Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное
Учреждение высшего образования
Российский государственный гидрометеорологический университет
(РГГМУ)
Отчёт
Оценка качества вод Полюстровского пруда по гидробиотическим показателям
Выполнила: гр.Э-Б15-3-8 Русаков Г.
Смирнова О.
Ткачёва Л.
Чернышев А.
Юганова Ж.
Проверила: МандрыкаО.Н.
Санкт-Петербург, 2017
Методы оценки качества вод.
Существует 2 основных вида методов оценки качества вод. Это биоиндикация и биотестирование. Биотестирование — помещение организмов в различные условия и наблюдение за ними. Биоиндикация — оценка качества природной среды по состоянию её биоты. Биоиндикация основана на наблюдении за составом и численностью видов-индикаторов.
Для целей нашей практики подходит метод биоиндикации, т.к. у нас нет времени и возможностей для проведения биотестирования.
Оценку качества воды в водоеме можно проводить химическим, бактериологическим и биологическим методами. Под биологическим методом понимается оценка качества воды по растительному и животному населению водоема. Каждый из этих методов имеет свои недостатки и свои преимущества. Наилучшие результаты дает применение всех трех методов вместе. Разные организмы характеризуют разные отрезки времени разной продолжительности и с разной чувствительности. Поэтому в зависимости от обстоятельств и целей работы следует использовать различные группы организмов.
Для обнаружения первых признаков хозяйственно-фекального загрязнения наиболее чувствительным является бактериологический метод. Он может улавливать изменения, происходящие, например, при разовом посещении купающимися водоема, когда ни биологический, ни химический методы не могут зарегистрировать признаки загрязнения. Но бактерии и грибы имеют очень короткий жизненный цикл и поэтому характеризуют короткий отрезок времени.
Простейших в качестве биоиндикатора следует использовать при сильном бактериальном загрязнении и при контроле за эффективностью биологической очистки по составу населения активного ила.
Водорослям принадлежит ведущая роль в индикации качества вод в результате эвтрофирования водоемов. Тро́фность — характеристика водоёма по его биологической продуктивности, обусловленной содержанием биогенных элементов.
По уровню трофности водоёмы делятся на:
- дистрофные
- олиготрофные
- мезотрофные
- эвтрофные
Беспозвоночных животных можно использовать для оценки степени загрязнения водоемов как бытовыми, так и промышленными сточными водами.
Живые организмы могут выступать в качестве индикаторов качества среды или биоиндикаторов.
Биоиндикаторы:
-вследствие эффекта кумуляции могут реагировать даже на сравнительно слабые антропогенные нагрузки,
-суммируют действия всех без исключения важных биологических факторов,
-отражают физические и химические параметры, характеризующие состояние экосистемы, - фиксируют скорость происходящих в среде изменений,
-вскрывают тенденции развития окружающей среды,
-указывают пути и места скопления загрязнений и возможные пути попадания их в пищу человека,
-позволяют судить о степени вредности любых веществ для живой природы, давая возможность контролировать их действие,
-устраняют чрезвычайно трудную задачу применения дорогостоящих и трудоемких физических и химических методик,
-постоянно присутствуют в окружающей среде и реагируют, в том числе, на кратковременные залповые сбросы загрязняющих веществ, на которые может не отреагировать автоматизированная система контроля, рассчитанная на дискретный во времени отбор проб,
-помогают нормировать допустимую нагрузку на экосистемы, различные по своей устойчивости к антропогенным воздействиям, так как одинаковый состав и объем загрязнений может привести к различным реакциям экосистем, расположенных в разных географических условиях.
Найти какой-либо организм или группу организмов, удовлетворяющих всем этим требованиям, не представляется возможным, поэтому для мониторинга используют самые разные группы – от микроорганизмов до рыб и млекопитающих.
Результаты применения методик исследователи стремятся выразить в виде некоторых количественных показателей – индексов. Их можно разделить на простые, характеризующие какой-либо компонент экосистемы с одной стороны, например численность или биомасса бентоса, число видов в нем; комбинированные, отражающие компоненты с разных сторон, например видовое разнообразие; комплексные, использующие сразу несколько компонентов экосистемы, например продукция, самоочищающая способность, устойчивость.
