Учебный центр «Крисмас+»

Организация экологического мониторинга охраняемых водных объектов

Ворошнин Никита, Жестерёва Юлия, МОУ СОШ №2 им. М.И. Третьяковой с. Доброе Добровского района Липецкой обл.
Руководитель – Шаталов Анатолий Николаевич

В работе рассматривается возможность проведения мониторинговых исследований и перспективу использования данных результатов в оценке и проведении экологической экспертизы  на примере памятника природы Добровского района - озера Заланская Лука.

Цель проекта: проведение комплексной оценки состояния ООПТ для последующей организации мониторинга.

Гипотеза: результаты комплексной оценки состояния ООПТ проведенных с помощью общественных объединений учащихся, можно использовать для проведения государственной экологической экспертизы состояния ООПТ и организации его мониторинга.

Перспективы мониторинга могут найти отражение в работе государственных экологических организаций (в области экологической экспертизы), в сфере образования. Возможность проведения мониторинговых исследований и перспективу использования данных результатов в оценке и проведении экологической экспертизы рассмотрим на примере памятника природы Добровского района - озера Заланская Лука.

Критерии выбора объекта исследования:
1. Заланская Лука - типичное озеро-старица, характерное для пойм многих равнинных рек средней полосы России. Оно является стандартным объектом наблюдения для проведения гидрометрических исследований, на основе которых можно прогнозировать изменение состояния этих озёр во времени;
2. Озеро обладает красивыми ландшафтами, поэтому легко прогнозировать увеличение рекреационной нагрузки. Проведение мониторинговых наблюдений позволяет предвидеть последствия этих изменений, а значит, по возможности избежать их отрицательных сторон;
3. Водоём обладает интересным подбором представителей животного и растительного мира, доступных для изучения. Особенно привлекательно выглядит фауна млекопитающих, жизнь которых связана с водоёмом. Она включает в себя виды, занесённые в Красную книгу России: бобра и выхухоль;
4. На территории района нет экологических проблем глобального масштаба, поэтому целью изучения экологического состояния водоёма мы поставили не поиск негатива, а доказательство того, что есть на Земле ещё чистые капельки голубой воды, и их можно найти на территории, обладающей высокой степенью антропогенной нагрузки. (Ведь, в целом, природная зона лесостепи является одной из самых заселённых и освоенных на территории России.);
5. Озеро как объект исследования выбран также из-за того, что авторы обладают определенным опытом по изучению водоемов. Слагаемыми компонентами этой работы стали проведённые экспедиции по малым рекам района и Липецкой области: р. Воронеж, Дон, Олым, Сосна, проведение операции «Родники». Проведены исследования озёр, являющихся ООПТ Добровского района: Большое и Малое Остабное, Андреевское, Кривецкая Лука.
6. Озеро является частью созданного в районе сети экологического мониторинга ООПТ.

Методы исследования
Для проведения полевых исследований и наблюдений были использованы методические пособия по экологии ассоциации «Экосистема»: «Методы гидрологических исследований: проведение измерений и описания озер» -1996 год, «Методы исследования зообентоса и оценки экологического состояния водоёмов» - 1996 год, «Мониторинг загрязнения водоёмов по составу макрозообентоса» - ассоциация по химическому образованию, 1999 год, «Экологический мониторинг» учебное пособие для вузов под ред.Ашихмина Т.Я.- 2006 год, «Практическое руководство к определению основных компонентов поверхностных вод» под ред. Лабутина Т.М. - 2004 год, ряд других методик.

Результаты исследований и их анализ
Наши полевые работы включали в себя следующие направления:
1. Рекогносцировочное обследование прилегающей местности и глазомерная съёмка озера. На основе этих исследований составлен план данной территории. План позволил определить площадь водного зеркала озера и его морфометрические характеристики (см. приложение 2). Результаты обследования прилегающей территории подтвердили факторы, определившие образование котловины озера. Оно является типичным озером-старицей, т.е. отделилось от русла реки Воронеж. Равнинные реки сильно меандрируют по своей пойме. При образовании нового русла, река спрямляет старое русло на изгибах меандров. Старая протока постепенно забивается песком, зарастает водной растительностью, и на её месте образуется озеро, которое подпитывается водой из реки в половодье. Если подпитка от реки или подземных вод прекращается, озеро зарастает и превращается в болото.

