Оценка екологічного стану річки Клязьма методом біоіндикації

Оценка екологічного стану річки Клязьма методом биоиндикации

Федорова Дарья.

Вступление

1. Актуальність роботи:

В в зв’язку зі великий антропогенної навантаженням, випробовуваної природними комплексами в останнім часом, стає актуальною розробка й апробація методик, дозволяють оцінювати екологічний стан природних природно-антропогенных ландшафтів. Оскільки компоненти природи тісно і нерозривно взаємопов'язані між собою, то порушення одного компонента викликає зміна стану всіх інших. Тому, оцінюючи стану одного, можна припустити та інших компонентів. Найгостріше зміни довкілля б’ють по біотичних компонентах, зокрема і тваринний світ.

В останнім часом виявляються сильні антропогенні на поверхневі водоёмы. І це різні скиди промислових і побутових вод, і шумове забруднення, і порушення вікової структури водойм при механічному перемішуванні шарів води, і навіть порушення термічного режиму. Все ці чинники призводять до різним змін у водних екосистемах, що і спільною для стані природи й на людському обществе.

Природа Підмосков'я відчуває найсильніше негативний вплив людини, оскільки дана територія була заселена і освоєна людиною досить давно. Тут розташовується величезну кількість промислових підприємств і населених пунктів. Саме тому стан природних комплексів Підмосков'я викликає сильну занепокоєність ще більшу тревогу.

К жалю, який завжди є можливість проводити комплексні наукові дослідження, потребують великих матеріальних витрат і спеціального устаткування. У разі можна використовувати метод біоіндикації, який одержав останнім часом широке визнання і распространённость.

Однако метою даної роботи є підставою як оцінка біорізноманітності та стійкості водних біоценозів, а й залучення уваги школярів цієї проблеми, що особливо на часі у найближчій перспективі подальшого погіршення екологічної обстановки у московському регіоні. Саме шкільному віці найбільш вдало можна прищепити увагу до проблем охорони навколишнього середовища і дбайливого до неї отношения.

2. Мета і задачи

Исходя з поставленої проблеми було сформульовані цілі й завдання роботи.

Цель:

Оценка біологічного різноманітності й стійкості прісноводного біоценозу з прикладу річки Клязьма.

Задачи:

1. Опис біогеоценозу (екосистеми) з прикладу річки Клязьма.

2. Опис морфологічних особливостей водоема.

3. Опис екологічних груп водних організмів.

4. Відбір спроб і визначення організмів.

5. Опис трофічної структури біоценозу.

Общее опис водоема

Клязьма — лівий приплив р. Оки. Його довжина 686 км, площа водозбору 41 699 кв. км. Річкова система Клязьма включає 3 508 річок загальною протяжністю 16 598 км. У межах Московській області Клязьма тече протягом 245 км. У верхів'ях ріка протікає по південним схилах Клинско-Дмитровской гряди, від міста Щелково, до селища Городищи ріка тече по Мещерской низині. На Клязьмі і його притоках побудовано водосховища. У межах Мещеры долина річки широка, до 9 км разом з долинным і террасным комплексом.

Пойма річки шириною до 2 км несе озера-староречья, дренажну мережу, місцями сильно заболочена. Ширина русла змінюється від 40 до 95 м. Витрата річки приблизно дорівнює 51,5 куб. мсек. Температура води під час досліджень змінювалася від +12 до +4 градусів Цельсия.

Рельеф Клязьминско-Московского району моренно-зандрово-равнинный, плаский із рідкими островами моренно-холмистого рельєфу. Междуречные простору Приклязьминской Мещеры сильно заболочені і заторфованы. Клязьма має широку долину з цими двома терасами і заплавою. Ширина долинного комплексу Клязьми близько 12-ї км. Обидві тераси акумулятивні, складені пісками. Рельєф їх плаский, місцями горбистий, пагорби — піщані дюни. Тераси нерідко заболочені. Заплава Клязьми широка (до 2 км), заввишки до 3 м, із пласким рельєфом. У закрутах розвинений гривистый рельєф, часто зустрічаються невеликі озера. (джерело № 8).

