Временные водоёмы

Пресные водоёмы со своими обитателями представляют огромный интерес для человека, так как вода является одной из наиболее мощных производительных сил природы. Видовой состав водоёмов позволяет определить степень загрязнённости окружающей среды, сделать общую оценку экологического состояния данной местности, сравнить экологическое состояние различных участков изучаемой территории. Именно поэтому меня заинтересовала данная тема. Мы решили остановиться на обитателях временных водоёмов, узнать их особенности, строение, сравнить химический и видовой состав различных временных водоемов. Для выполнения работы мне понадобилось регулярное наблюдение за временными водоёмами и их обитателями, которое велось в течение 2 лет.

Характеристика временных водоемов

Под временными водоёмами мы будем понимать незначительные скопления воды, которые возникают периодически и сравнительно быстро исчезают. Весной во время таяния снега там и здесь в низинах блестят мелкие лужицы. Вода их холодна; однообразие температуры объясняется тем, что тающий снег всё время подбавляет новые порции холодной воды. В прозрачной воде весенней лужи мелькает богатое население. Как же попали сюда живые водные организмы? Несомненно, зачатки этой жизни могли или находиться тут же на месте, в том грунте, который пропитала весенняя вода, или могли быть занесены из воздуха. Окружающие водоёмы стоят скованные льдом, жизнь в них ещё скрыта от глаз. Когда окончится таяние снега, вода начнёт быстро прогреваться, испаряться и, наконец, исчезнет, чтобы появиться здесь снова, быть может, только через год, когда опять начнётся таяние снега. С исчезновением воды живые существа тоже должны замирать или покинуть водоём до следующей весны.

Коренное население подобных луж, не связанных с другими биотопами, должно состоять из таких организмов, которые могут переносить полное исчезновение влаги летом и промерзание зимой. Одни организмы закрываются целиком твёрдыми и непроницаемыми оболочками — цистами, другие прекращают с высыханием воды своё индивидуальное существование и оставляют яйца или зимующие почки. Все эти образования лежат в грунте и при пропитывании его весенней водой снова освобождаются из своих непроницаемых оболочек и вновь начинают жить и развиваться. Покоящиеся яйца не только прекрасно переносят засуху и промерзание, но в некоторых случаях даже требуют их, как необходимые условия для своего развития. К самым типичным формам весенних луж относятся несколько ракообразных: щитень - Lepidurus, жаброног - Branchipus, Рristicephalus, Lynctus. Кроме того, всегда встречаются некоторые виды циклопов и два вида Diaptomus, некоторые Оstracoda.

Вторую группу организмов, населяющих весенние лужи, составляют те насекомые, которые при высыхании луж перелетают во вновь образовавшиеся лужи (жуки, клопы). Наконец, к третьей группе относятся комары. Зимующие самки откладывают в первые появившиеся лужицы свои яички, из которых вылупляются личинки, успевающие проделать все свои превращения вплоть до летающих взрослых комаров за короткий срок существования лужи. Такова же причина появления здесь личинок комаров - дергунов и др. За кратковременное существование весенней лужи комары иногда успевают дать несколько поколений: быстрота развития является необходимым условием жизни в периодических водоёмах.

Помимо указанных групп животных, в весенние лужи попадают и временные обитатели, обладающие свободой передвижения по воздуху, — жуки и клопы.

Интересно отметить, что в лесу, где испарение идёт много медленнее и где характер дна иной, нежели на открытом месте, и население луж тоже несколько иное, рядом с видами, характерными для луж открытых мест, здесь встречаются и другие виды тех же родов или даже другие роды. Наиболее частыми являются здесь Вгаnchipus , Diaptomus, Сус1ор и Сапdоnа. Есть ещё другой тип временных весенних водоёмов - это лужи, остающиеся после спада весенних высоких вод или рек. Их фауна заключает в себе, помимо указанных элементов, отчасти и животных, оставшихся от фауны основного водоёма.

