Исследовательский проект «Оценка качества природной воды по состоянию растений семейства рясковых и выявление факторов, влияющих на ихтиофауну реки Северский Донец» 10 класс

Исследовательский проект

« Оценка качества природной воды по состоянию растений семейства рясковых и выявление факторов, влияющих на ихтиофауну реки Северский Донец ».

Работу выполнила: ученица 10 класса МБОУ СОШ №10

г..Каменска-Шахтинского

Ростовской области,

член школьного экологического

кружка «Юные исследователи

природы»

Ипполитова Татьяна.

Руководитель: учитель биологии МБОУ СОШ №10,

руководитель школьного

экологического кружка

Павлова Валентина Алексеевна

Научный консультант: главный ихтиолог каменского

ихтиологического отдела ФГУ

Азрыбвод по сохранению и

воспроизводству рыбных ресурсов

Кириченко Анатолий Анатольевич.

2014 год

Оглавление. С.

Введение. 3

1. Методика исследования природных вод с помощью растений

семейства рясковых. 4

1.1. Биологическое тестирование воды разной степени загрязнённости. 4

1.2.Определение степени загрязнения водоёма по состоянию популяций

растений семейства рясковых. 5

1.3. Биотестирование с ряской малой. 5

2. Результаты биотестирования местных водоёмов и изучения

биоразнообразия рыб в них. 5

2.1.Результаты исследования природных вод с помощью ряски малой. 5

2.2.Результаты изучения биоразнообразия класса рыб в Северском

Донце по данным каменского ихтиологического отдела. 7

2.3. Определение влияния антропогенных факторов на ихтиофауну

Северского Донца. 9

3.Выводы. 9

4. Заключение. 9

5.Литература. 10

6. Приложения. 11

Введение.

Вот уже восемь лет подряд школьный экологический кружок в первый месяц летних каникул занимается полевой экологической практикой. Чем мы только не занимались: совершали экскурсии на теплоходе, изучали состояние сосен в разных частях города, исследовали умирающее озеро , проводили эксперименты с природной водой.

Особенно привлекла моё внимание экскурсия на теплоходе по Северскому Донцу. Организовал наш водный поход Каменский ихтиологический отдел ФГУ АзДонрыбвод по сохранению и воспроизводству рыбных ресурсов (начальник отдела Малиев А. Н.). Во время экскурсии мы не только любовались замечательными берегами и узнали, что правый берег высокий, сильно расчленён оврагами; левый- пологий, у него размещается пойма с многочисленными старицами, озёрами и болотцами; русло реки очень извилисто, но и легко запомнили задачи каменских ихтиологов и разобрались в местной ихтиофауне. Тем более, что после экскурсии мы побывали в самом ихтиологическом отделе, а наши теперь хорошие знакомые, ихтиологи Кириченко А.А. и Гогия Н.В., продолжили тесную связь с экологическим кружком уже на практическом занятии в нашей школе.

Ихтиологи постоянно напоминали нам о необходимости охраны ихтиофауны в Северском Донце, о сокращении численности рыбы. И когда подошло время выбирать тему для исследовательского проекта, то я решила выяснить, что влияет на процветание рыбной популяции.

Я выдвинула свои гипотезы на возникший вопрос::во-первых, скорее всего качество природной воды; во-вторых, наверное, излишний улов рыбы человеком.

Цель моей работы:

1. Изучить видовое разнообразие ихтиофауны реки Северский Донец по научным источникам и с помощью специалистов.

2. Провести своё элементарное исследование местных природных вод для выяснения причин уменьшения разнообразия класса рыб в Каменском районе.

Задачи работы:

• Научиться элементарным методикам экологического тестирования природных вод.

• Оценить состояние воды с помощью биотестирования растений семейства рясковых.

• Вооружиться знаниями о преобладающих и редких видах рыб в Северском Донце.

• Выявить причины, вызывающие сокращение численного состава и видового разнообразия рыбных биоресурсов Северского Донца.

Методы моей работы:

1. Теоретические: изучение научной и научно-популярной литературы, использование

Интернет-ресурсов .

2. Практические: метод наблюдения и оценки текущего состояния экосистемы,

Биотестирование.

Объекты для биотестирования вод:

• Пруд на окраине моего микрорайона,

• Вода Северского Донца.