В районі проведеного дослідження ширина річки становить від 14 до 20 м, глибина — від 0,5 до 1,2 м. Довжина досліджуваного ділянки становить близько 500 м.

Описание биотопов

Для вивчення загального екологічного стану водойми вибрали 6 точок вилову тварин — біотопів.

Биотоп 1. Цей біотоп є прибережну зону, глибина якої 0,5 м. над береги, і 1,0 м. під час видалення від цього. Розмір біотопу становить близько 20 метрів у довжину та 4−6 метрів завширшки. Грунти представлені щільними глинистыми відкладеннями, що великий проти іншими биотопами швидкістю течії. Водна рослинність практично немає, оскільки висока швидкість течії перешкоджає її укоренению і розростання. Прибережна рослинність також виражена слабо.

Биотоп 2. Цей біотоп є мелководную прибережну заводь, сильно заражённую сірководнем, чому сприяє практично нульова швидкість течії, і навіть дуже багато прибережній рослинності при неповному перегнивании якої може і відбувається виділення газу. Глибини у цій зоні невеликі і коливаються від 0,05 до 0,2 м. Довга заводі близько 20 метрів, ширина близько 3−5 метрів. Грунти представлені мулистими відкладеннями потужністю 0,1 — 0,4 метри. Рослинність представлена такими видами як рогіз узколистный, ряска, зюзник, менш вологих місцях у кількості присутній таволга вязолистная; з дерев вільха чёрная.

Биотоп 3. Цей біотоп є велику прибережну зону, що знаходиться вище місця впадання у ріку струмка Овражий, що впливає що на деяких її особливостях. У гирло струмка утворюється конус виноси, що з шарів піску і мулу, винесених струмком; той процес особливо активний навесні під час повені. На даному субстраті, які мають значним родючістю інтенсивно розростається прибережна рослинність, переважно рогіз. Вище конуса винесення швидкість течії у річці сповільнюється, що зумовлює більш активному осадконакоплению і інтенсивному розростання рослинності. Розмір біотопу становить близько 35 метрів у довжину та 4−6 метрів завширшки. Оскільки, швидкість течії у цьому місці невелика, можна припустити, що донні відкладення буде представлено верствами піску і мулу. Безпосереднє опис відкладень неможливо через великі за проектною потужністю шарів рослинних залишків, перекрывающих їх. Серед рослинності домінуючим виглядом є рогіз остролистный. Глибини розподіляються так: у крайки берега 0,1 — 0, 2 метри, під час видалення берега глибина швидко зростає до 0,4 — 0,8 метри. Однак за тих рахунок сплавины, освіченою рогозом вдалося зробити відлови за 25−50 км від берега.

Биотоп 4. Цей біотоп є невеличкий піщаний пляж довгою близько 5−7 метрів і завширшки 2−4 метри. Глибина біля крайки берега 0,05 метри, під час видалення від берега поступово зростає до 0,3 — 0,4 метри. Швидкість течії середня. Грунт дно якої - пісок з низькою плівкою мулу під самою смужкою берега. Прибережна рослинність средневыраженна невеликою кількістю видів. Слід зазначити, що біотоп найбільш піддається антропогенному впливу, надто в літнє время.

Биотоп 5. Цей біотоп за своїми умовам є проміжним між біотопом 1 і біотопом 4. і становить невелику заводь з песчано-илистым дном, середньої швидкістю течії. Рослинність представлена невеликою кількістю рогоза і тростини. Довга облавливаемого ділянки 4−6 метрів, ширина 1−3 метри. Глибина від 0,2 до 0,5 метрів.

Биотоп 6. Цей біотоп лежить у місці впадання у ріку струмка Канальний, який утворює на місці злиття вона з річкою невеличкий за величиною, але досить глибокий вир. Глибина виру становить 1,2 — 1,8 метри, довга 2−4 метри, ширина 1,5 — 2,0 метри. Навколо виру глибини коливаються від 0,3 до 0,6 метри. Ділянка, на якому проводилися відлови, має в діаметрі 8 — 10 метрів у довжину та 3 — 5 метрів завширшки. У берега рослинність представлена рогозом та цукровою тростиною при видаленні часом одинично зустрічаються решта видів. Донні відкладення представлені піском, у прибережній зоні за 25−50 км до 1 метри — невеличкий шар мулу (1−2см).