Временные водоёмы могут возникать и от дождевых вод в самых разнообразных местах, лишь бы вода встретила здесь преграду для своего стока или просачивания вглубь. Самые мелкие лужицы, вроде заполненной водой колеи колеса, банки от консервов, углубления в старом пне и т. п. , оказываются заселёнными не только микроскопическим миром, но и личинками комаров Сulех и Tendipes (из группы Thummi). Даже лужицы на пнях имеют довольно богатое население из целого ряда личинок разнообразных комаров и крыски — личинки мухи Eristalis; известен и один жук – Prionocyphon такая лужица помногу раз в лето высыхает и наполняется вновь, а в более глубоких частях истлевшая в труху древесина, хранит остатки влаги.

Особенности воды как среды обитания

Вода, как и любая среда обитания, может подвергаться некоторым изменениям.

Обитатели водной среды должны иметь определённые приспособления для проживания в ней. Сопротивление движению зависит в очень большой мере от формы предмета. Поэтому нежным, сильно раскидистым и лишённым внутренней опоры телом могут обладать лишь неподвижные организмы, например, некоторые прикреплённые животные.

Чем больше поверхность тела при одном и том же объёме или чем меньше объём при одной и той же поверхности, тем более будет замедленно погружение тела. Вот почему увеличение поверхности тела играет у мелких организмов гораздо большую роль, чем у крупных. У многих микроскопических растений и животных развиваются отростки различной величины и формы. Так, среди планктических водорослей, коловраток и рачков очень распространены игловидные и щетинкообразные выросты тела, незначительно лишь изменяющие их объём, но сильно увеличивающие поверхность (Липин А. Н. , 1950).

Многие животные для избегания погружения на дно вынуждены периодически подниматься, для этого, например, дафнии время от времени ударяют второй парой усиков — плавательных.

Некоторые животные способны при наступлении неблагоприятных условий инцистироваться, т. е. покрываться плотной оболочкой.

Основные факторы, влияющие на жизнь обитателей водоёмов.

• Освещённость. От её степени зависит существование водоёма, его видовой состав.
• Температура. Оказывает огромное влияние на испарение воды, от неё в обратной зависимости находится вязкость, которая влияет на жизнедеятельность живых организмов.
• Сила сцепления и плотность воды (три состояния: твёрдое, жидкое - важнейшее, газообразное).
• Сопротивление воды водоёмов движению.
• Приход и расход воды. Определяют существование водоёма.
• Движение воды. Влияет на видовой состав водоёма.

Изучение биологических особенностей отдельных видов

Дафнии относятся к низшим ракообразным, к ветвистоусым рачкам. Тело заключено в прозрачную двустворчатую хитиновую раковину, обе половинки которой скреплены на спинной стороне и полураскрыты на брюшной стороне. Голова остаётся свободной. От головы отходят ветвистые гребные усики. На брюшной стороне, под защитой раковинки, находится несколько пар(4-6) коротких расширенных грудных ножек. На голове находится большой глаз чёрного цвета. Хорошо заметен пищеварительный канал, изогнутый в виде крючка.

Их можно встретить в самых разнообразных водоёмах, чаще в прудах, лужах, каналах, ямах с водой.

Рачки плывут характерными толчками, ударяя по воде своими гребными усиками.

Питаются мельчайшими живыми организмами, водорослями, инфузориями.

Дыхание жаберное. Жабры помещаются у основания грудных ножек в виде небольших мешочков.

Из органов чувств у водных блох замечательно развиты глаза, у каждого рачка имеется только один непарный глаз, который бывает, окружён цепочкой прозрачных хрустальных телец.

У рачков имеется выводковая камера, в которой самки вынашивают яйца и в которой из яиц развивается молодь. Яйца развиваются без оплодотворения, причём из таких неоплодотворённых яиц вылупляются, только самки. Это продолжается, пока к концу лета из яиц не выйдут самцы.

Daphnia ри1ех (самка): 1-усик 1-й пары; 2-клювик; 3-глаз ; 4-1 голова; 5-кишка; 6 - усик второй пары; 7-выводковая камера с яйцами; 8 - 3-й шип на заднем конце раковинки; 9-спинные придатки; 10-хвостовые щетинки; 11-постабдомен; 12 - шипики на постабдомене; 13 - шипики на внутренней стороне концевых коготков; 14 - концевые коготки на постабдомене; 15 - пять ножек.

