Экологический проект

«Сравнение очищающей способности речной и прудовой экосистемы»

    Работу выполнила: учащаяся 9 класса

МОУ  Волошинской СОШ

  Родионово-Несветайского р-на

 Ростовской области               

 Антонова Ольга.

Руководитель: учитель химии и    биологии

   МОУ Волошинской СОШ

                                                                          Рогальский Константин Александрович.

Ростовская область Родионово-Несветайский район

с. Волошино 2008 год.

Содержание

1. Введение …………………………………………………………………3

2. Проблема и задачи

экологического проекта…………………………………………………..4

2.Объект исследования……………………………………………………………….5

3. Экспериментальная часть

     Оборудование…………………………………………………………….. ....5

     Методы исследования……………………………………………………. ....6

     Место проведения исследований…………………………………………... 9

4. Результаты и обсуждение ……………………………………………....15

     5. Выводы   и рекомендации ……………………………………………....25

     6. Список литературы………………………………………………………26

Введение

Разнообразие фауны беспозвоночных животных, обитающих в водоемах, зависит от целого ряда экологических факторов. Речные экосистемы наиболее зависимы от проточности: течение воды представляет собой основной фактор формирования и естественного отбора речной фауны дна, её распределения, исходя из глубины, типа донного грунта, температуры, химического состава речных вод. Главнейшим отличием пруда  или озера от реки является то, что это водные объекты со стоячими водами, что обусловливает совокупность специфических особенностей физико-географического и физико-химического характера,  которые характеризует пруд  как определенный специфический биотоп.

Известно, что моллюски очищают водоемы от органического загрязнения, накапливают донный ил, в котором развивается богатая фауна донных беспозвоночных. Фильтрующая активность двустворчатых очень велика – в среднем 1л в час. Беззубки и перловицы в реках и прудах представляют мощный биофильтр. Замечено, что в местах большого скопления моллюсков, повышается общая продуктивность водоема, в том числе и рыб, которые питаются моллюсками и другими беспозвоночными, развивающимися в их скоплениях  (Шарова, 2004).

В данном проекте мы  сравнили плотность популяции крупных двустворчатых моллюсков реки и пруда, гипотетически предположив, что биологическое разнообразие речных моллюсков этой группы и соответственно способность к самоочищению реки, гораздо выше, чем пруда.

На практике подобных исследований в Родионово-Несветайском районе  не проводилось, и, следовательно, данная работа является актуальной.

Проблема

 сравнение естественной самоочищающей способность реки Сухой Несветай и Волошинского пруда.

Задачи экологического проекта

1. Изучить анатомо-морфологические особенности крупных двустворчатых моллюсков, обитающих в Волошинском пруду и реке Сухой Несветай, и их биотопическую приуроченность к речной и прудовой экосистеме.

2. Заложить пробные площади на разных участках литоральных зон реки и пруда и  провести на них описание биотопов

3. Провести сбор моллюсков-фильтраторов на пробных площадях с определением видов и последующим измерением их раковин.

4. Установить численность перловиц и беззубок на каждой пробной площади в соответствии с размерами раковин и провести сравнительный анализ морфологических особенностей данных представителей малакофауны.

5. Вычислить плотность популяции моллюсков на каждой пробной площади и дать оценку самоочищающей способности  экосистем на изученных участках Волошинского пруда и р. Сухой  Несветай.

Объект исследования

Объектом  исследования являются представители малакофауны родов Unio и Anodonta, относящиеся к классу крупных двустворчатых моллюсков Bivalvia.

Беззубка Anodonta и перловица Unio – самые крупные двустворчатые моллюски, встречающиеся в реках с медленным течением, где не бывает дефицита кислорода. Они, как правило, сидят неподвижно на дне водоема, зарывшись передним краем раковины в песчаный либо заиленный грунт и выставив задний край с чуть приоткрытыми створками, либо медленно ползают по дну, оставляя за собой длинные следы в виде желобка, что хорошо заметно на отмелях (в литоральных зонах рек и озёр) ранним утром.