Считаю, что моя тема актуальна, так как состояние природных вод не только приводит к сокращению и уничтожению видов живых организмов, но и влияет на здоровье человека. Нехватка чистой и питьевой воды в г. Каменске-Шахтинском напрямую связана с качеством воды в реке Северский Донец.

Северский Донец (протяжённость 1053 км, водосборная площадь 98900 кв.км) – приток 1 порядка реки Дон. Северский Донец берёт начало на Среднерусской возвышенности (высота 200 м) в Белгородской области; устье находится в Усть-Донецком районе Ростовской области (высота 5,5 м). В бассейне Донца свыше 3000 рек, из которых 425 имеют длину более 10 км и 11 рек более 100 км. Бассейн реки Северский Донец является одним из источников водоснабжения населённых пунктов пяти областей ( Белгородской, Харьковской, Донецкой, Луганской, Ростовской), находится на территории двух государств (Россия и Украина), в нём проживает почти 11 миллионов человек, расположено около 500 крупных предприятий, интенсивное сельское хозяйство. В настоящее время Северский Донец судоходен до российского города Донецка (Ростовская область) (222км от устья). Судоходство на последнем участке обеспечивают 6 гидроузлов, построенных в 1911- 1914 годах.

Проблемы загрязнения местных водоёмов затрагивают не только городские проблемы, но и региональные и даже межгосударственные.

.1.Методика исследования природных вод с помощью растений семейства рясковых.

1. Биологическое тестирование воды разной степени загрязнённости.

Современные методы контроля качества природных вод включают химические показатели и содержание разных элементов, на которые установлено ПДК. Даже все эти показатели не могут непосредственно характеризовать токсичность воды для водных организмов. Это возможно лишь с помощью организмов- биоиндикаторов. Нередко токсичность воды обусловлена присутствием вещества в столь низких концентрациях, что их невозможно идентифицировать из-за недостаточной чувствительности или отсутствия аналитического метода. Следовательно, информацию о качестве сточных вод и их влиянии на природные воды и гидробионтов можно получить лишь при использовании одновременно данных химического анализа и результатов биотестирования.[2].

Бытовые представления о характере и степени влияния загрязнённой воды на ростовые процессы растений обычно ограничены только отрицательными примерами. Между тем, оказывается, что воды разной степени загрязнения могут действовать неоднозначно не только на разные виды растений, но и на разные фазы развития одного и того же вида. При этом важную роль играют не только концентрации загрязняющих веществ, но и их природа. Именно природа загрязнителей определяет их биологическую активность в отношении живых объектов и способность последних утилизировать загрязняющие вещества.

Биологические методы оценки загрязнения водоёма условно делят на методы биоиндикации вод и биотестирование. Методы биоиндикации позволяют получить данные, которые характеризуют отклик водных биоценозов на антропогенное воздействие. Правда, указанный отклик формируется за определённый длительный промежуток времени. Поэтому данный метод не позволяет выявить возможные адаптационно-приспособительные изменения в водных сообществах.

В отличие от биоиндикации, методы биотестирования представляют собой характеристику степени воздействия на водные биоценозы. Указанные методы позволяют получить достаточно надёжные данные о токсичности конкретной пробы загрязнённой воды, чем приближаются к химическим. Но в отличие от последних, они позволяют реально оценить токсические свойства воды, обусловленные наличием загрязняющих веществ.

Биотестирование – использование в контролируемых условиях биологических объектов (тест-объектов) для выявления и оценки действия факторов окружающей среды на организм, его отдельную функцию или систему организмов

Биотестирование – это процедура установления токсичности среды с помощью тест-объектов, сигнализирующих об опасности независимо от того, какие вещества и в каком сочетании вызывают изменения жизненно важных функций у тест-объектов. Для оценки параметров среды используются стандартизированные реакции живых организмов. В организме, пребывающем контрольное время в условиях загрязнения, происходят изменения физиологических, биохимических, генетических, морфологических или иммунных систем. Объект извлекается из среды обитания и в лабораторных условиях проводится необходимый анализ.[3]/

1.2.Определение степени загрязнения водоёма по состоянию популяций растений семейства рясковых. (Алексеев С.В.,1996).[1]/

Инструкция:

• Зачерпните ведром (5л) воду с поверхности водоёма;

• Все плавающие растения из ведра соберите шумовкой и поместите в сосуд или полиэтиленовый пакет;

• Разберите пробу, разделив растения по видам, подсчитайте число особей каждого вида, общее число щитков, число щитков с повреждениями от общего количества щитков;

• Обработку результатов проведите, используя самый массовый вид, по таблице и сделайте вывод.

