2565

12

за 200 %). Промежуточные градации: при величине проростков 6, 7,5 и около 9 см плодородие принимается соответственно за 125, 150 и 175 %.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ РАСТЕНИЙ К ЗАСОЛЕНИЮ ПОЧВЫ И ВОЗДУХА

Цель работы: изучение засоления почв как экологического фактора развития растений.

На территории нашей страны и сопредельных государств встречаются засоленные почвы, которые особенно характерны для засушливых районов. Наиболее широко распространены засоленные почвы в Казахстане, на юге Западной Сибири, в Среднем и Нижнем Поволжье, в СевероВосточном Предкавказье, среднеазиатских государствах. Эти почвы содержат в своем профиле легкорастворимые соли в количествах, которые могут быть токсичны для растений и почвенных микроорганизмов. Влияние таких солей на растения – мощный экологический фактор, сдерживающий их нормальный рост. В основном засоление почвы в той или иной степени вызывается следующими солями: NaСl, Na2SO4, Na2CО3, NaHCO3, MgCI2, MgSО4 и др.

В районах широкого распространения соленых озер и солончаков (озерные системы Аральского региона Туркмении, озера Тувы, Хакасии) большую роль в переносе солей играют ветровые процессы. При переносе солей ветром на поверхности суши может отлагаться от 2 до 20 т, а иногда и более легкорастворимых солей на 1 км2 . Эти соли попадают на растения и воздействуют на них в виде солевой пыли, в виде растворов (с утренней росой), переносятся на огромные расстояния и выпадают в виде солевых осадков. Из почвенных растворов засоленных почв растения с трудом извлекают минеральные вещества и воду для своей жизнедеятельности. Соли (преимущественно NаCI) также применяются на улицах городов для борьбы с гололедом, их растворы проникают в почву и наносят большой вред растениям.

В процессе выполнения данной работы проводятся два опыта, охватывающие все вышеприведенные случаи повреждения растений. При этом они могут ставиться как отдельно, так и вместе в зависимости от цели и продолжительности занятия (2 или 4 часа). В опытах могут использоваться соли тяжелых металлов, являющиеся сильными загрязнителями биосферы.

Оборудование, реактивы, материалы:

большие пробирки или цилиндры на 100 мл; штативы к пробиркам; мерные пробирки или цилиндры; технохимические весы; разновесы; острая бритва; соли NaCI, Na2CO3; вода; веточки разных растений с 3-4 одинаковыми небольшими листьями (березы, тополя, яблони и др.).

13

Опыт 1.

Опыт имитирует влияние солевых осадков на лист (или выпавшей росы на солевой покров листа), т. Е. действие на лист раствора солей.

Ветки разных видов древесных растений с одинаковым числом листьев выравнивают путем взвешивания, затем погружают на 15 и 30 минут в 5- процентные растворы солей (NaCI, Na2CO3).

Контрольные ветви выдерживают в воде. Для опыта требуется не менее четырех веток каждого вида. После этого срезы быстро обновляют бритвой и ветви ставят в воду (одинаковое количество во всех опытах и контрольных вариантах). Испарение воды из пробирок предотвращают изолированием фольгой. Через одну-две недели (на очередном занятии) производятся оценка состояния растений и измерение поглощенной воды.

Опыт 2.

Опыт имитирует состояние растений и поглощение ими растворов из почв, засоление которых вызвано близко лежащими к поверхности засоленными грунтовыми водами. Приготавливают серию растворов разных солей (NaCI, Na2CO3): 1-, 3-, 5-, 7-, 10-, 20-процентный. Наливают равное количество этих растворов в большие пробирки. Контролем служит вода. Ветви растений взвешивают и уравнивают путем подрезания так же, как и в предыдущих опытах. Сосуды изолируют от испарения воды фольгой. Результаты опыта записываются в виде таблицы (табл. 4).

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7. РАЗЛОЖЕНИЕ ОРГАНИЧЕСКИХ

ВЕЩЕСТВ ПОЧВЫ С ОПРЕДЕЛЕНИЕМ НЕКОТОРЫХ КОНЕЧНЫХ ПРОДУКТОВ

Цель работы: изучение газообразных продуктов минерализации органических остатков (на примере аммиака и сероводорода).

