СБОРНИК МЕТОДИКИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ

ДЕЯТЕЛЬНОСТИПО ВОДНОЙ ЭКОЛОГИИ

ГАУ ДО ТО «ДВОРЕЦ ТВОРЧЕСТВА И СПОРТА «ПИОНЕР»

(ЭКОЛОГО-БИОЛОГИЧЕСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ)

ТЮМЕНСКОЕ ОБЛАСТНОЕ ОБЩЕСТВЕННОЕ ДЕТСКОЕ ДВИЖЕНИЕ «ЧИР»

СБОРНИК МЕТОДИК

ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

ПО ВОДНОЙ ЭКОЛОГИИ

(для руководителей объединений эколого-биологической и естественнонаучной направленности)

1

Составитель: Теселева Г.П.

г. Тюмень, 2018 год

2

ОГЛАВЛЕНИЕ Введение ........................................................................................................................ 3

Анализ жизненных форм водных растений пойменных водоемов рек ..................... 4

Биоиндикация загрязнения водоемов с помощью ряски ............................................ 5

Биоиндикация качества воды в водоеме по составу беспозвоночных

животныхметод майера ................................................................................................ 8

Биомониторинг ............................................................................................................. 11

Гидрохимические методы исследования водоемов ................................................. 14

Методы оценки экологического состояния водоемов. Биоиндикация качества воды

...................................................................................................................................... 16

Изучение биологического разнообразия перифитона и его зависимости от уровня

антропогенного воздействия ...................................................................................... 20

Методики сбора ихтиологических материалов и правила их обработки ................. 21

Определение качества воды в пресном водоёме по видовому разнообразию

зообентоса ................................................................................................................... 32

Оценка стабильности развития живых организмов поуровню асимметрии

морфологических структур ......................................................................................... 35

3

ВВЕДЕНИЕ

БИОИНДИКАЦИЯ Методы биоиндикации используют для оценки качества среды обитания и

еѐ отдельных показателей по состоянию организмов и биоценозов в природных условиях. Биоиндикаторы – это виды, группы видов или сообщества, по различным показателям которых судят о качестве воды, воздуха, почвы и состояния экосистем. Методы биоиндикации обычно достаточно просты, не требуют специального оборудования и больших затрат. Многие из них вполне доступны школьникам, даже в младших классах. А результаты могут быть очень интересными и полезными, особенно, если в вашем населенном пункте раньше этим не занимались. Среди методов 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 ее степень загрязнения, они отражают сложившиеся в водоеме условия среды. Видовой состав и численность обитателей водоема зависят от свойств воды.

4

1

АНАЛИЗ ЖИЗНЕННЫХ ФОРМ ВОДНЫХ РАСТЕНИЙ ПОЙМЕННЫХ ВОДОЕМОВ

РЕК

Н.Л. Панкова, 2005

Водные растения изучены гораздо меньше, чем наземные. Особенно это касается вопроса жизненных форм. В этой работе мы пытались проанализировать состав экологических групп и жизненных форм водных растений в различных экотопах.

По А.П. Белавской к водным растениям относятся растения анатомо-морфологически и физиологически приспособленные к жизни в воде, которая является для них оптимальной средой обитания (Белавская, 1994). При составлении списков видов растений водоемов, гигрофиты, выдерживающие длительное затопление, не учитывались. Все водные растения мы разделили на эколого-морфологические группы:

земноводные растения (гелофиты) — рогоз, стрелолист, камыш; растения, укореняющиеся на дне водоема, с плавающими листьями

(укореняющиеся плейстофиты) — кубышка, рдест плавающий и др.; укореняющиеся растения с вегетативными органами, погруженными в

воду (укореняющиеся гидатофиты) — рдесты, уруть, элодея; растения без связи с дном (неукореняющиеся или

свободноплавающие плейстофиты) — ряски, телорез; растения, не укореняющиеся, полностью погруженные в воду

(неукореняющиеся гидатофиты) — роголистник, пузырчатка (Катанская, 1981). Для выделения жизненных форм мы выбрали следующие основные

критерии: продолжительность жизни особи (многолетники, вегетативные малолетники и генеративные однолетники), положение почек или верхушек побегов в неблагоприятное время года (гемикриптофиты, криптофиты, терофиты), тип корневой системы (бескорневые, кистекорневые, стержнекорневые), наличие органов вегетативного размножения (длиннокорневищные, столонообразующие), интенсивность отмирания корневища (короткокорневищные, кистекорневые). Для определения жизненных форм использовать гербарный материал, полевые наблюдения, а также литературные данные.

Водоемы делятся на типы: по топографическому положению в пойме и характеру зарастания. В водоемах провести геоботанические описания водной растительности и составить флористические списки отдельно для каждого водоема.

Водоемы первого типа — довольно крупные старицы, расположенные примерно посередине между нынешним руслом реки и ее древнем береговым валом. Это, наиболее удаленные от реки озера подковообразной формы. Они различаются по кислотности и жесткости воды и по трофности. Кислотность колеблется от 5,5 до 6,5 pH. Глубина водоёмов — до 1,5 метров, дно илистое. Озера окружены лесом, по краям заболочены. Для таких озер характерны сообщества с преобладанием Nuphar lutea (латинские названия растений даны по А.П. Белавской, 1994), Potamogeton natans и, в меньшей степени, Stratiotes aloides, подводная растительность почти отсутствует. Пологие берега и мелководье зарастают осоками и Equisetum fluviatile.

Водоемы второго типа — мелкие озерца (глубиной до 0,7 м) соединенные протоками с крупными старицами. Они со всех сторон окружены лесом. Их берега

5

завалены гнилыми ветками и лиственным опадом. В воде преобладают ряски, Nuphar lutea, Nymphaea candida и Potamogeton alpinus (с плавающими листьями), а по берегам — Caltha palustris.

Водоем третьего типа — отличается от озер первой группы характером зарастания и небольшой отдаленностью от русла. По типу зарастания сильно напоминает притеррасные старицы, но имеет более кислую (pH 5,5) и темную воду. Старица окружена осоково-сабельниковым болотом: по берегам водоема образуется сплавина из сабельника, которая наступает на обширные заросли телореза вдоль берега. Подводная растительность развита значительно лучше, чем в старицах первого типа и представлена, в основном, сообществами Potamogeton obtusifolius, Potamogeton trichoides и Elodea canadensis. Также, характерны заросли нимфейных, большую площадь занимают сомкнутые (90-100%) заросли Stratiotes aloides. Прибрежья заняты Carex acuta, Equisetum fluviatile и Scirpus lacustris.

Водоемы четвертого типа — притеррасные старицы, имеющие характерный облик. В таких старицах берега зарастают осоками, хвощем, а изредка — рогозом, а в воде имеется широкий пояс телореза. За поясом телореза хорошо выражен пояс кубышки, за которым располагаются сообщества погруженных растений (Potamogeton lucens, Potamogeton compressus и Elodea canadensis).

Водоемы пятого типа — это небольшие старицы, видимо, недавно образовавшиеся. Эти озера наиболее подвержены влиянию реки. К ним мы можем отнести 4 водоема. Первые три — это заводи, в разной степени отгороженные от русла песчаным наносным валом. Последний водоем — мелкий, округлой формы, с песчаными берегами, расположенный между аллювиальными наносами и прирусловым валом. Его берега наиболее нарушены коровами. В этих водоемах присутствуют сообщества с доминированием Nuphar lutea и Potamogeton natans. Погруженная растительность хорошо развита и представлена 9 видами рдестов, а также Urticularia vulgaris и Urticularia minor. На мелководье и берегах доминируют как Equisetum fluviatile и Carex acuta, так и виды, обычно играющие в сообществах подчиненную роль — Sagittaria sagittifolia, Alisma plantago-aquatica, Sparganium simplex. Появляются виды, типичные для нарушенных местообитаний (например, Agrostis stolonifera).

Водоем шестого типа — река Унжа. В нем можно выделить два подтипа: русло и заводи. Нами было обследовано 6 мелководных заводей правого и левого берега. Все они имеют схожую структуру растительности. Берега зарастают преимущественно Equisetum fluviatile и Carex acuta, в воде хорошо выделяется пояс Potamogeton natans, Nymphaea candida и Nuphar lutea. За ним следуют заросли погруженных рдестов. На свободных от ила мелководных участках, как и в водоемах предыдущего типа, произрастают Limosella aquatica и Eleocharis

acicularis.

2

БИОИНДИКАЦИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОДОЕМОВ С ПОМОЩЬЮ РЯСКИ

С помощью этого простого метода вы можете определить степень чистоты

воды в различных водоемах – прудах, озерах, речках. Естественно, в них должно быть какое-то количество ряски. Можно сравнить разные водоемы или в одном и том же водоеме взять пробы в разных местах – там, где вы предполагаете более чистую воду и наличие загрязнений.

6

Ряска – это водное многолетнее цветковое растение. Вы, конечно, видели ее в разных водоемах - в лужах, мелких прудах, канавах, запрудах и других хорошо прогреваемых водоемах с пресной, стоячей или медленно текучей, богатой органическими веществами водой. Часто рясковые образуют большие скопления - сплавины, сплошь покрывающие поверхность стоячих неглубоких водоемов.

Род Ряска включает в себя около 9 видов рясок. Вегетативное тело рясковых – листец - по виду напоминает крошечный плавающий лист или слоевище низших растений, именно поэтому длительное время их считали водорослями. Листецы (щитки) у рясковых одиночные или соединены в небольшие группы, по 2 или более. Форма листецов у рясок может быть округлой, эллиптической, продолговатой.

В присутствии загрязнителей изменяется цвет листеца (щитка) и поэтому ряска может использоваться как индикаторный организм.

В наших водоемах чаще всего встречается ряска малая. Это светлозеленое маленькое растение, ее листецы овальной формы, от нижней поверхности каждого листеца отходит в воду корешок с утолщением на конце. Ширина листеца ряски малой 2-3 мм, но она имеет относительно длинные корни - до 10 см.

Но вы можете обнаружить в водоеме и другие виды ряски, поэтому приводим схему-определитель видов.

А. Корней на материнском щитке или на крупных дочерних - несколько (больше одного); (если корни не развиты: материнский щиток крупный - 5-10 мм) - многокоренник обыкновенный (рис. 1), если корень один - см. пункт Б.

Б. Щиток вытянутый, на верхушке заостренный - ряска трехдольная (рис. 1), если щиток округлый - см. пункт В.

В. С нижней стороны щитка отчетливо выраженное вздутие - ряска горбатая (рис. 1); вздутия на нижней стороне нет - ряска малая (рис. 1).

Рис.1. 1 – ряска трехдольная; 2 – ряска малая; 3 – ряска горбатая; 4 – многокоренник обыкновенный

Как выполнить экспресс-оценку качества воды

Выберите места отбора проб на водоеме. Ограничьте на поверхности воды участок площадью примерно 0,5

м2 – для этого можно использовать рамку, которую легко сделать из проволоки. На этом участке с помощью небольшого ведра или другой емкости соберите все плавающие растения ряски.

7

Среди выловленных растений выберите с помощью определителя экземпляры ряски малой. Если в вашем водоеме в основном представлен другой вид, то работайте с ним.

Внимательно подсчитайте количество особей ряски определенного вида в каждой пробе, результат занесите в рабочую таблицу.

Для каждого растения в каждой пробе (обычно подсчитывают показатель не менее чем у 50-100 растений) надо определить общее число щитков (материнских и деток) и среди них - число щитков с повреждениями. Результаты надо сразу записывать в таблицу в рабочий журнал. Затем надо посчитать суммарное количество щитков у всех проверенных растений ряски и количество щитков с повреждениями.

К повреждениям относятся черные и бурые пятна (некроз) и пожелтение (хлороз). Количество и размеры пятен не учитываются.

В водоеме надо взять несколько проб в различных местах и посчитать необходимые показатели для каждой пробы.

После всех подсчетов у вас должна получиться подобная таблица (приводим пример из одной из работ по данной тематике).

