Исследовательская работа для учащихся старших классов.

Исследовательская работа   Тема: «Очищение водоемов        микроорганизмами» Оглавление 1 2 Введение                                                                            Основная часть                                                                 I Теоретическая часть исследования                                  1.Понятие о гидробионтах                                              2.Методы биоиндикации                                             II Практическая часть  2.Качество воды и экологическое состояние водоёмов                                                                            3.Выводы Введение Вода   –   источник   жизни.   Основа   всех   процессов   жизнедеятельности   любого   организма.   Вода   в   природе имеется всюду. Она составляет большую часть нашей планеты. Тем самым создавая иллюзию неисчерпаемости водных запасов. Но с каждым годом всё острее становится проблема нехватки пресной воды. Во­первых, пресной воды на Земле   мало,   всего   лишь   2%   всей   воды   Земли.   Во­вторых,   в   быту,   промышленности,   сельском   хозяйстве   человек использует   только   пресную   воду,   что   приводит   к   её   загрязнению.   И   с   каждым   годом   ухудшается   экологическое состояние воды.  Поступающие в водоем загрязнения вызывают в нем нарушение естественного равновесия. Способность водоема  противостоять этому нарушению, освобождаться от вносимых загрязнений и составляет сущность процесса  самоочищения. Самоочищение представляет собой сложный комплекс физических, физико­химических, химических и  биохимических явлений.  Гидродинамические процессы смешения стока с водой водоема во многом определяют интенсивность самоочищения, так как понижают концентрацию загрязнений. К числу физических факторов самоочищения относятся также процессы  осаждения нерастворимых примесей, поступающих в водоем со сточными водами. Физические явления осаждения тесно связаны с жизнедеятельностью гидробионтов — фильтраторов и седиментаторов. Они извлекают из воды огромные  количества взвешенных веществ и выбрасывают непереваренный материал в виде фекальных комочков, легко  оседающих на дно. Еще большее значение имеет процесс образования моллюсками псевдофекалий. Таким образом,  гидробионты ускоряют процессы осаждения, способствуя очистке воды от взвешенных веществ иx осаждению их в  донные отложения.  Окрестности поселка Васильева представлены разными водными объектами – реки, пруды, болота. И мы не испытываем нехватку пресной воды. Но вот в каком состоянии находится вода, которую мы употребляем и используем в своей жизни….   Как происходит самоочищение водоемов.         Цель   исследования    ­   изучение   гидробионтов   и   определение   экологического   состояния   исследуемых водоёмов. Задачи: 1. Изучить литературу о гидробионтах, их роли в природе. 2. Изучить методы определения качества воды с использованием живых организмов. 3. Исследовать гидробионты исследуемых водоёмов. 4.Провести анализ качества воды исследуемых водоёмов с помощью гидробионтов­биоиндикаторов. 5.Определить экологическое состояние исследуемых водоёмов.    Основная часть I Теоретическая часть исследования 1. Понятие о гидробионтах В любом водоеме есть сообщества, которые формируются на подводных камнях,  затопленных корягах. На их поверхностях   поселяются   организмы,   способные   вести   прикрепленный   или   малоподвижный   образ   жизни.   Это водоросли,  мхи,  бактерии,  простейшие,  черви,  моллюски,  ручейники,  личинки  насекомых.  Все  эти  организмы  можно назвать одним словом – гидробионты. Гидробионты — морские и пресноводные организмы, постоянно обитающие в водной среде. К гидробионтам также относятся организмы, живущие в воде часть жизненного цикла ­ земноводные, насекомые. Существуют морские и пресноводные гидробионты. Гидробионты в зависимости от того, в каком слое они живут и способа передвижения подразделяются на: ­ нектон – крупные активно передвигающиеся животные, способные преодолевать течения и большие расстояния. К ним относят рыб, кальмаров,  китов,   ластоногих,  амфибии. ­ планктон – совокупность мелких растений и мелких живых организмов, обитающих на разной глубине и не способных к активным передвижениям. В этой группе выделяют подгруппу – нейстон – образованную личинками животных, временно населяющими   верхний   слой   воды.   