Главная Обратная связь

Дисциплины:






Визначення сполук хрому



Хром (VI) у вигляді солей-хроматів і дихроматів входять до складу стічних вод гальванічних виробництв, міститься у викидах підприємств, де їх добувають чи використовують. Хром (ІІІ) застосовують у вигляді хромовокалієвих галунів для дублення шкір, тому стічні води підприємств з обробки шкір містять значні кількості хрому.

Саме ці галузі виробництва і є основними забрудниками поверхневих вод. Оскільки Cr(VI) – сильний окисник, значні його кількості можуть змінювати окисно-відновний потенціал вод, спричинювати перебіг численних окисно-відновних процесів, змінюючи режим водойм. Токсичність Cr(VI) значно вища ніж Cr(ІІІ).

Метод визначення базується на утворенні розчинного комплексу хрому з дифенілкарбазидом червоно-фіолетового кольору. Чутливість методу 0,05 мг/л. Визначенню хрому перешкоджають наявні у великих кількостях (понад 200 мг/л) меркурій (ІІ), ванадій, молібден (VI), ферум (понад 1 г/л). Вплив останнього можна частково усунути додаванням фосфатної кислоти. За наявності значних концентрацій мангану під час окиснення персульфатом амонію осаджується оксид мангану (ІV). Його відфільтровують крізь скляну фільтрувальну пластину чи скляну вату.

Хром визначають безпосередньо після відбору проб, оскільки йони CrO42- чи Cr2O72- можуть відновлюватися. Перешкоджає визначенню і колір води.

 

Визначення сполук алюмінію

Незважаючи на значний вміст алюмінію в земній корі (першій серед металів) у вигляді Al3+, він належить до токсичних речовин. Токсичність залежить головним чином від форми алюмінію (ІІІ) в природних водах (малорозчинні чи розчинні солі, комплексні сполуки), розміру іонів (катіони металу можуть утворювати полімерні гідроксокомплекси до складу Al54 (OH)14418+), твердості води. Особливо небезпечний для життєдіяльності гідро біонтів Al(ІІІ) у м’яких водах, тому вчені вважають, що ГДК Al3+ в природних водах залежно від їх твердості мають бути такими:

Твердість, Масова концентрація

ммоль екв/л Al3+ (ГДК), мг/л

<2,6 ≤ 0,05

2,6 – 7,1 ≤ 0,1

> 7,1 ≤ 0,5

Іони алюмінію утворюють з еріохромціаніном R при рН = 5,4 комплексну сполуку фіолетового кольору, що лежить в основі кількісного визначення Al3+.

Визначенню перешкоджають: ферум (ІІІ), який попередньо відновлюють до феруму (ІІ) гідрохлоридом гідроксиламіну; флуориди і значні кількості органічних сполук (їх видаляють випарюванням проби з хлоридною кислотою і прожарюванням залишку); якщо в пробі містять значні кількості фосфатів, алюміній визначають за методикою з 8 – оксихіноліном.

 

Визначення сполук меркурію

Ртуть належить до токсичних металів. Її особливістю є агрегатний стан (рідина) і висока леткість. Ртуть утворює катіони Hg2+ і Hg2 2+ ; більшість солей цього металу нерозчинні у воді, що зменшує їх небезпеку для живих організмів. Однак неорганічні сполуки в природних водоймах та ґрунтових розчинах можуть реагувати з органічними речовинами, утворюючи надзвичайно токсичні органічні похідні, зокрема диметилмеркурій Hg(CH3)2 чи діетимеркурій Hg(C2H5)2.



У природні поверхневі водойми ртуть потрапляє з відходами гальванічних виробництв, відпрацьованими ртутними лампами, що викидаються на звалища. Однак найбільшими джерелами цього токсичного металу є стічні води підприємств, що виробляють меркурійвмісні пестициди та хімічну зброю; використовують ртутні електроди (зокрема, виробництво хлору, гідрогену, гідроксиду та металічного натрію електролізом розплаву чи розчину галіту); виготовляють сухі гальванічні елементи тощо.

ГДК меркурію у питній воді становить 0,005 мг/л, діетилмеркурію – 0,0001 мг/л, у ґрунті – 2,1 мг/кг, середньодобова ГДК парів ртуті в атмосфері населених пунктів становить 0,0003 мг/м3.

Біологічною особливістю меркурію, що зумовлює його небезпеку, є здатність до біоакумуляції по ланцюгах живлення: вміст меркурію в організмах рибоїдних птахів порівняно з водою може бути вищим у кілька тисяч разів.

Метод визначення меркурію базується на утворенні забарвлених комплексів катіонів Hg(ІІ) з кристалічним фіолетовим і подальшим їх екстрагуванням та визначенням оптичної густини розчину.

 

Контрольні запитання

1 Чи потрібен хром для життєдіяльності рослин? Які функції він виконує?

2 Чому в стічних водах, які піддають біологічному очищенню, обов’язково контролюють вміст хрому?

3 Чим можна пояснити залежність токсичності алюмінію (ІІІ) для гідро біонтів від твердості води?

4 Чи впливає рН води на розчинність сполук алюмінію у воді? Яким чином і чому?

5 У якому вигляді алюміній міститься в природних водах?

6 Стічні води яких виробництв містять сполуки меркурію?

7 Чому органічні сполуки меркурію більш небезпечні для живих організмів, ніж неорганічні?

8 Як потрапляє ртуть і її сполуки у повітря, поверхневі водойми, грунт?

 


Нафтопродукти

4.16 Загальна токсичність водного середовища

4.17 Дослідження антропогенної евтрофікації водойм

(самостійне вивчення)

 

Мета:- розвинути у студента навики самостійної роботи зі спеціальною літературою, вміння вибирати головне, узагальнити і систематизувати знання;

- ознайомити студентів з наслідками попадання нафтопродуктів у поверхневі водойми; поняттям загальної токсичності водного середовища, визначити п’ятибальну шкалу токсичності води, проаналізувати наслідки евтрофікації водойм.

 

Завдання: прочитати текст в підручнику Г.О. Білявський, Л.І. Бутченко «Основи екології: теорія та практикум» стр.243-246. Скласти конспект. Відповісти на питання для самоконтролю.

 

Нафтопродукти

Нафтопродукти – це продукти переробки нафти, що складається переважно з вуглеводів у різних співвідношеннях і поділяються на фракції: бензинову (петролейний ефір: лігроїн), газову (газ, газойль) і мазут залежно від температури кипіння й числа атомів карбону.

Вуглеводні надходять у довкілля як з природних джерел (розломи в земній корі та океанічному дні, гниття мертвих організмів в анаеробних умовах, виверження вулканів, виділення рослин), так і з антропогенних (нафтовидобування: нафтопереробка, аварії під час транспортування нафти; стічні води численних підприємств, викиди транспорту).

Нафтопродукти шкідливі для гідробіотнів (особливо якщо містять ароматичні вуглеводні), хоча в природі існує чимало організмів, починаючи від найпростіших, які споживають вуглеводні нафти і нафтопродукти як джерело карбону для створення біомаси, сприяючи тим самим очищенню водойм і ґрунтів. Цю властивість використовують у біологічних методах ліквідації нафтових плям на поверхні Світового океану та суші.

Утворюючи тонку плівку на поверхні води, нафта і нафтопродукти змінюють газовий і температурний режим води; швидкість руйнування, випаровування чи осадження їх компонентів (процеси самоочищення) залежать від легкості і розчинності, стійкості, хімічної активності, природи сполук.