Указанные моллюски – активные фильтраторы, очищающие до 40 л воды в сутки.

Экспериментальная часть

Оборудование

1. колья
2. верёвка
3. металлическая линейка
4. водный сачок
5. фотоаппарат

Методы исследования

Изучение плотности популяции крупных двустворчатых моллюсков проводилось методом закладки пробных площадей в литоральных зонах р. Малый Несветай и Волошинского пруда размером 50 кв. м (прямоугольник 10 х 5 м) с последующим сбором указанных представителей малакофауны и определением их видовой принадлежности (собирались лишь живые моллюски, поскольку в данном случае пустые раковины не пригодны для анализа ).

После сбора всех особей с каждой пробной площади и прижизненного определения их родовой и видовой принадлежности раковины моллюсков  раскладывались «по росту», образуя следующий размерный ряд:

< 5,0 см; 5,1 – 7,0 см; 7.1 – 9,0 см; 9,1 – 11,0 см; 11,1 – 13,0 см; 13,1 – 15,0 см; > 15,0 см

Для определения размеров раковин использовалась металлическая линейка с ценой деления 0,1 см, с помощью которой измерялись длина раковины (L см) и её высота (H см) в месте расположения макушки или вершины (то есть наиболее широкая часть). После измерения раковин моллюсков сразу же возвращали в водоём на  другой участок.

На основании произведенных измерений в каждой систематической группе изучаемых представителей малакофауны рассчитывались средние параметры раковин и плотность популяции на каждой пробной площади в речных мелководьях.

На основании сравнительного анализа численности популяций моллюсков-фильтраторов, населяющих  литораль изученного участка реки Сухой Несветай и Волошинского пруда, были даны оценки экологического состояния речных экосистем.

 Изучение морфологических особенностей

крупных двустворчатых моллюсков

В ходе  обследования участка р. Сухой Несветай и Волошинского пруда, расположенного в окрестностях села Волошино, в литоральной зоне (на мелководьях) обнаружены следующие виды малакофауны, играющих важную роль в естественном самоочищении донного грунта и речных и прудовых вод.

Перловицы Unioninae

Раковина представителей данного подсемейства довольно толстая, с хорошо выраженным перламутровым слоем, имеет длину 40 – 150 мм, вытянутую и выпуклую форму. Створки раковины изнутри на спинной стороне с крупными пластинками и выступами - зубами, расположенными от вершины спереди и сзади.

У перловиц рода Crassiana раковина бурого цвета, толстая, сильно горбатая (спинной край и лигамент, соединяющий створки по спинному краю, выступают выше макушки или находятся на уровне макушки). Передние зубы, расположенные у тупого конца раковины, довольно толстые, короткие, грубо насеченные. Данный род имеет 4 -5 видов моллюсков, обитающих в проточных водах (реках). Наиболее часто встречающийся вид – Crassiana crassa (раковина длиной 60 - 80 мм).

У перловиц рода Unio раковина без горба, поскольку спинной край ниже макушки, как правило, имеет желтую или зеленую окраску. При этом раковина нередко покрыта бурым налетом водорослей, более плоская и тонкая по сравнению с перловицами рода Crassiana. Передние зубы продолговатые, пластинчатые, с мелкими насечками .

Перловица обыкновенная Unio pictorum (раковина длиной 60 - 120 мм, нередко до 150 мм) и перловица клиновидная Unio tumidus (раковина длиной 50 – 110 мм) отличаются удлиненной твердостенной раковиной длиной до 150 мм оливкового цвета с верхушкой, выдающейся к переднему краю. С верхней стороны раковины на внутренней поверхности имеются, так называемые «зубы», образующие «замок».

 Видовое латинское название Unio pictorum – «ракушка живописцев» указывает на использование художниками раковин этого моллюска для смешивания красок.

Беззубки Anodontinae

Представители малакофауны данного подсемейства имеют тонкие, хрупкие, высокие и плоские раковины, зубы на внутренней поверхности створок отсутствуют. В прудах, озёрах и реках встречаются 2 рода беззубок.

