Оценка биоразнообразия водных беспозвоночных реки Реут

МКОУ «Любимовская средняя общеобразовательная школа» Большесолдатского района Курской области

Детское объединение «Лотос»

Почерняева Анастасия Николаевна

Учащаяся 11 класса (17 лет)

МКОУ «Любимовская СОШ»

с. Любимовка, ул. Школьная, 6

Номинация: «Зоология и экология беспозвоночных животных»

Исследовательская работа:

Оценка биоразнообразия водных беспозвоночных реки Реут

Руководитель:

Учитель химии и биологии,

 руководитель детского объединения «Лотос»

Ильина Оксана Вениаминовна

с. Любимовка 2014

СОДЕРЖАНИЕ

Содержание                                                                                                                                   2

Введение                                                                                                                                         3

Глава 1. Изучение биоразнообразия беспозвоночных животных                                      5

            1.1     Измерение и оценка биологического разнообразия                                             5

Глава 2. Характеристика  исследуемой реки Реут                                                                7                                               

 2.1  Описание участков реки Реут                                                                               8

Глава 3. Материал и методика исследований                                                                      11

1. Методики определения разнообразия. Индексы                                                      12

биоразнообразия

2.  Методика определения сапробности                                                                 13

1. Биотический индекс Вудивисса                                                              14

                   3.2.2 Индекс Майера                                                                                                 17                                                                    

Глава 4. Результаты исследования                                                                                        19

Выводы                                                                                                                                        23

Заключение                                                                                                                                 24

Список литературы                                                                                                                   25

Приложения                                                                                                                                27

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. На сегодняшний день одной из ключевых проблем является изучение биоразнообразия, которое опирается на анализ информации, полученной при учете флоры и фауны, и синтезе новых знаний об изменениях в биоте.

Установление видового состава водных беспозвоночных, изучение их биологии и роли в водных экосистемах, выявление биологических и географических закономерностей формирования водных биоценозов позволяют решать проблемные  вопросы зоологии, гидробиологии, экологии и биогеографии. Кроме того, организация систематических гидробиологических наблюдений за состоянием и изменением видовой структуры биоценоза помогает обнаруживать последствия загрязнений, их влияния на видовой состав, количественное развитие и жизнедеятельность гидробионтов и показывает, в какой мере под воздействием загрязнений нарушена экосистема [8].

Необходимость биологических наблюдений становится очевидной. Влияние антропогенных факторов, и в частности, загрязнения отражается на видовом составе водных сообществ и соотношении численности слагающих их видов.

Водные беспозвоночные являются важным компонентом экосистем. Животные являются посредниками в процессах обмена веществом и энергии как внутри водных экосистем, так и между ними и наземными экосистемами. В числе  водных беспозвоночных присутствуют биофильтраторы, которые обеспечивают  очистку природной воды от различных примесей, в том числе и вредных. Также водные беспозвоночные являются главным кормом промысловых рыб [9].

Объект исследования: Беспозвоночные животные реки Реут Курской области.

Предмет исследования:

• биоразнообразие беспозвоночных животных;
• сапробность реки Реут курской области.

Цель работы: изучить биоразнообразие беспозвоночных животных реки Реут Курской области.

Для реализации цели были   поставлены следующие задачи:

1. Ознакомиться с  научной и научно-популярной литературой соответствующей теме работы;
2. Выявить видовой состав беспозвоночных животных водных биоценозов Курской области на примере реки Реут;
3. Провести оценку биологического разнообразия беспозвоночных на исследуемом участке реки;
4. Определить сапробность исследуемого водоема.

   Научная новизна. Изучен видовой состав реки Реут Курской области, произведена оценка биоразнообразия водоема. Определены биотические индексы по Майеру и Вудивиссу. Выявлены причины низкого биоразнообразия реки.

Полученные знания о видовом составе беспозвоночных реки Реут позволят разработать  мероприятия по улучшению качества воды, с целью   сохранения и восстановления  биологического разнообразия водных биоценозов.

Теоретическая и практическая значимость. Результаты исследований могут быть включены  в основу разработки мониторинга биоразнообразия беспозвоночных животных водных биоценозов Курской области. Знание видового состава беспозвоночных животных позволит разработать эффективные мероприятия по улучшению качества вод Большесолдатского района и Курской области в целом.

ГЛАВА 1. ИЗУЧЕНИЕ БИОРАЗНООБРАЗИЯ БЕСПОЗВОНОЧНЫХ

Биоразнообразие в последнее десятилетие становится одним из самых распространенных понятий в научной литературе, природоохранном движении и международных связях. Научные исследования доказали, что необходимым условием нормального функционирования экосистем и биосферы в целом является достаточный уровень природного разнообразия на нашей планете. В ряде стран именно характеристика биологического разнообразия выступает в качестве основы экологической политики государства, стремящегося сохранить свои биологические ресурсы, чтобы обеспечить устойчивое экономическое развитие [1].

Термин «биоразнообразие» является сокращением сочетания слов «биологическое разнообразие». Разнообразие – это понятие, которое имеет отношение к размаху изменчивости или различий между некоторыми множествами или группами объектов. Биологическое разнообразие, следовательно, имеет отношение к разнообразию живого мира. Термин «биоразнообразие» обычно используется для описания числа, разновидностей и изменчивости живых организмов. В широком смысле этот термин охватывает множество различных параметров и является синонимом понятия «жизнь на Земле»[8].