Метод ґрунтується на екстракції ефіророзчинних фракцій нафти і нафтопродуктів з подальшою відгонкою розчинника. Вміст нафтопродуктів визначають за різницею мас склянки з нафтопродуктами і пустої склянки.

Відбирають 100-200 мл стічної води (залежно від концентрацій нафтопродуктів) у ділильну лійку, добавляють хлорид натрію до насичення і екстрагують нафтопродукти, збовтуючи розчин з трьома послідовними порціями по 25 мл кожна. Усі екстракти збирають у невеликий сухий стакан, добавляють 5-10 г безводного хлориду кальцію, збовтують і через 15 хв ефірний розчин фільтрують в інший, попередньо висушений і зважений стакан.

Хлорид кальцію промивають кілька разів великими порціями ефіру і приєднують до основного розчину, пропускаючи крізь той самий фільтр. Ефір відганяють на водяній бані за температури води 45-500С. Нафтопродукти в стакані доводять у сушильній шафі за температури 500 до постійної маси і зважують.

Масову концентрацію нафтопродуктів ху стічній воді обчислюють за формулою:

 

х= ((a-b)*1000*1000)/V,

 

де а - маса стакана з нафтопродуктами, г;

b - маса пустого стакана, г;

V - об’єм стічної води, взятої для аналізу, мл.

Загальна токсичність водного середовища

З метою спостереження за зміною якості вод поверхневих водойм у природних умовах чи після надходження в них стічних вод використовують біотестування. Тест – організмом є дафнія – жителька прісних водойм, за виживанням та поведінкою якої оцінюють загальну токсичність водного середовища.

Залежно від мети експерименту проби відбираються через різні інтервали часу: щодоби, через 3 доби, щотижня, щомісяця. Температура води 17-220 С.

 

Токсичність води оцінюють за п’ятибальною шкалою:

§ 1 бал – вода надгостротоксична(впродовж доби чи швидше гине 100% дафній);

§ 2 бали – вода гостротоксична (100% дафній гине впродовж 5 діб);

§ 3 бали – вода токсична(впродовж 5 діб гине 70% дафній);

§ 4бали – вода малотоксична(гине не більше 30% дафній впродовж 5 діб);

§ 5 балів – вода умовно токсична (виживає 100% дафній, які за зовнішнім станом і поведінкою не відрізняються від контрольних).

У 10 склянок наливають по 100 мл досліджуваної води (з водойми чи стічної) і в кожному поміщають по дві дафнії. Контролем слугує вода з чистої ділянки водойми. Бажано відбирати проби води на різній відстані від місця скидання стічних вод, щоб встановити розбавлення стічних вод природними з метою досягнення найбільшого рівня токсичності.

Проводяться кілька серій експериментів, в кожній з яких проби стічної води розбавляють у склянках природною водою з умовно чистих ділянок у 5, 10, 100, 500 разів. Як і в попередньому експерименті в склянки поміщають дафній і спостерігають за ними впродовж 5 діб при кімнатній температурі.

Співвідношення об’єму стічної і природної води, що забезпечують рівень токсичності води у 5 балів, вважається за оптимальне.

Щоб оцінити токсичність розчинених речовин, що потрапляють у водойму з ґрунту при руйнуванні берегів чи з поверхневим стоком, біотестують водну витяжку ґрунту, взятого з різних місць.

Роблять висновки щодо загальної токсичності водного середовища, зумовленого скиданням у водойму промислових, сільськогосподарських чи побутових стічних вод або надходження забрудників із поверхні внаслідок випадання атмосферних опадів.

 

 

Дослідження антропогенної евтрофікації водойм

Евтрофікація водойм – це збільшення первинної продуктивності водойм при підвищенні концентрації у воді біогенних елементів, переважно сполук фосфору і нітрогену. „Цвітіння” води зумовлюють синьозелені водорості (ціанобактерії) та планктонні водорості: мікроцистіс, анабена, евглена зелена, хламідомонада тощо, які є індикаторами евтрофікації.

Загибель водоростей і подальше гниття викликає зниження рівня кисню у воді, гіпоксичні умови, загибель гідробіонтів.

Масове розмноження водоростей внаслідок діяльності людини (скидання стічних вод, поверхневий стік із сільськогосподарських угідь, надходження біогенних елементів із повітря) змінює не лише хімічний склад води та біологічне розмаїття видів, а й зумовлює зменшення прозорості води і температурний режим водойми.

Визначають за допомогою диску Секкі прозорість води (глибина, на якій видно диск), що пов’язана з біомасою фітопланктону такою залежністю:

 

Н = ;

 

Звідки

Сфі т =

 

де Сфіт – вогка біомаса фітопланктону, мг/л;

Н – прозорість води згідно з диском Секкі, м.

Якщо величина Сфіт перевищує5 - 6 мг/л, це вказує на антропогенне евтрофування водойм.

Підставляючи значення прозорості у наступне рівняння, визначають масу сестону Ссес (все, що зависає у воді – організми планктону, їхні залишки, або детрит; органічні частки алохтонного походження, тобто ті, що потрапили у водойму ззовні, завдяки виносу з ґрунтів та скидання стічних вод):

 

Ссест = 6,03 • Н - 0,932 ,мг/л.

 

Порівняння маси сестону і фітопланктону дає змогу відрізнити евтрофування водойм від забруднення його алохтонними завислими речовинами.

Суху масу фітопланктону Ссух визначають за формулою:

 

Ссух =

 

За величиною прозорості води наближено визначають концентрацію хлорофілу „а” Схл, що містяться у фітопланктоні:

 

Схл = 57,7 • Н - 2,17, мг/м3 води.

 

За показниками Схл, Сфіт, Ссест, Ссух та даним табл. 4.1 та 4.2, можна наближено визначити швидкість виділення кисню фітопланктоном, а також кількість кисню та енергетичні витрати, необхідні для розкладання органічних залишків гідробіонтів.

Таблиця 4.6

Перехідні коефіцієнти для фітопланктону

Показник Сорг, 1мг Суха органічна речовина, 1мг Кисневий еквівалент, 1мл Вогка маса, 1мг Суха маса, 1мг
С орг, мг 1,0 0,43 0,53 0,024 0,30
Суха органічна речовина, мг 2,3 1,00 1,20 0,055 0,69
Кисневий еквівалент, 1 мл 1,9 0,83 1,00 0,046 0,57
Вогка маса, мг 42,1 18,00 22,00 1,000 13,00
Суха маса, мг 3,3 1,40 1,80 0,080 1,00

Таблиця 4. 7

Перехідні коефіцієнти для енергетичних або кисневих показників

Співвіднесений показник Еквівалент
1г сухої маси фітопланктону або вищої водяної рослинності 19,2 кДж або 1г кисню
1 г сухої маси водяних тварин 3,01 кДж
1 мг Сорг 44,77 Дж або 2 мг органічної речовини або 3,15 мг кисню
1 мг кисню 0,69 мл органічної речовини або 1,1 мг СО2 або 0,3 мг Сорг
1 мл кисню 20,3479 Дж
1мг хлорофілу «а» 7 мг кисню/год, або 9,6 мг СО2/год
1 г органічної речовини фітопланктону 21,3527 кДж або 1,5 г кисню
1 г органічної речовини водяні тварини 23,1274 кДж
1 мг маси бактерій 4,1868 кДж

Запитання для самоконтролю

1. Які токсичні речовини входять до складу стічних вод?

