10. Оценка экологического состояния водоемов

Оценка качества воды водоемов и водотоков может быть прове­дена с использованием физико-химических и биологических методов. Биологические методы оценки - это характеристика состояния водной экосистемы по растительному и животному населению водоема.

Многие организмы, встречающиеся в водоемах, являются хороши­ми индикаторами условий обитания, так как для своего развития они требуют строго определенных значений экологических факторов. Зная состав и динамику обилия таких видов-индикаторов, можно оценить по их наличию и количественному развитию качество воды водоема и его экологическое состояние.

Задание 1. Определить состав растительного и животного населения водоема.

Выбор метода отбора проб фитопланктона зависит от типа водо­ема, степени развития водорослей, задач исследования, имеющихся в наличии приборов, оборудования и т. п.

Профильтровать воду через планктонную сеть. При сборе планкто­на поверхностных слоев воды планктонную сеть опускают в воду так, чтобы верхнее отверстие сети находилось на 5-10 см над ее поверх­ностью. Литровой кружкой черпают воду из поверхностного слоя (до 15-20 см глубины) и выливают ее в сеть, отфильтровывая таким обра­зом 50-100 л воды. На крупных водоемах планктонные пробы отбира­ют с лодки. При этом рекомендуют тянуть планктонную сеть на тонкой веревке за движущейся водкой в течение 5-10 мин.

Закончив сбор планктона, планктонную сеть прополаскивают, опус­кая ее несколько раз в воду до верхнего кольца, чтобы отмыть водо­росли, задержавшиеся на внутренней поверхности сети. Сконцентри­рованную таким образом пробу планктона, находящуюся в стаканчике планктонной сети, сливают через выводную трубку в заранее приготов­ленную чистую баночку или бутылку.

Сетяные пробы планктона можно изучать в живом и фиксирован­ном состоянии.

Для изучения видового состава фитобентоса достаточно извлечь на поверхность некоторое количество донного грунта с отложениями. На мелководье (до 0,5-1,0 м глубины) это достигается с помощью опу­щенной на дно пробирки или сифона - резинового шланга со стеклян­ными трубками на концах, в который засасывают наилок. На больших глубинах качественные пробы отбирают с помощью ведерка или ста­кана, прикрепленного к палке.

Все собранные пробы тщательно этикетируют. На этикетках указы­вают номер пробы, время и место сбора и фамилию сборщика.

Собранный материал предварительно просматривают под микро­скопом в живом состоянии в день сбора.

При изучении видового состава водорослей измеряют их размеры, являющиеся важными диагностическими признаками. Для измерения микроскопических объектов применяют окуляр-микрометр с измери­тельной линейкой. Все изучаемые объекты следует тщательно зари­совывать.

Количественному учету могут подвергаться только количественные пробы фитопланктона и фитобентоса. Данные о численности водорослей являются исходными для определения их биомассы и пересчета других количественных показателей. Численность водорослей может быть выражена в количестве клеток, ценобиев, колоний, отрезков ни­тей определенной длины и др. на единицу площади или объема.

Задание 2. Определить физико-химические параметры воды.

Прозрачность воды

В речной воде находятся взвешенные вещества, которые умень­шают ее прозрачность. Существуют несколько методов определения прозрачности воды.

1. По диску Секки. Чтобы измерить прозрачность речной воды, при­меняют диск Секки диаметром 30 см, ко­торый опускают на веревке в воду, при­крепив к нему груз, чтобы диск уходил вертикально вниз. Вместо диска Секки можно применять тарелку, крышку, мис­ку, положенные в сетку. Диск опускает­ся до тех пор, пока он не будет виден. Глубина, на которую вы опустили диск, и будет показателем прозрачности воды.

2. По кресту. Находят предельную высоту столба воды, через которую про­сматривается рисунок черного креста на белом фоне с толщиной линий, равной 1 мм, и четырех черных кружочков диаметром, равным 1 мм. Высота цилиндра, в котором проводится определение, должна быть не менее 350 см. На дне его расположена фарфоровая пластинка с крестом. Нижняя часть цилиндра должна быть освещена лампой в 300 Вт.