Биоценоз. Структура биоценоза

Биоценоз (від биос — життя й грецьк. koinos — загальний) — це сукупність рослин, тварин, мікроорганізмів, які населяють ділянку суші чи водоёма і що характеризуються певними відносинами, як між собою, і з абиотическими чинниками середовища, тривалий час співіснують у просторі й утворюють екологічне єдність.

Историческая довідка:

Термин «біоценоз» увів у науку німецький учений Карл Мебіус в 1877 р. Вивчаючи, як збільшити продуктивність стійкого господарства на мілині Північного моря, він виявив, що устриці утворюють разом з іншими видами морських тварин тісні співтовариства, які присвячені певному грунту, солоності і температурі води. У цих співтовариствах відбувається боротьба за існування й регуляція чисельності видов.

Биогеоценоз — це історично що склалася сукупність живих організмів (біоценоз) і абиотической середовища разом із займаним ними ділянкою земної поверхні (біотопом).

Все живі організми за способом харчування поділяються на дві групи — автортрофов і гетеротрофов.

Автотрофы використовують неорганічний вуглець і синтезують органічні речовини з неорганічних, це — продуценти.

Гетеротрофы використовують вуглець органічних речовин, які синтезовано продуцентами, і разом із цими речовинами отримують енергію. Гетеротрофы представлені трьома групами организмов.

Группа № 1 — консументи. Це організми, споживають живе органічна речовина.

Группа № 2 — детритофаги. Це організми, споживають мертве органічна речовина.

Группа № 3 — редуценты. Це організми, такі ж харчуються мертвим органічним речовиною. У результаті відбувається розкладання органічного речовини до мінеральних сполук, які повертаються до грунтовий розчин і знову використовуються рослинами.

Водные биоценозы

Водная середовище є особливою місцеперебуванням, оскільки життя ній залежить від фізичних властивостей води, насамперед від неї щільності, кількості кисню і вуглекислого газу, розчинених у ній, прозорості води, який визначає поширення сонячного світла товщі води. Проте, найважливішими екологічними чинниками, впливають на біологічне розмаїтості та розподіл видів, в прісноводних екосистемах є такі: температура води, кількість органіки (кормова база) і швидкість течения.

Все організми, які живуть водної середовищі діляться сталася на кілька екологічних груп: бентос, планктон, нейстон, нектон.

Бентос — (від грецького benthos — глибина), сукупність організмів, які живуть грунті чи грунті дна водоёмов.

Планктон — (від грецького planktos — блукаючий), сукупність організмів, які у товщі води та які можуть протистояти переносу течією (пасивне передвижение).

Нейстон — (від грецького neustos — плаваючий), сукупність організмів котрі живуть у поверхневою плівки води (зверху або знизу від неё).

Нектон — (від грецького neustos — плаваючий), сукупність активно плаваючих організмів, які у товщі води та здатних переміщатися на значні расстояния.

Список виловлених тварин і звинувачують їх розподіл екологічними группам:

.

Трофическая структура водного біоценозу

Организмы, що входять до склад тієї чи іншої біоценозу можуть підрозділятися сталася на кілька трофічних груп: продуценти, консументи першого порядку, консументи другого порядку, консументи третього порядку, тощо. буд., редуценты. У водних біоценозах консументов другого порядку й вище об'єднують у групу консументов вищого порядку. Організми, що входять до одну групу займають певний трофічний рівень. З самого трофічного рівня в інший відбувається передача речовини і енергії.

Схему харчових перетинів поміж організмами біоценозу можна як набору маршрутів, якими речовина і енергія передаються від однієї виду організмів до іншому.

В водної екосистемі сонячна енергія, засвоєна водоростями і вищими рослинами, переходить до різним безхребетним, далі до дрібним рибам і, нарешті, до великим хижакам.

