Прибрежная растительность и органическое загрязнение старичных озёр поймы реки Амур

МБОУ Куропатинская СОШ

Тамбовский район

Амурская область

Прибрежная растительность и органическое

 загрязнение  старичных озёр поймы реки Амур

Выполнил: Шаранина Анастасия Олеговна,

11 класс

Руководитель: Громова Наталья Александровна,

учитель биологии

с. Куропатино

2011 г.

Содержание

Введение                                                                         3

1. Литературный обзор                                                        4
2. Материалы и методики                                                6

1.  Методика изучения гидрохимических

показателей воды                                                6

2. Методика изучения кислотности воды                        7
3. Методика изучения запаха воды                                7
4. Методика изучения прозрачности воды                        7
5. Изучение околоводных растений                                8

3. Результаты исследований                                                8

Заключение                                                                12

Литература                                                                        14

Приложения                                                                 15

Введение

Старичные озёра поймы реки Амур, играют важную роль в поддержании биоразнообразия этой территории. В настоящее время наблюдается значительное их зарастание. Интенсивное развитие водной и прибрежной растительности в полосе заиленных мелководий пойменных озер способствует накоплению плотного образования, состоящего из отдельных растений и дернин, плавающего на поверхности воды у берега, так называемого "сплавинного берега". Сплавина служит также естественным биофильтром для поверхностных вод, местом гнездования и убежищем разнообразных видов птиц и, в первую очередь, представителей утиных [7. с.14] Велика роль околоводной растительности и в формировании качества воды в водоемах.

С каждым годом возрастает количество исследований, посвященных этой проблеме и выявлению индикационных свойств отдельных видов гидрофитов и их сообществ. Сообщества макрофитов - высших водных и прибрежно-водных растений — важный компонент водных экосистем, активно участвующий в процессе самоочищения водоемов от взвесей, органических загрязнителей, биогенов, нефтепродуктов, ядохимикатов и тяжелых металлов. [1. с.33].

Степень органического загрязнения старичных озёр бассейна реки Амур разная. Исследования группы наших учащихся показали присутствие органических загрязнителей в исследуемых озёрах на основе метода изучения донных организмов (олигохет), которые являются показателем такого загрязнения.    Если считать, что прибрежная растительность может быть биологическим фильтром для загрязняющих воду веществ, то её обилие, проективное покрытие берега может быть подтверждающим фактором  уровня содержания органических веществ в изученных озёрах.  В связи с эти данное исследование является актуальным для водоёмов бассейна реки Амур.

Цель нашего исследования: определение степени возможного влияния прибрежной растительности на органическое загрязнение старичных водоёмов поймы р. Амур.

Задачи:

1. Определить физические и некоторые химические свойства водоемов, в которых проводилось исследование.
2. Познакомиться с биоразнообразием прибрежной растительности.
3. Предположить уровень органического загрязнения воды на основе сравнительного  анализа прибрежной растительности  старичных озёр.

1. Литературный обзор

Исследования А.П.Садчикова, (каф. гидробиологии биологического факультета МГУП) показывают, что прибрежно-водная растительность,  выделяя при фотосинтезе кислород,  оказывает благотворное влияние на кислородный режим прибрежной зоны водоема.  Обитающие на поверхности растений бактерии и водоросли  (перифитон)  выполняют активную роль в очистке воды.  В зарослях прибрежно-водных растений развивается фитофильная фауна, которая также принимает участие в самоочищении воды и донных отложений; организмы бентоса утилизируют органическое вещество илов и обитающих там бактерий.  Под влиянием всех этих процессов в воде повышается содержание растворенного кислорода, возрастает ее прозрачность и содержание биогенных веществ,  снижается    минерализация воды и количество промежуточных продуктов распада органического вещества  (Кузнецов, 1970).

Автор считает, что в последние годы макрофиты стали успешно использоваться    в практике очистки вод от биогенных элементов,  фенолов,  ароматических углеводородов,  микроэлементов, нефти и нефтепродуктов,  тяжелых металлов,  различных минеральных солей из сточных и природных вод, в обеззараживании животноводческих стоков от разных форм патогенных микроорганизмов.

Роль прибрежно-водных растений в самоочищении водоемов в общем виде можно свести к следующему:

1. Механическая очистительная функция,  когда в зарослях растений задерживаются взвешенные и слаборастворимые органические вещества;

2. Минерализация и окислительная функция;

3. Детоксикация органических загрязнителей [7. с.240].