Планктон   является   пищей   многих   видов   животных,   населяющих   водную   среду. ­ бентос – представлен совокупностью прикрепленных к дну или медленно передвигающихся по дну организмов. Эта группа   наиболее   разнообразна   на   мелководье.                      В море гидробионты представлены более широко, чем в пресных водоемах. Гидробионты могут жить как в естественной, так и в искусственной среде (промышленное рыбоводство, аквариумистика). Значение гидробионтов в природе велико. Среди   животных­гидробионтов   есть   организмы   с   различным   типом   питания,   но   особую   роль   играют фильтраторы, которые прогоняют через систему специальных микропористых структур (сеточек или сит) значительный объем воды и извлекают из него организмы планктона и частицы мертвого органического вещества. Их способность к очищению воды очень велика. Многие виды дафний в пересчете на одну особь за сутки способны очистить до 1,5 л воды. Фильтрационный тип питания очень экономичен, так как не требует затрат энергии на поиск пищи.  В пресных водах активные биофильтраторы — перловица, беззубка, дафнии и другие беспозвоночные. Большую роль в процессах самоочищения   загрязненных   вод   играют   прибрежно­водные   растения.   К   ним   относятся:   ряска   трехдольная,   камыш озерный, кубышка желтая, водокрас лягушачий, тростник обыкновенный, кувшинка белоснежная, рогоз широколистный, рдест   плавающий,   роголистник   погруженный,   элодея.                        Гидробионты выполняют   роль   биологических индикаторов качества водной среды,   тем самым  определяя экологическое состояние водоёма 2.  Методы биоиндикации Среди методов гидробиологического анализа экологического состояния водных объектов метод биоиндикации занимает одно из важнейших мест. Он основан на способности отдельных видов обитателей  водоёмов ­ биоиндикаторов ­ показывать своим развитием и существованием в воде на ее степень загрязнения, они от­ ражают сложившиеся в водоеме условия среды. Видовой состав и численность обитателей водоема зависят от свойств воды.  1. Биоиндикация качества воды с использованием водорослей.  В качестве индикаторов загрязнения воды органическими веществами используются водоросли. Разработана специальная   шкала,   позволяющая   по   составу   водорослей   оценить   степень   органического   загрязнения:  одни   живут только   в   чистых   водах   и   не   терпят   загрязнения,   другие   обитают   в   условиях   умеренного   загрязнения,   а   третьи предпочитают загрязнённую воду.  Значимость водорослей  Степень   загрязнённости Название водорослей водоёма Чистые водоёмы анабена, диатома Умеренно загрязнённые диатома,   навикула,   кладофора,   улотрикс,   спирогира,   мелозира,   сценедесмус, клостериум Относительно чистые водоёмы хламидомонада, навикула, клостериум  Сильно загрязнённые хлорелла, эвглена зеленая 2. Биоиндикация качества воды по животному населению (индекс Майера). Среди гидробионтов наиболее удачным и надёжным биоиндикатором являются водные животные, особенно беспозвоночные   (это   связано   с   их   продолжительностью   жизненного   цикла   и   оседлым   образом   жизни).   Основу пресноводных   беспозвоночных   гидробионтов   составляют   личинки   насекомых,   которые,   по   сравнению   с   другими гидробионтами, отличаются  повышенной чувствительностью к токсическим воздействиям и другим изменениям среды. Чистые водоемы заселяют пресноводные моллюски, личинки веснянок, поденок, вислокрылок и ручейников, бокоплавы. Они не выносят загрязнения и быстро исчезают из водоема, как только в него попадают сточные воды.  Умеренно   загрязненные   водоемы   заселяют   водяные   ослики,   личинки   мошек   (мокрецов),   двустворчатые моллюски­шаровки, битинии, лужанки, личинки стрекоз и пиявки (большая ложноконская, малая ложноконская).  Чрезмерно загрязненные водоемы заселяют малощетинковые кольчецы (трубочники), личинки комара­звонца (мотыли) и ильной мухи (крыска).  Данная методика подходит для любых типов водоемов. Она более простая и имеет большое преимущество — в ней не надо определять беспозвоночных с точностью до вида. Даёт возможность быстро оценить состояние исследуемого водоёма. Метод основан на том, что различные группы водных беспозвоночных приурочены к водоемам с определенной степенью загрязненности.  