбы обусловлено низким уровнем кислорода в воде и наличием вредных веществ. Водоёму свойственно ранняя эвтрофикация из-за повышенного содержания биогенных элементов и в следствии появление высоких концентраций органических веществ. Не малую роль в сокращении биоразнообразия и цветении воды сыграл антропогенный фактов в том числе городские сточные воды (бытовые, канализационные стоки, содержащие вредные для здоровья синтетические моющие средства и др.) и сточные воды пищевой промышленности. Также не малую роль играют атмосферные осадки, содержащие загрязняющие вещества промышленного происхождения, которые вымываются из атмосферы.

Для того чтобы сохранить видовое разнообразие водоёма необходимо принять меры по сокращению сбросов сточных вод, сократить выбросы вредных веществ в атмосферу от предприятий и автотранспорта, проводить очистку водоёма от мусора и водорослей, которые приводят к загниванию воды. При принятии необходимых мер можно вновь заселить некоторые виды рыб, которые будут препятствовать излишнему развитию водорослей и естественное функционирование всех живых систем будет в норме.

Список литературы

1. "Сточные воды. Понятие, классификация, способы очистки". [Электронный ресурс].- http://geolike.ru/page/gl_1697.htm

2. "Характеристика сточных вод пивоваренного производства". [Электронный ресурс].- http://mppnik.ru/publ/460-harakteristika-stochnyh-vod-pivovarennogo-proizvodstva.html

3. "Биогенное загрязнение вод". [Электронный ресурс].- http://works.doklad.ru/view/MyTWNy0-XTg/all.html

4. "Описание реки Битёвка". [Электронный ресурс].-http://www.rutraveller.ru/place/135996

5. "Водная экосистема". [Электронный ресурс].- http://www.grandars.ru/shkola/geografiya/vodnaya-ekosistema.html

6. Туровцев В.Д., Краснов В.С. Биоиндикация [Текст].-Тверь: ТвГУ, 2004. - 178 с.

7. Амос Уильям Х."Живой мир рек",первод с англ. д-ра био.наук В.Р.Дольника.-Л.,Гидрометеоиздание,1986 г. 240 с.

8. Научный совет по проблемам гидробиологии,ихтиологии и испол.био.ресурсов водоемов АН СССР "Теория и практика био.самоочищения загрязненных вод".-Изд. "Наука".Москва,1972.-240 с.

9. Романенко В.Д. "Основы гидроэкологии".-Учебник К.:Обереж.2001.-728 с.

10.Семин В. А. "Основы рационального водопользования и охраны водной среды".-Учеб. пособие для студ вузов.-М.:Высш.шк.,2001.-320 с

Код для цитирования: Скопировать