В свое работе «Экология прибрежно-водной растительности» Садчиков А.П. указывает, что прибрежно-водная растительность более консервативна, чем  сообщества фито-, зоопланктона и бентоса, поэтому видовой состав макрофитов, их биомасса и проективное покрытие могут являться показателями изменения качества воды.

       Таким образом, видовой состав прибрежно-водной растительности

позволяет достаточно точно охарактеризовать экологическое состояние

экосистемы. В настоящее время широко применяется методика индикации вод  по биологическим показателям, которая широко используется в практике гидробиологических исследований  [8.с.86].

В своей статье «Биоплато. Роль высших водных растений в улучшении качества воды»  Ю.Г.Симаков (профессор, доктор биологических наук) пишет, что  в формировании качества воды важную роль играют высшие водные растения: тростник, камыш, рогоз, рдест, сусак и др. Известно их применение для доочистки сточных вод предприятий легкой, металлургической, угольной промышленности, животноводческих комплексов, бытовых сточных вод. Поглощая значительное количество биогенных элементов, высшие водные растения снижают уровень эвтрофикации водоемов.

По мнению автора высшие водные растения усваивают и перерабатывают различные вещества (фенолы, ДЦТ), способствуя осаждению взвешенных и органических веществ; насыщают воду кислородом; создают благоприятные условия для нереста рыб и нагула молоди; интенсифицируют очистку воды от тяжелых металлов и нефтепродуктов за счет нефтеокисляющих бактерий.  Высшие водные растения утилизируют азот сточных вод предприятий по производству минеральных удобрений. Извлечение азота из сточных вод биологических прудов с помощью высших водных растений улучшает качество воды  [9. с.12]

Куприянова Л.М., в статье «Ценотическое разнообразие водной и прибрежно-водной растительности бассейна реки Берди" представляет исследования по данному вопросу следующим образом.  Сообщества макрофитов - высших водных и прибрежно-водных растений — важный компонент водных экосистем, активно участвующий в процессе самоочищения водоемов от взвесей, биогенов, нефтепродуктов, ядохимикатов и тяжелых металлов. Естественные и искусственно созданные заросли высших водных и прибрежно-водных растений — дешевый природный фильтр — эффективно используются во многих странах для берегоукрепления, доочистки сточных вод и речных вод перед поступлением в водоемы, используемые в качестве источников промышленного и коммунального (питьевого) водоснабжения (Bouchard et al.,1995; Jones,1996 и т.д.), при комплексной охране водных экосистем [2. с.10].

По мнению Мелиховой О.П., прибрежная растительность, особенно высокорослая, оказывает механическое и физико-химическое воздействие на водную среду, в которой она развивается. Именно по этой причине водные экосистемы с широко развитым поясом растительности являются наиболее устойчивыми к антропогенному загрязнению. Состояние и разнообразие прибрежной растительности можно рассматривать как индикатор динамики природных и антропогенных процессов [4. с.142]

2. Материалы и методики

Исследование было выполнено с 4 по 26 июля 2011 года группой учащихся школы села Куропатино Амурской области.

Краткая характеристика исследуемых озёр.

Все исследуемые озера - это старицы, расположенные в пойме Амура. Эти озера не стоячие, но водосток в них очень мал из-за большого зарастания. Все озёра расположены близко    к    населенным    пунктам    и испытывают   разную    степень   антропогенного воздействия.

Озеро Аргузиха течет рядом с селом Куропатино. Из-за большого зарастания и заиливания используется населением незначительно: купаются маленькие дети и подростки только в одном месте, очищенном от береговой растительности. Рыба водится мелкая, сорная. В советские времена в озеро сливались стоки колхозной бани и отходы от содержания крупного рогатого скота на молочно-товарной ферме.

Озеро Косицино расположено в 2 км от села Куропатино. Значительная часть берегов этого озера не имеет растительности, так как в течение многих лет озеро используется для водопоя крупного рогатого скота.

Озеро Бородино расположено в 8 км от села Куропатино. В последние годы оно сильно сузилось из-за большого зарастания берегов. Это озеро с трёх сторон окружено пахотными землями, которые ежегодно засеваются.