3. По шрифту. Под цилиндр высотой 60 см и диаметром 3-3,5 см подкладывают стандартный шрифт на рас­стоянии 4 см от дна, исследуемую пробу наливают в цилиндр, так что­бы можно было прочитать шрифт, и определяют предельную высоту столба воды.

• Мутность воды

Повышенную мутность вода имеет за счет содержания в ней гру- бодисперсных неорганических и органических примесей. Определяют мутность воды весовым методом и фотоэлектрическим колориметром.

Весовой метод заключается в том, что 500-1000 мл мутной воды про­фильтровывают через плотный фильтр диаметром 9-11 см. Фильтр предварительно высушивается и взвешивается на аналитических ве­сах. После фильтрования фильтр с осадком высушивают при темпе­ратуре 105-110 градусов в течение 1,5-2 часов, охлаждают и вновь взвешивают. По разности масс фильтра до и после фильтрования рас­считывают количество взвешенных веществ в исследуемой воде.

1. Определение запаха воды

Запахи в воде могут быть связаны с жизнедеятельностью водных ор­ганизмов или появляться при их отмирании - это естественные запахи.

Запах воды в водоеме может обуславливаться также попадающими в него стоками канализации, промышленными стоками - это искусст­венные запахи.

Сначала дают качественную оценку запаха по соответствующим признакам: болотный? землистый, рыбный, гнилостный, ароматичес­кий, нефтяной и т. д. Силу запаха оценивают по 5-балльной шкале.

Колбу с притертой пробкой заполняют на 2/3 водой и тотчас закры­вают, интенсивно встряхивают, открывают и тотчас отмечают интенсив­ность и характер запаха.

2. Определение цветности воды

Качественную оценку цветности производят, сравнивая образец с дистиллированной водой. Для этого в стаканы из бесцветного стекла наливают отдельно исследуемую и дистиллированную воду, на фоне белого листа при дневном освещении рассматривают сверху и сбоку, оценивают цветность как наблюдаемый цвет, при отсутствии окраски вода считается бесцветной.

Скорость течения реки

Для определения скорости течения реки нужно выбрать относи­тельно ровный участок длиной не менее 30 м и отметить его вешками (створы). Поплавок бросают в воду выше верхнего створа. При прохож­дении им верхнего створа включают секундомер или засекают время по часам. Затем засекают время при прохождении поплавком нижнего створа, затем высчитывают скорость в м/сек. Для более точного оп­ределения поверхностного течения поплавки бросают на середину и ближе к берегам, вычисляя среднюю скорость течения реки.

Задание 3. Провести промерные работы и индикацию загряз­нения водоема.

Целью промерных работ служит определение глубин и характера дна реки. В результате промерных работ могут быть получены попе­речные профили реки и определены площади водных сечений.

При помощи дальномера или шнура измерить длину, ширину водо­ема и составить план-схему.

Обычно измерения глубин начинают производить в створе водопос- та в точках, отстоящих одна от другой на определенном расстоянии. Эти расстояния могут определяться от постоянного начала по натя­нутому вдоль створа тросу (веревке), размеченному марками через 1 м. Желательно, чтобы местоположение марок на тросе совпадало с отметками целых метров от постоянного начала. Выше по течению от промерного троса примерно на 0,5 корпуса лодки натягивают ездовой трос для перемещения лодки вдоль створа и установки ее на вертика­ли. Оба троса должны быть натянуты достаточно туго.

Лодка перемещается по тросу на уключинах. Один из сидящих в лодке студентов производит промеры глубин штангой или рейкой про­тив марок на тросе. Промеры производятся прямым и обратным хо­дом. По окончании промеров трос переносят не следующий профиль. Одновременно с промерами исследуются грунты дна на ощупь и, от­части, на слух. Отмечаются следующие виды грунтов: ил, глина, песок, галька, камни, плита (скала), а также наличие водной растительности. Данные промеров записываются в журнале промеров глубин.

Различные виды живых существ показывают, чем загрязнена окружающая среда. Какой бы совершенной ни была современная аппаратура, она не может сравниться с «живыми приборами», ре­агирующими на те или иные изменения, отражающие воздействие всего комплекса факторов, включая сложные соединения различ­ных ингредиентов.

Бурное развитие сине-зеленых водорослей - хороший индикатор опасного загрязнения воды органическими соединениями.