Индексы, основанные на индикаторных свойствах микроорганизмов:
На основании сведений о видовом составе гидробионтов, найденных в тех или иных водах, можно составить представление о том, насколько последние чисты или загрязнены. Поэтому организмы, характерные для зон различного загрязнения, носят название биоиндикаторов степени загрязнения. Индикаторная роль гидробионтов характеризуется не только фактом нахождения или отсутствия их в водоеме, но и степенью количественной представленности.
В 1908 и 1909 гг. Кольквитцом и Марссоном были опубликованы материалы по оценке степени загрязнения вод разлагающимися органическими веществами, или сапробности.
Сапробность – физиолого-биохимические свойства организма, обусловливающего его способность обитать в воде с тем или иным содержанием органических веществ.
Кольквитц и Марссон изучая различные водоемы, установили 4 зоны сапробности:
1. Полисапробная зона. Содержится значительное количество нестойких органических веществ и продуктов их анаэробного распада. Много белковых веществ. Кислород поступает в воду главным образом за счет атмосферной реаэрации и расходуется полностью на окисление. В воде присутствует сероводород и метан. На дне кислорода нет.
2. Альфа-мезосапробная зона. Начинается аэробный распад органических веществ, образуется аммиак, углекислота, кислорода мало, сероводорода и метана нет. Содержатся организмы, приспособленные к недостатку кислорода и высокому содержанию углекислоты. В илах много тубифицид и личинок хирономид.
3. Бета-мезосапробная зона. Нет стойких органических веществ, произошла полная минерализация. Содержание кислорода и углекислоты колеблется в зависимости от времени суток: днем избыток кислорода, дефицит углекислоты, ночью - наоборот. Много организмов с автотрофным питанием, наблюдается цветение воды.
4. Олигосапробная зона. Чистые воды, соединения азота в форме нитратов, вода насыщена кислородом; СО2 мало, сероводорода нет. Это практически чистые водоемы. Цветения не бывает. На дне мало детрита, автотрофных организмов и бентосных животных.
Помимо того, что Кольквитц и Марссон определили зоны сапробности, они дали списки видов, характерных для каждой из этих зон. В своих работах они продемонстрировали очередность исчезновения и повторного появления организмов – водорослей, простейших, макробеспозвоночных и рыб – в результате воздействия загрязняющих веществ. Системы Кольквитца и Марссона послужила основой многих последующих систем биологического анализа.
В 1955г. выходит работа Пантле и Букка, в которой они характеризуют степень загрязнения индексом сапробности (S). Индикаторную значимость (s) они приняли у олигосапробов за 1, бета-мезосапробов за 2, альфа-мезосапробов за 3 и полисапробов за 4.
Относительное количество особей вида (h) оценивается следующим образом: случайные находки – 1, частая встречаемость 3 и массовое развитие – 5.
В. Сладечек, расширивший систему Кольквитца–Марссона, предложил несколько изменить значение индекса для зон сапробности и принять его значения для наиболее загрязненных (эусапробных) вод от 4.51 до 8.5, а для чистых, ксеносапробных вод от 0 до 0.5
Индекс сапробности вычисляется по формуле:
где Si—индикаторная значимость вида i, hi, -его относительная численность, N — число видов-индикаторов. В полисапробных водоемах (зонах) он равен 4 — 3,5, в α и β — мезосапробных 3,5 — 2,5 и 2,5 — 1,5, в олигосапробных1,5 — 1, в котаробных — меньше 1.
По значению индекса сапробности определяется степень загрязнения водоема: 0,5-1,5 – олигосапробная зона (чистая вода), 1,51-2,5 – β – мезосапробная зона (умеренно загрязненная вода), 2,51-3,5 – α – мезосапробная зона (грязная вода), 3,51-4,50 – полисапробая зона (сильно загрязненная вода). Многие виды-индикаторы встречаются в водах 2, 3 или 4-х зон сапробности, что является причиной неточности при установлении средней сапробности биоценоза. Эти методы дают положительные результаты для грязных и загрязненных участков, где встречаются организмы с установленными индивидуальными значениями сапробности, и непригодны для тех, где много видов с не установленной сапробностью, особенно для самых чистых участков. На “чистых” станциях индексы сапробности оказываются выше действительных.