Летом, очень редко, можно встретить таких представителей ветвистоусых ракообразных, как Хидорус, Босмия, и хищную Лептодору.

Инфузорию-туфельку можно встретить в загрязнённых водоёмах.

Всё тело её покрыто продольными рядами многочисленных коротких ресничек, которые совершают волнообразные движения.

Переваривание пищи и усвоение питательных веществ у инфузории происходит так же как у амёбы. Непереваренные остатки выбрасываются через отверстие - порошицу. Дыхание и выделение происходит так же, как и у других простейших.

Летом туфелька, интенсивно питаясь, растёт и делится, как и амёба, на две части. Начав питаться, молодые туфельки растут. Через сутки деление повторяется снова

Инфузория-туфелька:

1-реснички;

2-пищеварительные вакуоли;

3-микронуклеус;

4-ротовое отверстие;

5-глотка; 6-порошица;

7-трихоцисты;

8-сократительная вакуоль;

9-макронуклеус.

Амёбы - низшие, наиболее просто устроенные корненожки, лишённые скелета. Небольшое число амеб являются паразитами.

Большинство одноядерны, но есть и многоядерные виды. Амёба протея имеет многочисленные выросты - псевдоподии (ложные ножки). Благодаря изменению формы псевдоподий, происходит передвижение животного. Многие виды амёб способны при наступлении неблагоприятных условий инцистироваться. При этом амёба втягивает псевдоподии, округляется и выделяет вокруг себя прочную двойную оболочку белковой природы. В таком состоянии амёбы могут сохраняться месяцами, а затем вновь переходить к активной жизни.

Амёбам свойственно бесполое размножение, осуществляемое путём деления надвое.

Амёба протей:

1 -эктоплазма; 2-эндоплазма;

3-фагоцитоз;

4-сократительная вакуоль;

5-ядро; 6-пищеварительные вакуоли.

Раковинная амёба. Класс саркодовые –

Arcella discoides.

Коловратки - очень мелкие водные животные, преимущественно обитатели пресных вод. Громадное большинство коловраток свободноподвижные, немногие ведут прикреплённый образ жизни (см. рис 4)

Они раздельнополы и отличаются половым диморфизмом. Самки встречаются гораздо чаще самцов. Самцы значительно меньше самок и часто заслуживают названия карликовых. Кишечник самцов редуцирован, выделительная система развита слабо; тотчас после оплодотворения самцы умирают.

1-головные чувствительные щупальца;

2-коловращательный аппарат; 3-рот;

4-глотка с жевательным аппаратом; 5-слюнные железы;

6- пищевод; 7-желудочные железы;

8-желудок; 9-яичник;

10-протонефридий; 11-задняя кишка;

12-мочевой пузырь;

13-клоакальное отверстие;

14-цементные железы;

15-ножной ганглий 16-пальцы ноги;17-клоака; 18-спинные чувствительные щупальца; 19-надглоточный ганглий.

Зелёные водоросли представлены одноклеточными формами (хлорелла, хламидомонада). Большинство одноклеточных водорослей способны передвигаться с помощью жгутиков. Некоторые неподвижны. В клетках зелёных водорослей находятся хроматофоры, содержащие ряд пигментов.

Размножение происходит половым, бесполым и вегетативным путём. Водоросли фототрофные организмы. У одноклеточных зелёных водорослей развивается только один хлоропласт, иногда очень крупный. Но такой тип пластиды имеет относительно малую поверхность. Многие одноклеточные водоросли представляют важную часть планктона Мирового океана. Они являются первичными продуцентами органического вещества, за счёт которого существует весь животный мир океана.

Сувойки напоминают изящный цветок вроде колокольчика или ландыша, сидящий на длинном стебельке, который прикреплён к субстрату. Большую часть жизни сувойка проводит в прикреплённом к субстрату состоянии. Ротовой диск расположен на расширенном переднем участке тела, которое совершенно лишено ресничек. Ресничный аппарат расположен лишь по краю ротового диска в особой бороздке, снаружи от которой образуется валик. По краю валика идут три мерцательные мембраны, из которых две расположены вертикально, одна - горизонтально. Эти мембраны находятся в постоянном мерцательном движении, направляя ток воды к ротовому отверстию. Ротовой аппарат начинается глубокой воронкой у края перистомального поля, в глубине которой располагается ротовое отверстие, ведущее в короткую глотку. Сувойки питаются бактериями. Одна сократительная вакуоль без приводящих каналов расположена недалеко от ротового отверстия. Макронуклеус имеет лентовидную или колбасовидную форму, к нему тесно примыкает единственный маленький микронуклеус. Размножение - бесполое, но имеет место характерная для инфузорий форма полового процесса — конъюгация.