2. Які процеси сприяють самоочищенню вод природних поверхневих водойм?

3. Що Ви знаєте про визначення загальної токсичності водного середовища7

4. Що таке евтрофікація водойм?

5. Що зумовлюють ціанобактерії?

6. Чому поверхневий стік з полів посилює евтрофікацію водойм?

7. Які наслідки попадання нафтопродуктів до поверхневих водойм?

8. Як обчислюють масову концентрацію нафтопродуктів у стічній воді?

 


Модуль 5

ВИЗНАЧЕННЯ ЕКОЛОГІЧНОГО СТАНУ ҐРУНТІВ

 

5.1 Загальні відомості

(лекція)

Мета: надати загальні відомості про екологічний стан ґрунтів, ознайомитися з особливостями вивченням екологічного стану ґрунтів, вмістом органічної речовини та гідролітичною кислотністю ґрунтів.

 

План

1. Особливості вивчення екологічного стану ґрунтів.

2. Вміст органічної речовини.

3. Гідролітична кислотність ґрунтів.

4. Потенційна та актуальна кислотність.

 

Особливості вивчення екологічного стану ґрунтів

У ґрунтовому моніторингу визначають вологість, вміст гумусу, обмінну здатність ґрунтового вбирного комплексу, рН, забруднення нітратами, пестицидами, нафтопродуктами, важкими металами, активність ґрунтової фауни, яка має надзвичайно важливе значення у формуванні ґрунту і забезпеченні його родючості.

Особливістю вивчення екологічного стану грунтів, на відмінну від атмосфери і вод, є необхідність ранньої діагностики порушень: засолення, закислення, забруднення, зміни структурно - механічних характеристик.

Для ґрунтів характерна зональність – сусідні ділянки можуть мати різний хімічний склад, що зумовлено рослинністю, глибиною залягання ґрунтових вод, материнською породою, освітленістю тощо. Тому при аналізі ґрунтів відбирають середню пробу, що характеризує ґрунт на певній території.

Дистанційними методами користуються для отримання оперативних даних про температуру, вологість, засоленість, вміст гумусу у вертикальному розрізі ґрунту, товщину снігового покриву, стан рослинності.

З цією метою визначають діелектричну проникність та електропровідність, які залежать від типу, вологості, хімічного складу ґрунту. Глибині проникнення електромагнітних хвиль з l = 30 м для піщаних сухих і вологих ґрунтів становлять відповідно 50м і 1м; при l = 2,8 - 3,4 і 6 - 7 мкм спостерігається селективне поглинання хвиль молекулами води, тоді як при

l = 4 - 5 мкм воно зумовлене рослинним пігментом хлорофілом.

Радіоактивність, визначена аерометодами, характеризує тип ґрунту: для чорноземних і каштанових ґрунтів вона вища, ніж для лісових і підзолистих; концентрація радіонуклідів зростає при збільшенні частки глинистої фракції.

Інформація, отримана дистанційними методами, дає змогу визначити не лише стан ґрунтів, а й стан посівів: біомасу, площу покриття ґрунтів рослинністю, полягання, захворюваність, пошкодження шкідниками, забур’яненість, ступінь розвитку рослин.

 

Вміст органічної речовини в ґрунті

У ґрунті, крім мінеральних, містяться й органічні речовини: розкладені і напіврозкладені мікроорганізмами рештки рослин і тварин, ґрунтовий гумус або перегній. Вміст гумусу в різних ґрунтах різний (у ґрунтах більшості типів не перевищує 5%, у чорноземах 8 - 10%, у болотних ґрунтах 18 - 20%) і зменшується від поверхні вглиб.

Вміст органічних речовин визначають за втратою маси ґрунту під час прожарювання (ВПП), оскільки при 9000С органічні речовини згорають із виділенням СО2, пари води та інших газоподібних продуктів, зокрема NО, NО2, SO2. Однак за цієї температури із ґрунту видаляються, крім органічних речовин, гази, гігроскопічна й кристалізаційна вода, СО2 карбонатів тощо.

Наважку повітряно-сухого ґрунту масою 1 – 2 г, зважену на аналітичних терезах у фарфоровому тиглі, ставлять у холодну муфельну піч і прожарюють при 9000С упродовж 1 - 1,5 год. Потім тигель охолоджують в ексикаторі і зважують. Повторне прожарювання проводять 15 - 20 хв. до сталої маси тигля з пробою ґрунту. ВПП обчислюють за формулою:

 

ВПП = - ω (H2Oгігр.), %

де m1 і m2 – маса тигля з наважкою повітряно-сухого ґрунту до і після прожарювання відповідно, г; g – маса наважки повітряно-сухого ґрунту, г; К – коефіцієнт перерахунку на сухий ґрунт, який визначають за формулою:

 

К = ,

 

де ω(Н2О гігр.) – масова частина гігроскопічної води, %.

Повторюють аналіз з іншими типами ґрунтів і порівнюють вміст органічних речовин у чорноземі, підзолистому ґрунті, сіроземі тощо.

 

Гідролітична кислотність ґрунту

Кислотність ґрунту має велике значення для росту й розвитку рослин, впливає на асиміляцію ґрунтовим обмінним комплексом катіонів важких металів та їх міграцію, доступність засвоєння окремих поживних речовин рослинами тощо (таблиця.5.1).

Так, при випаданні кислотних дощів знищується рН ґрунтового розчину, що може створити несприятливі умови для розвитку рослин; збільшується рухливість йонів металів, що містилися в ґрунті у вигляді малорозчинних солей слабких кислот (карбонати, фосфати, флуориди); зростає можливість накопичення рослинами катіонів важких металів і отруєння травоїдних, а потім хижих тварин і людини внаслідок акумуляції по ланцюгах живлення.

Розрізняють 2 види кислотності ґрунту:

1) актуальну;

2) потенційну.

Актуальна кислотністьвизначається наявністю вільних йонів Н+ у ґрунтовому розчині, її позначають як рН. Потенційна кислотність зумовлена наявністю Н+ у ґрунтово-вбирному комплексі (ГВК) і позначаються Н. Потенційну кислотність поділяють на обмінну і гідролітичну.

Обмінна кислотністьзумовлена рухливими йонами Н+, які можуть бути витіснені з ґрунтово-вбирного комплексу катіонами нейтральних солей (NaCl, КCl та ін.).

Гідролітичну кислотністьвиявляють обробкою ґрунту розчинами солей сильної основи і слабкої кислоти (наприклад, ацетатом натрію СН3СООNа).

Таблиця 5. 1

Оптимальні значення рН для основних сільськогосподарських культур

Рослина рН Рослина рН
Люпин 4,5 - 6,0 Салат 6,0 - 7,0
Гречка 4,7 - 7,5 Озима пшениця 6,0 - 7,5
Чай 4,8 - 6,2 Огірки 6,0 - 7,9
Картопля 5,0 - 5,5 Томати 6,3 - 6,7
Овес 5,0 - 7,7 Яра пшениця 6,3 - 7,6
Морква 5,0 - 7,0 Соя 6,5 - 7,1
Редиска, ріпа 5,5 і більше Бавовна 6,5 - 9,0
Просо 5,5 - 7,5 Капуста 6,7 - 7,1
Тимофіївка 5,6 і більше Столовий буряк 6,8 - 7,5
Льон 5,9 - 6,5 Ячмінь 6,8 - 7,5
Соняшник 6,0 - 6,8 Цукровий буряк 7,0 - 7,5
Кукурудза 6,0 - 7,0 Люцерна 7,0 - 8,0
Горох 6,0 - 7,0 Конопля 7,1 - 7,4
Конюшина 6,0 - 7,0

Контрольні запитання

 

1 Що є особливістю вивчення екологічного стану ґрунтів?

