Восстановление экосистемы реки Еменка

Контрольный мониторинг реки Еменка в Невельском районе Псковской области и поиск путей решения по восстановлению ее экосистемы

Автор: Воронкова Анастасия, МОУ «Гимназия г. Невеля», 9 класс
Руководитель: Супрунова Е.С., учитель биологии и химии МОУ «Гимназия г. Невеля»
2020 год

Введение
Река Еменка несёт свои тихие воды в черте старинного городка Невель. В настоящее время – это живописная речушка с узким неглубоким руслом и заросшими берегами. В прошлом году мы провели биоиндикационные исследования воды реки Еменка по водным и прибрежным растениям и сделали выводы качестве её воды и о причинах процессов эвтотрофирования реки.
На протяжении длительного времени экосистема реки Еменка подвергается воздействию антропогенных факторов, что не всегда положительно сказывается на её звеньях.

Еменка фото

  1. Обзор литературы.

Мисейко Г.Н. указывает: «В результате эксплуатации водных объектов в промышленной деятельности за их пределами возникает особая форма экзогенной сукцессии водоёмов и водотоков – антропогенная».
В нашей стране для предотвращения или снижения загрязнения водных объектов издаются природоохранительные законы и проводятся необходимые мероприятия. К ним относятся технологические, санитарно-технические, правовые и другие. Чибисова Н.В.  отмечает, что «в основе всех мероприятий лежит контроль за содержанием вредных  веществ, который регламентируется санитарно-гигиеническими нормативами – ПДК». Контроль необходим для получения информации о причинах и факторах, определяющих загрязнение.
Давно известно, что устойчивость любой экосистемы характеризуется способностью к её самоочищению и самовосстановлению. Чеснокова С.М. указывает: «Естественное самоочищение водоёма – это непрерывный процесс физико-химической и биохимической утилизации и обезвреживания веществ, загрязняющих водный объект». В процессе физико-химического самоочищения происходит осаждение взвешенных частиц и окисление растворённых соединений кислородом воды. Процесс биохимического самоочищения сводится к постепенной минерализации поступающего органического  вещества до стабильных соединений (СО2, Н2О, SO42-,  NO3-  и других). Биогенные элементы  (N, Р, С, S, К и другие) вновь включаются в круговорот веществ водоёма.

Еменка фото
Автор практикума по курсу «Гидрохимия» Т. И  Прожорина  пишет,  что «происхождение и содержание органических веществ, находящихся в природных водах, весьма разнообразны и сравнительно мало изучены. Различны и их химические свойства по отношению к кислороду: одни вещества устойчивы к окислению, другие, наоборот, легко окисляются. Для решения практических вопросов, связанных с потреблением легко растворённого кислорода легко окисляющимися органическими веществами, пользуются более простыми, косвенными методами». Перманганатный метод определения окисляемости является одним  из таких методов. Он даёт представление о содержании в воде легко окисляющихся веществ. Обычно перманганатная окисляемость составляет 40-50% от истинной окисляемости органических веществ, то есть от полного окисления органического углерода до двуокиси углерода (СО2). В целом окисляемость даёт возможность судить о степени загрязнённости природной воды органическими веществами и имеет значение для её санитарной и технической оценки.

  1. Методика исследования.

Контрольное гидробиологическое исследование участков реки Еменка проходило с 05. 04.2020 по 05.07.2020.
Номер пункта наблюдений /участка/: участок № 1 возле железнодорожного моста в 300м от железнодорожной станции Невель II, участок №2 рядом с филиалом завода ОАО  «Новая Заря», участок №3 находится за чертой города, в двух километрах от участка №2 по течению реки.
Описание местности, где находится водоем: участок №1: над рекой расположены два железнодорожных моста, справа и слева по течению реки – железная дорога. Участок № 2: слева по течению реки расположен филиал завода ОАО «Новая Заря» справа – жилой микрорайон, состоящий из частных домов. Участок №3: слева по течению реки находится поле, справа – лиственный лес.
Пробы воды отбирались в трёх точках в соответствии с рекомендациями по отбору проб по А.Г. Озерову.  Для взятия глубинных проб использовался бутылочный батометр.