В научном мире понятие разнообразия может быть отнесено к таким фундаментальным понятиям, как гены, виды и экосистемы, которые соответствуют трем фундаментальным, иерархически зависимым уровням организации жизни на нашей планете.

1. Измерение и оценка биологического разнообразия

Воздействие человека на биосферу приобрело глобальный характер, а его масштабы и темп продолжают возрастать. В результате как прямого, так и косвенного антропогенного воздействия многие биологические виды исчезают или их популяции находятся на критическом пределе численности, ставящем под угрозу возможность воспроизводства вида. Воздействие человека на сообщества живых организмов стало настолько мощным, что они уже не в состоянии противостоять процессам антропогенной трансформации и утрачивают важнейшее свойство природных сообществ – способность к самовосстановлению. В связи с этим сокращается площадь тропических лесов, идет расширение пустынных формаций за счет сокращения площади сообществ саванн, лесов, степей, происходит так называемое антропогенное опустынивание.

Проблемы охраны природы, охраны животного и растительного мира не могут быть ограничены какими-либо региональными рамками, даже границами целого материка. Для решения наиболее сложных и широких, глобальных, проблем охраны природы необходимы кардинальные усилия ученых, деятелей охраны природы, администраторов и государственных руководителей как отдельных стран, так и международного сообщества в целом [11].

Одна из стратегических задач, осознанных мировым сообществом в связи с проблемой экологического кризиса биосферы, – сохранение биологического разнообразия на разных уровнях дифференциации биосферы. В настоящее время признано, что проблема охраны биологического разнообразия не сводится только к охране редких таксонов. Генеральная стратегия сохранения биоразнообразия должна быть ориентирована на сохранение систем (совокупностей) видов в их пространственном распределении – от типов экосистем глобального уровня (типов и биомов) вплоть до конкретных биогеоценозов и их сопряженных территориальных сочетаний на локальном уровне.

Стратегия сохранения биоразнообразия требует прежде всего количественной и сравнительной оценки его в природных экосистемах различного уровня. Для этого разработана целая система оценок и введены понятия альфа-, бета- и гамма-разнообразия [9,13]. Комплексная оценка всех критериев биоразнообразия позволяет понять степень устойчивости изучаемой экосистемы, уровень антропогенного воздействия на ее структуру, роль и место редких видов растений и животных в данной экосистеме.

ГЛАВА 2. ХАРАКТЕРИСТИКА ИССЛЕДУЕМОЙ РЕКИ РЕУТ

Исследуемый участок реки расположен частично в Курчатовском и Большесолдатском районах. Свое начало река берет в Медвенском районе близ поселка Монастырского. Река Реут является притоком реки Сейм, одной из крупных рек Курской области, и  относится к системе бассейна Днепра.В тоже время в саму реку Реут впадают 4 притока: Реутец, Любач, Немча, Радутин, Бобрик. Общая протяженность Реута87 км. Из них протяженность реки  на территории Курчатовского района 31 км и 13 км на территории Большесолдатского района.

Весь изученный район протяженностью около 21 км с севера на юг, из них 14 км реки исследовано на территории Курчатовского района и 7 км на территории Большесолдатского района. Для непосредственного отбора беспозвоночных животных было выбрано пять участков (Приложение 1 и 2). Для каждой станции (участка) заполнялся бланк описания участков водоема.

В бланк описания водоема входили:

1) номер пробы,

2) дата и время наблюдений,

3) название участка;

4) местонахождение отбора пробы;

5) погодные условия в день отбора пробы и в предшествующие дни (ретроспективная информация о погоде помогает объяснить возникновение возможных аномальных гидрологических фактов).

В бланке отражалось визуальное описание гидрологических параметров:

1) скорости течения (по шкале: отсутствует, очень медленное, медленное, спокойное, не очень быстрое, очень быстрое),

2) цвета воды,

3) прозрачности воды (по шкале: прозрачная, слабо мутная, мутноватая, мутная, сильно мутная).

2.1 Описание участков реки Реут

Участок №1. Окрестность деревни Первое Мальцево, Большесолдатский район. Исследование проводилось с мая по октябрь 2012-2013 гг. с 11:00 до13:00 часов.  Температура воды достигала +150С до +200С, а воздуха – от +230С до +290С в момент отбора пробы. Работа проводилась в ясную и малооблачную погоду. На этом участке было встречено 14 видов беспозвоночных. Русло реки на данной станции частично изменено. Отстойники сахарного производства сообщаются с рекой искусственным каналом. Сброшенные в отстойники продукты производства по каналу попадают непосредственно в водоем.

Дно водоема сильно заилено. Слой ила составляет около 40-50 см. Дно практически на всем протяжении участка густо покрыто водорослями и водными растениями. Высокое наличие органики в воде способствует  бурному росту бактерий, водорослей, водных растений.

Скорость течения на этой станции отмечена как средняя. Цвет воды зеленовато-желтый. Интенсивность: слабая. Прозрачность воды: 11,6 см (слабо мутная).

