Лабораторный практикум по Экологии. В. Г. Шухова Л. М. Смоленская, С. Ю. Рыбина Экология Лабораторный практикум
 Скачать 1.46 Mb.
|
|
Порядок выполнения работы Для приготовления модельных стоков в 5 мерных колб объемом 100 мл прилить 10, 20, 30, 40 и 50 мл сточной воды. Довести объем колбы до метки отстоянной водопроводной воды, обогащенной кислородом. Одна колбас водой не должна содержать загрязняющие вещества (контрольный вариант. Перелить готовые модельные стоки в емкости на 250 мл. Перенести дафний в количестве 10 особей в каждую емкость. Наблюдать в течение занятия за состоянием рачков. Учет выживших дафний провести в течение 1 часа. Особей считают выжившими, если они свободно передвигаются в толще воды или всплывают со дна сосуда не позднее 15 с после его легкого покачивания. Рассчитать процент выживших дафний в каждом из вариантов по формуле 63 100 ⋅ − = к т к Х Х Х В , где Х к – количество дафний, выживших в контроле, Х т – количество дафний, выживших в тестируемой воде. Если полученное значение В ≤ 50 %, то это позволяет сделать вывод о том, что данный модельный сток оказывает токсическое действие на дафний. Для определения степени острого токсического действия анализируемых сточных вод рассчитать графическим методом кратность разбавления воды (ЛКр 50 ), при которой гибнет 50 % дафний и минимальную кратность разбавления (ЛКр 0 ), при которой дафнии не гибнут. Пример графического расчета степени токсичного действия показан на рис. 6. 100 50 0 0,3 0,6 0,9 1,2 1,5 1,8 lg К Рис. 6. Пример графического расчета степени токсического действия загрязнителей Чем больше величины ЛКр 50 и ЛКр 0 , тем токсичнее сточная вода, а значит, тем опаснее для окружающей среды ее воздействие. Степень токсичности можно также установить, рассчитав среднее время гибели 50 % дафний в тестируемой воде (ЛТ 50 ). Для этого строят график, откладывая на оси абсцисс время наблюдения, а на оси ординат выживаемость в процентах к контролю. Чем меньше ЛТ 50 , тем токсичнее тестируемая вода. Требования к отчету В отчете привести краткое описание работы, результаты биотести- рования. По полученным данным оценить токсичность воды. Определив графическим методом степень токсического действия рассчитать Выживаемость ЛК 50 lg ЛК 0 кратность разбавления стока, обеспечивающую его полную (ЛКр 0 ) и 50 % (ЛКр 50 ) безопасность. Задания для самоподготовки 1. Что понимают под биотестированием воды. 2. В каких случаях используется биотестирование. 3. Какие организмы служат в качестве тест-объектов 4. Виды биотестов по длительности биотестирования. 5. Токсичность воды. Лабораторная работа № 19 Определение содержания гумусовых веществ в почве Цель работы познакомиться с органическими составляющими почвы, свойствами гумусовых соединений, научиться определять содержание гумусовых веществ в почве. Теоретическое обоснование Почва поверхностный слой литосферы Земли, обладающий плодородием и представляющий собой полифункциональную гетерогенную открытую четырёхфазную (твёрдая, жидкая, газообразная фазы и живые организмы) структурную систему, образовавшуюся в результате выветривания горных породи жизнедеятельности организмов. Жидкая часть, те. почвенный раствор, осуществляет перенос веществ внутри почвы, вынос из неё и снабжение растений водой и раствор нными элементами питания. Газообразная часть, или почвенный воздух, заполняет поры, незанятые водой. Количество и состав почвенного воздуха, в который входят, летучие органические соединения и др, непостоянны и определяются характером множества протекающих в почве химических, биохимических, биологических процессов. Твердая фаза неоднородна и состоит из агрегатов или структурных частей, которые представляют собой совокупность механических элементов. Важной частью почвы является органическое вещество. Органическая часть почвы представляет очень сложный комплекс разнообразных органических веществ. На долю органических веществ приходится в среднем 5 % общего объема твердой фазы почвы. Все органические вещества почвы по своему происхождению, характеру и функциям четко делятся на две большие группы органические остатки и гумус (рис. 7). Рис. 7. Система органических веществ почвы В составе гумуса выделяют три группы соединений – неспецифические органические соединения синтезируются в живых организмах и поступают в почву в составе растительных и животных остатков – промежуточные продукты распада и гумификации – продукты частичного разложения органических остатков, которые по сумме признаком еще не могут быть отнесены к специфическим гумусовым, но уже не являются веществами, характерными для живых организмов – специфические гумусовые вещества образуются непосредственно в почве в результате протекания процессов гумификации. В структуре гумусовых веществ условно выделяют ядерную и периферическую части. Ядерные фрагменты представлены преимущественно циклическими соединениями. Периферические части молекул представляют собой фрагменты, легко расщепляемые при гидролизе. Периферические части относительно обогащены функциональными группами. Периферические части гумусовых веществ содержат разные функциональные группы (карбоксильные, аминогруппы, спиртовые и др, определяющие разнообразные химические свойства и взаимодействие групповых соединений между собой. Наличие функциональных групп определяет многие физико- химические свойства почв в целом поглотительную способность почв, способность связывать и аккумулировать в себе тяжелые металлы, регулировать содержание в почвенном растворе многих компонентов и др. Все виды продуктов взаимодействия неспецифических веществ почвы или специфических гумусовых веществ с минеральными компонентами объединяют в понятия «органоминеральных соединений. Органоминеральные соединения почв делят натри группы Почва Органическая часть почвы органические вещества) Неорганическая часть почвы Живые организмы население почвы, эдафон) Гумус Остатки, не утратившие анатомического строения Промежуточные продукты распада и гумификации Специфические гумусовые вещества Неспецифические гумусовые вещества 66 1) гетерополярные соли образуются в результате протекания реакций нейтрализации гумусовых кислот 2) комплексно-гетерополярные соли образуются в результате образования комплексов гумусовых кислот с подвижными ионами. По способности образовывать комплексные соединения катионы располагаются вряд) сорбционные (глиногумусные) комплексы образуются в процессе взаимодействия гумусовых веществ с кристаллическими или аморфными минералами почв. Гумусовые соединения также способны поддерживать определенное значение рН почвы, проявляя при этом буферные свойства. Окраска почв имеет большое агрономическое значение. Мощный темноокрашенный верхний горизонт свидетельствует о высоком плодородии почвы вследствие накопления значительного количества гумуса. Оборудование и реактивы аналитические весы коническая колба на 100 мл бюретка воронка асбестовая сетка хромовая смесь 0,2 й раствор фенилантраниловой кислоты 0,2 н раствор соли Мора. Порядок выполнения работы 1. Определение категории почвы по ее окраске Размеры навесок почв при определении гумуса берут в зависимости от окраски почвы и предполагаемого содержания в ней гумуса. Почву по содержанию гумуса и цвету можно условно разделить наследующие категории по плодородию (табл. 15). Таблица 15 Категории почвы по окраске, содержанию гумуса и плодородию Окраска почв Содержание гумуса, % Категории Очень чёрная 10–15 Высокогумусная, очень плодородная (m = 0,05 г) Чёрная 7–10 Гумусная, плодородная (m = 0,1 г) Тёмно-серая 4–7 Среднегумусная, среднеплодородная (m = 0,2 г) Серая 2–4 Малогумусная, среднеплодородная (m = 0,3 г) Светло-серая 1–2 Малогумусная, малоплодородная (m = 0,4 г) 2. Определение гумуса Воздушно-сухую почву растереть в фарфоровой ступке и просеять через сито с отверстиями в 1 мм. Навеску почвы осторожно перенести в коническую колбу вместимостью мл и прилить 10 млн раствора хромовой смеси. В горло колбы вставить маленькую воронку, служащую холодильником, и поставить колбу на этернитовую плитку или песочную баню. Содержимое колбы нагревают, не допуская кипения. При нагревании начинается окисление гумуса, заметное по мелким пузырькам выделяющегося С. Часть двухромовокислого калия при этом затрачивается на окисление гумуса КН+ гумус → К + 2Cr 2 (SO 4 ) 3 + 8H 2 O + Затем содержимое колбы охладить, прибавить 2 мл 85 %-ного раствора фосфорной кислоты и 5-8 капель фенилантраниловой кислоты в качестве