Еменка фото

2.2. Оценка качества воды по организмам макрозообентоса.
С помощью специальных определителей и бинокуляров распознавали отловленные виды. При рассмотрении в бинокуляре выделяли отличительные признаки каждого животного. При помощи атласа-определителя беспозвоночных Козлова М.А. Олигера И.М. идентифицировали отловленные организмы. В определении выловленных организмов может быть погрешность, так как не все выловленные организмы могли быть определены до вида.
Так же для определения животных воспользовались таблицей «Ключ для определения водных беспозвоночных» и разделом «Особенности биологии и экологии организмов, входящих в индикаторные таксоны методического пособия А.Г. Озерова. После определения выловленных организмов определила индекс Майера по каждому участку. Это достаточно простая методика, основным преимуществом которой  является возможность  не определять беспозвоночных с точностью до вида. Метод использует приуроченность различных групп беспозвоночных к водоёмам с определённым уровнем загрязнённости. Организмы-индикаторы отнесены к одному из трех разделов.

Невель Еменка
Нужно отметить, какие из приведённых в таблице индикаторных групп обнаружены в пробах. Количество обнаруженных групп из первого раздела таблицы необходимо умножить на три, количество групп из второго раздела — на два, а из третьего — на один. Получившиеся цифры складывают. Значение суммы и характеризует степень загрязнённости водоёма. Если сумма более 22 — вода относится к первому классу качества. Значения суммы от 17 до 21 говорят о втором классе качества (как и в первом случае, водоём будет охарактеризован как олигосапробный). От 11 до 16 баллов — третий класс качества (бета-мезосапробная зона). Все значения меньше 11 характеризуют водоём как грязный (альфа-мезосапробный или же полисапробный).

2.3.  Определение перманганатной окисляемости.
Под окисляемостью воды следует понимать количество кислорода искусственно введённого окислителя, идущее на окисление содержащихся в воде органических веществ (например, гумусовых веществ, продуктов разложения и распада органического вещества, отмерших  организмов растительного и животного происхождения, мельчайших организмов и др.). Определение химического потребления кислорода (ХПК) служит мерой оценки содержания органических веществ в воде. Таким образом, окисляемость – один из показателей степени загрязнения воды органическими веществами и легко окисляющимися неорганическими соединениями. Чем меньше окисляемость, тем лучше её качество.  Небольшая окисляемость воды  (5-8 мг О2/л) не ухудшает кислородного режима, а при большей окисляемости(10-15 мг О2/л) содержание кислорода в воде снижается.

Невель Еменка
Методика проведения анализа на перманганатную окисляемость вод по методу Кубеля.
Данная методика представлена Чибисова Н.В. в пособии  «Практикум по экологической химии» Чибисовой Н.В.
Применяемые реактивы:
1. Дистиллированная вода, не содержащая органических веществ.
2. Серная кислота (1:2) приготовляется следующим образом. Один объем 96 % химически чистой H2SO4 постепенно добавляется при перемешивании к двум объемам дистиллированной воды. После охлаждения до 40°С вносят по каплям 0,01 н раствор KMnO4 до слаборозовой окраски.
3. 0,01 н раствор щавелевой кислоты. Навеску 0,6302 г щавелевой кислоты (х. ч.) растворяют в литровой мерной колбе в серной кислоте, разбавленной дистиллированной водой (1:15), и доводят при 20°С этой кислотой до метки. 1 мл такого раствора соответствует 0,08 мг кислорода.
4. 0,1 н основной раствор перманганата калия. Навеску 3,2 г перманганата калия растворяют в 1 л дистиллированной воды. Его сохраняют в темной склянке, раствор пригоден для использования спустя 15-20 дней. Рабочий раствор с концентрацией KMnO4 0,01 н приготовляют разбавлением основного раствора в 10 раз.
В коническую колбу объёмом 250 мл налили 100 мл исследуемой воды. Туда же добавили 5 мл раствора Н2SO4(1:2) и прилили 20 мл 0,01Н раствора КМпО4. Колбу накрыли воронкой и  нагрели жидкость до кипения. Кипятили 10 минут, наблюдая за смесью окраски в растворе. При правильной постановке опыта после кипячения жидкость приобретает красноватый оттенок или остаётся окрашенной в фиолетовый цвет.
После кипячения для определения количества КМпО4, израсходованного на окисление органических веществ, применяется метод обратного титрования.
Затем, сняв колбу с плитки, внесли в неё 20 мл 0,01Н раствора щавелевой кислоты Н2С2О4 до появления светло-розовой окраски. Выделившийся атомарный кислород энергично окисляет   щавелевую кислоту.
Содержимое пробы при этом обесцвечивается, щавелевая кислота окисляется атомарным кислородом, который образуется при распаде КМпО4.. Так как частично КМпО4 расходуется на окисление органических веществ в исследуемой пробе, при добавлении 20 мл раствора Н2С2О4 создаётся её избыток. Не доливая бюретку, которая заполнена раствором КМпО4, титруют пробу до появления устойчивой слабо-розовой окраски от одной прибавленной капли КМпО4. О конце реакции  в этом случае можно судить по прекращению обесцвечивания перманганата калия и по окрашиванию пробы в розовый цвет.  Индикатором здесь служит сам раствор КМпО4.  Количество  использованного в двух случаях КМпО4 занесли в таблицу, затем произвели вычисления.

