Экологическая оценка водоемов при помощи ряски малой

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оглавление

Введение

Глава 1. Литературный обзор. Растения индикаторы водоёмов Славянского района

1.1 Общие сведения о водорослях

1.2 Биологическая характеристика семейства Рясковых (Lemnaceae)

Глава 2. Объект, материалы и методы исследования

2.1 Объект исследования

2.2 Материалы для исследования

2.3 Методы исследования

Глава 3. Характеристика места исследования

3.1 Геолого-геоморфологические условия

3.2 Климатические условия

3.3 Гидрологические особенности

Глава 4. Результаты исследований и их обсуждение

4.1 Изучение влияния солей тяжелых металлов на ряску малую

4.2 Изучение влияния гербицидов на ряску малую

4.3 Состояние водоёмов г. Славянска-на-Кубани по содержанию солей тяжёлых металлов и органических веществ

Выводы

Глава 4. Методические рекомендации

Список литературы

Введение

Деятельность человечества в конце ХХ века стала значительным фактором воздействия на окружающую среду. Химическое, радиоактивное, шумовое и другие виды загрязнения окружающей среды вызывают закономерную озабоченность широких слоев общественности. По прогнозам специалистов проблема защиты окружающей среды в XXI веке выйдет как наиболее значимая для большинства промышленно развитых стран [12, c.315].

В последние годы общество все шире интересуется состоянием природной среды. Эта информация нужна для ведения хозяйства, строительных работ, при чрезвычайных обстоятельствах -- для оповещения о надвигающихся опасных явлениях природы и т.п. Определение антропогенных факторов и изменений представляет собой специфическую задачу [24, с. 26].

Большую проблему, требующую основательного изучения и анализа, представляют все речные системы края (кроме некоторых горных), которые все сегодня загрязнены. В воды рек края поступает большое количество загрязняющих и отравляющих веществ от промышленных и сельскохозяйственных предприятий, со сточными водами из городов, станиц. Увеличивается сброс загрязняющих веществ с канализационными стокам, с ливневыми водами несущими с собой азот, тяжелые металлы, пестициды и т.д. Качество воды в водных объектах г. Славянска-на-Кубани и Славянского района не соответствует сегодня принятым нормам для водных объектов питьевого, санитарно-бытового и рыбохозяйственного использования. В основной массе загрязняющих веществ в составе сточных вод приходится на сульфаты -- 48,6 %, хлориды -- 24,3 %, взвешенные вещества - 5,8 %, что представляет интерес и актуальность данной работы [4, c. 7].

Цель данной работы: проведение биоиндикации водоёмов г.Славянска-на-Кубани при помощи ряски малой и внедрение полученных результатов в образовательный процесс.

Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач:

1. Изучение влияния солей тяжелых металлов на ряску малую.

2. Изучение влияния гербицидов на ряску малую.

3. Проанализировать состояние водоёмов г.Славянска-на-Кубани, на содержание солей тяжёлых металлов и органических веществ.

4. Разработка урока по теме «Водоросли» для 6 класса по программе И.Н. Сонина для 6 класса на 2 часа в неделю.

Глава 1. Литературный обзор. Растения - индикаторы водоёмов Славянского района

1.1 Общие сведения о водорослях

Водоросли могут использоваться в качестве индикаторов состояния водоема. Они являются биоиндикаторами и начальным звеном в трофической цепи экосистемы водоема [15, c. 16].

Это обширная и неоднородная группа примитивных, напоминающих растения организмов. За немногими исключениями, они содержат зеленый пигмент хлорофилл, который необходим для питания путем фотосинтеза, т.е. синтеза глюкозы из диоксида углерода и воды. Очень редко встречаются бесцветные водоросли, но во многих случаях зеленый хлорофилл маскируется у них пигментами другого цвета. Фактически среди тысяч видов, входящих в эту группу, можно найти формы, окрашенные в любой из тонов солнечного спектра. Хотя водоросли иногда относят к наиболее примитивным организмам, это мнение можно принять лишь с существенными оговорками. Действительно, у многих из них отсутствуют сложные ткани и органы, сравнимые с хорошо известными у семенных растений, папоротниковидных и даже у мхов и печеночников, однако все процессы, необходимые для роста, питания и размножения их клеток, весьма, если не полностью, сходны с происходящими в растениях. Таким образом, физиологически водоросли достаточно сложны [11, c.34].

Водоросли - самые многочисленные, самые важные для планеты и шире всего распространенные фотосинтезирующие организмы. Их много повсюду - в пресных водах, на суше и в морях, чего нельзя сказать, например, о печеночниках, мхах, папоротниковидных или семенных растениях. Невооруженным глазом водоросли часто можно наблюдать в виде мелких или крупных пятен зеленой или иначе окрашенной пены ("тины") на поверхности воды. На почве или древесных стволах они обычно выглядят как зеленая или сине-зеленая слизь. В море слоевища крупных водорослей (макрофитов) напоминают красные, бурые и желтые блестящие листья различной формы [34, c. 158].

Морфология и анатомия. Размеры водорослей широко варьируют - от микроскопических форм диаметром или длиной в тысячные доли сантиметра до морских гигантов длиной более 60 м. Многие водоросли - одноклеточные или состоят из нескольких клеток, образующих рыхлые агрегаты. Некоторые представляют собой строго организованные колонии клеток, но есть и настоящие многоклеточные организмы. Клетки могут соединяться торцами, образуя цепочки и нити - как ветвистые, так и неветвистые. Вся структура в целом иногда выглядит как маленький диск, трубка, булава и даже дерево, а иногда напоминает ленту, звезду, лодочку, шар, лист или пучок волос. Поверхность клеток может быть гладкой, или же покрытой сложным узором из шипов, сосочков, ямок и гребней [32, c. 112].

У большинства водорослей клетки по общему строению сходны с зелеными клетками растений, например кукурузы или томата. Жесткая клеточная стенка, состоящая в основном из целлюлозы и пектиновых веществ, окружает протопласт, в котором различают ядро и цитоплазму с включенными в нее особыми органоидами - пластидами. Самые важные из них - хлоропласты, содержащие хлорофилл. В клетке также имеются заполненные жидкостью полости - вакуоли, которые содержат растворенные питательные вещества, минеральные соли и газы. Однако такая структура клетки свойственна не всем водорослям. У диатомовых одним их важнейших составляющих клеточной стенки является кремнезем, создающий как бы стеклянный панцирь. Зеленый цвет хлоропластов часто маскируется другими веществами, обычно - пигментами. У небольшого числа водорослей жесткой клеточной стенки нет совсем [26, c. 58].

