Структура Требования к содержанию Титульный лист

1   2   3   4   5   6

Биоиндикационные методы наблюдения за водоёмом


Об изменении условий обитания в водоемах судят по изменению видового состава фитопланктона (водорослей). В ответ на неблагоприятные воздействия содержание хлорофилла у водорослей снижается. Об этом можно судить по изменению цветности и мутности водоёма (точные показатели измеряются на " спектрофотометрических приборах). Индикаторами загрязнений служат диатомовые водоросли, а также эвгленовые (астазиевые, паранема, хризококкус). При этом меняется как структура скелета диатомовых водорослей, так и общий видовой состав всех водорослей водоёма. Некоторые из макроводорослей (Cladophera) способны адсорбировать вредные вещества в больших количествах. В результате меняется их окраска (буреют) и появляется резкий запах, часто присущий адсорбированному веществу. Поглощенные водорослями метаболиты и токсины являются источником интоксикации рыб.

Насыщенность водоемов водорослями определяется по биомассе. Нужно помнить, что продуктивность в разных слоях водоёма будет разной. Общую численность фитопланктона подсчитывают в величинах клеток на 1 литр (кл/л) или в мг/м (по сухому весу).

Методика отбора проб: объем' воды из водоёма 0,7-1л фиксируется раствором Люголя (J+KJ+50/o спирт этиловый). Пробы концентрируются дважды отстойным методом до 10 мл. Крупные водоросли просчитываются на предметном стекле под микроскопом при увеличении объектива (х40) в объёме воды 0,1 мл, мелкие - 4-8 раз в объёме 0,001 мл.

Определение сухого веса водорослей.

Определённый объём (например, 1мл) сконцентрированной биомассы осаждают центрифугированием при 4000 об/мин на любой центрифуге (настольной, лабораторной), помещают в предварительно взвешенные стеклянные бюксы и высушивают в сушильном шкафу при 60 ˚С до постоянного веса (до тех пор, пока вес не перестанет уменьшаться). Вес пустых бюксов записывают до высушивания, и записывают вес бюксов с высушенной биомассой. Промежуточные значения взвешиваний также фиксируют. Из полученных конечных значений вычитают вес пустых бюксов и получают вес сухой биомассы. Его рассчитывают на единицу клеток (число клеток в единице объема было рассчитано ранее).


Определение цветности воды.

Определяют оптическую плотность воды из водоёма при 650 нм (хл Ь) и при 680 нм (хл а) на спектрофотометре (см. раздел 4.1.1) и записывают отношение значений хл а/хл б . Это и будет показатель цветности.

Для слежения за планктоном определяют видовой состав водорослей, представленных в водоеме (с помощью определителя) и затем ведут наблюдения за динамикой численности отдельных видов. Доминантный вид можно выделить на основе численности отдельных видов.

Определение мутности водоема проводят в пробах, измеряя их поглощение при 600 нм, показания записывают и сравнивают этот показатель в разное время года. В этих же пробах измеряют показатель цветности (содержание хлорофилла).

Очень просто определяется величина рН водоёма при помощи универсальной индикаторной бумаги. Полоску индикаторной бумаги опускают в пробу и сравнивают окраску намоченного участка со шкалой, которая прилагается к набору полосок. На шкале обозначены значения рН растворов, соответствующих возникшей окраске.

Сложность анализа загрязненности поверхностных вод объясняется высокой динамичностью функционирования водных сообществ, а также неоднородностью пространственно-временных характеристик.

Сточные воды различных видов производств содержат в

своем составе разнообразные химические соединения, число

которых может превышать несколько десятков или сотен.

Расшифровать химический состав этих многокомпонентных

потоков возможно, но осуществлять тщательный регулярный

контроль за этими веществами очень трудно. Поэтому, контроль за качеством сточных вод осуществляют в основном путем проведения гидрохимичесикх анализов основных суммарных показателей и так называемых приоритетных загрязнителей. В последнее время все большее значение приобретают методы прямой оценки токсичности водной среды, т.е.биотестирование качества воды с помощью чувствительных гидробионтов.

