Старт в науке
Научный журнал для школьников ISSN 2542-0186
О журнале Выпуски Правила Олимпиады Учительская Поиск Личный портфель

ОРГАНИЗМЫ-ГИДРОБИОНТЫ КАК БИОИНДИКАТОРЫ СОСТОЯНИЯ РЕКИ КОШКАР-АТА

Исаева Е.Е. 1
1 г. Шымкент, Технический лицей, 9 «А» класс
Тлеукеева А.Е. (Шымкент, Южно-Казахстанский государственный университет им.М.Ауэзова)
1 Березина Н.А. Влияние ионного состава воды на пресноводный макрозообентос в природных и экспериментальных условиях // Автореф. ... канд. биол. наук.: 00.11.02. – М.: Институт биологии внутренних вод РАН, 2000.- С. 15.
2 Bellinger E. G., Sigee D. C. Freshwater Algae: Identification and Use as Bioindicators// John Wiley & Sons, Ltd.-2010.-рр.100-103.
3 Гайсина, Л.А. Современные методы выделения и культивирования водорослей: учебное пособие / Л.А. Гайсина, А.И. Фазлутдинова, Р.Р. Кабиров.- Уфа: БГПУ, 2008.- 152 с.
4 Гольдин Е. Б.Микроскопические водоросли как биоиндикаторы состояния окружающей среды в местах содержания морских млекопитающих/ Экосистемы, их оптимизация и охрана. 2009. Вып. 20. С. 105–113.
7. Dell’Aglio E, Cosentino F, Campanella L (2017) Use of Algae Scenedesmus as Bioindicators of Water Pollution from Active Ingredients. J Anal Pharm Res 6(5): 00189. DOI: 10.15406/japlr.2017.06.00189
5 Доценко К. А. Изучение почвенных водорослей в качестве биоиндикаторов в районе нефтедобычи// Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета.-2008.-с.43.
6 Help F, Jokela J, Castiglioni S, Thomas M, Nizzetto L (2017) Water-borne pharmaceuticals reduce phenotypic diversity and response capacity of natural phytoplankton communities. PLoS One 12(3): e0174207.
7 Kureishy T. W.; Abdel-Moati M.A.R., Al-Muftah A.R. Marine algae as bioindicators of pollution levels in the arabian gulf.// Qatar Univ. Sci. J, (1995), 15 (1): 215- 221
8. Мелехова,О.П. Биологический контроль окружающей среды: биоиндикация и биотестирование: учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений / О.П. Мелехова [и др.]; под ред. О.П.Мелеховой и Е.И. Егоровой.- Минск: Издательский центр «Академия», 2007.- 288 с.
9. Reguera P, Couceiro L, Fernandez N (2018) A review of the empirical literature on the use of limpets Patella spp. (Mollusca: Gastropoda) as bioindicators of environmental quality. Ecotoxicology and Environmental Safety 148: 593-600.
10. Тиунова Т.М. Трофическая структура сообществ беспозвоночных в экосистемах рек юга Дальнего Востока // Экология. – 2006. -№ 6. – С. 457-463.
11. Wua N, Donga X, Liud Y, Wang C, Baattrup-Pederseng A, et al. (2017) Using river microalgae as indicators for freshwater biomonitoring: Review of published research and future directions. Ecological Indicators 81: 124-131.
12. Zorpas A, Dimitriou M, Voukkali I (2017) Disposal of household pharmaceuticals in insular communities: social attitude, behavioral evaluation and prevention activities. Environmental Science and Pollution Research p. 1-11.
13. Голлербах М.М., Полянский В.И. и др. Определитель пресноводных водорослей СССР (12 выпусков). М, 1951-1983.
14. Pantle F., Buck H. Die biologische Uberwachung der Gewasser und die Darstellung der Ergebnisse // Gas- und Wasserfach. 1955. Bd 96, N 18. 604 р.