Локомоция. Многие водные вегетативные клетки и колонии водорослей, а также некоторые типы их репродуктивных клеток движутся довольно быстро. Они снабжены одним или несколькими бичевидными придатками - жгутиками, биение которых проталкивает их сквозь толщу воды. Некоторые лишенные клеточной стенки водоросли способны вытягивать вперед части своего тела, подтягивать к ним остальные и за счет этого "ползти" по твердым поверхностям. Такое движение называется амебоидным, поскольку примерно так же перемещаются всем известные амебы. Прямолинейная или зигзагообразная локомоция диатомовых - обладателей твердой клеточной стенки, - вероятно, обусловлена токами воды, создаваемыми различными струйчатыми движениями их цитоплазмы. Скольжение, ползание, волнообразное перемещение более или менее жестко прикрепленных к субстрату водорослей обычно сопровождается образованием и разжижением слизи [29, c. 15].

Размножение. Почти все одноклеточные водоросли способны размножаться простым делением. Клетка делится надвое, обе дочерние клетки - тоже, и этот процесс в принципе может идти до бесконечности. Поскольку клетка погибает только в результате "несчастного случая", можно говорить о своего рода бессмертии. Особый случай - клеточное деление у диатомовых. Их панцирь состоит из двух половинок (створок), входящих друг в друга, как две части мыльницы. Каждая дочерняя клетка получает одну родительскую створку, а вторую достраивает сама. В результате у диатомеи одна створка может быть новой, а вторая - полученной в наследство от далекого предка. Протопласт некоторых вегетативных клеток способен разделяться с образованием подвижных или неподвижных спор. Из них после длительного или короткого периода покоя развивается зрелая водоросль. Это одна из форм бесполого размножения. При половом размножении у водорослей формируются мужские и женские половые клетки (гаметы). Мужская гамета сливается с женской, т.е. происходит оплодотворение, и образуется зигота. Последняя, обычно после периода покоя, длящегося в зависимости от вида водорослей от нескольких недель до нескольких лет, начинает расти и дает в конечном итоге взрослую особь. Гаметы сильно варьируют по размерам, форме и подвижности. У некоторых водорослей мужская и женская гаметы структурно сходны, а у других четко различаются, т.е. представляют собой спермии и яйцеклетки. Таким образом, половое размножение водорослей имеет множество форм и уровней сложности [16, 18, 39].

Распространение. На планете трудно найти место, где не было бы водорослей. Обычно их считают водными организмами, и, действительно, подавляющее большинство водорослей обитает в лужах и прудах, реках и озерах, морях и океанах, причем в определенные сезоны они могут становиться там очень обильными. Водоросли прикрепляются к скалам, камням, кускам древесины, к водным растениями или же свободно плавают, составляя часть планктона. Временами эта их взвесь, включающая миллиарды микроскопических форм, достигает консистенции горохового супа, заполняя собой обширные пространства озер и морей. Такое явление называют "водорослевым цветением" воды. Глубина, на которой можно встретить водоросли, зависит от прозрачности воды, т.е. ее способности пропускать необходимый для фотосинтеза свет. Большинство водорослей сосредоточено в поверхностном слое толщиной несколько дециметров, однако некоторые зеленые и красные водоросли встречаются и на значительно большей глубине. Отдельные виды способны расти в океане на глубине 60-90 м. Некоторые водоросли, даже вмерзнув в лед, могут сохранять в состоянии анабиоза жизнеспособность на протяжении многих месяцев [15, c. 19].

Лимитирующие экологические факторы. Хотя водоросли встречаются практически везде, для жизни каждому их виду необходимо определенное сочетание освещенности, влажности и температуры, наличие необходимых газов и минеральных солей. Для фотосинтеза нужны свет, вода и диоксид углерода. Некоторые водоросли переносят значительные периоды почти полного высыхания, однако для роста им все равно требуется вода, служащая единственной средой обитания для подавляющего большинства форм. Содержание кислорода и СО₂ в водоемах сильно варьирует, однако водорослям их обычно вполне хватает. Большие количества водорослей в мелких водоемах иногда за ночь расходуют столько кислорода, что вызывают массовый замор рыбы: ей становится нечем дышать. Для роста водорослей необходимы растворенные в воде соединения азота и многих других химических элементов. Концентрация этих минеральных солей в толще воды гораздо ниже, чем во многих почвах, но целому ряду видов ее, как правило, достаточно для массового развития. Иногда рост водорослей резко ограничивается из-за недостатка одного-единственного элемента: диатомовые, например, редки в воде, содержащей мало силикатов [43, c. 11].

Делались попытки разделить водоросли на экологические группы: водные, почвенные, снежные или накоровые формы, эпибионты и т.д. Некоторые водоросли растут и размножаются только в строго определенное время года, т.е. могут считаться однолетниками; другие - многолетники, у которых лишь размножение приурочено к определенному времени. Ряд одноклеточных и колониальных форм завершает вегетативную и репродуктивную фазы своего жизненного цикла всего за несколько дней. Все эти феномены, безусловно, связаны не только с наследственностью организмов, но и с различными факторами окружающей их среды, однако выяснение точных взаимосвязей внутри намечающихся экологических групп водорослей - дело будущего [51, c. 45].

Причиняемый вред. Некоторые водоросли наносят экономический ущерб или по крайней мере доставляют большие неприятности. Они загрязняют источники воды, часто придавая ей неприятный вкус и запах. Некоторые массово размножившиеся виды вполне можно идентифицировать по специфическому для них "аромату". К счастью, теперь существуют вещества, эффективно убивающие водоросли и при этом не ухудшающие качества питьевой воды. Для борьбы с водорослями в рыбоводных прудах используют и такие меры, как повышение "проточности" системы, ее затенение и взмучивание. Раки, например, поддерживают мутность воды, достаточную для того, чтобы сильно замедлить рост водорослей. Некоторые водоросли, особенно в периоды своего "цветения", портят места, отведенные для купания. Многие морские макрофиты во время штормов отрываются от субстрата и выбрасываются волнами и ветром на пляж, буквально заваливая его своей гниющей массой. В их плотных скоплениях могут запутываться мальки рыб. Несколько видов водорослей, попадая в организм животных, вызывают отравления, иногда смертельные. Другие оказываются сущим бедствием в теплицах или повреждают листья растений [40, c.11].