Известно, что в состав органических веществ, поступающих в почву после отмирания растений, микроорганизмов и почвенных животных, входят

14

биогенные элементы: углерод, кислород, водород, азот, фосфор и сера. Под влиянием фауны и микроорганизмов органические остатки, прежде всего, теряют анатомическое строение и в конечном итоге превращаются в аморфную массу. Затем процесс разложения распадается на две стадии – минерализацию и гумификацию. Минерализация – образование из элементоворганогенов газообразных оксидов углерода, водорода, азота, серы, а также твердых оксидов, например, фосфора. Кроме того, при минерализации выделяются и другие газообразные продукты – аммиак, сероводород, метан, фосфин. При минерализации образуются также минеральные соли – нитраты, сульфаты, фосфаты. Образование различных форм газообразных продуктов зависит от условий разложения – аэробных или анаэробных. Гумификация – процесс образования гумуса. Гумус – сложная система органических соединений, состоящих из гумусовых веществ и веществ индивидуальной природы (аминокислот, белков, углеводов, липидов, органических кислот и др.). Основными органическими веществами, входящими в состав поступивших в почву растительных остатков, являются в основном углеродсодержащие соединения (целлюлозы, гемицеллюлозы, лигнин, жиры и некоторые другие). Однако немалую роль играют и азотсодержащие соединения (белки, белкиферменты, нуклеиновые и аденозинфосфорные кислоты), а также другие органические соединения. При разложении азотсодержащих соединений, помимо газообразных продуктов, образуются аминокислоты, а в анаэробных условиях также и жирные кислоты.

Таким образом, продукты разложения отличаются более простой структурой по сравнению с исходными соединениями более сложной природы, но набор элементов в тех и других один и тот же. Поэтому гумусовые вещества, как и исходные органические остатки, имеют в своем составе те же элементы: углерод, кислород, водород, азот, серу, фосфор. Процессы превращения каждого из этих элементов сложные по своей природе. В процессе выполнения данной работы можно изучить образование в почве аммиака и сероводорода.

Круговорот азота определяют окислительно-восстановительные процессы, которые включают азотфиксацию, аммонификацию, нитрификацию и денитрификацию. Они протекают в природе одновременно, но в разных почвах сочетание и интенсивность их различны, что сказывается на различном накоплении азота, который почти полностью (95–98 %) входит в состав органического вещества почвы. На одной из стадий превращения азота в аэробных условиях образуется свободный аммиак. В почве сера также претерпевает разнообразные химические и биологические превращения, переходя из неорганических соединений в органические и обратно. Цикл превращений се-

15

ры, как и азота, включает окислительные и восстановительные звенья. На одной из стадий восстановления образуется сероводород.

Оборудование, реактивы, материалы:

весы технохимические; термостат; пробирки; ватные пробки; химические стаканы; чашки Петри; NaHCO3; 5-процентный раствор Pb(NO3)2 или Рb(СН3СОО)2; реактив Сальковского; реактив Эрлиха; нингидриновый реактив; реактив Несслера; почва с высоким содержанием гумуса; свежие листья люпина или засушенные листья других бобовых; рыбная, мясная мука или кусочки мяса, рыбы (как имитация отмершей почвенной фауны).

Порядок выполнения работы

Проследить разложение в почве зеленого удобрения, для чего наполнить химический стакан на 100 мл почвой и закопать в нее несколько кусочков зеленых стеблей и листьев многолетнего люпина, гороха, фасоли. Можно использовать распаренные в воде сухие части бобовых растений летнего сбора. Закрыть стаканы крышкой от чашки Петри, поместить в термостат при температуре 25–30° С на одну-две недели, поддерживая нормальную влажность почвы в течение опыта (60 % от полной влагоемкости), не переувлажняя ее. Отфильтровать часть культурального раствора из пробирок, в которых происходило разложение животных белков. Обратить внимание на образование плохо пахнущих продуктов (сероводород – запах тухлых яиц, индольные соединения и др.).

