Муниципальное общеобразовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа №109» Индустриального района г. Перми  Пермского края.  

«Определение экологической обстановки района р.Вишеры по результатам исследования энтомоценоза».

исследовательская работа по экологии

Екатерина Семенова,  ученица 9 Б класса МОУ «СОШ № 109»

Котельникова Оксана, ученица 9 Б класса МОУ «СОШ № 109»

Научный руководитель: Николай Николаевич Паньков, заместитель декана биологического факультета ПГУ, кандидат биологических наук, доцент, заведующий кафедрой зоологии беспозвоночных и водной экологии.

Преподаватель: Елена Валентиновна Игошева, учитель химии МОУ «СОШ № 109»

Преподаватель: Чудинова Людмила Алексеевна, учитель биологии МОУ «СОШ № 109»

Пермь,2010г.

Содержание.

Введение        .        .        .        .        .        .        .        .        .        .        .        2

Объект и предмет исследования        .        .        .        .        .        .        .        .        3

Задачи исследования         .        .        .        .        .        .        .        .        .        .        4        

Гипотезы исследования        .        .        .        .        .        .        .        .        .        4                                                                            

Характеристика района исследований        .        .        .        .        .        .                   4

Зоогеографическая характеристика   и происхождение гидрофауны

Прикамья        .        .        .        .        .        .        .        .        .        .        .        9

Ход исследования        .        .        .        .        .        .        .        .        .        .        13

Выводы        .        .        .        .        .        .        .        .        .        .        .        19

Список использованной литературы        .        .        .        .        .        .        .        20

Приложения        .        .        .        .        .        .        .        .        .        .        .        22                                                                                      

Введение

Одной из приоритетных задач современной экологии является построение теории функционирования экосистем континентальных водоемов. До недавнего времени разрабатывались ее частные аспекты, связанные преимущественно с функционированием экосистем озер и водохранилищ, в чем достигнуты вполне определенные успехи.

Изученность рек в указанном отношении значительно ниже, и это является основной трудностью при создании фундаментальной концепции. Современное состояние речной экологии может быть охарактеризовано как период первичного накопления и систематизации знаний, для надежного обоснования важных положений теории и проверки бытующих точек зрения не хватает фактов.

В этом отношении Прикамье представляет собой уникальный полигон, характеризующийся высоким разнообразием физико-географических условий. На естественные широтные и долготные их градиенты накладывается чрезвычайно пестрая картина геологического строения территории, ее рельефа, гео- и гидрохимических особенностей, осложненная неравномерной хозяйственной освоенностью.

 В настоящее время реки привлекают внимание ученых, главным образом, в связи с возросшей актуальностью природоохранных задач. Представляя собой один из важнейших и в то же время весьма уязвимых природных ресурсов, реки требуют постоянного внимания. Это связано, прежде всего, с организацией системы регионального гидроэкомониторинга, в основу которого должны быть положены результаты исследований разнотипных водотоков, как эталонов их определенного экологического состояния.

 Прикамье располагает развитой речной сетью, среди элементов которой присутствуют водотоки, находящиеся в естественном состоянии, и водотоки, испытывающие антропогенные воздействия различного характера и степени интенсивности. (Н.Н.Паньков, 2000).

Объект и предмет исследования

В качестве объекта исследования нами выбрана река Вишера в ее среднем течении, и ее приток река Улс на четырехкилометровом участке в районе устья. Протяженность маршрута, на котором собран материал для исследования - 30 километров : 4 километра по р. Улс перед впадением в Вишеру и 26 километров по Вишере. Начало маршрута – поселок Золотанка. Окончание маршрута – скала Ветлан.

Предмет  исследования – крупные формы насекомых прибрежной растительности, в основном, веснянки, поденки и ручейники, как наиболее чувствительные к загрязнениям. Кроме того некоторые из них можно определить ло семейства, рода и вида. Они  являются наиболее объективным и доступным биоиндикатороми, так как насекомые  обитают везде, отличаются  разнообразием, очень различны по своей чувствительности к загрязнениям,  обладают длительным жизненным циклом, благодаря чему могут отражать состояние окружающей среды за длительное время (несколько недель или месяцев). Изучались организмы, собранные с 27 июля по 04 августа  2009 года в ходе экспедиционных исследований учащихся МОУ «СОШ № 109».