Невель Еменка

Расчет.
Перманганатная окисляемость (по Кубелю), в мг О/л определяется по формуле:
Х = [(A1 + A2)⋅ K – B] ⋅0,01 ⋅81000/ V, где А1 и А2 – количество раствора перманганата, прибавленного в начале и конце определения, мл; К – поправочный коэффициент этого раствора для приведения точно к 0,01 н; В – количество введенного 0,01 н раствора щавелевой кислоты, мл; V – объем пробы, взятой для определения.
Установление нормальности раствора KMnO4.
В коническую колбу наливают 100 мл бидистиллированной воды, прибавляют 10 мл 0,01 н раствора щавелевой кислоты и 5 мл разбавленной серной кислоты. Смесь нагревают до кипения и, слегка охладив (80-90°С), титруют 0,01 н раствором KMnO4 до слаборозовой окраски. Поправка рассчитывается по формуле К = а / v, где v – количество раствора KMnO4 в мл, пошедшего на титрование 10 мл 0,01 н раствора щавелевой кислоты (а).

  1. Результаты исследования.

3.1. Результаты оценки качества воды по организмам макрозообентоса.

Невель Еменка

Невель Еменка

Невель Еменка

Вода на участках №1 и№2 соответствуют средней окисляемости,  а на участке №3 малой окисляемости. Эти данные говорят об умеренной загрязнённости  воды реки Еменка.

4. Поиск путей решения проблемы эвтотрофирования реки Еменка.
В.В. Путин во время своего выступления на генассамблее ООН  ещё в 2016 году сказал очень важные слова  о внедрении в жизнь новейших технологий: «Речь должна идти о внедрении принципиально новых природоподобных технологий, которые не наносят урон окружающему миру, а существуют с ним в гармонии и позволят восстановить нарушенный человеком баланс между биосферой и техносферой. Это действительно вызов планетарного масштаба. Убежден, чтобы ответить на него, у человечества есть интеллектуальный потенциал». Президент предложил комплексно посмотреть на проблемы, связанные с исчерпанием природных ресурсов, разрушением среды обитания, изменением климата.
Известно, что реки являются естественными экосистемами. Процессы эвтотрофирования нарушают естественный ход круговорота веществ в экосистеме. Следовательно, можно с помощью внедрения в экосистему реки определённых  биологических объектов и применения природоохранных мер улучшить её экологическое состояние.
При изучении возможных путей восстановления реки внимание привлёк метод биоманипулирования. Биоманипулирование – это экотехнологическое решение по оздоровлению водоемов, в котором используются манипуляции с трофическими цепями. При низком уровне биогенного загрязнения, в ихтиофауне реки доминируют  хищные рыбы: окунь (Perca fluviatilis) и щука (Esox lucius).  Когда нагрузка возрастает, также увеличивается и биомасса рыб за счёт доли карповых рыб: плотвы (Rutilus rutilus) и леща (Abramis brama). Часть рациона этих рыб составляет зоопланктон, таким образом, увеличивая на него давление, рыбы снижают поедание им фитопланктона. В первую очередь резко снижается численность крупных форм зоопланктеров, являющихся самыми лучшими фильтраторами, таких как, например, виды рода Daphnia. При возникшей конкуренции, окуни обычно не могут достичь размеров хищника и поэтому не могут питаться планктоноядными рыбами. Их рацион продолжает составлять  зоопланктон и бентосные организмы. Как результат уменьшается фильтрационная активность зоопланктона, и в 2-4 раза возрастает биомасса водорослей. Среди представителей зоопланктона наблюдается количественное увеличение мелких форм, которые не способны  питаться крупными представителями фитопланктона.
Повернуть вспять этот процесс можно несколькими путями. Один из них – избирательное удаление планктоноядных рыб. Возможно зарыбление реки хищными видами рыб, в первую очередь щукой. Эффект наступает не сразу, мальки щуки первоначально питаются микроскопическими ракообразными, насекомыми, затем крупными беспозвоночными и только достигнув достаточной длины (примерно 10,1-13,7 см) – рыбами. Для достижения эффекта, зарыбление должно обеспечивать высокую плотность рыб (осуществляться несколько лет подряд).

