Оценка экологического состояния реки Тобол методом биондикации

МАОУ  Коркинская «средняя общеобразовательная школа»

Тюменская область, Упоровский район, с. Коркино.

Проект

На Тему: Оценка экологического состояния реки Тобол методом биоиндикации  

Автор работы: Крошакова Виктория Александровна

Ученица 8 класса МАОУ Коркинская СОШ

Руководитель: Учитель Биологии

 Мальцев Евгений Николаевич

2011

содержание

стр.

Аннотация…………………………………………………………...3

Введение……………………………………………………………………........5

Глава I . Река Тобол как место проведения исследований

1. Дата и место проведения исследований……………………………………..6
2. Материалы и методы работы………………………………………………..7

 Глава II  Изучение экологического состояния разных биотопов реки Тобол, используя методику Вудевисса

2.1 Результаты исследования гидробионтов реки Тобол……………………...9

2.2 Гидробионты реки Тобол…………………………………………………..12

2.3. Обсуждение результатов……………………………………………….......12

Выводы……………………………………………………………………….......13

Заключение……………………………………………………………………..14

Пожелания и предложения……………………………………………………15

Литература……………………………………………………………………….16

Приложения………………………………………………………………….......17

Аннотация

В связи с большой антропогенной нагрузкой, испытываемой природными комплексами в последнее время, становится актуальной разработка и апробация методик, позволяющих оценивать экологическое состояние природных природно-антропогенных ландшафтов. Так как все компоненты природы тесно и неразрывно взаимосвязаны между собой, то нарушения одного компонента вызывает изменение состояния всех остальных. Поэтому, оценивая состояния одного, можно предполагать и изменения других компонентов. Наиболее остро изменения окружающей природной среды отражаются на биотических компонентах, в том числе и на животном мире. 
В последнее время оказываются сильные антропогенные воздействия на поверхностные водоёмы. Это и различные сбросы промышленных и бытовых вод, и шумовое загрязнение, и нарушение структуры водоемов при механическом перемешивании слоёв воды, а также нарушение термического режима. Всё эти факторы приводят к различным изменениям в водных экосистемах, что отражается и на общем состоянии природы и на человеческом обществе.
Природа Тюменской области также испытывает  отрицательное влияние человека, так как данная территория была заселена и освоена человеком достаточно давно. Здесь располагается огромное число промышленных предприятий и населённых пунктов. Именно поэтому состояние природных комплексов Тюменской области вызывает сильную озабоченность и большую тревогу.
К сожалению, не всегда есть возможность проводить комплексные научные исследования, требующие больших материальных затрат и специального оборудования. В таких случаях можно использовать метод биоиндикации, получивший в последнее время широкое признание и распространённость.
Однако целью данной работы является не только оценка экологического состояние реки Тобол, но и привлечение внимания школьников к данной проблеме, что особенно актуально в перспективе дальнейшего ухудшения экологической обстановки в нашем регионе. Именно в школьном возрасте наиболее удачно можно привить внимание к проблемам охраны природы и бережного к ней отношения.
Цель работы:  изучить состав беспозвоночных гидробионтов,  территориальных границ их распространения, определить уровень загрязнения воды в различных участках, а также реки в целом.

Объектом исследования: является состояние водной экосистемы реки Тобол.

Предметом исследования: является качественный и количественный состав водоёма в связи с воздействием на него антропогенной нагрузки.

Задачи:

1. Ознакомиться с литературой, относящейся к данному вопросу.
2. Освоить методы сбора и обработки материала.
3. Провести полевые и лабораторные исследования водоема.
4. Выявить индикаторные особенности беспозвоночных и определить сапробность обследованного водного объекта.
5. На основе полученных результатов сделать вывод об экологическом состоянии водного бассейна реки Тобол в с Коркино.

Теоретическая и практическая значимость. Изучение фауны различных животных расширяет представления о биологическом разнообразии и распространении отдельных видов в отдельно взятом регионе. Выяснение структуры сообществ бентосных животных вносит существенный вклад в зоологию и экологию, а именно в теорию функционирования водных экосистем. Эти данные позволяют проводить мониторинг санитарно-гигиенического состояния природных вод. Материалы работы могут быть использованы  в школе, для выполнения школьниками научных работ, а также для изучение загрязнённости воды различных санэпидемстанциях.