Классификация водорослей. В прошлом водоросли считались примитивными растениями (без специализированных проводящих, или сосудистых, тканей); их выделяли в подотдел водорослей (Algae), который вместе с подотделом грибов (Fungi) составлял отдел талломных (слоевцовых), или низших растений (Thallophyta), - один из четырех отделов царства растений (некоторые авторы вместо термина "отдел" пользуются зоологическим термином "тип"). Далее водоросли разделяли по цвету - на зеленые, красные, бурые и др. Цвет - достаточно прочная, но не единственная основа для общей классификации этих организмов. Более существенны для выделения различных групп водорослей типы формирования их колоний, способы размножения, особенности хлоропластов, клеточной стенки, запасных веществ и т.п. Старые системы обычно признавали около десяти таких групп, считавшихся классами. Одна из современных систем относит к "водорослям" (этот термин утратил классификационное значение) восемь типов (отделов) царства протистов (Protista); впрочем, такой подход признается не всеми учеными [1, с. 17].

Зеленые водоросли (отдел (тип) Chlorophyta царства протистов). Обычно они цвета зеленой травы (хотя окраска может варьировать от бледно-желтой до почти черной), а фотосинтетические пигменты у них такие же, как у обычных растений [3, c. 28].

Большинство - микроскопические пресноводные формы. Многие виды растут на почве, образуя на ее влажной поверхности напоминающие войлок налеты. Бывают одно- и многоклеточными, образуют нити, шаровидные колонии, листовидные структуры и т.д [4, c.19].

Клетки подвижные (с двумя жгутиками) или неподвижные. Половое размножение - разных уровней сложности в зависимости от вида. Видов описано несколько тысяч. Клетки содержат ядро и несколько четко оформленных хлоропластов [12, c. 59].

Один из хорошо известных родов - плеврококк (Pleurococcus), одноклеточная водоросль, образующая зеленые налеты, часто наблюдаемые на коре деревьев [53, c.129].

Широко распространен род Spirogyra - нитчатые водоросли, образующие длинные волокна тины в ручьях и холодных речках. Весной они плавают в виде липких желтовато-зеленых скоплений на поверхности прудов [11, c. 36].

Cladophora растет в виде мягких, сильно ветвящихся "кустиков", прикрепляющихся к камням у берегов рек [16, c. 28].

Basiocladia образует зеленый налет на спине пресноводных черепах [28, c. 11].

Состоящая из многих клеток водяная сеточка (Hydrodictyon), обитающая в стоячих водах, по строению действительно напоминает "авоську" [37, c.11].

Десмидиевые - одноклеточные зеленые водоросли, предпочитающие мягкую болотную воду; их клетки отличаются причудливой формой и красиво орнаментированной поверхностью [41, c.15].

У некоторых видов клетки соединены в нитчатые колонии. У свободноплавающей колониальной водоросли Scenedesmus серповидные или продолговатые клетки объединены в короткие цепочки. Этот род обычен в аквариумах, где его массовое размножение приводит к появлению в воде зеленого "тумана" [40, c. 15].

Самая крупная зеленая водоросль - морской салат (Ulva), макрофит листовидной формы [42, c.214].

Красные водоросли (багрянки) (отдел (тип) Rhodophyta царства протистов) [40, c. 113].

Большинство из них - морские листовидные, кустистые или корковые макрофиты, обитающие ниже линии отлива. Цвет их преимущественно красный из-за присутствия пигмента фикоэритрина, но может быть пурпурным или синеватым. Некоторые багрянки встречаются в пресной воде, главным образом в ручьях и прозрачных быстрых речках. Batrachospermum - студенистая на ощупь сильно ветвистая водоросль, состоящая из буроватых или красноватых похожих на бусины клеток. Lemanea - щетковидная форма, часто растущая в быстро текущих речках и водопадах, где ее талломы прикрепляются к камням. Audouinella - нитчатая водоросль, встречающаяся в мелких речках. Ирландский мох (Chondrus cripus) - обычный морской макрофит. Багрянки не образуют подвижных клеток. Их половой процесс очень сложен, и один жизненный цикл включает несколько фаз [37, c.15].

Бурые водоросли (отдел (тип) Phaeophyta царства протистов). Почти все они - обитатели моря. Лишь немногие виды микроскопические, а среди макрофитов встречаются самые крупные водоросли в мире. К последней группе относятся ламинарии, макроцистисы, фукусы, саргассумы и лессонии ("морские пальмы"), наиболее обильные по побережьям холодных морей. Все бурые водоросли многоклеточные. Цвет их варьирует от зеленовато-желтого до темно-коричневого и обусловлен пигментом фукоксантином. Половое размножение связано с образованием подвижных гамет с двумя боковыми жгутиками. Экземпляры, образующие гаметы, часто совершенно не похожи на организмы того же вида, размножающиеся только спорами [37, c. 234].

Диатомовые водоросли (диатомеи). Объединяют в класс Bacillariophyceae, который в используемой здесь классификации входит вместе с золотистыми и желто-зелеными водорослями в отдел (тип) Chrysophyta царства протистов. Диатомеи - весьма обширная группа одноклеточных морских и пресноводных видов. Окраска их от желтой до бурой из-за присутствия пигмента фукоксантина. Протопласт диатомей защищен коробчатой кремнеземной (стеклянной) оболочкой - панцирем состоящим из двух створок. Твердая поверхность створок часто покрыта характерным для вида сложным узором из штрихов, бугорков, ямок и гребней. Эти панцири - одни из самых красивых микроскопических объектов, а четкость различения их узора используется иногда для проверки разрешающей силы микроскопа. Обычно створки пронизаны порами или имеют щель, называемую швом. В клетке находится ядро. Помимо деления клеток надвое известно и половое размножение. Многие диатомеи - свободноплавающие формы, но некоторые прикреплены к подводным объектам слизистыми ножками. Иногда клетки объединяются в нити, цепочки или колонии. Различают два типа диатомей: перистые с удлиненными двусторонне-симметричными клетками (они наиболее обильны в пресных водах) и центрические, клетки которых, если смотреть со створки, выглядят округлыми или многоугольными (их больше всего в морях) [11, c. 123].

