Лабораторный практикум по Экологии. В. Г. Шухова Л. М. Смоленская, С. Ю. Рыбина Экология Лабораторный практикум
 Скачать 1.46 Mb.
|
|
1. Определение гидролитической кислотности В колбу объемом 250 мл поместить 20 г воздушно-сухой почвы, просеянной через сито l мм. К почве прилить 50 млн раствора СН 3 СООNа, интенсивно перемешивать в течение 20 мин. Суспензию отфильтровать через складчатый фильтр. Отобрать пипеткой 25 мл фильтрата и перенести в коническую колбу, прибавить 1-2 капли фенолфталеина и оттитровать фильтрат 0,1 н раствором NaOH до слабо розовой окраски, неисчезающей в течение одной минуты. Гидролитическую кислотность (мг-экв/100 г) вычислить по формуле m N а Н 75 , 1 100 ⋅ ⋅ ⋅ = , где а – количество 0,1 н NaOH, пошедшей на титрование фильтрата, мл 100 – коэффициент пересчета наг почвы N – концентрация щелочи 1,75 – поправка на полноту вытеснения ионов водорода т – навеска почвы, соответствующая взятому для титрования объему фильтрата. 2. Определение подвижного алюминия В колбу поместить 40 г сухой просеянной почвы, прилить 100 млн раствора КСl и интенсивно встряхивать смесь в течение 10-15 мин. Солевую вытяжку отфильтровать через складчатый фильтр и определить величину рН (если более 5, то вытяжку подкислить 0,1 н Далее в две конические колбы прилить по 25 мл фильтрата в каждую и кипятить содержимое 5 мин для удаления СОВ одной колбе горячую вытяжку оттитровать 0,02 н раствором NaOH в присутствии 2-3 капель фенолфталеина. Во вторую колбу после кипячения добавить 1 мл 3,5%-ного раствора, охладить и титровать 0,02 н раствором в присутствии фенолфталеина. Содержание алюминия (мг г) вычислить по формуле ( ) m b а А 18 , 0 100 где a – количество NaOH, израсходованное при горячем титрования, мл b – количество NaOH, израсходованное при холодном титровании, мл 100 – коэффициент пересчета наг почвы 0,18 – коэффициент пересчета алюминия в мг (1 млн соответствует 0,18 мг алюминия m – навеска почвы, соответствующая взятому для одного титрования объему жидкости. Требования к отчету В отчете представить краткое описание работы, результаты определения показателей кислотности почвы, сделать выводы о влиянии подвижного алюминия на растительность. Задания для самоподготовки 1. Чем обусловлена кислотность почв. 2. Обменная кислотность, особенности ее определения. 3. Гидролитическая кислотность, особенности ее определения. 4. Источники обменного иона водорода. 5. Влияние алюминия на растения. Лабораторная работа № 22 Оценка состояния загрязненных отходами почв Цель работы используя методы биотестирования дать оценку качества почвы, загрязненной отходами. Теоретическое обоснование Поступающие в почву химические соединения накапливаются и приводят к постепенному изменению химических и физических свойств почвы, снижают численность живых организмов, ухудшают ее плодородие. Наибольшей трансформацией подвергается самый верхний, поверхностный горизонт литосферы. При неправильной эксплуатации почвы безвозвратно уничтожаются в результате эрозии, засоления, загрязнения промышленными и иными отходами. Под влиянием деятельности людей возникает ускоренная эрозия, когда почвы разрушаются враз быстрее, чем в естественных условиях. Главными источниками загрязнения почв являются – жилые дома и бытовые предприятия. В числе загрязняющих веществ преобладает бытовой мусор, пищевые отходы, строительный мусор, отходы отопительных систем, пришедшие в негодность предметы домашнего обихода мусор общественный учреждений – больниц, столовых, гостиниц, магазинов и др – теплоэнергетика. Помимо образования массы шлаков при сжигании каменного угля с теплоэнергетикой связано выделение в атмосферу сажи, несгоревших частиц, оксидов серы, в конце концов, оказывающихся в почве – сельское хозяйство. Удобрения, ядохимикаты, применяемые в сельском и лесном хозяйстве для защиты растений от вредителей, болезней и сорняков. Загрязнение почв и нарушение нормального круговорота веществ происходит в результате недозированного применения минеральных удобрений и пестицидов – транспорт. При работе двигателей внутреннего сгорания интенсивно выделяются оксиды азота, свинец, углеводороды и другие вещества, оседающие на поверхности почвы или поглощаемые растениями. Почву загрязняют нефтепродуктами при заправке машин на полях ив лесах, на лесосеках и т.д.; – промышленные предприятия. В твердых и жидких промышленных отходах постоянно присутствуют те или иные вещества, способные оказывать токсическое воздействие на живые организмы и их сообщества. Например, машиностроительная промышленность выводит в окружающую среду цианиды, соединения мышьяка, бериллия. Твердые отходы в машиностроении образуются в процессе производства продукции в виде амортизационного лома (модернизация оборудования, оснастки, инструмента, стружки и опилок (металлов, древесины, пластмасс и т. п шлаков и золы шламов, осадков и пылей отходы систем очистки воздуха) и др. Количество амортизационного лома зависит от намеченного списания в лом изношенного оборудования и имущества, а также от замены отдельных деталей, в планово-предупредительном ремонте. 