Исследования проводились в августе 2011 года. Результаты исследований показали, что участки водной зоны реки, подверженные разной степени антропогенного воздействия, имели несколько отличающиеся показатели численности и видового разнообразия гидробионтов: самый загрязненный участок реки находится возле деревянного моста около с Коркина ул. Буденного. Но, тем не менее,  изучая видовой состав гидробионтов реки Тобол (используя методику Вудевисса), мы пришли к выводу, что река является удовлетворительно чистой (биологический индекс 6, при 10 бальной системе оценки), это соответствует  санитарным и экологическим  

В Тюменской области около 600 малых рек и огромное количество озер. От чистоты малых рек, их полноводья зависит не только обеспечение потребностей населения и народного хозяйства в воде, но и  ландшафт региона.

Однако судьба этих рек внушает всё большую тревогу. Многие речки исчезли, другие нуждаются в помощи. К ним относится и река Тобол.

Вода – самое важное вещество на Земле, но она легко загрязняется. Многие вещества хорошо растворяются в воде, и среди них могут оказаться нежелательные и опасные для живых организмов соединения. Современно общество отрицательно влияет на жизнь водоемов: сброс в реку больших объемов бытовых и промышленных сточных вод, поступление смываемых с полей удобрений активизируют процессы эвтрофикации, вызывают «уветение», дефицит кислорода, резкое ухудшение качества воды, способности реки к самоочищению, губительно влияют на их флору и фауну. В итоге загрязнение ведет к обмелению реки и её уничтожению, а без воды, как известно, жизнь затухает. Вот почему так важно и актуально решение проблемы чистой воды. Нельзя забывать о том, что мы зависим от окружающей среды и должны заботиться о  чистоте и сохранности её  богатств.

Индикаторами общего экологического состояния окружающей среды могут быть определенные группы живых организмов. Как отметил академик Д.А. Криволуцкий, «данные биоиндикаторных наблюдений позволяют получить более объективные сведения о состоянии окружающей среды, чем физические и химические исследования, так как животные и растения постоянно контактируют с загрязнителями, а физико-химические исследования проводятся периодически и далеко не по всем параметрам, которые могут иметь значение в жизни живых организмов»^[1].

И наши задачи предполагают изучение экологического состояния воды в реке Тобол с помощью биоиндикаторов. Эффективными биоиндикаторами, определяющими уровни загрязнения воды, являются и гидробионты. При изучении выбранных объектов мы определили необходимость придерживаться методики Вудевисса.

Объектом исследования: является состояние водной экосистемы реки Тобол.

Предметом исследования: является качественный и количественный состав водоёма в связи с воздействием на него антропогенной нагрузки.

Цель:  Дать оценку экологического состояния реки Тобол путём изучения состава беспозвоночных-гидробионтов

Задачи:

6. Ознакомиться с литературой, относящейся к данному вопросу.
7. Освоить методы сбора и обработки материала.
8. Проанализтровать состав беспозвоночных животных в различных биотопах р.Тобол; Определить уровень загрезнённости реки.
9. Выявить индикаторные особенности беспозвоночных и определить сапробность обследованного водного объекта.
10. На основе полученных результатов сделать вывод об экологическом состоянии водного бассейна реки Тобол в с Коркино.

Теоретическая и практическая значимость. Изучение фауны различных животных расширяет представления о биологическом разнообразии и распространении отдельных видов в отдельно взятом регионе. Выяснение структуры сообществ бентосных животных вносит существенный вклад в зоологию и экологию, а именно в теорию функционирования водных экосистем. Эти данные позволяют проводить мониторинг санитарно-гигиенического состояния природных вод. Материалы работы могут быть использованы  в школе, для выполнения школьниками научных работ, а также для изучение загрязнённости воды различных санэпидемстанциях.

Глава I Река Тобол как место проведения исследований

1. Дата и место проведения исследований

Исследования проводились в августе 2011 года, в окрестностях села Коркино Упоровского района Тюменской области.

Река Тобол, протекающая по территории Кустанайской области Казахстана,  Курганской  и  Тюменской областях России, берёт своё начало на восточных отрогах  Южного  Урала, где она представляет свой горный водосток. Большая часть бассейна р.  Тобола расположена на Западно-Сибирской низменности.