Обычными видами на этом участке являются моллюски – прудовик обыкновенный (Limneа stagnalis), прудовик яйцевидный (Limnea ovata), физа щупальцевидная (Phisa acuta), представители семейств комаров-долгоножек (Tipulidae), комаров-дергунов (Chironomidae), мошек (Simuliidae), личинки стрекоз семейства лютки (Lestidae), стрелки  (Coenagrionidae), также отмечен трубочник обыкновенный(Tubifex tubifex).

Участок №2. Окрестность деревни Красная горка, Большесолдатский район.

Исследование проводилось с мая по октябрь 2012-2013 гг. с 11:00 до13:00 часов.  Температура воды достигала +150С до +200С, а воздуха – от +230С до +290С в момент отбора пробы. Работа проводилась в ясную и малооблачную погоду.

Скорость течения на этой станции отмечена как средняя. Цвет воды зеленовато-желтый.  Интенсивность: слабая. Прозрачность воды: 11,8 см (слабо мутная).

Водная и околоводная растительность на этом участке обильна. Участок № 2 более разнообразен в видовом отношении. Здесь были встречены 18 видов беспозвоночных, из которых чаще всего в пробах попадались моллюски: прудовик болотный (Limnea palustris), физа щупальцевидная (Phisa acuta), катушка роговая (Planorbis corneus).

Фауна беспозвоночных здесь сравнительно более разнообразна, как по количеству видов, так и по биомассе. Среди  зелёных водорослей, покрывающих дно этого неглубокого водоёма, хорошо чувствуют себя различные виды жесткокрылых, личинок стрекоз, моллюсков. Доминирующими видами этого водоёма являются: жесткокрылые (плавунцы (Dytiscus marginalis), вертячки (Gyrinus natator), личинки стрекоз (стрелка голубая (Enallagma cyathigerum).

Участок №3. Окрестность деревни Колпаково Курчатовского района.

Исследование проводилось с мая по октябрь 2012-2013 гг. с 11:00 до13:00 часов.  Температура воды достигала +150С до +200С, а воздуха – от +230С до +290С в момент отбора пробы. Работа проводилась в ясную и малооблачную погоду.

Течение на этом фрагменте русла реки сравнительно немного быстрее, чем на участках №1и №2, дно в этом месте не сильно заилено примерно на 30-40 см. Цвет воды зеленовато-желтый.  Интенсивность: слабая. Прозрачность воды: 11,2 см (слабо мутная).

Присутствует высшая водная и околоводная растительность. Здесь встречаются такие виды моллюсков как прудовик обыкновенный (Lymnaea stagnalis), прудовик болотный (Limnea  palustris), катушка роговая (Planorbis corneus), физащупальцевидная (Phisa acuta), лужанка обыкновенная (Viviparus viviparus), перловица обыкновенная (Unio pictorum). Также на данном участке были обнаружены представители семейств как, настоящие стрекозы (Libellulidae), комары-долгоножки (Tipulidae), плавунцы (Dytiscidae), водолюбы (Hydrophilidae).

Участок №4. Окрестность поселка Долгий  Курчатовского района.

Также исследование проводилось с мая по октябрь 2012-2013 гг. с 11:00 до13:00 часов.  Температура воды достигала +80С до +250С, а воздуха – от +230С до +290С в момент отбора пробы. Работа проводилась в ясную и малооблачную погоду.

Скорость течения на этом участке отмечена как средняя. Цвет воды зеленовато-желтый.  Интенсивность: слабая. Прозрачность воды: 11,2 см (слабо мутная).

На данной станции дно водоема заилено в меньшей степени. Присутствует высшая водная и околоводная растительность. Участок №4 находится на значительном удалении от населенных пунктов. Выше по обе стороны берегов,  на расстоянии примерно 200-300 м располагаются пахотные земли ООО «Иволга-Курск» и ООО «Конек-Горбунок».

Здесь было зарегистрировано относительно большее количество видов беспозвоночных животных (21 вид). Для данного участка доминирующими животными являются: прудовик обыкновенный (Lymnaea stagnalis), катушка роговая (Planorbis corneus), катушка килевая(Planorbis carinatus), физа ключевая (Physa fontinalis), вертячка-поплавок (Gyrinus natator), бабка металлическая (Somatochlora metallika), стрелка голубая (Enallagma cyathigerum), стрекоза решетчатая   (Orthetrum cancellatum).

Участок №5. Окрестность села Любицкое Курчатовского района.

На этом участке было зарегистрировано наибольшее разнообразие видов. В сборах из русла реки, было отмечено 21 вид животных, представителей 5 различных отрядов. Кроме этого, в постоянных водоёмах, расположенных в пойме на левом берегу реки, было отмечено ещё 6 видов.

Исследование проводилось с мая по октябрь 2012-2013 гг. с 11:00 до13:00 часов.  Температура воды достигала +150С до +200С, а воздуха – от +230С до +290С в момент отбора пробы. Работа проводилась в ясную и малооблачную погоду.

Скорость течения на этом участке отмечена как средняя. Цвет воды зеленовато-желтый.  Интенсивность: слабая. Прозрачность воды: 10 см (слабо мутная).

Река на этом участке меандрирует. А многочисленные извилины русла реки образуют отмели, поросшие прибрежной растительностью. В заводях с более спокойным течением была обнаружена основная масса видов беспозвоночных. Чаще из них встречались личинки стрекоз: стрекоза желтоватая (Sympetrum flaveolum), красотка блестящая (Calopteryx splendens), моллюски: физа ключевая (Phisa fontalis), прудовик обыкновенный (Limnea stagnalis), битиния Лича(Bithynia leachi).

