Материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления пользователям Интернета и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.
© 2018 - 2024
РАЗДЕЛ 4. ОСНОВЫ ЭКОЛОГИИ
ЛАБОРАТОРНАЯ работа №1.
ИГРОВОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОСТЕЙШЕЙ НАЗЕМНОЙ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ИГРА « ОСТРОВ»
Цель работы: изучить структуру простейшей наземной экологической системы, научиться применять экологическое правило обязательности заполнения экологических ниш при моделировании экологической системы «Остров».
Задание: в процессе экологической игры «Остров» определить роль антропогенного фактора и сформулировать экологическое равновесие данной экосистемы.
Порядок выполнение работы:
1.Изучить общие сведения об экологических системах.
2.Студенты распределяются на группы по 3-4человека, получают экологическую игру и формируют экосистему «Остров»
3.В процессе игры сформулировать экологическое равновесие и определить роль антропогенного фактора на каждой экологической нише.
Общие сведения об экологической системе
Биосфера – огромная и чрезвычайно сложная экологическая система, где биотический круговорот совершается в определенном, и относительно постоянном режиме. Эта стабильность исторически сложилась на основе высокого видового разнообразия организмов, каждому из которых присущи специфические взаимоотношения со средой, и своя роль в трансформации энергии и переносе веществ.
Любая совокупность в биосфере закономерно взаимосвязанных организмов и неорганических компонентов среды, в которой осуществляется круговорот веществ, называется экологической системой или экосистемой.
Три категории экосистем:
1. Микроэкосистемы (пня, муравейника, лужи, навозной кучи и т.д.)
2. Мезоэкосистемы (экосистема в границах фитоценоза: лес, остров, луг и т.д.)
3. Макроэкосистемы (типа тундры, океана, морей и т.д.)
Понятие «экосистема» ввел в науку в 1935г. английский ботаник Тенсли А.
Иными словами экосистема – это однородный, ограниченный участок поверхности, на котором находятся живые существа, связанные между собой цепями питания, а с окружающей средой обменом веществ и энергией.
Экологическая игра «Остров»
На основании этого Вам предлагается экологическая игра «Остров», с помощью которой Вы должны смоделировать простейшую экологическую систему.
Устойчивость экосистем и стабильность функционирования определяются закономерностями их структуры, и в первую очередь тем, что входящие в них организмы – не простой конгломерат, случайное скопление особей различных видов, а популяции видов.
Популяция – это качественно определенная группировка особей вида, длительно существующая в природе, в пределах которой, в той или иной системе осуществляется свободное скрещивание, отделенное от других популяций в результате территориальной и биологической изоляции той или иной степени. Для моделирования экосистемы необходимо знать
Правило обязательности заполнения экологических ниш: «В природе не существует двух одинаковых и пустующих ниш – они само заполняются.»
На основании этого правила необходимо смоделировать экосистему «Остров».
Правила игры
Все организмы данной экосистемы предоставлены картами – их 36. В игру играют 3 и более человек. Игра начинается от раздающего игрока, карты раздаются поровну. Экосистему моделируем, начиная с 1-ой ниши – это растения. Первый игрок может заселять на острове растений столько, сколько он захочет, все последующие игроки то количество растений, которые есть на острове и меньше.
2-я ниша – травоядные, они представлены мышами и зайцами. Они появляются на острове, когда имеется кормовая база. Для одного травоядного необходимо 10 растений.
3-я ниша – хищники 1-го порядка – это ласка и лиса. Лиса появляется на острове, когда для нее имеется кормовая база, т.е. 3 зайца или 5 мышей. Ласка – конкурент – она узкоспециализированное животное, ей необходимо 5 мышей.
4-я ниша – хищники 2-го порядка - орел – он питается травоядными животными. Ему необходимо 3-5 мышей или 1 заяц. Или хищниками – одна лиса или одна ласка.
За один ход игрок может участвовать только в одной нише. В колоде имеется карта «F» – это антропогенный фактор. Игрок, у которого эта карта, может использовать ее тогда, когда ему это выгодно. Ее можно использовать только один раз на одну из ниш. Пожар на первой, яды на второй, охота на третьей и четвертой нише. После использования карты «F», игроки разбирают карты по очереди, по нишам и игра начинается заново с того же игрока, который ничего с острова не брал. Проигрывает тот игрок, кто останется с картами.
Определить роль антропогенного фактора в экосистеме
Антропогенное воздействие на природу – это воздействие, оказываемое человеком на окружающую среду и ее ресурсы в результате хозяйственной деятельности.
В процессе игры «Остров» определите положительную и отрицательную роль антропогенного фактора.
Дать определение экологического равновесия
Проиграв фактор «F» по всем нишам и смоделировав экосистему «Остров», сделайте вывод и дайте определение экологического равновесия данной экологической системы.
Контрольные вопросы
1. Экологическая система.
2. Категории экологических систем.
3. Экологическая ниша.
4. Популяция.
5. Антропогенный фактор.
6. Экологическое равновесие.
7. Правило обязательности заполнения экологических ниш.
ЛАБОРАТОРНАЯ работа №2
ЭКОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ
Цель работы : изучить морфологические адаптации растений к основным абиотическим факторам по гербарию.
Задание: на представленных образцах растений (гербарии, сухоцветы, комнатные растения) студенты находят морфологические адаптации растений к экологическим факторам.
Общие сведения
Фактор экологический – любое условие среды, на которое живые организмы реагируют приспособительными реакциями (адаптация).
Экологические факторы принято делить на абиотические, биологические и антропогенные. За этим пределом приспособительных способностей организмов лежат летальные факторы, приводящие к гибели организмов. [Н.Ф. Реймерс, 1980]
Амплитуда экологическая – пределы приспособляемости вида (популяция сообщества) к не меняющимся условиям среды.