Задачи исследования

Взять пробы энтомоценоза на участке  пос.Золотанка – Кам.Ветлан (реки Улс и Вишера) на предмет крупных форм (веснянки, поденки, ручейники), этикетировать их и фиксировать для дальнейшего изучения.

Идентифицировать насекомых энтомоценоза  по определительным таблицам и описаниям, приводимым в ряде литературных источников, подсчитать количество особей каждого вида.

По результатам исследований сделать выводы об экологической обстановке  Северного Урала, района реки Вишера.

Гипотезы исследования

Мы  предполагаем:

По насекомым энтомоценоза  можно сделать выводы об экологической обстановке на Северном Урале.

Состав энтомоценоза возле населенных пунктов должен отличаться от фонового состояния.

Предположительно, состав энтомоценоза будет зависеть от скорости течения реки, глубины, а так же в местах впадения ручьев и мелких рек.

Характеристика района исследования

Географическое  положение

Прикамье – единый, почти замкнутый, географически своеобразный естественный регион, образованный бассейнами Верхней и Средней Камы и практически совпадающий в своих границах с Пермской областью.

Прикамье практически целиком находится на восточной окраине Европы. Территория Прикамья относится к двум крупным физико-географическим комплексам: Русской равнине и Горному Уралу. Она вытянута с севера на юг почти на 600 км; с запада на восток – более, чем на 400 км. Приблизительно 4/5 территории Прикамья расположено в пределах Русской равнины, наиболее восточные области принадлежат Уралу.

Климат Прикамья

Климат в Прикамье континентальный, по сравнению с прилежащими равнинами и Зауральем более холодный и влажный, что связано с особенностями географического положения Уральских гор. Будучи вытянутыми в меридиональном направлении, горные цепи Урала находятся на пути движения западных влагонесущих масс; в то же время они не препятствуют вторжению арктических масс воздуха, проникающих на юг вплоть до Мугоджар.

В связи со значительной протяженностью Прикамья в меридиональном направлении, а также по причине геоморфологической гетерогенности, климатические условия на его территории неоднородны. Распределение годовой суммы осадков по территории Прикамья чрезвычайно неравномерно. Их наибольшее количество выпадает на хребтах и склонах гор. В том числе, горах Вишерского Урала.

Первое появление снежного покрова отмечается на севере горных районов в сентябре, в середине октября – в предгорьях, а к концу октября – на остальной территории. Устойчивый снежный покров образуется в конце октября – начале ноября.

Общая  характеристика  условий  стока  и  гидрологического

режима  рек  Прикамья

Неравномерное распределение климатических условий и геоморфологическая  гетерогенность территории обусловливает своеобразие условий стока и гидрологического режима рек в различных субрегионах Прикамья (Ресурсы..., 1973). Областью наиболее интенсивного питания рек является горный район. Здесь, наряду с повышенными осадками и малым испарением, имеются особо благоприятные условия для стока – значительные уклоны земной поверхности и водоупорность слагающих ее пород.

 Реки Прикамья относятся к типу водотоков с четко выраженным весенним половодьем, летне-осенними дождевыми паводками и устойчивой длительной зимней меженью (Ресурсы..., 1973). В питании рек преимущественное значение имеют снеговые воды. Доля талых вод в суммарном стоке рек в южных районах достигает 70 – 75%. Значительно меньше она в пределах возвышенных частей горного Урала, где в питании рек велика роль дождей (до 40%). В среднем 25–35% годового стока формируется за счет подземного питания. Весеннее половодье обычно начинается во второй половине апреля.

Продолжительность половодья зависит от размеров рек и высотного положения их водосборов, от увлажненности территорий и величины запасов снега к началу снеготаяния. В горных районах период половодья при прочих равных условиях более продолжителен, чем на равнине, что связано с затяжным характером снеготаяния по причине неодновременного прогрева воздуха в разных высотных поясах.

На реках горного Урала и северных районов равнины половодье имеет несколько пиков, что обусловлено прерывистым характером снеготаяния и периодическим выпадением дождей.