Факторами, подтверждающими происхождение озера, являются:
а) гривистый рельеф северного берега озера, многочисленные валы, остатки старых русел, болота – рельеф поймы сформирован рекой за время постепенного смещения своего русла к сегодняшнему его положению;
б) на данный момент озеро западной частью через озеро Кривецкая Старица имеет сильно заросшее соединение с рекой, а в восточной части оно существовало раньше. Сейчас эта территория заболочена, и здесь чётко выражено понижение в рельефе, как продолжение котловины озера (см. картосхему 1);
в) два крупных затона в русле озера на южном берегу, хорошо заметные на плане, также являются промежуточными формами существующего русла озера;
г) Линейно вытянутая форма озера, его положение в пойме, близкое расположение по отношению к руслу реки Воронеж, - тоже подтверждает его происхождение.
Заланская Лука находится в зрелой стадии своего развития т.к. с одной стороны оно уже полностью отшнуровалось от реки (т.е. обособленно), с другой стороны не видно никаких следов зарастания, водное зеркало чистое, полоса прибрежной растительности невелика, так как средние глубины достаточно велики (более 4 м); илистые отложения в большом количестве встречаются в прибрежной части, а в литоральной зоне их доля невелика.
2) Промеры глубин проводились по створам в различных частях озера. Расположение створов показано на общем плане местности, подробные морфометрические данные промерных профилей даны в графиках 1-8. Промеры глубин проводились через 2 метра отвесом и шестом. Контрольные промеры глубин проводились не только по створам, но и при линейном рейдовом движении по озеру. На основе промерных данных составлен батиметрический план водоёма и поперечные профили рельефа дна озера. По батиметрическому плану проведены расчёты объёма воды озера Заланская Лука, (приложение 2), построены кривые площадей и объёмов водоёма (приложение 2).
По результатам промеров можно выделить следующие черты Заланской Луки:
а) наиболее глубокой частью является восточная, где средняя глубина достигает 3,5 – 4,5 метров (график 7), а максимальная, в районе Чёрной Ямы, 7,4 метра.
б) для водоёма характерно быстрое нарастание глубины в прибрежной части. На удалении 4-5 метров от берега она достигает 3 метров и глубже (см. графики 1-8).
в) средние преобладающие глубины в центральной части озера колеблются около отметки 4 метра. Наименьшая глубина отмечена в западной части, её величина 3-3,5 метра. Из-за небольших глубин здесь наблюдается тенденция зарастания водного зеркала;
г) профиль дна озера характерен для русел рек, наиболее глубокие места располагаются в местах поворота русла, ближе к более высокому подмываемому берегу (см. график 1). Это хорошо выражено в створах 1, 2, 4, 6. На прямолинейных участках профиль имеет корытообразную форму (график 5). Такой рельеф дна достался озеру от реки и говорит о молодости озера, т.к. в более зрелой стадии глубокие участки имеют тенденцию заиливаться.
3. По результатам измерений температуры воды мы сделали нижеперечисленные выводы:
а) Температура эпилимнионного слоя колеблется в пределах 20,5 - 21,6° С, но она зависит от погодных условий. Отсюда, в створах №1,2, где наблюдения проводились в-первые более прохладные дни (см. графики) она ниже, а в створах №4-8 выше, т.к. температура воздуха в последующие дни постепенно повышалась;
б) Интересна ещё одна закономерность: поверхностные воды имеют чуть более высокую температуру в центральной части озера, а у берегов она ниже. Это объясняется тем, что прибрежная акватория прикрыта тенью леса. Озеро имеет линейно вытянутую форму с запада на восток. В солнечный день поверхностные воды прогреваются сперва под северным берегом, в центральной части озера, и только после полудня под южным берегом. Всё это связано с неравномерностью освещения водоёма, т.е. нагреванием поверхности воды;
в) в изменении температуры с глубиной можно выделить 3 основные термические зоны (см. приложение 4):
- Эпилимнион - наиболее прогретый слой воды озера до глубины 2,5-3 метров, где температура слабо изменяется в пределах +19.. .+21° С;
- Металимнион - эта зона встречается в озере на глубине 2,5 - 5 метров, где температура резко понижается до +10° С, это слой температурного скачка;
- Гиполимнион - эта зона имеется в озере только в районе Чёрной Ямы, где максимальная отметка глубины 7,4 метра. Зона располагается на глубинах свыше 5 метров. Температура в ней медленно понижается ко дну и остаётся низкой в течение всего лета. Температура на глубине 7,4 метра составила +7,8° С (вода в батометре как из холодильника).
По сравнению с другими озёрами границы между термическими зонами должны быть расположены глубже, чем в Заланской Луке, однако, близкое расположение к поверхности этих зон говорит о слабом перемешивании глубинных вод. Этому способствует вытянутая, прогнутая форма озера и почти сплошная залесённость берегов. Это препятствует ветрам сделать своё дело. Низкую температуру воды в Чёрной Яме можно также объяснить не только нахождением в зоне гиполимниона, но и её застаиванием в микрорельефе дна или возможным выходом подземных вод в этом месте.
г) средняя прозрачность воды колеблется от 186 до 210 сантиметров. Высокая прозрачность воды говорит о слабой степени насыщенности верхнего слоя воды наносами. Колебание прозрачности зависит от степени освещённости водоёма, т.е. в центральной части она выше, чем под пологом леса. В целом, у берегов прозрачность воды всегда была чуть ниже, т.к. больше взвешенных частиц ила.
4) Исследование водной растительности по створам и животного мира прилегающей территории дали следующие результаты:
а) осоковая зона (гигрофиты) почти на протяжении всей береговой линии озера отсутствует, или её ширина незначительна, не более 0,5-1 метра. Это связано с быстрым нарастанием глубины от берега, а осоки произрастают на глубине до 0,5 -1 метра. Тоже самое можно сказать и о тростниково-камышовой зоне (гидрофиты), её средняя ширина не превышает 1-1,5 метра. Наиболее распространённой является глубоководная зона растительности, глубина произрастания которой от 2 до 3-4 метров. Это следующие виды растений: кубышка жёлтая, рдесты, кувшинка, но преобладающим видом является стрелолист;
б) в целом, ширина водной растительности от берега не превышает 4-5 метров, вдоль северного берега её размеры не более 2 метров, а иногда зона растительности практически отсутствует. Вдоль южного берега она повсеместно значительно шире. Это определяется несколькими слагаемыми факторами: меньшими преобладающими глубинами, большой степенью освещённости, более низменными пологими берегами, особенно в северо-восточной части водоёма.
в) Заланская Лука удивляет изобилием животного мира. Озеро является памятником природы, т.к. в нём встречается редкий вид фауны, занесённый в Международную Красную книгу МСОП, выхухоль русская, которая является эндемиком Восточной Европы. При изучении створов №1,2,3 неоднократно отмечалось появление выхухоли, которая срочно спасалась в воде, убегая из-под сапог «завоевателей». Озеро обладает наиболее благоприятными условиями для её обитания: невысокие, но сухие обрывистые берега, обилие водной растительности, близость пойменного леса, небольшие средние глубины в 4-5 метров, отсутствие быстрого течения. Вид требует охраны не только как редкий по численности, но и как реликт, проживший миллионы лет на Земле. К сожалению виду, грозит вытеснение акклиматизированным видом-ондатрой, который быстро расселяется по бассейну реки Воронеж. К 1974г. она расселилась уже до с.Доброе, а на данное время поднимается всё выше по реке, дойдя до устья реки Становой Рясы, которое расположено в 15-20 км. от озера ниже по течению реки Воронеж. Учитывая близость расположения озера к р. Воронеж и их объединение в период паводков, опасность появления на озере ондатры велика, но пока её нет.