Толерантность – (от лат. «толерантно» - терпение) способность организмов выносить отклонение факторов среды от оптимальных для данных организмов параметров. Закон толерантности В. Шелфорда гласит, что лимитировать жизнедеятельность организма может как минимум так и максимум экологического фактора.
Морфологические адаптации растений по отношению к фактору «свет»
Роль света как экологического фактора определяется в первую очередь участием его в процессе фотосинтеза (образование растениями органического и неорганического вещества с использованием энергии солнечного излучения). Кроме того, свет непосредственно влияет на многие процессы роста и дифференциации в клетках и тканях, на формирование органов.
Существуют растения светолюбивые, теневыносливые и теневые. Они различаются своей потребностью в фотосинтетически активной радиации (ФАР) т.е. световым довольствием (L).
У светолюбивых (гелиофитов) Lопт=100% Lmin=70-80%, это растения открытых пространств. Гемиоциофиты (теневыносливые) Lmax=100% Lmin. может быть очень низким (например для шалфея лугового 30%, герани луговой 17%, ежи сборной 2,5%).
Теневые (сциофиты) Lmax=20-30%. Типичными сциофитами считаются лесные травянистые растения (копытие европейское, кислица обыкновенная) в естественных условиях никогда не появляющие на открытом пространстве. Морфологические адаптации к разному световому режиму наблюдаются на уровне мембран, органелл и клеток (количество хлоропластов, величина и форма клеток), тканей и органов, целых растительных организмов, растительных сообществ.
Важнейшим экологическим показателем являются индекс листовой поверхности (ИЛП) - отношение общей площади листьев ценоза или его части (яруса) к площади занимаемой территории. Для соснового леса он составляет 7-10, для елового-12. Это значит на 1 га соснового леса приходится 7-10 га листовой поверхности. С 1 га елового леса 12. Чаще всего ИЛП культурных и естественных ценозов равен 5-6, т.е. поверхность почвы затенена 5-6 ярусами листьев.
Различают 3 варианта расположения листовых пластинок относительно солнечных лучей:
1. Горизонтальное – листовые пластинки перпендикулярны солнечным лучам, в этом случае лучи максимально улавливаются при положении солнца в зените.
2. Более или менее вертикальное – листовые пластинки параллельны солнечным лучам (при этом растения лучше усваивают ФАР в утренние и вечерние часы).
3. Диффузное – то вертикальное, то горизонтальное, что обеспечивает полное использование ФАР в течении всего светового дня.
Перечисленные эколого-морфологические особенности растений необходимо учитывать при конструировании различных агроценозов (лесополосы, смешанные посевы кормовых трав и др.)
Приведите примеры:
Адаптациями, направленными в частности на предохранение листа от повреждений излишним излучением и на уменьшение транспирации, являются двухслойная эпидерма с мощной кутикулой, наличие гиподермы, расположение устьиц снизу листа, защищенных многочисленными волосками (светолюбивые). Мезофилл тонких листовых пластинок тенелюбивых растений представлен лишь рыхлой губчатой тканью с большими межклеточниками. Клетки эпидермы тонкостенные и лишены кутикулы.
Адаптации, направленные на защиту растений от излишнего излучения солнца отсутствуют.
У световых листьев сильнее, чем у теневых, развиты механические ткани, значительно больше протяжность и густота жилок, мельче устьица, количество которых на единицу площади так же больше. Световые листья обычно полнее и толще теневых, и располагаются в освещенных частях кроны. Приведите примеры и рассмотрите представленные растения и их листья.
Морфологические адаптации растений по отношению к фактору «температура».
Потребность в тепле обусловлена тем, что физиологические и биологические процессы в растениях идут в определенных, чаще довольно узких температурных пределах. Важное экологическое значение имеет и предположительность воздействия на растения тех или иных температур. Географическое размещение растительного покрова (зональность растительности) во многом определяется закономерными изменениями термических условий и их разнообразий на поверхности земного шара.
С сезонными изменениями температур тесно связаны фенологические изменения в жизни растений.
А. Декандоль (1874) предложил выделить 5 групп растений соответствующих климатическим поясам:
1. Мегатермы – (от греч. «мегас» - очень большой и «терма» - тепло) требуют высокой температуры и постоянной влажности, произрастают во влажных тропиках и субтропиках при среднегодовой температуре более 18оС.
2. Ксеротермы – (от греч. «ксерос» - сухой) – растения сухих субтропиков где отмечаются высокие температуры в сухие периоды в течении нескольких месяцев.
3. Мезотермы – (от греч. «мезос» - средний) – произрастают в умеренно теплом климате с холодным периодом, чувствительны к морозу (это обычно растения с голыми незащищенными почками).
4. Микротермы – (от греч. «микро» - малый) растения умеренно-холодного климата, приспособлены к прохладному лету и продолжительно холодной зиме (растения умеренной зоны; являются главным образом микротермами).
5. Гекистотермы – (от греч. «гекистос» - холод) растения приполярных и высокогорных местообитаний, существующие в условиях минимального тепла.
Адаптация растений к различным термическим условиям также как и другим экологическим факторам, имеет место на организменном, тканевом, клеточном, и субклеточном уровнях.
В качестве примеров можно назвать снижение содержание воды в цитоплазме, клеток растений во время холодного периода, накопление углеводов в тканях, формирование многослойных плотных покровных тканей, служащих им для защиты от избытка тепла (например у пробкового дуба), или наоборот для снижения теплоотдачи у холодостойких растений; нарушения испарений с поверхности для усиления теплоотдачи (например путем сбрасывания перидерм у эвкалиптов).
Для гекистотерных растений характерна карликовость. Другим примером морфоадаптации к термическим неблагоприятным фактором в местах обитания является развития у многих растений контрактивных (сократительных) корней, мясистых и толстых, с хорошо развитой механической тканью (луковичка, корневище).
Приведите примеры и рассмотрите представленные образцы.
