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.

Цель работы: изучение состояния сообщества гидрофитов Слепянской водной системы на территории  Партизанского района г. Минска. Для достижения поставленной цели нами решались следующие задачи:

1. Анализ видовой структуры, описание эколого-биологических особенностей гидрофитов;
2. Сравнение растительных формаций высших растений Слепянской водной системы с другими искусственными водоемами города;
3. Проведение химического анализа воды, гумуса, растительного материала с целью оценки воздействия на водную растительность экологических факторов;
4. 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.

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).

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.
  

• 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.

 

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.

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.

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.

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.

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.