Класс качества воды можно определить по подсчитанным показателям, используя следующую таблицу:

Таблица 1

Таблица экспресс-оценки качества воды по ряске В верхней строке найдите графу, которой соответствует ваш первый

показатель (число щитков/ число особей). В столбце слева найдите графу, которая соответствует вашему проценту

поврежденных щитков. На пересечении вашего столбца и строчки в клетке будет стоять какая-то

цифра. Это и есть степень чистоты воды: 1- очень чистая 2 - чистая 3- умеренно загрязненная 4 - загрязненная 5 – грязная

№ пробы

Количество особей ряски в пробе

Суммарное количество щитков

Отношение числа щитков к числу особей

Количество поврежденных щитков

% поврежденных щитков от общего количества щитков

Класс качества воды

1 85 204 2,4 35 17,2

2 106 241 2,27 38 15,8

3 150 300 2,0 65 21,7

4 115 241 2,09 40 16,6

5 180 414 2,3 75 18,1

6 210 441 2,1 55 12,5

7 96 224 2,33 30 13,4

8 180 392 2,14 50 12,8

Итого 1122 2457 2,19 388 15,8 3

8

Таблица 2

% щитков с повреждениями

Отношение числа щитков к числу особей

1 1,3 1,7 2 больше 2

0 1-2 2 3 3 3

10 3 3 3 3 4

20 3 4 3 3 3

30 4 4 4 4 4

40 4 4 4 3 -

50 4 4 4 3 -

Более 50 5 5 - - -

Вы можете получить разные значения класса чистоты воды в разных

водоема или даже в разных местах одного водоема. Подумайте о причинах и сделайте выводы. Есть ли реальная возможность улучшить ситуацию? Это может стать темой полезной проектной работы.

3

БИОИНДИКАЦИЯ КАЧЕСТВА ВОДЫ В ВОДОЕМЕ ПО СОСТАВУ

БЕСПОЗВОНОЧНЫХ ЖИВОТНЫХМЕТОД МАЙЕРА

Оценка состояния водоема по методу Майера. Работу на водоеме необходимо начать с его описания. Надо указать

следующие признаки: примерные размеры водоема (ширина реки, длина и ширина озера

или пруда); его глубина (по крайней мере - глубину на исследуемом участке

водоема); скорость течения, если водоем с проточной водой (подумайте, как

ее измерить или найдите методы в интернете); какой грунт на дне водоема (каменистый, песчаный, илистый,

глинистый, гниющие растительные остатки). Нырять на большую глубину с опасностью для жизни не следует;

прозрачность воды (есть простые методы определения); температура воды у поверхности и в придонном слое; есть ли антропогенное воздействие на прибрежную зону (пляжи,

строения, промышленные предприятия, дороги, автостоянки, валки, стоки). Когда описание водоема будет составлено и занесено в дневник

наблюдений, можно приступить к отлову водных организмов. Для того воспользуемся предложениями специалистов.

Как отлавливать водные организмы? Чтобы получить достоверную информацию о водоеме, нужно собрать

максимально разнообразную добычу. В ней должны быть представлены донные животные, активно плавающие организмы и обитатели зарослей водной растительности. Чтобы их отловить, надо использовать специальную банку и сачок.

9

Для отбора донного грунта на небольшой глубине можно применять крупную консервную банку с диаметром дна не менее 10-15 см. С одной ее стороны крышка полностью удаляется, а острые края оббиваются молотком - чтобы убрать оставшиеся полоски жести. С противоположной стороны в дне банки делается несколько отверстий для прохода воды.

Банку вкручивают днищем вверх в мягкий донный грунт на глубину 10-15 см, после чего аккуратно переворачивают и вытаскивают на берег.

Вынутый грунт необходимо промыть. Для этого лучше всего подходят специальные зерновые сита. Если таких сит нет, можно использовать дуршлаг. Хорошее сито можно легко изготовить самим, натянув на круглую или прямоугольную рамку размером 20 на 20 см синтетическую сетку, которую используют летом на окнах для защиты от комаров.

Сито с вынутым грунтом наполовину погружают в воду и встряхивают энергичными, но аккуратными движениями до тех пор, пока вода в сите станет относительно прозрачной. Оставшихся в сите животных вместе с крупными частицами грунта вытряхивают в тазик, миску или другую посуду со светлым дном с 2-3 сантиметровым слоем воды и приступают к определению животных.

Для получения достоверных данных об обитателях некрупного водоема необходимо взять не менее 5 подобных проб в различных местах. Интересно сравнить чистые участки и места с антропогенным загрязнением, если водоем достаточно большой.

Кроме банки нужно использовать для сбора организмов сачок. Диаметр входного отверстия сачка должен быть не менее 25-30 см, а длина матерчатого конуса - в 2,5 раза больше. Для изготовления сачка удобно использовать плотную бязь. Марлю использовать нельзя, потому что она непрочная и может быстро порваться. Место крепления матерчатого конуса к обручу сачка рекомендуется обшить полоской плотной ткани - это продлит срок его службы. Сачок насаживается на рукоятку длиной 1,5-2 метра.

Сачком производятся движения, похожие на движения косы при кошении травы, причем вести сачок нужно против течения. По возможности следует проводить им ближе ко дну, по зарослям водной растительности, у камней. После каждого взмаха сачок вынимают, и пойманные организмы вытряхивают в кювету (тазик, миску). Если в сачок попало значительное количество грунта, его необходимо промыть на сите или в самом сачке.

Нужно обязательно поискать животных на растениях, камнях и корягах, поднятых со дна водоема. При подъеме донных предметов лучше прямо под водой положить их в сетку сачка, иначе в процессе подъема многие животные могут быть утеряны.

После того, как организмы пойманы, их определяют. Для этого необходимо внимательно рассмотреть весь находящийся в кювете или тазике улов. При этом необходима лупа (а лучше две: 3-х и 7-10 кратные). Замеченных животных пинцетом вынимают из кюветы и сажают в небольшие емкости с водой из этого же водоема

Фото 1. Отлов бионтов

10

(для этого хорошо подходят баночки из-под лекарств или детского питания). Разных животных (пиявки, двустворчатые моллюски, личинки насекомых) сажают в разные баночки. Так их легче сосчитать и труднее потерять что-либо из улова. Особенно важно отсадить отдельно крупных животных (моллюсков) и хищников - они могут раздавить или съесть своих соседей. Для ловли мелких животных можно использовать пипетку, а быстро плавающих удобно отлавливать из кюветы при помощи чайной ложки.

Когда вы рассадите всех по банкам, можно приступать к определению их видовой принадлежности.

Рекомендуем список хороших определителей беспозвоночных животных. Если вы никогда раньше не занимались такой работой, то советуем проконсультироваться с учителем или другим специалистом. Если такой возможности в конкретный момент не будет, то постарайтесь сфотографировать неизвестных вам животных или зафиксировать образцы. Так их можно сохранить на длительный период.

Индекс Майера Это простая методика так как никаких беспозвоночных не нужно

определять с точностью до вида; методика годится для любых типов водоемов. Метод использует приуроченность различных групп водных беспозвоночных к водоемам с определенным уровнем загрязненности. Организмы-индикаторы отнесены к одному из трех разделов:

Таблица 3

Обитатели чистых вод

Организмы средней степени чувствительности

Обитатели загрязненных водоемов

Личинки веснянок Личинки поденок

Личинки ручейников Личинки

вислокрылок Двустворчатые

моллюски

Бокоплав Речной рак

Личинки стрекоз Личинки комаров - долгоножек

Моллюски-катушки, моллюски-живородки

Личинки комаров-звонцов Пиявки

Водяной ослик Прудовики

Личинки мошки Малощетинковые черви

Вам нужно отметить, какие из приведенных в таблице индикаторных групп

обнаружены в каждой пробе. Количество обнаруженных групп из первого раздела таблицы необходимо умножить на 3, количество групп из второго раздела - на 2, а из третьего - на 1. Получившиеся цифры складывают. Значение суммы и характеризует степень загрязненности водоема.

Методы биоиндикации используют для оценки качества среды обитания и еѐ отдельных показателей по состоянию организмов и биоценозов в природных условиях. Биоиндикаторы – это виды, группы видов или сообщества, по различным показателям которых судят о качестве воды, воздуха, почвы и состояния экосистем. Методы биоиндикации обычно достаточно просты, не требуют специального оборудования и больших затрат. Многие из них вполне доступны школьникам, даже в младших классах. А результаты могут быть очень интересными и полезными, особенно, если в вашем населенном пункте раньше этим не занимались.

Среди методов 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 ее степень загрязнения, они отражают сложившиеся в водоеме условия среды. Видовой состав и численность обитателей водоема зависят от свойств воды.

11

Таблица 4. Степень загрязненности водоема

Класс Степень загрязненности водоема Балл

I Водоем чистый (олигосапробный) более 22

II Водоем немного загрязненный (олигосапробный) 17-21

III Умеренная загрязненность водоема (бета-мезосапробная зона)

11-16

IV Водоем грязный (альфа-мезосапробный)

меньше 11

По значению суммы S (в баллах) оценивают степень загрязненности водоема: более 22 баллов – водоем чистый и имеет 1 класс качества воды; 17-21 баллов – 2 класс качества (как и в первом случае, водоем будет охарактеризован как олигосапробный); 11-16 баллов – умеренная загрязненность, 3 класс качества (бета-мезосапробная зона). Все значения меньше 11 характеризуют водоем как грязный (альфа-мезосапробный или же полисапробный).

Простота и универсальность метода Майера дают возможность быстро оценить состояние исследуемого водоема. Точность метода не очень высока, но если проводить исследования качества воды регулярно в течение какого-то времени и сравнивать полученные результаты, можно определить, в какую сторону изменяется состояние водоема. Для первичной оценки качества воды такой метод подходит лучше всего. Если же вам понравится такая работа, то в дальнейшем можно будет перейти к более сложным методикам.

4

БИОМОНИТОРИНГ

Биомониторинг является составной частью экологического мониторинга –

слежение за состоянием окружающей среды по физическим и биологическим показателям. В задачи биомониторинга входит регулярно проводимая оценка качества окружающей среды с помощью специально выбранных для этой цели живых объектов.

Лучше других отработана система биомониторинга водной среды. Росгидромет использует классификатор качества вод, включающий 6 классов. Оценивают показатели донных беспозвоночных, перифитона (обитатели водных растений), фито-, зоо- и бактериопланктона. Для примера приведем таблицу классификации вод суши по показателям зообентоса:

Таблица 5. Классификация качества вод суши по биопоказателям

Класс вод

Воды Относительная численность олигохет от общего кол-ва

зообентоса, %

Биотический индекс Вудивисса

1 Очень чистые 1–20 10–8

2 Чистые 21–35 7–5

3 Умеренно загрязненные 36–50 4–3

4 Загрязненные 51–65 2–1

5 Грязные 66–85 1–0

6 Очень грязные 86–100 или макробентос

отсутствует 0

12

Инфекционные заболевания Решение первой задачи достигается при мониторинге загрязнения

водоемов сточными водами. Именно канализационные стоки могут содержать патогенные микроорганизмы – основной источник инфекций, передаваемых через воду. Поскольку патогенных микроорганизмов много, каждый выявлять трудоемко и нецелесообразно, разработан тест на кишечную палочку (Escherichia coli). Эта бактерия обитает в огромных количествах в толстой кишке человека и отсутствует во внешней среде. E.coli не патогенна и даже необходима человеку, но ее присутствие во внешней среде - индикатор неочищенных канализационных стоков, в которой могут быть и патогенные микробы.

Для анализа берут пробы воды объемов 100 мл и подсчитывают содержание в них E.coli.

Результаты оценивают по таблице:

Таблица 6. Категорирование загрязнения воды по содержанию кишечной палочки

Содержание Е coli в 100мл воды Категория грязной воды

0 Безопасна для питья

100-200 Безопасна для плавания

>200 Опасна для плавания

Оценка токсичности Подавляющее большинство тестов токсичности воды в биоиндикации

использует какой-либо один вид организмов: рачки дафния (Daphnia magna) и артемия (Artemia salina), инфузория туфелька, красные (Champia parvula) и бурые водоросли (Laminaria saccharina), валлиснерия (Vallisneria Americana), ряска.

У тест–организмов оценивают выживание, дыхательную активность и другие показатели. Например, с помощью ряски можно обнаружить присутствие ионов тяжелых металлов двумя способами:

по нарушению движения хлоропластов, которые не концентрируются в клетке со стороны источника света, а перемещаются хаотически;

по отмиранию клеток листа, что можно обнаружить, используя специальный краситель, легко проникающий в мертвые клетки, но неспособный окрасить живые. Количество мертвых клеток пропорционально концентрации ионов тяжелых металлов в воде.

