Изучение флоры и качества водной среды
реклама
МОУ лицей «Держава» Научно-исследовательская работа Тема: Изучение флоры и качества водной среды прудов г. Обнинска Выполнила: ученица 10 «А» класса, Юхачёва Дарья Научные руководители: Паршутина Л.А., к.п.н., учитель биологии, лицей "Держава". Шмытов А.А., методист Калужского областного эколого-биологического центра учащихся г. Обнинск, 2007 Содержание Введение .................................................................................................................................................... 3 Основная часть .......................................................................................................................................... 5 1. Топография и гидрология водоёмов ................................................................................................... 5 2. Изучение и сравнение флоры прудов г. Обнинска ............................................................................ 7 2.1. Объект исследования и методика ..................................................................................................... 7 2.2. История изучения флоры Белкинских прудов .............................................................................. 10 2.3. Результаты исследования флоры прудов....................................................................................... 11 3. Изучение качества водной среды прудов г. Обнинска ................................................................... 15 3.1. Изучение органолептических характеристик водной среды прудов .......................................... 15 3.2. Химический анализ воды прудов г. Обнинска ............................................................................. 16 Выводы..................................................................................................................................................... 19 Литература ............................................................................................................................................... 20 Приложения ..............................................................................................Error! Bookmark not defined. 2 Введение В 2002 году с целью экологического воспитания и обучения школьников членами экологобиологического общества «Нити жизни» лицея «Держава» г. Обнинска была создана экологическая тропа «Природа вокруг нас». Тропа была проложена по территории Белкинской усадьбы и близлежащим окрестностям, недалеко от лицея. Старый парк и пруды Белкинской усадьбы расположены у самого города и испытывают на себе сильное влияние антропогенного фактора, прежде всего из-за высокой рекреационной нагрузки. Создавая экологическую тропу, мы хотели обратить внимание школьников на пагубное воздействие человека на природу, призвать их бережно относиться к ней, а также познакомить ребят с разнообразием видов живых организмов различных экосистем и показать их взаимосвязь в природных сообществах. На протяжении четырех лет (2003—2006гг.) мы проводили мониторинг природных объектов на территории тропы, в 2006 году в рамках исследования более подробное внимание было уделено водоёмам усадьбы Белкино, изучению их флоры и качества водной среды. Для сравнения и полноты исследования были взяты Комсомольские пруды, расположенные в «Старом городе». Белкинские и Комсомольские пруды находятся в противоположных частях города: Белкинские – в северном направлении, Комсомольские – в южном. Экологам давно известно, что для сохранения красоты и гармонии в природных сообществах, несущих рекреационную или иную антропогенную нагрузку необходимо поддерживать устойчивость этих сообществ, разумно ограничивая чрезмерное влияние антропогенного пресса. Умеренное, обоснованное вмешательство в естественные биоценозы наоборот, приводит к появлению новых местообитаний для живых организмов, повышает биологическое разнообразие экосистем и, следовательно, привлекательность для рекреации и экологического просвещения и образования. Устойчивость среды обитания водоема зависит от состояния экологического равновесия в нем между живыми организмами и экотопом — абиотической средой обитания, которая характеризуется набором параметров, так называемых абиотических факторов окружающей среды, прямо или опосредовано влияющих на живые организмы. Экологическое равновесие водоема базируется на богатстве его биоты и, следовательно, на многообразии экологических цепей питания в нем. Чем выше биоразнообразие водоёма и полночленность его сообщества, тем полнее разлагаются биогенные вещества, образующиеся как внутри водоема, так и прибывающие в него, тем выше его буферность — устойчивость к внешним воздействиям, нарушающим среду обитания, например, к эвтрофикации. Пруд — это, как правило, искусственный водоем, созданный человеком в определённых целях. У населенных пунктов пруды имеют обычно сразу несколько назначений: рекреация, купание, источник воды для бытовых нужд, разведение рыбы и содержание водоплавающей птицы, водопой скота и пр. Таким образом, пруды изначально обречены на высокую 3 антропогенную нагрузку и обязательно нуждаются в ее оптимизации с целью сохранения здоровой, устойчивой среды обитания живых организмов водоема, что повышает их хозяйственную значимость и привлекательность для человека. Пруды, обычно, характеризуются высокой степенью эвтрофикации и высокой скоростью илонакопления, что обуславливает необходимость их регулярной чистки и мероприятий, снижающих эвтрофикацию. Одним из основных факторов, влияющих на скорость и направление протекания биологических процессов в водоемах, на их продуктивность, является водная растительность. Огромна роль водной растительности в жизни животного населения