55% амортизационного лома на машиностроительных предприятиях образуется от замены технологической оснастки и инструмента. Безвозвратные потери металла вследствие коррозии и истирания составляют примерно от общего количества амортизационного лома. Размеры отходов металла в производстве зависят от количества металла и сплавов, подлежащих переработке, и установленного коэффициента отходов. Отходы машиностроительных предприятий в основном образуются от производства проката (концов, обрезков, обдирочной стружки, опилок, отрезки слитков на ножницах и пилах, окалины и др, производства литья (шлаков и съемов, соров и др механической обработки (высечки, обрезков, стружки и опилок и др) и т. д. На предприятиях машиностроения отходы составляют 260 кг на тонну металла. Основными источниками образования отходов легированных сталей является металлообработка – 84% и амортизационный лом – 16%. Шламы из отстойников очистных сооружений и прокатных цехов содержат большое количество твердых материалов. Концентрация твердых частиц в шламах различна – от 20 до 300 гл. После обезвреживания и сушки шламы используются в качестве добавки к агломерационной шихте или удаляются в отвалы. Шламы термических, литейных и других цехов содержат токсичные соединения свинца, хрома, меди, цинка, а также цианиды, хлорофос и др. Самоочищение почв, как правило, – медленный процесс. Токсичные вещества накапливаются, что способствует постепенному изменению химического состава почв, нарушению единства геохимической среды и живых организмов. Из почвы токсические вещества могут попасть в организмы животных, людей и вызвать тяжелейшие болезни и смертельные исходы. В почвах накапливаются соединения металлов, например, железа, ртути, свинца, меди и др. Ртуть поступает в почву с пестицидами и промышленными отходами. Суммарные неконтролируемые выбросы ртути составляют до 25 кг в год. Выбросы цинка, сурьмы составили по 600 тыс. т, мышьяка – 1,5 млн. т, кобальта – свыше 0,9 млн. т, никеля – более 1 млн. т. Существует два методических подхода для определения токсичности почв. Для экспресс-диагностики используют водные экстракты, содержащие водорастворимые фракции почв. В этом случае биотести- рование выполняют на традиционных для водной токсикологии тест- объектах – ракообразных, инфузориях или водорослях. Токсические свойства почв можно выяснить также при помощи населяющих ее организмов, которые используются в качестве тест-объектов. Для биотестирования фитотоксических свойств почвы используют семена различных культурных растений. Одним из наиболее распространенных является тест с использованием кресс-салата. Кресс-са- лат – это небольшое травянистое однолетнее растение из семейства крестоцветных. Оно хорошо тем, что дает всходы через 2-3 дня после посева, а урожай его можно снимать уже через неделю. Для выполнения теста на определение токсичности почв потребуются чашки Петри, семена кресс-салата и собственно пробы почвы из исследуемого биотопа. Для получения достоверных данных, опыты для каждого из участков биотопа ставят не менее чем в трех повторностях. Оборудование и реактивы емкость 1 л чашки Петри; тест- объекты (семена кресс-салата, дафнии 0,1 н растворы HCl и NaOH. Порядок выполнения работы 1. Биотестирование фитотоксических свойств почвы В чашку Петри внести образец исследуемой почвы, увлажнить его и засеять 25 семенами кресс-салата. Чашки желательно экспонировать в люминостате с режимом 12 ч света ч темноты. Оптимальная температура около С. Период экспозиции должен составлять от 7 до 10 дней. В конце этого периода анализировать следующие показатели) всхожесть семян (% взошедших от общего количества высеянных) длину зародышевого корешка 3) длину побега. О токсичности исследуемых проб почвы судят путем статистического сравнения с контрольными данными. В качестве контроля можно использовать почву того же типа, что ив эксперименте, но отобранную в заведомо незагрязненном биотопе или так называемую искусственную почву. Она представляет собой смесь следующего состава песка, просеянного через сито №70; 20% белой глины 10% сфагнового торфа 2% карбоната кальция. Перечисленные ингредиенты смешиваются в указанных пропорциях и увлажняются дистиллированной водой до ной влажности (определяется повесу. Величину эффекта торможения (%) определить по формуле % 100 k оп k Т L L L Е − = где оп – средняя длина корней (побегов, взошедших семян) в опыте, мм L k – средняя длина корней (побегов, взошедших семян) в контроле, мм. 78 Фитотоксическое действие считается доказанным, если фитоэф- фект составляет 20 % и более. 