Морфологические адаптации растений по отношению к фактору «увлажнение»
Вода имеет первостепенное значение в жизни растений в составе тела которых на ее долю приходится до 50-90%. Особенно большое количество ее цитоплазме (85-90%). Все биохимические процессы в растениях протекают в водной среде. Вода играет важную роль в обеспечении роста растений: тургорное давление , производимое на эластичные стенки молодых клеток изнутри ,вызывает их растяжение . Особое значение имеет влага для наземных растений –для них жизненно необходимо постоянное пополнение затрат на испарение .Для растений ,живущих в водоемах, вода является непосредственной средой обитания. Приспособленность растений к тому или иному режиму увлажнения во многом сводится к механизмам позволяющим поддерживать цитоплазму в определенном состоянии обводненности.
Высшие растения , живущие в условиях дефицита (или же избытка) влаги, имеют ряд адоптаций к такому водному режиму. В соответствии с этим различают следующие группы:
Гидрофиты – водные растения . Они делятся на плавающие на поверхности воды (ряска малая , сальвиния);погруженные, взвешенные в воде(ряска трехдольная); погруженные укореняющие(элодея канадская);плавающие на поверхности и укореняющие(нимфея , кубышка)
Основной структурной особенностью гидрофитов является губчатость их органов ,наличие крупных межклетников , заполненных воздухом- т .н. аэренхимы
Гелофиты – прибрежно-водные растения,»амфибии» - переходная группа между гидрофитами и наземными растениями. Могут расти как воздушной сфере , так и будучи частично погруженными в воду , выносят и временное полное затопление (частуха подорожниковая , стрелолист , сусак зонтичный).
Гигрофиты – полностью сухопутные растения . Они не имеют какую-нибудь адаптацию к недостатку водоснабжения. В сухом воздухе быстро вянут (калужница болотная , недотрога обыкновенная)
Мезофиты – растения, произрастающие в средних условиях увлажнения.
Выделяют следующие группы мезофитов:
а) вечнозеленые мезофиты влажных тропических лесов
б) зимне-зеленые деревянистые мезофиты – это такие преимущественно виды тропической и субтропической зоны, также распространены в саваннах. Растения этой группы сбрасывают листву и впадают в покой во время сухого периода (баобаб)
в) летне-зеленые деревянистые мезофиты – это растения умеренного климата деревья и кустарники, сбрасывающие листья и впадающие в состояния покоя в холодный период года. Опадение листьев зимой является приспособлением к уменьшенному испарению в холодные месяцы, когда всасывание воды из почвы затруднено.
г) летне-зеленые травянистые многолетние мезофиты – растения умеренного климата, надземные части которых обычно отмирают на зиму, за исключением защищенных почек возобновления. Эта группа очень обширна, многолетние луговые травы (тимофеевка луговая, клевер и т.д)
5. Ксерофиты – это растения, приспособленные к жизни в условиях дефицита влаги. Приведите примеры.
Морфологические адаптации растений к фактору «засоление»
Растение поселяющейся на засоленных почвах , относятся к группе галофитов («галос»- соль , «фито» -с растение ).
Растения незасоленных мест – гликофиты («гликос»-сладкий, пресный)
По характеру морфологических и физиологических адаптаций к засолению разделяют 3 группы галофитов:
Эугалофиты (от греч. «эу»-настоящий и галофит). Их называют солянками или соленакапливающими растениями . Содержание солей в клетках до 16%. Накопление их вызывает повышение осмотического давления клеточного сока и цитоплазмы(лебеда татарская , сарсазан шишковатый и др.)
Криногалофиты ( от греч. «крино»-просеивать) или солевыделители .Сюда относятся растения , выделяющие избыток солей наружу(гребенщики, кермеки и др.) Солевая гуттация происходит через специальные солевыделительные железки, расположенные на поверхности листьев. Некоторые криноголофиты освобождаются от солей путем сбрасывания листьев листьев или побегов годичного прироста (камыш морской)
3. Гликогалофиты – растения, занимающие промежуточное положение (степные и пустынные виды полыни)
Контрольные вопросы
1. Экологические факторы и их характеристика .
2. Что такое толерантность.
3. Закон В.Шелфора.
4. Морфологические адаптации растений к фактору «свет» .
5. Морфологические адаптации растений к фактору «температура»
6. Морфологические адаптации растений к фактору «увлажнение»
7. Морфологические адаптации растений к фактору «засоление» Примеры.
ЛАБОРАТОРНАЯ работа №3
ЛАБОРАТОРНАЯ работа №4
ЛАБОРАТОРНАЯ работа №5
ЛАБОРАТОРНАЯ работа №6
Питьевая вода
Согласно ГОСТа 2874-82, питьевая вода должна быть безопасна в эпидемиологическом отношении, безвредна по химическому составу и иметь благоприятные свойства. При поступлении в водопроводную сеть определение качества воды обязательно.
По микробиологическим показателям питьевая вода должна соответствовать требованиям, представленным в таблице 1.
Основные микробиологические показатели питьевой воды Таблица 1
| Наименование показателей | Норматив | Метод Испытания |
| 1.Число микроорганизмов | 100 | ГОСТ |
| 2.Число бактерий группы кишечных палочек в 1м3 воды, не более | 3 | ГОСТ |
Концентрация химических веществ, встречающихся в природных водах или добавляемых к воде в процессе ее обработки, не должны превышать нормативов, представленных в таблице 2.