Обильное развитие растительности и малопроточность данного водоёма обеспечивают обитание в нём таких видов, как: личинок стрекоз  –   бабка металлическая (Somatochlora metallika), стрекоза решетчатая (Orthetrum cancellatum), красноглазка (Erythromma najas); некоторых видов моллюсков, из которых доминируют, катушка роговая (Planorbis corneus), катушка килевая (Planorbis carinatus), прудовик обыкновенный (Limnea stagnalis), личинки и взрослые формы водных жесткокрылых.

Характеристика исследуемых участков реки Реут отображена в таблице 1.

Таблица 1

Гидробиологические характеристики станций в районе исследований

ГЛАВА 3. МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

Основной материал по беспозвоночным реки Реут собран маршрутными и стационарными исследованиями в 2012-2014 гг. Изучено донное население  (длиной 21 км). Стационарные и экспериментальные наблюдения за сезонной и межгодовой динамикой гидробионтов, методические разработки по сбору донного населения и дрифта беспозвоночных осуществлены в среднем течении реки Реут. Места взятия проб показаны на карте-схеме (приложение 1).

Для выяснения антропогенного влияния на фауну беспозвоночных собраны пробы бентоса и дрифта беспозвоночных в верхнем течении р. Реут в районе деревни Красная горка, подвергающихся загрязнению промышленными, сельскохозяйственными и бытовыми стоками. Для оценки биологических последствий хозяйственной деятельности использован сравнительный анализ видового разнообразия  на более чистых участках (село Любицкое) и участках реки с различной степенью загрязнения в зоне влияния промышленных узлов, а также выше (деревня Колпаково, поселок Долгий) и ниже (деревня Первое Мальцево) их по течению.

1. Методики определения разнообразия.

Индексы биоразнообразия

В настоящее время предложено более 40 индексов, которые предназначены для оценки биоразнообразия. Индексы, применяемые в анализе разнообразия сообществ, должны удовлетворять следующим требованиям:

• разнообразие сообщества тем выше, чем больше в нем количество видов;
• разнообразие сообщества тем выше, чем выше его выравненность.

Большинство различий между индексами, измеряющими биоразнообразие, заключается в том, какое значение они придают выравненности и видовому богатству.

Важной мерой оценки разнообразия для ограниченного в пространстве и во времени сообщества, для которого точно известно число составляющих его видов и особей, является видовое богатство. Видовое богатство D - это число видов, осваивающих данную территорию, т.е. плотность видов. Как правило, видовое разнообразие возрастает с увеличением времени освоения и площади территории, а также в направлении к экватору; в условиях стрессового воздействия на систему оно сокращается. Численным индексом компонента служит какая-либо комбинация общего числа видов, выявленных на данной территории, S и суммарного числа особей, принадлежащих ко всем отмеченным видам, N = ni, где ni - число особей, относящихся к одному определенному виду i; суммирование ведется по всему числу видов, т.е. i = 1, 2, …, S.

 Однако в большинстве случаев исследователь имеет дело с выборкой, не располагая полным списком видов сообщества. В этом случае необходимо использовать «нумерическое видовое богатство», т. е. число видов на строго оговоренное число особей или на определенную биомассу, и видовую плотность.

Не всегда можно добиться равного размера всех выборок. Но следует всегда помнить, что при увеличении объема выборки число видов всегда растет.

Различные сочетания S (число выявленных видов) и N (общее число особей всех S видов) лежат в основе простых показателей видового разнообразия:

индекса видового богатства Маргалефа. Он выражается следующей формулой:

DMg = S – 1/LnN,

где: DMg - индекс Маргалефа, S - число видов, N – число особей всех видов.

Индекс видового богатства Менхиникарасчитывается по формуле:

DMn = S/√N,

где: DMn– индекс Менхиника, S–число видов, N – число особей всех видов.

Достоинство этих индексов – легкость расчетов. Большая величина индекса соответствует большему разнообразию.

2. Методика определения сапробности

Используя карту и схему реки, наметили  места отборов проб (станции). Выбор точек отбора проб в водоеме являлся начальным моментом всех гидробиологических исследований.Для оценки состояния экосистемы участка реки отбор проб  закладывался в одинаковых биотопах с учетом характера грунта (каменистая, песчаная литораль, риталь и т.д.).Пробы не отбирались в зоне выхода подземных вод, в застойных участках реки и на неблагоприятных участках, испытывающих влияние микроусловий, искажающих реальную санитарно-экологическую ситуацию в водоеме. Иначе, полученные результаты характеризовали бы не реку в целом, а данный конкретный ее участок.

В намеченных участках с помощью различных орудий лова отбирались пробы зообентоса. Ловлю сачком производили у поверхности воды и в глубине. Работа выполнялась в высоких (болотных) сапогах. Стоя в воде в сапогах, ворошили грунт ногой, продвигаясь в нем боком и располагая сачок ниже по течению, чтобы организмы вместе с взмученными частицами грунта или фрагментами субстрата попадали внутрь сачка с течением.

Сачок погружали в воду на нужную глубину так, чтобы отверстие было перпендикулярно ее поверхности, и вели в сторону, несколько отклонив обруч назад. Закончив проводку на заданной глубине, поворачивали сачок отверстием вверх (параллельно поверхности воды) и по возможности быстро вынимали. После чего содержимое сачка помещали в кювету с водой.