Лучший индикатор опасных загрязнений - прибрежное обраста­ние, располагающееся 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 повышении 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.

Биоиндикация - способ оценки антропогенной нагрузки по реакции на нее живых организмов и их сообществ.

Биотестирование - использование в контролируемых условиях био­логических объектов (тест-объектов) для выявления и оценки действия факторов (в том числе и токсических) окружающей среды на организм, его отдельную функцию или систему организмов. Хорошие результаты дает анализ бентосных (придонных) беспозвоночных. Оценка чистоты водоемов делается по преобладанию либо отсутствию тех или иных таксонов.

Индикаторные таксоны	Эколого-биологическая полноценность, класс качества воды, использование
Личинки веснянок, плоские личинки по­денок, ручейник - риакофилла	Очень чистая. Полноценная. Питьевое, рекреационное, рыбохозяйственное
Крупные двустворчатые моллюски (пер­ловица), плавающие и ползающие ру- чейник-нейреклипсис, вилохвостки, во­дяной клоп	Чистая. Полноценная. Питьевое, рекре­ационное, рыбохозяйственное, ороше­ние, техническое
Моллюски-затворки, горошинки, роющие личинки поденок, ручейники при отсутс­твии реакофиллы и нейреклипсис, ли­чинки стрекоз плосконожки и красотки, мошки	Удовлетворительно чистая. Полноцен­ная. Питьевое с очисткой, рекреацион­ное рыбоводство, орошение техничес­кое
Шаровки, дрейсена, плоские пиявки, личинки стрекоз при отсутствии плоско­ножки и красотки, водяной ослик	Загрязненные. Неблагополучные. Огра­ниченное рыбоводство, ограниченное орошение
Масса трубочника, мотыля, червеоб­разные пиявки при отсутствии плоских, крыски, масса мокрецов	Грязные. Неблагополучные. Техничес­кое
Макробеспозвоночных нет	Очень грязные. Неблагополучные. Тех­ническое с очисткой

Паспорт водоемов

При исследовании водоема необходимо провести его визуальное описание. По итогам визуального обследования составляется паспорт водоема.

Паспорт реки

1. Название.

2. Место, откуда берет начало.

3. Водоем, в который впадает данная река.

4. Притоки (левые, правые).

5. Высший уровень половодья. Определяется по мусору на кус­тах, темным кольцам на деревьях, не просохшим после полово­дья, и т. д.

6. Расход воды. Измеряется скорость течения и площадь сечения воды в разных местах. Определяется расход воды (м/сек) путем умножения скорости течения (м/сек) на площадь сечения (м²). Площадь сечения определяют, умножив ширину реки на ее глуби­ну в данном месте.

7. Характер течения на отдельных участках (верхнем, среднем, нижнем).

8. Вода: цвет, температура, прозрачность, вкус, запах, жесткость.

9. Прилегающая местность: рельеф (равнинный, холмистый, гор­ный), характер берегов (полные, крутые, обрывистые), грунты (песчаные, глинистые, торфяные, скальные), растительность (де­ревья, кустарники, травянистые растения).

10. Описание родников в долине реки.

11. Характер русла: извилистое или прямое, наличие плесов, ру­кавов, отмелей и перекатов, водопадов и порогов.

12. Животный и растительный мир (типичные представители). Особо отмечаются редкие и исчезающие виды.

13. Хозяйственное использование. Наличие гидротехнических со­оружений, источники загрязнения.

14. Составляется карта-схема реки, вычерчивается ее попереч­ный профиль в разных местах.

Паспорт озера

1. Название.

2. Местоположение.

3. Размер озера и характер береговой линии (возвышенные или низменные, пологие или крутые, каменистые или песчаные бере­га, наличие заливов и т. д.).

4. Характеристика грунта на отмелях, мощность иловых отложе­ний.

5. Температура воды на поверхности и на разных глубинах в раз­личные сезоны.

6. Цвет, прозрачность и другие характеристики воды.

7. Промеры глубин с лодки.

8. Данные о пересыхании, промерзании, заморах, наибольших и наименьших уровнях воды.

9. Характер водной и прибрежной растительности.

10. Животный мир.