       Бассейн реки ассиметричен: площадь водосбора правобережья в 6, 7  раз меньше  площади  водосбора   левобережья.   В   состав   площади   водосбора правобережья входит  35 000  км2  бессточной  площади,  расположенной  между реками Тоболом и Ишимом.

       Левобережные крупные притоки: Исеть, Тура, Тавда  и  др. – стекают  с восточных склонов  Урала, наполняя  реку Тобол большим числом горных (в своих верховья) водотоков.

       Большая часть крупных левобережных притоков р. Тобола  расположена  в Челябинской и Свердловской  промышленных  областях,  а  поэтому  реки  имеют важное  значение  как  для  водного  транспорта,  так  и  для  промышленного водоснабжения. Эти же притоки, как и р. Тобол  имеют  так  же  значение  для лесоповала и сельскохозяйственного водоснабжения.

       Примерно до устья реки Аят (1265 км)  на  протяжении  около  320  км, Тобол является горной рекой. Ниже река вступает в пределы  Западно-Сибирской низменности, по которой она протекает до устья.

       На среднем и нижнем участках река протекает среди  широкой  долины  с затопляемыми в половодье берегами высотой 3-4,5 м. На участке  между  устьями рек Исети и Туры ширина весеннего разлива реки достигает 10 км.  Ниже  устья р. Туры берега возвышаются до 8  м  и  не  затопляются  высокими  водами.  В низовье незатопляемые берега  встречаются  редко.  Ширина  русла  Тобола  на участке между городами Кустанай (1190) и Курган (705) увеличивается с 30  до 125м, в нижней части ширина реки весьма различна, но не превышает 39 м.

       Русло реки на нижнем участке обладает  большой  извилистостью.  Среднее падение верхней части реки до г. Кустаная  равно  42см/км,  а  нижней  части протяжением 1190км-8,4см/км. Среднее  падение  реки  между  г.  Ялуторовском (418) и с. Иевлево (160) колеблется от 3 до 6, от с. Иевлево до устья  –  от 1,5 до 1,7см/км.

       Основной источник  питания  реки  –  снежный  покров,  доля  которого снижается вниз по реке в связи с увеличением роли дождей в суммарном  стоке реки.

1.2 Материалы и методы исследования

        Материалом для работы послужили гидробиологические сборы, произведённые в 2011г. Мы исследовали участок реки Тобол на территории села Коркино Упоровского района Тюменской области.

Для определения уровня загрязненности воды нами проводились запланированные анализы проб воды из реки Тобол. Мы использовали гидробиологические методы для сбора макробеспозвоночных животных ^[2] Для отлова гидробионтов мы пользовались специальным водным сачком с диаметром 25 см. Для этого сачок опускался в воду и по возможности энергично двигался 4 раза в виде восьмерки. Взятые пробы помещали в банки, этикетировали и транспортировали в школьную лабораторию, где проводились анализ воды, разбор и фиксация гидробионтов по классам по методике Вудевисса,^[3] кроме этого проводились определения видов по определителям.^[4]

Для определения численного обилия или доминирования подсчитывалось отношение числа особей определенного вида к общему числу особей всех видов.

        1.3 Оценка экологического состояния исследуемого водоёма методом биоиндикации. 
Для оценки экологического состояния водоема использовался метод расчета биотического индекса (БИ), разработанный Ф. Вудивиссом в 1964 г. С помощью специальной шкалы для определения биотического индекса, основанной на наличии в водоёме индикаторных групп организмов, по наличию или отсутствию той или иной индикаторной группы определяется биотический индекс водоема. Чем выше показатель БИ, тем благоприятнее условия обитания организмов в данном водоёме в целом или его отдельных биотопах в частности. По данному показателю можно судить об относительной чистоте воды применительно к водным обитателям. Показатель БИ может изменяться от 1 (наименее благоприятные экологические условия) до 10 (наиболее благоприятные экологические условия).

1.4 Определение организмов                          

 С помощью специальных определителей и бинокуляров на базе школы отловленные виды распознаются. Для этого необходимо внимательно рассмотреть каждое животное в бинокуляр, выделить отличительные признаки и по ним при помощи определителя идентифицировать отловленные организмы  В определении выловленных организмов может быть погрешность, так как не все выловленные организмы могли быть определены до вида. Это связано с отсутствием качественных определителей и владением методикой работы с определителем на определенном уровне.