водоемов: корм для многих обитателей вод, место гнездования водоплавающих птиц и др. Однако при чрезмерном развитии водная растительность играет отрицательную роль. Разросшиеся растения затрудняют отлов рыбы, в зимнее время при гниении вызывают ее «заморы». Ежегодное массовое отмирание растение способствует быстрому заилению водоемов, что ведет к их заболачиванию и обмелению. Зарастание оросительных каналов нарушает их правильную эксплуатацию, вызывает засорение и загрязнение. Даже из приведенных примеров видно, что растения, населяющие водоемы, имеют большое практическое значение и поэтому нуждаются в глубоком и всестороннем изучении. Цель нашей работы: изучить флору сосудистых растений прудов, расположенных в разных частях города Обнинска, как компонент их биоты и оценить их экологическое состояние. Для достижения поставленной цели нам необходимо было решить следующие задачи: 1. Доступными методами изучить топографию исследуемых водоёмов и их с органолептических гидрологические особенности; 2. Изучить флору водоёмов. 3. Определить экологическое состояние водоёмов помощью характеристик; 4. Провести химический анализ воды исследуемых прудов. Для достижения поставленных целей и задач нами использовались следующие методики: – оценка экологического состояния водных объектов по показателям органолептических характеристик воды (Боголюбов, Засько, 1998); – химический анализ воды (Ашихмина, 1984); – оценка экологического состояния водных объектов (Алексеев, 1996); – оценка экологического качества воды (Мансурова, Кокуева, 2001); – флора водоемов (специальные бланки для описания флоры А.В. Щербакова, классификация растений В.Г. Папченкова). 4 Основная часть 1. Топография и гидрология водоёмов Белкинские (Большой и Деревенский) пруды представляют собой единый каскад и расположены на северной окраине в 100 м от города Обнинска, и при этом занимают промежуточное положение между парком усадьбы и селом Белкино (по правому берегу) и новостройками города (по левому берегу). По плотине Деревенского пруда (верхний в каскаде) проходит грунтовая дорога, соединяющая напрямую эту часть города с шоссе, идущим на село Кривское. Недалеко от левого берега также проходит дорога с неинтенсивным движением, от которой пруды отделены полосой пустыря с сильно нарушенным травяным покровом и большими глинистыми проплешинами — результатом недавней работы дорожной техники. Вероятно, глинистая почва берегов, очень слабый водосток ручья, на котором созданы пруды и дорожная пыль способствуют невысокой прозрачности воды этих прудов, примерно 60—70 см. Донный грунт илисто-песчаный. Левые (городские) берега прудов открытые, почти без древеснокустарниковой растительности. Летом 2005 г. пруды были почищены, поэтому растительный покров на прудах сильно пострадал. Размеры Большого пруда: ширина − 75 м, длина − 340 м. Однако он имеет большую ширину почти на всем своем протяжении, в отличие от Деревенского. Берега пологие, растительный покров сильно нарушен, при этом невозможно выделить доминантные виды, за исключением ряски малой, местами обильно покрывающей водную поверхность. На правом, более крутом берегу расположен парк усадьбы. От него спускается небольшой овраг, устье которого образует довольно большой отвершек пруда, существенно увеличивая ширину пруда в этом месте. Размеры Деревенского пруда: ширина − 70 м, длина − 230 м. Берега более крутые, особенно правый, площадь мелководий значительно меньше, чем на Большом пруду. Водная растительность сохранилась, несмотря на чистку этого водоема, однако зарастание незначительно. На правый берег, местами отделенный от села Белкино очень узкой полоской деревьев (преимущественно вязы) выходят деревенские дворы и огороды, дождевые стоки с которых, могут существенно усиливать эвтрофикацию этого водоема. Основные типы местообитаний для растений водоемов — необсыхающие мелководья, берега (узкая полоса по границе суши и воды, обычно в пределах полосы заплеска волн или дневных колебаний уровня воды) и сырые луга на берегах. На большом пруду берег на значительном протяжении представляет собой нарушенные переувлажненные местообитания, еще только заселяемые растениями. Из представителей фауны на прудах обнаружены обычно встречающиеся водные беспозвоночные (водомерки, вертячки, пиявки, моллюски и пр.), состав которых мы не изучали. 5 Из рыб хорошо ловится мелкий серебряный карась, используемый рыболовами в качестве наживки на хищников при ловле в реках. Из млекопитающих видели ондатру. Было выявлено, что основные формы антропогенного воздействия − замусоривание берегов и парка, а также купание и рыбалка с вытаптыванием берегов. Комсомольские (верхний и нижний) пруды расположены у южной окраины города Обнинска в «Старом» городе. Также представляют собой единый каскад на ручье с очень слабым стоком. На левый берег выходят дачи горожан. По плотине верхнего пруда проходит грунтовая дорога для проезда на дачи. Правый берег отделен от города железнодорожной веткой и асфальтированной дорогой с неинтенсивным движением (проезжая часть улицы). Основа механического состава почвы по берегам — хорошо фильтрующий дождевые стоки песок, что вместе с почти ненарушенным травяным покровом берегов обуславливает большую прозрачность воды (более 1м), чем на Белкинских прудах. Размеры верхнего Комсомольского пруда: ширина − 40 м, длина − 150 м, берега крутые, обрывистые, дно каменистое. Площадь мелководья мала, водная растительность занимает полосу не более трёх метров от берега. Берега в основном открытые, только на левом берегу к «голове» пруда подходит сосново-березовая лесополоса с отдельными елями. Там же заметны слабые выходы грунтовых вод. Вся «голова» пруда и примыкающая пойма ручья покрыты тростниковыми зарослями. На