2 Що характерно для ґрунтів?

3 Як визначають вміст органічних речовин у ґрунті?

4 Які чинники впливають на вміст органічних речовин у ґрунті?

5 Які два види кислотності ґрунтів розрізняють? Що Ви можете про них сказати?

 


5.2 Причини втрат ґрунтів

(самостійне вивчення)

 

Мета:- розвинути у студента навики самостійної роботи з літературою, вміння вибирати головне, узагальнити і систематизувати знання;

- проаналізувати причини та наслідки втрат ґрунтів.

 

Завдання: прочитати текст в підручнику Г.О. Білявський, Л.І. Бутченко «Основи екології: теорія та практикум» стр.116-120. Скласти конспект згідно питань приведених нижче. Відповісти на питання для самоконтролю.

 

Ґрунт – це самостійне природне тіло, яке утворилося з поверхневих шарів гірських порід під сукупним впливом тварин, рослин, мікроорганізмів, клімату, води, рельєфу місцевості, часу, діяльності людини. Що спричинює ерозію , підкислення, заболочування ґрунтів? Як відбувається забруднення ґрунтів? Від чого залежить стійкість ґрунту? Відповідайте на ці питання за наступним планом:

1 Процеси, що призводять до втрати ґрунтів.

2 Причини ерозії ґрунтів.

3 Причини підкислення ґрунтів

4 Наслідки заболочування, зрошення, розорювання, перевипасання, зниження лісистості, осушування ґрунтів.

5 Забруднення ґрунтів і розподіл хімічних компонентів.

 

Склавши конспект, закрийте зошит та відповідайте на запитання.

 

Запитання для самоконтролю

 

1 Що називають ерозією ґрунтів?

2 Які наслідки ерозії ґрунтів?

3 До чого призводить заболочування ґрунтів та осушування боліт?

4 Які основні причини підкислення ґрунтів?

5 Що є наслідками розорювання ґрунтів?

6 До чого призводить перевипасання?

7 Які наслідки надмірного зрошення ґрунтів?

8 Що є причиною спустелювання?

9 Які речовини є найпоширенішими забрудниками ґрунтів?

10 Як відбувається розподіл хімічних елементів?

11 Від чого залежить стійкість ґрунтів?

12 Які Вам відомі типи стійкості геосистем?

 

 


5.3 Визначення вмісту нітратів, рухливого алюмінію, купруму та катіонообмінної здатності ґрунтів

(лекція)

Мета: ознайомити студентів з загальними відомостями та методами визначення вмісту нітрогену, купруму, рухливого алюмінію у ґрунтах; з катіонообмінною здатністю ґрунтів.

 

План

1. Вміст нітратів у ґрунтах

2. Катіонообмінна здатність грунтів

3. Рухливий алюміній в ґрунтах

4. Купрум у ґрунтах

 

Вміст нітратів у ґрунтах

Вміст нітратів у ґрунті має велике значення для живлення рослин. Їх змивання поверхневими водами з водойми спричиняє масове розмноження синьо-зелених водоростей, що створює гіпоксичні умови і призводить до загибелі окремих видів гідробіонтів.

Якісне визначення. В пробірку вносять 1 мл водної витяжки ґрунту і додають кристалик бруцину та 2 мл концентрованої Н2SO4. За наявності нітратів розчин набуває рожевого кольору, що переходить у жовтий.

Кількісне визначення. 1200мл водної витяжки ґрунту наливають у фарфорову чашку і випарюють досуха на водній бані. Коли чашка охолоне, додають 1 мл дифенолсульфокислоти і ретельно розтирають з осадом. Через 10 хв додають 10 мл дистильованої води і 3 мл розчину КОН. Після цього вміст чашки переносять у циліндр Геннера і доводять об’єм дистильованою водою до 1000 мл.

Порівнюють інтенсивність забарвлення одержаного розчину зі шкалою.

Масову концентрацію нітрогену нітратів Х в аналізованій витяжці обчислюють за формулою:

Х = , мг/л,

де h1 і h2 – відповідно висота стовпчика рідини в циліндрі Геннера з водною витяжкою ґрунту і розчином KNO3,см; m – кількість розчину KNO3, взятого для приготування еталонного розчину, мл; р – вміст нітрогену нітратів у розчині, мг/мл; V1 - об’єм досліджуваної витяжки, мл.

Показники незабрудненого ґрунту за Фодором, %:

1) масова частка загального нітрогену – 0,0068;

2) аміаку – 0,0057;

3) нітратної кислоти – 0,0126.

Для оцінки санітарного стану ґрунту користуються поняттям санітарного числа – це відношення кількості ґрунтового білкового нітрогену (в мг на 10 мг абсолютного сухого ґрунту) до органічного нітрогену (в тих самих одиницях).

 

Таблиця 5.2.

Санітарне число ґрунту

Стан ґрунту Санітарне число
Сильно забруднений < 0,70
Помірно забруднений 0,70 – 0,85
Слабо забруднений 0,85 – 0,98
Практично забруднений > 0,98

 

До сильнозабруднених ґрунтів належать ті, в яких вміст забруднених речовин у кілька разів перевищує ГДК, спостерігається зниження біологічної продуктивності внаслідок хімічного забруднення, суттєво змінюються фізико – хімічні, хімічні і біологічні характеристики, що зумовлює перевищення норм концентрації токсичних речовин у сільськогосподарській продукції.

Середньозабрудненимиє ґрунти, в яких перевищення ГДК забрудників не викликає видимих змін у властивостях ґрунтів.

До слабозабрудненихналежать ґрунти, вміст хімічних речовин у яких не перевищує ГДК, але він вищий від природного фону.

Коефіцієнт концентрації забраного ґрунту Нс обчислюють за формулою:

Нс = або Нс = , де

С – загальний вміст забруднюючих речовин, мг/кг; Сф – їх середній фоновий вміст, мг/кг; Сгдк – гранично допустима концентрація забруднюючих речовин у ґрунті, мг/кг.

 

Катіонообмінна здатність грунтів

Попередні дослідження. Карбонатність ґрунтувстановлюють методом спостереження за виділенням СО2 при додаванні кількох крапель 10%-го розчину хлоридної кислоти до проби масою приблизно 1г. Якщо проба спінюється внаслідок виділення вуглекислого газу, визначення обмінної здатності не проводять.

Гіпсоносність визначають якісною пробою на наявність сульфат-іонів у хлориднокислотній витяжці. До 1-2 г ґрунту або донних відкладів додають 15 мл розчину НСl, С=0,1 моль/л, збовтують 2 хв і фільтрують.

До фільтрату додають декілька крапель 5%-го розчину хлориду барію. За наявності сульфат-іонів утворюється білий осад сульфату барію. Для гіпсоносних ґрунтів визначення катіонообмінної здатності обмежується встановленням ємності вбирання, від значення якої віднімають масову частку водорозчинного кальцію і калію, що входить до складу гіпсу СаSO4 • Н2О.