Эвтрофикация

По содержанию в воде биогенов различают следующие трофические типы водоемов: олиготрофный (бедный биогенами), эвтрофный (богатый биогенами) и промежуточный мезотрофный. В олиготрофных водоемах недостаток биогенов не допускает развития фитопланктона, помутнение воды, обеднением бентосной растительности из-за недостатка света, дефицитом кислорода на глубине, что ограничивает биоразнообразие. Экосистема утрачивает многие виды, упрощается, становится неустойчивой.

Определить трофность водоемов можно с помощью биоиндикаторов. В эвтрофных водоемах обильны и разнообразны черви – коловратки и вистоусые рачки – дафнии, в олиготрофных – веслоногие рачки – циклопы.

Другая характеристика водоемов – это степень их органического загрязнения или сапробность. По мере поступления сточных вод образуются следующие зоны загрязнения: полисапробная, а-мезосапробная, в-мезосапробная и олигосапробная. Первыми предложили определять степень загрязнения водоемов по живым организмам Кольквитц и Марсон (1908). Списки индикаторных постоянно уточняются.

13

Для полисапробных водоемов характерны те же организмы, что и для эвтрофных, а также водоросль кладофора, колиформные бактерии, черви трубочники, а из рыб-карпы. Олигосапробные водоемы отличают виды, свойственные олиготрофным водоемам, а также личинки насекомых: поденок, веснянок и ручейников.

Разработаны и количественные способы оценки водоемов: Массовое развитие олигохет – индикатор спуска бытовых отходов.

Предложено уровень загрязнения оценивать по плотности этих червей: слабое загрязнение – 100–999 экз/м2, среднее – 1000 – 5000, сильное >5000 экз/м2;

Индекс сапробности Сладечека S=sh/h. Организмы полисапробы имеют значимость – 4, а-мезосапробы-3, в-

мезосапробы-2 и олигосапробы -1. Относительное количество особей (h) учитывается в баллах: массовые скопления – 5, частая встречаемость -3, случайные находки – 1. В загрязненных водоемах индекс принимает значения от 4,51 до 8,5; в чистых – от 0 до 0,5.

биологические объекты, как популяции, сообщества, сообщества, экосистемы в воде или на суше можно описывать с использование двух разных подходов:

Микроскопический подход предполагает накопление по возможности полной информации о наибольшем числе биологических показателей. Эти показатели пытаются связать с характеристиками среды системой уравнений. Подход используют для моделирования.

Макроскопический подход основан на выборе немногих, но наиболее информативных показателей. Они могут быть двух категорий: дескрипторы и маркеры. Дескрипторы – это интегральные хар-ки, получаемые из сов-ти показателей «микроскопического» описания (например, индекс биологической интегрированности). Маркеры – наиболее существенные, ключевые хар-ки, выбранные из числа прочих, такие как видовое разнообразие или продуктивность экосистем.

Принципы экономических расчетов в биоиндикации Чтобы рассчитать затраты на проведение биоиндикации, нужно

определиться с необходимым уровнем предполагаемого исследования. Так, в случае возможного загрязнения среды помогут следующие вопросы:

Уровень 1 – Есть ли нарушения среды? Уровень2 – Какая группа загрязнителей его вызывает? Уровень3 – Какой специфический загрязнитель его вызывает? Чем выше уровень, тем больше затраты на проведение исследования.

Стоимость исследования также зависит от двух качеств биоиндикатора: Аккуратности (близость оценок к реальным данным); Точность (разброс данных). Возможны следующие сочетания этих качеств у биоиндикатора: 1. Неточные и неаккуратные (широкий разброс данных, удаленных от

реальной оценки); 2. Неточные, но аккуратные (широкий разброс данных вблизи от реальной

оценки); 3. Точные, но неаккуратные (небольшой разброс данных, но они далеки от

реальной оценки); 4. Точные и аккуратные (слабый разброс данных вблизи от реальной

оценки); Соответственно, применение точных и аккуратных биоиндикаторов требует

больших затрат на исследования.

14

5

ГИДРОХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ВОДОЕМОВ

Большинство известных элементов, входящих в состав вод в сравнительно

больших количествах, существуют в виде ионов. Их можно разделить на три группы.

1. ГРУППА - ионы, составляющие основную часть природных вод: катионы: K, Na, Ca, Mg анионы: Cl, SO4, CO3, HCO3

2. ГРУППА - ионы, находящиеся в малых количествах в водах специального состава: катионы: Ba, Pb, Zn, Cu, Mn, Fe, Fe, Al анионы: Br, I, PO4

3. ГРУППА - ионы, находящиеся в загрязненных водах: NO2, NO3, S, PO4

Химические методы анализа воды Анализ воды на ее химический состав можно проводить как в

лабораторных, так и в полевых условиях. В химической лаборатории необходим следующий минимальный набор материалов: Набор индикаторных бумажек; Мерные цилиндры или мерные колбы Штатив для пробирок; Пробирки (не менее 10 штук); Ершики для мытья пробирок; Набор необходимых химреактивов; Бюретки на 10 мл; Фильтровальная бумага; Весы.

Определение ионов кальция Щавелевокислый аммоний осаждает кальций в виде CaC2O4. В пробирку с

исследуемой водой прибавить 2-3 капли реактива щавелевого аммония. Ион кальция выпадает в виде белого мелкокристаллического осадка, который растворим в сильных минеральных кислотах HCL, HNO3, но не растворимого в СН3СООН.

Определение ионов магния Едкие щелочи NaOH, KOH дают с Mg2+ белый аморфный осадок Mg(OH)2.

В пробирку с исследуемой водой добавить 2-3 капли концентрированного раствора едкого натра или едкого кали. Если в воде присутствуют ионы магния, то выпадает белый осадок. Для проверки в пробирку добавить кислоту или аммонийных солей NH4CL, NH4NO3. Если это гидроокись магния, она растворится от прибавленных реактивов.

Определение ионов железа 1. Двухвалентное железо дает с железосинеродистым калием синий осадок

турбуленовой сини. 2. Трехвалентное железо дает с едкими щелочами NaOH, KaOH, NH4OH

красно-бурый осадок Fe(OH)3, растворимый в кислотах, но не растворимый в щелочах.

Определение иона свинца Иодистый калий дает в растворе с ионами свинца характерный осадок PbI2:

Исследования производятся следующим образом. К испытуемому раствору прибавить немного KI, после чего, добавив CH3COOH, нагреть содержимое пробирки до полного растворения, первоначально выпавшего мало характерного желтого осадка PbI2. Охладить полученный раствор под краном, при этом PbI2 выпадет снова, но уже в виде красивых золотистых кристаллов.

Определение ионов меди

15

Аммиак, будучи прибавлен в небольшом количестве, осаждает зеленоватую соль, легко растворимую в избытке реактива (аммиака) с образованием интенсивно синего цвета комплексного аммиачного соединения меди.

Определение ионов хлора, брома, йода Азотнокислое серебро дает с ионом хлора белый творожистый осадок AgCl:

Осадок нерастворим в HNO3, но растворяется в NH4OH. AgNO3 c Br дает светло-желтый осадок, труднорастворимый в NH4OH. AgNO3 с I дает желтый осадок, который не растворяется в NH4OH.

Определение ионов SO4 Хлористый барий с SO4 дает белый осадок BaSO4, который не

растворяется в кислотах. Определение иона кремниевой кислоты Хлористый аммоний выделяет из растворов силикатов (солей кремниевой

кислоты) кремниевую кислоту в виде белого студенистого осадка (геля). Иногда образующаяся кремниевая кислота остается в состоянии коллоидного раствора.

Определение растворенного в воде кислорода (по методу Винклера) Определение концентрации растворенного кислорода является простым и

очень существенным анализом, по которому судят о присутствии в воде растворенных органических соединений. Содержание кислорода в воде зависит от ее температуры. Чем холоднее вода, тем больше в ней растворенного кислорода. Прослеживается зависимость содержания растворенного кислорода в воде и от процессов фотосинтеза. Чем больше растений в воде, тем выше содержание кислорода в светлое время суток и тем меньше в темное время, то есть наблюдаются значительные суточные колебания содержания кислорода.

Европейская комиссия по охране окружающей среды установила минимально допустимое содержание растворенного кислорода в воде 4 мг/л. Показания ниже этого значения свидетельствуют о загрязнении водоема. Данный метод позволяет выполнить анализы в лаборатории и в полевых условиях.

Сущность метода. Сначала к исследуемой пробе прибавляют раствор MnCl2 и затем раствор KI в щелочи, которая с MnCl2 дает осадок Mn(OH)2 - соединение почти бесцветное, быстроокисляющееся растворенным в воде кислородом до буро-коричневого Mn(OH)3. Эта реакция заканчивается, когда использован весь растворенный кислород (дается время для этого 10 минут). Затем добавляют соляную кислоту и в кислой среде Mn3+ окисляет два иона до свободного йода, а сам снова восстанавливается до Mn2+.

Выделившийся йод титруют тиосульфатом натрия. Количество выделившегося свободного йода эквивалентно количеству растворенного кислорода. Поэтому по формуле легко высчитывается концентрация кислорода в воде.

Жесткость воды Жесткость воды обуславливается присутствием в ней солей кальция и

магния. Это общая жесткость. Общая жесткость складывается из карбонатной и некарбонатной, или остаточной. Карбонатная жесткость в свою очередь делится на устранимую (временную), которая может быть удалена кипячением воды и неустранимую. Оставшиеся в растворе после кипячения соли обуславливают постоянную жесткость воды.

Общая жесткость воды определяется следующим образом. В коническую колбу на 250 мл вносят 100 мл исследуемой воды, прибавляют 5 мл буферного раствора и 7-8 капель индикатора (эриохрома черного). Раствор перемешивают и медленно титруют 0,05 н раствором трилона "Б" до изменения окраски индикатора от вишневой до синей. Расчет общей жесткость производят по формуле:

16

Xмг.экв/л = (Vмл*Nг.экв/л*1000мг.экв/г.экв) / V1мл., где: V - объем раствора трилона "Б", пошедшего на титрование, мл., N - нормальность раствора трилона "Б" г.эквл. V1- объем исследуемого раствора, взятого для титрования, мл.

6

МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ВОДОЕМОВ. БИОИНДИКАЦИЯ КАЧЕСТВА ВОДЫ

При оценке качества воды необходимо помнить, что проведение

соответствующих измерений требует соблюдения определенных принципов. При первых визитах к реке или другому водоему мы, как правило, задаем

описательные вопросы: что, каким образом и где. Функциональные вопросы (почему?) возникают позднее. Эти вопросы гораздо труднее, для ответа на них уже требуется не только измерительная работа, но и работа с литературой и мыслительные усилия.

Из опыта предыдущих полевых работ известно, что многие учащиеся пытаются выполнить все измерения с помощью техники, имеющейся у них с собой. Возвратясь в лабораторию, они испытывают большие трудности, так как реально не представляют, какую информацию они получили. Оказывается, что большинство результатов измерений трудно интерпретировать. Лучше на первых стадиях исследования прочитать об определенных методах исследования, чтобы представлять, на какие вопросы можно получить ответы, как аккуратно провести измерения. Предварительная подготовка и планирование сохранит вам больше времени, чем слепое использование всех методов измерений.

При интерпретации результатов измерений качества воды надо иметь в виду, что результаты измерений верны только по отношению к определенному времени. Днем позднее или ранее результаты измерений могут существенно отличаться. Например, вы можете отметить очень низкую концентрацию нитратов в ручейке или речке в один из дней. Однако, придя на другой день, вы можете отметить чрезвычайно высокое содержание нитратов, так как находящееся неподалеку сельскохозяйственное предприятие вывалило навоз в реку. Таким образом, физико-химические измерения позволяют оценить качество воды только на данный момент.

Присутствие индикаторных видов растений или животных позволяет более глубоко судить о качестве воды в водоеме.