индикатора. Титровать 0,2 н раствором соли Мора до изменения темно-бурой окраски раствора через фиолетовую и синюю в гряз- но-зеленую. Параллельно необходимо провести холостое титрование. Для этого вместо почвы взять 0,2 г прокаленного песка и поместив его коническую колбу на 250 мл, выполнить опыт в аналогичных условиях. Установлено, что 1 млн раствора соли Мора соответствует такому количеству хромовой кислоты, которое окисляет 0,0006 г углерода. Поэтому количество углерода (%) вычисляют по формуле m К С b a x ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ − = 100 0006 , 0 ) ( , где а – объем раствора соли Мора, затраченный на титрование холостой пробы, мл b – объем раствора соли Мора, затраченный на титрование рабочей пробы после окисления гумуса, мл C – коэффициент пересчета концентрации раствора соли Мора кн коэффициент перевода наг почвы К – коэффициент для пересчета на сухую почву (поправка на содержание гигроскопической воды m – навеска почвы, взятая для анализа, г. Вычислить процентное содержание гумуса из расчета, что в его составе содержится в среднем 58 % органического углерода (1 г углерода соответствует 1,724 г гумуса Гумус (%) = х (%) · 1,724. Окончательные данные состава гумуса в процентах к общему углероду следует вычислять с точностью до одного знака после запятой – такова максимальная разрешающая способность этого метода. Требования к отчету В отчете привести краткое описание работы, результаты определений, сравнительный анализ, сделать вывод о типе исследуемой почвы. Задания для самоподготовки 1. Классификация органических веществ почвы. 2. Какие свойства придает гумус почве 3. Классификация гумусовых веществ. 4. Структура гумусовых веществ. 5. Органоминеральные соединения. Лабораторная работа № 20 Определение емкости катионного обмена почвы Цель работы научиться определять емкость поглощения и сумму поглощенных оснований. Теоретическое обоснование Большую роль в питании растений ив превращении внесенных в почву удобрений играет ее поглотительная способность. Под поглотительной способностью понимается способность почвы поглощать различные вещества из раствора, проходящего через нее, и удерживать их. Различают пять видов поглощения в почве – механическая поглотительная способность обусловлена свойством почвы, как всякого пористого тела, задерживать мелкие частицы из фильтрующихся суспензий – физическая поглотительная способность – это положительная или отрицательная адсорбция частицами почвы целых молекул растворенных веществ – химическая поглотительная способность связана с образованием нерастворимых и труднорастворимых вводе соединений в результате химических реакций между отдельными растворимыми солями в почве (ионами в почвенном растворе – биологическая поглотительная способность связана с жизнедеятельностью растений и почвенных микроорганизмов, которые избирательно поглощают из почвы необходимые элементы минерального питания, переводят их в органическую форму и предохраняют тем самым от выщелачивания – физико-химическая, или обменная, поглотительная способность это способность мелкодисперсных (от 0, 2 до 0, 001 мкм) частиц почвы поглощать из раствора различные катионы. Поглощение одних катионов сопровождается вытеснением в раствор эквивалентного количества других, ранее связанных твердой фазой почвы. Ионообменные свойства почвы связаны с процессом эквивалентного обмена находящихся в почвенном поглощающем комплексе катионов и анионов взаимодействующего с твердыми фазами почвы раствора. Обменными катионами в почвах являются Са 2+ , Mg 2+ , H + , КА. Реакцию обмена, протекающую между обменными катионами и катионами почвенного раствора, можно представить следующей схемой почва Са 2+ + 2 КСl = почва 2 К + СаСl 2 Обменная реакция протекает с большой скоростью и является обратимой. Для ее протекания водном направлении необходимы многократная обработка почвы раствором соли и удаление образующихся продуктов из сферы реакции. Емкость поглощения или емкость катионного обмена – это максимальное количество обменных катионов, которое может удержать почва в обменно-поглощенном состоянии, выраженное в мг-экв/100 г почвы. По поглотительной способности почв предложена следующая градация (табл. 16): Таблица 16 Градация