берегах проводятся пикники, остается мусор, возможно, моют машины. Для нижнего Комсомольского: ширина − 40 м, длина − 90 м. Правый берег пологий, поросший сосной с примесью березы, левый — крутой с узкой полосой лип, далее расположен дачный кооператив. Дно илистое. Площадь мелководий значительна, водная растительность занимает около 20% площади пруда. Основные типы местообитаний — необсыхающие мелководья, берега и сырые луга на берегах. На левом берегу Верхнего пруда имеются слабые выходы грунтовых вод, а на правом берегу нижнего пруда уже образуется сплавина (растительный ковер, лежащий на поверхности воды, обычно связанный с берегом). Из беспозвоночных представителей фауны кроме обычных обитателей здесь обитает речной рак (верхний пруд). Из рыб: верховка, плотва, карп, карась, окунь. Пруд мало посещается людьми, основная форма антропогенного воздействия − с/х источники загрязнения от дач. 6 2. Изучение и сравнение флоры прудов г. Обнинска 2.1. Объект исследования и методика В нашей работе под флорой прудов г. Обнинска мы понимаем видовой состав травянистых сосудистых растений этих водоемов, т.е. понятие «флора» используется нами в широком, обыденном смысле и выражается аннотированным списком видов. Рассматривать флору прудов г. Обнинска в качестве ботанико-географического понятия, как «парциальную флору» полной территориальной совокупности видов растений (ПТСВР) (Юрцев, Камелин, 1991) мы не имеем права из-за малой протяженности исследуемой территории (небольшой город), которая в свою очередь является лишь некоторой частью естественных физико-географических выделов (Угорско-Протвинская низина — физико-географический район Калужской области, в котором находится г.Обнинск) или достаточно крупных административных единиц (Калужская область), к которым применимы понятия «флора» в ботанико-географическом смысле или «региональная флора» (Словарь, с. 37-38). Таким образом, объект нашего исследования лишь фрагмент (флора прудов г. Обнинска) парциальной флоры (например, флоры водоемов Калужской области или Угорско-Протвинской низины), которая в свою очередь является частью полной территориальной совокупности видов растений (например, флоры Калужской области). При изучении растений водоемов неизбежно возникают трудности с выбором объектов исследования, поскольку: а) Перед исследователями могут стоять различные цели и задачи; б) в состав флоры водоемов входят низшие (водоросли и лишайники) и высшие растения, последние включают в себя бессосудистые (мхи и печеночники) и сосудистые (споровые и цветковые) растения; в) в само понятие «растения водоемов» можно включить только растения, растущие непосредственно в самой воде до ее уреза, дополнительно включить группу береговых растений, обитающих по сырым, заболоченным, не покрытым во время исследования водой местообитаниям, или взять все виды, обитающие на берегах водоемов, включив, например, все виды, встречающиеся на сухих склонах котловины. От решения этого вопроса зависит выбор методики исследования, а, следовательно, время и точность выполненной работы. В настоящее время большинство гидроботаников различают понятия «водная флора» и «флора водоемов» (Лапиров, 2003; Папченков, 2003; Папченков, Щербаков, Лапиров, 2003). Однако трактовка каждого из этих понятий в отдельности значительно варьирует. Обратимся к понятию «флора водоемов», поскольку эта флора является объектом нашего исследования, включая сюда и понятие «флора водотоков». Если с включением водной составляющей флоры или водной флоры во флору водоемов никто из исследователей, спорить не станет, то с определением береговых границ флоры водоемов существуют большие затруднения, впрочем, как и с определением границ самих водоемов. Отсюда возникает важнейший вопрос: Какие виды растений следует включать во флору водоемов, а какие нет? 7 В работе «Основные гидроботанические понятия и сопутствующие им термины» В.Г. Папченкова, А.В. Щербакова и А.Г. Лапирова (2003) понятия «водоем» и «водоток» трактуются следующим образом: «Водоем — скопление бессточных или с замедленным стоком вод в естественных или искусственных впадинах. При этом водная масса и вмещающая ее чаша представляют собой единый природный комплекс»; «Водоток — обобщенное понятие для всех водных объектов, характеризующихся движением воды в направлении уклона в углублении земной поверхности, созданном их деятельностью или человеком…». Эти определения не дают четкого ответа на вопрос: Где заканчивается водоем? Например, пруд: входит ли в эту «чашу» вся котловина пруда? Только обводненная часть до уреза воды? Или до уровня окончания сырых, переувлажненных или так называемых ветландных (по Папченков и др., 2003) участков берега? Следует ли к водотоку, например реке, относить всю пойму или даже долину этой реки? В.Г. Папченков, один из ведущих российских гидроботаников трактует понятие «водоем», используя его в качестве экотопа для растений (флоры) водоемов, следующим образом: «Водоем не кончается на урезе воды — к нему относится и расположенная выше уреза береговая зона, подразделяемая, в свою очередь, на периодически обсыхающую зону затопления и на зону прибоя и заплеска, орошаемую брызгами воды». Зона затопления «тем шире, чем больше амплитуда колебания воды (приливы, отливы, подъем от нагонных ветров и от сезонных колебаний стока на площади водосбора). Другим обстоятельством, определяющим ширину зоны затопления, является отлогость берега. В пределах зоны затопления условия постепенно меняются — от низших точек, почти все время находящихся под водой до, высших, затопляемых редко и ненадолго. Эта смена условий хорошо отражается растительным покровом, образованным смесью растений водяных (переносящих временное обсыхание), земноводных и наземных». Таким образом, мелководная прибрежная зона и береговая зона затопления являются тем местом, где водные макрофиты проникают на сушу, а растения суши — в водную среду» (Папченков, 2003, с. 24). То есть, флора водоемов или водных объектов какой-либо территории есть суммарный перечень видов растений водоемов этой территории и включает в себя как водную составляющую флоры, так и береговую, в пределах зоны затопления. Отсюда опять напрашивается вопрос: Где и как, провести береговую границу этой зоны затопления на конкретном водоеме при исследовании его растений? Мы решили этот вопрос следующим образом: на водоеме мы учитывали только так называемые виды-индикаторы водоема, которые закономерно встречаются только в водной среде водоема и по ветландным местообитаниям на его берегах, включая переувлажненные, заболоченные, мокрые, сырые и т.