Большое кількість організмів, що є однією трофическом рівні є гарантією те, що у разі зникнення якого або виду його в структурі харчової ланцюга займе інший вигляд і передачі речовини і нічого очікувати перервана.

.

Материалы і методы Для виконання роботи використовувалося поєднання теорії з практикою.

Практическая частина (вилов організмів та його визначення) виконувалася з урахуванням Московського польового навчального центру асоціації «ЕКОСИСТЕМА ». Її може бути розбитий на кілька этапов.

1. Відбір проб

На цьому етапі було обрано 6 біотопів у невеликому ділянці річки Клязьма. Протягом днів з допомогою сачка на биотопах упіймали тварини (від 6 до 11 видів у кожному). Для вилову тварин використовувалися також: кювет, скляні банки з кришками, ложки.

Сачок опускається в води і шкребком старанно проходить за дну кілька разів. Також з допомогою сачка відловлюються тварини в товщі і верхніх шарах води. Вміст сачка викладається в кювет із кількістю води; потім із маси донних осадів та рослин ложкою вибираються водні безхребетні, які вкладаються у окрему банку із жовтою водою, набраної у цьому біотопі.

В кожному біотопі проводилося щонайменше 5 відловів.

2. Визначення организмов

С допомогою спеціальних визначників і бинокуляров з урахуванням навчального центру виловлені види розпізнаються. І тому необхідно уважно розглянути кожну особину в бинокуляр, виділити відмітні ознаки і за ними при допомоги означника ідентифікувати виловлені організми.

В визначенні виловлених організмів то, можливо похибка, бо все виловлені організми були визначено до виду. Це з відсутністю якісних визначників і володінням методикою роботи з визначником на певному рівні. Тому, загальна кількість виловлених видів насправді кілька выше.

3. Опис организмов

После визначення з допомогою навчальної літератури складаються таблиці, де всі виловлені види розподіляються на екологічні групи і з трофическим уровням.

В теоретичної частини роботи можна виокремити декілька этапов:

1. Упорядкування схеми екологічних взаємозв'язків мешканців водного біоценозу на прикладі річки Клязьма.

Для цього аркуші папери вычерчивалась схема вертикальної структури водоёма, на якої показувалося розподіл виловлених видів екологічними групам. Стрілками позначалися трофічні взаємозв'язку мешканців даного биоценоза.

2. Упорядкування схеми харчової ланцюзі у водному біоценозі з прикладу річки Клязьма.

Для цього аркуші папери вибудовуються трофічні рівні, у яких вносяться види відповідно до даними відловів. Побудувати харчові ланцюга із зазначенням у яких місця кожного з виловлених організмів було неможливо через великі кількості перетинань видів між собою у різних харчових цепях.

3. Оцінка екологічного стану досліджуваного водоёма методом біоіндикації.

Для оцінки екологічного стану водойми використовувався метод розрахунку біотичного індексу (БІ), розроблений Ф. Вудивиссом в 1964 р. З допомогою спеціальної шкали визначення біотичного індексу, заснованої на про наявність у водоёме індикаторних груп організмів, наявністю чи відсутності тій чи іншій індикаторної групи визначається биотический індекс водойми. Що показник БІ, тим сприятливішими умови існування організмів у даному водоёме в цілому, або його окремих биотопах зокрема. За таким показнику можна судити про відносну чистоті води стосовно водним мешканцям. Показник БІ може змінюватися від 1 (найменш сприятливі екологічні умови) до 10 (найсприятливіші екологічні условия).

Таблица 1. Список виявлених (спійманих) організмів по биотопам.

.

Комментарии до таблиці № 1 (Список виловлених видов) Исходя з даних видно, що найменше видів зустрінуте у першому біотопі. Це кількома причинами. Через великий швидкості течії багато організми зносяться вниз річкою. Висока швидкість течії це не дає накопичуватися органическому речовини, що б'є по кількості корми. Також через сильного течії та практично повної відсутності органічного речовини дно якої виростання прибережній і водної рослинності сильно утруднено. Це створює додаткових труднощів водним організмам з місця зору наявності укриттів і додаткових поверхонь закріплення не більше даного біотопу. Невелика кількість видів можна пояснити труднощами при проведенні відловів. Велика глибина не дозволила якісно обловить біотоп в різних частинах. Основне кількість видів було виловлено у невеликому видаленні берега. Проте абіотичні умови мало відрізняються біля крайки береги, і за 25−50 км від цього, що дозволяє припустити високий рівень об'єктивності даних.

