Оценка экологического состояния городских водоемов по перифитону

[Земляне]

Оценка экологического состояния городских водоемов по перифитону

Автор Филатова Ольга Олеговна

Научный руководитель: Соколова Галина Алексеевна, учитель биологии
МОУ Лицея №2
1.Введение

Под здоровьем среды принимается ее состояние (качество) ,
необходимое для обеспечения здоровья человека и других видов живых
существ. Биологическая оценка среды представляется приоритетной, так
как может показать именно состояние, самочувствие различных видов
живых существ и самого человека.. Возникает необходимость в разработке
универсальной более удобной системы биологической оценки состояния
экосистем и отдельных видов, пригодной и удобной для широкого
использования с целью раннего определения любых изменений среды. На
основании этого считаем главной задачей – мониторинг городских
водоемов. Работа построена на выяснении экологического состояния
водоемов с помощью фитопланктона и зообентоса.
2.Цели и задачи исследования
Цель работы:
Оценить стабильность развития фитопланктона и зообентоса в городских
водоемах для определения их экологического состояния .
Задачи:
1.Оценка экологического состояния городских водоемов с помощью
перифитона
2.Видовой состав перифитона городских водоемов

3. Обзор литературы

Мониторинг перифитона.
Под перифитоном А.Л. Бенинг понимал население субстратов, вводимых в
воду человеком. Ранее Е Генштель предложил термин «обрастание» С.Н.
Дуплаков расширил понятие перифитон и отождествил его с обрастанием.
Перифитон характеризуется как сообщества, обитающие на твердом
субстрате за пределами придонного слоя воды. Сюда входят сообщества на
макрофитах –высшие водные растения, на камнях, корягах мелководья. В
настоящее время оба термина перифитон и обрастание используются в
сходном значении для обозначения растения и животноо , обитающего в
толще воды на живых и мертвых субстратах. Перифитон, благодаря
приуроченности к субстрату, играет первостепенную роль при оценке
качества воды, анализ перифитона может указывать на ранее имевшее
место ухудшения воды. В состав обрастания входят представители трех
осноных функциональных групп:
-автотрофные организмы – продуценты(водоросли)
Гетеротрофные организмы – консументы (простейшие, коловратки, черви)
- организмы – редуценты (бактерии и грибы)
Основу обрастания составляют в основном микроскопические формы, для
которых характерен высокий уровень метаболизма, короткий жизненный
цикл и способность быстро реагировать на изменения внешней среды.
Менее заметную роль играют мшанки, губки, грибы, моллюски, из группы
гидробионтов, которые колонизирую субстраты, как правило, при наличии
на них уже сформированной биопленки из микроорганизмов.
Наиболее показательным является значение перифитона, развивающегося на
субстратах в проточных и открытых местах водных объектов, где
невозможны какие – либо случайные застои грязной воды.
Организация наблюдений: в основном в летнее, осеннее время.

4.Методика исследования.
Лучший индикатор опасных загрязнений - прибрежное обрастание,
располагающиеся на поверхностных предметах у кромки воды. В чистых
водоемах эти обрастания ярко-зеленого цвета или имеют буроватый
оттенок. Для загрязненных водоемов характерны белые хлопьевидные
образования. При избытке в воде органических веществ и повышения общей
минерализации обрастания приобретают сине-зеленый цвет, так как
состоят в основном из сине-зеленых водорослей. При плохой очистке
фекально-бытовых сточных вод обрастания бывают белыми или сероватыми.
Как правило, они состоят из прикрепленных инфузорий (сувойки,
кархезиум и др.) Стоки с избытками сернистых соединений могут
сопровождаться хлопьевидными налетами нитчатых серобактерий-
теотриксов.