Органолептические свойства воды должны соответствовать следующим требованиям:
1. Запах при температуре 20°С и при нагревании
до температуры 60°С, балл - не более 2
2. Вкус и привкус при температуре 20°С, балл - не более 2
3. Цветность, градусов - 20
4. Мутность по стандартной шкале, мг/л - 1,5
Предельно допустимые концентрации химических веществ, природных вод или вод в процессе их обработки Таблица 2
| Химическое вещество | Концентрация, мг/л| | ГОСТ |
| Алюминий остаточный | 0,07 | Обобщенный ГОСТ ПДК по Москве 1990. |
| Мышьяк | 0,05 | |
| Нитраты | 40,0 (0,02 – N) | |
| Свинец | 0,03 | |
| Фтор для климатических зон 1 и 2 | 0,75 | |
| 2,4-Д аминная соль | 0,1 | |
| ДДТ и его метаболиты | Отсутствие | |
| Железо | 0,5 | |
| Медь | 0,001 | |
| Сульфаты | 100,0 | |
| Хлориды | 300 | |
| Цинк | 0,01 | |
| Гранозан | 0,00001 | |
| Симозин | 0,0024 |
Вода для орошения
Воды различных источников - рек, озер, колодцев, прудов, используемых для орошения, - это растворы сложного состава с содержанием растворимых веществ от нескольких миллиграммов до сотен граммов на литр. Большое количество некоторых растворимых в воде солей может прямо или косвенно оказывать вредное влияние на растения, отрицательно сказывается на солевом, питательном, водном режимах орошаемой почвы. Поэтому, прежде чем использовать воду для орошения, необходимо установить степень ее пригодности для этой цели. При оценке воды для орошения приходится учитывать большой и сложный комплекс условий. Влияние на культуры различной поливной воды будет зависеть не только от химического состава, но и от строения, состава почвы, дренированности поля, работы поливной системы, глубины залегания грунтовых вод.
Прежде всего, обращают внимание на общее количество солей (общую минерализацию). По общей минерализации поливную воду можно охарактеризовать следующим образом:
не более 400 мг/л - хорошая вода;
до 1000 мг/л - требует осторожного применения, т.к. необходимо учитывать весь комплекс условий при орошении;
- 1000 – 3000 мг/л - опасна, из-за возможности накопления солей в почве;
- 3000 мг/д и более - засоляет почву.
Пределом содержания отдельно взятых солей для хорошо проницаемых почв считают, Nа2СОз - 1 г, NаСl – 2 г, Nа2 SO4 – 5 г на 1 л. Вода, содержащая гипс, безвредна. Чтобы охарактеризовать степень пригодности воды для орошения, находят содержание хлористых, сернокислых солей натрия, их соотношение и определяют щелочную характеристику воды.
Определение запаха воды
Настоящий стандарт распространяется на питьевую воду и устанавливает органолептические методы определения запаха, вкуса и привкуса.
Характер запаха определяют ощущением воспринимаемого запаха.
Определение запаха при температуре 20.°С
В колбу с притертой крышкой вместимостью 250-350 мл отмеряют 100 мл испытуемой воды с температурой 20°С. Колбу закрывают пробкой, содержимое колбы несколько раз перемешивают вращательными движениями, после чего колбу открывают и определяют характер, интенсивность запаха.
Определение запаха при температуре 60°С
В колбу отмеряют 100 мл испытуемой воды. Горлышко колбы закрывают часовым стеклом и подогревают на водяной бане до температуры 50-600С. Содержимое колбы несколько раз перемешивают. Сдвигая стекло в сторону, быстро определяют характер и интенсивность запаха.
Интенсивность запаха воды определяют при температуре 20°С и температуре 60°С и оценивают по пятибалльной системе согласно требованиям таблицы 3.
Определение запаха воды Таблица 3
| Интенсивность | Характер проявления | Оценка, балл |
| Нет | Запах не ощущается | 0 |
| Очень слабая | Запах не ощущается потребителем, не обнаруживается при лабораторном исследовании | 1 |
| Слабая | Запах замечается, если обратить на это внимание | 2 |
| Заметная | Запах легко замечается и вызывает неодобрительный отзыв о воде | 3 |
| Отчетливая | Запах обращает на себя внимание и заставляет воздерживаться от питья | 4 |
| Очень сильная | Запах настолько сильный, что делает воду непригодной к употреблению | 5 |
Определение вкуса воды
Различают четыре основных вида вкуса: соленый, кислый, сладкий, горький. Все другие виды вкусовых ощущений называются привкусами.
Характер вкуса или привкуса определяют ощущением воспринимаемого вкуса или привкуса (соленый, кислый, щелочной, металлический и др.).
Испытываемую воду набирают в рот малыми порциями, не проглатывая, задерживая 3-5 секунд. Интенсивность вкуса и привкуса определяют при температуре 20.°С и оценивают по пятибалльной системе согласно требованиям таблицы 4.
Определение вкуса воды Таблица 4
| Интенсивность вкуса и привкуса | Характер вкуса и привкуса | Оценка вкуса, балл |
| Нет | Вкус и привкус не ощущается | 0 |
| Очень слабая | Вкус и привкус не ощущается, но обнаруживается при лабораторных исследований | 1 |
| Слабая | Вкус и привкус замечаются, если обратить внимание | 2 |
| Заметная | Вкус и привкус легко замечается и вызывает неодобрение к воде | 3 |
| Отчетливая | Вкус и привкус заметный и воздерживаются от питья | 4 |
| Очень сильная | Вкус и привкус настолько сильные, что делают воду непригодной к употреблению | 5 |
Образцов
Определение содержания ионов хлора Таблица 5
| Характер осадка или мути | Содержание хлоринов в мг на 1 л |
| Слабая муть | до 100 |
| Сильная муть | от 100 до 300 |
| Постепенно оседающие хлопья | от 300 до 400 |
| Рыхлый осадок | более 400 |
Определение содержания сульфат ионов Таблица 6
| Характер осадка или мути | Содержание сульфатов-ионов в мг на 1 л |
| Слабая муть через 5 мин | до 100 |
| Слабая муть через 5 сек | от 200 до 400 |
| Сильная муть (цвет молока), а затем осадок | от 400 до 500 |
| Быстро осаждающийся осадок | более 500 |
Определение карбонат ионов
В пробирку помещают 10 мл исследуемой воды и прибавляют 2 капли фенолфталеина. Появление розовой окраски указывает на присутствие в воде ионов С03 –2.
