Вступ

В наш час оцінка впливу абіотичних, біотичних та антропогенних чинників на живі організми за допомогою біологічних об’єктів набуває все більшого значення у зв’язку з тим, що їх чутливість до змін, що відбуваються у ряді випадків значно вища ніж існуючих фізичних та хімічних методів. організми-біоіндикатори реагують не тільки на малі дози екологічних факторів, але й дають змогу виявити синергізм, потенціювання, інгибування впливових чинників.

Найбільш розповсюдженою є біоіндикація стану довкілля за зміною видового складу флористичних та фауністичних комплексів. Водні рослини у зв’язку з особливостями морфології та анатомії можуть бути біоіндикаторами стану водойм та слугувати об’єктами глобального моніторингу водних екосистем взагалі.

Актуальність теми: У зв’язку з підвищеним антропогенним впливом на природні комплекси в останній час, стає актуальною розробка та апробація методик, що дозволяють оцінювати екологічний стан природних, природно-антропогенних ландшафтів. Так як всі компоненти природи тісно та нерозривно взаємопов’язані між собою, то порушення одного компоненту викликає зміну стану всіх інших. Тому, оцінюючи стан одного, можна прогнозувати зміни інших компонентів. Останнім часом має місце значний антропогенний вплив на поверхневі водойми. Це і різноманітні викиди промислових та побутових вод, і шумове забруднення, і порушення структури водойм при механічному перемішуванні шарів води, а також порушення термічного режиму. Всі ці фактори призводять до різноманітних змін у водних екосистемах, що відображується на загальному стані природи та на людському суспільстві. На жаль, не завжди є можливість проводити комплексні наукові дослідження, які потребують значних матеріальних затрат та спеціального обладнання. В таких випадках можна використовувати метод біоіндикації, що отримав останнім часом широке визнання та розповсюдженість.

Мета: На основі вивчених еколого-біологічних властивостей рослин водних та прибережно-водних біоценозів провести визначення стану їхніх ценозів русла річки Сіверський Донець. Визначити види біоіндикатори водного середовища.

Завдання:

Опрацювати наукову та методичну літературу з питань біоіндикації водного середовища за допомогою рослин;

Дослідити видовий склад водних біоценозів русла р. Сіверський Донець, проаналізувати еколого-біологічні властивості виявлених видів;

Проаналізувати екологічні особливості виявлених видів, щодо можливості їх використання в біоіндикації стану водойм

Визначити наявність рослин біоіндикаторів в водному фітоценозі р. Сіверський Донець;

За зміною флористичного складу водних комплексів проаналізувати екологічний стан об’єктів, що вивчаються.

Методи: геоботанічні, лабораторні, екологічні.

Знання, які були отримані в ході написання роботи та результати досліджень можна використовувати при роботі у школі вчителем біології. Наприклад, під час екскурсій на заплавні луки до річки дітям необхідно показувати рослини біоіндикатори, та яким чином вони можуть нам вказувати на стан навколишнього середовища. Вчитель повинен показати дітям значущість рослин водного біоценозу та необхідність їх охорони та охорони природи в цілому.

1. Загальні відомості про вищі водні рослини та їх положення в системі рослинного світу

1.1 Вищі водні рослини в системі рослинного світу

В ході еволюції поворотним моментом було виникнення фотосинтезуючих організмів. Появу хлорофілу можна віднести імовірно до архейського періоду, а в палеозої, починаючи з кембрію, зустрічаються вже перші синьо-зелені водорості (марполія, гірванелла, эпіфітон і ін.). Суша в кембрії, була позбавлена рослинності. У атмосфері в цей час нагромаджувався надлишок вуглекислоти і мала кількість кисню. У силурі світ рослин представлений вже багатше: з'являється флора псилофітів, що відрізняється великою різноманітністю форм, – це перші знайдені вищі зелені рослини суші. У девоні рослини продовжують завойовувати сушу: крім псилофітів, витиснених до кінця періоду, з'являються перші папороті, каламофіти, клинолисти, лепідодендрони, кордаїти. Остання група – перші представники класу хвойних рослин. По берегах озер росли хвощі, папороті, сигілярії. У карбоні девонська флора розвивається найширше. До кінця кам'яновугільного періоду вона зменшується, і на її місце виходять нові типи глоссоптерієвої флори і голонасінних. Посилення процесів що утворюють ґрунти приводить до різноманітності кругообігу речовин, дає поштовх до подальшої еволюції. У пермській системі, в пізніших відкладеннях палеозою, подальший розвиток одержують насінні папороті (роди Леслейя, гангамоптерис, тинифельдія і ін.) і голонінні рослини, почали з'являтися саговники і гінкгові. У мезозої найбільша різноманітність форм наголошується починаючи з юрського періоду. Рослинність юри абсолютно не схожа на карбон. Саговники, беннеттити, гінкго, байеры, араукарії переважають в лісах юрської епохи, у водоймищах крупні хвощі – неокаламіти. Незбалансованість процесів утворення і руйнування органічної речовини, що привела до накопичення вуглецю у вигляді горючих копалин у верхньому девоні і карбоні, поступово вирівнюється, збільшується кількість кисню в атмосфері. В кінці мезозою, в крейдяний період, створилися кліматичні умови для виникнення квіткових рослин, що мало величезний вплив на весь подальший хід еволюції органічного світу планети. У верхньокрейдяних шарах Аляски нагромаджуються такі водні рослини, як німфеї або латаття. До цього часу відноситься масова поява квіткових рослин, що утворили характерні асоціації і що захопили найрізноманітніші біотоп: рівнини, степи, напівпустелі, гори і водоймища. У кайнозої рослинність розвивається дуже рясно, проте сильне похолодання в другій половині ери, починаючи з міоцену, значно змінило кількість і склад рослин. У середині третинного періоду в Західній Європі зустрічаються вже латаття, рогіз, очерет, осока (міоцен). На Україні в цей час з'явилися рогіз, очерет, рдесник, роголисник, сальвінія.