Поэтому, общее число выловленных видов в действительности несколько выше
Глава II  Изучение экологического состояния разных биотопов реки Тобол, используя методику Вудевисса. Определение организмов

2.1 Результаты исследований состава гидробионтов реки Тобол.

Река Тобол, за обитателями которой мы проводим наблюдения, является типичной рекой равнинного типа с широкими долинами, террасами и поймами. Русло реки заросло кувшинками, тростником, камышом и другими водными растениями. Дно песчано-илистое, берега низкие, местами заросшие древостоем с преобладанием ивы. Вода темная, прозрачность низкая.

На реке было выбрано три станции. Пробы были взяты 20.09.11 и 22.09.11. (Приложение № 2)

В ходе работы было взято 15 проб в трех станциях реки Тобол, в которых обнаружены представители 12 видов гидробионтов всех классов, определенных Вудевиссом.

Описание биотопов

Биотоп №1, находится в за населенным пунктом села Коркино в районе сх полей . Ширина реки около 8 метров. Глубина забора проб – 0,4 метра. Берега с богатой прибрежной растительностью. Дно илистое. Обнаружены представители 12 видов гидробионтов всех классов, определенных Вудевиссом.

гидробионты первого класса (3 балла)

Личинки поденки, отряд Поденки (Ephemeroptera)

Личинки веснянки, отряд Веснянки (Plecoptera)

Ручейник, отряд Ручейники (Tychoptera)

Двустворчатый моллюск шаровка (Sphaerium)

              гидробионты второго класса (2 балла)  

Личинки стрекоз (Gomphidae)

Двустворчатый моллюск перловица обыкновенная (Unio pictorum)

               Брюхоногий моллюск затворка-лужанка (Viviparus contectus)

Пиявка малая ложноконская (Herpobdella ostoculata)

Водяной ослик (Asellus aquatcus)

Жуки нырялки сем.  Плавунцов (Dytiscidae)

              гидробионты третьего класса (1 балл)

Личинки комара звонца (мотыля) (Chironomidae)

      В итоге после проведения условного подсчета получилось: первая проба – 25 баллов, вторая проба – 20 балов, третья проба – 22 балла. При подсчёте баллов было подмечено преобладание организмов первого и второго класса, то есть олигосапробных и эврибионтных микроорганизмов. Среднее арифметическое равно 22,3 балла. Эта оценка указывает на то, что река в этом месте умеренно чистая.

Биотоп 2, район пляжа. Глубина забора пробы 0,3 м. Залив с песчаным дном, чистый от зарослей. Берега пологие, покрытые подорожником, мелкой осокой, мятником. Обнаружены представители 8 видов гидробионтов.

               гидробионты первого класса (3 балла)

Личинки поденки, отряд Поденки (Ephemeroptera)

Личинки веснянки, отряд Веснянки (Plecoptera)

Двустворчатый моллюск беззубка обыкновенная (Anodonia cygnea)

гидробионты второго класса (2 балла)

Личинки стрекоз (Gomphidae)

Брюхоногий моллюск затворка-лужанка (Viviparus contectus)

Водяной скорпион (Nepa cineria)

гидробионты третьего класса(1 балл)

Личинки комара-звонца (Chironomidae)

Клещи (Acariformes)

Биотоп 3, в районе деревянного моста р азделяющего село и поле Глубина забора пробы 0,4 м. Дно илистое. Берега пологие, поросшие богатой прибрежной растительностью. Обнаружены представители 9 видов гидробионтов, относящихся к первому, второму и третьему классам по методике Вудевисса.

               гидробионты первого класса (3 балла)

Личинки поденки, отряд Поденки (Ephemeroptera)

Личинки веснянки, отряд Веснянки (Plecoptera)

              гидробионты второго класса (2 балла)

Личинки стрекоз (Gomphidae)

Брюхоногий моллюск затворка-лужанка (Viviparus contectus)

Пиявка малая ложноконская (Herpobdella ostoculata)

Водяной ослик (Asellus aquatcus)

              гидробионты третьего класса (1 балл)

Личинки комара звонца (Chironomidae)

Клопы- водомерки (Gerris)

К тому же здесь были найдены домики палочника. Это может указывать либо на процесс загрязнения и эутрофикации, то есть палочник вымер из-за непригодности воды для развития личинок; либо о том, что личинки созрели и в стадии имаго покинули водоем.