Как уже упоминалось, панцири этих водорослей сохраняются после смерти клеток и оседают на дно водоемов. С течением времени мощные их скопления уплотняются в пористую горную породу - диатомит [18, c.15].

Жгутиковые. Эти организмы в связи с их способностью к "животному" питанию и рядом других важных признаков сейчас нередко относят к подцарству простейших (Protozoa) царства протистов, однако их можно рассматривать и в качестве не входящего в Protozoa отдела (типа) Euglenophyta того же царства. Все жгутиковые одноклеточные и подвижные. Клетки - зеленые, красные или бесцветные. Некоторые виды способны к фотосинтезу, тогда как другие (сапрофиты) поглощают растворенную органику или даже заглатывают твердые ее частицы. Половое размножение известно лишь у некоторых видов. Обычный обитатель прудов - Euglena, зеленого цвета водоросль с красным "глазком". Она плавает с помощью единственного жгутика, способна как к фотосинтезу, так и к питанию готовой органикой. В конце лета Euglena sanguinea может окрашивать прудовую воду в красный цвет [32, c.256].

Динофлагеллаты. Эти одноклеточные жгутиковые организмы тоже часто причисляют к простейшим, но их можно выделять и в самостоятельный отдел (тип) Pyrrophyta царства протистов. Они в основном желто-бурые, но бывают и бесцветными. Клетки их обычно подвижны; клеточная стенка у некоторых видов отсутствует, а иногда бывает весьма причудливой формы. Половое размножение известно лишь у немногих видов. Морской род Gonyaulax - одна из причин "красных приливов": у побережий он бывает настолько обилен, что вода приобретает несвойственный ей цвет. Эта водоросль выделяет токсичные вещества, иногда приводящие к гибели рыбы и моллюсков. Некоторые динофлагеллаты вызывают фосфоресценцию воды в тропических морях [30, c. 52].

Золотистые водоросли. Они входят наряду с другими в отдел (тип) Chrysophyta царства протистов. Цвет их желто-бурый, а клетки бывают подвижными (жгутиковыми) или неподвижными. Размножение бесполое с образованием пропитанных кремнеземом цист [27, c.111].

Желто-зеленые водоросли. Сейчас их принято объединять с золотистыми в отдел (тип) Chrysophyta, но можно считать их и самостоятельным отделом (типом) Xanthophyta царства протистов. По форме они сходны с зелеными водорослями, но отличаются преобладанием специфических желтых пигментов. Их клеточные стенки иногда состоят из двух входящих одна в другую половинок, причем у нитчатых видов эти створки в продольном сечении Н-образные. Половое размножение известно лишь у немногих форм.

Харовые (лучицы). Это - многоклеточные водоросли, составляющие отдел (тип) Charophyta царства протистов. Окраска их варьирует от серовато-зеленой до серой. Клеточные стенки часто инкрустированы карбонатом кальция, поэтому отмершие остатки харовых участвуют в образовании отложений мергеля. У этих водорослей есть цилиндрическая, напоминающая стебель главная ось, от которой мутовками отходят боковые отростки, похожие на листья растений. Растут харовые вертикально на мелководье, достигая в высоту 2,5-10 см. Размножение половое. Харовые вряд ли близки к какой-либо из перечисленных выше групп, хотя некоторые ботаники считают, что они произошли от зеленых водорослей [2, c. 11].

1.2 Биологическая характеристика семейства Рясковых (Lemnaceae)

Представители семейства рясковых являются самыми маленькими цветковыми растениями. Они представляют собой изолированную группу однодольных растений. В силу своих маленьких размеров они подчас остаются неуловимыми для простого наблюдения. Размер растений не превышает 1 см [14, c. 15].

Семейство Рясковые (Lemnaceae) по строению листецов, положению соцветий и наличию или отсутствию покрывала при них разделяется на 2 подсемейства: Собственно рясковые (Lemoideae), наиболее примитивные, и Вольфиевые (Wolffioideae), более продвинутые [25, c.149].

Подсемейство рясковые характеризуется: наличием одного корня или пучка из нескольких корней, двумя боковыми кармашками на листеце, одиночным соцветием, заключенным в пленчатое покрывало, состоящим из двух мужских и одного женского цветка. Представители подсемейства вольфиевых имеют свои особенности: не имеют корней, снабжены одним базальным кармашком, одной, реже двумя цветковыми ямками на дорсальной поверхности, расположенными вправо и влево от средней линии листеца, соцветие одно, реже 2, состоящее из одного женского и одного мужского цветка, лишенного пленчатого покрывала. [18, c. 11]

В подсемействе рясковых 2 рода: ряска (Lemna) - 9 или более почти космополитных видов и многокоренник (Spirodela) - 4 вида, широко распространенных в умеренном и тропическом поясах обоих полушарий.

Краткая характеристика видов, встречающихся на Кубани [12, с. 189]:

Ряска малая (Lemna minor L.) - растение плавающее на воде. Размер листецов 2-4 мм. Число жилок - 3. Листецы плоские, образуют группы из 3 - 6 растений. Встречается в стоячих водах [34, c. 147].

Ряска горбатая (Lemna gibba L.) - Листецы снизу сильно выпуклые, до 7 мм длиной. Зеленые или красноватые. Число жилок 3 иногда 5. Располагаются одиночными растениями или группами из 2 - 5 листецов [32, c. 124].

Ряска тройчатая (Lemna trisulca L.) - Растение погруженное в воду. Стебли в виде продолговато-ланцетных пластинок, 6 - 10 мм, число прожилок - 3. Часто растения соединены в группы из 8 - 30 листецов [30, c. 15].

Многокоренник обыкновенный (Spirodella polyrrhiza. Schleid.) - Листецы в виде округлых пластинок от 6 до 10 мм в длину, плавающие на воде, снизу красноватые. Прожилок от 7 до 12. Образует колонии от 2 до 5 растений. Встречается в лиманах, тихих речках и прудах, в долине реки Кубани [12, c. 14].