Методика отбора проб с перифитона с естественных субстратов
При исследовании перифитона важна информация о внешних, ярко
выраженных морфологических признаках:
1. Разнообразие и характер обростов: цвет, мощность, распределение,
признаки угнетения.
Эти характеристики свидетельствуют о благоприятном для развития
перифитонных сообществ состоянии абиотической среды или указывают на
ее неблагоприятные свойства.
2.Обязательно дать характеристику воды.
3.Цвет, мутность, характер взвеси, запах.
4.Признаки загрязнения поверхности воды, в толще массы воды в точке
отбора проб. Все занести в полевой журнал.
5.Сведения о погоде., природных явлениях, которые могли повлиять на
гидрологическую обстановку, вызвать изменения гидрохимических и
гидробиологических показателей, затруднить отбор проб обрастаний или
их визуальное описание ( ветер, изменение уровня воды, ливни,
заморозки)
Стандартные термины для обследуемого водосбора
1. Тип обрастаний: налет, пленка, слой, корка, нарост, бахрома, пряди,
космы нитчатых водорослей
2. Характер обрастаний : слизистый, рыхлый, плотный, ватообразный,
изветковый, губкообразный, нежные, грубые, слабые, толстые, тонкие
3. Цвет обростов
4. Геометрия распределения: гетерогенное мозаичное, равномерное,
однообразное, в прибрежье, на глубине, в проточных, застойных зонах.
5.Проективное покрытие каждого обрастания в процентах от общей площади
субстратов. Для этого на определенной, хорошо просматриваемой
акватории водного объекта(10 м²) осматриваются и отмечаются типы
обрастаний на характерных субстратах и по глазомерной шкале
оценивается их распространенность в баллах в зависимости от занимаемой
площади.

Распространенность в баллах 1 3 3 5 7 9
Занимаемая площадь в% <1 1-3 3-10 10-20 20-40 40-100
Эти сведения занести в полевой журнал для оценки динамики изменений
биоценозов перифитона.
6. Субстраты для сбора перифитона: камни, бетонные плиты( не
использовать древесину)
7. Отбор обростов с поверхности твердых предметов производят с помощью
ножа, скальпеля, скребка, пинцета, столовой ложки с заточенным концом,
зубной щеткой
8. Пробы помещают в широкогорлую банку с водой .Приблизительное
количество каждого типа оброста в общей пробе должно быть
пропорционально его распространенности в месте отбора, определенной по
глазомерной шкале.

Описания биотопов.
Биотоп № 1 представлял собой искусственный канал Красная Набережная.
Координаты сбора точек 46.3303с. ш.;48.1022 в. д. Доминирующими
водными растениями были тростники и рдесты. В канале были отмечены
озерные лягушки и плавающие утки, залетающие с реки Волга чайки. Вода
мутная , цвета хаки, прозрачность 50см,течение практически нет.
Биотоп № 2 располагался на прибрежной части реки Волга. Удаление от
берега 2 метра. В данном месте была относительно большая глубина. В
самом водоеме росли рдесты, по берегам аир болотный, камыш. Несколько
поодаль –сусак и кусты Ивы белой. В окрестностях биотопа № 2 были
замечены чайки и утка. На поверхности водоема и на прибрежной
растительности были заметны тонкие слизистые пленки зеленого цвета (т.
е. имело место цветение воды).Вода прозрачная до5метров, цвет голубой,
запах реки, течение 6м\мин
Биотоп № 3 представлял собой мелководную северо-восточную часть реки
Волга в районе села Растопуловка. Глубина обычно не превышала 20 см.
Водная поверхность местами была затянута ряской. Кроме ряски очень
густо роли хвощ полевой, камыш и рдесты, валлиснерия, сальвиния.
Течение слабое, вода прозрачная до2метров, запах речной .

Суммирование состояния организмов разных видов позволит
получить характеристику состояния экосистемы в целом с биологической
точки зрения. Главным при морфогенетическом подходе является
характеристика стабильности развития живых существ.
При стрессовых ситуациях эти отклонения неспецифично возрастают.
Оценка последствий антропогенного воздействия предполагает сравнение
модельных площадок выделенных на территориях с разной степенью
антропогенного воздействия, путем сравнения выборок с одной и той же
площадки, собранных в разное время для выявления возможного ухудшения
или улучшения состояния организма
Для исследования выбраны водоемы города, это искусственный канал
Красная Набережная и прибрежная часть реки Волга.
На данном этапе исследован фитопланктонный состав этих биотопов.