Зимняя межень на реках Прикамья устанавливается в среднем во второй половине ноября. Она отличается устойчивостью, большой продолжительностью (140–160 дней) и низкой величиной стока.

В начале зимы для многих рек характерны зажорные подъемы уровня воды, а также периодические его повышения, связанных с образованием наледей. Весной нередко наблюдаются заторные подъемы.

Амплитуда колебаний уровня воды меняется в широких пределах. У малых водотоков ее величина составляет от 1 до 4 м, на средних реках – до 10 м.

Гидрохимическая  характеристика  бассейна реки Вишера

В химическом составе вод бассейна  реки Вишеры преобладают гидрокарбонатно-кальциевые и гидрокарбонатно-сульфатные соли. Данная местность расположена в пределах Предуральского краевого прогиба и частично Кунгуро-Уфимского выступа Пермско-Башкирского свода.

Здесь выделяются две гидрохимические области.

Область преобладания гидрокарбонатно-кальциевых гидрохимических вод рек Западных предгорий. В пределах области находится часть среднего течения Вишеры.  Химический состав вод объясняется широким распространением известняков.

Область преобладания гидрокарбонатно-кремнеземных гидрохимических вод  рек Центрального Уральского поднятия. Гидрокарбонатно-кремнеземные воды характерны для бассейна Верхней Вишеры, которые врезаются в метаморфизированные породы ордовика и силура. Большое количество атмосферных осадков и малая испаряемость привели к выщелачиванию из коры выветривания легко растворимых веществ, поэтому минерализация речных вод невелика (0,03 – 0,06 г/л).

Район преобладания гидрокарбонатно-хлоридно-натриевых вод с минерализацией речных вод 0,2 – 0,5 г/л, приуроченный к бассейну Нижней Вишеры.

Ландшафтно-гидрологическое  районирование  Камско-Вишерского гидрологического округа

Камско-Вишерский гидрологический округ является естественным продолжением Колвинского округа на юг с сохранением ряда его характерных особенностей. Залесенность округа сравнительно невелика (60 – 65%). На его территории произрастают разнообразные средне-таежные леса; преобладают елово-пихтовые и сосновые с примесью осиново-березовых. Большие пространства занимают луга, в том числе заливные.

Строение речной сети древовидное, ее густота составляет 0,5 – 0,6 км/км2. Широко распространены заболоченные леса и болота, в местах развития карста много карстовых озер.

Крупные реки округа – Кама, Вишера с Язьвой, Яйва и Койва (в их нижнем течении), – транзитные водотоки; особенности их гидрологического режима формируются за пределами округа и лишь немного модифицируются под влиянием местных условий. Малые водотоки округа имеют выраженный равнинный характер. Они обладают извилистым руслом, низкими берегами, широкими, хорошо разработанными долинами, прорезанными в толще легко размываемых аллювиальных отложений, развитой системой пойменных водоемов.

Камско-Вишерский гидрологический округ хорошо обжит. На его территории расположены крупные промышленные центры Прикамья (Соликамск, Березники, Кизел, Губаха); под влиянием антропогенных факторов многие реки в той или иной степени утратили свое естественное состояние.

Зоогеографическая характеристика   и происхождение гидрофауны Прикамья

Современные данные по фауне текучих вод Урала и сопредельных областей Русской равнины далеко не полны таксономически и фрагментарны территориально, что осложняет реконструкцию зоогеографической картины региона в целом. К настоящему времени более или менее полно изучены и могут быть корректно охарактеризованы только поденки, веснянки и ручейники. Эти таксоны достаточно разнообразно представлены и дают вполне объективный материал.

Фауна поденок (Insecta: Ephemeroptera) Прикамья

и сопредельных территорий

Первые сведения о поденках Урала и сопредельных территорий относятся к началу XX века; в 1916 г. П. Эсбен-Петерсен указал для Полярного Урала шесть видов: Siphlonurus alternatus Say, 1824, Siphlonurus aestivalis Eaton, 1903, Parameletus chelifer Bengtsson, 1909, Cinygma lyriformis (McDunnough, 1924, Ecdyonurus joernensis Bengtsson, 1909, Heptagenia flava Rostock, 1878 (см. Ольшванг, 1980).