2. Биотестирование водной вытяжки почвы Водную вытяжку из почвы для биотестирования готовить в соотношении часть почвы и 4 части культивационной воды (допускается использование дистиллированной воды. Вода не должна содержать СО, так как в его присутствие может искажать результаты биотести- рования. Взвесить 20 г пробы почвы в воздушно-сухом состоянии, поместить в колбу и прилить 200 мл культивационной воды. Далее полученную смесь встряхивать в течение 20 мин, после чего отстаивать в течение 15 мина затем профильтровать. Определить величину рН водной вытяжки, значение которой должно находится в диапазоне 6,0-8,0. При необходимости пробу нейтрализовать растворами HCl или NaOH. Биотестируемую пробу водной вытяжки аэрировать в течение 10 мин. В отдельную емкость отобрать 100 мл пробы и посадить 10 особей дафний. Определить выживаемость дафний в течение суток. Параллельно осуществить биотестирование контрольного образца почвы. Рассчитать процент выживших дафний 100 ⋅ − = к т к Х Х Х L , где Х к – количество дафний, выживших в контроле, Х т – количество дафний, выживших в тестируемой пробе. Если полученное значение L ≤ 50 %, то это позволяет сделать вывод о том, что данный образец почвы загрязнен токсичными веществами. Параллельно в подготовленную чашку Петри поместить по 10 семян, прилить 5 мл водной вытяжки и определить эффект торможения. Требования к отчету В отчете представить краткое описание работы, результаты определения фитотоксичности почв, и данные по биотестированию водной вытяжки почвы, сделать выводы о качестве исследуемой почвы и о возможных загрязнениях в случае выявления токсического эффекта. Задания для самоподготовки 1. Источники загрязнения почв. 2. Источники образования отходов в машиностроении. 3. Методы определения токсичности почв. 79 4. Пути миграции ионов тяжелых металлов в почве. 5. Виды тест-объектов, применяемых при биотестировании почв. Лабораторная работа № 23 Оценка акустического и радиоактивного загрязнений окружающей среды Цель работы освоить метод измерения шума и радиоактивности, оценить уровень шума и величину радиоактивности объектов окружающей среды. Теоретическое обоснование Шум – это беспорядочное сочетание звуков различной частоты и интенсивности (силы, возникающих при механических колебаниях в твердых, жидких и газообразных средах. По природе возникновения шумы делятся на механические, аэродинамические, гидродинамические, электромагнитные. Звуковые колебания в воздухе приводят к его сжатию и разрежению. В областях сжатия давление воздуха возрастает, а в областях разрежения понижается. Разность между давлением, существующим в среде в данный момент, и атмосферным давлением, называется звуковым давлением. Поверхность тела, совершающая колебания, является излучателем источником) звуковой энергии, который создает акустическое поле. Для оценки и сравнения звукового давления, интенсивности и звуковой мощности различных источников приняты характеристики их уровней, выраженные в безразмерных единицах (дБ) – децибелах. Увеличение интенсивности звука враз соответствует одному белу (Б Б = 10 дБ. Шкала уровней шума представлена в табл. 17. Основным источником шума в зданиях различного назначения является технологическое и инженерное оборудование. Основными источниками внешнего шума являются транспортные потоки на улицах и дорогах, железнодорожный, водный и воздушный транспорт, промышленные и энергетические предприятия и их отдельные установки, внутриквартальные источники шума (трансформаторные подстанции, центральные тепловые пункты, хозяйственные дворы магазинов, спортивные и игровые площадки и др. Допустимый уровень шума – это уровень, который не вызывает у человека значительного беспокойства и существенных изменений показателей функционального состояния систем и анализаторов, чувствительных к шуму. Соблюдение предельно допустимого уровня шума не исключает нарушения здоровья у сверхчувствительных лиц. Таблица 17 Шкала шумов (уровни звука Децибел, дБ Характеристика Источники звука Ничего неслышно зимний лес в безветренную погоду Почти неслышно шелест листьев Едва слышно шепот человека Тихо тиканье настенных часов. Допустимый максимум по нормам для жилых помещений ночью, с 23 до 7 ч Довольно слышно обычная речь. Норма для жилых помещений днём, с 7 до 23 ч 50 Отчётливо слышно разговор, пишущая машинка Верхняя норма для офисных помещений Шумно громкий разговор Шумно крик, смех Очень шумно мотоцикл с глушителем Очень шумно громкие крики, грузовой железнодорожный вагон 100 Крайне шумно оркестр, раскаты грома Максимально допустимое звуковое давление для наушников плеера Крайне шумно вертолёт Почти невыносимо отбойный молоток Болевой порог самолёт на старте Контузия звук взлетающего реактивного самолета Контузия старт ракеты Шок, травмы ударная волна от сверхзвукового самолёта При уровнях звука