Квіткові водні рослини, почавши свій розвиток у верхньому крейдовому періоді, в ході процесу еволюції придбали всі ті особливості, які дозволили їм пережити суворі заледеніння кайнозою в умовах водного середовища. Отже, більшість родин вищих водних рослин з'являються в кінці мезозою, починаючи з верхньої крейди; і відноситься до епохи розквіту квіткових рослин при зниженні розвитку голонасінних і вже значному зменшенні спорових рослин. В цей час відбувається поступовий розвиток і формування сучасної флори. У четвертинному періоді до часу настання льодовиків в Європі вже були поширені більшість сучасних видів рослин. Проте значні заледеніння Європи знищили рослинність на величезних територіях, так що деякі види рослин значно скоротили свій природний ареал або зникли повністю. Загальна схема еволюційного шляху водних рослин: море – прісні води – суша – прісні води – море. З цієї причини сучасну вищу водну рослинність, що мешкає в прісних, солонуватих і в значно меншій мірі морських водоймищах, прийнято називати вторинноводною [3].

1.2 Особливості організації вищих водних рослин, як біоіндикаторів навколишнього середовища

Відносна однорідність водного середовища привела до ряду пристосувань самого різного ступеня. Багато видів водних рослин мають здатність розвиватися на суші, що виражається в явищі диморфізму. Потрапивши у водне середовище, ці види здатні розвиватися у воді. [2].

Відзначимо деякі основні пристосування вищих рослин до водного середовища існування.

Порівняно низька температура води викликає пригноблення статевого процесу, переважає вегетативне розмноження.

Посилене зростання в порівнянні з наземними рослинами.

Недорозвинення або відсутність деревини в судинних пучках, пов'язана з тим, що рослина, підтримувана водою, не потребує такою мірою опорних елементів, як наземне. Розвиток системи повітряних порожнин (аеренхіма) сприяє поліпшенню газообміну і підтримці рослини в плаваючому стані.

Редукція кореневої системи або зміна її функції.

Великий розвиток поверхні тіла по відношенню до маси, що виражається в наявності перистого, розітнутого листя, тонких, довгих стебел або ж широкого, але дуже тонкого листя.

Листя занурених водних рослин позбавлені сочовичок, зате їх поверхня проникна для газів і весь газообмін йде через неї. Кількість сочовичок в порівнянні з наземними видами збільшена.

У деяких видів серед клітин епідермісу є та інші, звані гідропорами, що мають більшу проникність води. У лататтєвих, крім того, є особливі клітки – гаусторії, розташовані на нижній стороні листа, здатні інтенсивно поглинати живильні речовини і запасати масло.

Гетерофілія, різнолисність, це явище, коли на одній рослині розвиваються як типово підводне листя, так і типово повітряні з рядом переходів (настурція, стрілолист, вех).

Виділення слизу особливими залозками перешкоджає вилуговуванню з рослин живильних речовин, а також є захистом при тимчасовому пересиханні водоймищ.

Переважна більшість вищих водних рослин – багаторічники. При зимуванні частина видів цілком опускається на дно водоймища, більшість зимує у вигляді кореневищ, бульб або зимуючих бруньок (турионів).

Наявність стійкого механізму гомеостазу дозволяє вищим водним рослинам захоплювати значні території і мати широке географічне розповсюдження. Такі види створюють популяції, пристосовані до крайніх умов ареалу, до значних коливань світла, температури і ін. [7].

Серед морфоанатомічних особливостей водних рослин, які можна враховувати при визначенні стану біоценозу виділити такі:

Оскільки гідатофіти занурені у воду, то вони одержують не всю кількість сонячного проміння, бо частина його відбивається або поглинається водою. Відповідно гідатофіти тією або іншою мірою є тіньовитривалими. Цим зумовлена збільшена поверхня органів, особливо листків, порівняно із загальною масою. У зв’язку з тим, що у воді мало розчиненого кисню у гідатофітів утруднений газообмін. Однак у них добре розвинені міжклітинники, які сприяють регулюванню газообміну. Гідатофіти мають дуже спрощену анатомічну будову, у них судини слабко розвинені або зовсім немає, воду сприймають всією поверхнею тіла. На поверхні епідерми кутикули немає або вона занадто тонка, щоб не створювати перешкоду в надходженні води до клітин.

Гідрофіти звичайно ростуть по берегах водойм, напівзанурені у воду. Підземна частина рослин (кореневища і корені), а також більша частина стебла занурені у воду. Гідрофіти, як і гідатофіти, мають систему добре розвинених міжклітинних проміжків, крізь які здійснюється постачання кисню до органів, які знаходяться у воді і ґрунті водойми.

Гігрофіти – це рослини, що пристосовані до росту в умовах надмірного зволоження, переважно атмосферного. Листки їх вкриті тонким шаром кутикули, продихи розташовані на рівні основних клітин епідерми, наявність тонкостінних живих розсіяних волосків, а також широких міжклітинників – забезпечує досить активну поверхню випаровування [13].

Отже, всі ці анатомо-морфологічні характеристики забезпечують рослинам оптимальне існування саме в цих умовах довкілля, дає нам змогу виокремлювати водних та прибережно-водних рослин в окрему екологічну групу і робити висновок щодо можливості застосування даної групи рослин як біоіндикаторів навколишнього середовища

1.3 Поняття біоіндикації та використання вищих водних рослин як біоіндикаторів стану навколишнього середовища

В ході еволюції живі організми адаптувались до дії природних факторів середовища, які впливають на них протягом всього життя. Що стосується дії антропогенних факторів, то в зв’язку з коротким історичним часом їх дії такої адаптації не відбулося. Саме тому їх стресорна дія більш відчутна і небезпечна для життя, так як їх концентрація перевищує допустимі норми. Саме ця особливість покладена у необхідність застосування рослин як біоіндикаторів.

Біоіндикація – це метод виявлення і оцінки впливу абіотичних, біотичних і антропогенних факторів на живі організми за допомогою біологічних об’єктів.

Застосування біоіндикаторів дозволяє:

знаходити місця скупчень в екологічних системах різного роду засмічень;

прослідити динаміку змін в оточуючому середовищі;

визначити ступінь шкідливості тих чи інших речовин для живої природи та конкретно для людини;

скласти прогноз подальшого розвитку екосистеми.

Основні принципи застосування біоіндикації

Для біоіндикації придатні в основному два методи – пасивний і активний моніторинг. У першому випадку у вільноживучих організмів спостерігають за видимими або непомітними пошкодженнями або відхиленнями від норми, що є ознаками стресового впливу. При активному моніторингу спостерігають за тими самим відхиленнями на тест-організмах, що знаходяться в стандартних умовах на досліджуваній території.