Беззубка обыкновенная (или лебединая) Anodonta cygnea имеет широкоовальную тонкостенную раковину до 200 мм в длину, 120 мм в высоту и 60 мм в толщину. Цвет раковины от зеленоватого до коричневого, с разными оттенками, верхушка слабо выдаётся, на раковине имеется  высокий киль. Раковина внутри с сильным перламутровым блеском.

Особенностью способа питания моллюсков является то, что они питаются путем всасывания речных вод с последующим отфильтровыванием пищи (микробионты, частички детрита и пр.). За счет этого в значительной мере происходит биологическое очищение воды объектов водной среды.

Беззубка встречается, как правило, в проточных водоемах с песчаным либо каменисто-песчаным дном, иногда слабо заиленным. Перловица поселяется на заиленном песчаном, слабо заиленном глинистом либо илистом дне стоячих (пруды, озёра) и текучих водных объектов (реки, ручьи).

Сроки проведения исследований.

16 июня – 28 июня 2008 года.

Место проведения исследований и описание биотопов пробных площадей

На участке Волошинского пруда и реки Сухой Несветай, находящихся на территории Волошинского сельского поселения (Р-Несветайский р-н), выбрано четыре места исследований (по два на реке и пруду), т. е. заложены четыре пробные площади (ПП) площадью 50 кв. м.

Важно отметить, что Волошинской пруд, является частью реки Сухой Несветай, так как в результате запруживания этой реки  он образовался. Площадь пруда около 60 га. Наибольшая глубина около 6 метров. Является проточным. 

Отправной точкой условились считать земляную плотину Волошинского пруда.

              Схема SEQ Таблица \* ARABIC 1.  Пробная площадка площадью 50кв. м.

                              ( ширина 5 м. длина 10 м.)

Биотопы реки Сухой Несветай

Пробная площадь ПП1

ПП1 расположена в 300 м ниже плотины. Ширина русла р. Сухой Несветай составляет около 30 м, ширина литорали в заводи – 10 м, а протяженность заводи – 80 м. Вода  мутная из-за большого количества взвешенных частиц, с выраженным болотным запахом (2-3 балла). Температура воды 20 ⁰С.

Ил очень вязкий, черного цвета с травянистым запахом, органолептически оцененным в 2 балла, мощность иловых отложений колеблется от 0,30 до 0,40 м. Глубина литорали колеблется от 0,3 до 0,5 м; скорость течения реки 0,09 – 0,1 м/с.

Древесная растительность представлена ивой белой и тополем черным,  с густыми вкраплениями прибрежно-водных фитоценозов, состоящих из рогоза узколистного, осок острой, пузырчатой и береговой, стрелолиста обыкновенного, ситников скученного и сплюснутого, горца земноводного, череды поникшей, тростника южного, камыша озерного, ириса водяного, элодеи канадской (водяной чумы) и других растений-гидрофитов.

На поверхности и в толще воды имеются обильно разросшиеся фитоценозы растений-макрофитов, включающие разные виды рдестов , уруть мутовчатую,  хвостник обыкновенный (водяную сосенку), горец земноводный, ряску малую, многокоренник обыкновенный, а также одноклеточные нитчатые водоросли (зигонема, блестянка).

Пробная площадь ПП2

ПП2  находится в 100 м ниже плотины на расстоянии 200 м от ПП1. Ширина реки на данном участке 40 м; ширина литоральной зоны небольшой заводи протяженностью не более 100 м составляет 10 м, глубина реки 0,5 – 1 м; скорость течения 0,15 – 0,2 м/с. Вода бесцветная, прозрачная, температура воды 19 ⁰С. Донный грунт – глина с небольшим наилком серого цвета, с очень слабым травянистым запахом, органолептически оцененным в 1 балл.