Также часто встречаются следы жизнедеятельности бобра – бобровые погрызы (створ №4-6). Обнаружена в северо-восточной части озера нора с диаметром 50-60 см. уходит под пень с диаметром 100-120см. От норы тянется хорошо утоптанная животным тропа с умятой осокой, тростником – типичная бобровая дорожка. Вела она к молодой поросли ольхи, вяза, осины, т.е. к одному из составляющих компонентов пищевого рациона бобра. Бобр относится в районе к реакклиматизированному виду. Из-за ценного меха в 19 веке на этой территории он был уничтожен, но затем был завезён и разведён в Воронежском заповеднике и расселился вверх по течению реки Воронеж, в том числе, по пойменным озёрам. Вид является редким в Липецкой области, занесён в Красную книгу России.
Вдоль озера встречается обыкновенная выдра, которая является тоже редким видом фауны Липецкой области. Её распространение в бассейне озера объясняется близостью реки, ведь известно, что обычный кормовой участок выдры достигает 2-6 километров в длину. Само озеро является не очень большой площадкой для ее обитания, а вот участок поймы между рекой и озером очень подходит для обитания выдры: захламлённые участки леса, где много надёжных мест для убежищ.
Из птиц отмечены крупные хищники: чёрный коршун (5раз), канюк (1раз); из куриных: тетерев, а также чёрный (2) и пёстрый дятлы (5). Из пресмыкающихся широко встречается лесная гадюка, которая особенно часто встречается вдоль центральной части северного берега. Отмечены более 10 встреч при переходе от створа к створу вдоль берега. Изучать озеро без резиновых сапог мы бы не рекомендовали никому. Встречаются часто ужи.
Вторым направлением нашей работы являлось проведение мониторинговых наблюдений за экологическим состоянием водоёма:
а) Химический анализ воды проводился с помощью химического рюкзачка «НКВ – Р»,а также на базе школьной химической лаборатории. В 2008 – 2009 году было сделано 36 анализов воды в различных точках водоёма. Пробы воды собирались в разное время года. Необходимое оборудование было предоставлено ГОУ ДОД «Детский эколого-биологический центр» Липецкой области. В результате обобщённого анализа мы пришли к следующим результатам:
pH (активная реакция воды) – колеблется в озере от 7,1 до 7,6 это соответствует нормам Сан ПиН 2.1.4. 1074 – 01 «Питьевая вода и водоснабжение населённых мест», Вода по данному показателю соответствует нормам питьевой воды для которой pH допустим от 6,5 до 8,5. Прозрачность воды 30-35 см, запах 2р, цветность 110.
Жёсткость воды колеблется от 1,2 до 2,0 мг/экв/л. Вода очень мягкая. Высокую мягкость воды можно объяснить качеством подземных вод питающих водоём.
Содержание нитрит-анионов незначительно. Показатели колеблются от 0,02 до 0,04 мг/л, показатели нитратов от 1,1 до 1,9 мг/л.
Содержание хлоридов и сульфатов в пробах воды незначительно, поэтому определение их содержания в воде с помощью рюкзачка «НКВ – Р» было невозможно. Использовались материалы лабораторного анализа ФГУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии Липецкой области».
Аммоний – ион колеблется в пределах 0,3 – 0,8 мг/л. Низкие показатели аммоний – иона показывают отсутствие свежего загрязнения, и интенсивное его усвоение растениями при фотосинтезе.
б) Качество воды определялось по составу макрозообентоса. Применялся метод Вудивисса. Пробы производились во всех исследовательских створах. Проведенные качественные пробы макрозообентоса показали присутствие поденок, ручейника, водяного ослика, мотыля. По методу Вудивисса –индекс 5,15 (см. приложение 3). Класс качества II – вода чистая или III – умеренно загрязненная. Вода относится к b-мезосапробной зоне по характеристике сапробности. Из высших растений - биоиндикаторов встречаются в большом количестве кубышка жёлтая и кувшинка белая.
в) Для более глубокого анализа качества воды пробы из водоёма были направлены на исследование в ФГУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии Липецкой области».
Пробы были взяты в день отъезда в створе №2 точка 28. Повторные пробы взяты второго апреля 2009 года с поверхностного слоя (створ №5, 6). Лабораторный анализ подтвердил результаты исследования проведенных учащимися (см. приложение 5). Вода водоема высокого качества с низким уровнем органического загрязнения. Мы сравнили результаты лабораторных исследований качества воды озера с нормами ПДК установленными правилами СанПиН, нормами ES и USEPA. Обязательные к соблюдению параметры, установленные основным стандартом США (National Primary Water Drinking Regulations) и "Директивой по качеству питьевой воды..." 98/93/EC от 1998 г. Параметры "вторичного стандарта" США (National Secondary Water Drinking Regulations), носящий рекомендательный характер. Для сравнения были взяты основные соединения органического происхождения. Лабораторные показатели качества воды в озере ниже ПДК правил СанПиН:
o по аммиаку и аммоний-иону – в 4,4 раза;
o по нитратам – в 30 раз;
o по хлоридам – в 95 раз;
o по нитритам – в 150 раз;
o по сульфатам – в 250 раз.
В пределах нормы оказались показатели по марганцу (0,09 мг/л), по общему железу (0,08 мг/л). Значительно ниже показатели качества воды норм ES и USEPA.
г) Для изучения активности протеолитических ферментов в донных отложениях применялся аппликационный метод, разработанный Е.Н. Мишустиным и И.С. Востровым (1971 год), где в качестве индикатора используется рентгеновская плёнка, эмульсия которой разрушается микроорганизмами. При исследовании проб эмульсия на большей части рентгеновской плёнки была разрушена на 50-60 %, что говорит о средней активности протеолитических ферментов, высокой протеолитической активности донного грунта и отсутствия загрязнений тяжёлыми металлами. Для изучения активности протеаз применялся аппликационный метод, разработанный Мишустиным и Востровым и модифицированный Л.Ф. Тарариной (1997 год).
Определение степени окислённости среды в донных отложениях проводилось с помощью автографии (Тарарина 1997 год). Полученные результаты показали, что на фотобумаге интенсивность белых пятен была незначительной, автограф имел светло-бурый цвет. Это говорит о том, что окислительно-восстановительные процессы имеют достаточно уравновешенный характер.
Все полученные данные являются основой для организации мониторинга за качеством воды озера и позволят заметить негативные тенденции при нарастании антропогенной нагрузки на водоем.
На основании проведённых нами исследований в районе создана система школьного экологического мониторинга. Постановлением главы администрации Добровского района (№ 804 от 09.07.2009 г.) за учебными учреждениями района закреплены подшефные ООПТ: МОУ СОШ с. Преображеновка – озеро Кривецкая Старица, Заланская Лука, болото Сосновка и Карасёвка; МОУ СОШ с. Б.Хомутец – озеро Большое и Малое Остабное; МОУ СОШ с. Панино – озеро Богородицкое; МОУ СОШ №2 с. Доброе – озеро Спасское, Андреевское; МОУ СОШ с. Трубетчино – урочище Заповедь. Изучение памятников природы учащимися школы ведутся на регулярной основе с 1999 года.