1 –мерцательные мембраны;

2-перистомальный валик;

3-углубление ротовой воронки;

4-сократительная вакуоль;

5-стебелёк.

Описание места исследования (материалы) и методы исследования

Временные водоёмы представляют собой углубления в грунте, которые заполняются водой при дождях.

Изучались 2 группы водоемов: 1 группа - лужи у школы, расположенные на открытом пространстве на территории, которая подвергается сильному воздействию человека и техники, в частности автомобилей. Лужи имеют овальную форму, глубиной 15 – 20 см. , диаметром от 50см до 1,5м. 2 группа – лужи в сосновом бору, которые образовались в естественных углублениях почвы и имели приблизительно такие же размеры и глубину. Для сравнения были взяты два временных водоема - по одному из разных групп.

Любой такой водоём – обособленный совершенный мирок.

Все животные обитатели водоема имеют множество приспособлений, которые зависят от особых свойств воды.

Вода плотнее воздуха в пятнадцать раз. Например: для того чтобы парить в толще воды у коловраток и рачков выделяются жировые вещества – масла, а также активное движение посредством коловратного аппарата – у коловраток, у рачков — посредством усиков.

Также большую роль играет и увеличение поверхности, как фактор, замедляющий или уничтожающий погружение тела в воду. Поэтому у многих микроскопических животных и растений развиваются отростки различной величины и формы. Так среди коловраток и рачков распространенны игловидные и щетинкообразующие выросты тела, незначительно изменяющие объём, но сильно увеличивающие поверхность.

Прозрачность воды способствует развитию охранительной окраски. Например: прозрачность тела, делающая их невидимыми в воде (дафнии, коловратки). Вода сохраняет тепло и поэтому температура воды всегда выше температуры окружающей среды зимой и осенью, это способствует активности животных в холодное время года. В воде находятся органические остатки, которыми питаются разнообразные бактерии и животные.

Методы при исследовании водоёма: визуальный (наблюдение на самом водоёме и в лабораторных условиях), физико-химический (определение химических и физических свойств воды в исследуемом водоеме) и статистический (видовой состав водоёма по месяцам). Оборудование для исследования: стеклянная банка, пинцет, чашка для промывки грунта, лупа, микроскоп, предметное и покровное стекла, химический стаканчик, термометры (водный и воздушный), дневник и карандаш.

Методика исследований. Определение содержания в воде ионов: Fe3+, Ca2+, Cl1-, SO42-, CO32-.

Каждое определение проводится с тремя образцами:

А) раствор сравнения (в нем есть ион),

Б) исследуемая вода (содержит или нет ион),

В) контроль (не содержит ионы, дистиллированная вода)

Сполоснуть 3 пробирки. Налить в каждую из них по 2 мл испытуемой жидкости: в I – раствор сравнения, во II – исследуемую воду, в III – дистиллированную воду. Провести в каждом случае качественную реакцию на присутствие ионов.

А. Реакция на ион: Fe3+.

1) Налить в 1 пробирку 2мл раствора Fe3+.

2) Добавить в пробирку несколько капель раствора роданида (тиоцианита) калия KSCN.

3) Тщательно перемешать раствор.

4) Повторить то же самое с исследуемой и дистиллированной водой. Чтобы краска была лучше заметна, нужно поместить сзади лист белой бумаги.

5) Вылить растворы из пробирок. Промыть их и сполоснуть дистиллированной водой перед тем, как приступить к следующим опытам.

Б. Для обнаружения Ca2+ используется оксалат натрия (Na2C2O4) в присутствии разбавленного раствора уксусной кислоты.