Вольфия бескорневая (Wolffia arrhiza. Wimm.) - растение плавающее. Стебли шаровидно-овальные, около 1 мм длинной, одиночные или парные. Жилки отсутствуют. Встречается в стоячих водах. (И.С. Косенко, 1970) [3, с. 56].

Рясковые - это водные, свободно плавающие или погруженные, большей частью многолетние космополитные растения. Распространены по всей Земле, за исключением жарких сухих пустынь и холодных полярных областей [45, c. 127].

Вегетативное тело рясковых по виду напоминает крошечный плавающий лист или слоевище низших растений, поэтому длительное время их считали водорослями. Листецы рясковых либо одиночные, либо соединены в небольшие группы или цепочки короткими или удлиненными ножками, образованными суженной частью листеца (гиалиновой нитью) [13, c.128].

Форма листецов самая разнообразная: почковидная, округлая, эллиптическая, ланцетная, линейная, шаровидная и овальная. Проводящая система у рясковых практически отсутствует, за исключением многокоренника, у которого в корнях имеются трахеиды. Корни отсутствуют или слабо развиты и не достигают грунта. Они простые, с корневым чехликом, по одному или пучками отходящие от брюшной поверхности листеца и выполняющие главным образом функции якоря, предотвращающего переворачивание растений в воде. Срединная часть листеца ряски и многокоренника расщеплена двумя боковыми кармашками, в которых закладываются вегетативные почки, дающие начало дочерним листецам при вегетативном размножении. Иногда в одном из кармашков развивается соцветие. Соцветия сильно упрощено: до 1-2, редко 3 мужских цветков и одного женского. Околоцветник отсутствует. Мужские цветки состоят из 1, редко 2 тычинок размером около 1мм. Величина тычинки немногим более 1 мм. Двугнездные пыльники прикреплены к уплощенным нитям и снабжены коническим заостренным связником [12, c.59].

Завязь яйцевидная, одногнездная, с 1 - 6 семязачатками; столбик короткий и тонкий, рыльце расширено в форме неглубокой воронки или чаши с неровными краями [34, с.15].

Цветение в семействе рясковых не укладывается ни в какие известные для цветковых растений ритмы, и наблюдалось оно настолько редко, что специально регистрировалось. Финляндия - отмечено 33 случая цветения с 1685-1947г., в Америке цветущий многокоренник за последние 200 лет наблюдали не более 20 раз. В Армении, по сообщению А.Л. Тахтаджяна, в 1932 в озерах Лорийской нагорной равнины наблюдали массовое цветение ряски. Для средней полосы России за период с 1814 по 1978 г. в печати появились сообщения лишь о 25 находках цветущих рясок. В бассейне реки Волги удалось наблюдать ежегодное цветение ряски с 1972 по 1975г. В Краснодарском крае в июне 1995 году в г. Краснодаре отмечено интенсивное цветение ряски в озере Карасун и в каналах района Шапсугского водохранилища, в мае 2000 г (Л.В. Цаценко, 2000). Возможно, что цветение рясковых не всегда замечается ботаниками из-за микроскопических размеров цветков [39, c.20].

Плоды рясок хорошо видны невооруженным глазом, по размерам они чуть больше макового зернышка. Плоды семейства рясковых переносятся на большие расстояния на лапках водоплавающих и болотных птиц. Они могут также разносится водой. Преобладает у рясковых, однако, расселение вегетативными особями, поскольку плоды образуются редко. Взрослые растения распространяются медленно текучими водами, лягушками и тритонами, к телу которых они прилипают, но преимущественно птицами. Многие дикие утки поедают ряску и многокоренник. В это время растения прилипают к лапам птиц и переносятся на большие расстояния [42, c.26].

Перезимовывают растения семенами, обычно в виде листецов, иногда листецы утолщаются, становятся более округлыми и заполняются крахмалом. Такие образования называют турионами или покоящиеся почки. Осенью турионы погружаются на дно водоема, а весной всплывают и начинают размножатся дальше. [18, с.28]

Использование рясковых самое разнообразное:

Источник корма. Рясковые играют достаточно важную роль как в природных экосистемах (это корм для многих рыб, околоводных птиц и млекопитающих), так и непосредственно для человека. Ряска может служить и кормом для домашних животных, и пищей для нас самих. В Юго-Восточной Азии (Таиланд, Бирма, Лаос) население уже много поколений использует вольфию шаровидную (Wolffia globosa) как овощ и приправу под названием "водные яйца". В Мексике ряску горбатую продают на продовольственных рынках. Есть также сведения, что рясковые, именуемые "водным маисом", были важным пищевым продуктом для древних майя в Гватемале. Решающее значение для использования растения как источника пищи и фуража имеет его продуктивность - а она у рясковых неожиданно высокая, несмотря на крошечные размеры. Кроме того, использовать можно все растение целиком (а не отдельные части), и в течение всего вегетационного периода. Годовой урожай на возделываемой поверхности у рясковых выше, чем у любого другого пищевого растения. Так, для получения равного с ряской количества белков необходимо засеять люцерной поверхность, почти в 5 раз большую по площади, соей - в 10 раз. Похожее соотношение наблюдается и при оценке получаемого с единицы возделываемой площади крахмала. Культура рясковых особенно перспективна в регионах с круглогодичным вегетационным периодом. В среднем продуктивность рясковых составляет 1300 - 3900 т/км² в год [31, c.234].

Oчистка технических вод с помощью рясковых. В природе рясковые особенно хорошо растут в эвтрофных, т.е. обогащенных питательными веществами (нитраты, аммиак, фосфаты), водоемах. Опыты показали, что эти растения устойчивы к очень высоким концентрациям этих веществ - таким, которые наблюдаются в водоемах, куда поступают отработанные коммунальные, сельскохозяйственные и промышленные воды. Благодаря быстрому росту рясковые поглощают огромное количество таких веществ, тем самым очищая воду. Эти свойства рясковых позволили их использовать для очистки технической воды. Созданные рядом фирм США и Германии на основе рясок технические установки по очистке воды представляют собой несколько ванн с поверхностью около 200 м² с очищаемой водой и рясковыми, агрегаты по сбору и транспортировке растений, устройства по их сушке, ферментации, накопитель метана, генератор и др. Если поступающая в установку вода содержит 40-60 мг/л взвешенных частиц и 3-5 мг/л фосфора, то после очистки в ней остается этих веществ 3,1 и 0,2 мг/л соответственно. Кроме того, в таких сооружениях существенно подавляется рост водорослей, поскольку листецы рясковых поглощают солнечный свет уже на водной поверхности, ограничивая его доступ в нижележащие слои. Одна такая установка способна обеспечить очистку коммунальных вод для поселка с населением около 100 человек [27, c.15].