Живі організми в тій чи іншій мірі реагують на зміни навколишнього середовища. Їх чутливість до змін, що відбувається в ряді випадків значно вища ніж існуючих фізичних або хімічних методів. Чутливі організми біоіндикатори реагують не тільки на малі дози екологічних факторів, але й дають змогу виявити синергізм, потенціювання, інгибірування впливових чинників.

Виділяють наступні рівні біоіндикації:

За зміною біохімічних і фізіологічних реакцій, що супроводжується накопиченням токсикантів в органах або тканинах;

За характером анатомічних, морфологічних, біоритмічних і поведінкових реакцій;

3. За зміною видового складу флористичних та фауністичних комплексів.

На першому рівні досліджують видимі або непомітні пошкодження та відхилення від норми, які свідчать про несприятливі впливи.

На другому (активному) використовують відповідні реакції найбільш чутливих до даного фактору організмів (біотестування).

Біоіндикація може проводитись на рівні макромолекул, організму, популяції, співтовариств та екосистем. Існує біоіндикація специфічна (реакція тільки на один фактор) і неспецифічна (одна і таж реакція на декілька факторів). Методи біоіндикації повинні відповідати наступним вимогам: відносна швидкість проведення біоіндикації, достатня точність і стабільність результатів, доступність видів-індикаторів у необхідній кількості.

Серед організмів-біоіндикаторів неможна не відмітити внесок вищої водної рослинності в процес індикації важких металів. Здатність до акумуляції важких металів серед водної рослинності проявляє сальвінія плаваюча, рдесник пронизанолисний, рдесник блискучий, рдесник вузлуватий, багатокорінник звичайний та ін. Водні рослини також є індикаторами органічного забруднення та евтрофікації водних об’єктів.

На підвищення рівня концентрації Cu та Ni, солей важких металів та інших негативних чинників швидко реагують такі рослини як елодея канадська, валіснерія спіральна та різуха гваделупська, у яких погано розвинені покривні тканини.

1.4 Біоіндикація якості водного середовища з використанням вищих водних рослин

Для виявлення антропогенного забруднення поряд з хіміко-аналітичними, широко застосовують методи біоіндикації. Біотестування для виявлення токсикантів у воді в наш час набуває все більшого використання, так як дає змогу виявити токсикант по характеру його дії на тест-об’єкт (стан, функцію, поведінку). Ефект може бути визначений як при оцінці приватних, так і інтегральних функцій. До приватних функцій належать біохімічні показники, певні системи (ферментна, дихальна). До інтегральних характеристик відносять характеристики, що дають уяву про сумарний ефект впливу на стан системи.

Методи біотестування з використанням вищих рослин є економічно кращими, бо вони потребують мінімальних витрат.

При проведенні робіт по біотестуванню стану водного середовища слід враховувати слідуючи обставини:

1) швидкість відповіді тест-об’єкту на дію агента (токсиканта) пов’язана з концентрацією речовини.

2) збільшення концентрації скорочує час настання відповідної реакції.

З точки зору технічного оснащення найбільш доступні досліди, засновані на реєстрації загально-біологічних характеристик гідробіонтів. Необхідно враховувати, що тест-об’єкт і тест-реакції мають специфічність відповідей на дію токсиканту. Рослини, наприклад, можуть бути найбільш чутливими в присутності у воді гербіцидів. Крім того, тест-реакція може виявити токсикант по його функції-мішені, якщо він має вибіркову дію на певні функції організму.

Вищі водні рослини застосовуються при розробці токсикологічних нормативів. Відносно тривалий строк отримання відповіді обмежує застосування вищих рослин для контролю токсичності стічних вод, особливо при низькій концентрації токсиканту [14].

1.5 Сучасний стан водних ресурсів Харківщини

Водні ресурси області представлені 156 річками довжиною більше 100 км кожна, загальною довжиною 4561 км, які віднесені до басейнів річок Сіверський Донець і Дніпро. Загалом сумарні водні ресурси області мають загальнодержавне значення, водність яких оцінюється в 3,8км3/рік. Аналіз водокористування за період з 2004–2005 роки показав, що в області спостерігається тенденція до зменшення забору води та її використання. В 2004 році обсяг забраної води по області склав 484,3 млн. м3, в тому числі з поверхневих джерел – 401,3 млн. м3 і підземних – 82,96 млн. м3, що в порівнянні з 2003 роком менше на 165,6 млн. м3 (20,5%), в тому числі із поверхневих джерел – на 117, млн. м3 (22,7%), підземних – на 47,9 млн. м3 (36,6%). В порівнянні зі 2003 р зменшення водозабору склало на 29,3 м3 (5,7%) у тому числі на 17,97 млн. м3 (4,3%) з поверхневих водойм і на 11,33 млн. м3 (12%) підземної води [11].

Зниження водозабору пов’язано на ряду з контролем використання заходів, направлених, ще й з нестабільністю роботи підприємств, зменшення виробництва у сільському господарстві (зниження поголів’я тварин, скорочення об’ємів зрошення сільськогосподарських угідь і т. д.).

Так, використання свіжої води в промисловості у 2005 р. в порівнянні з 2004 р. зменшилась на 31,37 млн. м3 (44,1№), в сільському господарстві на 31,37 млн. м3 (60,5%), для зрошення на 24,147 млн. м3 (73,4%), в комунальному господарстві на 35,729 млн. м3 () 13%.

У порівнянні з 2004 р. використання води у звітному році збільшилося в промисловості на 10,54 млн. м3 (11,4%), в рибозведенні – на 8,37 млн. м3, в інших галузях на 7,816 млн. м3., зменшилось використання свіжої води в сільському господарстві на 4,78 млн. м3 та комунальному господарстві на 30,229 млн. м3.

За рахунок скорочення об’ємів виробництва використання оборотної води в порівнянні з 2004 р. зменшилося в цілому на 923 млн. м3 (32,2%). Майже на 742 млн. м3 зменшилось використання оборотної води в промисловості (в2004 р. – 2606 млн. м3, 2005 р. – 1684 млн. м3).