Результаты занести в рабочую таблицу 7.
Результаты исследований воды Таблица 7
| Наименование показателей | Требование ГОСТа, балл | Исследуемые образцы воды | |||
| Запах При t 200 При t 600 | |||||
| Вкус | |||||
| Ионы хлора | |||||
| Сульфат ионы | |||||
| Карбонат ионы | |||||
На основании проведенных анализов сделать выводы о пригодности воды к употреблению.
Контрольные вопросы
1. Каким требованиям ГОСТа должна отвечать питьевая вода?
2. Какая вода пригодна для орошения?
3. Назовите правила отбора проб воды.
4. Как необходимо хранить и транспортировать пробы воды?
5. Как определить вкус и запах воды?
6. Как определить солевой состав воды?
ЛАБОРАТОРНАЯ работа №7
Пищевой продукт
Содержание нитратов в растениеводческой продукции, мг/кг
Правила отбора образцов
Пробы плодоовощной продукции и картофеля при приемке свежей продукции на торгово-заготовительных предприятиях, отбирают непосредственно в транспортном средстве – кузове автомашины, железнодорожном вагоне, барже и т.д., путем взятия выборок из верхнего слоя продукции по системе «двойного конверта» (для автомашины) и по системе «тройного конверта» (для железнодорожного вагона и баржи).
Каждая выборка продукции должна иметь массу около 0,5 кг. Если отдельные образцы продукции имеют массу более 0,5 кг (например, капусты или крупные корнеплоды свеклы), то за выборку принимается отдельный ее образец (например, качан капусты).
Отбор проб в поле. Картофель и овощи отбирают, проходя поле по диагонали из точек, расположенных на равном расстоянии одна от другой, при этом составляют общую пробу. Максимальная площадь при обследовании картофеля -50 га, овощных корнеплодов -3 га, другой продукции –5 га. Если площадь обследуемого участка (поля) превышает эти величины, его делят на соответствующее число более мелких участков, которые обследуют отдельно.
Картофель – по диагонали поля из 15 точек отбирают не менее 50 клубней. Масса общей пробы должна составлять не менее 3 кг.
Овощные корнеплоды - по диагонали поля отбирают корни. Отделяя и отбрасывая ботву. При обследовании овощей, используемых в ранний период развития (столовая свекла, петрушка), отбирают целые растения. Масса общей пробы при обследовании мелких корнеплодов, должна составлять не менее 1 кг, крупных не менее 3 кг, ранних, употребляемых в пищу с ботвой 0,25 – 0,5 кг.
Капуста – по диагонали поля отбирают не менее 4 кг общей массой, не менее 10 типичных кочанов.
Зеленые культуры – (салат, шпинат, щавель). Общую пробу массой не менее 0,5 кг составляют из 10 растений.
Луковые растения. При обследовании растений в полной зрелости (лук-репка, чеснок) отбирают луковицы (массой пробы лука- 1кг, чеснока - 0,5 кг). При использовании лука и чеснока на зелень отбирают целые растения. Масса общей пробы при этом должна составлять 0,5-1 кг.
Томаты, огурцы, бахчевые. По диагонали поля отбирают продукцию с 10 растений (товарную) или 10 крупных плодов бахчевых культур. Масса общей пробы не менее 3 кг.
Отбор проб в защищенном грунте проводят методом «конверта» из 5 точек, одна из которых располагается в центре секции, четыре других по периферии по углам секции. На больших площадях пробы отбираются по системе «двойного конверта», при котором совмещают две крайние точки двух смежных конвертов, или по системе «тройного конверта», когда совмещают три конверта, то есть последовательно крайние пары точек.
Отбор проб продукции, поставляемой в пучках ящиках и другой открытой таре, осуществляется поштучно. Из каждой упаковки пробу отбирают из других слоев (по 1 шт.). Например, из первой упаковки - из верхнего слоя, из второй - из среднего, из третьей – из нижнего. Со следующими упаковками данной партии поступают так же.
Подготовка проб к определению нитратов
Пробы к анализу готовят следующим образом:
Картофель. Моют клубни водой, обсушивают фильтровальной бумагой, затем от каждого клубня берут четвертую часть. Отобранный материал перемешивают и выделяют пробу для анализа массой не менее 0,25 кг.
Свеклу и другие корнеплоды моют водой, вытирают досуха, срезают шейку и тонкий конец корня. Крупные корнеплоды разрезают крестообразно вертикальной оси и используют для анализа половину или четвертую часть.
Из полученного материала выделяют пробу для анализа массой 0,25-0,5 кг.
Капуста. Каждый качан, разрезают на четыре части по вертикальной оси и для анализа используют ¼ часть. При этом срезают и отбрасывают верхние несъедобные листья и остаток кочерыги. Из полученного материала отбирают пробу для анализа массой 0,5 кг.
Зеленые овощи очищают от земли, освобождают от несъедобных частей и составляют пробу для анализа массой 0,25 кг.
Луковые растения. Отбрасывают несъедобные части, удаляют верхние чешуи. Срезают и отбрасывают корни и сухую шейку. Луковицы делят на две части по вертикали и для анализа используют только одну половину. Масса пробы – 0.25 кг.
Томаты, огурцы. Плоды моют водой, просушивают фильтровальной бумагой или тканью, плодоножки удаляют. Крупные плоды разрезают на две-четыре части вдоль оси, для анализа берут половину или четвертую часть. Из полученного материала выделяют пробу массой 0,5 кг.
Бахчевые культуры. Плоды разрезают на две части по линии от места прикрепления стебля до слета цветка таким образом, чтобы в каждую половину попадали затемненные и освещенные солнцем части. Если плоды очень крупные, их разрезают на сегменты шириной 6-8 см. по окружности плода и для анализа берут 2-4 сегмента с противоположных сторон. С плодов спиливают верхний слой, не употребляемый в пищу, удаляют семена, используют только съедобную пробу массой 0,5 кг.