Очистка вод с животноводческих ферм. Аналогично можно использовать рясковые и для очистки отработанных вод животноводческих ферм. Так, для удаления азота из навозной жижи от 16 коров необходим 1 га водной поверхности с растущей ряской. Эффективность увеличивается, если навозную жижу сначала ферментируют в метан - в этом случае ферма на 100 коров может быть еще и полностью обеспечена энергией. А после сушки урожай рясковых можно применять как органическое удобрение. Если выращиваемую на навозной жиже ряску дезинфицировать гипохлоритом, ее можно использовать и на корм скоту [35, c. 19].

Очистка промышленных вод. Поскольку рясковые могут накапливать и токсичные тяжелые металлы, эти растения предлагают использовать и в очистке промышленных вод. Ряска малая, например, за двое суток уменьшает содержание меди в отработанной воде с 5 мг/л до 1 мг/л. Правда, тяжелые металлы вызывают у растений повреждения, но и это может быть использовано - наличие характерных симптомов дает основания для контроля качества воды. Помимо металлов рясковые могут также удалять из отработанных вод токсичные органические соединения (например, полихлорбифенилы - на 100%). Ряска малая накапливает в больших количествах гербициды. Можно предполагать, что особенно эффективно могут очищаться рясковыми богатые углеводами отработанные воды сахарной промышленности [39, c.247].

Применение рясковых в биотехнологических процессах. Другой формой использования рясковых является их применение в биотехнологических процессах, в частности в биореакторах - как поставщика ферментов для ускорения химических превращений. Например, активность некоторых ферментов можно существенно увеличить предварительным выращиванием ряски в условиях недостатка фосфатов. Кроме того, наполнитель из рясковых, высушенный при замораживании или в потоке воздуха, еще долго может сохранять каталитические свойства. Полученные из него сухие препараты в форме гранул через месяцы и годы вновь способны реактивироваться после увлажнения и могут загружаться в биореактор для участия в новых процессах [10, c.51].

Использование в медицине. Из рясковых производят и пористые микрокапсулы, состоящие из неразрушенных клеточных стенок, которые используют в хроматографии для разделения смеси веществ на основе различий размеров их молекул, например, отделения низкомолекулярных сахаров, солей от макромолекул (белки), коллоидов и суспензированных частиц (клетки, органеллы). В частности, на этой основе разработаны процессы очистки крови. Перспективно использование таких капсул в молочной промышленности, в очистке питьевой воды. Кроме того, уже несколько десятилетий рясковые, в силу их нетребовательности к среде, небольших размеров и простоты строения, рассматривают как ценный модельный объект для морфогенетических, физиологических, биохимических экспериментов [5, c.11].

В народной медицине растение используют как жаропонижающее и мочегонное, противокашлевое, противовоспалительное и ранозаживляющее средство. Полезна при крапивнице, отеках нервного происхождения, при витилиго, подагре, ревматизме, желтухе, воспалениях и опухолях слизистых оболочек верхних дыхательных путей [3, c.15].

Химический состав ряски малой (Lemna minor). Сухая масса содержит в среднем около 35% белков, примерно столько же углеводов и 10-15% жиров. Остальное приходится на клетчатку. Белок рясковых отличается высокими потребительскими свойствами - за исключением метионина, цистеина и триптофана он содержит все необходимые для питания аминокислоты в количествах, соответствующих нормам Всемирной продовольственной и сельскохозяйственной организации (ФАО). По содержанию необходимых аминокислот рясковые превосходят такие продовольственные культуры, как кукуруза и рис, а также обогащены лизином, аргинином, аспараговой и глутаминовой кислотами. Содержание углеводов варьирует между 14 и 43% от сухого веса, но и этот показатель можно увеличить на 40% специальными добавками при культивировании. Рясковые также богаты витаминами А1, В1, В2, В6 , С, в особенности много в них витаминов Е (около 0,5 мг/г сухого веса) и РР (никотинамид) - около 0,8 мг/г сухого веса. В сухом веществе ряски содержится до 6% кальция, 3% фосфора. 2% магния. В 100 г сухой массы этого растения 0,048 мг кобальта, 0,018 мг брома, 0,032 мг меди, 0,7 мг никеля, 4,8 мг титана, марганец, йод, цинк, ванадий, радий и другие микроэлементы [4, c. 19].

Глава 2. Объект, материалы и методы исследования

2.1 Объект исследования

Успех биоиндикационного исследования во многих случаях зависит от выбора тест - объекта - организма, помещенного в анализируемую среду, по выживаемости, состоянию и поведению которого судят о ее качестве. [7]

В наших исследованиях в качестве тест - объекта был выбран 1 вид семейства рясковых, повсеместно встречающийся на территории Краснодарского края - ряска малая (Lemna minor L.). Поскольку, в отличие от остальных представителей семейства она неприхотлива в содержании, имеет достаточную площадь листеца по сравнению с другими видами, обладает мгновенным ростом (в первые дни набирает максимальный темп роста, затем его приостанавливает), повышенной чувствительностью к загрязнению воды, и на каждый загрязнитель проявляется специфическая реакция.

Исследуемые водоёмы:

1. г. Славянск-на-Кубани, угол улиц Отдельской и Запорожской;

2. п. Совхозный, угол улиц Агрономической и Каштановой;

3. г. Славянск-на-Кубани, р. Протока.

2.2 Материалы для исследования

Ввиду того, что все рясковые размножаются преимущественно вегетативным путем, то популяции растений представляют собой клоны (генетически однородные растения). Для тестирования были взяты колонии ряски, т.е. материнское растение и дочерние листецы. Отбирались только здоровые растения, не имеющие деформированных листецов и корней.

Маточная культура, собранная для исследования, содержалась в воде из того водоема, в котором она произрастала.