поглотительной способности почв ЕКО, мг-экв/100 г почвы Характеристика Примечание 3-5 Крайне низкая Сильно элювиальные горизонты подзолов 5-10 Очень низкая Пески, песчаные и супесчаные почвы 10-15 Низкая Почвы легкого суглинистого состава 15-25 Средняя В почвах с промывным водным режимом и невысоким содержанием гумуса 25-35 Выше средней Гумусовые горизонты сухостепных и полупустынных почв 35-45 Высокая Чернозёмы 45-60 Очень высокая Среднегумусовые и тучные чернозёмы, гу- мусово-аккумулятивные горизонты ≥ 60 Крайне высокая Отдельные компоненты почвенной массы гумусовые вещества, смектитовые минералы, вермикулит Поглощение анионов почвами в неблагоприятных условиях может приводить к накоплению ряда токсичных веществ. Оборудование и реактивы весы сито фарфоровая чашка 1% раствор AgNO 3 ; фильтр электроплитка 10%, 0,05 ни н растворы раствор H 2 SO 4 ; 0,1 н забуференный раствор BaCl 2 ; этиловый спирт конические колбы стеклянные воронки мерный цилиндр пипетка на 25 мл бюретка на 50 млн раствор NaOH; фенолфталеин. Порядок выполнения работы 1. Определение емкости поглощения Взвесить 10 г почвы, просеянной через сито в 1 мм, поместить ее в фарфоровую чашку и обрабатывать 0,05 н раствором НС до полного разрушения карбонатов. Раствор из чашки перенести на плотный беззольный фильтр. После разрушения карбонатов почву в чашке обработать забуференным до рН 6,5 раствором BaCl 2 до полного насыщения поглощающего комплекса барием, те. тех пор, пока окраска прошедшего через почву раствора хлористого бария от прибавления бромти- молового синего не будет примерно такой же, как в пробе исходного раствора ВаСl 2 Дистиллированной водой отмыть почву и стенки воронки от механически задержанного хлористого бария до исчезновения реакции на хлорид. Для этого 1-2 мл фильтрата, взятого из-под воронки, подкислить мл концентрированной азотной кислоты и добавить 2-3 капли 1% раствора AgNO 3 . Наличие белого осадка свидетельствует о содержании хлорида в растворе. При появлении мутного раствора промывание закончить 88-96% этиловым спиртом, затем поглощенный барий вымыть из почвы 1,0 н раствором HCl до исчезновения реакции на барий. Для осаждения бария фильтрат после нейтрализации 10% раствором аммиака, довести до кипения, прилить 10 мл горячей 10% Н, кипятить 2 минуты и оставить до полного остывания. Осадок О профильтровать через плотный беззольный фильтр, отмыть от избытка серной кислоты горячей водой, подкисленной 10% раствором НС, просушить и взвесить. Емкость поглощения по барию (мг-экв/100 г) вычисляют по формуле 100 588 , 0 ⋅ ⋅ = C a A , где а – масса осадка, определяемая по разности масс фильтра с осадком и сухого фильтра, г 0,588 – множитель пересчета с ВаSO 4 на Ва; 100 – коэффициент пересчета наг почвы С – навеска почвы, г. 2. Определение суммы поглощенных оснований В коническую колбу объемом 250 мл поместить 10 г почвы. К пробе прилить 50 млн раствора HCl, и интенсивно встряхивать в течение мин, после чего дать суспензии отстояться и профильтровать через фильтр синяя лента. Отобрать 10 мл раствора и титровать 0,1 н раствором NaOH в присутствии индикатора фенолфталеина, до появления ярко-розовой окраски, неисчезающей в течение 1 минуты. В случае выпадения осадка полуторных оксидов при титровании с фенолфталеином окраску следует наблюдать в прозрачном слое над осадком. Параллельно провести холостой опыт, используя 10 млн раствора НС. Сумму поглощенных оснований (моль г) вычисляют по формуле, где V 0 – объем 0,1 н раствора NaOH, израсходованного на титрование холостой пробы, мл V – объем раствора NaOH, израсходованный на титрование пробы вытяжки, мл С – концентрация раствора NaOH, 71 моль/л; 100 – коэффициент пересчета наг почвы m – масса навески почвы, соответствующая взятому для титрования объему вытяжки, г. Требования к отчету В отчете представить краткое описание работы, полученные результаты, определить тип почвы по величине емкости катионного обмена, сделать вывод о качестве почвы и о месте ее отбора. Задания для самоподготовки 1. Что понимают под поглотительной способностью почв. 2. Виды поглотительной способности почв. 3. Структура почвенного поглощающего комплекса. 