свыше 160 децибел - возможен разрыв барабанных перепонок ил г- ких, больше 200 - смерть (шумовое оружие) Методы борьбы с шумом подразделяют на методы по снижению шума в источнике его образования и методы по снижению шума на пути его распространения от источника. В отличие от акустических колебаний, характеризующихся низкой энергоемкостью, радиоактивная ионизация вещества всегда сопровождается изменением его основных физических и физико-химических свойств. Радиоактивность – самопроизвольное превращение атомов одного элемента в атомы других элементов, сопровождающееся испусканием частиц и жесткого электромагнитного излучения. Наиболее значимы следующие типы ионизирующего излучения – коротковолновое электромагнитное излучение (поток фотонов высоких энергий рентгеновское излучение и излучение 81 – потоки частиц частиц (электронов и позитронов, частиц ядер атома гелия, нейтронов и др – осколков деления (тяжёлых частиц, возникающих при делении ядер. Природные источники ионизирующего излучения: спонтанный радиоактивный распад радионуклидов термоядерные реакции, например на Солнце индуцированные ядерные реакции в результате попадания в ядро высокоэнергетичных элементарных частиц или слияния ядер космические лучи. Искусственные источники ионизирующего излучения искусственные радионуклиды ядерные реакторы ускорители элементарных частиц (генерируют потоки заряженных частица также тормозное фотонное излучение рентгеновский аппарат как разновидность ускорителей, генерирует тормозное рентгеновское излучение. Эффективность взаимодействия ионизирующего излучения с веществом зависит от типа излучения, энергии частиц и сечения взаимодействия облучаемого вещества. Важные показатели взаимодействия ионизирующего излучения с веществом – линейная передача энергии (ЛПЭ), показывающая, какую энергию излучение передаёт среде на единице длины пробега при единичной плотности вещества – поглощённая доза излучения, показывающая, какая энергия излучения поглощается в единице массы вещества. В Международной системе единиц СИ единицей поглощённой дозы является Грэй (Гр, численно равный поглощённой энергии в 1 Дж на 1 кг массы вещества. Иногда встречается устаревшая внесистемная единица рад доза, соответствующая поглощенной энергии 100 эрг на 1 грамм вещества. 1 рад = 0,01 Гр. Также широко применяется устаревающее понятие экспозиционная доза излучения – величина, показывающая, какой заряд создаёт фотонное- или рентгеновское) излучение в единице объёма воздуха. Для этого обычно используют внесистемную единицу экспозиционной дозы рентген (Р доза фотонного излучения, образующего ионы с зарядом вед. заряда СГСЭ (⅓·10 −9 кулон) в 1 см воздуха. В системе СИ используется единица кулон на килограмм (Кл/кг=3876 Р 1 Р = 2,57976·10 −4 Кл/кг). Активность радиоактивного источника ионизирующего излучения определяется как среднее количество распадов ядер в единицу времени. Соответствующая единица в системе СИ беккерель (Бк) обозначает количество распадов в секунду. Применяется также внесистемная единица кюри (Ки). 1 Ки = 3,7·10 10 Бк. Первоначальное определение этой единицы соответствовало активности 1 г радия. Корпускулярное ионизирующее излучение также характеризуется кинетической энергией частиц. Для измерения этого параметра наиболее распространена внесистемная единица электрон-вольт (эВ. Как правило, радиоактивный источник генерирует частицы с определенным спектром энергий. Датчики излучений также имеют неравномерную чувствительность по энергии частиц. Энергия частиц ионизирующего излучения лежит в диапазоне от нескольких сотен электрон-вольт рентгеновское излучение, излучение некоторых радионуклидов) дои выше электрон- вольт (протоны космического излучения, для которых не обнаружено верхнего предела по энергии. Разные типы ионизирующего излучения обладают разным разрушительным эффектом и разным способом воздействия на биологические ткани. Соответственно, одной и той же поглощённой дозе соответствует разная биологическая эффективность излучения. Поэтому для описания воздействия излучения на живые организмы вводят понятие относительной биологической эффективности излучения, которая измеряется с помощью коэффициента качества. Для рентгеновского- и излучений коэффициент качества принят за 1. Для излучения и осколков ядер коэффициент качества 10-20. Нейтроны – 3-20 в зависимости от энергии. Для заряженных частиц биологическая эффективность прямо связана с линейной передачей энергии данного типа частиц (средняя потеря энергии частицей на единицу длины пробега частицы в ткани. Для учёта биологического эффекта поглощённой дозы была введена эквивалентная поглощённая доза ионизирующего излучения, численно равная произведению поглощённой дозы на коэффициент биологической эффективности. В системе СИ эффективная и эквивалентная поглощенная доза измеряется в |