Наибольшее кількість видів у другому біотопі можна пояснити:

1. велику кількість органічного речовини, що є пищей;

2. практично в повній відсутності швидкості течения.

С з іншого боку біотоп сильно заражён сірководнем, що мало негативно зашкодити видовій розмаїтті. Також не можна цілковито виключити людський чинник. Біотоп № 2 найзручніша щодо відловів. Отож не можна вважати результати, отриманих під другому біотопі аномальними і найшвидше вони пояснюються найбільш якісними отловами в даному месте.

Примерно однакову кількість із зустрінутих видів за іншими биотопах пояснюється порівняно сприятливими екологічними умовами проживання у яких організмів. У кожному з вищевказаних біотопів є достатня глибина для нормального проживання організмів, характер донних відкладень й досить сприятливий, навіть у четвертому біотопі бідні, з погляду трофности, піщані відкладення компенсуються достатню кількість прибережній і водної рослинності. Тільки шостому біотопі струмінь води, що настає при впадінні струмка через трубу, то, можливо несприятливим чинником проживання организмов.

Видовое розмаїтість — дуже важливе властивість екосистем. за таким пов’язана стійкість систем до несприятливих впливів. Розмаїття забезпечує «підстрахування», дублювання стійкості. Вигляд, присутній у числі одиничних примірників, при несприятливі погодні умови для широко що був виду, зокрема і домінантної, може різко збільшити свій чисельність і в такий спосіб заповнити звільнене простір (екологічну нішу), зберігши екосистему як єдине целое.

.

Комментарии до схемою харчових цепей Как зазначалося вище, будь-яка екосистема включає кілька трофічних рівнів (ланок харчової ланцюга). Взаємопов'язаний ряд трофічних рівнів представляє ланцюг харчування або трофічну ланцюг.

Из матеріалів дослідження видно, що виловлені організми розподіляються по наступним трофическим рівням:

— консументи першого порядку (13 видів),.

— консументи вищого порядку (12 видів),.

— редуценты (4 виду).

Продуцентами у водних біоценозах, як і в наземних екосистемах, є зелені рослини. Це може бути як фитопланктон, і донні растения.

Также як й у наземних екосистемах, харчові ланцюзі у водних біоценозах можуть починатися з мертвого органічного речовини — детриту. Деякі організми можуть ставитися до відразу двох груп на кшталт харчування, наприклад, молюск великий прудовик є і консументом першого порядку й редуцентом. Важливо підкреслити, що ланцюг харчування який завжди то, можливо повної. У ньому можуть відсутні рослини (продуценти). Така ланцюг називається детритной.

Исходя з цього становища: «розмаїтість — синонім стійкості», можна зрозуміти, що екосистеми з довшими і розгалуженими харчовими ланцюгами харчування характеризуються підвищеної надёжностью й більш устойчивы.

Большое кількість організмів, що є однією трофическом рівні є гарантією те, що у разі зникнення якого або виду його в структурі харчової ланцюга займе інший вигляд і передачі речовини і нічого очікувати перервана.

Таблица 4. Оцінка екологічного стану річки по биотическому индексу.

.

Комментарии до таблиці № 4 (оцінка екологічного стану водоёмов по биотическому индексу).

Прежде, ніж надавати оцінку екологічного стану водоёмов, необхідно пояснити суть даної методики. Виходячи з розуміння, що різні групи водних безхребетних організмів по-різному реагують зміни екологічної обстановки в проточних водоймах, англійський учений Вудивисс підібрав індикаторні групи організмів, реагують зміни, які у водної середовища проживання. Кожній групі організмів надали певна кількість балів. Чим більше бал, тим сприятливішими умови, у яких містяться дані організми. Чим більший індикаторних груп є у обследуемом водоёме, і що вище бал кожної їх, тим більша сприятливість умов проживання організмів у даному водоёме.