Таблица 1.1.

Экспресс-оценка качества воды по массовому виду растений из семейства рясковых (по С.В. Алексееву, 1996).

Процент щитков с повреждениями

Соотношение числа щитков к числу особей
0-1	1,3	1,7	2,0	больше 2,0
0	1-2	2	3	3	3
10	3	3	3	3	3
20	3	4	3	3	3
30	4	4	4	3	3
40	4	4	4	3	—
50	4	4	4	—	—
Больше 50	5	5	—	—	—

Условные обозначения:

1. очень чистая вода; 2- чистая; 3 – умеренно- загрязнённая; 4 – загрязнённая; 5 –грязная; прочерком обозначены комбинации, встречаемость которых исключается.

1.3. Биотестирование с ряской малой. [4]

Отбор молодых растений ряски производится в начале лета, во время полевой экологической практики юных экологов.

Оборудование и материалы: сосуды для сбора ряски, стаканы на 250 мл, линейки.

Одинаковые растения ряски отбирают из естественных популяций условно чистых водоёмов в начале июня, когда много молодых, наиболее жизнеспособных растений, в сосуды ,на дне которых налито немного чистой воды.

Затем отбирают одинаковые особи ряски и рассаживают их по 10 штук в стаканы с водой, качество которой хотят определить. Повторность опытов трёхкратная. Контроль- вода из чистого водоёма или водопроводная вода.

Опытные сосуды выставляют на рассеянный свет. Ежедневно учитывают следующие параметры: изменение окраски, потеря тургора, повреждение точек роста, выживаемость (в течение 5-10 суток), прирост и число боковых отростков, число корней и их длина. В случае малой токсичности воды и относительно хорошей сохранности растений в конце опыта их вынимают из воды, обсушивают фильтровальной бумагой, отделяют бритвой надводную и подводную части, взвешивают. Полученные измерения выражают по отношению к контролю, взятому за 100%, обрабатывают статистически.

2. Результаты биотестирования местных водоёмов и изучения биоразнообразия рыб в них.

2.1.Результаты исследования природных вод с помощью ряски малой.

Таблица 2.1.

Результаты биоиндикации загрязнения водоёмов по состоянию популяций ряски малой.

Водоём

Число растений	Общее число щитков	Число щитков с повреждениями	% щитков с повреждениями от общего числа щитков	Класс качества воды (по С.В. Алексееву,1996)
Пруд п. Южного	46	78	22	28	4 загрязнённая
р.Северский Донец	26	63	6	9,5	3 умеренно-загрязнённая

Примечание: одно растение-это материнский щиток с прикреплёнными к нему детками; общее число щитков- это количество материнских щитков и деток; к повреждениям щитков относятся чёрные и бурые пятна (некрозы), пожелтение пластинок (хлороз).

Таблица 2.2.

Результаты биотестирования природных вод с ряской малой.

Варианты опытов

Повтор- ности	Кол-во растений на начало опыта,шт.	Кол-во растений на конец опыта, шт.	Прирост, шт.	Всего прирост, шт.	% прироста, в сравнении с контролем
Контроль (кипячёная вода)	1	10	34	24	60	—
	2	10	30	20
	3	10	26	16
Пруд	1	10	25	15	48	80
	2	10	30	20
	3	10	23	13
Северский Донец	1	10	31	21	51	85
	2	10	28	18
	3	10	22	12

Таблица 2.3.

Результаты биотестирования природных вод с ряской малой.

Варианты опытов

Повтор- ности	Кол-во листовых пластинок (щитков) на начало опыта,шт.	Кол-во листовых пластинок (щитков) на конец опыта, шт.	Число повреждённых щитков, шт.	Прирост щитков, шт.
Контроль (кипячёная вода)	1	31	66	3	89
	2	24	53	2
	3	28	53	4
Пруд	1	29	54	1	67
	2	32	57	3
	3	30	47	3
Северский Донец	1	30	56	1	60
	2	36	59	7
	3	27	38	4

Из полученных в результате биотестирования данных видно, что, несмотря на лучшее состояние воды Северского Донца по сравнению с прудовой, ряска малая хорошо себя в ней чувствует. А ведь это растение предпочитает чистой воде слегка загрязнённую.