Также по методике Вудевисса был произведен условный подсчет. Первая проба «набрала» 13 баллов. Вторая проба «набрала» 12 баллов. Третья проба «набрала» 12 баллов.

При описании микроорганизмов и подсчете баллов было подмечено преобладание организмов второго класса, то есть эврибионтных микроорганизмов. Но есть организмы первого и третьего класса. В среднем биотоп 3 «получил» 12,3 балла. Эта условная оценка свидетельствует об умеренной загрязненности реки в этом месте.

2.2 Гидробионты реки Тобол.

Как видно из нижеприведенного списка видов беспозвоночных животных, встреченных нами в водах реки Тобол, они представлены тремя типами: членистоногие, моллюски и круглые черви. Наиболее богатым в видовом отношении является класс наружночелюстных насекомых.

2.3. Обсуждение результатов

Исходя из полученных данных видно, что наименьшее количество семейств  встречено в втором биотопе. Так как здесь большой транспортный поток в течении лета в связи с купанием в летний сезон, а также крупными свалками расположенными вдоль берега.

Можно предположить, что при увеличении концентрации органических примесей, уменьшается групповое разнообразие гидробионтов. Скорее всего, это связано с тем, что в водоеме протекают процессы гниения, уменьшается количество растворенного в воде кислорода, таким образом, ухудшаются условия обитания водных организмов.

 Также можно объяснить несколькими причинами. Из-за большой скорости течения многие организмы сносятся вниз по реке. Высокая скорость течения не дает накапливаться органическому веществу, что сказывается на количестве корма. Также из-за сильного течения и практически полного отсутствия органического вещества на дне произрастание прибрежной и водной растительности сильно затруднено. Это создаёт дополнительные трудности водным организмам с точки зрения наличия укрытий и дополнительных поверхностей для закрепления в пределах данного биотопа. Небольшое количество видов может объясняться трудностями при проведении отловов. Большая глубина не позволила качественно обловить биотоп в разных частях. Основное количество видов было выловлено на небольшом удалении от берега. Однако абиотические условия практически не отличаются у кромки берега и на удалении от него, что позволяет предположить высокую степень объективности полученных данных. 
Наибольшее число представителей семейств гидробионтов было отловлено в первом биотопе может объясняться: 

1. большим количеством органического вещества, являющимся пищей;
2. практически полным отсутствием скорости течения. 
3. происходит быстрое заиливание и накопление органических остатков, что является главным компонентом питания беспозвоночных.

С другой стороны биотоп сильно заражён сероводородом, что должно было отрицательно сказаться на видовом разнообразии. Также нельзя полностью исключить и человеческий фактор. Биотоп №1 наиболее удобен для проведения отловов. Поэтому нельзя считать результаты, полученные во втором биотопе аномальными и, скорее всего они объясняются наиболее качественными отловам.
В биотопе №3 является сравнительно благоприятным экологическим условиям обитания в них организмов.

Табл 1 Список выявленных видов

Табл 2 Уровень кислорода  в зимние периоды

Уровень кислорода резко снижается в зимний период:

объясняется толщиной снежного покрова и льда, а также, возможно, сточными водами, которые попадают в реку недостаточно очищенными. Основным загрязнителем реки, с нашей точки зрения, является город Курган, где находятся  промышленные предприятия, на которых очистные сооружения очень перегружены и часто не справляются с обработкой промышленных отходов, особенно в весенний период.

Можно предположить, что при увеличении концентрации органических примесей, уменьшается групповое разнообразие гидробионтов. Скорее всего, это связано с тем, что в водоеме протекают процессы гниения, уменьшается количество растворенного в воде кислорода, таким образом, ухудшаются условия обитания водных организмов.