4. Классификация катионов по способности к почвенному поглощению. Величина емкости поглощения некоторых почв. Лабораторная работа № 21 Определение кислотности почв и подвижного алюминия Цель работы определить различные виды кислотности почв и подвижный алюминий в почвах. Теоретическое обоснование Кислотность почвы обусловлена наличием в почве органических и минеральных кислот, кислых и гидролитически кислых солей, а также поглощенных (обменных) ионов Ни А. Различают следующие виды кислотности активная (актуальная) и потенциальная, которая подразделяется на обменную и гидролитическую. Обменная кислотность проявляется при обработке почвы раствором нейтральной соли. Для определения обменной кислотности почву взбалтывают с раствором хлористого калия. При этом ионы калия вытесняют ионы водорода, находящиеся в почве в поглощенном (обменном) состоянии, и занимают их место. Ионы водорода, перешедшие в раствор, соединяются с оставшимися в нем ионами хлора и образуют соляную кислоту, наличие которой можно определить с помощью рН- метра или другим способом. Установлено, что причиной потенциальной кислотности почвы являются как обменные ионы Н, таки ионы А 3+ . Образующийся хлорид алюминия – гидролитически кислая соль, поэтому вводном растворе он расщепляется на кислоту и основание. Обменную кислотность определяют количеством титруемых ионов H + ив вытяжке, приготовленной с помощью раствора нейтральной соли – 1 н КСl. Обменная кислотность характеризуется также величиной рН солевой вытяжки (1 н КСl). Для кислых почв интервал значений рН солевой вытяжки лежит в очень широких пределах – от 2 (иногда менее) до 6. При обработке почвы 1,0 н раствором Кв раствор переходит поглощенные водород и алюминий. Хлорид алюминия вводном растворе гидролизуется с образованием дополнительного количества соляной кислоты. Принцип метода заключается в том, что солевую вытяжку титруют дважды щелочью первую пробу обычным титрованием, вторую предварительно добавив в нее фторид натрия или калия. Первым титрованием определяют сумму ионов Нив солевой вытяжке. При втором титровании, при добавлении фторида натрия ионы алюминия связываются в комплексе AlCl 3 + 6 NaF → 3 NaCl + Na 3 [AlF 6 ] Вычитая из результатов первого титрования результаты второго, получают количество подвижного алюминия. Гидролитическую кислотность определяют титрованием кислоты, нов солевой вытяжке, приготовленной на основании ацетата натрия. Гидролитическая кислотность выше обменной в связи стем, что равновесие ионного обмена в данном случае сдвинуто в сторону более полного перехода обменно-поглощенных ионов Н в жидкую фазу вследствие применения гидролитически щелочной соли (большая степень гидролиза солей алюминия в щелочной среде с образованием осажденного и иона Ни образования слабой уксусной кислоты. Обменная кислотность Al 3+ К + ППК + К ↔ ППК + AlCl 3 + HCl H + К + 3HOH ↔ Al(OH) 3 + 3HCl Гидролитическая кислотность Al 3+ 3Na + ППК + 4CH 3 COONa + 3H 2 O → ППК + Al(OH) 3 + 4CH 3 COOH H + Источником обменного иона Н служат гумусовые кислоты, атак- же угольная кислота. Обменный алюминий извлекается органическими кислотами из кристаллической решетки глинистых минералов и других форм гидроксида алюминия. Валовое содержание алюминия в почве составляет 8-15% Al 2 O 3 , в основном он содержится в составе алюмосиликатов, гидратов и фосфатов, те. в труднорастворимом состоянии. На кислых почвах алюминий может находиться ив обменно-поглощенном состоянии. С формами алюминия связана кислотность почв. В природных условиях явление недостаточности алюминия для растений не отмечено, а вот явления токсического влияния повышенных концентраций этого элемента встречаются довольно широко и распространены по всей Нечерноземной зоне. Негативное влияние алюминия на растения связано, прежде всего, с увеличением кислотности почвы и поступление в растения фосфора и других элементов питания. Начиная с концентрации подвижного алюминия 2-5 мг г почвы, наблюдается угнетение роста растений, а при 10 мг г резко падает урожайность растений и часто гибель. Оборудование и реактивы весы фильтр пипетка на 25 мл электроплитка конические колбы бюретка для титрования 1 н раствор КСl; 1,0 н раствор CH 3 COONa; 0,02 ни н раствор NaOH; 3,5% раствор раствор фенолфталеина. Порядок выполнения работы |