Актуальность проблемы

Известно, что изменение состояния окружающей среды влияет на разные уровни организации живой материи, в первую очередь, изменением ее структуры. Одним из важных показателей изменения состояния водных экосистем является изменение структуры популяции организмов-гидробионтов. Описаны такие виды изменения структуры биоценоза как усложнение, упрощение и перестройка состава популяции организмов-гидробионтов.

Так исследованиями Березиной Н.А. (2000) установлено влияние ионного состава воды на пресноводный макрозообентос в природных и экспериментальных условиях. При поступлении в водоемы биогенных элементов, продуктивность фитопланктона значительно увеличивается. Мелехова О.П. с соавт. (2007) предлагает использовать организмы-гидробионты в качестве биоиндикаторов состояния загрязнения водоема, где каждую группу организмов можно применять как конкретный индикатор по определенному ингредиенту или их группе. Зоопланктон также показателен как биоиндикатор степени эвтрофирования водоема (Тиунова Т.М., 2006).

В этой связи целью исследования было изучение зависимости структуры биоценоза организмов-гидробионтов реки Кошкар-Ата, протекающей по территории города Шымкент Южно-Казахстанской области от гидрохимических характеристик участков реки.

Для достижения поставленной цели было необходимо решение следующих задач:

· Определение гидрохимической характеристики реки Кошкар-Ата;

· Проведение гидробиологического анализа вод реки Кошкар-Ата;

· Определение степени сапробности участков реки Кошкар-Ата.

Краткий обзор используемой литературы

Республика Казахстан ощущает острый дефицит пресной воды, что является экологической проблемой для развития всех отраслей народного хозяйства. Водные ресурсы рек в средней по водности год составляют 100,5 км3, возможные к использованию -46 км3. Остальной объем воды затрачивается на экологические, рыбохозяйственные, санитарные (29 куб. км) транспортные и энергетические (9,0 куб. км) на фильтрационные (12%). Критическое положение сложилось в бассейнах трансграничных рек Сырдарьи, Урал, Или, Шу, Талас. Наиболее обеспеченными регионами Республики Казахстан с учетом площадей в 2017 г были южные области: Алматинская, Жамбыльская, Кызылординская, Талдыкорганская и Павлодарская область Северного Казахстана. Причинами дефицита водных ресурсов республики Казахстан являются природные условия, при этом 90% стока приходится на весенний период, а формирование около половины стока 56,5 км3 осуществляется на территории сопредельных государств. Наибольший вред водоемам причиняет выпуск в них недоочищенных промышленных и коммунально-бытовых сточных вод.

Промышленные сточные воды загрязняют экосистемы в зависимости от специфики отраслей промышленности. Коммунально-бытовые сточные воды поступают из жилых и общественных зданий. В сточных водах преобладают различные органические вещества, микроорганизмы, которые могут вызвать бактериальное загрязнение, такие как пестициды, аммонийный и нитратный азот, фосфор, калий. Они попадают в водоемы без очистки, и имеют высокую концентрацию. В настоящее время одной из острейших проблем современности является борьба с загрязнением окружающей среды сточными водами различных предприятий. Загрязняющие вещества, попадая в природные водоемы, приводят к качественным изменениям воды, которые в основном проявляются в изменении физических свойств и химического состава воды (Zorpas A. С соавт., 2017). Организмы-гидробионты чутко реагируют на изменения в химическом составе воды (Help F.с соавт.,2017). Известны исследования арабских ученых по биоиндикации загрязнения морских вод с помощью водорослей (Kureishy T. W.с соавт., 2005), по идентификации и биоиндикации с применением пресноводной (Bellinger E. G., Sigee D. C., 2010) и речной (Wua N. С соавт., 2017) альгофлоры Изучена микроскопическая альгофлора черноморских дельфинариев (Карадаг и Малый Утриш), выявлены ее биоиндикационные и экологические особенности, характер распространения и комплексы обрастания, присутствующие в бассейнах (Гольдин Е. Б., 2009). Установлено влияние нефтепродуктов на перестройку почвенного альгоценоза, при этом альгофлора контрольного участка в заповедной зоне отличалась высоким видовым разнообразием (Доценко К. А., 2008). В лабораторных исследованиях в качестве тест-объектов часто используют отдельные виды водорослей, как например Scenedesmus (Dell’Aglio E. с соавт.,2017) или беспозвоночные организмы как Patella spp (Reguera P. с соавт., 2018).