Обнаружить образование аммиака добавлением к 1 мл культурального раствора 2-3 капель реактива Несслера. Для этого удобно использовать часовое стекло, помещенное на лист белой бумаги, или фарфоровую чашку. Пожелтение раствора свидетельствует о наличии аммиака, образовавшегося при разрушении белков. Обнаружить наличие сероводорода по почернению свинцовой бумажки над раствором или при опускании ее в раствор. Накапать культуральный раствор на фильтровальную или хроматографическую бумагу микропипеткой с оттянутым носиком (10–20 капель в одну точку), подсушить над вентилятором, капнуть реактива Сальковского, Эрлиха или нингидринового реактива. Подогреть над плиткой. Индольные соединения с реактивом Сальковского дают синее, красное, малиновое окрашивания в зависимости от состава индольного продукта (ауксин, индолилуксусная ки-

слота дает красное окрашивание). Реактив Эрлиха дает с индольными производными пурпурное окрашивание. Нингидриновый реактив – это реакция на аминокислоту триптофан (предшественник индольных ауксинов). При подогреве – синее окрашивание.

16

Извлечь из почвы кусочек мяса или рыбы вместе с почвой, прилегающей к кусочку, поместить в стаканчик, налить немного воды, помять стеклянной палочкой, взболтать, отфильтровать.

Определить в фильтрате аммиак, сероводород, индольные вещества вышеуказанными методами. Сходные процессы происходят в почве при перегнивании отмерших почвенных животных.

Извлечь из почвы полуразложившиеся стебли люпиновой зеленой 16А16ясы, очистить от почвы и растереть с небольшим количеством воды. Отфильтровать 1-2 мл раствора и сделать пробу на аммонийный азот, освобождающийся при минерализации растительных белков (с реактивом Несслера). Сходные процессы происходят в почве при запахивании зеленого удобрения или органических остатков в виде навоза, торфа, сапропеля и др.

Определить наличие сероводорода, индольных веществ, триптофана. Поместить на предметное стекло каплю культуральной жидкости из пробирки, где происходило разложение животного белка, и изучить ее под микроскопом. Обнаруживаются многочисленные микроорганизмы, вызывающие разложение органических веществ. Часто они энергично движутся и червеобразно изгибаются.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 8. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗАСОЛЕННОСТИ ПОЧВ

ГОРОДСКИХ УЛИЦ ПО СУХОМУ ОСТАТКУ ВОДНОЙ ВЫТЯЖКИ Цель работы: выявить роль антропогенного засоления городских почв как экологического фактора развития растений-озеленителей.

Почвы городских территорий часто подвергаются засолению в случае использования для полива растений вод повышенной минерализации. Кроме того, немаловажным источником засоления является поваренная соль, используемая для борьбы с гололедом. Натрий этой соли входит в состав почвенного поглощающего комплекса, и вследствие этого почвы приобретают неблагоприятные для растений-озеленителей, особенно, например, для лип, которые произрастают вдоль дорог, свойства. Хлорозы и некрозы листовой пластинки под действием солей наблюдаются чаще всего во второй половине лета и начинаются с края листа, постепенно распространяясь на всю листовую пластинку. Живая ткань постепенно отмирает, и листья преждевременно опадают. Однако это явление не специфично и может наблюдаться под 16А16яянием других факторов (загрязнение воздуха газами, ухудшение водного режима почв и растений).

Оборудование, реактивы, материалы:

17

Рн-метр (для установления щелочности водной вытяжки); весы технохимические; колбы на 500 мл; воронки; стеклянные палочки; ступки; сито с ячейкой 1 мм; чашечки выпарительные; водяная баня; фильтры; сушильный шкаф; дистиллированная вода, не содержащая СО2.

Задание:

1.Приготовить водную вытяжку.

2.Определить сухой остаток вытяжки.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 9. КАЧЕСТВЕННОЕ РАСПОЗНАВАНИЕ

МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ КАК ВОЗМОЖНЫХ ЗАГРЯЗНИТЕЛЕЙ ПОЧВ И СЕЛЬХОЗПРОДУКЦИИ

Цель работы: изучить свойства наиболее распространенных удобрений, которые могут быть загрязнителями при ненормированном применении.