Отобранные пробы измельчают до получения однородной массы с помощью терки, мезгопастообразователя. Зеленые культуры режут ножницами или ножом до частиц размером 0,5-1 см. Измельченную пробу тщательно перемешивают.
Методы определения нитратов.
1. Количественный метод – определяет количественное содержание нитратов.
а) ионометрический метод с помощью «Экотест – 2000»
2. Качественный метод – определяет лишь наличие нитратов: низкое содержание – раствор приобретает голубой цвет, среднее – синий цвет, высокое – темно-синий (угольный).
а) с помощью лакмусовой бумаги
б) с помощью дифениламин
Качественная оценка содержания нитратов в продукции растениеводства с помощью дифениламина.
Сущность метода состоит в визуальной оценке окрашенных соединений, образующихся при взаимодействии нитратов с дифениламином. Нижний предел обнаружения нитратов в анализируемой пробе 100 мг/кг. Этот метод можно применять при определении нитратов во всех продуктах растениеводства. Полученные результаты следует рассматривать как ориентировочные.
Материалы и реактивы, необходимые для анализа:
- предметное стекло (180х90 мм)
- стеклянные палочки или пипетки
- весы аналитические
- приготовленные растворы сравнения
- раствор дифениламина.
Порядок определения нитратов
1. На предметное стекло, помещенное на белый лист бумаги, наносят последовательно на расстоянии 10 мм одну от другой капли растворов сравнения. На это же стекло помещают сок исследуемых образцов продуктов, приготовленных к анализу. К растворам сравнения и к соку анализируемых образцов добавляют по одной капле 1%-ного раствора дифениламина в серной кислоте. Окраска развивается в течение 20-30 секунд. В зависимости от концентрации нитратов интенсивность окраски меняется от бледно-голубой до интенсивно-синей.
2. Концентрацию нитратов в пробе определить путем визуального сравнения интенсивности окраски растворов, сравнения и срока анализируемых образцов
3. Сравнить полученные данные с нормами содержания нитратов и сделать вывод о возможности продовольственного использования образца.
Контрольные вопросы
1. Причины повышенного накопления нитратов в растениеводческой продукции.
2. Правило отбора проб в транспортных средствах, защищенном грунте и в полевых условиях.
3. Подготовка проб для проведения анализа.
4. Методы определения нитратов
5. В чем сущность качественного метода определения нитратов с помощью дефениламина.
6. Мероприятия, уменьшающие содержание нитратов в растениеводческой продукции.
ЛАБОРАТОРНАЯ работа №8
Таблица 1. Устойчивость хлорорганических инсектицидов в почвах
( Nas, Woolsen, 1967)
| Инсектицид | Относительное содержание, % |
| Через 14 лет | |
| ГХГ | 10 |
| Гептахлор | 16 |
| Хлордан | 40 |
| Элдрин | 40 |
| Эндрин | 41 |
| Токсафен | 45 |
| Через 15 лет | |
| Элдрин | 28 |
| Диэлдрин | 31 |
| Через 17 лет | |
| ДДТ | 39 |
Экологический тест
Мышевидные грызуны занимают значительное место в экосистемах, являются доступными для исследований и благодаря высокой численности и отсутствию миграции на большие расстояния, а быстрая смена поколений этих животных позволяет изучить последствия применения пестицидов. Грызуны являются объектом питания других групп животных и, таким образом, являются важным звеном в трофической цепи биогеоценоза. Установленные уровни загрязнения мышевидных грызунов и других видов животных позволяют выявить некоторые закономерности поведения и трансформации химических веществ в естественной среде, а также в дальнейшем помогут изучить не только направленность и характер распределения, превращения пестицидов в пищевых цепях, но и выявить нарушения в различных экосистемах. Быстрая смена поколений этих животных дает возможность изучить отдельные последствия применения пестицидов. Наличие стойких пестицидов в эмбрионах мышевидных грызунов и содержание их в органах указывает на циркуляцию и возможный токсический эффект в организме теплокровных в течение всего жизненного цикла. Загрязнение пестицидами влияет на плодовитость, рост и развитие молодняка, морфологическое состояние организма. Мышевидных грызунов используют в качестве индикаторов загрязнения природной среды стойкими пестицидами.
Процесс накопления пестицидов на каждом трофическом уровне тесно связан с аналогичными процессами других уровней. Для иллюстрации такой связи предлагается схема трансформации пестицидов компонентами биоценоза с учетом трофического и энергетического уровней животных.
В схеме 1(прилож. 3) стрелками указано перемещение пестицидов от потребляемого компонента к потребителю. Содержащиеся в воде и почве пестициды поступают в растения. При этом концентрация токсикантов в растениях возрастает по отношению к воде и почве на целый порядок. Из растений, воды и частично почвы пестициды трансформируются в организм мышевидных грызунов и другие звенья трофической цепи (пищевые конкуренты, враги). На этих трофических уровнях содержание пестицидов в десятки раз превышает их содержание в воде и почве. Максимальное количество пестицидов накапливается в организме хищников. Предложенная схема трансформации пестицидов позволяет произвести расчет показателей соотношения концентрации пестицидов в организме биоиндикаторов и других видов животных, обитающих в одном биоценозе.
Химический тест
В качестве химического теста, определяющего характер распределения и накопления пестицидов в организме, следует использовать содержание ядов и частоту их обнаружения в различных органах изучаемого индикаторного вида. Выбор теста производится по показателям частоты обнаружения, которая выражается в процентах отношения количества положительных проб (содержащих пестицид) к общему количеству проведенных анализов по каждому органу.