К настоящему времени наиболее полно изучены северные области Западного Урала и сопредельные территории (республика Коми), где длительное время работали видные специалисты по систематике поденок (О.А. Чернова, Р.С. Казлаускас, Е.А. Новикова) и проводились развернутые гидробиологические исследования крупных рек, имеющих здесь особое рыбохозяственное значение (Зверева, 1969; Шубина, 1986; и др.).

В водоемах Южного Урала известно лишь 34 вида поденок, большинство из которых тривиальны. Обращает на себя внимание необычно слабая представленность поденок рода Baetis, требующих квалифицированного подхода при их идентификации.

Поденки Прикамья прежде изучались с гидробиологических позиций, что объясняется их большой ролью в составе зообентоса. В связи с этим, имевшиеся до начала наших исследований опубликованные данные по составу фауны поденок были чрезвычайно фрагментарны, рассредоточены по многочисленным частным работам и касались лишь наиболее тривиальных видов (Таусон, 1947; Громов, 1954 б, 1959, 1960; Боброва, 1969; и др.). Материалы специальных исследований на сегодняшний день ограничены списком поденок р. Сылвы (Паньков, 1997 б), в котором приводится 32 вида, а также информацией о восьми редких видах поденок Пермской области (Паньков, 1997 в).

Современный список поденок Западного Урала и прилежащих территорий насчитывает 76 видов, относящихся к 17 семействам; из них 64 вида зарегистрированы на севере региона (республика Коми), 46 видов обитает на территории Прикамья, 34 вида известны из Башкирии (табл. 1). Наибольшим видовым богатством характеризуется семейство Baetidae (27 видов), менее богаты видами семейства Heptageniidae (9), Caenidae (8) и Leptophlebiidae (8), прочие семейства насчитывают по 1 – 5 видов каждое.

Семь видов: A. congener, B. tricolor, C. lyriformis, E. mucronata, C. lactea, H. fusca, S. alternatus для Прикамья указываются впервые.

Фауна  веснянок  (Insecta:  Plecoptera)  Прикамья  и

сопредельных  территорий

Первые сведения по веснянкам Урала и сопредельных территорий относятся к началу XX века, когда Ф. Клапалек (см. Ольшванг, 1980) указал для Полярного Урала 6 видов: Arcynopteryx compacta (McL.), Isoperla grammtica Poda, Capnia zaicevi Klap., Capnia atra Mort., Capnia sp., Nemoura arctica Esb-Pet.

К настоящему времени наиболее полно изучены веснянки бассейна р. Печоры, где в течение многих лет проводились регулярные исследования с участием специалистов по систематике этих насекомых (см. Лоскутова, 1999). Из указанного региона известно 33 вида.

Исследований, специально посвященных фауне веснянок, на территории Прикамья ранее не проводилось. А.О.Таусон (1947) упоминает о нахождении в р. Каме двух видов – I. grammatica Poda (как Chloroperla venosa St.) и Isogenus nubecula Newm. В результате наших исследований (Паньков, Новокшонов, 1996, 1997 а, б) в составе фауны веснянок Прикамья зарегистрирован 21 вид.

Из водоемов Башкирии было известно 17 видов (Боев, Баянов, 1987).

Имеющиеся на сегодняшний день сведения по фауне веснянок Урала и сопредельных территорий эффективно не опубликованы.

К настоящему времени в водотоках Урала и сопредельных территорий зарегистрировано 36 видов веснянок, относящихся к 6 семействам. Наибольшим видовым богатством характеризуются семейства Nemouridae (12 видов), Perlodidae (8) и Capniidae (6), семейства Chloroperlidae, Taeniopterygidae и Leuctridae насчитывают по 3 – 4 вида каждое (табл. 2)

В водоемах Прикамья зарегистрировано 22 вида веснянок; один вид – Xanthoperla apicalis (Newm.) – указывается впервые. По-видимому, этот список существенно не полон. Так, не обнаружены C. bifrons (Newm.), I. obscura Zett., A. standfussi (Ris), L. nigra (Oliv.), известные из бассейна Печоры и водоемов Башкирии; вероятно, в Прикамье они тоже должны водиться. Не  найден ряд широко распространенных европейских видов: I. serricornis (Pict.), R. acuminata Klap., C. vidua Klap., P. intricata (Ris) N. flexuosa Aubert, обитание которых здесь тоже вполне вероятно.