Выводы.
1.Большой и качественный анализ экологического состояния водоёма с применением различных способов лабораторных, биоиндикаторных исследований создаёт базовую отсчётную точку для последующего сравнительного анализа при проведении комплексной экологической государственной экспертизы охраняемого природного объекта.
2. При несанкционированном экологическими службами хозяйственном использовании территория ООПТ (с\х использование прибрежной полосы, строительство объектов отдыха, организация свалок мусора и т.д.) материал исследования может служить для анализа состояния объекта, до того как, произошло нарушение режима ООПТ.
3. Проведённые исследования позволяют областному комитету экологии качественно и достаточно грамотно провести паспортизацию памятников природы с небольшим использованием человеческого и финансового ресурса.
4. Создана система школьного экологического мониторинга водных ООПТ (школа-ООПТ) закреплённая нормативным актом районного уровня. Это позволяет минимизировать нарушение режима ООПТ человеком, так как информация о нарушениях оперативно поступает в административные органы.
5. При решении вопроса о создании национального парка, данные мониторинга по памятникам природы могут служить ориентиром в создании и размещении структурных объектов для отдыха и туризма, рекламных сборников и проспектов и т. д.
6. В образовательном учреждении создан банк данных о проведённых исследованиях. Материалы исследований используются комитетом экологии и природоохранными общественными организациями, СМИ в области пропаганды и просвещения широких слоев населения, так как обладают высокой степенью достоверности.
7. Приоритетным направлением развития Добровского района на 2006-2020 года является создание туристско-рекреационной зоны, что указано в программе развития района на выше указанный период. Материалы банка данных использовались при разработке данной программы.