п. местообитания. При этом данные виды в нашем регионе практически не должны встречаться в других, более сухих местообитаниях, как у самого 8 водоема, так и в других экотопах. Такой подход к изучению флоры водоемов или водных объектов дает возможность, во-первых, отграничить наш предмет исследования от случайно попавших в зону затопления представителей «сухопутной флоры», исследовать которую логичнее в других экотопах, а, во-вторых — вовлекать в исследование виды сырых переувлажненных местообитаний водоема, грунт которых может быть и не покрыт в момент исследования водой, но вполне может иметь капиллярную связь с водой водоема через почву и регулярно подтапливается в зависимости от погодных условий. И эти виды могут то входить, то не входить во флористические списки водных объектов в рамках других методик исследования. Кроме того, эти местообитания в других экотопах (лесах, балках, лугах и др.) представляют собой переходный к водоемам тип местообитаний, генетически связанный с ними. Они либо были водоемами в прошлом, либо, при дальнейшем воздействии факторов среды могут стать ими в будущем, не даром этот тип местообитаний носит название «эфемерные водоемы» (Щербаков, 2003) или «временные водоемы» (Папченков, Щербаков, Лапиров, 2003); в соответствии с вышеизложенными принципами, нашими знаниями и навыками объектом исследования в данной работе является флора травянистых сосудистых растений прудов г. Обнинска. Для краткой характеристики экологических особенностей исследуемых видов, в аннотированном списке видов мы использовали классификацию В.Г. Папченкова (2003) с некоторыми изменениями в соответствии с нашими взглядами применительно к данной работе: Экологическая группа Истинно-водные растения или «Гидрофиты» П/г. 1. Гидрофиты, свободно плавающие в толще воды. П/г. 2. Погруженные укореняющиеся гидрофиты. П/г. 3. Укореняющиеся гидрофиты с плавающими на воде листьями. П/г. 4. Гидрофиты, плавающие на поверхности воды. Экогруппа Прибрежно-водные растения П/г. 5. «Гелофиты» или воздушно-водные растения. П/г. 6. «Гигрогелофиты» или растения уреза воды. Экогруппа Заходящие в воду береговые (околоводные) растения П/г. 7. «Гигрофиты». Флора прудов изучалась нами путем прохода вдоль всей их береговой линии (из-за небольшой площади мелководий этих водоемов лодка не понадобилась). Флористические описания производились на специальных бланках, разработанных А.В. Щербаковым, сотрудником кафедры высших растений Московского университета, и немного скорректированных применительно к условиям нашей работы, с небольшим изменением списка флоры по сравнению с Московской областью (Щербаков, 1990). Это дало экономию времени при проведении исследований и обработки их результатов. 9 Сбор растений производили по общепринятым методикам, используя, где необходимо специальные грабельки для извлечения водных растений. Определение растений проводилось как по общефлористическим определителям (Маевский, 1964; Определитель…, 1995), так и по специализированным (Лисицына и др., 1993, Определитель… по вегетативным признакам, 2000). При анализе материала для оценки встречаемости видов на водоемах мы использовали простейшую шкалу: «единично» — вид отмечен в одном месте на водоеме; «редко» — отмечен всего 2—3 раза на водоеме, значительных группировок на образует; «нередко» — промежуточная категория между «редко» и «часто», определённая нами опытным путём при картировании размещения видов на водоеме; «часто» — встречен во многих местах на водоеме или в какой-то одной его части, но образует крупную группировку в виде зарослей (тростник или рогоз, часто образуют заросли в «голове» прудов). Отметили также доминанты (растения, образующие заросли, являющиеся фоновыми видами). 2.2. История изучения флоры Белкинских прудов В 1885 г. вышла в свет работа «Сборник сведений о флоре Средней России» Василия Яковлевича Цингера, который предварительно "В ответ на циркулярные приглашения к собиранию растений, разосланные чрез посредство господ губернаторов, директоров гимназий и училищ, земских управ и пр." из Калужской губернии получил 23 коллекции, общим объемом около 4000 образцов. Среди них была относительно скромная коллекция (95 видов) С.Н. Никитина из окрестностей с. Белкино Боровского уезда. Многие образцы, присланные В.Я. Цингеру, до сих пор хранятся в гербарии имени Д.П. Сырейщикова Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова, сохранились там и сборы господина Никитина. Из них к флоре водоемов можно отнести следующие виды: Alopecurus aequalis Sobol. (лисохвост равный); Glyceria fluitans (L.) R. Br. (манник плавающий); Carex vulpina L. (осока лисья); Eleocharis palustris (L.) Roem. et Schult. (болотница болотная); Lemna minor L. (ряска малая); Epilobium hirsutum L. (кипрей волосистый). Кроме того, в гербарии КГПУ им. К.