В. Для обнаружения Cl1- используется раствор нитрата серебра (AgNO3) в присутствии разбавленного раствора азотной кислоты.

Г. Для обнаружения SO42- используется раствор хлорида (или нитрата) бария в присутствии разбавленного раствора азотной кислоты.

Д. Обнаружение ионов CO32-: а) SO42- нет, то CO32- можно обнаружить солями бария в нейтральной среде; б) если есть SO42-, то в пробирку добавляют раствор соляной кислоты и 2– 3 капли известковой воды. При наличии CO32- произойдет помутнение раствора.

Отбор проб для микроскопического анализа воды.

Жидкие пробы берут методом зачерпывания, например при помощи ковша. Проба должна быть доставлена на анализ в неизменном состоянии. Поэтому быстро, до оседания взвеси, пробу переливают в банку, заполняя сосуд лишь до половины, и в открытом виде немедленно доставляют в лабораторию. Если проба доставлялась с далекого водоема, то перед проведением анализа воду в банке тщательно перемешивают стеклянной палочкой. Из водоема берут не менее 2 проб.

Просмотр проб под микроскопом.

Капля воды, отобранная пипеткой, помещается на предметное стекло и закрывается покровным стеклом. Просматриваются не менее 2 капель из каждой пробы – с поверхности и со дна банки, так как микроорганизмы, в зависимости от массы и поведенческих реакций, распределяются в толще воды неравномерно. При рассматривании используется увеличение 10 Х 15. Многие организмы очень подвижны, поэтому для замедления их движения в препарат вводится глицерин, который увеличивает вязкость жидкости. Доза вещества подбирается опытным путем. Препарат под объективом проводят зигзагообразно, так что материал просматривается практически полностью. Учету подлежат животные, водоросли, гифы грибов, скопления бактерий, нитчатые бактерии. Условные баллы встречаемости организмов: 1 – единичное нахождение, 2 – мало, 3 – порядочно, 4 – много, 5 – в массе. Этот метод прост, но недостаточно объективен.

Результа

Определение физико-химических свойств воды лужи у школы и лужи в сосновом бору

Лужа у школы имеет размеры 1, 15 м в ширину и 1,5 м в длину, глубина от 10 до 20см (обозначим – водоем №1).

Лужа в сосновом бору имеет размеры – 1,21 м в ширину и 1,55м в длину, глубина от 10 до 21 см. (водоем №2). Исследования проводились в течение мая- ноября 2009 и 2010 годов.

Наблюдается сильное загрязнение воды в водоеме №1, которое усиливается в 2010 году, что связано с более высокой температурой воды по месяцам. Вероятно, температура явилась причиной появления сульфат-ионов и ионов свинца в водоеме. Запах усиливался при повышении температуры и увеличения количества автомобильного транспорта у школы (автомобили могли служить источником свинца в воде водоема). Окраска воды зависит от наличия в ней неорганических веществ, желтая и коричневая - от наличия солей железа.

Скорость высыхания водоема у школы, при отсутствии дождей, была следующей: в июне - 0, 13м2 в сутки, в июле - 0,24м2 , в августе – 0,16м2.

Второй водоем, расположенный в сосновом бору более чистый. Вода в нем сохраняет прозрачность и приятный травяной запах в течение всего периода наблюдений. Химический состав воды сильно не изменяется даже в условиях высокой температуры воды, которая на 1-2 градуса ниже, чем в водоеме №1. Вода в этом водоеме более жесткая и менее кислая, чем в водоеме №1. Осадок содержит, в основном органику, в водоеме №1 много неорганических веществ, органики мало.

При сравнении количественного состава водоемов обнаружили (см. приложение №3 и №4), что водоем №1 менее заселен живыми организмами, в водоеме №2 живых организмов больше и они разнообразнее. В 2010 году живых организмов в водоемах обнаружено почти в 2 раза больше, чем в 2009 году, выявлено появление новых видов (Лептодора).

Микроскопический анализ воды с мая по ноябрь 2009 и 2010 г. г.

Видовой состав водоёмов №1и2 в мае – июне 2009-2010 годов практически одинаков.

Микроскопический анализ воды показал следующий видовой состав:

Планктон Приспособления для парения в толще воды.

