Исследовательская работа "Воздействие погодных изменений на водные экосистемы"

Муниципальное бюджетное образовательное учреждение

средняя общеобразовательная школа № 3

с. Огоньки

Тема работы:

«Воздействие погодных изменений на водные экосистемы»

Автор проекта: Ли Сун Хе, 11 класс

Руководитель проекта:

Донских Евгений Николаевич,

учитель биологии и химии

МБОУ СОШ №3 с. Огоньки

                                                               с. Огоньки

                                                                 2020 год

Аннотация

Цель исследования:

            Выявление влияния хода температуры на гидрологический режим и биоразнообразие реки Лютога

Задачи исследования:

            - изучение гидрологического режима реки по статистическим данным;

            - построение графика уровня реки Лютога в зависимости от температурного режима села;

            -установление воздействия климатических изменений на сток реки;

            - подведение итогов исследования.

Гипотеза исследования:

            Выяснить каким образом на климат села Огоньки влияет протекание реки Лютога и Быстрая в отдельные сезоны года и влияние на биоразнообразие.

Методы исследования:

            - теоретическое изучение литературы по тематике;

            - работа со статистическими данными метеостанции с. Огоньки;

            - математический и статистический анализ.

Объект и предмет исследования

            - река Лютога после впадения в неё притока реки Быстрая.

Содержание

            Вода в природе: что это?

            Введение

            Методы получения информации о климате

            Климат и водотоки реки

            Фитоценозы побережья реки Лютога и её притоков

            Физико-химические показатели воды

            Заключение

            Литература

Приложения

Вода в природе: что это?

            Вода – что это такое. Два атома водорода и один атом кислорода. Проще бывают только атомы и молекулы простых веществ. Однако вода – это жизнь. Содержание воды на нашей планете достигает около 71%.  Это уникальное вещество! А почему? Разберёмся:

            - вода входит в состав всех живых клеток;

            - без воды невозможна работа всех тканей организмов;

            - без воды ни одна спора, ни  одно семечко не прорастут без воды и не будут развиваться;

            - без воды нет процесса разложения и гниения органических веществ;

            - точка кипения воды – предел существования многих живых организмов, поэтому кипячением убивают большинство болезнетворных организмов;

            - без воды в зелёном листе растения не может образоваться крахмал, сахар, жиры, кислоты и другие вещества.

            Уникальные свойства воды в природе можно перечислять долго, не в этом задача данной работы. Именно вода формирует климатические условия местности, так как обладает особыми свойствами.

Введение

            Огоньковская средняя общеобразовательная школа работает по краеведению с 1964 года. Одним из краеведческих направлений является изучение экологии родного края. На протяжении многих лет учащиеся «зелёных десантах» по благоустройству посёлка и территории школы. На современном этапе работа продолжается и нас интересует уже более конкретная деятельность по определённым направлениям.

            Актуальной в настоящее время для мирового сообщества становится изменение климата. Молодому поколению полезно знать о причинах климатических изменений, в частности на территории Анивского района. Работа направлена на изучение гидрологического режима, химического анализа и изменение экосистемы реки и её водотоков. В работе проведены исследования изменения количества атмосферных осадков, а, следовательно, стока реки. Также проанализирован среднегодовой ход температуры. 

Методы получения информации о климате

            Основным методом изучения изменения погодных, а, следовательно, и климатических условия, является обработка статистических данных, в частности, данные об изменении температурного режима по сезонам, а также анализа  количества выпадаемых осадков,  которые предоставила метеостанция с. Огоньки.

            Климат и водотоки реки

            Своеобразен климат Сахалинской области, так как входит в зону муссонов умеренных широт, характеризующийся повышенной влажностью. Село Огоньки, о котором пойдёт речь, расположено в Анивском районе с  гористым рельефом между сопок Мицульского хребта, вытянутого дугообразно с севера на юг.    Лето сравнительно короткое, прохладное. Зима довольно снежная и продолжительная и это сказывается на гидрологическом режиме реки Лютога (с айнского – «дорога к морскому берегу»). Но разберёмся подробнее. (Приложение 1)