В настоящее время биотестирование стало обязательным элементом системы оценки и контроля качества воды, введенным в Правила охраны поверхностных вод еще в 1991 году.

Биотестирование сточных и природных вод является экспресс-методом оценки токсичности водной среды и выявления характера ее изменения под действием тех или иных факторов. Объектами воднотоксико логических исследований служат типичные представители планктона и бентоса (водоросли, простейшие, моллюски, ракообразные), рыбы на разных стадиях развития (икра, личинки, мальки, половозрелые особи).

Показателями реакции тест-организмов на присутствие в воде токсичных веществ могут служить: выживаемость, симптомы отравления, изменения размножения и плодовитости, комплекс патофизиологических и патобиохимических измерений. Витальные свойства сточных вод оценивались в острых (24-96 часов), подострых (30 суток) и хронических (6-9 месяцев) экспериментах.

Для изучения токсичности природных вод с наибольшей возможностью и легкостью в школьных условиях могут быть воспроизведены опыты с дафниями, с гуппи, кроме этого в последующем можно провести при наличии прудового хозяйства садковые эксперименты с представителями ихтиофауны, контрольные отловы рыбы.


Биоиндикация токсичности природных вод с помощью дафний. Дафнии - наиболее часто используемый тест-объект для определения токсичности воды. Метод позволяет определить токсичность сточных и природных вод. Критерием острой токсичности является гибель 50 и более процентов дафний в анализируемой воде по сравнении с контролем в течение 24, 48 или 96 ч [Методическое..., 1991].

Рассматриваемую ниже упрощенную методику лучше всего проводить со школьниками после изучения ими на уроках по курсу "Зоология" морфологических и физиологических особенностей дафнии.

Культура дафний. Исходный материал желательно приобрести в специальных учреждениях и организациях, для школьных опытов можно, в принципе, использовать и свою культуру, но полученные результаты анализа нельзя будет признать достоверными. Для этого из самого чистого в вашей местности водоема с помощью гидробиологического сачка из планктонного газа 2-26 отлавливают дафний и пометают в

4 стеклянные емкости, которые заполняют под пробку водой из этого водоема. Одновременно отбирают 5-10 л воды для последующей посадки дафний. Дафнии отделяют декантированием жидкости. Затем отобранную природную воду фильтруют через фильтр и заполняют ею подготовленные стеклянные сосуды емкостью 3-5 л примерно на одну треть объема, куда переносят дафний с помощью стеклянной трубки с внутренним диаметром 0,5-0,7 см с оплавленным концом. Начальная плотность посадки - 6-10 особей на 1 л воды. Спустя 5-7 суток, в течение которых дафнии привыкают к лабораторным условиям существования и начинают размножаться, в сосуды доливают воду для дальнейшего культивирования.

При поддержании культуры в помещении не должно быть вредных газов и токсических паров. Оптимальная температура 20˚С, продолжительность светового дня 12-14 ч (не освещать культуру прямыми солнечными лучами). Посуду для содержания дафний нельзя мыть моющими веществами и органическими растворителями, лучше мыть питьевой водой, при особом загрязнении - хромовой смесью или соляной кислотой. Для культивирования дафний используют водопроводную воду, предварительно отстоянную не менее 7 суток и насыщенную кислородом (рН = 7,0-8,2; жесткость общая - 3-4 мг-экв/л, концентрация растворенного кислорода не менее 6,0 мг/л.). Раз в 7-10 суток половину объема воды с культурой дафний заменяют на свежую, удаляют скопившийся на дне осадок и при большой плотности (более 25 самок) культуру прореживают. Не производить аэрацию воды в сосудах.

Кормом для дафний служат зеленые водоросли (хлорелла) и хлебопекарные дрожжи.