Частота обнаружения ДДТ и ГХЦГ в организме мыши полевой Таблица 2.
| Место отлова | Наименование пестицида | Частота обнаружения, в % | ||
| Паренхиментозные органы | Жировая ткань | Мышечная ткань | ||
| Агроценоз | ДДТ | 33,30-100,0 | 16,6-100 | 33,30 |
| ГХЦГ | 8,34-66,60 | 16,6-100 | 16,60 | |
| Естественные системы | ДДТ | 17,6-44,4 | 15,4-50,0 | 41,20 |
| ГХЦГ | 11,8-27,8 | 7,70-16,70 | 23,50 | |
Наряду с этим в одном биотоке отбирают пробы диких видов животных, трофически связанных с мышевидными грызунами, пробы почвы, воды, растений различных видов, с участков обитания животных для установления уровня их загрязнения пестицидами, поскольку последние оказывают влияние на биологические процессы в почве, исследуемых растениях, а также животных, питающихся этими растениями.
По показателям накопления хлорорганических пестицидов и частоте их обнаружения рекомендуем использовать для индикации полевку обыкновенную и мышь лесную. Для ртутьпроизводных препаратов мышь полевую.
ЛАБОРАТОРНАЯ работа №9
МЕТАЛЛАМИ
Цель работы: ознакомиться с загрязнением почв тяжелыми металлами и методикой определения уровня загрязнения
Задание: студенты по 2 человека получают задание, и определяют загрязнения объекта тяжёлыми металлами.
Загрязнения
Среди разнообразных химических загрязнителей, поступающих в окружающую среду из антропогенных источников, особое место занимают тяжелые металлы. Их соединения опасны как для биоты экосистем, так и для здоровья человека. Почвы являются природными накопителями тяжелых металлов в окружающей среде и основным источником загрязнения сопредельных средств сельскохозяйственной продукции. Растения, животные и человек в процессе эволюции приспособились к естественному (фоновому) содержанию тяжелых металлов в почве.
Вместе с тем, возрастание процессов техногенеза, интенсивное сельскохозяйственное производство и урбанизация, значительно повышают концентрацию тяжелых металлов во всех средах и, прежде всего в почве.
К тяжелым металлам относятся свыше 40 химических элементов таблицы Менделеева с атомными массами, превышающими 50 атомных единиц. Не все тяжелые металлы представляют одинаковую опасность для живых организмов.
По токсичности и способности накапливаться в пищевых цепях, лишь немногим более десяти элементов признаны приоритетными загрязнителями биосферы. Среди них выделяют ртуть, свинец, кадмий, медь, олово, цинк, молибден, кобальт, никель.
Большинство этих элементов относятся к группе микроэлементов. Три элемента (ртуть, свинец, кадмий) считаются наиболее опасными.
Источниками загрязнения почв тяжелыми металлами являются: выбросы промышленных предприятий, сточные воды и осадки сточных вод химических предприятий, минеральные удобрения, пестициды, процессы по добыче свинцовых и цинковых руд, горение свалок, автотранспорт и т.д.
Опасность загрязнения почв тяжелыми металлами состоит в том, что они подвергаются процессам естественного разрушения и, попадая в почву, становятся определяющим фактором ее плодородия.
Под предельно допустимым количеством (ПДК) тяжелых металлов в почве следует понимать такую их концентрацию, которая при длительном воздействии на почву и произрастающие на ней растения не вызывает патологических изменений или аномалий в ходе биологических процессов и не приводит к накоплению токсичных элементов в возделываемых культурах, а следовательно, и в продукции.
Установлено, что жители больших городов имеют сегодня содержание свинца в костях в 100-500 раз больше, чем 100 лет назад. Существует такое объяснение падения Римской империи: вино древние римляне хранили в свинцовой посуде, накопление свинца в организме вызвало бесплодие мужчин и женщин.
По данным ряда наблюдений из общего количества выбросов твердых частиц включая металлы, примерно 25% остаётся до смыва на проезжей части, а 75% распределяется на поверхности прилегающих территорий, включая обочины. В зависимости от конструктивного профиля и площади покрытия в сточные, дождевые или смывные воды попадает от 25-50% твердых частиц. В странах с высоким уровнем автомобилизации очень жестко наказывается загрязнение придорожных земель пользователями дороги, выбрасывание на дорогах банок, бутылок, пакетов, и другого мусора. В США расходы на уборку дорог от мусора достигают 1миллиона долларов в год
Загрязнения воздуха ухудшают качество среды обитания всего населения придорожных территорий. Контрольные санитарные, и природоохранные органы обосновано обращают на него первоочередное внимание. Однако распространение вредных газов имеет все же кратковременный характер, с уменьшением или прекращением движения распространение вредных газов снижается. Все виды загрязнения воздуха через сравнительно короткое время переходит в более безопасные формы.
Загрязнения поверхности земли транспортными и дорожными выбросами накапливаются постепенно, в зависимости от числа проходов транспортных средств и сохраняются очень долго даже после ликвидации дороги.
Накапливающиеся в почве химические элементы, особенно металлы, усваиваются растениями и через них по пищевой цепи переходят в организм животных и человека. Часть их растворяется и выносится с потоками воды, попадает потом в реки, водоёмы и уже через питьевую воду также может оказаться в организме человека.
Наиболее распространенным и токсичным транспортным загрязнителем считается свинец. Свинец относится к распространенным элементам, его фоновое содержание в почве 10 мг/кг. Примерно такого же уровня достигает содержание свинца в растениях (на сухую массу), общесанитарный показатель свинца в почве с учетом –32 мг/кг.
Содержание свинца на поверхности почвы на краю полосы отвода составляет до 1000 мг/кг, а с пыли городских улиц с очень большим движением может быть в 5 раз больше. Большинство растений легко переносят повышенное содержание в почве тяжелых металлов, только при содержании свинца более 3600 мг/кг возникает заметное угнетение. Для животных опасность вызывает уже 150 мг/кг свинца в пище.