Для сбора животных с поверхности воды сачок держали в полупогруженном состоянии.

При ловле бентоса не  погружали сачок глубоко в грунт, так как большое количество донных отложений, попавших в мешок, не позволило бы хорошо рассмотреть пойманных животных. Пробы бентоса, отобранные с глубинной части реки не отбирались, так какони характеризуют не столько качество вод, сколько загрязненность донных отложений, придонных слоев воды, что также снижает информативную ценность бентосных показателей.

При отборе проб с отдельных экземпляров и разреженных зарослей крупных растений и нитчатых водорослей стряхивали их в сачок, расположив его ниже по течению, а затем просматривали сами растения для дополнительного сбора прикрепленных организмов. При отборе проб с густых зарослей водных растений, погружали сачок в их гущу и резкими, энергичными движениями «прокашивали» заросли.

Затем пробы промывались в промывальнике, выкладывалась в кювету.   Животных выбирали из кюветы с помощью пинцетов или пипетки и определяли таксономическую принадлежность.

3.2.1   Биотический индекс Вудивисса

В российской системе мониторинга окружающей среды (в системе Росгидромета) для оценки качества вод по показателям зообентоса наибольшее распространение получил метод расчета биотического индекса для проточных водоемов, разработанный Ф. Вудивиссом в 1964 г. Сапробность участков определяли в соответствии с ГОСТ 17.1.3.07-82 (Гидросфера. Правила контроля качества воды водоемов и водотоков), используя рекомендуемый  индекс. Для биологического анализа загрязненных вод по составу донных животных этот метод представляется наиболее простым и достаточно удобным. Он основан на уменьшении разнообразия фауны в условиях загрязнения и на характерной последовательности исчезновения из водоема разных групп животных по мере увеличения загрязнения. Этот метод предполагает сбор только качественных проб, без учета обилия животных, и допускает определение животных до отрядов и семейств. Индекс Вудивисса учитывает сразу такие параметры бентосного сообщества как, общее разнообразие беспозвоночных и наличие в водоеме организмов, принадлежащих к "индикаторным" группам. При повышении степени загрязненности водоема представители этих групп исчезают  примерно в том порядке, в каком они приведены в таблице 1.

Данный индекс используется только для исследования рек умеренного пояса и дает оценку их состояния по пятнадцати балльной шкале. Эту  методику нельзя использовать для оценки состояния озер и прудов.

Сначала было выяснено, какие индикаторные группы имеются в исследуемом водоеме. И поиск начинался с наиболее чувствительных к загрязнению индикаторных групп: веснянок, затем поденок, ручейников и так далее. В таком порядке индикаторные группы расположены в таблице 1. Вначале находились в исследуемом водоеме личинки  веснянок (Plecoptera) – самые чувствительные  к загрязнению организмы. В последующем работа велась  по первой или второй строке таблицы 1. По первой – если найдено несколько видов веснянок, а по второй  если найден только один.

Затем осуществлялся поиск в пробах личинок поденок (Ephemeroptera), так как эти животные – следующая по чувствительности индикаторная группа. Если они обнаруживались, работали с третьей или четвертой строкой таблицы (опять же по количеству найденных видов).  В случае отсутствия  поденок обращали внимание на наличие личинок ручейников (Trichoptera), и так далее.

 Далее оценивалось общее разнообразие бентосных организмов. Достаточно определить количество обнаруженных в пробах “групп” бентосных организмов.

1.        Основные индикаторные группы:

1.Личинки веснянок

2. Личинки поденок

3. Личинки ручейников Trichoptera

4.Бокоплавы род Gammarus

5.Равноногие раки

6.Малощетинковые черви p. Tubifex

7.Личинки комаров-звонцевChironomidae

2.        Прочие группы:

9-10. Молюсково-двустворчатые        

11-12. Моллюски легочные        

11-12. Пиявки Hirudinea        

14. Водяные клещи        

15. Личинки сергатокрылыеSialidal        

16. Личинки жуков. Жуки Corixidae

17. Личинки мошек Similiidae

18. Личинки стрекоз Odonate

19. Водяной клоп Hemiptera

Определив количество обнаруженных в пробе групп, находили соответствующий столбец таблицы. 

На перекрестке найденных нами столбца и строки в таблице 2 находим значение индекса Вудивисса, характеризующее исследуемый водоем.

Если водоем получает от 0 до 2 баллов – он сильно загрязнен, относится к полисапробной зоне, водное сообщество находится в сильно угнетенном состоянии. Оценка 3-5 баллов говорит о средней степени загрязненности (альфа-мезосапробный), а 6-7 баллов – о незначительном загрязнении водоема (бета-мезосапробный). Чистые (олигосапробные) реки обычно получают оценку 8-10 баллов, а особенно богатые водными обитателями участки могут быть оценены и более высокими значениями индекса.

Таблица 2

Определительная таблица расчета индекса Вудивисса

* кроме вида Baetisrhodani

Мини-определитель данных беспозвоночных для оценки качества воды методом Вудивисса.

3.2.2  Биотический индекс Майера

 Наиболее простая методика, она подходит для любых типов водоемов.  Нет необходимости  определять беспозвоночных животных с точностью до вида. Метод использует приуроченность различных групп водных беспозвоночных к водоемам с определенной степенью загрязненности. В ней организмы-индикаторы отнесены к одному из трех разделов (таблица 3).