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

Любая водная экосистема, находясь в равновесии с факторами внешней среды, имеет сложную систему подвижных биологических связей, которые нарушаются под воздействием антропогенных факторов. Прежде всего, влияние антропогенных факторов, и в частности, загрязнения отражается на видовом составе водных сообществ и соотношении численности слагающих их видов. Биологический метод оценки состояния водоема позволяет решить задачи, разрешение которых с помощью гидрофизических и гидрохимических методов невозможно. Оценка степени загрязнения водоема по составу живых организмов позволяет быстро установить его санитарное состояние, определить степень и характер загрязнения и пути его распространения в водоеме, а также дать

17

количественную характеристику протекания процессов естественного самоочищения.

Планктон - совокупность живых обитателей водоема, не способных активно передвигаться или медленно передвигающихся, но не противостоящих токам воды.

Фитопланктон - совокупность растительных организмов водоема, не способных активно передвигаться, - важнейший компонент водных систем, активно участвует в формировании качества воды и является чутким показателем состояния водных экосистем и водоема в целом.

Подчеркивая всю важность биоиндикационных методов исследования, необходимо отметить, что биоиндикация предусматривает выявление уже состоявшегося или происходящего загрязнения окружающей среды по функциональным характеристикам особей и экологическим характеристикам сообществ организмов. Постепенные же изменения видового состава формируются в результате длительного отравления водоема, и явными они становятся в случае в случае далеко идущих изменений.

Таким образом, видовой состав живых организмов из загрязняемого водоема служит итоговой характеристикой токсикологических свойств водной среды за некоторый промежуток времени и не дает ее оценки на момент исследования.

В холодное время года системы биологической индикации в гидробиологии вообще не могут быть применены.

При сбросе в водоем токсических веществ, содержащихся в промышленных сточных водах, происходит угнетение и обеднение фитопланктона. При обогащении водоемов биогенными веществами, содержащимися, например, в бытовых стоках, значительно повышается продуктивность фитопланктона. При перегрузке водоемов биогенами возникает бурное развитие планктонных водорослей, окрашивающих воду в зеленый, сине-зеленый, золотистый, бурый или красный цвета ("цветение" воды). "Цветение" воды наступает при наличии благоприятных внешних условий для развития одного, редко двух-трех видов. При разложении избыточной биомассы, выделяется сероводород или другие токсичные вещества. Это может приводить к гибели зооценозов водоема и делает воду непригодной для питья. Многие планктонные водоросли в процессе жизнедеятельности нередко выделяют токсичные вещества. Увеличение в водоемах содержания биогенных веществ в результате хозяйственной деятельности человека, сопровождаемые чрезмерным развитием фитопланктона, называют антропогенным эвтрофированием водоемов.

Каждая группа организмов в качестве биологического индикатора имеет свои преимущества и недостатки, которые определяют границы ее использования при решении задач биоиндикации.

Водорослям принадлежит ведущая роль в индикации изменения качества воды в результате эвтрофирования (заболачивания) водоема.

Зоопланктон также достаточно показателен как индикатор эвтрофирования и загрязнения (в частности органического и нитратного) вод. Кроме этого, среди зоопланктона встречаются и представители патогенной фауны, ограничивающей использование водного объекта в целях водоснабжения.

Простейшие являются высокочувствительными индикаторами сапробного состояния водоемов.

Зообентос - совокупность животных, обитающих на дне и в придонных слоях воды, служит хорошим индикатором загрязнения донных отложений и придонного слоя воды. Наиболее достоверными индикаторами среди них служат легочные моллюски, особенно катушки и речные чашечки. Положительные

18

результаты дает также оценка качества воды по личинкам насекомых. Свободно живущие личинки ручейников, а также поденок являются наиболее чувствительными организмами.

Значение макрофитов (высшая водная растительность) наиболее существенно при предварительном гидробиологическом осмотре водных объектов. При загрязнении водоемов изменяется видовой состав, биомасса и продукция макрофитов, возникают морфологические аномалии, происходит смена доминантных видов, обусловливающих особенности ценоза. Данные по ихтиофауне важны при оценке состояния водного объекта в целом и особенно при определении допустимых уровней загрязнения водных объектов, имеющих рыбохозяйственное значение.

Проведение биологических исследований имеет свои особенности в стоячих и текущих водоемах.

Для изучения рек и ручьев большое значение имеют перифитонные организмы (т.е. обрастатели), те, которые дают картину общего состояния воды за достаточно длительный промежуток времени, предшествующий исследованию. Быстрые колебания степени загрязнения воды плохо уловимы с помощью перифитона и для их наблюдения лучше подходят гидрохимические и бактериологические методы.

Также случайные загрязнения местного характера легче всего могут повлиять на характер населения дна (т.е. организмов бентоса) в таких водоемах.

Это обстоятельство заставляет при исследовании рек обращать внимание на быстрые места их течения - перекаты, плотины и т. д. Если мы хотим получить представление об общем состоянии реки, то станции необходимо выбирать именно здесь. Если же нас интересуют разовые или местные загрязнения необходимо исследовать обитателей дна в местах со слабым течением - в заводях, бочагах и т.п. После впадения в реку тех или иных загрязненных стоков последние сносятся течением вниз по реке и откладываются в более глубоких местах реки с замедленным течением.

Биологическое исследование стоячих водоемов, как правило, интерпретируется более легко. Здесь, прежде всего, необходимо проведение комплексных исследований с тем, чтобы иметь более полное представление о состоянии водоема. Чем крупнее исследуемый водоем, тем большее количество разнообразных станций надо выбирать по его периметру.

Почти любое использование воды влияет на ее качество. Использованная вода обычно возвращается в реки или отстойники для восстановления. Это может оказать нежелательное влияние на жизнь, если использованная вода будет сильно отличаться от естественной.

Таблица 7. Примеси, содержащиеся в воде

Примесь Как она попала в воду Вредное действие

Свинец, Pb2+ Из свинцовых труб, иногда из промышленных стоков

Поражает мозг и нервную систему, вызывает анемию

Медь, Cu2+ Из медных труб, иногда из промышленных стоков

Вызывает рвоту

Алюминий Al3+ Через обработку воды и алюминиевую посуду

Может вызвать болезнь Альцгеймера (потеря памяти

Ртуть, Hg (органические соединения)

Сточные воды Поражает нервную систему

Нитраты, NO3 Из удобрений Вызывают "синдром синюшного младенца" (редкое за6оле-вание крови у младенцев, может вызвать рак

19

Фосфаты, РО43-

Из удобрений и моющих средств

Способствуют росту водорослей в водоемах

Пестициды Следствие борьбы с вредителями сельского хозяйства

Могут вызвать рак

Кишечные бактерии Из канализации Вызывают расстройство желудка

Различные виды живых существ показывают, чем загрязнена окружающая

среда. Какой бы совершенной ни была современная аппаратура, она не может сравниться с "живыми приборами", реагирующими на те или иные изменения, отражающие воздействие всего комплекса факторов, включая сложные соединения различных ингредиентов.

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

Лучший индикатор опасных загрязнений - прибрежное обрастание, располагающиеся на поверхностных предметах у кромки воды. В чистых водоемах эти обрастания ярко-зеленого цвета или имеют буроватый оттенок. Для загрязненных водоемов характерны белые хлопьевидные образования. При избытке в воде органических веществ и повышения общей минерализации обрастания приобретают сине-зеленый цвет, так как состоят в основном из сине-зеленых водорослей. При плохой очистке фекально-бытовых сточных вод обрастания бывают белыми или сероватыми. Как правило, они состоят из прикрепленных инфузорий (сувойки, кархезиум и др.) Стоки с избытками сернистых соединений могут сопровождаться хлопьевидными налетами нитчатых серобактерий-теотриксов.

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

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

Таблица 8. Шкала загрязнений по индикаторным таксонам

Индикаторные таксоны Эколого-биологическая полноценность, класс качества воды, использование

Личинки веснянок, плоские личинки поденок, ручейник - риакофилла

Очень чистая. Полноценная Питьевое, рекреационное, рыбохозяйственное.

Крупные двустворчатые моллюски (перловица), плавающие и ползающие ручейник-нейреклипсис, вилохвостки, водяной клоп

Чистая. Полноценная Питьевое, рекреационное, рыбохозяйственное, орошение, техническое.

Моллюски-затворки, горошинки, роющие личинки поденок, ручейники при отсутствии реакофиллы и нейреклипсис, личинки стрекоз плосконожки и красотки, мошки

Удовлетворительно чистая. Полноценная. Питьевое с очисткой, рекреационное рыбоводство, орошение техническое.

Шаровки, дрейсена, плоские пиявки, личинки стрекоз при отсутствии плосконожки и красотки, водяной ослик

Загрязненные. Неблагополучные. Ограниченное рыбоводство, ограниченное орошение

Масса трубочника, мотыля, червеобразные пиявки при отсутствии плоских, крыски, масса мокрецов

Грязные. Неблагополучные. Техническое.

Макробеспозвоночных нет Очень грязные. Неблагополучные. Техническое с очисткой

20

7

ИЗУЧЕНИЕ БИОЛОГИЧЕСКОГО РАЗНООБРАЗИЯ ПЕРИФИТОНА И ЕГО

ЗАВИСИМОСТИ ОТ УРОВНЯ АНТРОПОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ

Изучение биоценозов обрастания нужно проводить на трех водоемах с

различной антропогенной нагрузкой (с мая по август.). Сбор перифитона осуществляется с искусственных 1предметные стекла, помещенные в специальные установки) и естест-знных (макрофиты и камни) субстратов. Длительность экспозиции гекол составляла от 1 суток до нескольких месяцев (3 мес.). При работе использовать методы изучения перифитона, (ило-зонные Т.П.Горидченко (1983).

Определение видового состава микроскопических организмов начали с коловраток, затеи определяли простейших, т.к. эти обрас-1тели требовали прижизненного наблюдения. С помощью бинокуляра осматривали материал, помещенный в чашку Петри с цель» извлече-1Я для определения животных.

Растительный материал просмотреть под микроскопом в живом стоянии и определить вначале нежные формы (жгутиковые, эвгленовые и др.). Водоросли в живом состоянии изучить с помощью светового микроскопа МБИ. При изготовлении временных препаратов использовать в качестве консерванта раствор Люголя в модификации.В. Кузьмина (Горидченко,1983) и формалин. Также использовать синтетическую кумароновую смолу и камфарное масло. Для измерения микроскопических объектов применить окуляр-микрометр с измерительной линейкой. Для определения площади субстратов использовать метод средневзвешенных площадей. Количественный учет производить в камере Нажотта.

Пробы перифитона: Для оценки видового разнообразия фито- и зооперифитона использовать индексы Шеннона, Бергера-Паркера и Хорасавы.

Для обнаружения сезонных группировок фито- и эооперифитона использовать многомерный кластерный анализ. Мерой сходства была ранговая статистика, предложенная В.Н.Максимовым. Сходство отдельных проб оценивать по б доминирующим по численности видам.

Для оценки состояния перифитонного сообщества использовать - модель (Левнч, 1980):

с X1"1n (i) = - i* где n (i) - численность i-ro вида, С - численность доминирующего в

сообществе вида, X и Y - параметры, определяющие форму рангового распределения.

Статистическую норму для параметров X и ")( оценивать с помощью так называемой функции желательности. Расчет желательностей проводить на ПЭВМ с помощью программы ESTIMATOR (Носов и др., 1995). В этой программе частную желательность d(x) рассчитывают, как произведение эмпирической функции распределения f(x) на вспомогательную функцию, где zopt задается, как нормированное значение модального класса для функции f(x):( ЕХР(2 – гор УОг

при т. е (о,1)У (г) =2(1 - 2) У О при г=0 или г=1 Обобщенную желательность для каждой кривой

рангового распределения определить по обычной формуле для среднего геометрического:

Для выявления причин экологического неблагополучия сообщества, диагностированного по показателям ранговых распределений фито- и зооперифитона и сапробности, определенной по методу Пантле и Букка, использовать метод экологически допустимых уровней (ЭДУ) абиотических

21

факторов. Метод ЭДУ позволяет выделить в пространстве факторов среды область нормального функционирования сообщества ( в форме многомерного параллелепипеда) и рассчитать границы этой области по каждому из факторов. Эти границы и названы ЭДУ. Выход за их пределы интерпретируется как переход системы из благополучного в неблагополучное состояние.