Обработка материала
В лаборатории АГУ материал, отобранный с естественных
субстратов, либо стекла , поместили в чашку Петри так, чтобы материал
был покрыт водой и просматривали под бинокуляром, а при помощи
цифровой насадки сделали снимки.. Методом прямого счета организмов на
стекле под микроскопом получили данные о структуре сообществ.
Крупные организмы просчитывали во всей пробе. Затем оброст
тщательно смывали кисточкой в воду определенного объема. Подвижные
мелкие организмы ( простейшие, коловратки) считали в камере Богорова.
Для количественного учета водорослей взвесь смытого в воду
определенного объема оброста тщательно перемешали и взяли несколько
миллилитров для последующего подсчета. Подсчет производили в счетной
камере Горяева. Камеру закрыли покровным стеклом и произвели
определение и подсчет всех встреченных водорослей. Из каждой пробы
просчитывается 3 камеры Горяева с последующим определением среднего
арифметического. Просчет в камере ведем последовательно, используя
содержимое полос. За счетную единицу принимается клетка. Подсчитываем
количество клеток каждого вида водорослей и отмечаем в карточке с
помощью точек. Фитопланктон просчитываем при объективе с 40-кратным
увеличением и окуляре 10-16 –кратным увеличением.
Пересчет общей численности производим по формуле:
N =n*V1\V2*W
Где N – число клеток в 1 см³ воды,
n – число клеток в камере Горяева объемом 1 мм³,
V1- объем концентрата пробы,
V2 – объем камеры,
W - объем профильтрованной воды.
Численность водорослей N подсчитывают по формуле:
N = V1*n\V2*S
V1 – объем воды со взвесью оброста,
V2 – объем просмотренной части пробы, в которой обнаружено n клеток
водорослей,
S – площадь субстрата пробы.
5.Результаты исследования
Биологические методы оценки — это характеристика состояния
водной экосистемы по растительному и животному населению водоема.
Любая водная экосистема, находясь в равновесии с факторами внешней
среды, имеет сложную систему подвижных биологических связей, которые
нарушаются под воздействием антропогенных факторов. Прежде всего,
влияние антропогенных факторов, и в частности, загрязнения, отражается
на видовом составе водных сообществ и соотношении численности
слагающих их видов. Биологический метод оценки состояния водоема
позволяет решить задачи, разрешение которых с помощью гидрофизических
и гидрохимических методов невозможно. Рекогносцировочная оценка
степени загрязнения водоема по составу гидробионтов позволяет быстро
установить его санитарное состояние, определить степень и характер
загрязнения и пути его распространения в водоеме, а также дать
количественную характеристику протекания процессов естественного
самоочищения. Для биоиндикационных исследований часто используется
планктонные и бентосные организмы. Планктон — совокупность
гидробионтов, не способных активно передвигаться или медленно
передвигающихся, но не противостоящих токам воды. Фитопланктон
(растительные планктонные формы) — важнейший компонент водных систем,
активно участвует в формировании качества воды и является чутким
показателем состояния водных экосистем и водоема в целом. При сбросе в
водоем токсических веществ, содержащихся в промышленных сточных водах,
происходит угнетение и обеднение фитопланктона. При обогащении
водоемов биогенными веществами, содержащимися, например, в бытовых
стоках, значительно повышается продуктивность фитопланктона. При
перегрузке водоемов биогенами возникает бурное развитие планктонных
водорослей, окрашивающих воду в зеленый, сине-зеленый, золотистый,
бурый или красный цвета («цветение» воды). «Цветение» воды наступает
при наличии благоприятных внешних условий для развития одного, редко
двух-трех видов, что мы и наблюдаем в канале Красной Набережной(2