Неправильное и избыточное внесение минеральных удобрений, способы их хранения являются причиной загрязнения почв и сельхозпродукции. Воднорастворимые формы азотных удобрений стекают в пруды, реки, ручьи, достигают грунтовых вод, вызывая повышенное содержание в них нитратов, что неблагоприятно сказывается на здоровье человека. Очень часто удобрения вносят в почву неочищенными, что является причиной загрязнения почв радиоактивными (например, изотопами калия при использовании калийных удобрений), а также токсическими веществами. Различные формы суперфосфатов, обладая кислой реакцией, способствуют подкислению почвы, что нежелательно для районов, где значение Рн почвы пониженное. Избыточное количество фосфорных удобрений, стекая в стоячие и медленно текущие воды, вызывает развитие большого количества водорослей и другой растительности, что ухудшает кислородный режим водоемов и способствует их зарастанию.

В ряде случаев удобрения перевозятся без надлежащей упаковки, хранятся без укрытий на окраинах полей, где они слеживаются, загрязняются и становятся по внешнему виду весьма схожими между собой. В связи с этим современный эколог должен уметь распознавать удобрения по простым качественным реакциям.

Оборудование, реактивы, материалы:

Рн-метр; пробирки (10 шт.); небольшие ступки с пестиками; капельницы или индивидуальные пипетки для каждого реактива; щипцы муфельные; пинцеты длинные; электроплитка; газовая горелка или спиртовка; индикаторная бумага; дистиллированная вода; 8-10-процентная щелочь КОН или NaOH; 5-про- центный раствор хлористого бария; концентрированная НСl; 2-% НСl;

18

уксусная кислота (ледяная, разбавленная в 10 раз); 1-2-% раствор азотнокислого серебра; раствор йода в йодистом калии (20 г KI растворяют в

20 мл дистиллированной воды, добавляют 6,35 г кристаллического I). Раствор переносят в мерную колбу на 50 мл, доводят до метки); четыре вида (или более) наиболее распространенных удобрений (без подписей).

Общие сведения о наиболее распространенных удобрениях Азотные удобрения

Аммиачная селитра (NH4NO3) и мочевина (NH2CONH2), сульфат аммония (NH4SO4), нитрат кальция (Ca(NO3)2) и нитрат калия (KNO3).

Фосфорные удобрения Простой гранулированный суперфосфат (Са(Н2РО4)2) и двойной гранулиро-

ванный суперфосфат (СаНРО4), фосфоритная мука (Са3(РО4)2). Калийные удобрения

Хлористый калий (KCl), азотнокислый калий (KNO3) или сульфат калия (K2 SO4), а также двойные удобрения: сильвинит (KCl-NaCl) и калимаг (K2SO4 –

2MgSO4).

Известковые удобрения К ним относятся известковые материалы, содержащие не менее 50 % СаСО3:

известковая мука из туфа, доломитовая мука, мел, известь озерная и др. Действие их заключается в нейтрализации почвенной кислотности, улучшении условий для жизнедеятельности микроорганизмов и физических свойств почвы.

Физические и химические свойства удобрений 1.Внешние признаки

Консистенция. Удобрение может быть кристаллическим (мелко- и крупнокристаллическим), аморфным, а также в виде гранул. К кристаллическим удобрениям относятся все азотные (за исключением цианамида кальция) и все калийные, к аморфным – все фосфорные и известковые. Фосфорные удобрения часто гранулируются (суперфосфаты).

Цвет удобрения устанавливается путем тщательного осмотра. Признак может несколько изменяться при транспортировке, при загрязнении пылью, а также в зависимости от технологии производства. Очищенные удобрения имеют характерный цвет.

Запах. Почти все удобрения имеют запах, но часто не стойкий, лишь цианамид кальция пахнет керосином.

2.Растворимость в воде В пробирку помещают 1-2 г удобрения, добавляют 15–20 мл дистиллирован-

ной воды и хорошо взбалтывают. Наблюдают следующие градации: а) полностью растворимо; б) растворимо (растворяется не менее половины взятого

19

удобрения); в) слаборастворимо (растворяется менее половины взятого удобрения); г) нерастворимо.

