Работа 9. Влияние солей тяжелых металлов на активность микроорганизмов почвы.

Одно из самых важных мест в почвенных экосистемах занимают микроорганизмы. Они являются последней ступенью в большинстве пищевых цепей, т.е. редуценты.

Такие организмы, как плесневые грибки, используют в качестве пищи органические вещества остатков от растений и животных, минерализуя их, делая доступными для растений различные элементы. Тяжелые металлы могут сильно ингибировать их активность.

Оборудование, реактивы, материалы: чашки Петри, цилиндры, пробирки, раствор соли тяжелого металла с концентрацией 0,5 М, фильтровальная бумага, образец почвы.

Ход работы

Из первоначального раствора соли тяжелого металла методом последовательных разбавлений в 5 раз готовятся растворы с концентрацией 0,1 М, 0,02 М, 0,004 М, 0,0008 М, 0,00016 М, 0,000032 М и воды в качестве контроля. 8 мл этих растворов добавляются в чашки Петри, содержащие слой почвы 0,5 см. Поверх почвы накладывают кружок из фильтровальной бумаги. Чашки Петри устанавливаются в темное место, и регулярно поверхность бумаги смачивается, чтобы избежать высыхания. Эксперимент продолжается до тех пор, пока в контрольном варианте желтая плесень грибков Aspergillus или темно-зеленая Trichoderma не займут большую часть бумажного кружка. Тогда кружки бумаги вытаскиваются, осторожно отмываются от комочков почвы. Плесневые грибки в ходе своей жизнедеятельности выделяют различные окрашенные вещества, поглощаемые бумагой, и по размеру окрашивания можно судить об активности плесневых грибков. Изображение пятен переносится на кальку, и определяется площадь окрашивания.

На основании полученных результатов составляется график зависимости активности микроорганизмов от концентрации тяжелых металлов в почве.

Работа 10. Влияние тяжелых металлов на активность водных ракообразных

Водные экосистемы чрезвычайно чувствительны к повышенным концентрациям таких токсических веществ, как тяжелые металлы. Данная работа иллюстрирует действие солей тяжелых металлов на активность таких водных ракообразных, как вислоногие рачки дафнии.

Оборудование, реактивы, материалы: стаканчики, цилиндры, пробирки, раствор соли тяжелого металла с концентрацией 0,5 М, популяция дафний.

Ход работы

Из первоначального раствора соли тяжелого металла методом последовательных разбавлений в 5 раз готовятся растворы с концентрацией 0,01 М, 0,002 М, 0,0004 М, 0,00008 М, 0,000016 М, 0,0000032 М и воды в качестве контроля. Эти растворы в количестве 200 мл наливаются в стаканчики, туда же помещаются дафнии в количестве по 50 рачков. В течение 3 дней наблюдают изменения в поведении рачков, и записываются данные о выживаемости этих животных.

Результаты оформляются в виде графика.

Работа 11. Влияние солей тяжелых металлов на гликолитическую активность дрожжей

Дрожжи являются одними из наиболее изученных биологических объектов, поэтому их удобно использовать и как объекты для токсикологии. Они быстро размножаются. Их активность достаточно просто определить.

Оборудование, реактивы, материалы: стаканчики, цилиндры, пробирки, парафин, раствор соли тяжелого металла с концентрацией 0,5 М, препарат дрожжей.

Ход работы

Предварительно калибруются и выбираются пробирки с одинаковым диаметром. Из первоначального раствора соли тяжелого металла методом последовательных разбавлений в 5 раз готовятся растворы с концентрацией 0,1 М, 0,02 М, 0,004 М, 0,0008 М, 0,00016 М, 0,000032 М и воды в качестве контроля. Эти растворы в количестве 3 мл наливаются в пробирки. Сухие дрожжи распускают в воде, добавляют сахар из расчета 5 г/100 мл и добавляют в пробирки с солями. Парафин расплавляют, и осторожно наливают в пробирки с дрожжами и солями. Когда парафин застывает, он образует плотную пробку. Под пробкой образуется анаэробная среда. В этих условиях дрожжи сбраживают сахар, образуя этанол и углекислый газ. Объем выделившегося углекислого газа пропорционален активности гликолиза. Через заранее определенное по контролю время измеряется величина подъема пробки, которая пропорциональна объему выделившегося углекислого газа.

Результаты оформляются в виде графика зависимости подъема парафиновой пробки от концентрации соли тяжелого металла..

Экологическое нормирование

В общем виде ограничения на выбросы загрязняющих веществ, например, в атмосферу подчиняются требованию непревышения ПДК в любой точке населенного пункта

ΣS(q_i)+C_Ф<пдк

где S(q_i)– функция перехода от величины выброса i-го источника к концентрации, а Сф - фоновая концентрация нормируемого вещества.

Это соотношение дает однозначный ответ о предельной величине выброса лишь при i = 1. В реальной же ситуации имеется весьма большое число возможных комбинаций сокращения выбросов каждым из п источников для соблюдения условия С ≤ ПДК. При решении задачи приходится брать в расчет дополнительные условия приоритетности тех или иных производств.

Санитарно-гигиеническое нормирование недостаточно для защиты окружающей природной среды, ибо определяет загрязнения в среде непосредственного обитания человека. Ориентация на нормативы ПДК совершенно закономерно привела к тому, что проблему их обеспечения стали решать почти исключительно путем более эффективного и целенаправленного рассеивания загрязняющих веществ - разбавления стоков чистой водой, выброса газообразных и аэрозольных компонентов через дымовые трубы большой высоты, что привело к значительному загрязнению более отдаленных от жилья территорий.

Отсюда следует, что ориентация должна быть основана на общем объеме выбросов, определяющих их поступление в атмосферу, почву, поверхностные и грунтовые воды и далее в живые организмы. Этот уровень должен быть таким, чтобы не могли возникнуть недопустимо высокие концентрации токсикантов в критических звеньях природных экосистем. Таким образом, конечной целью экологического нормирования является установление предельно допустимых выбросов загрязняющих веществ и выявление предельных нагрузок, при которых ответная реакция экосистем не выходит за рамки допустимых отклонений.

Для решения этой задачи в общем виде предлагается рассмотреть экосистему, состоящую из п компонентов. Задача нормирования заключается в установлении таких уровней воздействий, ущерб от которых для каждого компонента экосистемы D_i (X_i,C_i) не превышал бы заданной величины D_io:

D_i (X_i,C_i ) < D_io

Подобного рода расчеты привели к выводу, что для достаточно крупных регионов при концентрациях экотоксиканта в атмосфере на уровне ПДК неизбежно происходит накопление в каком-либо компоненте окружающей среды этого токсиканта или продуктов его превращений.

Таким образом, санитарно-гигиенические нормативы во многих случаях не могут соответствовать даже прямой своей задаче - обеспечению безопасности человека. Тем более они не могут быть ориентирами при выполнении природоохранных мероприятий.