Выводы

1. Исследование реки Тобол показало, что в ней довольно богатая и разнообразная фауна гидробионтов. Среди гидробионтов много индикаторных видов, которые позволяют дать оценку водоемов на загрязненность.
2. Определение загрязненности по методу Вудевисса является практически легким. Пользуясь этим методом за короткий срок минимальными затратами можно получить оценку качества воды в водоеме.
3. С увеличением количества органических примесей в водоемах уменьшается разнообразие видов гидробионтов.
4. Наибольшее число видов гидробионтов обитает в местах с более медленным течением, так как для них это наиболее благоприятная среда.
5. Река Тобол сохраняет способность к само очистке, так как есть течение.

заключение

1. Гидробионты – это организмы, обитающие в толще воды, которые являются хорошими индикаторами общего экологического состояния водной среды. В результате изучения видового состава гидробионтов  в реке Тобол по методике Вудевисса, мы пришли к выводу, что река является удовлетворительно чистой (биотический индекс 6, по 10 бальной системе оценки), это соответствует санитарным и экологическим нормам.
2. полученные результаты позволяют утверждать, что все исследуемые биотопы вполне благоприятны для обитания водных организмов, как и сам обследуемый участок реки Тобол.
3. По данным Тюменского межрегионального территориального управления по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, река относится к классу умеренно-загрязненных вод.
4. Участники клуба «Витязь» и кружка «Юный эколог» решили убирать мусор на берегах  реки Тобол и установили на возвышенном берегу реки знак «Отсель хранить мы будем ЭКОС», а в местах, где люди активно отдыхают,  развесили  плакаты «Убери за собой мусор!», «Мы за чистоту реки Тобол». Все мы в ответе за нашу планету и мы должны начать с себя: не мусорить в лесу, на поле, улице, берегу реки, не ломать веток, не рвать зря цветов, особенно редких. Мы здесь живем. Кроме нас это некому сделать!                                                                                        

Основные наши пожелания и предложения по очищению реки

Направить различные предложения  руководителям акционерных обществ и колхозов, председателям сельских поселений об очистке реки Тобол на территории Коркинского сельского поселения, путём решения проблем; несанкционированных свалок, мусорок и выбросов различных отходов.

Проводить ежегодные мероприятия, направленные на организацию по очистке реки Тобол от мусора.

 Подготовить различные мероприятия направленные на разъяснение и широкую пропаганду среди населения экологических знаний и необходимости охраны реки Тобол от засорения, загрязнения и истощения.

Литература

1. Горностаев Г.Н. Определитель насекомых фауны России. [Текст] / Г.Н. Горностаев. - М.: Гардарики, 1995. – 350 с.
2. Долгов, Г.И., Никитинский, Я.Я. Гидробиологические методы [Текст] / Г.И Долгов,  Я.Я. Никитинский / Стандартные методы исследования питьевых и сточных вод    – М.: Мосполиграф, 1927. - С.142-217.
3. Зимбалевская, Л.Н. Фитофильные беспозвоночные равнинных рек и водохранилищ (экологический очерк) [Текст] /  Л.Н. Зимбалевская. – Киев.: Наукова думка, 1981. – 216 с.
4. Криволуцкий Д.А. Предисловие// Биоиндикация состояния окружающей среды г. Москвы и Подмосковья. М.: Наука, 1982г.С.3-4
5. Козлов М.А., Блигер Н.М. Школьный атлас-определитель беспозвоночных. М.: Просвещение, 1991г.
6. Лихачев, С.Ф. и др. Полевая практика по зоологии позвоночных. Методические рекомендации для студентов биологических факультетов педагогических вузов. [Текст] / С.Ф. Лихачев, Е.В. Жирнова, В.С. Максюта. - СПБ.: Тесса, 2006. – 76 с.
7. Попова Т.А Экология в школе: Мониторинг природной среды: Методическое пособие.- М.: ТЦ Сфера, 2005.-64с.
8. Руководство по методам гидробиологического анализа поверхностных вод и донных отложений// Под редакцией Абакумова В.А.-Ленинград: Гидрометеоиздат.-1983.
9. Шалапенок Е.С., Запольская Т.И. Руководство к летней учебной практике по зоологии беспозвоночных. - Минск: Высшая школа.-1988г.
10. Экологические исследования и проблемы экологического образования. Сборник статей – Выпуск 1/ ответственный редактор Малафеева Е.Ф. –

Рис№ 2 Число видов гидробионтов в реке