У 2005 р. в порівнянні з 2004 р. витрати оборотної води зменшилась на 296 млн. м3 і складають 1696 млн. м3. особливо ця тенденція помітна в промисловості: Зміївська ТЕС зменшила ці витрати на 310 млн. м3, ДП «Хімпром» на 3,45 млн. м3. збільшили витрати оборотної води підприємства: ВАТ «Турбоатом» на 7,36 млн. м3, ЗАТ «Созівський ковальсько-механічний завод» на 1,63 млн. м3.

За рахунок покращення якості очистки стічних вод та реконструкції з розширенням потужностей очисних споруд на КБО «Безлюдівка», ВУВКГ міст Чугуїв і Балаклея, Зміївської ТЕС знизився скид забруднених стічних вод у порівнянні з 2003 роком на 87,6 млн. м3. в порівнянні з 2004 р. зменшення скиду цієї категорії стічних вод склало 20, млн. м3.

У порівнянні з 2004 роком збільшилась потужність очисних споруд на 38,14 млн. м3/рік в результаті введення в експлуатацію нових потужностей, в т. ч. на КБО «Диканівський» (100 тис. м3/добу), ВУВКГ м. Балаклея (4,2 тис. м3), ВКФ смт Краснокутськ (4,2 тис. м3) та ін.

Незважаючи на значне зниження скидання забруднених стічних вод підприємствами комунального господарства у 2005 р., ця галузь продовжує залишатися найбільшим забруднювачем поверхневих вод. Підприємства галузі у звітному періоді здійснили скид забруднених стічних вод в поверхні водойми в об’ємі 18,842 млн. м3. основними причинами складної ситуації в комунальному господарстві є передача багатьох відомчих очисних споруд, які фізично застарілі, обладнання яких на протязі тривалого часу не обновлювалося у зв’язку з відсутністю фінансування, на баланс комунальних підприємств.

Друге місце серед забруднювачів водних об’єктів області посідають об’єкти промисловості, однак слід відмітити, що у звітному році скид забруднених стічних вод у порівнянні з 2003 роком зменшився і склав 6,739 млн. м3. в 2004 р. у водні об’єкти області було скинуто 351,7 млн. м3 стічних вод, в тому числі:

нормативно – чистих -44,66 млн. м3

нормативно – очищених -276,82 млн. м3

забруднених – 30,17 млн. м3 (без очистки -9,29 млн. м3, недостатньо очищених – 20,88 млн. м3).

Загальна кількість скинутих зворотних вод зменшилась в порівнянні з 2003 р. зменшився і склав 2,7 млн. м3., а з 2005 р. на 3,47 млн. м3.

Із забрудненими стічними водами в 2005 р. скинуто 383,7 тис. тонн забруднюючих речовин (в тому числі хлоридів і сульфатів 101,9 тис. тонн), що на 1,7 тис. т. менше, ніж у 2004 р.

Значне збільшення у 2005 р. об’єму скиду «нормативно очищених» стічних вод на очисних спорудах екологічної очистки в порівнянні з 2003 р. (на 265,78 млн. м3) порівняно з покращенням якості очистки стічних вод на КБО «Диканівський», ДКГ «Харьківкомуночиствод» та Зміївської ТЕС, ВУВКГ міст Чугуїв і Балаклеї. Стічні води, що скидаються цими підприємствами у 2003 р. переведені з категорії «недостатньо очищених» в категорію «нормативно очищені».

Аналізуючи вищевказане ми дійшли до висновку, що водні ресурси Харківщини не завжди відповідають нормам. Недостатнє оснащення підприємств очисними спорудами приводить до потрапляння в водойми токсичних речовин. Визначення їх рівня, якості води є головне завдання санепідстанцій та органів екобезпеки. На нашу думку це доцільно робити використовуючи в якості тест-об’єкту для швидкого встановлення ступеню токсичності води Дафнію. Об’єкт легко утримувати в лабораторії, досить широко розповсюджений на території Харківської області і доступний для збору [21].

2. Район, об’єкти та методи дослідження

Фізико-географічна характеристика району дослідження

Наші дослідження проводилися на території заплавів річки Сіверський Донець околиць села Гайдари Зміївського району Харківської області у 2007 р.

Геологія та морфологія. Територія природного парку розташована на плато правого берегу Сіверського Дінця, в його заплаві та боровій терасі, та щільно прилягає до трубезської або однолесової тераси з її цікавими та найбільшими на Лівобережній Україні озерами Лиман, Чайка, Кругле та інші. На території парку знаходиться стратотипічне оголення зміївської світи, її еталон та інші оголення полтавської серії. Рельєф парку цікавий поєднанням давніх та сучасних форм. З півночі до плато приєднується новохарківська тераса Мжі, що тягнеться з нагірної частини Змійову.

Парк розташовується в межах глибокого прогину земної кори – Дніпровсько-Донецької западини. Кристалічні породи фундаменту залягають тут на глибині 4–5 км, крівля крейди занурюється нижче рівня моря, та на поверхні оголюються лише кайнозойські відкладення.

Плато складають відкладення неогену та палеогену. Відкладення четвертинної системи та пліоцену на території парку недостатньо оголені для складання стратиграфічної колонки. В південній частині парку, на висоті 5 – 6 м над граничним рівнем річки, в них залягають ділянки піщаного суглинку, що утворюють слабкий водоупор [14].

Гідрографія. У Зміївському районі протікає найбільша річка Лівобережної України, правий приток Дону – Сіверський Донець з притоками Уди, Гнилиця, Мож, Гомольша. Його довжина 1016 км, площа басейну 98800 км2. Сів. Донець протікає в добре розробленій долині з асиметричними схилами: правим – більш високим, крутим, розчленованим багато чисельними балками, та лівим – низинним, розлогим, терасованим. В період повені річка виходить за межі корінного руслу, широко розливаючись по заплаві, а при високому рівні повені заливає всю заплаву.

На територій знаходяться притоки Сів. Дінця: справа впадає р. Уди, довжиною 164 км; р. Мож довжиною 74 км; на півдні протікає р. Гомольша, довжина її 15 км; зліва розташований приток Гнилиця, довжина 32 км.

По водному режиму Сів. Донець та його притоки належать до річок східноєвропейського типу, який характеризується високими весняними повенями, відносно невисокими паводками, що виникають літом та восени.