            В морозные зимы ледостав начинается, как правило, в  начале декабря. Толщина льда на реке при этом может достигать 55-65 см. В этот же период в селе Огоньки устанавливаются морозные дни с температурой воздуха до – 30 С. При устойчивых морозах это благоприятствует накоплению снега. Снег ложится неравномерно. Он сносится с наветренных склонов гор и гребней сопок, накапливаясь в пониженных местах речной долины Лютоги и её притоков и распадках. Поэтому более благоприятные условия для перезимовки растений создаются в долине реки, где высокий снежный покров предохраняет почву от сильного охлаждения и глубокого промерзания. Но помимо этого, зимние температуры в селе немного ниже (-14,6 С), чем в районном центре Аниве (-13,8 С), так как холодный воздух скатывается с сопок. Количество осадков за три зимних месяца в среднем 180 мм. Именно река обеспечивает температурный режим села. В это время прозрачность воды максимальная, так как питание реки с преобладанием грунтового.   Температура воды опускается до 0 С (Приложения 2,3).

            Вскрываясь весной, чаще во второй или третьей декадах апреля, на реке иногда образуются ледяные заторы, при которых наблюдается  наивысший уровень (до 435 см) воды в реке (Приложение 4, 5).  Прозрачность воды в этот период минимальная, так как вместе с талыми водами,  течение перемещает большое количество камней, глины, которые захватываются тающим снегом и водой с глинистых обрывов  реки и ей притоков.  В этот же паводковый период можно заметить органический материал (брёвна, ветки, прошлогодняя листва), который включается в цепи питания гидробионтов. К гидробионтам можно отнести двустворчатых моллюсков, миногу, краснопёрку, лососёвые (сима, горбуша, кета).    Также в весенний период наблюдается большое количество дней с туманами, которые образуются при прогревании водных поверхностей залива Анива и несутся по направлению от морского побережья. При этом увеличивается влажность воздуха и поэтому именно  в апреле-мае, после вскрытия реки, наблюдается понижение дневных температур.   Нередки весенние снегопады, также повышающие уровень реки и понижающий температуру воды. Количество выпадающих осадков по данным метеостанции Огоньки в весенние месяцы достигает 175 мм. Именно на май - июнь приходится заход в реку симы – объект любительского рыболовства. А также в это время на нерест идёт сахалинская краснопёрка, объект спортивного и любительского рыболовства.   

            Летом, как правило, судя по графику, уровень воды небольшой. Летняя межень приходится на июль, когда уровень реки по сравнению с апрельским, меньше в 1,5 раза. Однако во время прохождения южных или западных циклонов наблюдаются небольшие паводки. При этом осадков в летний период выпадает около 240 мм.  На летние месяцы, при температуре воды от 10 до 14 С, приходится пик захода горбуши – главного промышленного вида рыб семейства лососёвых. Кроме того, ввиду расположения села Огоньки между сопками, защищающими от воздействия атмосферных фронтов, происходит активное прогревание воды. Вода реки   очищается и приобретает большую прозрачность. На берегу реки в летние месяцы обустраиваются отдыхающие, а также рыбаки-любители. В летний же период, особенно в августе, в реке наблюдается пик хода на нерест горбуши, основного источника пищи для бурых медведей и лисиц набирающих подкожный жир на зиму.

            Осень теплая и довольно продолжительная, со средней температурой 5 С (за три месяца), с меженью в сентябре, но с обилием осадков (чаще во второй половине сентября и октябре), в виде дождя, иногда переходящего в снег. Именно осенние месяцы «подпитывают» атмосферной влагой реку – около 330 мм, с максимумом в сентябре.  Они поступают на территорию с атмосферными воздушными массами тропических циклонов, проходящими через Японские острова, а далее Южный Сахалин и Курильские острова.  В этот же период завершается нерест лососёвых рыб.

            Таким образом, среднегодовая температура воздуха в с. Огоньки равна +2,3 С. Вообще температура воздуха является одним из основных элементов, отражающих климатические и физико-географические особенности. Проанализировав уровень реки по разным сезонам года, можно проследить, что активное таяние снегового покрова и льда наступает, как правило, во второй половине апреля, когда среднесуточная температура воздуха начинает превышать 0 С.  

            Количество выпадаемых атмосферных осадков - около 925 мм в год. Наибольшее количество осадков приходится на август и сентябрь (168 и 140 мм соответственно), наименьшее на январь и июль – 36 и 31 мм.