Таблица 3

Организмы-индикаторы по Майеру 

Сначала  было отмечено, какие из приведенных в таблице групп обнаружены в пробах. Затем количество найденных групп из первого раздела умножали на 3, количество групп из второго раздела – на 2, а из третьего раздела – на 1.

Получившиеся цифры складывали:

(X × 3) + (Y × 2) + (Z × 1) = S

По значению суммы S (в баллах) оценивали степень загрязненности водоема. Сумма более 22 баллов означает, что  водоем чистый(олигосапробный)и имеет 1 класс качества. Количествобалловот17 до 21 соответствует 2 классу качества (олигосапробный); 11-16 баллов – умеренной загрязненности (бета-мезосапробная зона), 3 классу качества; менее 11 баллов – грязному водоему (альфа-мезосапробный), 4-7 классу качества (полисапробный). Соответствующие значения биотических индексов классам чистоты вод представлены в таблице 4.

Таблица 4

Соответствие разных индексов качества воды

Простота метода Майера и его универсальность  дают возможность оценить состояние исследуемого водоема за короткий период времени. Недостаток метода – недостаточная точность. В этой связи исследования качества воды проводились регулярно в течение 2012-2013 гг. с мая по ноябрь. Затем полученные результаты сравнивались, анализировались.  После чего был сделан вывод о том, в какую сторону изменяется состояние водоема и в силу каких причин.

ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ БЕСПОЗВОНОЧНЫХ РЕКИ РЕУТ

Результатом работы является фаунистический анализ беспозвоночных животных. На каждом из станций исследуемого участка реки Реут были отобраны пробы водных беспозвоночных (планктон, дрифт, зообентос) согласно рекомендованным методикам. Установлено систематически различных беспозвоночных животных, принадлежащих, по зоологической классификации Мамаева, 11 отрядам, 25 семействам, 30 видам (приложение 2 и 3).

Как видно из таблицы (приложение 2), видовой состав беспозвоночных на каждой станции достаточно неоднороден. Объясняется это явление отсутствием или, наоборот, присутствием на пробных станциях тех или иных видов животных.

Минимальное количество видов беспозвоночных было зарегистрировано на станции №1 (окрестность деревни Первое Мальцево) (всего 14 видов). Характерными видами на данной станции являлись следующие представители: прудовик ушковый (Limnea ovata), прудовик обыкновенный (Limnea stagnalis), прудовик болотный (Limnaea palustris) физа щупальцевидная (Phisa acuta),  лужанка живородящая (Viviparus viviparus), катушка роговая (Planorbis corneus), физа ключевая (Physa fontinalis), вислокрылка обыкновенная  (Sialis lutaria), гребец двуточечный (Agabus bipustulatus), трубочник обыкновенный  (Tubifex tubifex), лютка-невеста (Lestes sponsa), бабка металлическая (Somatochlora metallika), стрелка голубая  (Ischnura elegans), комар-дергун (Chironomus plumosus), гладыш (Notonecta glauca).

Максимальное число видов отмечено на станциях №4 (окрестность поселка Долгий) и №5 (окрестность села Любицкое) – 25 и 27 видов соответственно. Таким образом, наибольшее количество видов беспозвоночных животных отмечено на станциях под номерами 3, 4, 5, располагающихся на территории Курчатовского района Курской области.

Далее была осуществлена оценка биологического разнообразия беспозвоночных животных водных экосистем реки Реут. В данном случае оценивалось видовое биоразнообразие беспозвоночных с использованием индексов видового богатства Маргалефа и Менхиника. Индексы разнообразия изначально определялись для каждой из станций, расположенных на территории Большесолдатского и Курчатовского районов (таблица 5). А затем на основе рассчитанных индексов был определен индекс видового богатства Маргалефа и Менхиника для всего исследуемого участка. Он составил соответственно –3,68 и 1,41.

Таблица 5

Значения индексов видового богатства для исследуемых станций реки Реут

Из таблицы 5 видно, видовое разнообразие беспозвоночных животных относительно небольшое на участках №2 (окрестность деревни Красная горка) и № 3 (окрестность деревни Колпаково). Сравнительно низкое разнообразие на станции №1 (окрестность деревни Первое Мальцево), максимальное разнообразие отмечено на участке №5 (окрестность села Любицкое). В целом, для всего исследуемого участка реки видовое разнообразие достаточно невелико.

Возник вопрос, почему видовое разнообразие беспозвоночных животных значительно ниже на станциях реки Реут, располагающихся в Большесолдатском районе. Ведь изначально станции были выбраны с практически одинаковыми органолептическими характеристиками и ландшафтом.

Тогда мы предположили, что на разнообразие беспозвоночных может  оказывать влияние производственно-хозяйственная деятельность человека. Были проанализированы данные докладов департамента экологической безопасности и природопользования  Курской области за период 2010-2012 годов, касающиеся сбросов органических и неорганических  отходов производства.  По официальным данным  только за 2011 год ООО «Иволга-Центр» разместило 3 тонны  отходов на полигоне ОАО «ППО» «Старково», а ООО «СахарИнвест» на этом же полигоне разместило 7,5 тонн отходов производства.  В воды реки Реут было сброшено 0,3 тонны  органики, в период производства в 2012-2013 гг. Также в этот время было 2 утечки  патоки (что вызвало массовый замор рыбы в пределах 2,5  км).

