Возрастающее потребление растительных ресурсов повсеместно приводит к их истощению, а также к загрязнению и разрушению среды обитания живых организмов. В Республике Беларусь разработана и действует национальная программа в области сохранения и устойчивого использования биологического разнообразия. Однако таксономический состав, хозяйственно полезные свойства высших водных растений и их ресурсы изучены недостаточно полно.
Аквафлора, или водная растительность, занимают обособленное положение в растительном мире благодаря специфическим биологическим и экологическим особенностям гидрофитов. Видовой состав и распространение водной растительности зависят от особенностей морфологического строения водоема, физических и химических свойств среды обитания.
Аквафлора
Цель работы: изучение состояния сообщества гидрофитов Слепянской водной системы на территории Партизанского района г. Минска. Для достижения поставленной цели нами решались следующие задачи:
- Анализ видовой структуры, описание эколого-биологических особенностей гидрофитов;
- Сравнение растительных формаций высших растений Слепянской водной системы с другими искусственными водоемами города;
- Проведение химического анализа воды, гумуса, растительного материала с целью оценки воздействия на водную растительность экологических факторов;
- Исследование связи водных растений с видами беспозвоночных и позвоночных животных, обитающих в водоеме.
Авторы работы: учащиеся 9 класса ГУО «Средняя школа № 108 г. Минска» Красовская Юлия и Лиходедова Анастасия, научный руководитель — учитель биологии И.Г. Богино, научный консультант — профессор, доктор биологических наук Иосиф Михайлович Степанович (кафедра общей биологии и ботаники БГПУ им. М. Танка).
Исследование биоразнообразия гидрофитов проводили в июне-августе 2014 г. на пяти участках Слепянской водной системы, находящихся на территории Партизанского района г. Минска. Участки расположены в зоне повышенной антропогенной нагрузки: присутствуют промышленные объекты, автомобильные дороги.
Слепянская водная система
Изучение видовой структуры гидрофитов проводили согласно методическому руководству, используя определители. Ботаническую характеристику видов давали по основным морфологическим признакам.
Всего выявлено 7 видов, относящихся к 4 родам и 4 семействам. Таксономическая структура описанных водных растений показывает, что в Слепянской водной системе на исследуемой территории в условиях маловодности флористическое разнообразие невелико: произрастают элодея, рдесты, роголистник, уруть. Индекс видового сходства расчитывали по формуле Жаккара. Представленная растительность на участках однородна от 40 до 80 %. Доминирующим видом является рдест курчавый (Potamogéton críspus) – встречается на всех участках водной системы, сопутствующие виды – рдест пронзеннолистный (Potamogétonperfoliatus), уруть колосистая (Myriophyllum spicatum).
Уруть колосистая — гидрофит
В Слепянской водной системе выделяется растительная формация – гидрофитов, которые относятся к подгруппе эугидрофиты — полностью погруженные и в большинстве своем имеющие генеративные органы на поверхности воды.
Погруженные водные растения выполняют средообразующую, аккумуляционную, пищевую, индикаторную функции в экосистеме. Особую значимость среди представленных гидрофитов имеют: элодея канадская (Elodea Canadensis), роголистник темно-зеленый (Ceratophýllum demersum). Они относятся к ресурсообразующим видам. Водные растения – первое звено в трофических связях в гидроэкосистемах, являются кормом и субстратом для животных. Изучение связи гидрофитов и беспозвоночных животных (моллюсков), а также водоплавающих птиц показало: наибольший видовой состав моллюсков наблюдается на участках 1, 2 как и количество водоплавающих птиц. Причина — наибольшее видовое разнообразие гидрофитов.
Растительный покров водоема, как правило, состоит из растительных сообществ и популяций водных (гидрофитов), воздушно-водных и околоводных (гигрофитов) видов растений. С целью сравнительной оценки видового разнообразия высших водных растений в Слепянской водной системе в июле 2014 года проведено аналогичное исследование других искусственных водоемов в границах г. Минска: Цнянского водохранилища и Комсомольского озера. Составлены гербарии растений.
Исследования показали:
- В Слепянской водной системе не сформировалась прибрежно-водная растительность, т.к. канал не имеет натуральной береговой линии и отсутствует генофонд околоводных растений.
Относительное обилие гидрофитов свидетельствует об отсутствии очистительных мероприятий в водоеме (механической прочистки).
- В Цнянском водохранилище видовой состав флоры богаче. Это связано со средней глубиной водоема, наличием мелководий, развитием прибрежной полосы.