1) Инфузории-туфельки Для движения реснички.

2)Ракообразные Дафния – двуветвистые конечности.

3) Коловратки Коловратный аппарат.

4) Диатомовые водоросли Через щель происходит выделение и постоянная циркуляция цитоплазмы, благодаря чему осуществляется реактивное передвижение водоросли.

В июле видовой состав остался таким же, как в июне. Но на водоеме №1 нет дафний, много инфузорий, а воде водоема №2 наблюдается большое количество дафний, коловраток, зеленых водорослей (хламидомонада, нитчатая водоросль-спирогира), личинки комаров, встречаются единичные экземпляры круглых червей – нематод. В июле 2010 года в водоеме №2 появились хищные ветвистоусые рачки Лептодора (Leptodora kindti), достигающие 10мм в длину. Неожиданными быстрыми движениями Лептодора набрасывается на других планктонных рачков или крупных коловраток, захватывает их видоизмененными конечностями, а затем высасывает. Твердые части тела жертв отбрасываются. Этот вид боится яркого солнечного света и держится днем в тени или опускается на глубину

Микроскопический анализ воды в августе: в водоеме №1 в течение 2 лет наблюдалось большое количество инфузорий.

1. Плавающих–инфузорий-туфелек и очень мелких инфузорий которые не смогли определить, а также прикрепленных–сувоек.

2. На дне обнаружены раковинные амёбы

3. Были обнаружены колонии серо- и железобактерий (вероятно, причина в выбросе сероводорода с птицефабрики). В водоеме №2 разнообразие инфузорий гораздо больше, много одноклеточных и нитчатых водорослей, количество которых резко увеличилось в 2010 году, что возможно связано с более теплым летом.

Микроскопический анализ воды в сентябре: большое количество дафний – нескольких видов; появляются самцы – дафний, происходит спаривание, и откладываются зимние яйца. Множество инфузорий, коловраток нет. В водоеме №2 много одноклеточных зеленых водорослей, количество нитчатых водорослей уменьшилось.

Наблюдение за инфузорией-туфелькой.

Длина тела около 1/6 – 1/5 мм, находилась в непрерывном движении. Инфузория движется передним концом прямо вперёд и при этом вращается вправо вдоль продольной оси тела. Такое движение зависит от ресничек. Видны были волнообразные движения всех ресничек. Удалось увидеть конъюгацию. Во время её инфузории не питались. Две инфузории были тесно сближены друг с другом. Конъюгация включает в себя два важных биологических момента: оплодотворение и восстановление.

В октябре обнаружено:

В обеих водоемах нет коловраток, дафний; есть одиночные инфузории и одноклеточные водоросли. Из водоема №2 исчезли зеленые нитчатые водоросли.

В ноябре в водоеме №1 живые организмы отсутствуют, а в водоеме №2 замечены циклопы, дафнии, конъюгирующие инфузории, одноклеточные водоросли, коловратки. Организмов очень мало, есть остатки водных растений. Вода холодная, но лужи не покрыты льдом. В воде, постоявшей в тепле можно обнаружить инфузории.

За время наблюдений обнаружено, что в августе видовой состав почти не изменяется. Но уже ближе к ноябрю в водоеме не видно коловраток и других организмов.

При исследовании луж замечено, что в водоеме №1 не было циклопов и дафний в июле и в августе (по наличию которых можно определить чистоту водоёма) в 2009 и 2010 гг. Их можно было видеть при выпадении осадков в июне, и осенью во временных водоёмах (лужах), но уже через некоторое время мы их там не обнаруживаем. Сравнение количественного состава водоемов

1. Вода, как и любая среда обитания, может подвергаться различным изменениям, поэтому практически все животные, обитающие в пресных водоёмах, имеют целый ряд приспособлений, необходимых для жизни в этой среде.

2. Пробы воды из временных водоёмов показали, что вода в них является относительно чистой, но быстро становится грязной, особенно там, где воздействие человека наиболее велико (водоем №1).

3. Состав обитателей временных водоёмов является неоднородным и зависит от внешних факторов.

4. На жизнь водоёмов влияние оказывает единая система всех основных факторов.