Гидрохимические показатели исследованных водоемов должны представлены санитарно-эпидемиологической службой г. Тюмени. Вода в исследуемом водоеме окажется в какой-то степени загрязненной, значения по всем показателям химического анализа будут минимальными и не несут выраженного характера загрязненности, хотя некоторые значения будут превышать предельно допустимые концентрации.

8

МЕТОДИКИ СБОРА ИХТИОЛОГИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ И ПРАВИЛА ИХ ОБРАБОТКИ

В водоемах видовой состав промысловых уловов часто весьма

разнообразен, но существующая промысловая статистика, как правило, не дает верного представления о действительном соотношении видов.

Такие данные промысловой статистики, неправильно отражая действительное соотношение видов рыб, особенно младших возрастов, могут стать причиной серьезных ошибок как при оценке запасов и планирования уловов на ближайшие годы, так и при разработке мероприятий охранного характера. Поэтому регулярные анализы видового, размерного и возрастного состава промысловых уловов – задача стол же важная и необходимая, как изучение возраста и темпа роста рыб, возраста наступления половой зрелости и других биологических показателей.

Основным источником ихтиологических материалов являются промысловые уловы. Так как в крупных водоемах промысел обычно круглогодичный, но интенсивность его в разные сезоны неодинакова, сбор основного ихтиологического материала необходимо приурочить прежде всего к главным сезонам промысла. На малых водоемах, где регулярного промысла нет, ихтиологические материалы следует собирать во время облова водоемов.

О состоянии запасов той или иной рыбы в водоеме судят, прежде всего, по величине уловов за ряд последних лет, по количественному соотношению возрастных групп, возрасту наступления первой и массовой половозрелости, который, в свою очередь, зависит от темпа роста рыб.

Изучение возраста и роста Важнейшими показателями продолжительности жизни, условий

существования и времени наступления половой зрелости рыбы являются ее возраст и рост. Без знания их нельзя дать правильную оценку состояния запасов и правильный прогноз возможного улова. По соотношению возрастных групп по годам в один и тот же биологический период года можно судить о величине запаса интенсивности промысла. Зная естественный или теоретический предельный возраст рыбы, можно определить коэффициент ее естественной смертности, который при наличии данных о весовом росте по возрастным группам позволит определить динамику нарастания промысловой ихтиомассы и установить наименьший промысловый размер и оптимальный коэффициент вылова, обеспечивающие наибольший улов.

22

Для обзора материалов, характеризующих возраст и рост рыбы, пользуются методом средних проб и выборочным методом. Общепринятым является первый метод, но в зависимости от условий работы и специфики изучаемого объекта следует применять оба метода.

Метод средних проб. Средняя проба – это часть улова, отделенная от него без выбора и с достаточной для практических целей достоверностью характеризующая весь улов. Величина средней пробы зависит от продолжительности жизни рыбы. Для рыб с жизненным циклом до 9-10 лет достаточно брать 100 экземпляров. За путину берут не менее трех проб (чаще больше).

Достоинство метода средних проб состоит в том, что собранные материалы достоверно отражают действительную возрастную структуру облавливаемой популяции. Недостаток этого метода заключается в неравномерном распределении материала по возрастным группам: в них всегда количественно преобладают средне возрастные группы и крайне слабо представлены младшие и старшие.

Выборочный метод. Возрастной материал собирают в течение нескольких дней путем подбора рыб по классам длины, в равном количестве в каждом классе. Для каждой возрастной группы должно быть взято не менее 20-25 рыб. Собранный материал распределяется по возрастным группам более равномерно, чем в предыдущем случае. В связи с этим повышается достоверность средних показателей линейного и весового роста во всех возрастных группах. Второе достоинство метода – значительное сокращение общего объема сборов. Недостаток выборочного метода состоит в том, что собранный материал не отражает возрастной структуры облавливаемой популяции.

Важное значение имеет период сбора материалов для изучения возраста рыб. Надо стремиться к тому, чтобы собранные материалы возможно достовернее отражали возрастную структуру промысловой части популяции изучаемого вида, что особенно важно для оценки запасов. В связи с этим большинство исследователей лучшим временем для сбора возрастных материалов считает период преднерестовых и нерестовых скоплений.

Проведение биологического анализа При проведении биологического анализа измеряют длину рыбы,

определяют ее вес, пол и стадию зрелости половых продуктов, берут чешую для определения возраста, в некоторых случаях определяют вес половых желез и берут навеску икры для определения плодовитости.

Длину рыбы измеряют с помощью мерной доски с точностью до 1 см, относя к длине в целых сантиметрах рыб с колебаниями до 0,5 см в меньшую и большую стороны. Такой прием упрощает в дальнейшем распределение рыб в рядах по принятым интервалам (классам).

Длину рыб измеряют от начала рыла до конца чешуйного покрова (у лососевых, сиговых и сельдевых, кроме того, измеряют длину до конца средних лучей хвостового плавника – длина по Смитту), а у бесчешуйных рыб – от начала рыла до начала средних лучей хвостового плавника.

Взвешивают рыбу на чашечных или иных весах с точностью до 1 г для мелких рыб, до 5 г для средних рыб и до 10 г для крупных рыб.

Для определения возраста берут от каждой рыбы 10-15 чешуй с середины тела под основанием спинного плавника и над боковой линией. Из боковой линии чешую брать не следует. Чешуйки должны быть правильной формы, свойственной виду. До того, как взять чешую, ее обушком скальпеля очищают от слизи, грязи и

23

посторонних чешуй. После этого чешуйки приклеивают на соответствующую страницу чешуйной книжки.

У бесчешуйных рыб возраст определяют по костным лучам грудного плавника, плоским костям головы, отолитам, позвонкам, которые после высушивания собирают для хранения в особые пакеты и складывают в коробки.

Все данные биологического анализа заносят в чешуйные книжки размером 6 х 11 см (в книжке должно быть 50 страниц), проставляя в них номера рыб в порядке их измерения. На обложке книжки указывают вид рыбы, дату поимки, место и орудие лова, фамилию и инициалы наблюдателя, в конце книжки – адрес наблюдательного пункта.

Все данные из чешуйных книжек записывают в журнал. Чешуйные книжки и журналы подлежат длительному хранению, так как со временем может возникнуть необходимость в этих материалах.

Анализ уловов Главной задачей анализов промысловых уловов является установление их

действительного видового и размерного состава с тем, чтобы по части специализированных уловов можно было с достаточной достоверностью судить о качественном составе промысловых уловов на водоеме в целом.

При анализе видового и размерного состава улова пробы следует брать во все промысловые сезоны и, по возможности, из всех основных типов орудий рыболовства в каждом сезоне.

Независимо от того, где производятся анализы, необходимо стремиться к тому, чтобы они в полной мере соответствовали сортировке рыбы, принятой на рыбоприемных пунктах или рыбозаводах. Только в этом случае данные анализов промысловых уловов можно распространить на всю рыбу, учитываемую промысловой статистикой. С другй стороны, это позволит общие годовые уловы ценных и охраняемых рыб выразить количеством экземпляров по всем возрастным категориям и дает возможность судить об урожайных и неурожайных поколениях, тенденции к увеличению или уменьшению их запасов.

При систематическом накоплении подобных материалов за ряд лет окажется возможным выявить закономерности колебаний численности исследуемых видов, точнее определять их запасы и размеры возможных уловов.

Результаты анализа видового и размерного состава уловов подлежат строгой и точной документации и немедленной первичной обработке.

При этом документы должны быть такой формы, чтобы сразу были видны конкретные результаты данного анализа, а с другой стороны, чтобы эти материалы могли служить исходными для составления сводного анализа, на основании которого дается заключение.

Определение возраста Возраст большинства рыб наиболее удобно и просто определять по чешуе

и отолитам. При определении возраста по чешуе обычно применяют штативную лупу

(увеличение 8-20 раз) или бинокуляр, а также проекционные аппараты (фильмоскоп, микрофот).

Если во время сборов с чешуи хорошо была удалена слизь, то дополнительной обработки не требуется. Грязную чешую размачивают в слабом растворе нашатырного спирта и протирают мягкой тряпкой. После этого отбирают 2-3 хороших по форме и видимости чешуи, которые закладывают между двумя предметными кольцами, скрепляемыми по концам резиновыми кольцами, изоляционной лентой и т. д. На одном конце препарата внутри наклеивают

24

полоску бумаги, на которой указывают символы для идентификации препарата (вид, дату, номер). Препараты для определения возраста рекомендуется хранить в течение ряда лет.

Определение возраста рекомендуется начинать с самых мелких экземпляров рыб и постепенно переходить к более крупным. Это дает возможность изучить строение чешуи и уточнить характер истинных годовых колец, научиться отличать их от дополнительных или ложных колец.

Если возрастные материалы собирают зимой или весной, то возраст рыб обозначают по числу годовых колец цифрами 1, 2, 3…, добавляя к ним слово «годовики». Если летом и осенью, ток цифрам 1, 2, 3 …, обозначающим число полных годовых колец, добавляют знак + или слово «летки». Знаком + обозначают прирост последнего сезона.

Определив возраст рыб, составляют таблицы, характеризующие их линейный и весовой рост. Прежде всего, материал распределяют по возрастным категориям, для каждой из которых вычисляют (методами вариационной статистики) среднюю длину и средний вес. Если требуется характеристика роста по полам, то сначала с каждой возрастной категории материал подразделяют на самок и самцов и для каждого пола вычисляют среднюю длину и вес, после чего ряды объединяют для вычисления тех же показателей для обоих полов. Если имеются материалы прежних леи, то их также включают в таблицу.

Если материалы на водоеме собираются систематически, то оказывается возможным характеризовать линейный и весовой рост рыб за ряд лет.

Если возрастной материал собирают по всем возрастным группам, начиная с годовиков (или сеголеток), то подобная таблица, характеризующая рост рыбы за ряд смежных лет, будет еще нагляднее.

При составлении таблиц нужно обязательно указывать количество исследованных экземпляров, чтобы можно было судить о надежности полученных данных.

Изучение полового состава В ихтиологических исследованиях определение пола рыб занимает

большое место при работах по систематике и биологии рыб и при оценке состояния рыбных запасов. Эти исследования необходимы и для промысла.

Соотношение полов у многих рыб близко 1:1. Но в разные биологические периоды это нормальное соотношение изменяется, и изменяется закономерно. У многих рыб в начале нерестового хода преобладают самцы, в конце хода – самки. Зная такую закономерность и следя за соотношением полов, можно делать прогнозы о повышении или ослаблении хода.

Известно, что соотношение полов рыб зависит и от характера самого промысла. У многих рыб самцы мельче самок; если орудие лова крупноячейное, то оно отбирает крупных рыб, т. е. в основном самок, а зрелые самцы уходят из таких орудий.

Поэтому для определения истинного соотношения полов рыб пробы нужно брать из таких орудий, которые в одинаковой степени улавливают как самцов, так и самок.

Обязательно следует фиксировать наименьшие и наибольшие размеры, вес и возраст половозрелых самцов и самок.

Степень зрелости половых продуктов у отдельных видов рыб определяют различно, но за основу можно принять схему определения зрелости гонад по Киселевичу:

СТАДИЯ I. НЕПОЛОВОЗРЕЛЫЕ ОСОБИ – JUVENALES. Половые железы неразвиты, плотно прилегают к внутренней стороне стенок тела (по бокам и ниже

25

плавательного пузыря) и представлены длинными узкими шнурами или лентами, по которым нельзя глазом определить пол.

СТАДИЯ II. СОЗРЕВАЮЩИЕ ОСОБИ ИЛИ ПОСЛЕ ИКРОМЕТАНИЯ. Половые железы начали развиваться. На шнурах образуются затемненные утолщения, в которых уже узнаются яичники и семенники. Икринки настолько мелки, что не видны невооруженным глазом. Яичники от семенников (молок) отличаются тем, что вдоль первых по стороне, обращенной к середине тела, проходит довольно толстый и сразу бросающийся в глаза кровеносный сосуд. На семенниках таких крупных сосудов нет. Половые железы малы и далеко не заполняют полости тела.

СТАДИЯ III. ОСОБИ, У КОТОРЫХ ПОЛОВЫЕ ЖЕЛЕЗЫ ХОТЯ И ДАЛЕКИ ОТ ЗРЕЛОСТИ, НО СРАВНИТЕЛЬНО РАЗВИТЫ. Яичники значительно увеличились в размерах, заполняют от 1/3 до 1/2 всей брюшной полости и наполнены мелкими непрозрачными, белесоватыми икринками, ясно различимыми невооруженным глазом. Если разрезать яичник и поскоблить концом ножниц по обнаженным икринкам, то они с трудом отрываются от внутренних перегородок органа и всегда образуют комки по несколько штук вместе.