Цнянское водохранилище
- В Комсомольском озере присутствуют немногочисленные прибрежно-водные и воздушно-водные растения, больше представлены погруженные растения. Но они тоже менее обильны и локальны. Объясняется этот факт наличием зон отдыха (пляжей), вытаптыванием прибрежной растительности и периодической прочисткой акватории.
Комсомольское озеро
Основными причинами различий в развитии водной растительности исследуемых водоемов являются возраст водоемов, степень рекреационной нагрузки и проводимые очистные мероприятия.
С целью изучения воздействия на водную растительность экологических факторов мы провели ряд исследований: физический и химический анализ воды, определение содержания гумуса в почве и количественный анализ основных пигментов в листьях гидрофитов.
Были взяты пробы для изучения органолептических показателей воды. Данные свидетельствуют о достаточной прозрачности, цветности (для природных водоемов) и отсутствии неприятных запахов. Водородный показатель исследуемых образцов, измеренных с помощью рН-метра следующие: на 2 участке щелочная реакция, на остальных – слабощелочная.
Отбор воды
В лаборатории аналитической химии БГПУ им. Танка определяли содержание минеральных солей. Исследуемая вода имеет относительно повышенную минерализацию — 500 мг/л, что не способствует развитию гидрофитов.
На развитие водных растений влияют биогенные элементы, среди которых азот и фосфор. Количественное определение нитрат-ионов проводили потенциометрическим методом. В анализируемых образцах концентрация нитрат-ионов не превышает предельно допустимую норму (40 мг/л). Однако в пробе № 2 содержание нитрат-ионов выше, чем в остальных. Сильное загрязнение нитратами заметно стимулирует продуктивность цианобактерий, что вызывает эффект «цветения воды». Данное явление наблюдается на 2 участке.
В лаборатории аналитической химии
Распространение водных растений в экосистемах по данным литературных источников зависит от характера грунта и содержания гумуса в почве. Количественный анализ определяет обеспеченность почвы элементами, необходимыми для питания растений. Определение содержания гумуса в почве проводили по методу Никитина в лаборатории аналитической химии. На участке 1 содержание гумуса в пределах 1-2 %, на участках 2,3,4,5 – в пределах от 2-4%. Наибольшее количество — в образце № 2, где наблюдается большая биомасса растительности.
Цветение воды
Для определения содержания основных пигментов фотосинтетического аппарата в листьях гидрофитов использовали уруть колосистую (Myriophyllum spicatum) широко представленную в канале. Исследования проводили в лаборатории физиологии растений БГПУ им. Танка.
Исследование содержания пигментов в листьях гидрофитов
Для сравнения содержания пигментов в листьях водных растений и листьях наземных растений, мы определили содержание хлорофиллов а и b в листьях клевера, растущего около канала.
Результаты спектрофотометрирования показали, что пигментный аппарат водных растений содержит большее количество хлорофиллов по сравнению с наземными растениями, что связано с низкой интенсивностью освещения в водной среде.
Наибольшее количество хлорофилла а и хлорофилла b содержалось у гидрофитов на 4 участке (1,070 мг/г и 0,501 мг/г соответственно). Максимальное количество каротиноидов наблюдается у растений на участке 5 (0,346 мг/г). Изменение соотношения хлорофиллов а и b зависит от многих внешних факторов: интенсивности освещения, внутреннего состояния растительного организма, от стадии развития, и колеблется в пределах от 2,191 (1 участок) до 3,179 (5 участок). Известно, что отношение количества хлорофиллов к каротиноидам, по литературным данным равняется трем, в наших исследованиях это соотношение составило в среднем выше 3, максимальное значение данного соотношения наблюдается на участке 4 (4,621 мг/г). Исследуемые показатели количества пигментов зависят от экологических факторов, в том числе антропогенной нагрузки.
В результате анализа видового состава высших водных растений Слепянской водной системы и исследования условий их произрастания нами составлена корреляционная матрица, где учитывались все изученные характеристики. Показатели на участке 2 несколько отличаются от других. Причины – дополнительное поступление нитрогенной органики.
Заключение:
Видовой состав, жизненное состояние и распространение водной растительности зависят от особенностей морфологического строения водоема, физических и химических свойств воды и почвогрунта. Ключевыми факторами являются агрохимические и физические показатели воды (рН, степень прозрачности, минерализации, повышенное содержание азота, фосфора) и содержание гумуса в почве.
Недостаточная прозрачность, среднещелочная (щелочная) среда, высокая минерализация воды ограничивают массовое распространение растительности в Слепянской водной системе, которая представлена немногочисленными видами гидрофитов.
Авторы работы: Красовская Юлия, Лиходедова Анастасия.