Фитоценозы побережья реки Лютога и её притоков

            Если говорить о фитоценологии, то по берегам реки и её притоках, следует отметить преобладание деревянистой растительности, состоящей главным образом из зарослей ивы (род Salix), в пониженных частях берегов, где преобладает болотистая местность с застаиванием воды, нашли себе местообитание такие травянистые растения лизихитон камчатский (Lysichiton camctschatcense), симплокарпус вонючий (Symplocarpus foetidus), цветущие в апреле-мае, триллиум камчатский (Trillium camtschatcence), калужница дудчатая (Caltha fistulosa), цветущие в мае-июне и часто образующие аспект. В остальных территориях преобладает растительность из зарослей бамбука курильского (Sasa kurilensis), препятствующая росту и развитию других растений.

Физико-химические показатели воды

            Проводя физико-химический анализ воды реки Лютога и её водотоков, можно прийти к выводу, что прозрачность воды высокая - более 30 см, интенсивность запаха низкая, за исключением ручья, впадающего в реку, где ощущается слабый землистый запах (Приложение 6). По химическим показателям необходимо отметить наличие сульфат – ионов (SO₄^2-) в интервале 1,0-10,0 мг/л. Их наличие естественно, так как их содержание обусловлено естественным выветриванием горных пород. Также были обнаружены хлорид – ионы (Cl^-) в пределах 1,0 – 10,0 мг/л. Они также являются составной частью природных вод и имеют большой диапазон колебаний, но в воде рек концентрация обычно не превышает 10,0 мг/л, что является нормой в нашем случае. Из катионов необходимо отметить наличие соединений железа, которые были обнаружены качественным анализом. Они практически всегда встречаются и в поверхностных и в подземных водах. Присутствуют в растворённой, коллоидной и нерастворённой форме. Также были обнаружены соединения кальция (Са²⁺). В природных условиях этот элемент попадает в воду вследствие воздействия углекислого газа на карбонатные минералы, а также биохимических процессов происходящих в почве. Именно карбонат обусловливает жесткость воды. Вообще, в осенний период можно обнаружить катионы аммония (NH₄⁺) в сколь либо ощутимых количествах. Это связано с массовой гибелью отнерестившейся горбуши. В связи с этим органолептические показатели воды изменяются не в лучшую сторону.

Заключение

1.                  Современные погодные изменения приводят к изменению водных и приречных экосистем.

2.                  Постоянная вырубка лесов вдоль поймы реки приводит к обмелению реки и уменьшению годового стока.

И в качестве вывода необходимо отметить, что вода, ценнейший природный ресурс, который поддерживает погодные и климатические условия, а также биоразнообразие на всей планете.  Несмотря на большое количество воды, человечество чаще использует её потребительски, не задумываясь о будущих поколениях. Ребята нашей школы регулярно очищают один из ручьёв, впадающих в реку Лютога (Приложение 9).

Литература

1.      Вода и воздух. М.: ООО «Мир книги», 2002. – 192 с.

2.                  Справочник по физической географии Сахалинской области. Составитель З. Хоменко, Сахалинское книжное издательство, 2003. – 111 с.

3.                  Хржановский В. Г. Курс общей ботаники (систематика, элементы экологии и географии растений. Учебник для сельхозвузов. М., «Высш. Школа», 1976. – 480 с.

Приложения

Приложение 1.        Паспорт реки Лютога

            Лютога – река на Сахалине, третья по протяжённости после рек Поронай (350 км) и Тымь (330 км).

Исток	Холмский район, западный склон Мицульского хребта
Устье	Анивский район, с. Рыбацкое
Общее направление течения	с севера на юг
Длина	130 км
Площадь бассейна	1530 км2
Средний уклон	0,37%
Среднегодовой расход воды (с. Огоньки)	31,7 м3/с
Годовой объём стока	100 млн. м3
Питание реки	смешанное с преобладанием снегового
Низший уровень реки	вторая декада сентября
Высокий уровень реки	вторая половина апреля и май
Весенний ледоход	вторая и третья декада апреля
Ледостав	первая декада декабря
Государственный водный реестр РФ	Амурский бассейновый район
Крупные притоки	правый – Чипиаль (21 км); левый – Быстрая (42 км)

Приложение № 2. Средние показатели  температуры атмосферного воздуха по месяцам, С (период 2007-2020)

Янв

Фев

Мар

Апр

Май

Июн

Июл

Авг

Сен

Окт

Ноя

Дек

Ср

-14,6

-11,6

-5,7

+0,2

+6,8

+13,8

+15,9

+18,3

+13,1

+5,4

-3,0

-10,6

+2,3

                Приложение № 3. Среднее показатели  количества атмосферных осадков по месяцам,мм (период 2007-2020)

Янв	Фев	Мар	Апр	Май	Июн	Июл	Авг	Сен	Окт	Ноя	Дек	Ср	Общ
36,0	90,4	57,8	41,2	74,6	42,8	31,3	168,3	140,1	99,0	90,1	53,4	77,1	925

            Приложение № 4. Среднегодовые показатели уровня воды реки Лютога.