К числу биологических методов можно также отнести применение биоаугментации – введения группы природных  штаммов  микроорганизмов  или  генноиженерных вариантов в  окружающую  среду с целью достижения ее первоначального состояния, которое было нарушено в результате загрязнения. В качестве примера биоаугментации (внесение специализированных микробных сообществ, усиливающих процессы биодеградации) можно привести отечественную разработку Микрозим™ «Понд Трит». Применение биопрепарата позволяет за один теплый сезон очистить донные иловые отложения, как источник вторичного загрязнения водоема, от гниющего органического вещества. Успевшая образоваться к моменту очистки избыточная биомасса синезеленых водорослей, ряски, тины отмирает естественным образом в течение двух-трех недель и опускается на дно, где ее остатки полностью уничтожаются на дне бактериями биопрепарата, а образовавшиеся при разложении биогенные элементы удаляются, связываются, и конвертируются в питание высших видов водной фауны. Доза препарата составляет от 4 до 5 граммов  на 1 м2 водного зеркала при средней глубине водоема 2-2,5 метра. Данная доза вносится в водоем в течение теплого сезона отдельными дозами с двухнедельными интервалами по следующему графику (на 1 м2 водного зеркала): 1 неделя -2 грамма,  3 неделя -1 грамм, 5 неделя – 0,5 грамма, 7 неделя -0,5 грамма, 9 неделя – 0,2 грамма Обработку водоема биопрепаратом рекомендуется начинать в апреле-мае. Стоимость подобной очистки составит примерно 100 тыс. руб. на 1 га акватории (всего расход составит 3 200 000 рублей).

Еменка фото

Также на российском рынке присутствует препарат МегаБиоРесурс “Роса” для очистки и естественного восстановления всех видов пресноводных акваторий.  Препарат выпускается в виде суспензии.   Микроорганизмы, входящие в состав препарата  МегаБиоРесурс «Роса»,  являются сапротрофными  и используют только неживые материалы для своего роста и развития. Результатом использования препарата является:  расщепление продуктов жизнедеятельности рыб и ракообразных; сокращение донных осаждений; устранение патогенной микрофлоры; сокращение запахов (удаление нитритного и аммиачного азота); снижение уровней нитритов, нитратов, фосфатов; снижение уровня эвтрофикации  водоемов; ускорение разложения опавшей листвы, мертвых рыб и животных; ускоренное разложение отходов для сброса из систем промышленной водоподготовки; улучшение качества воды, сокращение биомассы отходов; сокращение эффекта цветения воды (устраняет питательную среду для сине-зеленых водорослей); регуляция биомассы водорослей, приведение акватории к естественному здоровому состоянию.
Биопрепарат вносится напрямую в акваторию. Для эффективного действия препарата его необходимо применять на постоянной основе, в строгом соответствии с рекомендуемыми дозировками.  При расчете стоимость препарата для восстановления реки Еменка составила   948 480 рублей.