Поэтому  было решено определить сапробность каждой станции и всего участка реки в целом. Оценка сапробности исследуемого участка реки осуществлялась с использованием биотических индексов Вудивисса и Майера. Значения индексов приведены в таблицах 6 и 7.

Данные таблицы 6 указывают на то, что станции реки № 1, №2, №3 и №4 относятся к бета-мезосапробным, то есть являются умеренно загрязненными и имеют 3 класс качества по шкале Майера. Станция №5 оценивается как олигосапробная и имеет 2 класс качества.  В целом исследуемый участок реки имеет  индекс 14,1 (3 класс качества), и определяется как бета- мезосапробный.

Таблица 6

Значения биотического индекса по Майеру для исследуемых участков реки Реут

Рассчитанный биотический индекс Вудивисса для реки Реут  – 5, подтвердил результаты исследования по методу Майера. Значение индекса указывает на то, что исследуемый участок в целом относится к водоемам средней степени загрязненности, или альфа- мезосапробный по шкале Вудивисса (таблица 7). Однако, среди пяти станций одна, под номером 5 (окрестность села Любицкое) относится к чистым водам, или олигосапробным.

Таблица 7

Значения биотического индекса по Вудивиссу для исследуемых станций реки Реут

Повышающаяся концентрация органических веществ стимулирует рост и развитие низших и высших растений. Вследствие чего снижается концентрация растворенного в воде кислорода.

Стоки с сельхозугодий, принадлежащих ООО «Иволга - Центр» лишь усугубляют экологическую ситуацию. Неслучайно, низкий показатель видового разнообразия приурочен к станциям под номерами 1 и 2, расположенными на территории Большесолдатского района. Здесь, вблизи деревень Первое Мальцево и  Красная горка расположен завод по переработке сахарной свеклы и производству сахара (принадлежит ООО «СахарИнвест»). Вместе со сточными водами  производства в водоем попадают неорганические (окись кальция, окись магния, сульфаты, нитраты, фосфорная кислота, угольная кислота и т. д.)  и органических веществ (патока), которые способствуют бурному росту и  развитию бактерий, одноклеточных и  многоклеточных водорослей, водных растений.

Сравнительно высокий показатель биологического разнообразия беспозвоночных животных приходится на станции №3, 4 и 5, находящихся на территории Курчатовского района. На данных станциях отмечается относительно высокий индекс качества воды, что говорит о более благополучной экологической обстановке на этих участках. Вверх по течению  концентрация загрязняющих веществ постепенно снижается (на станциях № 3,4 и 5), кроме этого снижению концентрации поллютантов способствуют гидрологические особенности данного участка реки. В верхнем течении в Реут впадают 3 притока.

Несомненно, в водных экосистемах работают механизмы химического, физического и биологического самоочищения. К биологическим факторам самоочищения водоема относятся водоросли, плесневые и дрожжевые грибки. Однако фитопланктон не всегда положительно воздействует на процессы самоочищения: в случаях повышающихся концентраций органических и неорганических веществ,  происходит массовое развитие сине-зеленых водорослей, что в свою очередь запускает обратный процесс самозагрязнения.

ВЫВОДЫ

В ходе исследования  участка русла и поймы реки Реут  было зарегистрировано 30 видов водных беспозвоночных, представителей 25 семейств и 11 отрядов. 

Наиболее распространенные   группы, представители которых встречены на каждом участке русла, являются моллюски из семейства Прудовики /Limnaeidae/: прудовик ушковый (Limnea ovata), прудовик обыкновенный (Limnea stagnalis), а также из семейства Физиды /Phydae/: физа щупальцевидная (Phisa acuta), физа ключевая (Physa fontinalis) представители семейств Planorbidae, Viviparidae, Corduliidae, Coenagrionidae, Lestidae, Libellulidae, Tipulidae, Dytiscidae, Notonectidae, Gerridae. Животные данных таксономических групп не требовательны к концентрации кислорода в воде и более устойчивы к химическому загрязнению среды обитания. На участке №5 были обнаружены представители семейств Ephemeridae, Perlidae, Unionidae. Эти организмы наиболее требовательны к качеству воды и резко реагируют на  снижение концентрации кислорода. А это означает, что на данном участке действие антропогенного воздействия минимальное.

Биоразнообразие беспозвоночных водных биоценозов исследуемого участка реки   Реут довольно низкое на участках №1 (окрестность деревни 2-е Мальцево) и №2 (окрестность  д. Красная горка), находящихся на территории  Большесолдатского района.    Бедность видового разнообразия данной группы животных, прежде всего, связано с сильными антропогенными изменениями природных сообществ реки (особенно пойменных). Это ведёт к отсутствию мест обитания для взрослых форм насекомых, имеющих водных личинок.  Изолированность от других природных территорий исключает приток извне новых видов. Также значительное тепловое загрязнение и загрязнение воды органическими веществами способствуют  уменьшению  количества растворённого в воде кислорода, что приводит к исчезновению видов беспозвоночных, чувствительных к изменению  концентрации кислорода в воде (личинки подёнок, ручейники и т.д.). Довольно низкий показатель биологического разнообразия беспозвоночных животных объясняется несколькими причинами. Относительно недалеко от русла реки располагается завод по переработке сахарной свеклы. Также на сапробность воды влияют сельскохозяйственные стоки (практически на всем протяжении по обе стороны реки располагаются поля).