Личный вклад автора. Автор самостоятельно провел сбор и анализ информационных данных, провел гидробиологический анализ проб вод, систематизировал полученные данные.

1.1. Объекты и методы исследования

В качестве объекта исследования была выбрана река Кошкар-Ата, берущая начало из крупных подземных источников в центре города Шымкент Южно-Казахстанской области и через 12 км впадающая в реку Бадам. Гидрологические характеристики водотока однородны на всем протяжении реки. Русло шириной в 5-12 метров с песчано-илистым дном, берега пологие, течение умеренное. Температура воды у истоков в течение года колеблется в пределах 8-14±1,30С. Однако в среднем и последнем участках реки она составляет 5-20±2,20С и 3-25±1,10С соответственно. Для изучения сезонной динамики гидробиологических характеристик пробы воды из р. Кошкар-Ата отбирались из четырех точек: исток, площадь Ордабасы (2,5-3,0 км от истока), улица Туркестанская (5 км от истока), кафе «Лакомка» (6,5-7 км от истока) (рисунок 1).

Методика отбора проб. Отбор проб проводился с помощью пластиковой посуды. Для сбора планктонных водорослей использовалась планктонная сетка, показанная на рисунке 2 (Гайсина, Л.А., 2008).

Сеть забрасывалась несколько раз. Затем зажим открывался, и проба сливалась в банку, где указывалась дата и место отбора пробы воды.

Микроскопирование проб воды проводилось с помощью светового микроскопа «Биомед-5» и растрового-электронного микроскопа (РЭМ) «Jeol» (Япония). Для изучения подвижных гидробионтов был применен слабый раствор KI с целью их фиксации. Таксономический анализ проводился на основе определителей Голлербаха М.М. с соавт. (1951-1983).

а) i1.tiff

б) i2.tiff

в) i3.tiff

г) i4.tiff

Рис. 1. Места отбора пробы р.Кошкар-Ата: а. исток, б. ул.Туркестанская (2,5-3,0 км от истока), в. проспект Республики (5 км от истока), г. микрорайон Янги-Шахар

i5.tiff

Рисунок 2. Планктонная сеть

Обилие видов оценивалось визуально по 4 степеням встречаемости -от единичной до обильной встречаемости: 0-отсутствует, 1-единично, 2- редко, 3- много, 4- обильно.

Сапробность участка определялась по индексу Пантле-Букка (1955).

В исследовании использованы результаты анализов основных ингредиентов, проведенные в лаборатории Южно-Казахстанского управления экологии.

Статистическая обработка полученных результатов проводилась вычислением среднего арифметического значения и величины стандартного отклонения при 0,95>Р>0,80 с помощью персонального компьютера IBM “Pentium” на базе пакетов прикладных программ “Excel”.

1.2. Результаты исследования и их обсуждение

1.2.1. Определение гидрохимической характеристики реки Кошкар-Ата

В результате проведенных исследований было установлено, что воды рек Кошкар-Ата загрязняются органическими веществами через коммунальные и поверхностные сточные воды жилых кварталов и производственных объектов. Источниками загрязнения вод реки Кошкар-Ата являются неорганизованный сброс бытового и технического мусора, коммунально-бытовые сточные воды частного сектора. За 12 км промежутка пути загрязненность вод реки возрастает многократно. По данным анализов Южно-Казахстанского областного управления экологии в составе загрязняющих веществ преобладают взвешенные вещества – 47,8 мг/л, нитраты – 35,8 мг/л, нитриты – 0,4 мг/л, ионы магния – 26,4 мг/л, меди – 4,5 мг/л, цинка 5,3 мг/л, При этом, из-за погодно-климатических условий, процесс загрязнения реки носит сезонный характер, содержание ингредиентов в воде существенно варьирует. Поверхностные сезонные потоки, образуемые в результате обильных осадков и таяния снега в осенне-весенние месяцы, способствуют поступлению в реки залповых доз загрязнителей. По этой причине максимальные показатели загрязненности приходятся на весенние и осенние, а минимальные на летние и зимние месяцы года (рисунок 3).