Засоленість ґрунтуперевіряють якісною пробою на наявність хлорид- та сульфат-іонів у водній витяжці за допомогою нітрату аргентуму і сульфату барію. Якщо ці йони містяться в ґрунті, під дією зазначених реагентів випадають осади. Під час визначення обмінних катіонів у засолених ґрунтах пробу попередньо промивають дистильованою водою для видалення водорозчинних солей (до негативної реакції на йони Сl- і SO42- - відсутності каламуті).

 

Рухливий алюміній

Алюміній, який у складі земної кори посідає третє місце за вмістом після кисню і силіцію, перебуває переважно у вигляді алюмосилікатів різного складу, оксиду, гідроксиду, фосфату, фториду; утворює малорозчинні комплекси з гуміновими й фульвіновими кислотами.

При зниженні рН ґрунтових вод зростає рухливість алюмінію завдяки збільшенню розчинності сполук, посилюється надходження Аl3+ в рослини, що може спричинити концентрування катіонів цього металу, порушення процесів росту.

Метод визначення рухливого алюмінію ґрунтується на утворенні забарвленого комплексу алюмінію з хромазуролом і колориметруванні розчину. Вплив феруму усувають відновленням його до двовалентного стану аскорбіновою кислотою. Для створення слабкокислотної реакції (рН=5,8), оптимальної для появи забарвлення, використовують ацетатний буфер.

До 1 мл витяжки ґрунту розчином КCl з концентрацією 1 моль/л доливають 25 мл 0,02%-го розчину аскорбінової кислоти, перемішують, додають 25 мл робочого забарвлювального розчину, знову переміщують.

Фотоколориметрування проводять у кюветі з товщиною світлопоглинального шару 1 см при жовто-зеленому світлофільтрі (l=545 нм) не раніше, ніж через 10 хв, і не пізніше, ніж через 30 хв після одержання забарвленого розчину. Оптичну густину вимірюють відносно „нульового” розчину зразкової шкали.

Вміст рухомого алюмінію в аналізованому ґрунті визначається за калібрувальним графіком.

 

Купрум

Купрум один з мікроелементів, необхідних для життєдіяльності живих організмів. У ґрунті його вміст 15-20 мг/кг. Рослини здатні накопичувати катіони купруму, особливо за умов високої вологості ґрунтів.

Мідь належить до важливих металів (умовна назва хімічних елементів з атомною масою понад 50 а.о.м; іноді до них відносять елементи, густина яких перевищує 7-8 г/см3, крім благородних і рідкісних).

За великих концентрацій важкі метали токсичні для ґрунтової фауни і рослин, оскільки діють як ферменти отрути, змінюючи метаболізм; впливають на проникність клітинних мембран; заміщують життєво важливі йони тощо.

За Алексеєвим ряд фітотоксичності важких металів такий:

Ni2+<Cu2+<Cо2+<Mn2+<Zn2+

Антропогенними джерелами купруму є металургія, гірничо-добувна і збагачувальна промисловість, гальванічні виробництва, ТЕС, засоби боротьби зі шкідниками і хворобами сільськогосподарських культур.

Визначення купруму базується на утворенні комплексу з діетилдитіокарбонатом жовтого кольору, подальшій його екстракції і фотометруванні органічного шару. Оскільки визначенню заважають інші катіони металів, аналіз проводять при певному рН за наявності цитратної кислоти, яка зв’язує Fe3+; Zn2+; Mn2+ у безбарвні комплекси, що залишаються у водній фазі.

 

Контрольні запитання

 

1 Назвіть природні та антропогенні джерела нітратів у ґрунті.

2 Як нітрати використовуються рослинами?

3 Що називають санітарним числом?

4 Чому ґрунти називають геохімічним фільтром?

5 В якому вигляді алюміній міститься в ґрунті?

6 Які антропогенні джерела надходження алюмінію в ґрунт Ви знаєте?

7 Назвіть основні джерела надходження купруму в ґрунт.

8 Що таке фітотоксичність важких металів?

9 Які процеси відбуваються в рослинах за високої концентрації катіонів важких металів у ґрунті?

 


5.4 Дослідження гідрогенсульфуру та залишкової токсичності ґрунту

(самостійне вивчення)

 

Мета:- розвинути у студента навики самостійної роботи з літературою, вміння вибирати головне, узагальнити і систематизувати знання;

- проаналізувати джерела надходження до ґрунтів гідрогенсульфуру, наслідки цього процесу; ознайомитись з методикою визначення залишкової токсичності ґрунтів.

Завдання: прочитати текст в підручнику Г.О. Білявський, Л.І. Бутченко «Основи екології: теорія та практикум» стр.266-268. Скласти конспект. Відповісти на питання для самоконтролю.

 

Гідрогенсульфур у грунтах, забруднених нафтою і нафтопродуктами

H2S – токсичний газ із неприємним запахом; його розчин у воді – сульфідна кислота, більшість солей якої малорозчинні. Гідрогенсульфур утворюється в ґрунті внаслідок діяльності сульфатредукуючих бактерій, при розкладі органічних речовин, розчинені сульфідів при випаданні кислотних дощів. ГДК у ґрунті 0,4 мг/кг.

Антропогенними джерелами гідрогенсульфуру в ґрунті є нафтодобування, нафтопереробка, транспорт, стічні води підприємств по обробці шкур тварин (сульфід натрію додається для видалення волосяного покрову), гальванічні виробництва тощо. Розливи нафти і нафтопродуктів завжди супроводжується забрудненням ґрунтів гідрогенсульфуром та сульфідами.

Метод визначення Н2S полягає в окисленні його йодом, що утворюється при взаємодії йодиду калію з перманганатом калію в кислому середовищі. Залишок йоду, що не прореагував із Н2S, відтитровують розчином Na2S2O3.

Основу методу становлять такі реакції:

10KJ+2KMnO4+8H2SO4=5J2+2MnSO4+

+6K2SO4+8H2O;

 

J2+H2S=S¯+2HJ;

 

J2+2Na2S2O3=2NaJ+Na2S4O6.

 

Цим методом можна визначити від 0,32 до 2300 мг Н2S/кг ґрунту.

 

Залишкова токсичність ґрунту

Визначення показника фітотоксичності ґрунтів здійснюють при проведенні моніторингу хімічного забруднення ґрунтів або з метою оцінки можливостей використання відходів, шламів водоочистки, стічних вод для меліорації та удобрення ґрунтів.

Забруднення ґрунтів відбувається і при внесенні добрив та пестицидів у надмірних кількостях, адже відомо, що лише в Україні з мінеральними добривами в ґрунт потрапляло щороку до 2,2 тис. т цинку, 1,4 тис. т хрому, по 400 т кадмію і кобальту, 200 т купруму, 180 т плюмбуму тощо. Оскільки ґрунт – це складна система, в якій відбуваються численні фізичні, хімічні та біологічні процеси, може виникнути вторинне забруднення, бо відомо, що

· плюмбум і кадмій підвищують токсичність вуглеводнів нафти;

· нітрати збільшують дію радіонуклідів;

· купрум спричинює посилення токсичності окремих пестицидів дитіокарбаматної групи.

Визначення залишкової токсичності ґрунту проводять за методом проростків. Його сутність полягає у пророщуванні насіння в досліджуваному (забрудненому) ґрунті і контрольному (чистому) та визначенні довжини надземної і кореневої систем, маси сухої речовини.

Експеримент проводять при постійній вологості ґрунту (70%) з використанням тест – рослин, насіння яких швидко проростає. Можна здійснити 3 варіанти досліджень:

· у ґрунт вносять речовину – забруднювач;

· порівнюють фітотоксичність чистого і забрудненого ґрунту;

· змішують забруднений і чистий ґрунт, фіксуючи зміну фітотоксичності.