Вода помірно-жорстка належить до гідро карбонатного класу. Хімізм води змінюється у зв’язку з тим, що промисловість викидає в Сів. Донець недостатньо очищені, перероблені води.

Температурний режим річки характеризується найбільш високими температурами води у липні 24 – 25° С, найбільш низькими – у лютому +0,5 +0,7° С. Сів. Донець замерзає від одного до 2 – 2,5 місяців, товщина льоду до 14 – 18 см, а в холодні зими – до 70 см (1969 р.).

На території району зосереджені найбільші озера, що зустрічаються в басейні Сів. Донець. За походженням це озера-стариці. Найбільше озеро – Лиман [15].

2.2 Об’єкти та методи дослідження

Дослідження проводилися на заплавних луках р. Сіверський Донець околиць села Гайдари Зміївського району Харківської області.

Об’єктом дослідження є водні та прибережно-водні рослини.

Матеріал для дослідження збирався різними методами. Головні з них: це польові та лабораторні методи.

Польові включають в себе геоботанічні та маршрутно-екскурсивні методи. При маршрутно-екскурсивному були проведені екскурсії на заплавні луки, де були закладені студентами пробні ділянки, на яких було описано видовий склад рослин, відмічено Середнє Проективне Покриття (СПП), Коефіцієнт Зустрічаємості (КЗ) та Фенофазу (ФФ).

Також використовуються лабораторні методи (визначення за допомогою визначників, метод гербаризації, визначення екологічних груп).

3. Еколого-біологічна характеристика досліджуваної флори

Протягом вегетаційних періодів 2007 р. на заплавних луках р. Сіверський Донець околиць с. Гайдари Зміївського району Харківської області нами було досліджено 58 видів водних та прибережно-водних рослин, які належать до 52 родів, 31 родини, 3 х класів та 1-го відділу – Magnoliophyta (Покритонасінні). Для кожного виду було проаналізовано таксономічну приналежність, життєву форму за К. Раункієром, визначена екологічна група за відношенням до світла і вологи та місце зростання. Узагальнені дані наведені в Таблиці 1.

З наведених даних видно, що тільки 2% виявлених видів є еврибіонти, тобто зустрічаються в усіх досліджених фітоценозах, а 2% не притаманні даному фітоценозу, отже 96% видів можна використовувати для характеристики певного фітоценозу. Найбільше видове різноманіття виявилось у повільно текучих водоймах (тобто р. Сіверський Донець). Це 43% виявлених видів. Умови існування в цьому ценозі найбільш сприятливі – велика кількість кисню, проточність, – сприяють швидкому очищенню води в разі забруднення. Саме тут зустрічаються види, чутливі до негативних чинників. Здатність до акумуляції важких металів серед водної рослинності проявляє Сальвінія плаваюча, Рдесник пронизанолистий, Рдесник блискучий, Рдесник вузлуватий, Багатокорінник звичайний та ін. Водні рослини також є індикаторами органічного забруднення та евтрофікації водних об’єктів.

На підвищення рівня концентрації Cu та Ni, солей важких металів та інших негативних чинників швидко реагують такі рослини як Елодея канадська, Валіснерія спіральна та Різуха гваделупська, у яких погано розвинені покривні тканини і вони є найбільш вразливими при потраплянні негативних речовин. Виходячи з цього можна зробити висновок – якщо дані рослини зустрічаються на території дослідження, то стан води р. Сіверський Донець цілком задовільний. Якби наведені вище рослини були відсутні, то можна було б стверджувати зворотне і непокоїтися про стан природи вцілому.

Таблиця 1. Еколого-біологічна характеристика вищих водних та прибережно-водних рослин басейну Сіверський Донець околиць села Гайдари

№ п/п	Видова назва	Родина	Життєва форма за Раункієром	Екологічна група за відношенням до		Фітоценоз
				світла	вологи
1	2	3	4	5	6	7
	Хвощ річковий Equisetum fluviatile L.	Хвощові Equisetaceae	Криптофіт	Тіньовитривалий	Гігрофіт	Болота, озера, береги річок, ставки.
	Сальвінія плаваюча Salvinia natans L.	Сальвінієві Salviniaceae	Терофіт	Геліофіт	Гідрофіт	В повільно текучих або стоячих водах та озерах.
	Латаття біле Nimphaea alba L.	Лататтєві Nimphaceae	Криптофіт	Геліофіт	Гідрофіт	У стоячих та повільно текучих водах.
	Глечики жовті Nuphar lutea (L.) Smith	Лататтєві Nimphaceae	Криптофіт	Геліофіт	Гідрофіт	Прісноводні, замкнуті та малопроточні водойми, на глибині 50–200 см, при пересиханні – утворює наземну флору.
	Кушир занурений Ceratophyllum demersum L.	Куширові Ceratophyllaceae	Криптофіт	Тіньовитривалий	Гідатофіт	Прісноводні замкнуті малопроточні та проточні водойми, на глибині 50–100 см
	Жовтець отруйний Ranunculus sceleratus L.	Жовтeцеві Ranunculaceae	Хамефіт	Тіньовитривалий	Гігрофіт	Заплавні луки, болота, береги водойм.
	Зірочник болотний Stellaria palustris Retz.	Гвоздичні Caryophyllaceae	Криптофіт	Геліофіт	Гігрофіт	Болота, мокрі та заболочені луки, торф’яники.
	Переступень білий Bryonia alba L.	Гарбузові Cucurbitaceae	Гемікриптофіт	Тіньовитривалий	Гігрофіт	Серед чагарників, в лісах.
	Жеруха лучна Cardamine pratensis L.	Хрестоцвіті Brassicaceae	Криптофіт	Тіньовитривалий	Гігрофіт	Береги річок, озер і стариць, заплавні луки, болота.
	Гадючник оголений Filipendula denudata Fritsch.	Розові Rosaceae	Гемікриптофіт	Тіньовитривалий	Гігрофіт	Заплавні луки, чагарники, галявини, коло водойм.
	Водопериця колосиста Myriophyllum Spicatum L.	Столисникові Haloragaceae	Криптофіт	Тіньовитривалий	Гідатофіт	В стоячих та повільно текучих водах
	Вех широколистий Sium latifolium L.	Зонтичні Apiaceae	Криптофіт	Тіньовитривалий	Гідрофіт	Береги та мілководдя прісноводних, замкнутих і малопроточних водойм.
	Дудник лісовий Angelica Silvestris L.	Зонтичні Apiaceae	Гемікриптофіт	Тіньовитривалий	Гігрофіт	Долини річок, вологі ліси, заплавні луки.
	Смовдь болотна Peucedanum palustre L.	Зонтичні Apiaceae	Криптофіт	Геліофіт	Гідрофіт	Болотисті луки, чагарники.
	Підмаренник прибережний Gallium rivale Gris.	Маренові Rubiaceae	Криптофіт	Геліофіт	Гігрофіт	Береги річок, струмки, чагарники.