для приготовления дрожжевого корма берут 1 г свежих или 0,3 г воздушно-сухих дрожжей, заливают их 100 мл дистиллированной воды. После набухания дрожжи тщательно перемешивают, дают отстояться в

течение 30 мин. Над осадочную жидкость добавляют в сосуды с дафниями в количестве 3 мл на 1 л воды. Кормят дафний 1-2 раза в неделю.

Для выращивания зеленых водорослей требуется сложная методика, при возможности необходимо приобрести в одной из лаборатории и хранить в холодильнике (срок хранения 14 суток). Вносят 1 мл суспензии водорослей на 1 л воды.

При невозможности культивирования дафний в школьном опыте можно допустить использование только что отловленных дафний..

Отбор пробы. Пробу природной (сточной) воды отбирают объемом до i л. До биотестирования возможно хранение ее не более 6 ч при температуре 4 ˚С.

Далее пробу фильтруют через фильтровальную бумагу и заливают в емкости для биотестирования.

Проведение опыта.

Берут 3 сосуда для исследуемой воды и 3 сосуда для контрольной пробы, не содержащей токсических веществ. Наливают в них по 100 мл исследуемой воды и по 100 мл контроля. Исследуемую воду можно разбавить водой, не содержащей токсических веществ.

Контрольную (разбавляющую) воду готовят отстаиванием в течение 7 суток водопроводной воды средней (не более 3,0 мг.экв/л) жесткости, проверяя рН (7,5), температуру (20оС), содержание кислорода (не менее 2 мг/л - при снижении делают продувку с помощью микрокомпрессора или камеры от футбольного мяча). В процессе биотестирования продувку делать не рекомендуется.

В каждый сосуд помещают по 10 особей дафний. Их переносят стеклянной трубкой диаметром 5-7 мм сначала в сачок, а затем в сосуды, погрузив его в воду.

Наблюдают за ходом эксперимента через 24, 48 или 96 ч. Дафний во время эксперимента не кормят. По окончании эксперимента проводят учет выживших дафний. Выжившими считаются дафнии, если они свободно передвигаются в толще воды или всплывают со дна сосуда не позднее 15 с после его легкого покачивания.

Проведение подсчета. На основании полученных результатов в 3-х повторностях рассчитывают среднее арифметическое количества выживших дафний в контроле и опыте. Для расчета тест параметра - процента гибели дафний в опыте по отношению к контролю используют формулу:

100(Х1-Х2):Х1,

где XI и Х2 - среднее арифметическое количества (экз.) выживших дафний в контроле и опыте.

Проба воды оценивается как обладающая острой токсичностью, если за 24 ч биотестирования в ней гибнет 50 % и более дафний по сравнению с контролем. Если в течение опыта в контрольном варианте произошла гибель 10 % дафний, то полученные результаты не учитывают, опыт повторяют, предварительно проверив пригодность тест объекта для биотестирования.

При определении пригодности биообъекта для тестирова­ния, а также для показа в эксперименте используют токси­ческое вещество - двухромовокислый калий . Ма­точный раствор готовят концентрации 1 г вещества на 1 л дистиллированной воды. В разбавленных до 1-2,5 мг/л растворах гибель дафний должна приближаться к 50%.


МОНИТОРИНГ ПРИРОДНЫХ ВОД

Экологический мониторинг поверхностных вод суши включает в себя: систематический анализ качества воды, анализ режима стока и уровня воды, оценку мест обитания гидробионтов, анализ поведения загрязняющих веществ.

Физико-химические методы

Определение температуры воды. Измерение температуры водотока можно проводить с помощью любого термометра, имеющегося в распоряжении учителя, путем погружения в воду. Важно при этом достичь постоянства показания термометра. При использовании ртутного термометра необходимо хранить его в футляре, а на баллончик со ртутью надеть фрагмент резиновой или силиконовой трубки для предотвращения разбивания термометра.

От температуры воды зависят многие параметры состояния водоемов и водотоков: содержание в воде растворенного кислорода, скорость протекания биологических и физико-химических процессов и, в конечном итоге, видовое разнообразие. Кроме того, при изучении водотоков, протекающих по территориям промышленных агломераций, разность температуры воды в разных створах дает информацию о существующих промышленных или бытовых сбросах в реки и озера (особенно в зимний период, когда попадание теплых сбросных вод еще больше увеличивает дефицит кислорода в реках).

