"Изучение состояния озера Молодежное на территории города Новый Уренгой по исследованию донных отложений"

XII Ямало-Ненецкий окружной тур

Всероссийских юношеских Чтений им. В.И. Вернадского

3.2.1. Естественнонаучное направление

3.3.1. Секция № 1 «Биология, экология, загрязнение сред обитания»

Изучение состояния озера Молодежное на территории города Новый Уренгой по исследованию донных отложений

                                                   Автор:

                                                   Теубежева Камилла Рустамовна,                                                                                                                                                  

                                                   МБОУ «Средняя школа №7», 11а класс

                                                   Руководитель работы:                                                                                                                                                        

                                                   Пассар Светлана Петровна,                                                                                                                                                                

                                                   учитель биологии, МБОУ «СШ №7»                                                                                                                                                

г. Новый Уренгой – 2023

Изучение состояния озера Молодежное на территории города Новый Уренгой по исследованию донных отложений

Автор: Теубежева Камилла, 11 класс, 18 лет, МБОУ «СШ №7», г. Новый Уренгой

Руководитель: Пассар Светлана Петровна, учитель биологии, МБОУ «СШ №7», г. Новый Уренгой

Работа посвящена исследованию экологического состояния озера Молодежное на территории города Новый Уренгой.

Выполнен анализ состояния поверхностных вод, а также оценка микробиологической активности донных отложений методами автографии на фотобумаге (уровень восстановленности донных отложений) и оценки активности протеолитических ферментов в илах по аппликациям на рентгеновской пленке.

Результаты мониторинга свидетельствуют об отсутствии значительных отклонений в экологическом состоянии поверхностных вод и донных отложений. Обнаружены высокая степень восстановленности среды и низкий уровень протеолитической активности донных отложений.

Наглядные и простые методы исследования позволяют использовать их в систематическом экомониторинге состояния закрытых водоемов в населенных пунктах обучающимися средней и старшей школы для своевременного выявления отклонений и привлечения к ним внимания общественности.

Донные отложения водоемов являются депонирующей средой, отображающей все события, протекающие как на территории водосбора, так и в самом водоеме, поэтому их можно использовать при оценке экологического состояния водоемов. Накопившиеся в донных отложениях загрязняющие вещества могут стать причиной вторичного загрязнения водной толщи. Результаты исследований донных отложений дают ценную информацию для оценки качества вод и установления источника вторичного загрязнения.

Водоемы на территории населенных пунктов, кроме естественных источников засорения (смывы почв, остатки растений, останки животных), подвергаются и антропогенным воздействиям. Так, дополнительным источником загрязнения могут стать городской транспорт, а также стоки.

Наше внимание привлекло исследование озера Молодежное на территории города Новый Уренгой.

Нас заинтересовал экологический мониторинг состояния озера, а именно, изучение донных отложений простыми и доступными методами.

Актуальность темы определяется необходимостью сохранения и поддержания удовлетворительного состояния данного водного объекта.

Цель: оценить экологическое состояние озера Молодежное при помощи исследования некоторых характеристик донных отложений.

Гипотеза: комплексное изучение донных отложений позволяет выполнять мониторинг состояния водоема в черте города и своевременно установить возникающие экологические проблемы. Донные отложения являются местом накопления всех попадающих в водоем веществ, а значит, их изучение может быть более информативно, чем оценка воды из этого водоема.

Задачи: произвести отбор проб воды и донного грунта озера Молодежное; исследовать основные физико-химические показатели воды., выполнить анализ донных отложений доступными методами: по окислительно-восстановительной активности донного ила методом автографии на фотобумаге и по активности протеолитических ферментов методом аппликации на рентгеновской пленке; проанализировать данные с целью ведения систематических наблюдений за состоянием озера Молодежное.

Объект исследования: донные отложения озера Молодежное (г. Новый Уренгой).

Предмет исследования: экологическая оценка состояния озера Молодежное по донным отложениям.

Методы исследования: теоретический, эмпирический, практический.

Исследование содержит теоретическую и практическую части.

Озеро Молодежное появилось на карте нашего города 17 февраля 2004 (Ворошилов, 2020).

По происхождению озеро является остаточным — углубление, оставленное ледником и заполненное его же водами. Это своеобразный водный природный комплекс, являющийся средой обитания определенных видов растений и животных. Это озеро стало объектом благоустройства, которое предполагает как внешнее оформление береговой территории (зоны отдыха, прогулочные зоны, детские площадки, арт-объекты, игровые элементы), так и обустройство объектов хозяйственно-вспомогательных зон (очистка озера, в том числе очистные сооружения дождевых стоков, восстановление притока для наполнения водоема, установка фонтанной группы).