По здобутих у ході дослідження даним видно, що у всіх биотопах биотический індекс однаковий, й умови проживання у яких можна вважати цілком задовільними (БІ = 5).

Однако дана методика Демшевського не дозволяє будувати висновки про чистоті води звичному нам розумінні, бо показує його присутність серед воді жодних хімічних і/або біологічних забруднювачів тим паче кількісного значення. Отримані дані свідчать лише про «екологічну чистоту «водоёма, але щодо його санітарної безпеки. Це тим, що багато видів забруднень, несприятливі в людини, щодо спокійно переносяться водними організмами, і навпаки. Сприятливість умов проживання визначається також швидкістю течії, температурою води, змістом кисню. Велику роль грає наявність органічного речовини в водоёме, оскільки багатьом бентосных організмів є їжею. Також від органічного речовини починаються детритные харчові ланцюга, а наявність різноманітних харчових ланцюгів зумовлює стійкість біоценозу.

В укладанні слід зазначити, що отримане результати дозволяють стверджувати, що це досліджувані биотопы цілком сприятливі для проживання водних організмів, як і саме обстежуваний ділянку річки Клязьма. Щодо невисокий показник біотичного індексу можна пояснити сезонними особливостями екології водних безхребетних організмів, і навіть тим, що відлови проводила учениця 10 класу за мінімальної наборі необхідного устаткування. Можливо, при професійних отловах результат міг стати трохи інакшим, проте значення біотичного індексу скоріш збільшилася б, бо за якісніших отловах кількість індикаторних груп возрастает.

Тем щонайменше, при екологічних дослідженнях дані, дають нижчі результати, чим є насправді, не можна розглядати, як недостовірні, так як де вони дозволяють із зайвим спокоєм стежити змінами довкілля, а дають можливість завчасно приймати рішення, створені задля зміни екологічній ситуації.

Выводы до работе

Результаты, отримані під час роботи, дозволяють зробити такі выводы:

Обследуемый водойма не відчуває сильних антропогенних навантажень у районі проведення досліджень. Про це свідчить великою кількістю із зустрінутих видів, оскільки біорізноманіття одна із основних показників стійкості природних екосистем.

Нахождение в водоёме кількох індикаторних груп є те, що умови існування водних організмів цілком сприятливі.

Разветвлённые харчові ланцюга з великою кількістю взаємозамінних видів також є показником стану досліджуваного ділянки водоёма.

Список литературы

1. «Гидробиология», Н. А. Березина Москва, 1984.

2. Визначник прісноводних безхребетних європейській частині СРСР Ленінград, 1977.

3. Визначник прісноводних безхребетних же Росії та суміжних територій (тому 5 «Вищі комахи») Санкт-Петербург, 2001.

4. Визначник комах по личинкам Москва, 1972.

5. Методи досліджень зообентоса з оцінкою екологічного стану водойм (методичний посібник) Асоціація «ЕКОСИСТЕМА» Москва, 1997.

6. Методика рекогносцировочного обстеження малих водойм (методичний посібник) Асоціація «ЕКОСИСТЕМА» Москва, 1998.

7. «Короткий визначник прісноводної фауни», професор О. М. Хейсин Москва, 1951.

8. «Нариси екології Підмосков'я» (навчальних посібників), під ред. В.І. Зубова Москва, 1998.

9. «Екологія Росії» (підручник), Б. М. Миркин, Л. Г. Наумова Москва, 1995.

10. «Екологія» (підручник), Е. А. Криксунов, В.В. Пасєчник Москва, 2003.

11. «Основи екології» (підручник), М. М. Чернова, В. М. Галушин, В. М. Константинов Москва, 2003.

12. «Основи загальної екології» (підручник), М. М. Мамедов, І.Т. Суравегина, С. Глазачев Москва, 1998.

Для підготовки даної праці були використані матеріали із російського сайту internet.