Фауна ручейников (Insecta: Trichoptera) Прикамья

и сопредельных территорий

З.Д. Спурис (1989) в своем «Конспекте…» оценил Урал как один из наименее изученных в отношении фауны ручейников регионов Палеарктики. Наиболее полные сведения относились к Башкирии (Мартынов, 1914; Лепнева, 1928; Mey, 1978; Боев, Баянов, 1990) и республике Коми (Шубина, 1986; Спурис, 1989); несколько видов указаны для Полярного Урала и сопредельного Ямала (Мартынов, 1910, 1916). Фауна ручейников Прикамья оставалась практически нетронутой.

Согласно современным данным, фауна ручейников Урала и сопредельных территорий насчитывает 144 вида, относящихся к 17 семействам. Наиболее разнообразно представлено семейство Limnephilidae (54 вида); богаты видами семейства Leptoceridae (24), Hydroptilidae (14) и Phryganeidae (13).

Из северных областей региона (республика Коми, Полярный Урал и Ямал) известно 93 вида. В Прикамье отмечен 71 вид. Для Башкирии установлено 85 видов (табл. 3). Три палеарктических вида из семейства Leptoceridae (Oecetis intima McLachlan, 1877; Oecetis tripunctata Fabricius, 1793; Setodes punctatus Fabricius, 1793) и один сибирский вид семейства Phryganeidae (Brachypsyche sibirica Martynov, 1914) не включены в таблицу, поскольку детальные сведения о их распространении в регионе отсутствуют (см. Спурис, 1989).

Limnephilus externus Hagen, 1861 указывается впервые для Урала, Phryganea bipunctata (Retzius, 1783) – впервые для Прикамья.(Н.Н.Паньков 2000).

Ход исследования

Методика исследований

В основу настоящей работы положены результаты обработки 7 количественных проб насекомых, отобранных в ходе маршрутных исследований  27 июля – 04 августа 2009 г. В состав экспедиционного коллектива входили ученики 9, 11 классов, учителя и родители МОУ «СОШ № 109», представитель СДЮТИЭ г. Перми С.Б.Семенихин, зам. декана биологического факультета ПГУ Н.Н. Паньков, магистр биологии А.Б. Крашенинников и бакалавр биологии, студентка биологического факультета А.А. Анцигина.   Рис 1. Отбор насекомых из сачка.

Пробы отбирались на стоянках способом кошения по прибрежной растительности большим энтомологическим

сачком с длиной прохода по траве 10 м., выбирались из сачка глазным пинцетом, этикетировались и фиксировались в 70% растворе этилового спирта. Дальнейшая обработка материала выполнялась в лаборатории гидробиологии Пермского государственного университета.  Насекомые определялись до отряда, семейства, по возможности до рода и вида при помощи «Определителя насекомых Европейской части СССР» 1 том под ред. Г.Я.Бей-Биенко (1964).

Мы глубоко благодарны А.Б.Крашенинникову за исчерпывающие консультации  и помощь в отборе проб и Н.Н.Панькову за помощь в анализе проб и определении насекомых. Выражаем признательность всему экспедиционному коллективу, а так же Сабитову Никите, который является соавтором данной работы.

Рис 2. Разбор проб в лаборатории.

Результаты исследования: Таблица 1

В результате проведенных исследований в составе прибрежных энтомоценозов рек Вишеры и Улса выявлено 12 таксонов насекомых. Наиболее обычны ручейники (встречаемость 100%) и поденки (около 75%). Достаточно часто встречаются  двукрылые (мухи) (около 60%) и комары-болотницы (около 45%). Наряду с ними встречаются гусеницы бабочек, перепончатокрылые (наездники), комары-звонцы, веснянки, клопы, кузнечики и цикадки, тли; их встречаемость составляет 15-30%.