Русловый берег без древесной растительности. Травянистая растительность представлена вейником наземным, тростником южным, рогозом узколистным, ежовником куриное просо, полевицей тонкой, тонконогом песчаным, ситниками, осоками, амброзией полыннолистной, лапчаткой неблестящей, голодкой голой, цикорием обыкновенным, лопухом паутинистым, подорожниками, донниками, дербенником иволистным, ослинником двулетним и другими травами.

Фитоценозы водных растений составляют рдесты,  уруть мутовчатая, роголистник погруженный, ежеголовник всплывающий, валлиснерия спиральная, одноклеточные водоросли зигонема и блестянка.

Биотопы Волошинского пруда.

Пробная площадь ПП3

ПП3 расположена на расстоянии 100 м от плотины выше по течению заводи,  литоральная зона простирается на 100 м и имеет ширину около 20 – 25 м. Глубина пруда не превышает 1,5 м; скорость течения реки 0,05 – 0,06 м/с. Вода прозрачная, бесцветная; температура воды 22 ⁰С.

Дно заводи имеет слабый уклон в сторону склона речной долины. Донный грунт –  слабо заиленный, глинистый, ил серого цвета с едва ощутимым травянистым запахом, интенсивность которого не более 1 балла.

Вдоль берега древесная растительность отсутствует. Прибрежно-водная травянистая растительность представлена  рогозом узколистным,  тростником южным, камышом озерным, и другими растениями-гидрофитами.

          Обильная водная растительность представлена крупными фитоценозами, состоящими из рдестов, роголистников, ежеголовника прямого, урути  мутовчатой, ряски малой, горца земноводного

Пробная площадь ПП4

ПП4 расположена на расстоянии около 500 м от плотины.  Ширина литоральной зоны протяженностью около 80 м составляет около 15 м, глубина пруда не превышает 1 – 1,5 м; скорость течения – не более 0,05 – 0,06 м/с. Вода слегка мутная из-за большого количества взвеси, со слабым болотным запахом в 2 балла. Температура воды 19 ⁰С.

Донный грунт – сильно заиленная глина, мощность отложений темно-коричневого ила составляет 0,20 – 0,40 м. Ил характеризуется болотным запахом, оцененным в 2 – 3 балла.

Вдоль берега тянутся густые куртины рогоза узколистного, тростника южного, осоки береговой, ириса водяного, стрелолиста обыкновенного, горца земноводного.  Высшая водная растительность представлена сообществами рдестов, роголистника, урути мутовчатой, горца земноводного, хвостника обыкновенного, ряски малой, многокоренника обыкновенного с обильными скоплениями блестянки и зигонемы.

Таким образом, в результате описания пробных площадей изучаемой литоральной зоны реки выделено два биотопа реки:

- вязкое, сильно заиленное дно (ПП1);

- слабо заиленное глинистое дно (ПП2);

Два биотопа пруда:

- слабо заиленное глинистое дно (ПП3);

- сильно заиленное глинистое дно (ПП4).

Обильная водная растительность литорали играет очень важную роль в газовом режиме реки, особенно на мелководье.

Указанные экологические факторы водной среды (особенности донного грунта, наличие высшей водной растительности) способствуют развитию зообентоса, обеспечивая его видовое разнообразие.

Результаты и обсуждение

Результаты сбора и сортировки моллюсков в соответствии с их видовой принадлежностью и размерами сведены в соответствующие таблицы 1-4.

Следует отметить, что в сборах изучаемой малакофауны практически на всех пробных площадях присутствовали представители перловиц рода Crassiana и рода Unio, а также беззубки Anodonta cygnea. При определении размеров раковин все крупные двустворчатые моллюски были разделены на две систематические группы: перловицы и беззубки.

Результаты определения морфологических показателей

и систематической принадлежности изучаемой малакофауны

литоральной зоны р. Сухой Несветай

Таблица 1.

Таблица 2.

Результаты определения морфологических показателей

и систематической принадлежности изучаемой малакофауны

литоральной зоны Волошинского пруда.

Таблица 3.

Таблица 4.