2.2.Результаты изучения биоразнообразия класса рыб в Северском Донце по данным каменского ихтиологического отдела.

В Северском Донце с устьевыми участками его притоков определены 41 вид рыб. Все отмеченные в Северском Донце рыбы принадлежат к 25 семействам, из них наиболее многочисленным и важным в рыбохозяйственном отношении является семейство карповых. К этому семейству относятся плотва, тарань, вырезуб, кутум, голавль, краснопёрка, уклея (сибиль), густера (ласкирь), лещ (чебак), рыбец, шемая, чехонь , караси золотой и серебряный, сазан, белый амур, толстолобик и др..К семейству окуневых относятся судак (сула), окунь, ёрш

В то же время, загрязнение реки и сильная рекреационная нагрузка привела к существенному уменьшению рыбных запасов реки. Наиболее распространены следующие виды рыбы: уклея, карась серебряный, плотва, краснопёрка, окунь, жерех, щука, а среди средних и крупных видов (лещ, судак, сом, белый толстолобик) в настоящее время большие экземпляры встречаются всё реже.

Видовой состав ихтиофауны бассейна р. Северский Донец в нерестовый период (апрель – май) определен по наличию рыбы в незаконно установленных орудиях лова в ходе совместной работы с сотрудниками МВД. Сравнительный анализ проведен по весовому и количественному составу особей каждого вида. Преобладают в весовом сравнении, карась (27,4%), плотва (13,09%). Среднее положение занимают сазан (9,95%), лещ (8,87%), щука (5,75%), а на более низком уровне окунь (4,41%), судак (3,15%) и голавль (2,7%). И совсем в малых количествах представлены следующие виды: сом (1,86%), рыбец (1,82%) и шемая (1,47%), подуст (1,21%). Остальные виды рыб в весовом соотношении имеют величину менее 1%

ВИД

кг	% от общего веса	кол-во (шт.)
карась	61,55	29,10	217
плотва	29,36	13,80	446
сазан	22,35	10,50	17
лещ	19,90	9,30	69
щука	12,90	6,00	25
густера	10,46	4,90	97
окунь	9,90	4,60	55
судак	6,85	3,20	11
рак	6,20	2,90	107
голавль	6,05	2,80	15
сом	4,20	1,90	1
рыбец	4,10	1,90	12
красноперка	4,05	1,90	16
тарань	3,38	1,60	20
шемая	3,30	1,60	14
подуст	2,50	1,20	11
язь	1,80	0,80	2
уклея	1,47	0,70	691
жерех	1,10	0,50	1
чехонь	0,50	0,22	1
синец	0,40	0,18	4
линь	0,30	0,14	1
сельдь донская	0,25	0,10	1
пескарь	0,18	0,08	8
ерш	0,15	0,08	2
итого	213,22		1844

Для наглядности сравнительный анализ по массе представлен на диаграмме 2.1,2.2

Видовой и численный состав рыб каждый год меняется, это зависит от комовой базы, водности и интенсивности воздействия антропогенного (деятельность человека) фактора.

У многих полупроходных видов рыб (шемая, вырезуб, рыбец, судак, лещ, сазан) образовались туводные формы, которые обитают только в реке Северский Донец, и не мигрируют в Азовское море. Туводные формы образовались в следствии зарегулированности реки Северский Донец низконапорными плотинами, из-за чего возникли сложности на пути указанных выше видов. По этим же причинам, а так же не проведении мелиоративных работ, отсутствии ледохода (выполняющего роль естественного мелиоратора) в последние десятилетия привело к исчезновению стерляди (с.Осетровых).

2.3. Определение влияния антропогенных факторов на ихтиофауну Северского Донца.