Семенники имеют более расширенную переднюю часть и сужаются кзади. Поверхность их розоватая, а у некоторых рыб – красноватая от обилия мелких разветвляющихся кровеносных сосудов. При надавливании из семенников нельзя выделить жидких молок. При поперечном разрезе семенника края его не округляются и остаются острыми. В этой стадии рыба находится долго.

СТАДИЯ IV. ОСОБИ, У КОТОРЫХ ПОЛОВЫЕ ОРГАНЫ ДОСТИГЛИ ПОЧТИ МАКСИМАЛЬНОГО РАЗВИТИЯ. Яичники очень велики и заполняют до 2/3 всей брюшной полости. Икринки крупны, прозрачны и при надавливании вытекают. При разрезе яичника и скоблении разреза ножницами икринки соскабливаются поодиночке.

Семенники белого цвета и наполнены жидкими молоками, которые легко вытекают при надавливании брюшка. При поперечном разрезе семенника края его тотчас округляются, и разрез заливается жидким содержимым. Эта стадия непродолжительна и быстро переходит в следующую.

СТАДИЯ V. ТЕКУЧИЕ ОСОБИ. ИКРА И МОЛОКИ НАСТОЛЬКО ЗРЕЛЫ, ЧТО СВОБОДНО ВЫТЕКАЮТ НЕ КАПЛЯМИ, А СТРУЕЙ ПРИ САМОМ ЛЕГКОМ НАДАВЛИВАНИИ. Если держать рыбу в вертикальном положении за голову и потряхивать ее, то икра и молоки свободно вытекают.

СТАДИЯ VI. ОТНЕРЕСТОВАВШИЕ ОСОБИ. Половые продукты выметаны совершенно. Полость тела далеко не заполняется внутренними органами. Яичники и семенники очень малы, дряблы, воспалены, темно-красного цвета. Нередко в яичнике остается небольшое количество мелких икринок, которые претерпевают жировое перерождение и рассасываются. Через несколько дней воспаление проходит, и половые железы переходят в стадию II-III.

Если половые продукты находятся на промежуточной стадии или наблюдатель затрудняется точно обозначить стадию зрелости, она обозначается двумя цифрами, соединенными знаком тире. При этом стадия, к которой ближе половые продукты, ставится впереди. Например: III-IV, IV-III, VI-II и т. д..

Плодовитость Знание количества выметываемой рыбами икры необходимо для

практических и научных целей. Знание плодовитости необходимо и для суждения об эффективности естественного нереста рыб.

Различают индивидуальную плодовитость – общее количество икринок, выметываемых самкой за один нерестовый период; относительную – количество

26

икры, приходящееся на единицу веса самки; рабочую – количество икры, идущее для целей искусственного оплодотворения; видовую - сумму икринок, откладываемых самкой в продолжение всей жизни и популяционную плодовитость.

Для установления средней индивидуальной плодовитости нужно брать икру в стадии наибольшего развития, но до момента наступления икрометания; икру нужно отбирать у самок различного возраста, и при просчете следует вести отдельный учет мелких недоразвившихся икринок, имея в виду, что такие икринки могут остаться невыметанными.

При взятии проб на плодовитость каждую самку нужно измерить и взвесить, а также взять чешую или другой объект для последующего определения возраста. Затем рыбу вскрывают, весь яичник взвешивают и отделяют пробу для просчета. Эта проба не должна быть большой: у лососей достаточно брать до 20 г, у других рыб – 5-10 г, т. е., чем мельче икринки, тем меньше навеска.

Пробу взвешивают на аптекарских весах, кладут в баночку, снабжают этикеткой и заливают слабым (2-процентным) формалином (1 часть формалина на 19 частей воды).

В соответствующем журнале записывают наименование рыбы, время и место поимки, орудие лова, степень зрелости, длина тела, вес всей рыбы, икры и пробы. Надо оставить графы для вписывания количества икринок в навеске, во всем яичнике, диаметра икринок и для показателей возраста.

Для определения средних размеров икринок рекомендуется взять 10 икринок, расположить их по прямой линии, определить длину этой линии и разделив ее на 10, получить средний диаметр икринок. Так как икра в воде набухает, надо измерять только что изъятые из яичников или фиксированные в формалине икринки.

Плодовитость рыб зависит от длины и веса рыб. Упитанность Для определения степени упитанности рыб широко пользуются

коэффициентом Фультона, вычисляемым по формуле Q = w x 100 L3 Где Q - коэффициент упитанности; W - вес рыбы, г; L - длина рыбы от начала рыла до конца чешуйного покрова (по ad), см.

При определении коэффициента упитанности берется общий вес рыбы

(вместе со всеми внутренностями). Такой способ далеко не всегда отображает истинные показатели упитанности. Различная степень развития половых продуктов и наполнения кишечника мешает нахождению правильного коэффициента упитанности.

Более показательные результаты дает коэффициент упитанности по Кларк, вычисляемый по весу рыбы без внутренностей. Рекомендуется пользоваться обоими способами.

Жирность Жирность рыб точно определить можно только путем химического анализа,

и ихтиологи для характеристики этого показателя получают обычно готовые данные от соответствующих специалистов.

При работах на местах пользуются упрощенными методамиопределения степени жирности по пятибалльной шкале.

27

Балл 0. Жира на кишечнике нет. Балл 1. Тонкая шнуровидная полоска жира расположена между вторым и

третьим отделами кишечника. Балл 2. Неширокая полоска довольно плотного жира между вторым и

третьим отделами кишечника. Балл 3. Широкая полоска жира в середине между вторым и третьим

отделами кишечника. Балл 4. Кишечник почти целиком покрыт жиром за исключением маленьких

просветов, где видна кишка. Балл 5. Весь кишечник залит толстым слоем жира. Нет никаких просветов. Изучение питания рыб Методика исследования питания рыб состоит из четырех элементов: сбора

материалов, обработки содержимого желудочно-кишечных трактов рыб, цифровой обработки полученных материалов, литературной и графической обработки цифрового материала, а также трактовки различных наблюдений, сделанных во время исследований.

Существует два метода сбора и обработки материала по питанию: метод индивидуального сбора и обработки желудочно-кишечных трактов, когда рыба анализируется отдельно и метод группового сбора и обработки, когда кишечники собираются от группы рыб и содержимое их обрабатывается как нечто единое. Материал по питанию рыб должен собираться активными орудиями лова: тралом, закидным неводом и т. п. Материал из активных орудий лова дает полное представление о том, как питалась рыба в момент вылова. Объячеивающие орудия лова - сети, ловушки и пр.), в которых пойманная рыба остается долго в воде, малопригодны для сбора материала по питанию. За время пребывания рыбы в таких орудиях лова пища частично или полностью переваривается или отрыгивается.

Сбор материалов по питанию желательно проводить во все сезоны года и в различных районах водоема.

Следует иметь в виду, что большую ценность представляют систематические круглогодичные материалы из нескольких или даже одного места, чем разрозненный материал из многих мест.

Проба на питание состоит из 10-100 экз. в зависимости от целей исследования.

Рыбу длиной до 20 см фиксируют целиком. У рыб длиной более 20 см фиксируют только желудочно-кишечные тракты. Их надо брать по возможности немедленно после притонения или по выемки из пассивных орудий лова.

Перед извлечением желудочно-кишечного тракта проводят биологический анализ рыбы.

Извлечение желудочно-кишечного тракта производится следующим образом. Рыбу вскрывают ножницами или скальпелем по брюшной стороне от анального отверстия до головы. Желудочно-кишечный тракт вырезают от пищевода до анального отверстия и помещают с соответствующей этикеткой в марлевую салфетку. В случае недостатка марли тракт перевязывают у переднего и заднего конца суровой ниткой так, чтобы пища не выпала; соответствующая этикетка в данном случае свертывается трубкой и подвязывается к кишечному тракту.

При сборе материала следует обращать очень серьезное внимание на этикировку проб. Этикетка должна быть написана четко на пергаменте тушью или черным карандашом.

28

Материал (целые личинки и мальки и мелкие виды рыб, кишечные тракты взрослых особей) фиксируются 4-процентным формалином (1 часть 40-процентного формалина на 9 частей воды) в стеклянной или металлической посуде.

Раствор формалина перед фиксацией нейтрализуют толченым мелом или содой (1 чайная ложка на 1 литр раствора).

Основной задачей при исследовании содержимого желудочно-кишечных трактов является определение состава пищевого комка и значения отдельных пищевых компонентов. Вся обработка ведется количественным методом – путем подсчета и взвешивания содержимого трактов. Этот метод дает возможность количественно выразить питание для разных видов рыб, разных возрастов, разных полов, в разное время года, для разных географических мест и т. д..

Прежде чем приступить к обработке кишечных трактов, необходимо заранее приготовить особые бланки-карточки или особый журнал вскрытий по питанию рыб, куда из общего экспедиционного журнала переносятся данные по каждой станции, а из ихтиологического материала (журнала промеров) – данные по каждой рыбе.

Прежде всего отмоченный в воде желудочно-кишечный тракт перед вскрытием очищают от обрывков внутренностей и ожирков. Затем его растягивают, определяют на глаз и отмечают в соответствующей графе карточки данной рыбы степень наполнения пищей отдельных разделов пищеварительного тракта (пищевод, желудок и кишечник у желудочных рыб или передняя, средняя и задняя части тракта у безжелудочных) по пятибалльной шкале Лебедева:

0 - пусто, 1 - единично, 2 – малое наполнение, 3 – среднее наполнение, 4 – много, полный желудок или отдел кишечника, 5 – масса, растянутый кишечник.

По степени наполнения отделов пищеварительного тракта можно приблизительно установить время кормежки рыбы, например: пищевод – 1, желудок – 0, кишечник – 0 – рыба только что начала питаться; пищевод – 3, желудок – 4, кишечник – 2 – рыба уже довольно долго кормится на данной кормовой площади. Наполнение желудочно-кишечного тракта записывается в соответствующей графе трехзначным числом, например – 321, что означает наполнение пищевода – 3, желудка – 2, кишечника – 1.

После определения количества пищи в баллах желудочно-кишечный тракт разрезают на три указанных выше отдела и из каждого отдела извлекают при помощи шпателя или скальпеля содержимое на тарелку, чашку Петри или часовое стекло. Затем пищевой комок обсушивают фильтровальной бумагой до тех пор, пока на ней не перестанут оставаться сколько-нибудь заметные следы влаги и взвешивают на торзионных, аптекарских или технических весах.

У желудочных рыб взвешивают отдельно содержимое желудка и кишечника, у безжелудочных рационально производить раздельно взвешивание и дальнейшую обработку пищевого комка переднего, среднего и заднего отделов кишечника.

Полученные величины, так называемые фактические веса пищевого кома, заносят в соответствующую графу карточки или журнала.

После взвешивания содержимое каждого отдела пищеварительного тракта просматривается под бинокуляром, а если нужно, и под микроскопом для определения видового состава, численности и веса компонентов. При наличии небольших количеств пищевого кома обрабатывают весь ком, т. е. определяют, просчитывают и провешивают все компоненты. При наличии большого количества содержимого обычно просматривают навеску в 0,1 часть кома, и полученные в результате обработки этой навески цифры количества и веса переводят на вес кома каждого отдела желудочно-кишечного тракта. Остальная часть кома

29

просматривается качественно, и просчитываются лишь крупные кормовые объекты, которые могут не попасть в навеску.

По окончании работ приступают к вычислению индексов наполнения, которые выражают отношение веса отдельных компонентов и общего веса кома к весу рыбы в продецимилле (0/000), т. е. индексы представляются не абсолютными отношениями веса пищи и веса рыбы, а это отношение увеличивается в 10000 раз.

Частные и общие индексы вычисляются для отдельных рыб и заносятся на индивидуальную карточку или в журнал в соответствующую графу, затем вычисляются индексы для групп рыб: в среднем для пробы, для района, для сезона, для какой-либо возрастной группы и т. д. и в среднем для всего водоема.