Методика изучения  гидрохимических показателей воды

Определение растворённого в воде кислорода проводилось по методу Винклера с использованием специального набора. За основу берется количество используемого раствора тиосульфата натрия. Количество раствора тиосульфата натрия, израсходованное на титрование, пропорционально концентрации растворенного кислорода [4. с.50]. Нами была составлена сравнительная шкала для определения содержания кислорода, [приложение 1]

В этом методе растворенный кислород количественно реагирует со свежеосажденным гидроксидом Мn(II). При подкислении соединения марганца (II) переходят в соединения Мn (IV), при этом высвобождает йод из раствора иодида в эквивалентных кислороду количествах.  Высвобожденный йод далее определятся титрованием тиосульфатом натрия с крахмалом, который используется в качестве индикатора [6.с.50-55].   Содержание кислорода определяется по формуле:

 ;

Методика изучения  кислотности  воды

Кислотность воды в озёрах измеряли при помощи универсальной индикаторной бумаги, спиртовых растворов лакмуса и метилового оранжевого.

Методика изучения  запаха воды

Определение запаха воды проходило при 20 °С. по ГОСТ 3351-74.

В колбу с притертой пробкой вместимостью 250 см3 отмерили 100 см3 испытуемой воды с температурой 20 °С. Колбу закрыли пробкой, содержимое колбы несколько раз перемешали вращательными движениями, после чего колбу открыли и определили характер и интенсивность запаха. [4. с.76]

Методика изучения  прозрачности  воды

Прозрачность воды - характеристика, показывающая, насколько уменьшилась интенсивность света при его прохождении через слой воды определенной толщины. Прозрачности воды измерялась при помощи диска Секки [1. с.25].

Диск Секки, прибор для определения относительной прозрачности воды водоёма. Представляет собой белый диск диаметром 30 см, который на тросе опускают плашмя в воду и замечают глубину, на которой он перестаёт быть видимым. Эта глубина, выраженная в метрах, принимается за меру прозрачности воды. Назван по имени А.Секки, измерявшего в 1865 прозрачность морской воды таким методом  [1. с.25].

Изучение околоводной растительности

Изучение околоводной растительности проходило методом учётных площадок. Были исследованы 3 учётные площадки размером 10х10 м. (по одной на каждом озере). Видовой состав изучался в полевых условиях и лаборатории Амурского ботанического сада ДВО РАН. Сделаны фотографии.

В нашей работе нам оказывали консультативную помощь ученые московского научно-исследовательского гидрологического института  Краснова Елена Дмитриевна и Власова Светлана Николаевна.

3. Результаты исследования

Любой водоём реагирует на загрязнение целым комплексом взаимосвязей биотической  и абиотической среды. Поэтому при биологическом  исследовании изучают водоём в целом – воду, берега, растительность, а не только организмы, населяющие водоёмы [1. с.8].

Высшие водные и прибрежные  растения являются  наименее изученным звеном как растения – индикаторы. Они представляют собой видимый невооружённым глазом и поэтому весьма удобный для наблюдения объект, а также дают возможность при гидробиологическом исследовании водоёмов предварительно визуально оценить их экологическое состояние  [3. с.50].

Прибрежно-водная растительность в значительной мере выполняет механическую очистительную функцию, когда в зарослях растений задерживаются взвешенные и слаборастворимые органические вещества. Под влиянием такой фильтрации увеличивается прозрачность воды, снижается её минерализация.

Прибрежно - водные растения оказывают благотворное влияние на кислородный режим водоёма. Это происходит не только за счёт выделяемого водоёма, но и за счёт того, что макрофиты своим присутствием создают благоприятные условия для жизнедеятельности бактерий, обрастателей, обитателей дна водоёма  [7. с.40]

Исследовательская группа нашей школы провела изучение животных из донного осадка старичных озёр Бородино, Аргузиха и Косицино. Используя метод олигохетного индекса Гуднайт-Уотлея,  была определена степень органического загрязнения воды в данных озёрах.

В озере Бородино индекс составил менее 20 %, что соответствует отсутствию органического загрязнения и 1-2 классу качества воды.

В озере Аргузиха олигохетный индекс составил 42 %, что соответствует незначительному загрязнению и 3 классу качества воды.  В озере Косицино олигохетный индекс имеет самый высокий показатель 63 %, что соответствует умеренному органическому загрязнению и 4 классу качества воды.  

Были изучены физические  и некоторые химические свойства озёр.

Анализ  проведенных  исследований  показал,  что  наиболее  прозрачная  вода в  озере Бородино. Диск Секки был виден до глубины 146 см, в этом озере оказалась самая низкая температура - 20°С  и самое высокое содержание кислорода в воде  14,4 мг/дм3  (2 балла).