На основе рассчитанных средних показателей длины и высоты раковин в каждой размерной группе для каждого рода моллюсков с учетом общего количества особей, собранных на каждой пробной площади, были вычислены средние показатели длины и ширины раковин беззубок и перловиц.

После подсчета суммарной численности моллюсков, обитающих в литорали каждой пробной площади, были определены плотности популяции крупной малакофауны, то есть число особей на квадратном метре литоральной зоны реки.

Все данные вычислений параметров морфологических особенностей моллюсков сведены в таблице 5

Таблица 5.

Характеристика сообществ крупных двустворчатых моллюсков на изученных пробных площадях литоральной зоны р. Сухой Несветай (ПП1 иПП2) и Волошинского пруда (ПП3 и ПП4).

Данные таблицы 5 свидетельствуют:

- наибольшей численностью выделяется сообщество крупной малакофауны на ПП2 (в реке со слабо заиленным глинистым дном 46 особей),  меньшей численностью – сообщество малакофауны пруда на ПП3  (31 особь);

- минимальная численность моллюсков фильтраторов зарегистрирована на ПП1(река с сильно заиленным дном) – 18 особей, что в 2,55 раза меньше, чем на ПП2 в реке со слабо заиленным глинистым дном;

- в литорали  реки ПП1 перловиц в 17 раз больше, чем беззубок;

- в литорали пруда ПП4 перловиц в 1,55 раз больше, чем беззубок;

- на всех пробных площадях средние размеры раковин перловиц почти одинаковы;

- на ПП1 и ПП4 средние размеры раковин беззубок примерно в 1,3-1,4 раза меньше средних размеров раковин беззубок, обитающих в литоралях ПП2 и ПП3;

- плотность популяции моллюсков-фильтраторов на ПП2 максимальная (0,92 особей на кв.м), что в 1,48 раз превышает показатель ПП3 (0,62 особей на кв.м);

- минимальная плотность популяции перловиц и беззубок зарегистрирована на ПП1 (0,36 особей на кв.м), что в 2,55 раза меньше, чем данный показатель, вычисленный для ПП4 (0,92 особей на кв.м).

4. Оценка самоочищающей способности речной экосистемы

на изученном участке р. Сухой Несветай и Волошинского пруда.

Результаты проведенного изучения сообществ крупной малакофауны в литоральных зонах реки Сухой Несветай и Волошинского пруда, свидетельствуют о разной степени загрязнения речных вод и донного грунта.

На участках с глинистым слабо заиленным дном выявлены наиболее многочисленные сообщества крупных двустворчатых моллюсков, в которых примерно одинаковая численность перловиц и беззубок.

В литоральных зонах с сильно заиленным дном в сообществах малакофауны доминируют перловицы, более толерантные к загрязнению донного грунта.

Систематическое накопление илов на  дне заводей ухудшает качество донного грунта, что негативно отражается на численности перловиц, относительно стойких к загрязнениям. Об этом свидетельствуют результаты наших наблюдений, когда на ПП1, характеризующейся максимальной мощностью отложений ила, было найдено перловиц в 2,0 раза меньше, чем на менее загрязненном донном грунте ПП4.

При сравнении численности систематических групп малакофауны ПП1 и ПП4 установлено, что более требовательные к качеству донных отложений беззубки встречаются на ПП4 в 9 раз чаще, чем на ПП1, следовательно, данный участок реки меньше пригоден для обитания данных моллюсков-фильтраторов.

Принимая во внимание, что крупный двустворчатый моллюск средних размеров в течение суток отфильтровывает около 40 л воды, произведены расчеты для сообществ малакофауны каждой пробной площади (см. табл. 6).

Таблица 6.

Характеристика самоочищающей способности

моллюсков-фильтраторов, обитающих

в литоральной зоне реки Сухой Несветай.

Таблица 7.

Характеристика самоочищающей способности

моллюсков-фильтраторов, обитающих

в литоральной зоне Волошинского пруда.

Как видно из табл.6 и 7, наилучшей самоочищающей способностью характеризуются сообщества крупных моллюсков на ПП2 и ПП3.