Зависимость числа особей  и таксонов беспозвоночных от места сбора

Таблица 2

Встречаемоть  таксонов и их количество

Таблица 3

В составе энтомоценозов наиболее многочисленны такие насекомые, как поденки (42% объема сборов) и ручейники (31%). Им сопутствуют мухи (10%) и комары-болотницы (5%). Удельное обилие прочих насекомых не превышает 1-2% общего объема материала. Наиболее разнообразные и достаточно богатые энтомоценозы выявлены в верхних районах изученного участка реки Вишеры (устья таких ее притоков, как Ветрянка и Верхняя Золотиха). В их составе зарегистрировано по 6 таксонов. Среди насекомых доминируют ручейники (42-47% объема сборов). Им сопутствуют мухи (в среднем 18%) и поденки (13%). Относительная численность энтомоценозов составляет 21% общего объема сборов.

Наименее богатые в качественном отношении сообщества выявлены в нижележащих участках Вишеры (близ поселков Сыпучи, Вишерогорска и деревня у камня Говорливого). В их составе насчитывается не более 1-3 таксонов. Численность энтомоценозов варьирует в широких пределах (2-31% общего объема сборов). Какую-либо доминирующую в их составе группу выявить не удается.

Результаты распределения отряда «Поденки»  по семействам, родам и видам.

Таблица 4

Выводы:

Достаточно высокое таксономическое разнообразие прибрежных сообществ насекомых реки Вишеры  и присутствие в их составе таких уязвимых групп, как веснянки, поденки и ручейники, свидетельствует о достаточно высоком качестве воды на водосборной территории реки Вишеры.

Повышенное разнообразие энтомоценозов вблизи притоков, впадающих в Вишеру, может объясняться как чистотой воды, так и сложением вишерской и ручьевой фаун.

Снижение таксономического богатства вблизи поселков может быть связано с локальным влиянием бытовых и сельскохозяйственных загрязнений.

Список литературы:

1. Алексеев В.И. Отражение тектоники Тимано-Печорской нефтегазоносной провинции в речной сети // Геология, поиск и разведка месторождений горючих полезных ископаемых. Пермь, 1977. С. 135 – 144.
2. Зверева О.С. Особенности биологии главных рек Коми АССР. Л.: Наука, 1969.
3. Зверева О.С. Общая характеристика бентоса Средней Печоры и ее левых притоков в связи с особенностями гидрографии // Труды Коми филиала АН СССР. 1971. № 22. С. 44 – 58.
4. Казанцев Ю.В., Шакуров Р.К. Полюдовский структурный комплекс на Северном Урале и перспективы его нефтегазоносности // Геология и геофизика нефтегазоносных областей. Уфа, 1982. С. 17 – 30.
5. Комлев А., Черных Е. Реки Пермской области. Пермь: Перм. кн. изд-во, 1984. – 214 с.
6. Паньков Н.Н. Зообентос текучих вод Прикамья. Пермь: Гармония, 2000. – 192 с.
7. Паньков Н.Н. К изучению зообентоса р.Яйвы в связи с особенностями геологического строения дренируемой территории // Вестник Пермского ун-та. Пермь, 2002. (Биология). С. 206 – 228.
8. Щербаков О.А. Тектоника Вишерско-Чусовского Урала и методика палинспастических построений // Шарьяжное строение Урала и других складчатых областей. Уфа, 1986. С. 17 – 31.
9. Щукин И.С. Общая геоморфология. М.: Изд-во МГУ, 1960. Т. I. – 615 с.
10. Illies J. Versuch einer allgemeinen biozonotischen Gliederung der Fliessgewasser // Int. Revue Ges. Hydrobiol., 1961. Bd. 46. № 2. S. 205 – 213.
11. Vannote R.L., Minsvall G.W., Cummins K.W., Sedell I.R., Cushing C.E. The river continuum concept // Can. J. Fish. Aquat. Sci., 1980. Vol. 37. № 1. P. 130 – 137.
12. А.Ф.Алимов Введение в продуктивную гидробиологию, Ленинград. Гидрометеоиздат. 1989г.80с.
13. Н.Н.Паньков  Структурные и функциональные характеристики зообентосов р. Сылвы (бассейн Камы).Пермь 2004.162с.
14. Определитель насекомых Европейской части СССР. 1 том под ред. Г.Я.Бей-Биенко (1964).