Кількість паралельних дослідів – не менше трьох.

У кожну склянку вносять по 100 г субстрату (суміші або ґрунту), зволожують до 70% і висівають по 10 – 12 насінин тест – рослин. Через три доби склянки виставляють на полиці й освітлюють проростки впродовж 14 годин: з 6 до 20 годину і витримують два тижні, фіксуючи такі показники:

· час появи сходів;

· кількість проростків щодоби;

· загальне проростання насіння;

· масу рослин (рослини акуратно виймають з ґрунту, підсушують на повітрі, звільняють від решток ґрунту і зважують; визначають загальну масу рослин у склянці або роблять перерахунок на одну «середню» рослину).

Порівнюючи експериментальні дані з контролем, розраховують фітотоксичний ефект забруднюючих речовин, використовуючи різні показники:

· масу рослин;

· відсоток пошкоджених рослин;

· відсоток сходів від загальної кількості насінин;

· довжину корінців тощо.

Спостерігають і за кольором рослин та їх морфологічними особливостями.

Виходячи з маси рослин, фітотоксичний ефект ФЕ розраховують за формулою:

 

ФЕ = , %,

де mо – маса контрольної рослини (або всіх рослин в одій склянці з чистим ґрунтом), г; mх – маса рослини (рослин), вирощених в токсичному ґрунті, г.

Провівши ці дослідження на значній території, можна скласти екологічну карту за фітотоксичністю ґрунту.

 

Склавши конспект, закрийте зошит та відповідайте на запитання.

 

Запитання для самоконтролю

 

1 Назвіть природні джерела H2S у ґрунті.

2 Які антропогенні джерела гідрогенсульфуру Ви знаєте?

3 Який вплив на рослини і ґрунтову фауну (прямий та опосередкований) чинить підвищений вміст H2S у ґрунті?

4 Як кислотність ґрунтів впливає на їхню фітотоксичність?

5 Чи можуть забруднювачі ґрунтів сприяти розвиткові рослин? Наведіть приклади, за яких умов це не може відбуватись?

 


5.5 Розпізнавання мінеральних добрив як можливих забруднювачів ґрунтів і природних поверхневих водойм

(самостійне вивчення)

 

Мета:- розвинути у студента навики самостійної роботи з літературою, вміння вибирати головне, узагальнити і систематизувати знання;

- проаналізувати мінеральні добрива як можливі забруднювачі ґрунтів і природних поверхневих водойм.

 

Завдання: прочитати текст в підручнику Г.О. Білявський, Л.І. Бутченко «Основи екології: теорія та практикум» стр. 270-275. Скласти конспект згідно питань приведених нижче. Відповісти на питання для самоконтролю.

 

Добрива – це речовини органічного і неорганічного походження, які вносять у ґрунт для забезпечення живлення рослин. Як поділяють добрива за хімічним складом? До чого призводить невірне або надмірне використання добрив? Відповідайте на ці питання за наступним планом:

1 Класифікація добрив.

2 Наслідки надмірного використання добрив.

3 Азотні добрива.

4 Фосфорні добрива.

5 Калійні добрива.

6 Мікродобрива.

 

Склавши конспект, закрийте зошит та відповідайте на запитання.

 

Запитання для самоконтролю

 

1 Що таке добрива?

2 Які типи добрив Ви знаєте?

3 З якою метою вносяться добрива? Що враховують при визначенні дози внесення?

4 Які негативні наслідки для довкілля має надмірне внесення добрив?

5 Надайте характеристику найбільш вживаним добривам.

 

 


5.6 Основні забрудники ґрунтів

(лекція)

Мета: надати загальні відомості про основні забрудники ґрунтів, такі як мінеральні добрива, пестициди, важкі метали, проаналізувати джерела їх потрапляння до ґрунту, оцінити наслідки цього забруднення.

План

1. Особливості вивчення екологічного стану ґрунтів.

2. Вміст органічної речовини.

3. Гідролітична кислотність ґрунтів.

4. Потенційна та актуальна кислотність.

 

Мінеральні добрива

Для компенсації втрат мінеральних речовин ґрунтом із зібраним урожаєм і підтримання родючості земель вносять добрива – азотні, фосфорні та калійні. При їх внесенні не завжди враховують хімічний склад ґрунту, агротехніку культури, терміни й норми внесення, що призводить до накопичення їх у ґрунті та рослинах, надходження в поверхневі води зі стоком. Азотні і фосфорні добрива сприяють азотфіксації, активують діяльність ґрунтових бактерій, актиноміцетів, грибів, які руйнують рештки рослин і тварин, формуючи гумус.

Накопиченню нітратів у рослинах сприяють:

· високі дози азотних і органічних добрив;

· затінення в разі загущення посівів;

· надмірна вологість і низька температура, посуха;

· пригнічення рослин засобами захисту;

· ослаблення рослин внаслідок ураження шкідниками та захворювань.

У закритому ґрунті нітрати накопичуються більше, тому в теплий період знімають поліетиленову плівку, вносять мікроелементи – бор, молібден, кобальт. Рекомендують вирощувати певні сорти овочів, що не накопичують нітрати, зокрема капусту «Амагер», «Подарунок», «Зимовка», помідор «Волгоградський 5195», моркву «Шантане 2161», цибулю «Стригунівська».

Крім того, добрива часто містять важкі метали та радіонукліди. 1 т суперфосфату містить 0,7 - 0,9 кг плюмбуму, невеликі кількості радіоактивних елементів – урану, радію, торію, 0,3 кг кадмію. (таблиця. 5.3)

Іноді для удобрення земель використовують промислові чи господарсько-побутові стічні води і шлами після реагентного очищення стічних вод.

 

 

Таблиця 5.3.

Метали, які входять до складу засобів хімізації сільськогосподарського виробництва

Засоби хімізації Метали
Фосфорні добрива Купрум, цинк, кадмій, хром, кобальт, плюмбум, нікель, ванадій, стронцій, уран-238, торій-232, радій-226, плюмбум-210, полоній.
Хімічні меліоранти: фосфогіпс     томасшлак       Манган, стронцій, натрій, калій, барій, рідкоземельні елементи   Хром, ферум, плюмбум, кальцій
Пестициди Меркурій, купрум, ферум, алюміній, цинк, станум, плюмбум, арсен.

 

Це може вносити в ґрунти окремі види забрудників, найчастіше – важкі метали (Pb, Zn, Cs, Ni, Co та ін.).

Пестициди

Це збірна назва засобів для боротьби з бур’янами, шкідниками, грибними захворюваннями сільськогосподарських культур тощо. Деякі речовини використовують для одночасного дозріванню врожаю (ретарданти, ауксини), скидання листя перед збиранням (дефоліанти), боротьби з масовим розмноженням водоростей (альгіциди). Найбільше вони потрібні під час вирощування рису, винограду, а також зернових і овочевих культур на поливних землях. Окремі пестициди стійкі в довкіллі, здатні до біоакумуляції, токсичні для людей і тварин (спричинюють отруєння, каліцтва, утворення злоякісних пухлин).

Пестициди, які використовують в Україні, поділяють на три групи:

· препарати рослинного, грибного та бактеріального походження;

· неорганічні препарати, до складу яких входять ферум, купрум та ін.;

· синтетичні органічні препарати, що містять хлор, сульфур, фосфор.

Пестициди останньої групи найнебезпечніші.