Водорослям принадлежит ведущая роль в индикации изменения качества воды в результате эвтрофирования водоема. Индикаторные свойства фитопланктона определяются не только фактом нахождения или отсутствия определенных видов, но и степенью их количественного развития. Поэтому изучение таких структурных показателей, как видовой состав, численность и биомасса, распределение водорослей в водоеме имеют большое практическое значение. Для установления трофности водоема вычисляется индекс трофности Милиус по формуле:
Ib = 44,87+23,22*log B
где В – общая биомасса водорослей в пробе.
Антропогенное воздействие различных видов, приводящее к эвтрофированию и загрязнению водоемов, изменяет основные характеристики всех компонентов водной экосистемы. Одним из важнейших компонентов, структурно и функционально связанным с другими, является сообщество зоопланктона.
Видовой состав зоопланктона является довольно постоянным и может не изменяться на протяжении многих десятилетий и даже столетий. В то же время, при определенного рода воздействиях некоторые виды исчезают, другие же - появляются. Признаком эвтрофирования можно считать резкое увеличение численности коловраток из семейств Brachionidae (B.angularis, B.calyciflorus, B.diversicornis, K. cochlearis) и Trichocercidae, ветвистоусых ракообразных Bosmina longirostris, Chydorus sphaericus, Daphnia cucullata и некоторых других видов, а при устойчивом видовом составе - смену доминант.
Соотношение эвтрофных и олиготрофных видов (Е/О) используется для характеристики трофности. Для гипертрофных озер этот коэффициент более 5,0, для эвтрофных - 1,5-5,0, для мезотрофных - 0,5-1,5, для олиготрофных - менее 0,5.
По мере эвтрофирования часто наблюдается изменение процентного соотношения основных групп зоопланктона. Наименьшее количество коловраток содержится в олиготрофных и дистрофных водоемах, что связано с недостатком водорослей наннопланктона и детрита, служащих им пищей. С увеличением уровня трофности в планктоне начинают преобладать виды с простыми жизненными циклами и высокой скоростью размножения (коловратки, мелкие кладоцера), большее развитие получают тонкие фильтраторы и ракообразные с широким спектром питания. Увеличение численности коловраток и ветвистоусых ракообразных при уменьшении веслоногих, в особенности Calanoida, можно считать признаками эвтрофирования. В водах с чрезвычайно высокими биомассами фитопланктона снижается также и доля Cladocera.
Одним из наиболее информативных показателей при загрязнении и эвтрофировании является индекс видового разнообразия Шеннона (Н, бит/экз). Загрязнение и эвтрофирование водоемов и водотоков приводит к упрощению структуры сообществ гидробионтов, что находит свое отражение в снижении их разнообразия. Уменьшение величины индекса Шеннона указывает на функциональную перестройку сообществ планктонных животных. Общий для всего сообщества индекс видового разнообразия зоопланктона уменьшается при эвтрофировании озер. Однако, в том случае, когда все таксоны в сообществе в одинаковой степени испытывают воздействие загрязняющих веществ, величина индекса может не изменяться даже при сокращении общей численности организмов. При эвтрофировании значения индекса Шеннона в пределах 2,6-4,0 характеризуют трофический тип водоема как олиготрофный; от 2,1 до 2,5 - как мезотрофный; от 1,0 до 2,0 - эвтрофный; меньше 1,0 - показатель экстремальных экологических условий.
При мониторинге пресноводных экосистем излюбленным объектом служат животные макрозообентоса. Они удовлетворяют многим требованиям к биоиндикаторам, среди которых: повсеместная встречаемость, достаточно высокая численность, относительно крупные размеры, удобство сбора и обработки, сочетание приуроченности к определенному биотопу с определенной подвижностью, достаточно продолжительный срок жизни, чтобы аккумулировать загрязняющие вещества за длительный период. Зообентос служит хорошим, а в ряде случаев единственным биоиндикатором загрязнения донных отложений и придонного слоя воды. C 1955 года начал работу над биотическим индексом Ф. Вудивисс. При выборе “ключевых” организмов или групп в качестве индикаторов изменения воды от очень загрязненной до чистой Ф.Вудивисс предпочел организмы, которые наиболее широко распространены в бассейне реки Трент (Англия). Он исследовал свыше 500 проб, взятых по всему водосбору реки и подтвердил возможность использования отмеченных им организмов как индикаторов качества воды. Действительно, загрязнение вод сокращает разнообразие организмов, хотя устойчивые к загрязнению воды могут продолжать существовать в обилии в этом же пункте. Вудивиссом был составлен список оперативных единиц, которые для удобства он назвал “группами”. Несомненное достоинство этого метода в том, что в нем объединяются принципы индикаторного значения отдельных таксонов и принцип изменения разнообразия фауны в условиях загрязнения.