Для получения средних индексов по пробе индивидуальные индексы рыб из одной пробы суммируются и делятся на общее число рыб в пробе независимо от того, имелась ли или отсутствовала пища у какой-либо из составляющих пробу рыбы. Для получения средних индексов по району, сезону и т. д. или в среднем по водоему суммируются средние индексы по пробам и делятся на число группируемых проб. На основании частных и общих индексов вычисляется процентный состав пищи данного вида рыб для какого-либо района, сезона, возрастной группы и т. д..

Помимо частных индексов и значения компонентов по индексам или, что принципиально то же, по весу, в работе следует приводить частоту встречаемости, число экземпляров пищевых организмов в среднем на одну рыбу, максимальные индексы, максимальные веса пищевых компонентов и всей пищи, максимальное число экземпляров пищевых организмов, а также минимальный, максимальный и преобладающий размеры потребляемых рыбой организмов.

Что еще нужно знать Для того, чтобы по-настоящему управлять рыбным хозяйством водоема,

сравнительных данных по видовому, размерному и возрастному составу промысловых уловов недостаточно. Необходимо стремиться к выявлению основных причин колебаний рыбных запасов, а иногда резких изменений их качественного состава. Для этого требуется знать весь комплекс окружающих абиотических и биотических факторов, в том числе и деятельность человека, их влияние на биологию и численность промысловых рыб. Только при этом условии возможны правильная оценка состояния рыбных запасов и биологические обоснования важнейших мероприятий по их рациональному использованию, включая меры по регулированию рыболовства и улучшению природных качеств водоема как рыбохозяйственного угодья.

Отсюда следует, что наблюдательные пункты должны собирать сведения о климате района, о водоеме (главнейшие показатели), о кормовых ресурсах, о состоянии нерестилищ основных рыб, по промысловой биологии рыб, о добывающем промысле и основных показателях его производственной эффективности, о загрязнении и засорении водоема промышленными отходами, о заболеваниях рыб, об эффективности акклиматизационных мероприятий, об эффективности мероприятий по регулированию рыболовства.

Пособие предназначается для начинающих ихтиологов. В нем кратко изложены методические указания по сбору и первичной обработке ихтиологических материалов, заимствованные из следующих источников:

Правдин И. Ф. Руководство по изучению рыб.- Москва, 1966 г. Тюрин И. В. биологические обоснования регулирования рыболовства на

внутренних водоемах. -Москва, 1963 г.

30

Руководство по изучению питания рыб в естественных условиях. -Москва, 1961 г.

Инструкция по сбору и первичной обработке ихтиологических материалов.- Москва, 1938 г.

Рис. 2. Измерения рыб

Потребность в быстром и легком определении рыб чрезвычайно велика

среди многих. Это, прежде всего, научные работники, студенты, школьники и практические работники рыбной промышленности.

Исследуемых рыб подвергают промерам штангенциркулем. Линейные величины выражают в целых миллиметрах; малые, например, диаметр глаза – с точностью до 0,5 мм. Трудности морфологической систематики рыб в том, что признаки подвержены возрастной и половой изменчивости. Поэтому при описании видов и разновидностей рыб приводят кратные или процентные отношения частей тела. Так поступал еще знаменитый Паллас в своей «Зоогеографии»(1811). Первые схемы промеров рыб – русский ихтиолог К. Ф. Кесслер (1864)

В специальные карточки заносятся следующие сведения: Место нахождения. Назвать водоем, из которого взята рыба. Для

незначительных водоемов желательно указать бассейн, к которому этот водоем относится.

Время нахождения. Ф. И. О. Собирателя и измерителя. Местное название. Местные названия бывают настолько поучительны, что в них заключаются существенные сведения по биологическим особенностям.

Научное (латинское) название. Определение пола обязательно при исследовании всех рыб. Самец

обозначается знаком ♂, самка - ♀. Если рыба молодая и пол определить невооруженным глазом нельзя, пишется juv (сокращенное juvenаles, т. е. молодая).

Для взрослой рыбы определяется балльной системой состояние (степень зрелости) половых продуктов. Указывается вес гонад. Вес рыбы. Возраст.

Боковая (латеральная) линия (l. l. – linea lateralis) – число прободенных чешуй (точнее число трубочек или канальчиков) в боковой части тела. Формула боковой линии имеет примерно такой вид: l. l. 43 8/4 45. Целые левое и правое числа обозначают наименьшее и наибольшее число чешуй, свойственное данной группе. Цифра над чертой указывает на число чешуй над боковой линией, т. е. от боковой линии до верхней части бока (у многих – до переднего края основания спинного плавника), а цифра внизу - чешуй под боковой линией до самой нижней

31

точки чешуйного покрова на боку (до основания переднего луча брюшного плавника). Когда чешуя очень мелкая, можно ограничиваться определением числа чешуй в 1/10 длины тела, отложив эту величину по боку тела впереди спинного плавника, повыше боковой линии.

Число лучей в спинном плавнике. Надо определять главным образом число мягких или ветвистых лучей, так как число жестких неветвистых или простых лучей подвержено слабому колебанию. Принято просчитывать лучи в первую очередь Спинной или дорсальный плавник принято обозначать буквой D (сокращенное dorsalis). Неветвистые (нерасчлененные) лучи обозначаются римскими, а ветвистые (расчлененные) – арабскими цифрами. Пример: D III 9 означает, что в спинном плавнике три луча простых и девять ветвистых. Если рыба имеет несколько спинных плавников, то между цифрами, относящимися к плавникам, ставится запятая. У наваги (Eleginus) 3 спинных плавника, формула лучей: I D 13, II D 18-20, III D 18-19.

Число жаберных тычинок (spinae branchiales сокращенно – sp. br.) просчитывается обычно на первой дужке. Помимо количества тычинок, надо указывать длину наибольшей тычинки и всей жаберной дужки. У лососей и сигов нужно указывать также характер жаберных тычинок – заостренные, тупые, булавовидные, цилиндрические, плоские.

Иногда нужно просчитывать число жаберных лучей (radii branchiostegi), поддерживающих жаберную крышку.

Число позвонков (vertebrae) считают без уростиля, принимая его за часть последнего позвонка, или с уростилем. Препарирование позвоночника не сложно: срезать мускулы с боков, со спины и брюшка, затем позвоночник с неотделенной головой и оставшимися кусками мяса вскипятить, после чего кости позвоночника очистить от мяса жесткой зубной щеткой.

Считать пилорические придатки (р. с.) трудно. Рекомендуется до просчета выдерживать пищеварительные органы рыбы в спирте (70º); если же они были законсервированы в формалине, то до просчета их следует выдержать в холодной воде (до 24 ч). Самый просчет удобно вести путем отрывания пинцетом каждого отростка.

Такие признаки, определяемые путем просчета, называются признаками меристическими, или счетными, а признаки, определяемые при помощи промеров, называются пластическими или измерительными.

Ось тела – прямая линия, которая начинается от вершины рта и заканчивается у корней средних лучей хвостового плавника.

ав – вся длина тела – расстояние от вершины рыла до вертикали конца наиболее длинной лопасти хвостового плавника при горизонтальном положении рыбы (до заднего края хвостового плавника)

ас – длина тела по Смитту (шведский ихтиолог в 1886 разработал схему измерений рыб семейства лососевых) – расстояние от вершины рыла до конца средних лучей хвостового плавника. Принята при измерении лососевых, корюшек и сельдевых.

аd – длина тела без С (без хвостового плавника) – расстояние от вершины рыла до конца чешуйного покрова.

od – длина туловища – расстояние от заднего края жаберной крышки до конца чешуйного покрова.

(Промысловая длина тела – расстояние от середины глаза рыбы до заднего края анального плавника.)

ao – длина головы – измеряется от вершины рыла до заднего конца жаберной крышки без перепонки.

32

аn – длина рыла или предглазничный отдел – расстояние от вершины рыла до переднего края глаза. (Рыло – часть головы впереди глаза). Вершина рыла – самая передняя точка головы при плотно закрытом рте.

np – диаметр глаза – обычно берется продольный диаметр. Измеряется собственно диаметр роговицы; веки, если они есть, в расчет не принимаются.

ро – заглазничный отдел головы – расстояние от заднего края глаза до заднего края жаберной крышки (без перепонки).

lm - высота головы – обычно измеряется высота головы у затылка. (Затылок – место над прикреплением позвоночника к черепу или над задним краем верхнезатылочной кости.)

gh – максимальная высота тела – измеряется в том месте, где тело наиболее высокое.

ik – минимальная высота тела – в наиболее низком месте тела, обычно находится близ основания хвостового плавника..

aq – антедорсальное расстояние – расстояние от вершины рыла до начала основания спинного плавника.

rd – постдорсальное расстояние – от вертикали заднего края основания спинного плавника по средней линии тела до конца чешуйного покрова или конца последнего позвонка.

az – антевентральное расстояние – до начала основания брюшного плавника.

ay – антеанальное расстояние – расстояние от вершины рыла до начала основания анального плавника.

jd – длина хвостового стебля – измеряется от вертикали конца анального плавника до конца чешуйного покрова по средней линии тела или до основания лучей С.

qs – длина основания D tu – наибольшая высота D - высота наибольшего луча этого плавника. Длина основания и высота А – условия те же, что для D. Длина Р и длина V - от передней линии их прикрепления до вершины

наиболее длинного луча. P-V - расстояние между P и V – расстояние между основаниями грудного и

брюшного плавников, передняя часть брюха. V-A - расстояние между V и А – расстояние между брюшным и анальным

плавниками, задняя часть брюха. Ширина лба или межглазничное пространство – расстояние между глазами

сверху, т.е. ширина черепа между глазами. (Наибольший обхват тела измеряется сантиметровой лентой в месте

наибольшей толщины тела, не беря в расчет плавников. Наибольшая толщина тела – наибольшее расстояние между боками. Но

следует помнить, что обхват и толщина тела сильно меняются.)

9

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КАЧЕСТВА ВОДЫ В ПРЕСНОМ ВОДОЁМЕ ПО ВИДОВОМУ

РАЗНООБРАЗИЮ ЗООБЕНТОСА

Цель работы – овладение методикой биоиндикационной оценки качества

пресных вод по индикаторным признакам донных макробеспозвоночных животных.

33

Справочный материал Наиболее перспективным, а одновременно простым и широко

используемым для анализа качества воды является метод Ф. Вудивиса, разработанный в Англии для анализа бентосных проб из прибрежных зон рек и озёр по составу фауны. В этом методе учитывается индикаторное значение отдельных видов (таксонов) и изменения разнообразия фауны в условиях загрязнения.

Принцип предложенного в данной работе метода состоит в том, что определение биотического индекса по системе Ф. Вудивиса ведётся по рабочей шкале, в которой использована наиболее часто встречаемая последовательность исчезновения индикаторных организмов зообентоса по мере увеличения загрязнения. Для всех живых организмов, представляющих макрозообентос и необходимых ля получения результатов в данной работе, предлагается определять так называемую «группу» животных: под понятием «группа» для одних животных подразумеваются отдельные виды, а для других, которых трудно идентифицировать даже с определителем, - более крупные таксоны, например, отряд или класс. Таким образом, это достаточный предел определения животных бентоса по данной методике.

Отбор проб для анализа требует соблюдения следующих правил. Отлов животных для анализа проводится специальным сачком-скребком в

зоне погружённых в воду растений. Для этого совершается несколько плавных движений сачком-скребком с захватыванием ила со дна. Общее время сбора одной пробы – 1 мин.Содержимое сачка-скребка тщательно промывается от или вводетого же водоёма. Отмытое содержимое можно идентифицировать на берегу водоёма или, что более удобно для дальнейшего анализа, пробы доставляют в лабораторию.

Необходимо либо непосредственно на берегу водоёма, либо в лаборатории осмотреть несколько экземпляров мягкой растительности, чтобы выявить прикреплённые формы зообентоса или зашедшие вглубь растения, а также обитателей корневой системы. Однако специальноколичественный анализ фитофильной макрофауны при контроле качества вод не производится.

Отбор проб производят в нескольких точках, сходных по экотопу. Дальнейшие процедуры определения качества воды производятся в

лаборатории. Стандартную разборку бентосных организмов проводят согласно таблице 10, пользуясь определителями. Устанавливают общее число присутствующих групп для той или иной «точки» в водоёме. Зная эту величину по таблице 11 спускаются вниз от личинок веснянок до олигохет и находят величину биотичесого индекса данной точки водоёма. Далее классифицируют водоём по классам качества воды в соответствии с таблицей 12.