	Підмаренник болотний Galium palustre L.	Маренові Rubiaceae	Гемікриптофіт	Тіньовитривалий	Гігрофіт	Вологі луки та болота.
	Живокіст лікарський Symphitum officinale L.	Шорстколисті Boraginaceae	Криптофіт	Тіньовитривалий	Гігрофіт	Вологі луки, береги річок.
	Незабудка болотна Miosotis palustris L.	Шорстколисті Boraginaceae	Гемікриптофіт	Геліофіт	Гігрофіт	Болота, вологі луки, береги водойм.
	Паслін солодко-гіркий Solanum dulcamara L.	Пасльонові Solanaceae	Хамефіт	Тіньовитривалий	Гігрофіт	Береги річок, озер, чагарників, вологих місць.
	Вероніка джерельна Veronica anagallis-aquatica L.	Ранникові Scrophulariaceae	Гемікриптофіт	Геліофіт	Гігрофіт	Коло води, канав та ін.
	Пухирник звичайний Urticularia vulgaris L.	Пухирникові Lentibulariaceae	Криптофіт	Тіньовитривалий	Гідрофіт	Замкнуті та малопроточні, пріноводні водойми, на глибині (25) 50–100 см.
	Шоломниця списолиста Scutellaria hastifolia L.	Губоцвіті Lamiaceae	Гемікриптофіт	Тіньовитривалий	Гігрофіт	Заплавні луки, вологі чагарники.
	Чистець болотний Stachis palustris L.	Губоцвіті Lamiaceae	Гемікриптофіт	Геліофіт	Гігрофіт	Луки, береги водойм, боліт.
	Вовконіг європейський Lycopus europaeus L.	Губоцвіті Lamiaceae	Гемікриптофіт	Тіньовитривалий	Гігрофіт	Заплавні луки, береги річок, в чагарниках.
	М’ята водяна Mentha aquatica L.	Губоцвіті Lamiaceae	Криптофіт	Геліофіт	Гігрофіт	Береги водойм та в воді на ілуватих грунтах.
	Сідач коноплевий Eupatorium cannabinum L.	Айстрові Asteraceae	Гемікриптофіт	Тіньовитривалий	Гігрофіт	Береги водойм, заплави, вільшняки.

	Нетреба звичайна Xanthium strumarium L.	Айстрові Asteraceae	Терофіт	Геліофіт	Гігрофіт	Вздовж доріг, каналів, береги водойм, городах, садках.
	Череда трироздільна Bidens tripartita L.	Айстрові Asteraceae	Терофіт	Тіньовитривалий	Гігрофіт	Береги, озер, краям боліт, заплавні луки.
	Чихавка хрящувата Ptarmica cartilaginea Ledeb.	Айстрові Asteraceae	Гемікриптофіт	Геліофіт	Гігрофіт	Заплавні луки, береги річок, чагарники.
	Жовтий осот болотний Sonchus palustris L.	Айстрові Asteraceae	Криптофіт	Тіньовитривалий	Гідрофіт	Високотравні, осоково-гіпнові болота, береги водойм.
	Сусак зонтичний Butomus umbellatus L.	Сусакові Butomaceae	Криптофіт	Геліофіт	Гігрофіт	Береги та мілководдя водойм, на глибині 20–50 см
	Частуха подорожникова Alisma plantago-aquatica L.	Частухові Alismataceae	Гемікриптофіт	Геліофіт	Гігрофіт	Береги, озер, краям боліт, заплавні луки.

		Стрілолист стрілолистий Sagittaria sagittifolia L.	Частухові Alismataceae		Криптофіт	Тіньовитривалий	Гідрофіт	Водойми з повільною течією та стоячою водою по берегам.
		Тілоріз алоєвидний Stratiotes aloides L.	Жабурникові Hidrocharitaceae		Гемікриптофіт	Геліофіт	Гідрофіт	Озера, заводі, ставки.
		Елодея канадська Elodea canadensis Michx.	Жабурникові Hidrocharitaceae		Гемікриптофіт	Тіньовитривалий	Гідатофіт	Повільно стікаючі та стоячі води.
		Жабурник звичайний Hydrocharis morsus-ranae L.	Жабурникові Hydrocharitaceae		Терофіт	Тіньовитривалий	Гідрофіт	Прісноводні, замкнуті або малопроточні водойми, на глибині 50–150 см.
		Рдесник вузлуватий Potamogeton nodosus Poir.	Рдесникові Potamogetonaceae		Криптофіт	Тіньовитривалий	Гідатофіт	Прісноводні або слабкомінералізовані, проточні або малопроточні води.
		Рдесник гребінчастий Potamogeton pectinatus L.	Рдесникові Potamogetonaceae		Гемікриптофіт	Тіньовитривалий	Гідатофіт	Повільно стікаючі та стоячі води.
		Рдесник курчавий Potamogeton crispus L.	Рдесникові Potamogetonaceae		Гемікриптофіт	Тіньовитривалий	Гідатофіт	Прісноводні та слабкомінералізовані, замкнуті та малопроточні, евтрофні водойми, на глибині 25–150 см.
		Рдесник пронизанолистий Potamogeton perfoliatus L.	Рдесникові Potamogetonaceae		Гемікриптофіт	Тіньовитривалий	Гідатофіт	Прісноводні, рідше слабкомінералізовані, проточні чи замкнуті водойми, на глибині 50–200 см.
		Різуха морська Najas marina L.	Різухові Najadaceae		Терофіт	Тіньовитривалий	Гідрофіт	Мілководдя прісноводних та мінералізованих водойм, на глибині 20–50 см.
		Куга озерна Scirpus lacustris L.	Осокові Cyperaceae		Криптофіт	Геліофіт	Гігрофіт	Мілководдя прісних та слабкомінералізованих, малопроточних водойм, на глибині 20–100 см.
	Ситняг болотний Eleocharis palustris (L.) Roem. Et Schult			Осокові Cyperaceae	Криптофіт	Тіньовитривалий	Гігрофіт	Прибережні мілководдя прісноводних і слабкомінералізованих водойм, заплавні луки.
	Осока гостра Carex acuta L.			Осокові Cyperaceae	Криптофіт	Тіньовитривалий	Гігрофіт	Береги та мілководдя водойм, на глибині 20–40 см, болотисті луки, низинні осоково-трав’яні болота.
	Очерет звичайний Phragmites austraiis (Cav.) Trin. Ex Steud.			Осокові Cyperaceae	Криптофіт	Тіньовитривалий	Гідрофіт	Мілководдя прісноводних та слабкомінералізованих, замкнутих і проточних водойм на глибині 20–100 см, береги річок, озер, ставків, болота, торф'яники, вільшняки.
	Мітлиця собача Agrostis canina L.			Злакові Poaceae	Гемікриптофіт	Тіньовитривалий	Гігрофіт	Заплави річок, заболочені луки, осоково-гімнові та осоково-сфагнові болота.