Но есть также отрицательные моменты использования данного метода в наших водах. Так, метод Вудивисса приемлем для грязных и сильно загрязненных вод; для более чистых вод биотические индексы могут быть занижены в случае отсутствия личинок поденок, ручейников, веснянок и преобладания группы, которые в системе Вудивисса почти не отражены или же объединены в очень крупные таксоны.
С индексом Вудивисса мы работали в прошлом году на практике по биологии. Юганова Ж.
Методы сбора и обработки гидробиологического материала.
Для оценки водоёма необходимо получить качественные и количественные характеристики проживающих в нём организмов. Основным гидробиологическим материалом являются фитопланктон, зоопланктон и бентос. В зависимости от условий водоёма и цели сбора (качественная или количественная), применяются различные приспособления.
Методы сбора планктона.
Методы сбора планктона представляют собой водозачер-пывание с последующим отделением планктона от воды. Отделение планктона от воды может происходить либо сразу в воде, либо методом фильтрации доставленой на сушу воды.
Классическим приспособлением для качественного сбора планктона является сеть Апштейна (рисунок 1).
Рисунок 1. Сеть Апштейна.
Сеть Апштейна представляет из себя конус (усечённый) из шёлкового или капронового материала, который нашит на металлическое кольцо широким основанием, а в узком основании имеет стаканчик, в котором концентрируется собираемый планктон. Конус из шёлкового или капронового сита пришивается к обручу полоской плотной ткани (льняной, бязи или любой другой хлопчатобумажной). Для изготовления планктонной сети употребляется мельничное шёлковое или капроновое сито или газ, отличающиеся большой прочностью и равномерностью распределения нитей. Номер сита соответствует числу ячей в 1 см 2 ткани. Наиболее частый газ №77, наиболее редкий газ №7. Для улавливания микропланктона применяется газ №64-77, Для улавливания мезопланктона - №38-64.
Для количественного сбора планктона применяют специальные сети, которые способны предохранять планктон от вымывания при протягивании сети через толщу воды.
Основным орудием для количественного сбора планктона является сеть Джеди (Рисунок 2).
Рисунок 2. Сеть Джеди.
Сеть Джеди состоит из двух конусов. Нижний конус является фильтрующим, состоит из шёлкового или капронового материала, как и сеть Апштейна. Верхний конус представляет белый плотный материал, к которому пришиты металлические обручи. К сети пришивается стакан с краном для сливания пробы.
Также осуществить количественный сбор планктона можно при помощи батометров. Батометр представляет собой цилиндр с краном для сливания пробы.
Методы сбора бентосных организмов.
Существуют различные приспособления для сбора бентосных организмов. Применение того или иного оборудования зависит от условий от условий водоёма, таких как характер грунта и глубина.
Основным орудием сбора бентоса в глубоких водоёмах являются дночерпатели. Дночерпатели спускают на дно и осуществляют захват грунта. Выбор применяемого дночерпателя зависит от характера грунта. Например, на илистых грунтах используют дночерпатель Экмана-Берджа (рисунок 3).
Рисунок 3. Дночерпатель Экмана-Берджа.
На песчаных грунтах в реках отбор проб осуществляется дночерпателем Петерсона (рисунок 4), который имеет маленькую площадь захвата.
Рисунок 4. Дночерпатель Петерсона.
Для сбора проб на глубинах свыше 2-3 используют драгу (рисунок 5).
Рисунок 5. Драга.
Драга представляет собой металлическую раму, к которой прикреплён мешок из плотного материала. К металлической раме также прикреплён трос.
Отбор бентосных проб драгами стоит ограничивать, с целью сохранения донных биоценозов.
Сбор проб на небольших глубинах можно осуществлять с помощью скребка (рисунок 6), который состоит из квадратной рамки с пришитым мешком из прочной ткани, насаженной на шест.
Рисунок 6. Скребок.