11. Наличие притоков, истоков, прилегающих болот, ключей. Ко­личество воды, поступающей из притоков за сутки, и расход ее в реках и ручьях, вытекающих из озера.

12. Наличие насосных станций, рыборазводных и других хозяйствен­ных сооружений.

13. Источники загрязнения и меры защиты озера.

14. Карта-схема озера.

Паспорт родника

1. Название.

2. Местоположение.

3. Тип по способу выхода воды на поверхность (одни начинают­ся на крутом склоне, ниспадающие, другие - выбиваются на дне небольшого бассейна, третьи - просачиваются через более или менее толстый слой земли, превращая этот слой в род болота).

4. Характеристика фунта.

5. Температура воды.

6. Расход воды в л/сек.

7. Физические и химические показатели воды.

8. Растительность.

9. Животный мир.

10. Использование.

11. Источники загрязнения и меры защиты.

Приложение А

Шкала оценки фенологического состояния растений Вех. - всходы

Вег. до цв. - вегетирует до цветения

Бут. - бутонизация

Цв. - цветение

Пл. - плодоношение

Впц. - вегетирует после цветения

Ус. - усыхание

Оценка обилия видов напочвенного покрова (Шкала Друдэ)

Soc (socialis) - особи вида образуют сплошной фон, покрывая не менее 75% площади.

Сор (copiosus) - много особей данного вида, но фона не образуют. Покрытие составляет от 5 до 75%. Часто дифференцируют оценку: Сор¹ - 5-25% Сор² - 26-50% Сор³-51-75%

Sp (sparsus) - участие вида в напочвенном покрове составляет ме­нее 5%.

Sol (solitarius) - особи вида встречаются единично, покрытие не превышает 1 %.

Un (unicum) - представитель вида встречен на пробной площади в одном экземпляре.

Приложение Б

Шкала Бофорта

Баллы	Сила ветра	Признаки для оценки силы ветра	Скорость ветра, м/с
1	2	3	4
0	Штиль	Листья на деревьях не колеблются, дым из труб поднимается вертикально, огонь от спички не отклоняется	0
1	Тихий	Дым несколько отклоняется, но ветер не ощущается	1-2
2	Легкий	Листья на деревьях колышутся, чувствуется ветер	2-3
3	Слабый	Качаются мелкие ветки, заметное ощущение ветра	3-5
4	Умеренный	Качаются ветки средней величины, поднима­ется пыль	5-7
5	Свежий	Качаются тонкие стволы деревьев и толстые ветки, образуется рябь на воде	8-10
6	Сильный	Качаются толстые стволы деревьев	10-12
7	Крепкий	Качаются большие деревья, идти против вет­ра трудно	12-15
8	Очень крепкий	Ветер ломает ветки и сучья	15-18
9	Шторм	Ветер ломает легкие постройки, валит заборы	18-22
10	Сильный шторм	Деревья вырывает с корнем, сносит более прочные постройки	22-25
11	Жестокий иггорм	Ветер производит большие разрушения, ва­лит телеграфные столбы, вагоны и т. п.	25-29
12	Ураган	Разрушает дома, каменные стены	Более 30

Перечень инструментов и оборудования, необходимых для выполнения заданий

1. Шнур (20 м).

2. Лупы (3-, 5-, 10-кратные).

3. Микроскоп полевой.

4. Предметные и покровные стекла.

5. Салфетки.

6. Препаровальные иглы.

7. Чашки Петри.

8. Пипетки.

9. Лезвия безопасной бритвы.

10. Кисточки.

11. Винтовой окуляр-микрометр.

12. Люксметр.

13. Линейки.

14. Весы с разновесами.

15. Миллиметровая бумага.

16. Ножницы. *

17. Бумага чертежная.

18. Картон.

19. Лопата.

20. Топор.

21. Пила ручная.

22. Термометр воздушный (2).

23. Термометр почвенный.

24. Анемометр.

25. Психрометр.

26. Иглы хирургические.

27. Электроплитка.

28. Коллодий.

29. Груша резиновая.

30. Высотомер Макарова.

31. Мерная вилка.

32. Диск Секки.

33. Планктонная сеть.

34. ФЭК.

35. Вешки.

36. Дальномер.

37. Шнуры.

38. Лодка.

39. Глубиномер.