	Катаброза водяна Catabrosa aquatica L.	Злакові Poaceae	Гемікриптофіт	Геліофіт	Гігрофіт	Заплавні луки, болота, вологі місця.
	Лепешняк великий Glyceria maxima L.	Злакові Poaceae	Криптофіт	Геліофіт	Гігрофіт	Болотяні луки, береги водойм.
	Очеретянка звичайна Phalaroides arundinacea (L) Rausch.	Злакові Poaceae	Криптофіт	Геліофіт	Гігрофіт	Мілководдя та береги прісноводних, проточних, замкнутих водойм на глибині 10–50 см заболочені луки, болота, вільшняки.
	Лепешняк плаваючий Glyceria fluitans L.	Злакові Poaceae	Криптофіт	Геліофіт	Гігрофіт	Болотисті луки та болота, затопленнях.
	Лепеха звичайна Arocus calamus L.	Ароїдні Araceae	Криптофіт	Геліофіт	Гігрофіт	Заболочені луки, болота.
	Вольфія безкоренева Wolffia arrhiza (L.) Horkel ex Wimmer	Ряскові Lemnaceae	Криптофіт	Тіньовитривалий	Гідрофіт	Мілководдя прісноводних, замкнутих або мало проточних водойм, які добре прогріваються влітку

Таблиця 2. Систематичний склад досліджуваної флори

№ з/п	Родина	Кількість видів
		Абсолютна, шт.	Відносна, %
	Айстрові	5	8
	Злакові	5	8
	Ряскові	5	8
	Губоцвіті	4	7
	Осокові	4	7
	Рдесникові	4	7
	Зонтичні	3	6
	Жабурникові	3	6
	Маренові	2	3
	Шорстколисті	2	3
	Рогозові	2	3
	Частухові	2	3
	Лататтєві	2	3
	Ранникові	1	2
	Різухові	1	2
	Розові	1	2
	Хвощові	1	2
	Сальвінієві	1	2
	Куширові	1	2
	Жовтцеві	1	2
	Гвоздичні	1	2
	Гарбузові	1	2
	Хрестоцвіті	1	2
	Столисникові	1	2
	Пасльонові	1	2
	Пухирникові	1	2
	Сусакові	1	2
	Ароїдні	1	2
	Їжачоголівкові	1	2
	Разом:	59	100

Проаналізувавши дані Таблиці 2, ми бачимо 3 домінантні родини – це родини Айстрові, Злакові та Ряскові, які складають відповідно по 8% від загальної кількості родин досліджених нами водних та прибережно-водних рослин, на другому місці стоять 3 родини Губоцвіті, Осокові та Рдесникові, що складають відповідно по 7%.

Таблиця 3. Розподіл досліджуваної флори за життєвими формами за класифікацією К. Раункієра

№ з/п	Життєва форма	Кількість видів
		Абсолютна, шт.	Відносна, %
1.	Криптофіти	33	56
2.	Гемікриптофіти	19	33
3.	Терофіти	5	8
4.	Хамефіти	2	3
	Разом:	59	100

З таблиці 3 ми бачимо, що провідною життєвою формою є криптофіт, що становить 56% від загальної кількості рослин досліджуваної флори, найменш провідною життєвою формою є хамефіт, яка складає всього 3%.

Кількісний розподіл досліджуваних видів за екологічними групами за відношенням до вологи можна спостерігати на рис. 4.1.

Рисунок 4.1. Розподіл досліджуваних видів рослин за відношенням до вологи

Розподіл досліджуваних видів за екологічними групами за відношенням до світла наведені на рис. 4.2.

Рисунок 4.2. Розподіл досліджуваних видів рослин за відношенням до світла

Досліджені рослини, які є біоіндикаторами екологічного стану р. Сіверський Дінець.

Серед досліджуваних нами видів були виявлені такі, що є основними біоіндикаторами стану навколишнього середовища. Це такі, як Ряска мала (Lemna minor L.), Вольфія безкоренева (Wolffia arrhiza (L.) Horkel ex Wimmer), Рдесник пронизанолистий (Potamogeton perfoliatus L.), Різуха морська (Najas marina L.), Елодея канадська (Elodea canadensis Michx.), Сальвінія плаваюча (Salvinia natans L.), у яких погано розвинені покривні тканини.

4. Використання матеріалів в шкільному курсі біології

Більшість школярів не розуміють сутність поняття «біоіндикація», тому необхідно ще із шкільних років пояснювати дітям, що це дуже важливе питання у охороні навколишнього середовища.

В шкільному курсі біології питання біоіндикації стану навколишнього середовища за допомогою водних та прибережно-водних рослини, як окремий розділ не розглядаються, але вивчається загальна характеристика всіх рослин, їх розподіл на родини, розглядається окремий вид. Також у школі можна організувати кружок любителів охорони природи та проводити періодичні моніторингові спостереження за станом навколишнього середовища за допомогою водної рослинності.