Э. Циолковского хранится студенческий сбор Phragmites australis (Cav.) Trin. ex Steud. (тростник обыкновенный), собранный на пруду в с. Белкино, а в гербарии Главного ботанического сада РАН — сбор Impatiens glandulifera Royle (недотрога железистая). Оба сбора датированы 1983 годом. 10 Из перечисленных видов растений на Белкинских прудах мы не обнаружили два вида: лисохвост равный, осока лисья. Тростник обыкновенный и манник плавающий обнаружены нами только на Комсомольских прудах, на Белкинских они отсутствуют, вероятно, из-за очистки этих прудов в 2005 году. 2.3. Результаты исследования флоры прудов Вначале мы исследовали флору Белкинских прудов, в результате чего было обнаружено 50 видов: из них 9 видов истинно-водных, 8 видов прибрежно-водных и 33 вида заходящих в воду, береговых (гигрофиты) растений, из них доминирующими видами в воде являются: рдест Берхтольда, рдест плавающий, ряска малая. Близ уреза воды — частуха подорожниковая, у воды по берегу — леерсия рисовидная, выше — манник складчатый и зюзник европейский (таблица № 1). Таблица № 1 Видовое разнообразие растений Белкинских прудов № п/п 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22 23. 24. 25. 26. 27. 28. 29. 30. 31. Название Болотница болотная (Eleocharis palustris) Вербейник монетчатый (Lysimachia nummularia) Вербейник обыкновенный (Lysimachia vulgaris) Вероника поручейная (Veronica beccabunga) Горец земноводный (Polygonum amphibium) Горец перечный (Polygonum hydropiper) Двукисточник (Digraphis arundinacea) Ежеголовник прямой (Sparganium erectum) Жерушник болотный (Rorippa palustris) Жерушник лесной (Rorippa sylvestris) Зюзник европейский (Lycopus europaeus) Камыш лесной (Scirpus sylvaticus) Кипрей волосистый (Epilobium hirsutum) Кипрей железистостебельный (Epilobium ciliatum) Леерсия рисовидная (Leersia oryzoides) Лисохвост коленчатый (Alopecurus geniculatus) Лютик ползучий (Ranunculus repens) Лютик ядовитый (Ranunculus sceleratus) Манник большой (Glyceria maxima) Манник складчатый (Glyceria plicata) Многокоренник обыкновенный (Spirodela polyrhiza) Мягковолосник водный (Myosoton aquaticum) Мята полевая (Mentha arvensis) Недотрога железистая (Impatiens glandulifera) Недотрога обыкновенная (Impatiens noli-tangere) Незабудка болотная (Myosotis palustris) Омежник водный (Oenanthe aquatica) Паслен сладко-горький (Solanum dulcamara) Подмаренник болотный (Galium palustre) Подмаренник топяной (Galium uliginosum) Поручейница водная (Catabrosa aquatica) Большой пруд Деревенский пруд + + + + + + + + + + + Нередко Редко Редко Единично Нередко Часто Нередко Редко Редко Единично Часто/Доминирует Часто Часто Нередко + + + + + + + Часто/Доминирует Единично Часто Редко Редко Часто/Доминирует Нередко + + Редко Редко Редко Редко Единично Нередко Редко Редко Редко Единично + + + + + + + + + + + + + + + + Встречаемость + + + + + 11 32. Рдест Берхтольда (Potamogeton berchtoldii) + 33. 34. 35. Рдест курчавый (Potamogeton crispus) Рдест волосовидный (Potamogeton trichoides) Рдест плавающий (Potamogeton natans) + + + 36. 37. Рогоз широколистный (Typha latifolia) Роголистник темно-зеленый (Ceratophyllum demersum) Ряска малая (Lemna minor) + + 38. + Ситник жабий (Juncus bufonius) Ситник развесистый (Juncus effusus) Ситник сплюснутый (Juncus compressus) Ситник членистый (Juncus articulatus) Сушеница топяная (Gnaphalium uliginosum) Таволга вязолистная (Filipendula ulmaria) Частуха подорожниковая (Alisma plantago-aquatica) Череда олиственная (Bidens frondosa) Череда поникшая (Bidens cernua) Череда трехраздельная (Bidens tripartita) Чистец болотный (Stachys palustris) Элодея канадская (Elodea canadensis) 39. 40. 41. 42. 43. 44. 45. 46. 47. 48. 49. 50. + + + + + + + + + + + + + + + + Часто/Доминирует (местами) Нередко Редко Часто/Доминирует (у плотины) Часто Часто Часто/Доминирует (на Большом пруду) Редко Редко Нередко Нередко Единично Редко Часто/Доминирует Часто Нередко Часто Редко Нередко Таким образом, только на Белкинских прудах встречаются следующие виды: жерушник лесной, манник большой, омежник водный, незабудка болотная, подмаренник топяной, рдест волосовидный, р. плавающий, ситник развесистый, сушеница топяная, чистец болотный, недотрога обыкновенная, н. железистая. Следующим этапом нашей работы было изучение флоры Комсомольских прудов. Было обнаружено 46 видов: из них 7 видов истинно-водных, 10 видов прибрежно-водных растений и 29 видов заходящих в воду, береговых (гигрофиты) растений, из них доминирующими видами в воде являются: рдест курчавый, роголистник темно-зеленый, элодея канадская. Близ уреза воды — манник плавающий, рогоз широколистный, тростник обыкновенный; у воды по берегу — леерсия рисовидная, выше — манник складчатый, камыш лесной и зюзник европейский (таблица № 2). Таблица № 2 Видовое разнообразие растений Комсомольских прудов № п/п 1. 2. 3. 4. 5. 6. Название Аир обыкновенный (Acorus calamus) Болотница болотная (Eleocharis palustris) Вербейник монетчатый (Lysimachia nummularia) Вербейник обыкновенный (Lysimachia vulgaris) Вероника поручейная (Veronica beccabunga) Горец земноводный Комсомольский верхний пруд Встречаемость + Комсомольский нижний пруд + + + + Редко + + Редко Редко Нередко Единично + + Редко 12 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. (Polygonum amphibium) Горец перечный (Polygonum hydropiper) Двукисточник (Digraphis arundinacea) Ежеголовник прямой (Sparganium erectum) Зюзник европейский (Lycopus europaeus) Камыш лесной (Scirpus sylvaticus) Кипрей болотный (Epilobium palustre) Кипрей волосистый (Epilobium hirsutum) Кипрей железистостебельный (Epilobium ciliatum) Леерсия рисовидная (Leersia oryzoides) Лютик ползучий (Ranunculus repens) Лютик ядовитый (Ranunculus sceleratus) Манник складчатый (Glyceria plicata) 19. Манник плавающий (Glyceria fluitans) 20. Многокоренник обыкновенный (Spirodela polyrhiza) Мягковолосник водный (Myosoton aquaticum) Мята полевая (Mentha arvensis) Мятлик болотный (Poa palustris) Осока вздутая (Carex rostrata) Осока ложносытевидная (Carex pseudocyperus) Паслен сладко-горький (Solanum dulcamara) Подмаренник болотный (Galium palustre) Полевица побегообразующая (Agrostis stolonifera) Поручейница водная (Catabrosa aquatica) Рдест Берхтольда (Potamogeton berchtoldii) Рдест курчавый (Potamogeton crispus) 21. 