Наименьшим показателем самоочищения выделяется ПП1, где выявлена самая низкая плотность популяции малакофауны

Выводы и рекомендации

Суммируя результаты проведенного исследования, можно сделать следующие выводы.

1.     Изученные участки р. Сухой Несветай и Волошинского пруда характеризуется слабо развитой малакофауной, представленной крупными двустворчатыми моллюсками: перловицами рода Crassiana и рода Unio, а также беззубками рода Anodonta.

2.     Наиболее благоприятными для роста и нормального развития являются участки литоральной зоны на двух пробных площадях со слабо заиленным глинистым дном и обильной водной растительностью (река ПП2 и пруд ПП3).

3.     Наиболее высокие показатели численности и плотности популяции крупных двустворчатых моллюсков установлены в заводях реки Сухой Несветай, отличающихся качеством донного грунта (ПП2).

4.     На первой пробной площадке изученного участка реки, характеризующегося менее качественной средой обитания, в сообществах малакофауны преобладают перловицы, толерантные к загрязнению донного грунта и воды, но показатели численности и плотности популяции крупных двустворчатых моллюсков здесь самые низкие.

5.     Участки реки на ПП2 и пруда на ПП3, характеризующиеся   более высокой численностью популяции моллюсков-фильтраторов, имеют более высокие потенциалы к естественному самоочищению от загрязнений.

Несмотря на то, что в реке Сухой Несветай общее количество моллюсков данных систематических категорий оказалось больше (в 1,18 раз),   в целом мы не зафиксировали резкой (предполагаемой) разницы в плотности популяции  крупных двустворчатых моллюсков, и, следовательно, можно говорить об одинаково низкой, естественной самоочищающей способности реки Сухой Несветай и Волошинского пруда.

Для повышения естественной самоочищающей способности данных экосистем предлагаем  ряд мероприятий призванных в частности, увеличить численность  популяции биофильтраторов косвенно: соблюдение норм и сроков  внесения ядохимикатов и удобрений в почвы, создания профилактических (зон санитарной охраны) участков реки и пруда, введения новых эффективных методов очистки сточных вод, замены ядохимикатов биологическими способами защиты растений. А так же, прямой способ вселения новых популяций биофильтраторов, адаптированных к данным условиям, и совсем нетривиальный способ – интродуцирвать (заранее просчитав все возможные «плюсы и минусы») виды «очистители», доселе не обитавшие в рассматриваемых экосистемах. 

                                               Список литературы

1.                                     Ашихмина Т.Я. «Экологический мониторинг»\\»Москва Академический проект» 2006, с. 187-268.

2.                                     Глаголев С.М. Чертопруд М.В., Ямпольский Л.Ю. Летние школьные практики по пресноводной гидробиологии: Методическое пособие / Под ред. канд. биол. наук М.В. Чертопруда. – М.: Добросвет, МЦНМО, 1999. – 288 с.

3.                             Ихер Т.П., Шиширина Н.Е., Тарарина Л.Ф. Экологический мониторинг объектов водной среды: Методическое пособие для педагогов, студентов и школьников / Под ред. докт. биол. наук, проф. Л.Ф. Тарариной. – Тула: Гриф и К, 2003. – 92 с.

4.                             Машкин П.В. Биологические методы оценки состояния водных экосистем. – Пущино, ПГУ, 1996. – 32 с.

5.                             Шарова И.Х. Зоология беспозвоночных. – М., 2003. – 592с

6.                             Шиширина Н.Е., Ихер Т.П. Практическое руководство по комплексному исследованию экологического состояния малых рек / Под ред. проф., докт. биол. наук Л.Ф. Тарариной. – Тула, Тульский ОЭБЦу, 2000. – 35 с.

7.                             Шиширина Н.Е., Ихер Т.П. , Тарарина Л.Ф. Макрозообентос водоемов: Методическое пособие для педагогов, студентов и школьников / Под ред. докт. биол. наук, проф. Л.Ф. Тарариной. – Тула: Гриф и К., 2003. – 56 с.