На основе рассчитанных биотических индексов Майера и Вудивисса исследуемый водоем имеет 3 класс чистоты, то есть является умеренно-загрязненным. Среди всех исследованных участков реки Реут наибольшее внимание привлекает участки № 3,4 и 5,  здесь обитают беспозвоночные организмы практически всех экологических групп. И при рациональном использовании водных ресурсов возможно естественное восстановление качества воды с последующим расселением беспозвоночных требовательных к изменяющимся концентрациям химических веществ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Среди основных экологических проблем современности сохранение биоразнообразия занимает особое место. Сохранение разнообразия живых систем на Земле - необходимое условие выживания человека и устойчивого развития цивилизации. Для сохранения биологического разнообразия России в соответствии с ее обязательствами в рамках Конвенции о биологическом разнообразии разработаны Национальная стратегия и План действий по сохранению биоразнообразия России.

Нужно изучить большое число экосистем и выявить экологические связи между элементами систем, т.к. они являются системообразующим признаком. Определенный состав организмов характеризует состояние экосистемы. В водоемах с различным уровнем загрязнения обитают качественно отличающиеся друг от друга группы беспозвоночных гидробионтов.

В перспективе намечена работа по проведению экотоксикологической оценки реки Реут, используя современные методы биотестирования.

Выражаю благодарность своему руководителю – Ильиной Оксане Вениаминовне, а также членам экологического кружка «Лотос»: Голубевой Валерии, Радионовой Елене, Локтионовой Алине, Жижиной Ксении, Чуевой Олесе, Пыжовой Анастасии, которые   принимали активное участие в выполнении и оформлении данной работы.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Алексеев С. М., Сосунова И. А., Борискин Д. А. Экология, экономика, социум: состояние, тенденции, перспективы. М.: НИА - Природа: РЭФИА, 2002.  365 с.
2. Атлас Курской области. Федеральная служба геодезии и картографии России. – М., 2000.  28 с.
3. Баканов А.И. Использование зообентоса для мониторинга пресноводных водоемов (обзор) // Биология внутренних вод. 2001, № 1. 86 с.
4. Доклад об использовании природных ресурсов и состоянии окружающей среды Курской области в 2010 году. – Курск, 2011.  245 с.
5. Доклад об использовании природных ресурсов и состоянии окружающей среды Курской области в 2011 году. – Курск, 2012.  257 с.
6. Доклад об использовании природных ресурсов и состоянии окружающей среды Курской области в 2012 году. – Курск, 2013.  261 с.
7. Кабанова Р. В., Кудинова М. Р., Соколовский Л. Б. География Курской области. Часть 1. Природные условия и ресурсы. – Курск, 1997. – 45 с.
8. Кульский Л. А., Даль В. В. Проблема чистой воды. – Киев, 1974.  321 с.
9.  Кумани М. В. Исследование поверхностных вод Курской области биоиндикационными методами. // География на рубеже веков: проблемы регионального развития. Т. 2. – Курск, 1999. 134 с.
10. Ласуков Р.Ю. Обитатели водоемов. Карманный определитель. – М.: Лесная страна, 2011. Изд. 3-е, изм.  128 с., с илл.
11. Мамаев Б. М. Определитель насекомых по личинкам М.: "Просвещение", 1972.  412 с.
12. Методы гидробиологических исследований: проведение измерений и описание озер. М. Экосистема. 1996.  144 с.
13. Остроумов С.А. Биологический механизм самоочищения в природных водоемах и водотоках: теория и приложения // Успехи современной биологии. 2004. т.124. №5  442с.
14. Областная целевая программа «Обеспечение населения Курской области питьевой водой на 2000-2010 годы».  Курск, 1999.
15. Определитель пресноводных беспозвоночных России. Под ред. С. Я. Цалолихина. Т.1. С-Пб. Изд. ЗИН РАН. 1994.  278 с.
16. Определитель пресноводных беспозвоночных России. Под ред. С. Я. Цалолихина. Т.3. С-Пб. Изд. ЗИН РАН. 1997.  365 с.
17. Определитель пресноводных беспозвоночных России. Под ред. С. Я. Цалолихина. Т.4. С-Пб. Изд. ЗИН РАН. 1999. 267 с.
18. Павлов С. А. Оценка современных изменений гидрологического режима малых рек Курской области под влиянием хозяйственной деятельности. // Природные условия Курской и сопредельных областей и влияние на них деятельности человека: Сборник научных трудов. – Курск, 1991.  345 с.
19. Примак Р. Основы сохранения биоразнообразия / Пер. с англ. О.С. Якименко, О.А. Зиновьевой. М.: Издательство Научного и учебно-методического центра, 2002.  256 с.
20. Скорняков В. А., Масленникова В. В., Нокелайнен Т. С. Водохозяйственный аспект устойчивого развития субъектов Российской Федерации. // Вестник Московского университета. Серия 5. География. – 2003, №2.  117 с.

Приложение 3

Зарегистрированные виды беспозвоночных животных

Приложение 4

Зарегистрированные семейства беспозвоночных животных