22. 23. 24. 25. 26. 27. 28. 29. 30. + + Нередко Редко Единично + + + + Часто/Доминирует + + Часто/Доминирует (местами, на верх.пруду) Единично + + Редко + Редко + + Часто/Доминирует + + + Редко Единично + + + + + Часто/Доминирует (ниж.пруд) Нередко (верх. пруд) Часто/Доминирует (ниж. пруд) Часто + + Единично + + + + + + Редко Редко Единично Нередко + Редко + Редко + Редко + Редко + Нередко + 32. Рогоз широколистный (Typha latifolia) + + 33. Роголистник темно-зеленый (Ceratophyllum demersum) Ряска малая (Lemna minor) Сердечник зубчатый (Cardamine dentata) Ситник сплюснутый (Juncus compressus) + + Часто/Доминирует (ниж. пруд) Нередко (верх. пруд)/ Часто / Доминирует (на ниж. пруду) Часто/Доминирует + + + Часто Единично + + Редко 31. 34. 35. 36. + + 13 37. 38. 39. 40. 41. 42. 43. 44. 45. 46. Ситник членистый (Juncus articulatus) Таволга вязолистная (Filipendula ulmaria) Тростник обыкновенный (Phragmites australis) Частуха подорожниковая (Alisma plantago-aquatica) Череда олиственная (Bidens frondosa) Череда поникшая (Bidens cernua) Череда трехраздельная (Bidens tripartita) Шлемник обыкновенный (Scutellaria galericulata) Щавель водный (Rumex aquaticus) Элодея канадская (Elodea canadensis) Редко + + Редко + + Часто/Доминирует в голове пруда Нередко + + + + + Нередко Нередко Часто + + Редко + + + Редко Часто/Доминирует + + Анализируя полученные данные, мы выяснили, что только на Комсомольских прудах встречаются следующие виды: аир обыкновенный, кипрей болотный, манник плавающий, сердечник зубчатый, шлемник обыкновенный, полевица побегообразующая, мятлик болотный, осока вздутая, о. ложносытевидная, тростник обыкновенный, щавель водный. Таким образом, к флоре травянистых сосудистых растений прудов г. Обнинска по нашим данным относится 61 (всего 65) вид, относящихся к 42 (43) родам 26 (27) семейств, еще 4 вида были обнаружены на других водоемах: осока черная (Carex nigra) и бутерлак портулаковый (Peplis portula) — в маленькой копани в северной части Белкинского парка; ситник нитевидный (Juncus filiformis) и лютик жгучий (Ranunculus flammula) — в сырых колеях, лужах и вымочках (эфемерные, временные водоемы) парка. Среди них 41 гигрофит, 10 гигрогелофитов, 5 гелофитов, 9 гидрофитов (Словарь, с. 37-38). В целом, с учетом нашего опыта (Шмытов, 2003), видовое разнообразие этой группы растений в г. Обнинске нельзя назвать богатым. Причины по нашему мнению здесь следующие: 1. Все 4 пруда, исследованные нами относительно небольшого размера и находятся на значительно возвышенной местности и некотором удалении от источника диаспор новых видов — долины крупной реки Протвы (2—4 км) и экранированы самим городом, его окраинами, сельхозугодиями и, местами, лесом. Водотоки (ручьи), на которых созданы пруды, имеют очень слабый сток, временами прекращающийся. 2. Пруды, особенно Белкинские, испытывают большую рекреационную и др. антропогенные нагрузки. В результате — вытаптывание берегов, повышенная эвтрофикация и заиливание, что делает эти водоемы непригодными для обитания редких, уязвимых, требовательных к чистоте среды видов (кувшинка (Nymphaea), повойнички (Elatine) и др.). 3. Белкинские пруды в 2005 г. были основательно почищены, что, вероятно, привело к выпадению из флоры некоторых часто встречающихся видов, например, тростника и некоторых обычных прибрежных осок (осока острая (Carex acuta), о. пузырчатая (C. 14 vesicaria), о. лисья (C. vulpina)). Особенно сильно пострадала флора «Большого», нижнего пруда, даже доминанты среди прибрежных растений выделить невозможно. Сейчас его флора намного беднее флоры верхнего, Деревенского пруда. 4. Изложенные нами причины, а также практически отсутствие заметных выходов грунтовых вод (лишь на верхнем Комсомольском сочащийся ключик в «голове», у левого берега), довольно крутые берега прудовых котловин и небольшая площадь мелководья и ветландов по берегам (особенно на верхнем Комсомольском) обусловили и небогатый набор типов местообитаний видов. Отсутствуют, например, ключевые болота. 5. Некоторые виды во время исследования находились в латентном состоянии, например, в виде банка семян из-за каких-то неблагоприятных условий, в том числе из-за чистки прудов и поэтому мы их не обнаружили. 3. Изучение качества водной среды прудов г. Обнинска 3.1. Изучение органолептических характеристик водной среды прудов Люди издревле селились около открытых источников воды, т. к. знали, что без воды нет жизни. Со временем потребление человечеством природной воды неуклонно возрастало. Люди стали использовать воду для самых разнообразных целей – для домашних нужд; во всех отраслях промышленности; для отдыха, в т.