С экологической точки зрения каждый крупный населенный пункт, представляет собой территорию с определенными природными условиями и конкретным типом хозяйственного освоения, который заслуживает особого рассмотрения. Поэтому при изучении состояния озера на территории города Новый Уренгой, по исследованию донных отложений, наблюдений, анализа и прогноза мы сможем контролировать состояние природной среды.

В настоящее время все большую актуальность приобретают исследования донных отложений пресных водоемов. Например, в работе (Косинова и др., 2015) выполнен анализ существующих методических подходов по оценке содержания тяжелых металлов в донных отложениях, а также изучена эффективность существующих методов при их использовании для определения чистоты различных водоемов.

При визуальном осмотре озера, меня однажды заинтересовал вопрос: как можно узнать его экологическое состояние, используя простые методы, не требующие специального оборудования и реактивов? На этот вопрос я решила найти ответ в ходе выполнения данной исследовательской работы.

Первоначальной практической задачей моей работы являлось определение качества поверхностных вод по основным физическим (цвет, запах, мутность) и химическим (рН) показателям.

Для этого был произведен отбор проб воды в соответствии с методикой, описанной в литературе (Ашихмина, 2012) (рис. 1).

Для определения запаха брали пробы воды из озера Молодежное (100мл, комнатная температура), наливали в емкость с широким горлом, накрывали крышкой и встряхивали вращательными движениями. Открыв крышку, быстро определяли запах и его интенсивность, используя таблицу 1 (Ашихмина, 2012) (рис. 2).

Полученные результаты: ощутимый запах отсутствует, 0 баллов по шкале интенсивности запаха.

Для определения цвета и мутности воду наливали в пробирки, цвет определяли на фоне бумаги темного цвета, а мутность на фоне белой бумаги.

Полученные результаты: в озере Молодежное цвет воды определен как «прозрачный».

Важным показателем воды является pH- водородный показатель, который отражает ее кислотность. Величина рН воды водоемов хозяйственного, питьевого, культурно-бытового назначения регламентируется в пределах 6,5-8,5. В большинстве природных вод водородный показатель соответствует этому значению и зависит от соотношения концентраций свободного диоксида углерода и гидрокарбонат-иона. Более низкие значения рН могут наблюдаться в кислых болотных водах за счет повышенного содержания гуминовых и фульвокислот. Летом при интенсивном фотосинтезе рН может повышаться до 9 (Ашихмина, 2012).

На величину рН влияет содержание карбонатов, гидроксидов, солей, подверженных гидролизу, гуминовых веществ и др. В результате происходящих в воде химических и биологических процессов и потерь углекислоты рН воды может быстро изменяться, поэтому его следует определять сразу же после отбора пробы, желательно на водоеме.

Оценивать величину рН можно разными способами. В данном исследовании водородный показатель воды определяли при помощи универсальной индикаторной бумаги, сравнивая ее окраску со шкалой (рис. 3).

Полученные результаты: во всех исследуемых образцах индикаторная бумага практически не окрасилась или окрасилась в светло-зеленый цвет (рН 6-7), что соответствует норме.

Для определения состояния озера Молодежное по донному грунту были отобраны его образцы. Донные отложения отбирали при помощи совка, с берега. Брали по три образца грунта на расстоянии приблизительно 30 см друг от друга. Усредненный образец донного грунта помещали в стеклянную емкость, которую заливали на 1см водой из обследуемого водоема (рис. 4) (Ашихмина, 2006).

В воде и в донных отложениях водоемов содержится органическое вещество. Наличие органики в донных отложениях может служить признаком активности биологических процессов в водоеме (Мамась, 2019).

Разложение органических остатков в донных отложениях происходит вследствие деятельности микроорганизмов, групповой состав которых зависит от уровня окисленности среды. В окисленных средах, содержащих достаточное количество кислорода, преобладают аэробные микроорганизмы. В средах, где кислорода мало и содержатся восстановители (сероводород, аммиак, закисные формы металлов, метан), развиваются преимущественно анаэробы.

Для оценки уровня восстановленности донных отложений мы использовали методику определения с помощью аппликационного метода–автографии на фотобумаге (Ашихмина, 2006). Метод основан на восстановлении бромистого серебра, находящегося в эмульсии засвеченной фотобумаги, восстановленными веществами изучаемого донного грунта. При этом в эмульсионном слое фотобумаги образуется множество частиц металлического серебра в виде пятен. Интенсивность окраски пятен тем больше, чем выше восстановленность среды в местах контакта фотоэмульсии с донным грунтом. Восстановленные условия в донных субстратах создаются в основном благодаря деятельности анаэробов, на фотобумаге как бы регистрируется уровень активности этих микроорганизмов в грунте. Аэробы цвета фотобумаги не изменяют, на полученных отпечатках, называемых автографиями, распределение окисленных и восстановленных зон носит очаговый характер.