Выводы.
1.Оценка качества воды по организмам макрозообентоса дала следующие результаты: индекс Майера показывает: значения суммы от 11 до 16 баллов говорят об умеренной загрязнённости водоёма (участок №1), значения суммы 17 до 21 говорят о втором классе качества воды (участки №2,№3).
Вода на участках №1 и№2 соответствуют средней окисляемости,  а на участке №3 малой окисляемости. Эти данные говорят об умеренной загрязнённости  воды реки Еменка.
2. Для восстановления экосистемы реки Еменка возможно использование природоподобных технологий: биоманипулирования – дополнительного выпуска в реку рыб, которые могут сдерживать чрезмерное разрастание фитопланктона; биоаугментации – использования специальных биологических препаратов, позволяющих восстановить экологический баланс реки.
В наше время экологические проблемы планеты нарастают как снежный ком. Пока учёные и исследователи ищут способ сохранить воду на планете, каждый из нас должен действовать. Мы можем ответственно отнестись к утилизации мусора, участвовать в экологических акциях,  проектах,  и тогда берега наших рек и озёр станут чистыми. Каждый россиянин должен знать:  вместе мы – сила, способная изменить жизнь к лучшему и сохранить природные богатства нашей страны для следующих поколений.

Литература.

  1. Козлов М.А., Олигер И.М. Школьный атлас-определитель беспозвоночных.- М.: Просвещение, 1991.-207с.: ил.
  2. Латыпова М.М., Смоленская Л.М. Практикум по экологическому мониторингу. Ч.1. Экологический мониторинг гидросферы: учебное пособие/ М.М.Латыпова, Т.М. Смоленская.-Белгород: Изд-во БГТУ, 2008-80с.
  3. Мисейко Г.Н., Безматерных Д.М., Тушкова Г.И. Биологический анализ качества пресных вод / Под ред. Г.Н. Мисейко. Барнаул.: Изд-во АГУ, 2001, 201с.
  4. О.В. Никитин, В.З. Латыпова. Экотехнология восстановления водных объектов. Министерство образования и науки РФ ФГАОУ ВПО «Казанский (Приволжский) федеральный университет» Институт экологии и природопользования Кафедра прикладной экологии. Конспект лекций. –Казань, 2014г,151стр.
  5. Практикум по курсу гидрохимия. Сост. Т.И. Прожорина.-Федеральное агентство по образованию. Воронеж, 2007г.-28с.
  6. Псковско-Чудское озеро и его обитатели: учеб. пособие по биологии для учащихся 8,9,10 классов общеобразовательной школы. / Псковская областная общественная организация «Чудской проект».- Псков: ООО «Псковский посад», 2009.-104с.
  7. Чеснокова, С. М. Биологические методы оценки качества объектов окружающей среды: учеб. пособие. В 2 ч. Ч.1. Методы биоиндикации / С.М.Чеснокова; Владим. Гос. ун-т.- Владимир: Изд-во Владим. гос. ун-та, 2007. -84с.
  8. Чибисова Н.В. Практикум по экологической химии: Учебное пособие/ Калинингр. Ун-т.- Калининград, 1999.-94с.
  9. Озеров А. Г. Исследовательская деятельность учащихся в природе. Учебно-методическое издание.-М.ФЦДЮТиК,216с.,илл.

Интернет-ресурсы

  1. alminda.ru URL: http/alminda.ru …/(дата обращения 20.11.19)
  2. Корпорация интеллект России[Электронный ресурс]. URL: интеллект-россии.рф…/(дата обращения 22.11.19)
  3. technical_translator_dictionary.academic.ru[Электронный ресурс]. URL: http:/ technical_translator_dictionary.academic.ru›14426…/(дата обращения 20.11.19)
  4. АГРОСЕРВЕР.ру [Электронный ресурс]. URL: http:// agroserver.ru›Торговая площадка›…-rosa-dlya-ochistki-i…/(дата обращения 21.11.19)

Поделиться в соц. сетях

Опубликовать в Google Buzz
Опубликовать в Google Plus
Опубликовать в LiveJournal
Опубликовать в Мой Мир
Опубликовать в Одноклассники