Год	Янв	Фев	Мар	Апр	Май	Июн	Июл	Авг	Сен	Окт	Ноя	Дек	Сред
2007	190,48	192,39	201,29	247, 29	277,55	180,42	155,19	162,77	173,69	211,07	211,22	233,74	203,09
2008	218,39	205,45	217,71	281,12	221,46	174,05	171,11	200,05	171,77	203,54	198,6	241,29	208,71
2009	221,52	226,68	243,26	286,03	357,5	230,30	224,42	198,97	183,64	187,97	182,97	204,60	228,99
2010	223,97	221,14	248,45	280,57	321,62	203,33	221,38	230,14	172,56	186,79	203,32	242,66	229,66
2011	224,13	206,57	208,16	259,70	260,35	232,25	176,89	154,27	182,08	187,60	180,82	205,84	206,56
2012	200,59	206,38	216,46	314,68	287,39	171,67	155,56	212,35	209,68	209,72	208,97	288,20	223,47
2013	252,42	254,14	261,65	290,75	299,16	200,55	155,12	201.66	176,18	182,74	183,65	178,93	219,75
2014	189,07	190,10	191,03	256,91	245,32	184,15	171,03	164,67	159,78	186,53	208,73	194,16	195,13
2015	224,26	212,72	220,52	279,80	298,74	211,77	204,23	211,74	201,43	213,87	200,98	193,16	222,77
2016	212,26	188,55	214,65	267,03	291,25	170,20	170,45	174,53	193,65	197,95	173,23	185,98	203,31
2017	183,71	189,96	196,97	269,09	263,15	176,42	212,48	166,31	169,13	188,61	244,97	261,05	210,15
2018	239,32	262,00	244,16	285,90	291,73	180,02	193,17	156,90	166,72	170,89	194,13	277,33	234,93
2019	251,90	235,79	229,16	278,23	212,13	181,27	179,42	182,19	167,80	165,45	241,22	263,81	215,70
2020	226,52	197,41	214,74	268,70	277,89	179,57	158,23	192,11	173,85	230,71	244,05	216,78	215,05
Сред.	231,14	215,40	221,98	274,50	258,21	184,59	173,97	186,33	178,71	194,53	205,49	227,68	215,52

            Приложение № 5. Даты весеннего вскрытия реки Лютога

          21.04. 2007                     17.04. 2014

            07.04. 2008                      16.04. 2015 

            19.04. 2009                      15.04. 2016

            25.04. 2010                      09.04. 2017                                            

            11.04. 2011                      17.04. 2018

            20.04. 2012                      16.04. 2019 

            18.04. 2013                      15.04. 2020

Приложение 6. Результаты качественного анализа реки Лютога и её водотоков

Исследуемые параметры и ионы	Проба №1	Проба №2	Проба №3
Прозрачность	> 30 см	> 30 см	> 30 см
Запах* (интенсивность)	1	1	2
Запах** (характер)	Н	Н	З
SO42- (мг/л)	1,0-10,0	1,0-10,0	1,0-10,0
Cl- (мг/л)	1,0-10,0	1,0-10,0	1,0-10,0
S2-	-	-	-
NO3-	-	-	-
PO43-	-	-	-
SiO32-	-	-	-
CO32-	-	-	-
NH4+	-	-	-
Fe (общее, мг/л)	0,1	0,1	0,1
Mg2+	-	-	-
Ca2+	+	+	+
Mn2+	-	-	-
Zn2+	-	-	-
Cu2+	-	-	-
Pb2+	-	-	-

Проба №1 – река Лютога

Проба №2 – река Быстрая (приток Лютоги)

Проба №3 – ручей, южнее села Огоньки, впадающий в Лютогу

*-определяется по шкале интенсивности запахов

**-определяется по шкале характера запахов

            Приложение 7. Весеннее половодье (фото май 2017 г.)

            Приложение 8. Ледостав (декабрь 2020 г.)

            Приложение 9. Уборка ручья, впадающего в реку Лютога учащимися нашей школы (Май 2018 г.)