вида ). При разложении избыточной биомассы, выделяется сероводород
или другие токсичные вещества. Это может приводить к гибели зооценозов
водоема и делает воду непригодной для питья. Многие планктонные
водоросли в процессе жизнедеятельности нередко выделяют токсичные
вещества. Увеличение в водоемах содержания биогенных веществ в
результате хозяйственной деятельности человека, сопровождаемые
чрезмерным развитием фитопланктона, называют антропогенным
эвтрофированием водоемов.
Поэтому целью данной работы стала предварительная биоиндикационная
оценка экологического состояния городских водоемов и водотоков.
Основные площадки для многолетнего мониторинга за состоянием
водоемов города заложили в разных районах Астрахани, как наиболее
подверженных промышленным загрязнениям, так и в разной степени
удаленных от их прямого воздейст¬вия.
Для определения показателя экологического состояния водоемов материал
был собран в районе реки Волга , протекающей через город, где
растительность менее затронута негативными процессами характерными
для города, где интенсивное движение автотранспорта, и промышленные
предприятия.. По розе ветров все выхлопные газы города смещаются в
западном направлении. Площадки, взятые для исследования в районе реки
Волга также являются контрольными для оценки состояния городской
среды, хотя и протекает река Волга посередине города.
Всего было встречено 20 видов микроводорослей из 16 родов (см. табл.
1, рис. 1). Обнаруженные водоросли относятся к 6 отделам: диатомовые,
зеленые, сине-зеленые, золотистые, эвгленовые и криптомонадовые. По
числу видов преобладали диатомовые водоросли (, но обильнее были
зеленые водоросли (см. рис. 2).
Рис. 1. Разнообразие обнаруженных микроводорослей. (приложение)
Среди экологических групп водорослей преобладал планктон, как по
встречаемости, так и по обилию (табл. 1). Часто встречающиеся виды
практически совпадали с фоновыми (наиболее обильными). Единственным
исключением стал Scenedesmus bijugatus, обнаруженный в двух биотопах,
но не обильно (в обоих случаях единичные находки). Остальные виды –
Cryptomonas erosa, Gyrosigma scalproides, Oscillatoria agardhii и
Euglena geniculata – встречавшиеся в обоих водоемах были фоновыми
(обильными). Один из фоновых видов – Nodularia spumigena была найдена
лишь в биотопе № 2 (река Волга), но при этом вызывала в нем цветение
воды и прибрежной полосы растительности. Фоновые (как и часто
встречающиеся) виды относились к совершенно разным систематическим и
экологическим группам (общие особенности, которыми можно было бы
объяснить их обилие, найти не удалось). Однако при этом их объединяли
трофические приуроченности. Почти все фоновые виды были с эвтрофами
или сапробионтами, т. е. водорослями, которые могут расти в
загрязненных водоемах и использовать для своего роста органические
соединения антропогенного происхождения. Кроме видов-индикаторов
антропогенного эвтрофирования водоемов также были отмечены многие
эврибионтные виды. Правда стоит отметить, что общая численность
микроводорослей, в том числе и биоиндикаторов была довольно низкой:
среднее обилие редко превышало 10% (табл. 1).
Редко встречающимися видами были Amphora perpusilla, Cosmarium
cucumis, Fragilaria crotonensis, Gonium sociale, Nephrocitium obesum и
Tribonema aequale (табл. 1). Эти виды относились к диатомовым, зеленым
и золотистым водорослям (как к планктону, так и бентосу). Некоторые из
названных видов являются индикаторами относительной чистоты водоемов.
Например, Tribonema aequale, как и многие другие золотистые водоросли
чаще всего встречаются в чистых водоемах. Обычно она развиваются в
холодное время года, поэтому ее низкое обилие может говорить как о