ч. купания, рыбалки; для полива и орошения в сельском хозяйстве. Такая интенсивная эксплуатация природных объектов и недостаточная очистка сточных вод привели к деградации водных ресурсов. Сегодня качество воды во многих районах Земли оставляет желать лучшего. В 2006 году нами было изучено экологическое состояние 4 водоёмов, при этом 2 из них (Белкинские пруды) были почищены в 2005–2006 гг. По методике А. С. Боголюбова и Д. Н. Засько мы проводили первичную оценку качества воды в водоеме, определяли органолептические характеристики воды: мутность, цветность, запах. При определении запаха мы наливали 100 мл исследуемой воды в колбу с широким горлом вместимостью 150–200 мл. Затем закрывали притертой пробкой, встряхивали вращательным движением, открывали пробку и быстро определяли характер и интенсивность запаха. Если же запах сразу не ощущался, то опыт проводился другим способом: воду в колбе нагревали на водяной бане до 60 0C, в этом случае запах становился более интенсивным. Интенсивность запаха определялась по пятибалльной системе. При определении цвета мы наливали в пробирку из бесцветного стекла по 10 мл исследуемой воды и проводили сравнение с аналогичным столбиком дистиллированной воды сбоку и сверху, а затем при сравнении выбирали наиболее подходящий оттенок из списка приведённого в методике. 15 Для определения мутности воды мы заполняли пробирку водой до высоты 10–12 см. Определяли мутность воды, рассматривая пробирку сверху на тёмном фоне при достаточном боковом освещении. Затем выбирали наиболее подходящую мутность из приведённого списка в методике. На основании полученных данных, мы сделали анализ воды прудов города Обнинска по органолептическим характеристикам. Полученные результаты были занесены в таблицу 3. Таблица № 3 Органолептические оценки качества воды прудов г. Обнинска в 2006 году Характеристика Запах 1.Характер 2.Интенсивность Цветность Мутность Большой пруд Землистый Очень слабый (1 балл) Светло-желтоватая Опалесцирующая Деревенский пруд Землистый Заметный (3 балла) Жёлтая Слабо-мутная Верхний Комсомольский пруд Землистый Заметный (3 балла) Жёлтая Слабо-мутная Нижний Комсомольский пруд Неопределённый Жёлтая Слабо-мутная Таким образом, органолептическая оценка показала, что качество воды на всех прудах удовлетворительное, а наиболее чистым из обследованных водоёмов г. Обнинска является Большой пруд. Можно заметить, что очистка этого водоёма проходила до середины лета 2005 года, возможно, поэтому запах, мутность и цветность водоёма стали незначительными. 3.2. Химический анализ воды прудов г. Обнинска После изучения органолептических характеристик качества воды был исследован химический состав воды по методике Т.Я. Ашихминой. С 4 водоёмов были взяты пробы воды, а затем с использованием различных реактивов проводилось исследование каждой пробы. Мы провели качественный анализ воды на содержание некоторых ионов в исследуемых прудах ( Ca 2 , SO42 Fe2 Fe3 , Cl , СО32 ) и определили pH среды. Опыт 1. Определение воды на ион кальция. Для этого мы в пробирку с исследуемой водой прибавляли 2–3 капли реактива щавелевого аммония. Известно, что в присутствии этого реактива ион кальция выпадает в виде белого мелкокристаллического осадка, который растворим в сильных минеральных кислотах: соляная (HCl), азотная (HNO3), но не растворим в уксусной кислоте (СН3СООН). Ожидаемого белого осадка не наблюдали. Опыт 2. Определение на сульфат-ион. Известно, что при взаимодействии хлорида бария ( BaCl2 ) с сульфат-ионом выпадает белый осадок сульфат бария (BaSO4), который не растворяется в кислотах. Ожидаемый белый осадок из четырех исследуемых водоемов наблюдали только в пробах воды Комсомольских прудов. Опыт 3. Определение воды на ион хлора. Для этого мы в пробирку отбирали 5 мл исследуемой воды и добавляли 3 капли 10%-ного раствора нитрата серебра (AgNO3). Известно, 16 что при взаимодействии нитрата серебра с ионом хлора выпадает белый творожистый осадок хлорид серебра (AgCl). Он нерастворим в азотной кислоте (HNO3), но растворим в растворе гидроксида аммония (NH4OH). Приблизительное содержание хлоридов определяют по осадку или помутнению. В результате нашего опыта в пробах воды Комсомольских прудов был обнаружен белый объемистый осадок с примерной концентрацией более 100 мг/л. Опыт 4. Определение воды на карбонат-ион. Для этого мы в пробирку наливали анализируемую воду и добавляли к ней 5–6 капель фенолфталеина. Если при этом окраска не появляется, то считается, что карбонат-ионы отсутствуют. В нашем опыте мы наблюдали розовую окраску только в пробе из нижнего Комсомольского пруда. Это свидетельствует о наличии в воде карбонат-ионов. Опыт 5. Определение воды на ионы железа (двухвалентого и трехвалентного). Известно, что при взаимодействии двухвалентного железа с железосинеродистым калием (K4[Fe(CN)6]) выпадает синий осадок турнбулевой сини (Fe3[Fe(CN)6]2), а при взаимодействии трехвалентного железа с гидроксидами натрия и калия (NaOH, KOH), а также с гидроксидом аммония (NH4OH) выпадает красно-бурый осадок гидроксид железа (III) (Fe(OH)3), растворимый в кислотах, но не растворимый в щелочах. Ожидаемых осадков не наблюдали. Опыт 6. Определение кислотности воды. Наиболее характерный интервал значения рН для природных вод составляет 6,0–8,0. При определении рН мы использовали химический стакан, универсальную индикаторную бумагу и шкалу. При этом в стакан с налитой исследуемой водой погружался кончик индикаторной бумаги, после чего полоска бумаги сравнивалась с цветом шкалы: розово-оранжевый цвет – рН около 5; светло-жёлтый – 6; светло-зеленый – 7; зеленоватоголубой – 8. Опыт показал, что кислотность воды всех исследуемых прудов слабокислая, а на нижнем Комсомольском – нейтральная. Результаты исследования для сравнения были занесены в таблицу (таблица № 4) 17 Таблица № 4 Химический анализ воды прудов г. Обнинска в 2006 году Определяемые ионы Большой пруд Деревенский пруд Ca2+ SO Не обнаружен Не обнаружен Не обнаружен Не обнаружен Cl Не обнаружен Не обнаружен CO32 Не обнаружен Не обнаружен Верхний Комсомольский пруд Не обнаружен Наблюдали белый осадок Белый осадок с концентрацией более 100 мг/л Не обнаружен Fe2+/Fe3+ pH Не обнаружен 6 Не обнаружен 6 Не обнаружен 6 2 4 Нижний Комсомольский пруд Не обнаружен Наблюдали белый осадок Белый осадок с концентрацией более 100 мг/л Наблюдали розовую окраску воды Не обнаружен 7 На основании полученных данных можно сделать вывод, что у трех исследуемых прудов вода – слабокислая, а в нижнем Комсомольском пруду – нейтральная, при этом в пробах воды двух исследуемых Комсомольских прудов были обнаружены ионы хлора (с примерной концентрацией более 100 мг/л), сульфат-ионы и карбонат-ионы. Это свидетельствует о том, что вода Комсомольских прудов обладает несколько большей жесткостью, чем вода Белкинских прудов. 