В озере Косицино вода оказалась самая мутная,  диск Секки не был виден уже на глубине 28 см. В этом озере самая кислая среда из всех изученных, температура воды 21°С, содержание кислорода относительно достаточно высокое 11,2 мг/дм3  (3 балла).

Вода в озере Аргузиха тоже мутная, ниже глубины 31 см предметы не различаются, оно хорошо прогревается - температура воды составила 28 °С, и в ней содержание кислорода низкое  7,2 мг/дм3  (2 балла).

Анализ таблиц, составленных на основе изучения характеристик учетных площадок, показывает, что степень зарастания береговой околоводной растительностью у изученных озёр разная. Наибольшая глубина водоёма у границы прибрежного сообщества на озере Бородино – 51 см. По берегам  этого озера околоводная растительность имеет 100 % покрытие и слабо выраженную ярусность так, как большая часть растений имеет относительно одинаковую высоту. В данном сообществе нет растений, которые могли бы  образовать ярко выраженный ярус. На учетной площадке нами были собраны 8 видов растений из 6   семейств. Все растения относятся  к обычным видам, которые могут выносить незначительное загрязнение. [приложение 4,6]

Озеро Аргузиха имеет зарастающие берега – глубина водоёма у границы прибрежного сообщества составляет 41 см, обильную околоводную растительность с выраженной ярусностью. В первом ярусе присутствует равномерно расположенная цицания широколистная (110 см) и тростник обыкновенный. Камыш укореняющийся и вахта трёхлистная образуют второй ярус и расположены куртинами. Ниже располагаются сабельник болотный, чистец шероховатый, злаки. Нами было  собрано 11 видов растений из 7 семейств. Все растения относятся  к обычным видам, которые могут выносить незначительное загрязнение. [приложение 5,6]

Зарастание береговой околоводной растительностью озера Косицыно низкое, глубина водоёма у границы прибрежного сообщества составляет 31 см.  На учётной площадке данного озера обнаружено  11 видов растений из 8 семейств, т.е.  самое большое  биоразнообразие из всех изученных площадок. Кроме обычных видов, устойчивых к загрязнению, нами был обнаружен краснокнижный вид – касатик мечевидный.  Ярусность в сообществе проследить очень трудно, так как проективное покрытие составляет около 40 % из-за выпасания и вытаптывания крупным рогатым скотом. Все растения относятся  к обычным видам, которые могут выносить незначительное загрязнение. [приложение 3,6]

Все собранные растения являются достаточно обычными видами и многие из них имеют характеристику видов, устойчивых к умеренному загрязнению: аир болотный, дербенник промежуточной, чистец болотный, череда поникшая, камыш укореняющийся, вахта трёхлистная, белокрыльник болотный. Для других видов экологическая характеристика относительно уровня загрязнения отсутствует.

Анализ корневых систем растений, собранных на учётных площадках, говорит о том, что у прибрежной растительности озера Косицино преобладают ползучие и короткоползучие корневые системы растений (например горец, вейник тонкий, дербенник промежуточный). Не отмечены растения с корневой системой, расположенной глубоко в почве.

У прибрежной растительности озера Бородино преобладают мощные, разветвленные, сильно разветвлённые, со множеством тонких корневищ корневые системы (например сыть скрученная, череда поникшая, манник, полевица, стрелолист трёхлистный).

У прибрежной растительности озера Аргузиха  большая часть растений имеет мощную длиннокорневищную, с придаточными корнями, сильно разветвлённую корневую систему (например цицания широколистная, камыш укореняющийся, белокрыльник болотный,  полевица побегообразующая). Но встречаются виды, у которые корневая система расположена близко к поверхности (например чистец шероховатый, вахта трёхлистная).

 Заключение

 Качество воды озёрного комплекса зависит от многих причин.  Определить качество воды или уровень загрязнения водоёма возможно несколькими способами. Прибрежная растительность, как показывает обзор литературы и проведенные исследования, может быть в определённой степени индикатором качества воды в водоёме, особенно если этот водоём испытывает долговременное антропогенное воздействие.