Определение прозрачности воды.

Прозрачность воды характеризует фотосинтетическую активность участка водотока или водоема. Измеряется прозрачность в сантиметрах при помощи белого диска (диск Секки). Диск погружают в воду на специальной шине, имеющей градуировку в сантиметрах. В момент, когда диск становится невидимым, засекают показания на шине. Это и есть значение прозрачности воды. При отсутствии диска Секки можно использовать обычную белую крышку от кастрюли.

Можно определить прозрачность и по другой методике, предварительно заготовив специальную пластину. Затем в стеклянный цилиндр (можно просто бутылку) налить исследуемую воду так, чтобы высота столба составляла 20 см, и дать ей отстояться 25 мин. Если теперь сквозь этот водяной столб видны только овалы четвертого сектора пластины - вода сильно мутная, третьего – слабо-прозрачная (слегка мутная), второго сектора - прозрачная, первого - очень прозрачная [Насонова, 1951].

Определение величины рН.

Величину рН воды легко определить с помощью полоски специальной индикаторной бумаги по изменению ее цвета после погружения в исследуемый раствор в сравнение с прилагаемой к бумаге шкалой.

Более точно величину рН определяют с помощью специального стеклянного ионоселективного электрода и рН-.метра. Подробно методика описана в работах [Бейтс, 1972; Снакин и др., 1991]. Для определения можно использовать отечественный полевой иономер рН-150, рН-метр или иные модели.

Определение окисляемости воды.

Данный показатель дает возможность судить о количестве органических веществ в воде. Органика окисляется в воде, в результате вода обедняется кислородом, кроме того на субстрате начинают развиваться сине-зеленые и красно-коричневые водоросли.

Для ориентировочного определения окисляемости налейте и пробирку 10 мл исследуемой воды (предварительно отфильтрованной), добавьте 0,5 мл 30% серной кислоты и 1 мл 0,01 н раствора перманганата калия. Смесь перемешайте и оставьте на 20 мин при температуре 20 оС или на 40 мин при температуре 10 оС. Если после этого раствор остался ярко-розовым то окисляемость примерно 1 мг О2/л, лилово розовым - 2 мг О-,/л, слабо-лилово-розовым - 4, бледно- лилово-розовым - 6, бледно-розовым - 8, розово-желтым - 12, желтым - 16 мг/л и выше [Насонова, 1995].

Предельно-допустимая величина окисляемости - 15-20 мг О2/л зимой и 20-30 - летом.



Экспресс-метод определения сульфатов в воде.

В пробирку наливают 5 мл исследуемой воды, добавляют три капли 10 процентного раствора хлорида бария и три капли 25 процентного раствора соляной кислоты. Пробирку не взбалтывают. По объему выпавшего осадка оценивают содержание сульфатов: слабая муть через несколько минут -1-10 мг/л, слабая муть сразу -10-100 мг/л, сильная муть -100-150, большой осадок, который быстро садится на дно - 500 мг/л. ПДК для сульфатов составляет 20,0-30 мг/л [Насонова, 1995].

Содержание хлоридов в воде можно более точно определить титрованием 0,01 н раствором азотнокислого серебра в присутствии 1 капли 1% раствора хромата калия , а также с помощью хлорид-селективного электрода и милливольтметра [Снакин и др.,1991].


Определение запаха воды.

Наливают в колбу воды, плотно закрывают пробкой и оставляют на несколько часов. Затем открывают и нюхают.

Запах может быть землистый, сероводородный, гнилостный, болотный, аммиачный, резиновый, хлорный и другие.

Оценивают запах по следующей шкале: 1 балл - нет запаха, 2 балла - чуть заметный запах , 3 балла - устойчивый (вода для питья не пригодна), 4 балла - сильный запах . [Насонова, 1995].