Водні та прибережно-водні рослини дуже актуальні для вивчення в школі. Їх можна побачити під час шкільних та позашкільних екскурсій до річки чи інших водоймищ, тому діти їх можуть вивчати та оберігати, бо серед них є такі, що охороняються та занесені до Червоної Книги України та Зеленої Книги рослинних угруповань Харківської області.

Необхідно проводити екскурсії, вивчати з учнями видовий склад, та природне значення водних та прибережно-водних рослин з метою формування у них екологічної свідомості та поняття охорони водних біогеоценозів.

Висновки

При написанні курсової роботи нами було досліджено 59 видів водних та прибережно-водних рослин, що зростають в околицях с. Гайдари. Вони групуються у 52 роди, 29 родин, 3 х класів та 2 х відділів з абсолютним переважанням Magnoliophyta (Покритонасінні). Виявлено 6 провідних родин, до яких належать 45% всіх досліджених видів, з яких найчисельнішимиши є Asteraceae, Lamiaceae та Poaceae відповідно по 8%.

Визначено, що за життєвою формою за класифікацією К. Раункієра переважають криптофіти – 56%, гемікриптофіти – 33%, терофіти – 8%, а найменше припадає на хамефіти – 3%, тобто переважають багаторічні трав’янисті рослини з підземними органами, в яких запасаються поживні речовини.

Виявлено, що досліджені види рослин представлені не всіма екологічними групами рослинних угруповань. За відношенням до вологи найбільша кількість припадає на гігрофіти – 56%, на гідрофіти – 32%, а найменша на гідатофіти – 12%. За відношенням до світла найбільше тіньовитривалих – 61%, менше геліофітів – 39%.

За літературними даними виявлено, деякі із описаних нами видів можуть бути використані, як біоіндикатори стану навколишнього середовища, а саме: Ряска мала, Вольфія безкоренева, Рдесник пронизанолистий, Різуха морська, Елодея канадська, Сальвінія плаваюча.

Результати досліджень даної роботи можна використовувати в школі на уроках біології в 6 класі при вивченні курсу ботаніки та в позаурочний час – на екскурсіях до водних біоценозів, де можна показати різноманіття видів водної та прибережно-водної рослинності, довести необхідність охорони цих рослин школярами.

Огляд літератури

Биоиндикация загрязнений наземных экосистем. /Под. ред. Р.М. Шуберта – М.: МГУ. – 1988. – 359 с.

Брагинский Л.П. Интегральная токсичность водной среды и ее оценка с помощью методов биотестирования. // Гидробиологический журнал. – 1993. – т. 29, №6. – С. 66–73.

Брагінський Л.П. Біотестування як метод контролю токсичності природних і стічних вод // Гідроекологічна токсикометрія та біоіндикація забруднень. – Львів.: Світ, 1993. – С. 27 – 37.

Будаговский А.И., Голубаш Т.Ю. // Влияние водного фактора на продукционный процесс растительного покрова. // Водные ресурсы. – 1994. – Т. 21. №2. – с. 133 – 143

Дідух Я.П., Каркуцієв Т.М. // Оцінка зволоженості екотипів. // Укр. бот. журн. – 1995. – Т. 52. №5. – с. 64 – 75

Дубина Д.В. // Сучасний стан та основні завдання гідроботаніки в Україні/Д.В. Дубина // Чорном. бот. Журн.: – 2005. – т. 1. №1. – с. 19–38

Закон України / Про Загальнодержавну програму формування національно екологічної мережі України на 2000–2015 роки // Закон №1989-ІІІ від 21.09.2000

Исакова Е.Ф., Колосова Л.В. Метод биотестирования вод. – Черногоовка, 1988. – 46 с.

Каркуцієв Т.М. // Типізація місцезростань рослинних угруповань за режимом вологості грунту. // Укр. бот. журн. – 1996. – Т. 53. №5. – с. 545 – 551

Келдибеков С., Юсунов И.И. // Вторая Всесоюзная конференция по высшим водным и прибережно-водным растениям. // Узб. биол. журн. – 1989. – №3. – с. 79

Кокин К.А. // Екологія высших водних растений. – М.: Из-во МГУ, 1982. – 158 с.

Кондратьев К.Я., Небесный В.Б. // Спектральная отражательная способность высшей водной растительности. // Докл. АН СССР. – 1988. – Т. 301, №1. – с. 249 – 252

Методы биоиндикации и биотестирования природных вод. /Под ред. В.А. Брызгало – Л.: Гидрометеоиздат, 1979. – 274 с.

Методы биотестирования качества водной среды / Под ред. О.Ф. Филенко. – М.: Изд – во Моск. ун – та, 1989. – 124 с.

Новые исследования по флористике, физиологии и иммунитету растений. – Вестн. Харьк. ун-та, №250. – Харьков: Вища школа. Изд-во при Харьк. ун-те, 1983. – 105 с.

Определитель высших растений Украины. / Доброчаева Д.Н., Котов М.И., Прокудин Ю.Н. и др. – Киев: Наук. думка, 1987. – 548 с.

Папченков В.Г. // О классификации макрофитов водоемов и водной растительности. // Екология. – 1985. – №6. – с. 8 – 13

Распопов И.М. // Развитие гидроботаники в Советском Союзе. // Гидробиол. журн. – 1987. – Т. 23. №5. – с. 13 – 23

Растениеводство / П.П. Вавилов, В.В. Гриценко, В.С. Кузнецов и др., Под ред. П.П. Вавилова. – 5 е изд. перераб. и доп. – М.: Агропромидат, 1986. – 512 с.

Рідний край: [навч. посібник з народознавства / За ред. І. Ф. Прокопенка] – Х.: Основа, 1993. – 582 с.

Северо-Донецкий природный комплекс. Под ред. проф. Ю.Н. Прокудина. – Харьков, Вища школа, Изд-во при Харьк. ун-те, 1980, 88 с.

Сергеева М. // В воде и у воды. // В мире раст. – 2000. – №7/8. – с. 42

Смик Г.К. Корисні та рідкісні рослини України. Словник-довідник народних назв. К.: Українська Радянська Енциклопедія ім. М.П. Бажана, 1991. – 416 с.

Флористика, физиология и иммунитет растений. – Вестн. Харьк. ун-та, №211. – Харьков: Вища школа. Изд-во при Харьк. ун-те, 1981. – 85 с.