Экологические Новости +Всё о состоянии окружающей среды Партизанского района г. Минска

Среди водных растений Слепянской водной системы выделяется своим внешним видом уруть колосистая (Myriophyllum spicatum L.), имеющая на поверхности воды необычные цветки.     

Уруть колосистая — многолетнее  водное травянистое растение. Имеет тонкие ветвящиеся стебли 40-200 см длиной. Они красноватого или коричневого цвета, покрыты ярко-зелёными наростами. Растение снабжено корневищем, уходящим в воду на глубину 1-1,5 м. Листья погружены в воду, обычно 1,5-3,5 см длиной, собраны в мутовки, перистые. Цветки собраны в пазушные колосья 5-15 см длиной, вертикально поднимающиеся над поверхностью воды, причём мужские цветки находятся сверху, а женские снизу. Опыление цветков осуществляется водой (гидрофилия), также пыльца может переноситься ветром или насекомыми. Кроме того, имеет место вегетативное размножение. В этом случае новые растения могут образовываться из частей родительского растения. Осенью уруть опускается на дно и образует приспособления — зимующие почки (турионы), которые помогают им приспосабливаться к неблагоприятным условиям.

Условия произрастания: стоячая или медленно текущая вода, рН воды от нейтральной до слабо-щелочной, жесткая вода.

Инвазивность. Уруть колосистая быстро размножается в водоёмах, где нет коренных водных растений. Она способна вытеснять другие растения и образуют густые скопления, препятствующие восстановлению водоёма. За счёт быстрого размножения фрагментами стеблей растение может быстро увеличивать свою численность.

Индикатор качества воды. О наличии антропогенного воздействия на водные экосистемы свидетельствует пышное развитие урути колосистой (Myriophyllum spicatum), которая является индикатором органического загрязнения и загрязнения тяжелыми металлами.

Так как это водное растение чутко реагируют на изменения среды обитания, мы решили оценить состояние популяций урути колосистой, произрастающих в различных условиях  Слепянской водной системы. Исследование проведено  учащейся ГУО «Средняя школа № 108 г. Минска» Красовской Юлией в 2015 году.

Для исследования выбраны 3 популяции с однороднымиусловиями существования, достаточно изолированных друг от друга.     

По данным визуального обследования  на участках  отмечен средний  показатель загрязненности  водоема. Глубина, состав донных отложений относительно одинаковы. Жизненность растений в популяциях соответствует  критерию: вид в фитоценозе проходит все стадии развития, но не достигает обычных размеров. Условия обитания способствуют развитию урути колосистой в Слепянской водной системе:  на выбранных участках стоячая или медленно текущая вода, рН воды среднещелочная, жесткость — 500 мг/л. Органолептические свойства взятых проб свидетельствуют о слабой мутности, цветности слабо-желтой  и отсутствии неприятных запахов. Концентрация нитрат-ионов  в воде не превышает предельно допустимую норму (40 мг/л). Однако на участке 1 их содержание  выше, чем в остальных пробах, что вызывает продуктивность водной растительности, способствуя тем самым процессу эвтрофикации водоема.

Для сбора растений использовали водяные грабельки.  Для количественного учета растительности, определения проективного покрытия, подсчета количества стеблей и взятия укосов применяли квадратную рамку, площадью 1 м².

На каждом участке  изучали свойства популяции. Проективное покрытие растений в популяциях неодинаково. Сравнение воздушно-сухого веса урути колосистой на укосных площадках Слепянской водной системы показало: наибольший воздушно-сухой вес (ВСВ)  наблюдается в популяции 1.

Измерение морфометрических показателей. С каждого участка брали растения урути колосистой. Изучали длину листа, количество мутовок, длину междоузлий.

Популяции достоверно отличаются по среднему значению признака (длина листа, количество мутовок, длина междоузлия), что связано, очевидно, с экологическими различиями местообитания. Высокий коэффициент вариации наблюдается в популяции 1 по длине междоузлий , что свидетельствует об изменчивости признака.

На поверхности водных растений часто осаждаются карбонаты кальция и магния, а так же эпифиты. Эпифиты – виды водорослей, которые поселяются на других водных цветковых растений.  Изучение содержания эпифитов на растениях урути колосистой проводили  с целью выявления их влияния на фотосинтетический аппарат и морфометрические  показатели. С каждого участка брали по 3 растения длиной 20 см. Уруть с узкими листовыми пластинками помещали в чашечку с водой и тщательно полоскали. Затем растение вынимали, а смытый оброст сохраняли для анализа. Чашечку с раствором выпаривали, оставшееся в чаше содержимое взвешивали вновь.

Эпифиты часто развиваются в таких количествах, что отрицательно влияют на фотосинтетические процессы растения-хозяина, это порой приводит к их угнетению. С этой целью мы сравнили результаты анализа содержания основных фотосинтетических пигментов в растительных образцах урути колосистой, проведенного в 2014 году.

Наши выводы:

1. Популяции урути колосистой устойчивы к антропогенной нагрузке: на участках отмечен средний  показатель загрязненности  водоема. Наибольшее влияние на численность, биомассу растений в популяции оказывают условия обитания, в т.ч. содержание в воде нитрат-ионов.
2. Растения в популяциях достоверно отличаются по среднему значению признака (длина листа, количество мутовок, длина междоузлия), что связано с экологическими различиями местообитания.
3. Проверка гипотезы о влиянии массы эпифитов на поверхности урути колосистой на фотосинтетический аппарат и морфометрические показатели растений показала: воздушно-сухая масса растений 2 популяции невысокая по сравнению с другими, наблюдаются изменения в соотношении основных фотосинтетических пигментов.

Выражаем благодарность научному консультанту данного проекта: к.б.н., преподавателю БГПУ им. М. Танка Анне Анатольевне Свирид за оказанную научную помощь.

Источники:

1. Гигиевич Г.С., Власов Б.Г., Вынаев Г.В. Высшие водные растения Беларуси. Эколого-биологическая характеристика, использование и охрана/ Г.С. Гигиевич, Б.Г. Власов, Г.В. Вынаев.  – Мн., 2001.
2. Руководство по гидробиологическому мониторингу пресноводных экосистем / гл. ред. В.А. Абакумов.- СПб: Гидрометиздат, 1992.  285 с.

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.