У 1983 р. в Росії у сільському господарстві використовувалися 25 кг хімічних добрив на людину; кількість новонароджених з генетичними відхиленнями становила 16,5% загального числа (при 30% генетичних порушень популяції загрожує загибель).

За хімічною природоюпестициди поділяють на:

· хлор-, фосфор- , меркурій-, арсенорганічні сполуки;

· похідні сечовини;

· похідні карбамінової, тіо- і дитіокарбамінової кислот;

· похідні фенолу;

· сульфурвмісні та купрувмусні.

Класифікація пестицидів за величиною ЛД50(при одноразовому надходженні у травний канал):

· сильнодіючі, ЛД50 < 50 мг/кг;

· високоотруйні, ЛД50 = 50-200мг/кг;

· средньоотруйні, ЛД50 = 200-1000 мг-кг;

· малоотруйні, ЛД50 > 1000 мг/кг.

Накопичення пестицидів визначають за коефіцієнтом кумуляції К (відношення сумарної дози, що призводить до загибелі половину піддослідних тварин при багаторазовому введенні, до дози, яка спричинює таку саму загибель при одноразовому введені):

· надакамуляція, К<1;

· виражена кумуляція, К= 1-3;

· помірна кумуляція, К= 3-5;

· слабко виражена кумуляція, К>5.

За стійкістю в довкілліпестициди поділяють на:

· дуже стійкі (не розкладаються впродовж 2 років);

· стійкі (0,5-1 рік);

· помірно стійкі (1-6 міс.)

· малостійкі (переходять у нетоксичні сполуки впродовж 1 міс.).

Незважаючи на пропаганду відмови від пестицидів, їх виробництво зростає. Експерти ВООЗ вважають, що, попри концентрування пестицидів упродовж 40 років використання хлорорганічних (ДДТ, гексахлоран) і 30 років фосфорорганічних (хлорофос, карбофос), кількість хворих на рак не збільшилася і вплив пестицидів менший, ніж стресів, смогу, вихлопів автотранспорту, спалювання сміття.

Пестициди поліпшують окремих видів продуктів, наприклад знищують гриби на злакових, які зумовлюють фузаріоз зерна.

З іншого боку, факти протилежні. В Індонезії вважають, що впродовж 20 років пестициди завдавали більше шкоди, ніж принесли користі, знищивши не шкідників сільськогосподарських рослин, а їхніх природних ворогів. О. Яблоков наводить факти, коли пестициди стимулюють поширення небезпечних вірусів. На Кубані, де вносять багато пестицидів, діти до 14 років хворіють на туберкульоз у півтора рази частіше, ніж раніше.

Важкі метали

Це умовна назва металів, які мають щільність понад 6 г/см3, відносну атомну масу понад 50 а. о. м., більшість з яких токсичні (цинк, кадмій, меркурій, хром, плюмбум, манган).

Джерела надходження важких металів у ґрунт: відкритий видобуток корисних копалин; викиди металургійних заводів, хімічних підприємств, сміттєспалювальних фабрик; ТЕС; звалища відходів; атмосферні опади; пожежі тощо.

Метали порівняно легко накопичуються в ґрунтах, але повільно і важко видаляються з них. Період напіввидалення металів:

· цинку – до 500 років;

· кадмію – до 1100 років;

· купруму – до 1500 років;

· плюмбуму – до кількох тисяч років.

Середня масова частка металіву ґрунті,мг/кг:

· ферум – 55000

· манган – 5000

· хром – 3000

· барій – 500

· цинк – 10-100

· купрум – 2-100

· нікель – 10-80

· ванадій – 20-25

· олово – 10

· телур – 10

· плюмбум – 10

· берилій – 6

· кобальт – 1-5

· кадмій – 0,06

Поблизу гірничо-металургійних комбінатів у радіусі 5 км спостерігається висока забрудненість ґрунтів важкими металами, в радіусі 20-50 км – менша. Іноді виникають «технологічної пустелі», позбавлені гумусу й рослинності, значною мірою еродовані.

Навколо великих ТЕС забруднення відбувається в радіусі 10-20 км. Важкі метали вимиваються і з відвалів зол і шлаків ТЕС, що містять навіть радіонукліди в значних кількостях. Особливо забруднений ґрунт плюмбумом, що входить до складу палива, поблизу пожвавлених автомагістралей.

Хімічне забруднення ґрунтів металами оцінюють за сумарним показником забруднення Zс,який визначають за формулою:

 

 

де Сі та Сфі – концентрація i – го забруднювального металу в пробі відповідно аналізованого та фонового (чистого) ґрунтів, мг/кг; n – кількість присутніх металів.

За значенням сумарного показника забруднення розроблена шкала (Ю. Саєт і Б. Равич), що відображає небезпеку забруднення ґрунтів для здоров’я людини.

Згідно з цією шкалою, при мінімальному значенні Zс ( 8) небезпеки не виникає, ситуація відносно задовільна

При середніх значеннях Zс (16-32) ситуація помірно небезпечна. Збільшується захворюваність дітей. Сумарна захворюваність досягає 15%.

При значеннях Zс від 32-64 до 128 екологічна ситуація характеризується як надзвичайна (у першому випадку) і дуже небезпечна (за останнього значення). При Zс = 32-64 зростає захворюваність дітей на хронічні хвороби, порушується діяльність серцево-судинної системи. Сумарна захворюваність зростає до 40%.

При максимальних забрудненнях і значеннях Zс (>128) настає екологічне лихо, захворюваність перевищує 70%, зростає смертність.

Важкі метали в ґрунті можуть:

· утворювати малорухливі форми у вигляді малорозчинних сполук;

· зв’язуватися в стійкі розчинні комплекси з численними органічними лігандами, зокрема гуміновими та фульвіновими кислотами;

· мігрувати у вигляді розчинних сполук;

· накопичуватися в рослинах і передаватися по ланцюгах живлення;

· поглинатися ґрунтовим вбирним комплексом;

· потрапляти в організм ґрунтових мешканців.

Важкі метали є протоплазматичними отрутами, токсичність яких зростає зі збільшенням атомної маси.

Механізм токсичної дії катіонів металів різний і зумовлює:

· зниження активності ферментів (купрум, меркурій);

· утворення хелатів (клешнеподібних комплексів) зі звичайними метаболітами та порушення обміну речовин (ферум);

· взаємодію з клітинними мембранами і зміну їх проникності та інших властивостей (кадмій, купрум);

· конкуренцію з хімічними елементами, необхідними для живлення рослин (цинк входить до складу багатьох ферментів і заміщення його кадмієм спричинює порушення функціонування ферментних систем та загибель рослин).

Рослини мають різну стійкість до важких металів. Окремі види здатні накопичувати значні кількості їх, виступаючи в ролі геоіндикаторів. Цю здатність використовують і для очищення ґрунтів від катіонів важких металів.

Важкі метали впливають і на ґрунтову біоту, порушуючи рівновагу, що існує між видами внаслідок їх різної чутливості до забруднення ґрунту. Найстійкіші до важких металів целюлозолітичні бактерії та мікроскопічні гриби.

 

Контрольні запитання

 

1. Назвіть основні екологічні зміни ґрунтів під впливом людської діяльності.

2. Які ви знаєте антропогенні забруднювачі ґрунтів?

3. Що таке пестициди і яка їх екологічна роль?

4. Які з важких металів, що накопичуються в ґрунтах, найбільш небезпечні?

5. Що таке сумарний показник забруднення ґрунтів важкими металами? Як його розраховують?