ii3.tif

Рисунок 3. Сезонная динамика содержания нитратов и магния в водах р.Кошкар-Ата

1.2.2. Гидробиологический анализ вод реки Кошкар-Ата

Результаты гидробиологического анализа начального участка реки Кошкар-Ата показали слабое развитие водорослей. Как единичные экземпляры были отмечены диатомовые Cocconeis placentula, Achnanthes biasolettiana, Gomphonema olivaceum, Navicula laterosrata, Meridion circulaare. Олигосапробный индекс 1.33 свидетельствует о слабой загрязненности первого участка реки.

Во второй точке вниз по течению реки в воду поступают хозяйственно-бытовые стоки из частного сектора города. Резко уменьшается прозрачность воды, увеличивается БПК5 – до 2.88. Наблюдается обильная жизнедеятельность водорослей. На прибрежных и природных камнях зеленая водоросль Cladophora fracta образует массовые обрастания. На их поверхности обильно вегетируют эпифитные диатомовые: Meredion circulare, Cocconeis placentula. Единично и редко отмечались олигомезасопроб Fragilaria atomus, β- мезасопробное диатомовые Cymbella ventricosa, Synedra ulna и S. рulchella. Индекс загрязнений по фитопланктону на данном участке равен 1,55, что соответствует β- мезасопробной зоне, по шкале качества вод – это умеренно загрязненные воды.

Гидробиологическое обследование вод реки в точке 3, расположенной в центре города Шымкент, выявил массовую вегетацию зеленой нитчатой водорослей Stigeoclonium tenue, образующего обрастания на различных предметах. Микроперифитон представлен, в основном, сине-зелеными водорослями Oscillatotia amphigranulata, Pormidium fovcalarum, и диатомовыми Cocconeis placentula, Gomphonema constrictum, Caloneis amphisbaena.

Для вод, отобранных на границе города в точке 4, характерно большое содержание фосфатов. В составе альгофлоры обнаружены массовое обрастания обильно вегетирующих β- мезосапробов: Stigeoclonium tenue, Mougeotia scalaris. Нити последних сплошь покрыты эпифитными диатомовыми водорослями Cocconeis placentul, Melosira varians, Opephora mortyi, Rhoucosphenia curvata (рисунок 4). Все указанные водоросли типичные мезосапробы. Изредка попадаются β- мезосапробы Phormidium foveolarum, Nitzchia sublenaris.

i7.tiff

Рис. 4. Разнообразие диатомовых водорослей р.Кошкар-Ата (снимок РЭМ х600)

4 точка визуально самая загрязненная, пересекает одну из оживленных улиц города. Загрязнение представлено как твердыми бытовыми отходами, так и жидкими, в результате смыва с дорог и моечных станций. Микроскопирование показало разнообразие альгофлоры: Chlorella vulgaris, Spirogуra porticalis, Ulotrix zonata, Microcystis sp,. Tabellaria sp, Meridion circulare, Fraglaria crotonensis, Synedra ulna, Psammothidium sp., Navicula lanceolata, Cymbella cistula, Pinnularia sp. По степени загрязнения данный участок отнесен к полисапробной зоне.

В целом, река Кошкар-Ата характеризуется различными по сапробности участками реки, которые определяются местоположением участка, гидрохимическими показателями реки и структурой популяции организмов-гидробионтов (рисунок 5).

i8.tiff

Рис. 5. Альгологический анализ реки Кошкар ата

Структура протозоофауны реки также меняется в зависимости от места отбора пробы и зависит от гидрохимических показателей (рисунок 6).

i6.tif

Рис. 6. Протозоофауна р.Кошкар-Ата

В наиболее загрязненных точках помимо разнообразных инфузорий, отмечено обильное развитие Amoeba limax, что свидетельствует о низком содержании кислорода в воде и активно идущих процессах эвтрофикации.