18 Выводы 1. Изучение топографии и гидрологии исследуемых природных объектов, показало, что водоемы, расположенные в разных частях города (северном и южном), имеют отличие во флоре и фауне, а также отличительные черты качества водной среды. 2. В результате проведенных исследований было выявлено, что на четырех изученных прудах г. Обнинска произрастает 62 вида травянистых сосудистых растений, при этом на Белкинских прудах – 50 видов, на Комсомольских — 46 видов. Относительно невысокое видовое богатство исследуемых водоемов, по нашему мнению, обусловлено их малыми размерами, удаленностью и экранированностью от более крупных водоемов и водотоков — источников диаспор растений, слабостью водотоков, на которых созданы эти пруды, повышенной антропогенной нагрузкой, недавней чисткой Белкинских прудов, небольшой площадью мелководья и небогатым набором типов местообитаний видов. Белкинские и Комсомольские пруды имеют заметные отличия во флоре. На Белкинских прудах произрастает 12 видов, которые не встречаются на Комсомольских прудах, при этом на Комсомольских прудах обнаружено 11 видов, которые мы не встретили на Белкинских прудах. Среди них впервые для бассейна р. Протвы в Калужской области на нижнем Комсомольском пруду обнаружен аир обыкновенный (Acorus calamus L.). 3. Наблюдения за качеством воды прудов города Обнинска с помощью органолептических характеристик (мутность, цветнось, запах), показали, что в 2006 году состояние прудов – удовлетворительное, а наиболее чистым из обследованных водоёмов является Большой пруд. 4. Проведенный химический анализ воды у четырех исследуемых водоемов показал, что в трех (Болшой пруд, Деревенский пруд, верхний Комсомольский пруд) – вода слабокислая, а в одном (нижнем Комсомольском пруду) – нейтральная. В пробах воды двух исследуемых Комсомольских прудов были обнаружены ионы хлора (с примерной концентрацией более 100 мг/л), сульфат-ионы и карбонат-ионы, чего не обнаружено в Белкинских прудах. По изучению флоры прудов г. Обнинска были проведены беседы для учащихся. Для сохранению Белкинских водоёмов в осенний период были проведены десанты по очистке берегов от мусора, а также экскурсии для учащихся по изучению флоры и экосистем водоемов (видеофильм прилагается). Мы считаем, что для более полного выявления видового состава данной экологической группировки растений и изучения особенностей экологии конкретных видов в г. Обнинске необходим ежегодный мониторинг на исследуемых прудах и в долине р. Протвы. Поэтому в следующем году мы планируем продолжить изучение флоры водоемов и расширить объем исследования, включив в него реку Протву. По окончании исследований гербарный материал будет передан краеведческому музею г. Обнинска, а результаты исследований переданы в МГУ им. Ломоносова. 19 Литература 1. Алексеев С.В., Груздева Н.В., Муравьев А.Г., Гущина Э.В. Практикум по экологии: Учебное пособие / Под ред. С.В. Алексеева. – М.: АО МДС, 1996. – 192 с. 2. Воронкина Н.В. Аир болотный в Калужской области // Природа и история Поугорья. Краеведческие очерки. Вып.2. — Калуга: Полиграф-Информ, 2001. — С. 57—59. 3. Козлова Т.А., Сивоглазов В.И. Растения водоёма: учебное методическое пособие для младших школьников и средних классов. – М.: Эгмонт Россия Лтд; 2000. – 54с. 4. Коробейникова Л.А., Воробьев Г.А. и др. // Изучаем водоемы: как исследовать озера и пруды – Вологда: ВГПИ, изд-во Русь, 1994. – 148с. 5. Лапиров А.Г. Экологические группы растений водоемов // Гидроботаника: методология, методы: Материалы Школы по гидроботанике (п. Борок, 8—12 апреля 2003 г.). — Рыбинск: ОАО «Рыбинский Дом печати», 2003. — С. 5—22. 6. Ларина Т.Н., Бровкина В.Г. и др. // Обнинск: История города и края с древнейших времён до наших дней / Под ред. Т.Н. Лариной. – Обнинск: Принтер, 2001. – С. 23–26 7. Майоров С.Р., Волоснова Л.Ф., Дараган Е.А. Новые флористические находки в Калужской области // Бюл. МОИП. Отд. биол. — 1993. — Т. 98. — Вып. 6. — С. 118—122. 8. Методика рекогносцировочного обследования малых водоёмов: Методическое пособие / А.С. Боголюбов, Д.Н. Засько. – М.: Экосистема, 1998. – 13с. 9. Новиков В.С., Губанов И.А. Школьный атлас-определитель высших растений: Кн. для учащихся. – М.: Просвещение, 1985. – 239с. 10. Определитель сосудистых растений Центра Европейской России / И.А. Губанов, К.В. Киселева, В.С. Новиков, В.Н. Тихомиров. – М.: Аргус, 1995. – 559с. 11. Папченков В.Г., Щербаков А.В., Лапиров А.Г. Основные гидроботанические понятия и сопутствующие им термины // Гидроботаника: методология, методы: Материалы Школы по гидроботанике (п. Борок, 8—12 апреля 2003 г.). — Рыбинск: ОАО «Рыбинский Дом печати», 2003. — С. 27—38. 12. Школьный экологический мониторинг. Учебно–методическое пособие / Под ред. Т.Я. Ашихминой. – М.: АГАР, 2000. – 386с. 13. Шмытов А.А. Флора водоемов бассейна реки Оки (Калужская область) // Труды регионального конкурса научных проектов в области естественных наук. Вып. 4. — Калуга: Издательский дом "Эйдос", 2003. — С. 191—205. 14. Щербаков А.В. Изучение и анализ региональных флор водоемов // Гидроботаника: методология, методы: Материалы Школы по гидроботанике (п. Борок, 8—12 апреля 2003 г.). — Рыбинск: ОАО «Рыбинский Дом печати», 2003. — С. 56—69. Юрцев Б.А., Камелин Р.В. Основные понятия и термины флористики: Учеб. пособ. по спецкурсу. — Пермь: Перм. ун-т, 1991. — 80 с. 20