Для определения процентного соотношения бентоса используется гидробиологическая рамка (рисунок 7), которая имеет определённый размер.
Рисунок 7. Гидробиологическая рамка.
С площади, ограничиваемой пределами рамки осуществля-ется сбор грунта.
Для разделения грунта и организмов производится промывка отобранных проб. Промывка осуществляется с помощью сит (рисунок 8).
Рисунок 8. Сита для промывки отобранных проб грунта.
Для просмотра проб используют камеры Богорова (рисунок 9).
Рисунок 9. Камеры Богорова.
Камера Богорова представляет собой прозрачную пластинку с выемкой в виде лабиринта. Полученная проба помещается в камеру и, последовательно, по «лабиринту» просматривается под бинокуляром. В камера Богорова проба не перемешивается и исследователю известно, какая часть образца уже просмотрена.
Ткачева Л.
Оценка прибрежной растительности Полюстровского пруда.
Рисунок 10. Берег Полюстровского пруда.
В ходе рекогносцировки прибрежной зоны Полюстровского пруда были выделены 3 станции исследования:
1станция - луга как такового нет, поверхность глинистая, растительный покров у берега около 50%,ближе к тропинке- 80%.
Рисунок 11. Глинистый берег пруда на 1 станции.
Из растительности преимущественно осока, местами клевер луговой, лютик, подорожник лекарственный, постепенное появление околоводной и водной растительности: тросниковые, рдестовые.
2 станция - растительность обильная, проективное покрытие около 65-70%, берег песчаный.
Рисунок12.Лютики на 2 станции. Рисунок 13. Клевер на станции 2.
видовой состав аналогичен первой станции, но с преобладанием лютиков и клевера, часто встречается полевица побегообразующая.
3станция - наблюдается обильная густая травяная растительность. Проективное покрытие около 90%. Видовой состав растительности аналогичен 1и 2 станции.
Рисунок 14. Берег станции 3.
По обильности растительности можно судить о том какие места наиболее посещаемы людьми, так же по наличию подорожника.
Смирнова О.
Водная и околоводная растительность Полюстровского пруда.
Полюстровский парк - это огромный парк в Красногвардейском районе Петербурга. До 1967 года на территории Полюстровского парка находилась свалка. Позже территория была расчищена для обустройства парка, названного в честь 50-летия Октябрьской Революции. Парк спланирован в регулярном стиле и занимает площадь в 40 гектаров. В Полюстровском парке есть месторождения минеральных вод, поэтому эта территория является водоохранной зоной. Кроме этого в парке находится несколько водоемов, которые и стали объектом изучения.
Первым был изучен наиболее крупный водоем парка (Рис. 15), который подвергся антропогенному изменению. В процессе изменения были убраны прибрежные и мелководные заросли осок и тростников.
Рисунок 15 – Водоем №1
Найденная водная и околоводная растительность была классифицирована по следующим экологическим группам:
· Гидрофиты:
o Гидрофиты погруженные:
§ Полностью погруженные в воду (Истинно водные):
· Полностью погруженные неукореняющиеся, плавающие в толще воды – водоросль рода Кладофора (Cladophora)
§ Погруженные в воду с воздушными генеративными органами:
· Погруженные укореняющиеся с различной мощностью корневой системы – рдест стеблеобъемлющий (Potamogeton perfoliatus) (Рис. 16),
· горец земноводный (Polygonum amphibium) (Рис. 17)
Рисунок. 16 - Рдест стеблеобъемлющий
Рисунок 17 - Горец земноводный (Полюстровский парк)
· Гелофиты (гидрогигрофиты) - Манник плавающий (Glyceria fluitans) (Рис. 18), Осока (Carex) (Рис. 19)
Рисунок 18 - Манник плавающий (Полюстровский парк)
Рисунок 19 – Осока на берегу Полюстровского пруда
Материалы прошлых лет, а именно 2013 и 2014 годов говорят о том, что берега водоема были сильно заросшими тростником и осокой (Рис 20).
Рисунок 20 – Берег водоема в 2014 году.
Сейчас же осока встречается лишь на отдельных участках водоема, а заросли тростника были полностью убраны (Рис. 21)
Рисунок 21 – Берег водоема в 2017 году
Кроме этого можно говорить о том, что некоторые виды растений, произраставшие в водоеме несколько лет назад, сейчас отсутствуют. Так, не удалось найти следующие виды:
· Камыш озерный (Scirpus lacustris);
· Тростник обыкновенный (Phragmites communis);
· Ряска малая (Lemna minor);
· Ежеголовник простой (Sparganium sp.).