Обитатели чистых вод, Х Личинки веснянок  Личинки поденок  Личинки ручейников  Личинки вислокрылок  Организмы средней чувствительности, Y Речной рак  Личинки стрекоз  Обитатели   загрязненных водоемов, Z Личинки комаров­звонцов Пиявки  Личинки комаров­долгоножек  Водяной ослик  Моллюски­катушки Прудовики  Двустворчатые моллюски Моллюски­живородки Личинки  мошки  Малощетинковые Бокоплав      черви Количество найденных групп из первого раздела необходимо умножить на 3, количество групп из второго раздела — на 2, а из третьего — на 1. Получившиеся цифры складывают:      Х*3 + Y*2 + Z*1 = S По значению суммы S (в баллах) оценивают степень загрязненности водоема: • более 22 баллов — водоем очень чистый и имеет 1 класс качества; ­8­ • 17­21 баллов — водоём чистый, имеет 2 класс качества; • 11­16 баллов — умеренная загрязненность водоема, 3 класс качества; • менее 11 — водоем грязный, 4 ­7 класс качества.  Если проводить исследования качества воды регулярно в течение какого­то времени и сравнивать полученные результаты, то с использованием этих методов можно определить, в какую сторону изменяется состояние пруда.  II Практическая часть исследования Эффективные микроорганизмы синтезируют полезные вещества из органических частиц воды или вредных газов (аммиака и сульфидов),  используя солнечный свет и энергию разложения. При этом они также выделяют полезные вещества: аминокислоты, нуклеиновые кислоты,  биоактивные вещества, которые будут стимулировать рост нормальной микрофлоры и подавлять вредную. Тем самым полезные  микроорганизмы воды помогают ограничивать неприятные запахи и предотвращают размножение вредных насекомых и патогенных  бактерий, что в целом способствует очищению водоема. При применении препарата с микроорганизмами полное заселение этими микроорганизмами водоема происходит спонтанно. Они быстро  размножаются и перерабатывают органические соединения, используя вещества для своего роста. Некоторые анаэробные микроорганизмы погружаются на дно водоема и используют ионы водорода, в то время как некоторые фотосинтетические бактерии остаются на  поверхности и используют солнечный свет и высокую температуру водоема или разлагающуюся органику как источники энергии. Кроме  того, они уменьшают отрицательный экологический эффект, вызываемый болезнетворными микроорганизмами.В процессах самоочищения  принимает участие комплекс биоценозов, образованных различными гидробионтами. Большинство из них принимает непосредственное  участие и в освобождении водоема от бактериальных загрязнений, в том числе от патогенных микробов. Механизм антибактериального  действия гидробионтов достаточно разнообразен. Одни из них поглощают бактерии в качестве питания, другие вызывают лизис клетки,  третьи выделяют в среду бактерицидные вещества. Между бактериальным населением и другими гидробионтами складываются  взаимоотношения разного типа. Преобладающими среди них помимо пищевых являются метабиоз и антагонизм.  Антагонистические отношения между водорослями и бактериями обусловлены несколькими причинами. Это может быть конкуренция за  источники азотного питания или то обстоятельство, что в процессе фотосинтеза водоросли подщелачивают среду до рН = 9. Кроме того,  многие водоросли (например, зеленые водоросли Chlorella и Scenedesmus) выделят в среду вещества (метаболиты), обладающие  бактерицидным действием. Установлено, что бактерицидное действие зеленых водорослей распространяется и на бактерии группы Coli, и  на возбудителей многих кишечных инфекций. В уничтожении патогенных бактерий принимают участие н бактериофаги.  В водоемах с богатым микронаселением болезнетворные микробы гибнут скорее, чем в водоемах с незначительным количеством  гидробионтов. Объясняется это действием антагонистических отношений между бактериями и другими микроорганизмами.  В зимних условиях процессы бактериального самоочищения протекают медленнее, и патогенная микрофлора сохраняется в воде дольше,  так как биологические факторы самоочищения при пониженных температурах действуют с малой интенсивностью.  Были исследованы водоемы с применяемым препаратом и без него .В результате с использованным препаратом оказался чище. Индекс  Майера = 12+2+2=17, что соответствует воде второго класса качества, «чистая». 3.Выводы: 1.       Изучив литературу, определил, что гидробионты – это большая группа разных водных организмов, включающих в себя животные, растения, бактерии, грибы. 2.    Для очистки водоёмов  можно использовать препараты с микроорганизмов .  3. Исследования жизни водоёмов определили  уровень загрязненности и методы безопасной очистки.   4. Таким образом, наличие определенного количественного и качественного состава микроорганизмов в различных зонах  санпробности характеризует активность процесса самоочищения водоема