По данным, полученным в Голландии, при общем фоновом содержании свинца в траве 5 мг/кг сухого веса, на обочинах его оказалось в 40 раз, а на разделительной полосе – в 100 раз больше. Эти данные дали основание запретить использование для фуража травы в полосе 150 м от автомагистралей. Учитывая, однако, что до половины свинцовых частиц не выпадают сразу на землю, разносятся с аэрозолями, выбросы свинца, хоть и в меньшей концентрации, могут откладываться на больших расстояниях от дороги.При интенсивности движения около 10 тыс. авт./сут, на расстоянии до 7 км от дороги содержание металлов в верхнем слое почвы составляет (мг/кг почвы):
Железо 600 – 1000 Свинец 100
Цинк 20 Кадмий 0,2
В целях учета количества вредных веществ из транспортных выбросов, которое переходит по пищевой цепи животным исследованием установлено, что в листьях белой акации содержится, мг/кг:
| Интенсивность движения авт./сут | Свинец | Железо | Цинк | Медь |
| До 1 тыс. | 25 | 200 | 41 | 5 |
| Более 25 тыс. | 110 | 780 | 100 | 15 |
Содержание тяжелых металлов в зеленых придорожных насаждениях, мг/кг отражено в следующей таблице:
| Объект исследования | Свинец | Цинк | Кадмиий | Железо |
| Ветви ивы | 6/4 | 130/40 | 0,54/0,34 | 230/80 |
| Ветви осины | 10/5 | 40/28 | 0,65/0,32 | 260/100 |
| Хвоя ели | 11/6 | 64/41 | 0,33/0,28 | 235/72 |
(В числителе – со стороны дороги, в знаменателе- с полевой стороны).
Как видим зеленые защитные насаждения, улавливают существенное количество опасных загрязнений, уход за ними должен включать удаление срезанных ветвей и опавшей листвы в отведенные для отходов места.
Изучение влияния транспортного загрязнения на энтофауну не выявило заметных аномалий в плотности обитания или составе насекомых, что указывает на адаптацию их к загрязнению при интенсивном движении автотранспорта до 1-2 тыс. автомобилей в сутки. Загрязнения тяжелыми металлами травяного покрова выявлено в полосе до 100 м в каждую сторону. Максимум получен в 10м от проезжей части, на расстоянии 50м концентрация снижается в 1.6-4 раза.
Предельно допустимая концентрация тяжелых металлов в почвах. Таблица 1
| Тяжелый металл | Концентрация, мг/кг |
| Ванадий | 150 |
| Кадмий | 5,0 |
| Медь | 23,0 |
| Мышьяк | 2,0 |
| Ртуть | 2,1 |
| Свинец | 32,0 |
Содержание тяжелых металлов в почвах России, мг/кг Таблица 2
| Тип почвы | Тяжелый металл | |||
| Ртуть | Свинец | Кадмий | Кобальт | |
| Дерново-подзолистые | 0,01-0,75 | 3-17 | 0,01-2,5 | 3-13 |
| Серые лесные | 0,03-0,8 | 10-25 | 0,1-0,7 | 2-12 |
| Черноземы | 0,03-0,4 | 13-30 | 0,4-1,7 | 9-13 |
| Каштановые | 0,01-0,47 | 10-27 | 0.07-0,4 | 5-15 |
Уровень загрязнения почв характеризуют следующие показатели: коэффициент концентрации химического элемента и суммарный показатель загрязнения, отражающий эффект предельного воздействия группы элементов.
Методика определения уровня загрязнения почв
Определение уровня загрязнения почв в населенных пунктах проводится следующим образом:
Кс = С / Сфон,
где Кс – коэффициент концентрации химического элемента;
С - реальное содержание элемента в почве, мг/кг;
Сфон-фоновое содержание элемента (или ПДК) в почве, мг/кг
Zс =Кс – (n –1),
где Zс – суммарный показатель загрязнения;
п- число учитываемых элементов
РАЗДЕЛ 4. ОСНОВЫ ЭКОЛОГИИ
ЛАБОРАТОРНАЯ работа №1.
ИГРОВОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОСТЕЙШЕЙ НАЗЕМНОЙ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ИГРА « ОСТРОВ»
Цель работы: изучить структуру простейшей наземной экологической системы, научиться применять экологическое правило обязательности заполнения экологических ниш при моделировании экологической системы «Остров».
Задание: в процессе экологической игры «Остров» определить роль антропогенного фактора и сформулировать экологическое равновесие данной экосистемы.
Порядок выполнение работы:
1.Изучить общие сведения об экологических системах.
2.Студенты распределяются на группы по 3-4человека, получают экологическую игру и формируют экосистему «Остров»
3.В процессе игры сформулировать экологическое равновесие и определить роль антропогенного фактора на каждой экологической нише.
Общие сведения об экологической системе
Биосфера – огромная и чрезвычайно сложная экологическая система, где биотический круговорот совершается в определенном, и относительно постоянном режиме. Эта стабильность исторически сложилась на основе высокого видового разнообразия организмов, каждому из которых присущи специфические взаимоотношения со средой, и своя роль в трансформации энергии и переносе веществ.
Любая совокупность в биосфере закономерно взаимосвязанных организмов и неорганических компонентов среды, в которой осуществляется круговорот веществ, называется экологической системой или экосистемой.
Три категории экосистем:
1. Микроэкосистемы (пня, муравейника, лужи, навозной кучи и т.д.)
2. Мезоэкосистемы (экосистема в границах фитоценоза: лес, остров, луг и т.д.)
3. Макроэкосистемы (типа тундры, океана, морей и т.д.)
Понятие «экосистема» ввел в науку в 1935г. английский ботаник Тенсли А.
Иными словами экосистема – это однородный, ограниченный участок поверхности, на котором находятся живые существа, связанные между собой цепями питания, а с окружающей средой обменом веществ и энергией.
Дата: 2018-12-28, просмотров: 538.