 


5.6 Основні забрудники ґрунтів

(самостійне вивчення)

 

Мета:- розвинути у студента навики самостійної роботи з літературою, вміння вибирати головне, узагальнити і систематизувати знання;

- проаналізувати, як нафтопродукти попадають до ґрунтів, які джерела виникнення радіоактивних ізотопів у ґрунтів.

 

Завдання: прочитати текст в підручнику Г.О. Білявський, Л.І. Бутченко «Основи екології: теорія та практикум» стр. 125-127. Скласти конспект згідно питань приведених нижче. Відповісти на питання для самоконтролю.

 

Нафта при високих концентраціях ізолює поживні речовини від коренів рослин; робить ґрунтову масу гідрофобною; при запустінні утворює асфальтоподібну масу на поверхні ґрунту. Радіаційний фон земної поверхні залежить від радіоактивності гірських порід, які виходять на поверхню. Як нафтопродукти потрапляють в ґрунт? Що є джерелами радіоактивних ізотопів у ґрунтах? Від чого залежить ступінь акумуляції радіонуклідів? Відповідайте на ці питання за наступним планом:

1 Шляхи потрапляння нафти та нафтопродуктів в ґрунт.

2 Вплив нафтопродуктів на процеси у ґрунті та залежність цього впливу від екологічних чинників.

3 Наслідки перебування нафтопродуктів у ґрунті.

4 Джерела радіоактивних ізотопів у ґрунтів.

5 Шляхи зменшення поглинання радіонуклідів рослинами.

 

Склавши конспект, закрийте зошит та відповідайте на запитання.

 

Запитання для самоконтролю

1 Як нафтопродукти потрапляють в ґрунт?

2 Як вони впливають на хімічні, біологічні, фізичні процеси в ґрунті?

3 Як впливає нафта у великих концентраціях на стан ґрунтів?

4 Як використовують нафтопродукти деякі бактерії та гриби?

5 Що є джерелами радіоактивних ізотопів у ґрунтах?

6 Що характеризує коефіцієнт акумуляції і від чого залежить його значення?

7 Як можна запобігти поглинанню радіонуклідів рослинами? Наведіть приклади.

 


Модуль 6

ЕКОЛОГІЧНІ ДОСЛІДЖЕННЯ ЖИВОЇ РЕЧОВИНИ

 

6.1 Загальні відомості. Фотосинтез

(лекція)

Мета: надати студентам загальні відомості про живу речовину та її особливості, класифікацію живої речовини та значення фотосинтезу для аеробних організмів.

План

1. Відомості про живу речовину

2. Класифікація живої речовини

3. Особливості відбору проб рослин

4. Процес фотосинтезу

 

Поняття „живої речовини” як сукупності всіх рослин, тварин, грибів і мікроорганізмів, що населяють Землю, ввів В. Вернадський.

Живий світ планети налічує близько 0,5 млн видів рослин і понад 1,5 млн видів тварин. Біомаса живих організмів становить лише 0,0001% від маси біосфери. Якби зрівняти поверхню планети і рівномірно розподілити всю живу речовину на ній, товщина цього живого покриву становило б усього 2 см. Але різноманіття видів і їх біомаса дуже нерівномірно розподілені: найбагатші тропічні вічнозелені ліси – гілеї (біомаса рослин становить 765 млрд т, тварин – 330 млн т; у них понад 8000 видів рослин і 4/5 видів тварин); найбідніша тундра, де росте всього до 500 видів рослин; у тайзі біомаса рослин – 240 млрд т, тварин – 37 млн т.

У середньому біомаса на Землі становить 2,243•1012т, з якої 97% припадає на біомасу зелених рослин суші і 3% - на тварин і мікроорганізми.

Основна кількість живої речовини зосереджена на межі літосфери й атмосфери та у верхній частині гідросфери.

Живі організми відрізняються від неживої матерії

- здатністю акумулювати енергію Сонця (фототрофи) та енергію хімічних перетворень (хемотрофи) – безпосередньо, чи використовуючи хімічну енергію спожитої їжі; одержана енергія витрачається на створення впорядкованої структури тіл, збільшення біомаси розмноження, виконання роботи;

- можливістю створення собі подібних, але не просте самокопіювання, а процес, що супроводжується певною мінливістю ознак, що збільшує їх адаптаційні можливості і здатність змінюватися в часі;

- протікання хімічних реакцій з високою швидкістю за звичних умов завдяки біологічним каталізаторам – ферментам.

Все розмаїття живого світу поділяють на два надцарства, прокаріоти(доядерні організми) та еукаріоти (ядерні організми), які, своєї чергою, поділяються на царства, а останні – на підцарства (рисунок 6.1).

Жива речовина є не лише біотичним компонентом біосфери, а й її творцем завдяки кільком хімічним функціям, які вона виконує: газовій, концентраційній, окисно-відновній, біохімічній.

                 
   
 
 
   
 
   
   
 
 

 

 


- Надцарства

 
 


- Царства

-Підцарства

Рисунок 6.1. Класифікація живої речовини

Рослини

При вивченні складу рослин слід відбирати середню пробу, яка відповідала б хімічному складу рослин, що зростають на певній території. Слід пам’ятати, що різні частини рослин по-різному накопичують хімічні елементи. Їх склад формують тип та вологість ґрунту, кліматичні умови, рельєф тощо.

Пробу рослин (цілі чи окремі частини) відбирають у першій половині дня за сухої погоди, з різних місць певної території. На ранніх стадіях розвитку (2-3листки) в пробі має бути не менш 10 рослин з одним 1га, для гречки, гороху, зернових – 25...30; у високорослих рослин беруть нижні, добре розвинуті листки, не менш, ніж у 50 рослин. Проба має бути репрезентативною, тобто забезпечувати відповідність її хімічного складу хімічному складові аналізованого матеріалу.

Методи відбору репрезентативності проби залежить від характеру матеріалу. Зокрема, середня проба біологічного матеріалу є репрезентативною, якщо відбираються такі кількості рослинного матеріалу:

• кори і коренів - 600-650 г;

• трави цілої - 400-600 г;

• квітів - 300 г;

• листя і трави подрібнених - 200 г;

• кори і коренів подрібнених - 150-200 г.

Головною умовою вірогідності результатів є швидка підготовка проб до аналізу. Якщо неможливо в цей самий день провести аналіз, рослини зберігають у холодильнику.

Перед хімічним аналізом проводять біологічний облік відібраних проб: висота рослин, кількість пагонів на одній рослині, фази розвитку, суха і сира маса в перерахунку на кількість рослин у цій масі. Аналізувати можна і консервовані сухі зразки (витримування проб упродовж 30-40 хв у термостаті за температури 80-1000 С з подальшим досушуванням на повітрі в затінку), з яких пізніше готують витяжки. Подрібнені зразки зберігають у склянках із притертими пробками або поліетиленових пакетах. Перед проведенням аналізу визначають вологість проби для перерахунку на абсолютну суху масу, часто проби озолюють „сухим” чи „мокрим” методом.

 

Інтенсивність фотосинтезу у рослин (за вмістом карбону)

Сам термін «фотосинтез» з’явився через 100 років після відкриття процесу. А в 1960 р. був синтезований хлорофіл – барвник, завдяки якому в зеленому листку відбувається цей грандіо





sdamzavas.net - 2019 год. Все права принадлежат их авторам! В случае нарушение авторского права, обращайтесь по форме обратной связи...