Если при взбалтывании образовалась обильная муть, заполнившая пробирку, то удобрение слаборастворимо. К полностью растворимым и растворимым удобрениям относятся все азотные удобрения, а также калийные. К нерастворимым или слаборастворимым удобрениям – все фосфорные и известковые. Если удобрение растворилось полностью, то раствор разливают в пробирки и выявляют в нем наличие того или иного катиона или аниона.

3. Реакция со щелочью В раствор удобрения прилить несколько капель 8-10-% раствора щелочи

(КОН или NаОН). В присутствии аммиака при взбалтывании ощущается его выделение по специфическому запаху, что является показателем азотного удобрения, где азот представлен аммиачной формой

NH4NО3 + NaOH = NaNO3 + NH4OH; NH4OH → NH3↑ + H2O.

4. Реакция с хлористым барием В пробирку с раствором удобрения прибавить несколько капель 5-% раствора

хлористого бария. При наличии в удобрении иона SO4 выпадает творожистый белый осадок BaSO4 , нерастворимый в уксусной кислоте. Убедиться в нерастворимости осадка, можно добавив кислоту. Образование такого осадка – показатель серосодержащего удобрения (сульфатов).

K2SO4 + BaCl2 = ↓ BaSO4 + 2KCl.

5. Реакция с азотнокислым серебром

К водному раствору удобрения прибавляют 2-3 капли 1-2-% раствора AgNO3, и содержимое пробирки встряхивают. Реакция служит для обнаружения хлора (белый дымчатый осадок AgCl, нерастворимый в уксусной кислоте):

KCI + AgNO3 = AgC l ↓ + KNO3.

Выпадение белого осадка – показатель азотного удобрения, где азот представлен нитратной формой.

Фосфорные удобрения образуют с AgNO3 желтоватый осадок, растворимый в уксусной кислоте:

NH4H2PO4 + AgNO3 = AgH2PO4↓ + NH4NO3.

Реакция с AgNO3 также используется для анализа известковых удобрений. Так, с негашеной и гашеной известью азотнокислое серебро дает бурый осадок закиси серебра, который растворим в уксусной кислоте.

СаО + 2AgNO3 = Ca(NO3)2 + Ag2O↓; Са(ОН)2 + 2AgNO3 = Ca(NO3)2+ Ag2O↓.

6. Реакция с кислотой

20

В пробирку или фарфоровую чашку помещают немного сухого удобрения и капают на удобрение 2-10-% раствор соляной или уксусной кислоты. Если удобрение вскипает от выделяющегося углекислого газа, то оно представляет собой карбонат или содержит значительную примесь карбоната. К таким удобрениям относятся известковые материалы, зола и др.

К2СО3 + 2HCl = 2KCl + Н2О + СО2↑; СаСО3 + 2HCl = СаCl2 + Н2О + СО2↑.

7. Реакция водной вытяжки (использование Рн-метра)

Различные удобрения имеют неодинаковую реакцию: кислую (суперфосфат), щелочную (цианамид кальция, известковые удобрения) или нейтральную (селитры).

Наблюдение физико-химических свойств удобрений записать в виде таблицы (табл. 5).

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 10. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПАРАМЕТРА

ГИДРОЛИЗУЕМОСТИ ГУМИНОВЫХ КИСЛОТ В ПОЧВЕННОЭКОЛОГИЧЕСКОМ МОНИТОРИНГЕ

Проблема экологической устойчивости почв возникает после освоения почв и последующего длительного использования их в земледелии и в связи с поступлением в них различных продуктов антропогенной деятельности. Такими продуктами могут быть, например, тяжелые металлы, гербициды, кислоты при выпадении кислотных дождей и др. Наиболее устойчивой частью почвы считаются гумусовые вещества, так как они образуются в ходе своеобразного естественного отбора. В первую очередь разлагаются слабоустойчивые вещества – белки, углеводы. Лигнинная часть опада наиболее устойчива, поэтому в первую очередь участвует в формировании гумусовых кислот. Среди гумусовых кислот наибольшей устойчивостью отличаются гуминовые кислоты. Поэтому в лабораторных условиях по их отношению к действию, например, минеральных кислот (серной) можно судить об относи-