Оборудование для сбора макрозообентосных проб Сачок-скребок с сеткой из мельничного газа № 10. Банки или

полиэтиленовые пакеты для сбора бентоса. Пипетки лабораторные и глазные для отбора обитателей бентоса, пинцеты. Поддоны для сортировки организмов бентоса. Полевой дневник или рабочий журнал.

Оборудование и материалы: эталонные (музейные) экспонаты зообентоса;

определители, каталоги макрозообентоса; препаровальные ванночки, чашки Петри, препаровальные иглы, пинцеты, бинокулярные лупы МБС-10.

ХОД РАБОТЫ Определите таксономическую принадлежность собранных животных.

34

Определите общее число представителей каждого таксона согласно таблице 1.

Определите биотический индекс Вудивиса (TBI) по рабочей шкале (Табл.2). Используя данные таблицы 3, сделайте вывод о качестве воды на

исследованных участках водоёма.

Таблица 10. Список выделяемых в зообентосе «групп» для расчёта индекса Вудивиса

Таксон Достаточный предел определения

Количество групп

Тип плоские черви (Plathelminthes) до класса

Тип кольчатые черви (малощетинковые, или олигохеты; многощетинковые, или полихеты) (Annelida)

до класса

Класс пиявки(Hirudinea) до вида

Тип моллюски (Mollusca) до вида

Тип членистоногие (Arthropoda): класс ракообразные (Crustacea) класс паукообразные (Arachnida) отряд клещи (Hydracarina)

до вида до вида до отряда

Класс насекомые (Insecta): личинки стрекоз (отряд Odonata) личинки подёнок (отряд Ephemeroptera) личинки веснянок (отряд Plecoptera)

до вида до вида до вида

Отряд жёсткокрылые, жуки (Coleoptera) до вида

Отряд сетчатокрылые (Neuroptera): личинки ручейников (отряд Trichoptera)

до семейства

Отряд двукрылые (Diptera): личинки комаров-звонцов (семейство Chironomidae) личинки других двукрылых (семейство Simulidae)

до семейства до вида

Таблица 11. Рабочая шкала для определения биотического индекса

Организмы

Кол-во видов-индикаторов

Общее количество присутствующих групп бентосных организмов

0-1 2-5 6-10 11-15

16-20 более

20

Личинки веснянок (Plecoptera) более 1

1 вид - -

7 6

8 7

9 8

10 9

11 10

Личинки поденок (Ephemeroptera)

более 1 1 вид

- -

6 5

7 6

8 7

9 8

10 9

Личинки ручейников (Trichoptera) более 1

1 вид - 4

5 4

6 5

7 6

8 7

9 8

Бокоплавы (Gammarus sp.) 3 4 5 6 7 8

Водяной ослик (Asellus aquaticus) 2 3 4 5 6 7

Олигохеты (Tubificidae) или личинки звонцов (Сhironomidae)

1 2 3 4 5 6

Отсутствуют все приведённые выше группы

0 1 2 - - -

Таблица 12. Классификация качества воды по биологическим показателям

Класс качества воды Степень загрязнения Биотический индекс

1 очень чистая 10

2 чистая 8-9

3 умеренно грязная 6-7

4 загрязнённая 5

5 грязная 3-4

6 очень грязная 0-2

35

10

ОЦЕНКА СТАБИЛЬНОСТИ РАЗВИТИЯ ЖИВЫХ ОРГАНИЗМОВ ПОУРОВНЮ АСИММЕТРИИ МОРФОЛОГИЧЕСКИХ СТРУКТУР

Под качеством среды понимается ее состояние, необходимое для обеспечения здоровья человека и других видов живых существ. Степень отклонения среды от нормы определяется по состоянию населяющих ее живых организмов, которое, в свою очередь, определяется по нарушению стабильности развития наиболее массовых (фоновых) видов и оценивается по пятибалльной шкале:

Таблица 13

Стабильность развития в баллах Качество среды

1-ый балл - Условно нормальное

2-ой балл - Начальные (незначительные) отклонения от нормы

3-ий балл - Средний уровень отклонений от нормы

4-ый балл - Существенные (значительные) отклонения от нормы

5-ый балл - Критическое состояние

Стабильность развития как способность организма к нормальному развитию

(без нарушений и ошибок) является чувствительным индикатором состояния природных популяций и позволяет оценивать суммарную величину антропогенной нагрузки. Наиболее простым и доступным для широкого использования способом оценки стабильности развития является определение величины флуктуирующей асимметрии билатеральных морфологических признаков. Она представляет собой отклонения от строгой билатеральной симметрии вследствие несовершенства онтогенетических процессов и проявляется в незначительных ненаправленных различиях между сторонами (в пределах нормы реакции организма). Получаемая интегральная оценка качества среды является ответом на вопрос – какова реакция живого организма на неблагоприятное воздействие, которое имело место в период его развития.

Оценка качества среды предполагает анализ наиболее обычных фоновых видов (модельных объектов) разных групп животных и растений.

Для характеристики состояния экосистемы рекомендуются следующие критерии отбора модельных объектов:

выбор представителей различных систематических групп, занимающих разное место в экосистемах;

выбор видов, обычные миграции которых не выходят за пределы исследуемых территорий;

выбор относительно крупных организмов, которые в меньшей степени зависят от микробиотопических условий в пределах исследуемых местообитаний, и пригодны для характеристики исследуемой территории в целом;

выбор фоновых видов для общей характеристики местообитания и возможности сбора необходимого материала на всех исследуемых участках в течение ограниченного промежутка времени;

выбор объектов для экстраполяции получаемых данных на человека. Для характеристики водных экосистем: наиболее обычные, массовые виды рыб – плотва, окунь, лещ, карас; Сбор материала. Выборки должны состоять из особей сходного возраста.

При изучении взрослых рыб необходимо учитывать, что полученные оценки

36

уровня флуктуирующей асимметрии отражают воздействие среды на момент формирования исследованных признаков. Оценку ситуации на текущий момент позволит получить анализ выборок сеголеток. Рекомендуемый объем выборки - 20 особей.

Подготовка и хранение материала. Для анализа лучше всего использовать свежепойманную рыбу. Хранить материал удобно в замороженном виде. Можно фиксировать рыбу в 4% формалине или 70% этаноле. Следует избегать длительного хранения материала, так как при этом возможно нарушение чешуйчатого покрова и некоторых других структур.

Для оценки уровня стабильности развития при ихтиологических

исследованиях используется 6-8 легко учитываемых признаков, таких как число лучей парных плавников, число тычинок на первой жаберной дуге (дополнительно можно учитывать тычинки и на остальных жаберных дугах), число чешуй в боковой линии и др. На рис. 2 приведена система морфологических признаков, используемая для оценки стабильности развития леща и плотвы.

Рисунок 3. Схема морфологических признаков леща (Abramis brama) и плотвы (Rutilus

rutilus)* для оценки стабильности развития. 1-7 - меристические признаки: 1 - число лучей в грудных плавниках; 2 - число лучей в брюшных плавниках; 3 - число лучей в межжаберной перегородке; 4 - число жаберных тычинок на 1-й жаберной дуге; 5 - число глоточных зубов; 6 - число чешуй в боковой линии; 7 - число чешуй боковой линии, прободенных сенсорными канальцами. * У плотвы не учитывается признак 5 в связи с направленностью асимметрии этого

признака.

У ряда видов (например, у щуки) учитывают количество хемипор на разных участках головы, а у окуня, кроме того, учитывают число шипов (выростов) на преджаберной крышке. Перечни морфологических признаков, используемых для оценки стабильности развития у золотого и серебряного карася, щуки, окуня, бычка-зеленчака, приведены. Для учета всех признаков необходим бинокуляр.

37

Для счетных признаков величина асимметрии у каждой особи определяется по различию числа структур слева и справа. Интегральным показателем стабильности развития для комплекса счетных признаков является средняя частота асимметричного проявления на признак. Этот показатель рассчитывается как среднее арифметическое числа асимметричных признаков у каждой особи, отнесенное к числу используемых признаков. В этом случае не учитывается величина различия между сторонами, а лишь сам факт асимметрии. За счет этого устраняется возможное влияние отдельных сильно отклоняющихся вариантов. В таблице 3 дан пример расчета средней частоты асимметричного проявления для 6 счетных признаков у 10 особей.

Таблица 14. Образец таблицы для обработки данных по оценке стабильности развития с

использованием счетных признаков

Номер признака Показатель

N особи 1 2 3 4 5 6 А* А/n

п л п л п л п л п л п л

1 1 – 0 0 - 1 1 – 1 1 - 1 2 – 2 1 - 1 2 0,33

2 2 – 1 1 - 0 1 – 3 1 - 1 3 – 2 0 - 1 5 0,83

3 1 – 2 1 - 1 2 – 2 1 - 1 2 - 1 1 - 1 2 0,33

4 1 – 1 1 - 1 2 – 4 1 - 1 2 - 3 1 - 1 2 0,33

5 1 – 1 1 - 1 1 – 1 1 - 1 1 - 1 1 - 0 1 0,17

6 1 – 1 1 - 1 1 – 3 0 - 1 1 - 1 0 - 1 3 0,50

7 1 – 1 1 - 1 1 – 2 1 - 2 1 - 1 0 - 1 3 0,50

8 1 – 0 0 - 0 3 – 2 1 - 1 0 - 0 1 - 1 2 0,33

9 1 – 1 1 - 1 2 - 2 1 - 1 1 - 1 0 - 0 0 0

10 0 – 1 1 - 1 3 - 1 1 - 1 1 - 2 2 - 1 4 0,67

Средняя частота асимметричного проявления на признак 0,40±0,07

п, л – соответственно, значение признака справа и слева *А - число асимметричных признаков n – число признаков

Обработку небольших выборок (20-30 особей) можно производить вручную,

получая при этом обобщенный по всем признакам показатель, удобный для сравнения с другими выборками. Статистическая значимость различий между выборками по величине интегрального показателя стабильности развития (частота асимметричного проявления на признак) определяется по t- критерию Стьюдента. Балльная система оценок по величине интегральных показателей стабильности развития разработана для рыб

Пятибалльная шкала оценки отклонений состояния организма от условной нормы по величине интегрального показателя стабильности развития для рыб.

Таблица 15

Балл Величина показателя

стабильности развития

I 0,30

II 0,30 - 0,34

III 0,35 - 0,39

IV 0,40 - 0,44

V 0,44

Оценка последствий антропогенного воздействия предполагает сравнение модельных площадок, выделенных на территориях с разной степенью антропогенного воздействия, либо путем сравнения выборок с одной и той же площадки, собранных в разное время для выявления возможного ухудшения или улучшения состояния организма.

38

Как показывает практика проведения таких оценок, при этом возможно выявление последствий различных видов антропогенных воздействий, а также комплексного воздействия (включая химическое и радиационное). При использовании балльной шкалы возможно выделение территорий по степени отклонения от нормы в состоянии организма в зависимости от антропогенной нагрузки. Важной частью оценки качества среды, расширяющей область применения документа, является организация контроля за экологическими изменениями посредством мониторинга качества среды, как системы раннего предупреждения, выявляющей даже начальные изменения в состоянии живых существ разных видов задолго до их исчезновения с рассматриваемой территории. При мониторинге во времени возможно выявление направления и степени отклонения состояния организма от условной нормы в зависимости от нарастания или снижения степени антропогенного воздействия.

При этом оценка может вестись по отдельным видам. Предпочтительной является оценка на уровне сообщества и экосистемы при исследовании представителей разных групп животных и растений. Как свидетельствует практика, балльные оценки, получаемые не только для близких видов, но и для представителей разных систематических групп, таких как растения и млекопитающие, обычно оказываются сходными, что позволяет дать интегральную характеристику степени отклонения состояния экосистемы от условной нормы.

39

Тюменское областное общественное детское движение «ЧИР» Россия, 625023, г. Тюмень, ул. 50 лет Октября, д. 60/4

Тел. +7 (3452) 484 064 e-mail: tooddchir@yandex.ru

сайт tooddchir.ru