Из этого можно селать вывод о том, что после рекультивации в водоеме сократилось разнообразие водной и околоводной растительности.
Следующим был исследован другой водоем, который занимает гораздо меньшую площадь по сравнению с первым. (Рис.22)
Рисунок 22 – Водоем №2
Данный водоем не подвергался антропогенному вмешательству. Об этом можно судить по более густым зарослям рогоза. (Рис. 23)
Рисунок 23 – Берег водоема №2
В данном водоеме удалось обнаружить растения следующих экологических групп:
· Гидрофиты:
o Гидрофиты погруженные:
§ Погруженные в воду с воздушными генеративными органами:
· Погруженные укореняющиеся с различной мощностью корневой системы – рдест плавающий (Potamogeton natans) (Рис. 24)
Рисунок 24 - Рдест плавающий
o Гидрофиты плавающие
§ Свободно плавающие неукореняющиеся - Многокоренник обыкновенный (Spirodela polyrrhiza) (Рис. 25)
Рисунок 25 - Многокоренник обыкновенный (Полюстровский парк)
· Гелофиты (гидрогигрофиты) - Рогоз широколистный (Typha latifolia) (Рис. 26), ежеголовник всплывающий (Sparganium emersum) (Рис. 27)
Рисунок 26 - Рогоз широколистный (Typha latifolia)
Рисунок 27 - Ежеголовник всплывающий
Последним был рассмотрен водоем, который также занимает небольшую площадь и расположен на углу парка (Рис. 27)
Рисунок 28 – Водоем №3
Данный водоем, как и водоем №2, не подвергался антропогенному вмешательству. Об этом можно судить по обилию прибрежной растительности, превышающему обилие водоема №2. (Рис. 29)
Рисунок 29 – Берег водоема №3
В водоеме были обнаружены представители следующих экологических групп:
· Гидрофиты:
o Гидрофиты погруженные
§ Полностью погруженные в воду (Истинно водные):
· Полностью погруженные неукореняющиеся, плавающие в толще воды - Роголистник погружённый (Ceratophyllum demersum) (Рис. 30)
Рисунок 30 - Роголистник погружённый
§ Погруженные в воду с воздушными генеративными органами:
· Погруженные укореняющиеся с различной мощностью корневой системы –горец земноводный (Polygonum amphibium) (Рис. 31)
Рисунок 31 - Горец земноводный (Водоем №3)
· Гелофиты (гидрогигрофиты) - Рогоз широколистный (Typha latifolia) (Рис. 32)
Рисунок 32 – Прибрежные заросли рогоза широколиственного
Делая вывод, можно сказать, что условия для роста растений в трех водоемах Полюстровского парка в целом одинаковы. Отличается лишь Полюстровский пруд за счет того, что прибрежные заросли осок и тростников были убраны. Однако можно видеть, как осока начинает медленно заполнять берега. Из этого следует, что водоем вновь начинает зарастать и приходить к тому виду, который можно наблюдать у водоемов №2 и №3.
Чернышев А.
Характеристика по планктону и бентосу.
В ходе проведенной работы по отбору материала в Полюстровском пруду №1 и последующей камеральной обработки были получены следующие результаты(таб.1 и Таб.2)
Таблица 1.Видовой состав бентоса и его численность.
| Бентос | ||
| Экологические группы | Представители | Численность на Станции 3
|
| Насекомые | Вид Chironomus Plumosus | |
| Малощетинковое черви | Вид Tubifex tubifex | |
| Суммарная |
Таблица 2. Видовой состав планктона и его численность.
| Планктон | ||
| Экологические группы | Представители | Численность на Станции 3
|
| Мезопланктон | Подкласс Copepoda | |
| Микропланктон | Отряд Cladocera | |
| Макропланктон | Род Asplanchna | |
| Микропланктон | Науплиусы | |
| Суммарная |
Таким образом можно сделать вывод о том, что пруд в Полюстровском парке все же подвергается загрязнению. Следует проводить дальнейшие исследования и очистные работы.
Русаков Г.