Будучи одной из крупнейших рек Украины, Северский Донец очень интенсивно используется в хозяйстве. Ежегодно только на территории Украины используется более 2 км³ воды Северского Донца, из которых половина возвращается в виде загрязненных сбросов, что эквивалентно сокращению стока на 32 м³/сек. Таким образом ,20 % стока Северского Донца безвозвратно расходуется, а еще 20 % сильно загрязняется, при том что для других крупных рек Украины этот показатель не превышает 5%.[5].

Северский Донец сильно пострадал еще в XVIII веке, когда были вырублены вековые дубы, растущие вдоль его русла. В XIX веке разработка полезных ископаемых Донбасса снизила уровень подземных вод. Суммарно эти два фактора привели к обмелению реки и прекращению судоходства. С пятидесятых годов XIX века общая длина реки сократилась на 20км. До середины XIX века в Северском Донце было много рыбы (сом, судак, щука, лещ, сазан), однако систематическое загрязнение реки и её притоков отходами и отработанными водами привело к резкому сокращению фауны реки. Индекс загрязнения воды (ИЗВ) колеблется по течению Донца от IV (загрязненная) до V (грязная). Основные загрязняющие вещества — удобрения, нефтепродукты, фенолы, цинк, медь. Флора и фауна

Причинами снижения биоразнообразия рыб являются так же: забор речной воды на орошение, для промышленности и бытовых целей, распашка прибрежной зоны, загрязнение и заиление впадающих в Донец рек ,отсутствие весенних паводков, увеличение числа рыболовов-любителей , браконьерский лов вне всяких правил ведёт к снижению рыбных запасов

3.Выводы.

1. Проведена предварительная оценка состояния местных водоёмов методом биологического тестирования. Определено, что прудовая вода имеет класс качества 4- загрязнённая; вода Северского Донца в районе города Каменска-Шахтинского класс качества 3 – умеренно загрязнённая.

2. Из научной литературы и по данным Каменского ихтиологического отдела ФГУ АзДонрыбвод по сохранению и воспроизведению рыбных ресурсов изучили видовое разнообразие местной ихтиофауны. Выяснили, что рыбы принадлежат к 25 семействам; самые многочисленные семейства карповых, окуневых, бычковых.

3. Выявили ряд причин, приводящих к существенному уменьшению рыбных запасов реки Северский Донец: забор речной воды для бытовых нужд и промышленности, заиление и загрязнение впадающих в Донец малых рек, отсутствие весенних паводков, рекреационная нагрузка, браконьерство, сброс сточных неочищенных вод и др.

4. Поняли, что проблемы загрязнения местных водоёмов затрагивают не только городские проблемы, но и региональные и даже межгосударственные.

5. Научились элементарным методикам экологического тестирования природных вод, сформировали стойкий интерес к вопросам экологии малой родины.

4.Заключение.

В нашей стране малых речек длиной от 10 до 100 км почти 2 миллиона. И у каждой из них своя жизнь. И в жизнь каждой вмешивается человек. В нашем густонаселённом регионе практически не осталось нетронутых уголков природы, большая часть территории области распахана, занята посёлками и городами. Поэтому проблема охраны природы с каждым годом становится острее. Чем скорее каждый узнает обо всех источниках и масштабах загрязнения, тем быстрее будут приняты меры по предотвращению негативных последствий антропогенной деятельности.

Мы, юные экологи, изучаем проблемы и рассказываем о них среди сверстников на конференциях разного уровня, где, кстати, присутствуют работники природоохранной сферы.

В этом общественно важном деле, в собственных раздумьях и решениях у нас проявляется чувство ответственности за всё, что происходит вокруг. Можно быть уверенным, что тот, кто в юные годы приобщился к борьбе за охрану природы, уже никогда не станет её недругом.

Литература.

1. Алексеев С.В., Груздева Н.В. Практикум по экологии: Учебное пособие/Под ред. С.В.Алексеева.- М: АО МДС, 1996.

2. Фёдорова А.И.,Никольская А.Н.Практикум по экологии и охране окружающей среды. М: ВЛАДОС,2003.

3. Мелехова О.П., Егоров Е.И. Биологический контроль окружающей среды. М: АСАДЕМА, 2007.

4. Семёнов А.А. Полевой практикум по экологии. М: Тайдекс Ко,2004.

5. http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%B5%D0%B2%D0%B5%D1%80%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B9_%D0%94%D0%BE%D0%BD%D0%B5%D1%86