Литература:
1. Андреева М.А., Дмитриева В.Т. Полевая практика по общему землеведению. Учебное пособие для студентов. М., «Просвещение», 1991.
2. Атлас Липецкой области. М., 1994.
3. Грин П., Стаут У., Тейлор Д. Биология, т. 2, М., «Мир», 1993.
4. Жизнь растений. М., «Просвещение», 1987.
5. Жизнь животных. М., «Просвещение», 1989.
6. Методы гидрологических исследований. Проведение измерений и описание озёр. Ассоциация «Экосистема», М., 1996.
7. Программа проведения комплексного экологического обследования территории. Ассоциация «Экосистема», М., 1996.
8. Пыльнева Т.Г., Пешкова Н.В., Стрельникова Т.Д. Экология и география Липецкого края. Липецк, 1992.
9. Чертопруд М.В. «Мониторинг загрязнения водоёмов по составу макрозообентоса». Методическое пособие. Ассоциация по химическому образованию. М., 1999.
10. «Изучаем малые реки». Методическое пособие. Тульский эколого-биологический центр учащихся. Тула. 1999.
11. Рязанцев В.К., Горетов. «Методические рекомендации по выполнению экологического проекта». ЛГИУУ. Липецк. 1999.
12. Климов С.М. «Школьная научно-исследовательская работа по биологии и экологии». Методическое пособие. Липецк. 1999.
13. Ашихмина Т.Я. «Экологический мониторинг» учебное пособие для вузов. Москва, 2006 г.
14. Лабутина Т.М. «Практическое руководство к определению основных компонентов поверхностных вод». Издательство СО РАН, 2004 г.
15. Резников А.А., Муликовская Е.П., Соколов И.Ю. «Методы анализа природных вод». Москва: Недра.

Учебное оборудование производства ЗАО «Крисмас+» для исследования водоемов и воды

Путеводитель по выбору оборудования для учебно-исследовательских работ