Оборудование: кристаллизатор на 2 л. для содержания маточной культуры; чашки Петри (20 шт.); пипетки градуированные на 1-10 мл; весы аналитические; мерные цилиндры на 10, 100, 200 мл; колбы конические на 250 мл; стаканы стеклянные на 250 мл; мерные колбы на 100, 200 и 500мл; шпатель; микроскоп электрический; предметные и покровные стекла; лупа

Реактивы: раствор Pb(NO₃)₂ 0,1 мг/мл, 0,001 мг/мл, 0,0001 мг/мл; раствор Cd SO₄ 0,1 мг/мл, 0,001 мг/мл, 0,0001 мг/мл; раствор «Раундап» 0,1 мг/л, 0,5 мг/л, 1 мг/л; раствор метиленового синего 1:10; дистиллированная вода; иммерсионное масло

2.3 Методы исследования

Выявление влияния тяжелых металлов и гербицидов с помощью видов семейства рясковых проводились на нескольких уровнях:

· на уровне органов (фиксация морфологических отклонений растений ряски от нормы под действием загрязнителя: хлорозы, пожелтения, увядания листьев, специфические реакции),

· на уровне организма и популяции (метод подсчета реализации репродуктивного потенциала, метод витального окрашивания) [12, с. 11].

Метод фиксации морфологических отклонений.

Биологическими параметрами морфологических отклонений растений ряски от нормы под действием загрязнителя являются изменение окраски листеца: пожелтение, побурение, потеря интенсивности окраски, хлорозы, некрозы, увядание листецов, наличие или отсутствие корней.

Метод подсчета реализации репродуктивного потенциала.

Для оценки воздействия загрязнителя выбрано время удвоения численности (t_удв), рассчитываемое через коэффициент мгновенного роста популяции (r), изменение которого отражает сопротивление среды, т.е. характеризует сумму всех лимитирующих факторов среды, препятствующих реализации репродуктивного потенциала (r_max), который рассчитывается по контролю. По истечению времени экспозиции в контроле и в каждой концентрации просчитывается общее количество листецов, включая, материнские особи и листецы, отделившиеся от материнской особи.

В контроле и в каждой концентрации на основании полученных результатов рассчитывается коэффициент мгновенного роста популяции ( r )

где N₀ - начальная численность листецов; N_t - конечная численность листецов; t - время экспозиции (сутки).

Показатель токсичности среды исследуемых растворов по отношению к контрольному рассчитывается для каждого образца по результатам двух параллельных опытов, выражается в процентах (D_t):

где r_к - коэффициент роста в абсолютном контроле, r_р - коэффициента роста в тестируемой водной вытяжке. При D_t ? 10% тестируемый образец воды не токсичен, при D_t ? 50% тестируемый образец воды оказывает острое токсичное действие.

Метод витального окрашивания.

Метод основан на окрашивании мертвых клеток - красителем метиленовым синим. Живые клетки сильно ограничивают проницаемость внутрь органических веществ, и помещенные в раствор красителя практически не окрашиваются. В мертвые клетки краска проникает свободно, благодаря чему их можно сразу обнаружить и учесть. В качестве красителя используется метиленовый синий, поскольку он обладает способностью хорошо окрашивать стенки клеток. Количество окрашенных клеток является показателем токсичности поллютантов. [14, c.17]

Листецы ряски малой на 10 минут помещаются в раствор метиленового синего, затем промываются водой. Окрашенные листецы микроскопируются при различных увеличениях. Отмечается характер окрашивания листеца и площадь окрашенных клеток по отношению к общей площади листеца.

Приготовление метиленового синего: 6 г растворяют в 100 мл 96% этанола. Переносят в склянку, и помещают в термостат при температуре 37°С на 18 часов, избыток красителя выпадает в осадок. На основе насыщенного раствора готовят водный раствор на дистиллированной воде в соотношении 1:10.

Глава 3. Характеристика места исследования

3.1 Геолого-геоморфологические условия

Геологическая оценка горных пород, слагающих дельту реки Кубани, ограничена орогенным этапом от нижнего миоцена до современности, то есть периодом воздымания Кавказа. Стратиграфогенетический комплекс (СГК) голоценовых и современных морских и лиманных отложений (плейстоценовая моласса) слагает нынешнюю территорию Славянского района.

В геоморфологическом плане Славянский район расположен в дельтовой области, которая характеризуется аккумулятивным типом рельефа, обусловленный накоплением рыхлых позднее четвертичных (молодых) отложений. Рассматриваемая территория относится к Азово-Кубанской равнинной провинции, области Приазовской дельтовой равнины.

Согласно классификации Е.С. Блажний 1971г., на территории дельты выделяются следующие геоморфологические районы:

1. Плавневый;

2. Переходный к старой дельте;

3. Старая дельта;

4. Прикубанская низменная равнина;

5. Темрюкско-Курчанская и Благовещенская третичные гряды;

6. Пойменная терраса Кубани;

7. Закубанская предгорная равнина с аллювиально-аккумулятивным подрайоном;

8. Северо-западное окончание Кавказского поднятия;

9. Таманский волнисто-равнинный.

Большая часть территории Славянского района относится к стародельтовому геоморфологическому району, формируясь между переходной дельтой на западе и Прикубанской низменной равниной на востоке.

3.2 Климатические условия

Климат на всей территории Славянского района, умеренно- континентальный, который формируется под воздействием различных воздушных масс.

С Атлантического океана с запада и северо-запада поступают морские умеренные воздушные массы, приносящие облачную погоду и значительное количество осадков, вызывая зимой потепление и дождь вперемешку со снегом, а летом - понижение температуры и дождь. С востока со стороны сибирского антициклона (Азиатского максимума) и из Средней Азии поступают континентальные умеренные воздушные массы. Зимой они приносят ясную холодную погоду, летом - жару и сухость. Иногда на территорию района вторгаются трансформированные арктические воздушные массы, которые несут зимой морозы, а весной - возврат холодов.

Изредка на территорию района вторгаются морские и континентальные тропические воздушные масс, которые вызывают оттепели, так называемые «февральские окна», летом - жару, весной и осенью - теплую погоду [5].

Зима мягкая, сравнительно короткая и малоснежная. Средняя температура ее не опускается ниже -2,2?С. Однако в отдельные годы зимой возможны весьма резкие, хотя и кратковременные понижения температуры. Продолжительность безморозного периода 232 дня. Первые заморозки осенью бывают в среднем 23 октября, но иногда возможны уже в середине сентября.