Полоски фотобумаги размером 2×8 см помещали в емкости с грунтом на 72часа. Фотобумагу извлекали из пробы, промывали водопроводной водой, затем дистиллированной водой, закрепляли в фиксаже (растворе гипосульфита) и снова промывали. Высушивали автографии на фильтровальной бумаге к верху эмульсией (Ашихмина, 2006) (рис. 5а).

О характере окислительно-восстановительных процессов, протекающих в донных отложениях, судили по автографии (окраске, количеству очагов) (рис. 5б).

Полученные результаты: темное окрашивание с единичными белыми пятнами и точками, что означает высокую степень восстановленности среды.

Контроль над процессом очищения донного грунта от белкового загрязнения можно вести путем изучения активности протеолитических ферментов в илах по аппликациям на рентгеновской пленке. Под действием протеаз сложная молекула белка распадается на ряд аминокислот, которые впоследствии легко усваиваются микроорганизмами. Медленное гниение органических остатков на дне водоема может быть сопряжено с опасностью возникновения заболеваний (Ихер, 2013).

В качестве индикатора протеазной активности использовали рентгеновскую пленку, эмульсия которой разрушается микроорганизмами. Основу эмульсии составляет желатин, который является денатурированной формой природного белка – коллагена. Желатин служит пищевой средой для микроорганизмов, ферментивно разрушающих белок. Рентгеновскую пленку (проявленную), нарезали полосками 2×8 см и поместили в пробы на 72 часа. Затем пленку вынимали, прополаскивали в проточной воде и высушивали на фильтровальной бумаге (рис. 6а).

О протеазной активности в образцах судили по степени разрушения желатинового слоя пленки (рис. 6б). Выводы делали, основываясь на данных из таблицы 2 (Ихер, 2013).

Полученные результаты. На пленке обнаружены редкие пятна и точки разрушенной эмульсии на общем темном фоне, что означает низкий уровень протеолитической активности донных отложений.

Таблица2. Характер нарушения эмульсионного слоя и уровень протеолитической активности донных отложений

Выводы

1. Мы выявили, что при добавлении меловой краски в донные отложения озера Молодежное, с помощью доступных методов исследования, не нарушается экологическое состояние водоема.
2. Органолептические показатели (запах, мутность, цвет) и значение рН поверхностных вод озера Молодежное соответствуют норме.
3. Изучение окислительно-восстановительной активности донного ила методом автографии на фотобумаге показало высокую степень восстановленности среды. При оценке ферментативной активности донного ила методом аппликации на рентгеновской пленке обнаружен низкий уровень протеолитической активности донных отложений.
4. Озеро Молодежное, находящееся в черте города, пригодно в качестве объекта благоустройства и обустройства объектов хозяйственно-вспомогательных зон, однако необходим мониторинг за его состоянием.
5. В работе были использованы наглядные и простые методики экологического мониторинга водоемов, что позволяет их использование, привлекая к наблюдениям обучающихся средней и старшей школы. Расширив карту наблюдений и анализов, можно составить доступный школьникам алгоритм экологического мониторинга аналогичных закрытых водоемов в черте населенных пунктов и выполнять по нему скрининговые исследования, позволяющие своевременно обратить внимание экологов на изменения в состоянии водоемов и экологические проблемы. Возможно, это станет задачей одного из последующих наших исследований.

Список литературы

1. Ворошилов Е. В Новом Уренгое началось благоустройство озера Молодежное. URL:https://www.newurengoy.ru/novosti-goroda/20231-v-novom-urengoe-nachalos-blagoustroystvo-ozera-molodezhnoe.html (дата обращения 26.12.2022).
2. Косинова И. И., Соколов Т. В. Методологические особенности оценки экологического состояния донных отложений искусственно созданных водных объектов // Вестник ВГУ. Серия: Геология. 2015. №3. C.113-121. URL:http://www.vestnik.vsu.ru/pdf/heologia/2015/03/2015-03-16.pdf (дата обращения 26.12.2022).
3. Ашихмина Т.Я. Экологический мониторинг: учебно-методическое пособие. Киров: ООО «Типография «Старая Вятка», 2012. 95 с.
4. Экологический мониторинг: Учебно-методическое пособие. Изд. 3-е, испр. и доп. / под ред. Т.Я. Ашихминой. М.: Академический Проект, 2006. 416 с.
5. Мамась Н.Н. Исследование содержания органического вещества в донных отложениях на примере реки Понура// Успехи современного естествознания. 2019. № 11. С. 134-139
6. Ихер Т.П., Шиширина Н.Е., Тарарина Л.Ф. Комплексный анализ пресноводных экосистем: методическое пособие для педагогов, школьников и студентов/Под ред. Л.Ф. Тарариной. – М.: НП ХЭО, 2003. – 42 с.