1.2.3. Определение степени сапробности участков реки Кошкар-Ата

Полученные данные по оценке сапробности вод реки Кошкар-Ата представлены в таблице 1, где по динамике изменения индекса загрязнения можно отметить коррелятивную связь с гидрохимическими показателями вод.

Характеристика качества вод реки Кошкар –Ата

№ участка реки

Наименование вида

Сапробность

Индикаторная значимость

Индекс загрязнения

1

Cocconeis placentula,

Achnanthes biasolettiana,

Gomphonema olivaceum,

Navicula laterosrata

Meridion circulaare.

β

O

β

α

Х-О

1,35

0,75

1,85

2,7

0,65

1,33

2

Cladophora fracta

Meredion circulaare,

Cocconeis placentula

Fragilaria atomus

Cymbella ventricosa,

Synedra ulna

S. pulchella.

β

β

β

Х-О

β

О

β

1,35

1,95

2,2

0,65

1,35

1,15

2,2

1,55

3

Oscillatotia amphigranulata,

Pormidium fovcalarum,

Cocconeis placentula,

Gomphonema constrictum,

Caloneis amphisbaena.

Stigeoclonium tenue,

Euglena proхima

Euglena adhearens

α

α

β

β

α-β

α

р-β

р-β

2,7

3

1,35

1,85

2,35

2,7

3,45

3,45

3,86

4

Mougeotia scalaris

Melosira varians,

Cocconeis placentula,

Opephora mortyi,

Rhoucosphenia curvata

Stigeoclonium tenue,

Euglena proхima

Euglena adhearens

α

β

β

β

α

α

р-β

р-β

3

1,35

2,7

2

1,85

1,85

3,45

3,45

2,25

Заключение

В результате проведенных гидробиологических исследований в реке Кошкар-Ата обнаружено 22 вида водорослей: сине-зеленые – 2, диатомовые – 15, зеленые – 3, эвгленовые – 2; 10 видов протозоофауны. Из них два вида ксеноолигосапробы, 8 – β- мезосапробы, 14 – β- мезасопробы, 2 – поли – β- мезасопробы. Преобладание среди обнаруженных водорослей β-

По результатам гидрохимических анализов вод реки можно условно разделить реку на 3 участка (несколько привязанным к местам отбора проб):

1 участок – начальная часть реки, характеризуется пониженной температурой воды и слабым загрязнением водной среды (2 класс качества- слабо загрязненные воды).

2 участок – средняя часть реки, на котором происходит загрязнение вод реки коммунальными стоками, характеризующихся высоким темпом биохимических процессов. По присутствующим организмам-биоиндикаторам на данном участке умеренно загрязненные воды.

3 участок – расположенный в центре города и подвергающийся загрязнению не только коммунальных стоков, но и ливневых сливов с автодорог. По биоиндикационным показателям вод данный участок реки относится к пятому классу качества- очень грязные воды.

4 участок -завершающая часть реки до устья реки, где происходит процесс самоочищения реки от загрязнителей. Несмотря на продолжающееся поступление токсичных ингредиентов в воду реки, на данном участке начинаются активные процессы самоочищения воды, снижается уровень БПК5, что свидетельствует о понижении процесса разложения органики и постепенного насыщения воды кислородом. Однако, из-за короткой протяженности этого участка реки, водная среда не успевает полностью очиститься от загрязнителей. Поэтому, по качеству вод участок соответствует классу – грязные воды.


Библиографическая ссылка

Исаева Е.Е. ОРГАНИЗМЫ-ГИДРОБИОНТЫ КАК БИОИНДИКАТОРЫ СОСТОЯНИЯ РЕКИ КОШКАР-АТА // Старт в науке. – 2018. – № 5-1. – С. 12-17;
URL: http://science-start.ru/ru/article/view?id=1056 (дата обращения: 16.10.2018).