В среднем наступление осени наблюдается в конце сентября, когда имеет место переход суточных температур через +15°С в сторону понижения.

Весна начинается в среднем с 18 марта. В конце апреля начале мая бывают вторжения холодных масс, что сопровождается понижением температуры воздуха, временами до заморозков. В среднем, последние весенние заморозки бывают 11 апреля, но временами и в первой декаде мая (табл.1).

Таблица 1. Продолжительность безморозного периода (МС Славянск-на-Кубани)

Метеорологическая станции	Последний мороз весной	Первый мороз осенью	Продолжительность безморозного периода в днях	Число лет наблюдений лет наблюдений
	Самый ранний	Средняя дата	Самый поздний	Самый ранний	Средняя дата	Самый поздний	Наиб.	Наим.	Сред.
Славянск-на-Кубани	16.03	11.04	11.05	25.09	22.10	27.11	232	153	193	29

Лето наступает около 7 мая, когда среднесуточная температура переходит через +15°С. Наиболее теплый месяц июль, его средняя температура +21-24?С. При вторжении континентального тропического воздуха дневные температуры могут достигать +43?С.

Данные табл. 1 указывают на значительную длину вегетационного периода в районе. Теплый период с температурами выше 0°С, который можно считать вегетационным периодом имеет продолжительность от 292 до 302 дней. Период с температурой вышей 5°С продолжается 231-242 дня, а с температурой выше 10°С - от 193 до 198 дней.

Характерной особенностью температурного режима почв Славянского района является слабое промерзание их, отсутствие определенно выраженного периода с отрицательными температурами и частые размерзания пахотного слоя в течение зимы.

Максимальная глубина промерзания почвы в районе, судя по многолетним наблюдениям в среднем не превышает 21-31см и лишь в отдельные годы достигает 60см.

Осадки распределяются неравномерно наибольшее их количество приходится на лето (табл.2). Всего же за год выпадает 558мм.

Таблица 2. Среднее месячное и годовое количество осадков, мм (МС Славянск-на-Кубани)

Метеостанция	Число лет наблюдений	Месяцы	Годовое
		январь	февраль	март	апрель	май	июнь	июль	август	сентябрь	октябрь	ноябрь	декабрь
Славянск-на-Кубани	27	42	42	34	40	46	55	65	44	47	37	56	50	558

Преобладающими ветрами на данной территории является северо-восточные, отличающиеся постоянством с августа по февраль. Зимой они приносят холодные массы воздуха, способствующие выдуванию снега, а летом носят характер суховеев. Юго-западные и западные ветры смягчают климат - летом приносят влагу, а зимой потепление. Они имеют меньшую повторяемость.

На востоке и северо-востоке района показатели такие же как и для всей территории района. Исключение составляет продолжительность безморозного периода - здесь он немного короче, а так же меньшая годовая сумма осадков.

Исключением является южная часть района, который по количеству осадков относится к району с умеренным увлажнением (0,33-0,35), по теплообеспеченности - к жаркому (сумма температур за период активной вегетации составляет 3400?). Продолжительность безморозного периода 180-190 дней. Средняя глубина промерзания почв 3-11см, а максимальная 22см. Снежный покров до 15см и, как правило, он не устойчив. Снег лежит 40 дней и сходит к середине марта. Лето жаркое сухое. За период апрель - сентябрь насчитывается в среднем 58 дней с суховеями.

3.3 Гидрологические особенности

Гидрографическая сеть района представлена реками Кубанью, Протокой, временными водотоками (балками), дополняется водотоками антропогенного происхождения - сетью оросительных и сбросных каналов.

Река Протока окаймляет район с запада и юга, она многоводна и выносит большое количество взвешенного материала. Уровень воды в реке зависит главным образом от количества выпадающих осадков. Следует отметить, что русла естественных водотоков все больше заиливаются и зарастают болотной растительностью.

Вдоль правого берега реки Протоки, полосой 10-15 км, протянулись плавни, состоящие из множества мелких лиманов. В особенно сухие годы многие из них высыхают, а площадь более крупных заметно уменьшается. В настоящее время все лиманы преобразованы под рисовые системы.

На востоке и северо-востоке района гидрографическая сеть района развита слабо. Она представлена недавно высохшими или временно действующими водотоками. Многие из ериков и рукавов в настоящее время используются как коллекторы рисовых ирригационных систем или в качестве опреснительных каналов. Кроме того, специально построен еще ряд крупных ирригационных каналов, оказывающих значительное влияние на гидрологический режим водотоков. Существующие балки в период ливневых осадков также превращаются в неглубокие водотоки, имеющие ленточную форму.

На юге района гидрографическая сеть представлена рекой Кубанью, она окаймляет территорию района и является его естественной границей. Уровень воды в реке сильно колеблется в течение года. Наибольшим он бывает в весенний, осенний и зимний периоды, это связано с выпадением большого количества осадков. Летом река сильно мелеет из-за интенсивного испарения и отсутствия осадков. Воды Кубани отличаются большой мутностью, что говорит о значительном количестве взвешенного материала в реке (в среднем 8,44 млн. т в год).

Мелкоземистий материал, поступающий ежегодно с полыми водами в дельту, частично откладываются в лиманах в нижнем течении, частично оседает на поверхности пойменно-дельтовых почв, обогащая их все новыми и новыми запасами питательных веществ. А иногда выпадающие из полых вод осадки, почти нацело погребают уже сформированные почвы, тем самым нарушая или прерывая нормальный ход почвообразования.

Грунтовые воды на территории Славянского района залегают на различных глубинах. На их размещение влияет близость рек Кубани и Протоки. Влияние Кубани прослеживается на расстоянии 1км. Наиболее интенсивно инфильтрация вод Протоки проявляется в полосе шириной 5км от ее русла.

Питание грунтовых вод в районе происходит от зимне-весенних осадков, так как дождевые воды, выпадающие осенью и особенно летом, расходуются в большей части на испарение.

В связи с тем, что влияние на грунтовые воды основных источников их питания проявляется в разной степени, в зависимости от геоморфологических и других природных условий, а также от характера хозяйственных мероприятий, глубина их залегания в пределах исследованной территории характеризуется значительным разнообразием.