загрязнение, так и о неблагоприятном температурном режиме. По
литературным данным известно, что в жаркие и сухие года численность
микроводорослей может быть низкой. Возможно из-за погодных условий
текущего года (в том числе очень теплой весны) мы наблюдали низкое
обилие микроводорослей.
Табл. 1. Особенности экологии встреченных видов
микроводорослей(Приложение)
В реке Волга (биотоп № 2) встречалось почти в 2 раза больше видов
водорослей, чем в городском канале (биотоп № 1), причем они были более
обильны. Соотношение систематических групп в обоих водоемах было
одинаковым (табл. 1). Однако при этом в Волге было отмечено несколько
большее разнообразие бентосных форм (особенно диатомовых водорослей).
Если в городском канале было всего 25% бентосных форм, то в Волге
почти 50%. Скорее всего это было так из-за более мощной водной
растительности в Волге – она необходима для прикрепления бентосных
эпифитов. Видовой состав обследованных биотопов очень сильно
отличался: в городском канале и реке Волга было всего лишь 3 общих
вида. Сходство биотопов по формуле Чекановского-Сьеренсена составляло
26% (между биотопами №№ 1 и 2) и 12,5% (между биотопами №№ 2 и 3).
Данные цифры показывают, что микрозональные условия для водорослей
играют большую роль, чем биотопические: городской канал и река Волга
были больше сходны между собой, чем различные участки реки Волга. Дело
в том, что глубина канала в биотопе была очень маленькой, а, кроме
того, поверхность водоема была затянуто ряской, что для водорослей
было очень неблагоприятно – отмечен всего один вид (Scenedesmus
bijugatus), да и то единично. Река Волга значительно менее
эвтрофизирована – об этом говорит характер водной и околоводной
растительности, отсутствие цветения воды – именно поэтому в биотопе №
1 видовой состав и обилие микроводорослей было ниже, чем в реке Волга.
Именно по этой причине в обоих водоемах было так мало общих видов.
Санитарное состояние реки Волга на момент проведения
исследования можно признать удовлетворительным: по числу видов в нем
преобладают олиготрофные, мезотрофные и эврибионтные виды, доля
эвтрофов – невелика. Опасение вызывает тот факт, что эвтрофные виды –
обильнее. Кроме того, среди доминирующих видов много диатомовых.
Массовое развитие некоторых диатомовых водорослей может иметь
отрицательные последствия (они влияют на качество воды, вызывают
гибель личинок рыб, забивая им жабры). То же можно сказать и о
представителе криптофитовых водорослей – Cryptomonas erosa. Как
фотосинтезирующие, так и бесцветные криптомонадовые наиболее часто
встречаются в загнивающей воде. Если лето будет сухим, и река сильно
обмелеет, то этот вид может вызвать цветение воды. Также цветение воды
может быть вызвано бурным развитием сине-зеленых водорослей
(Oscillatoria agardhii, O. chlorina). Представители данного рода –
хороший индикатор опасного загрязнения воды органическими
соединениями. При избытке в воде органических веществ и повышения
общей минерализации обрастания приобретают сине-зеленый цвет, так как
состоят в основном из сине-зеленых водорослей. При этом в тех же
условиях растет Tribonema aequale – индикатор чистоты воды. Мозаичный
характер встречаемости биоиндикаторов говорит о том, что в водоеме
происходят разнонаправленные процессы: с одной стороны загрязнение
(может быть в результате весеннего стока), с другой – самоочищение (об
этом говорит присутствие золотистых водорослей). Санитарная ситуация в
городском канале хуже. Nodularia spumigena взывает цветение самого
водоема, а также литоральной зоны почв и прибрежной растительности.
Можно выделить несколько возможных причин: отсутствие течения ,
более высокая антропогенная нагрузка, отличия гидрологического режима.