1. Качество воды исследуемых старичных озёр разное. Об этом свидетельствуют физические и некоторые химические свойства, определённые при проведении исследований.  
2. Обильная и высокая прибрежная  растительность озера Бородино является естественным барьером для попадания загрязняющих веществ в воду. У доминирующей части растений корневая система мощная, хорошо разветвлённая и способна проникать в более глубокие слои почвы.  Высокое содержание кислорода, растворённого в воде и высокая прозрачность воды характеризуют озеро Бородино, что согласуется с наименьшей антропогенной нагрузкой на этот водоём.  
3. Мощная ярусная прибрежная растительность озера Аргузиха может свидетельствовать о том, что в данное озеро стекает много загрязняющих веществ, вызывая бурный её рост. Значительная часть прибрежных растений данного озера имеет мощную, сильно разветвлённую корневую систему. Но, по – видимому, прибрежная растительность не справляется с большой нагрузкой. В воде озера Аргузиха много взвешенных частиц (вода мутная) и низкое содержание кислорода, который может расходоваться на окислительные процессы.
4. Влияние деятельности человека на озеро Косицыно – значительное. Об этом свидетельствует низкое проективное покрытие прибрежной растительности, которая не может сдерживать загрязняющие вещества, стекающие в воду. Почти все прибрежные растения данного озера имеют ползучие и короткоползучие корневые системы. Возможно, большая уплотнённость почвы крупным рогатым скотом не дает возможности  расти растениям с корневой системой, которая залегает в более глубоких слоях почвы. У озера Косицино  самая  низкая прозрачность воды, неприятный запах гниющих органических остатков и низкое содержание кислорода. Причиной низкого содержания кислорода в этом озере может быть его  большой расход на процессы гниения.
5.   Аналитические данные, полученные при изучении биоразнообразия и характеристик прибрежной растительности,  совпадают с аналитическими данными, полученными исследовательской группой при гидробиологическом исследовании донных организмов.      

Полученные нами данные представляют собой предварительные оценки уровня загрязнения этих малопроточных озёр. Для получения более точных данных требуется большая работа специалистов. Но даже на основе данных, полученных нами. Можно сказать, что в перспективе, возможно медленное полное заиливание, зарастание озёр, полная смена биоценоза. Восстановлению прежнего вида стариц могло бы способствовать промывание озёр во время наводнения, но это невозможно из-за регулирования сброса воды Зейской и Бурейской ГЭС.

В ближайшее время антропогенное воздействие на озёра, прилегающие к селу, будет продолжаться, следовательно, будет наблюдаться медленная сукцессия.

 С проведёнными  исследованиями ознакомлена администрация села Куропатино. Работа в данном направлении будет продолжена.

Литература

1. Вшивкова Т.С., Мороз Д.Г.  Биоиндикация качества пресных вод.- Владивосток, 2006 г, с.70.
2. Куприянова Л.М. Ценотическое разнообразие водной и прибрежно-водной  растительности бассейна реки Берди."  http://www.nsu.ru/community/nature/books/berd/berd.htm
3. Коробейникова Л.А. Комплексная экологическая практика школьников и студентов. – Санкт-Петербург, «Крисмас+», 2001 г., с.50-76.
4. Мелихова О.П.  Биологический контроль окружающей среды: биоиндикация и биотестирование. – М. Издательский  центр «Академия», 2007 г., с.228.
5. Новиков В.С., Губанов И.А.  Школьный атлас – определитель высших растений, 1985 г., с.195.
6. Новиков, Ю. В. , Ласточнина К.О., Болдина З.Н. под ред. А. П. Шицковой.  Методы исследования качества воды водоёмов, М.: Медицина, 1990. - 50 – 55 с.
7. Садчиков А.П. Гидроботаника. Прибрежно-водная растительность. – М. Издательский центр «Академия», 2005 г., с.240
8. Садчиков А.П., Кудряшов М.А.  Экология прибрежно-водной растительности., - НИА-Природа, РЭФИА, 2004
9. Симаков Ю. «Биоплато. Роль высших водных растений в улучшении качества воды»  http://www.aquatoria.net.ru/articles/bioplato.htm
10. Тахтаджян А.Л. Цветковые растения, - М. Просвещение, 1981 г., с.440.

Приложения

Приложение 1. Шкала для определения кислорода в воде.

Приложение 2. Шкала оценок обилия видов по Друдэ

Soc. (sociales)                        6 (растения обильны, образуют фон, смыкаются);

Cop.3.(copiosae)                5 (растений очень много)

Cop.2.                                4 (растений много)

Cop.1.                                3 (растений довольно много)

Sp. (sparsae)                        2 (растения в небольших количествах, вкрапления)

Sol. (solitariae)                1 (растения единичны)

Un. (unicum)                        + (встречаются единичные экземпляры)