6.Выводы

Мониторинговые исследования в большей степени укажут на зоны
загрязнения и необходимости очистки для восстановления водоемов.
Свои рекомендации мы отправили в администрацию города и в отдел по
охране окружающей среды. Результаты своего исследования поместили в
школьную газету , предложили учителю биологии использовать наши
данные, как пример мониторинга окружающей среды. Выпустили листовку о
сохранении водоемов в городе, как защиты от загрязнения среды города.
Участвовали с данным материалом в городском экологическом слете ,
экологических мероприятиях по очистке водоемов , в научно-
исследовательских конференциях.

1. В водоемах города встречается не менее 20 видов микроводорослей.
2. Обилие микроводорослей в реке Волга довольно высокое, как по
видовому разнообразию , так и по количеству.
3. В водоемах часто встречавшиеся и фоновые виды являются эвтрофами
или сапробионтами.
4. Среди микроводорослей в области исследования преобладают
планктонные формы.
5. Микрозональные условия для водорослей играют большую роль, чем
биотопические.
6. Санитарное состояние реки Волга
удовлетворительное,
менее эвтрофизирован по сравнению с каналом Красной Набережной, в
настоящий момент в водоеме происходят разнонаправленные процессы
(загрязнения и самоочищения).

7.Литература.
1. Великанов Л. Л., Гарибова Л. В., Горбунова Н. П., Горленко М. В. и
др., 1981. Низшие растения (учебник) — М: Высшая школа, 477 с.
2. Губанов И. А., Киселева К. В., Новиков В. С., Тихомиров В. Н.,
1995. Определитель сосудистых растений центра Европейской России. —
М.: Аргус, 560 с.
3. Гусев М. В., Минеева Л. А., 1992. Микробиология. — М: МГУ, 448 с.
4. Дунаев Е. А., 1999. Деревянистые растения Подмосковья в осенне-
зимний период. Методы экологических исследований. — М.: МосгорСЮН, с.
4 – 98.
5. Дьяков, Ю. Т. (2000) Введение в альгологию и микологию. Учебник.
Издательство Московского университета.
6. Курсанов Л. И. (ред.), 1953а. Определитель низших растений. Том 1.
Водоросли. М: Советская наука. 396 с.
7. Курсанов Л. И. (ред.), 1953б. Определитель низших растений. Том 2.
Водоросли. М: Советская наука. 312 с.

8. Приложение.
9. Таблицы к работе Филатовой Ольги
10. Рис. 1. Разнообразие обнаруженных микроводорослей

11. Табл. 1. Особенности экологии встреченных видов микроводорослей.
№ Название вида биотоп Среднее обилие
встречаемость Экологическая группа
Индикатор Систематическая группа
1
Крас.наб 2
Волга 3
Раст
1 Achnanthes minutissima Kutz. 0,0 8,6 6,0 2,9 33 бентос
эврибионт диатомовая
2 Amphora perpusilla Grun. 0,0 1,7 0,9 0,6 33 бентос диатомовая
3 Cosmarium cucumis (Corda) Ralfs. 0,0 1,7 0,8 0,6 33 планктон
зеленая
4 Cryptomonas erosa Ehrenb. 1,3 6,9 4,0 5,7 66 планктон эвтроф
криптофитовая
5 Cymbella cymbiformis (Ag.) V. H. 0,0 8,6 3,0 2,9 33 бентос
диатомовая
6 Euglena geniculata Schmitz. 13,8 3,4 4,0 5,7 66 планктон катароб-
олигосапроб эвгленовая
7 Fragilaria construens (Ehrenb.) Grun. 0,0 8,6 7,0 2,9 33 планктон
эврибионт эвтроф диатомовая
8 Fragilaria crotonensis Kitt. 0,0 1,7 0,6 0,6 33 планктон диатомовая
9 Gonium sociale Warm. 0,0 1,7 0,8 0,6 33 планктон зеленая
10 Gyrosigma acuminatum (Kutz.) Rbh. 0,0 3,4 1,0 1,1 33 бентос
эврибионт диатомовая
11 Gyrosigma scalproides (Rbh.) Cl. 2,7 3,4 0,0 8,0 66 бентос мезотроф-
эвтроф диатомовая
12 Nephrocitium obesum West 3,4 0,0 0,0 1,1 33 планктон зеленая
13 Nodularia spumigena Mert. 0,0 34,5 0,0 11,5 33 планктон эврибионт
сине-зеленая
14 Oscillatoria agardhii Gom. 2,1 0,0 0,0 8,0 33 планктон сине-
зеленая
15 Oscillatoria chlorina Gom. 1.0 0,0 0,0 2,3 33 планктон сине-
зеленая
16 Pinnularia major (Kutz.) Cl. 1,0 0,0 0,0 5,7 33 бентос диатомовая
17 Pinnularia microstauron (Ehrenb.) Cl. 0,0 5,2 2,0 1,7 33 бентос
диатомовая
18 Scenedesmus bijugatus Kutz. 0,0 5,2 7,0 35,1 66 планктон зеленая
19 Synedra ulna (Nitzsch.) Ehrenb. 0,0 5,2 1,0 1,7 33 бентос
диатомовая
20 Tribonema aequale Pasch. 1,4 0,0 0,0 1,1 33 планктон золотистые

всего видов
8
15
14 * обилие высчитывалось исходя из числа встреченных экземпляров
каждого вида на 100 полей зрения в микроскопе при увеличении ×400 раз

обилие водорослей в биотопе*
6,7
39,8
30,1
Карта забора проб.
.1.Городской канал Красная Набережная
2.Река Волга
3. Протока реки Волга с Растопуловка