Кремлев Е.П. Лабораторный практикум по курсу Экология

Подождите немного. Документ загружается.

Министерство образования Республики Беларусь

УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ

«ГРОДНЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИМЕНИ ЯНКИ КУПАЛЫ»

ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

по курсу «ЭКОЛОГИЯ»

для студентов специальности

Н06.01.00 «Экология»

Гродно 2002

УДК 504(076)

ББК 20.1я 73

Л12

Составители: Е.П.Кремлев, зав. кафедрой экологии, профессор;

Э.А.Галицкий, профессор;

Г.Е.Минюк, доцент;

Е.А.Евсеева, доцент;

С.С.Маглыш, доцент;

А.Е.Каревский, преподаватель;

О.Е.Мордасевич, м агистрант.

Под общей редакцией профессора Е.П.Кремлева.

Рецензенты: зав. кафедрой общей гигиены и экологии ГГМУ,

доктор медицинских наук, профессор М.С.Омельянчик;

доцент кафедры зоологии ГрГУ, кандидат

биологических наук В.А.Бахарев.

Ре комендовано советом факу льтета биологии и эк ологии ГрГУ им. Я. Купалы.

Лабораторный практикум по курсу «Экология»/Сост.

Е.П.Кремлев и др.; Под общ. ред. Е.П.Кремлева. — Гродно: ГрГУ,

2002. — 159 с.

В практикум включены методики выполнения лаборат орных работ, формирую-

щих у специалистов-экологов практические навыки и умения по оценк е состояния

сред обитания растительных и животных организмов, экологической токсиколо-

гии, микробиологии, биоиндикации уровня загрязнения окружающей среды, ра-

диационной безопасности и исследования условий труда на рабочих местах.

УДК 504(076)

ББК 20.1я 73

Л12

Введение

Экология как интегрированная биологическая наука изучает

всесторонние взаимодействия организмов с окружающей средой

и вызывает все возрастающий интерес по причине ее тесной свя-

зи с важнейшими проблемами современного мира: угрозой исто-

щения природных ресурсов, загрязнения и отравления среды про-

мышленными отходами, разрушением естественных сообществ.

Рационально расходовать минеральные ресурсы, сберечь и защи-

тить растительный и животный мир, сохранить и улучшить среду

обитания — важнейшие задачи, сто ящие пере д челов ечеством. Для

решения этих кардинальных вопросов требуется больше уделять

внимания подготовке высококвалифицированных специалистов-

экологов, владеющих не только теоретическими, но, что очень важ-

но, практическими навыками в решении этих сложных задач.

Используемые в настоящее время учебники и учебные по со-

бия по экологии в основном содержат теоретиче ские материалы и

в них недостаточно уделяет ся внимания практическим вопросам

по оценке состояния окружающей среды и нормативным материа-

лам, необходимым в практической деятельности эколога. Именно

этог о явно недостаточно для удовлетворения потребностей препо-

давателей и исследователей. В этих условиях важное значение

приобретает подготовка и издание учебных пособий в виде прак-

тикумов для использования в учебном процесс е при подготовке

специалистов-экологов.

Лабораторный практикум со ст авлен в соответствии с учеб-

ным планом и программами о сновных дисциплин по подготовке

специалистов-экологов высшей квалификации. В него включе-

ны методики лабораторных работ по определению экологичес-

ких парамет ров почвы, воздуха, водной среды и биотическому

ана лизу состояния экологических сообществ. Часть лаборатор-

ных работ предусматривает о своение студентами практических

навыков по проведению микробиологических исследований воды,

почвы, воздуха и молочных проду ктов питания. В отдельные

разделы выделены методики лабораторных работ по радиацион-

ной бе зопасности , промышленной экологии и экологической ток-

сикологии. Уделено внимание приобретению студентами навы-

ков по изучению условий труда на рабочих ме стах (в помещении,

в лаборатории).

Практическое о своение студент ами этих методов исследо-

ваний будет способствовать подготовке специа листов-экологов

высшей квалификации, способных решать любые ответственные

практические задачи на современном уровне.

В основе законов экологии лежат качественные и количествен-

ные данные, полученные при изучении животных, растений, мик-

роорганизмов и абиотической среды. В этом разделе спецпракти-

кум а представлены как каче ственный, так и количественный

аспекты экологических исследований и приводятся общие сведе-

ния относительно некоторых методов и способов сбора и анализа

результатов изучения абиотического и биотического компонентов

окружающей среды.

При любом экологическом исследовании необходимо четко

определить его цели и задачи, требуемую степень точности. Это

позволит выбрать необходимые методы исследования и обеспечит

сбор до стоверных данных для обо снованных выводов. Однако

нередко ход исследований может изменяться в зависимости от того,

какие проблемы возникают по мере изучения объекта.

При изучении основных факторов окружающей среды — эда-

фических, топографических и климатических (в первую очередь

таких, как вода, влажность, температура, свет и движение среды)

необходимо, чтобы дополнить анализ её биотического компонен-

та и сделать объективные выводы о состоянии этой среды на дан-

ный отрезок времени. Это часто возникает при выяснении соот-

ветствия параметров среды требованиям обитающих в той или

иной местности растительных и животных организмов.

I. Методы определения

экологических параметров почвы

Лабораторная работа № 1 (4 часа)

Определение содержания воды в почвенном образце

Материалы и оборудование

Примерно 80 г по чвы, противень из алю миниевой фо льги или

алюминиевый стакан с крышкой, весы с точностью до 0,1 г, су-

шильный шкаф с регулируемой температурой, термометр с пока-

заниями до 150 °С, эксикатор с плотно закрывающейся крышкой,

щипцы лабораторные.

Ход анализа

1. Взвесьте пустой алюминиевый ст аканчик. Запишите его

массу (а).

2. Насыпьте в стаканчик размельченный почвенный образец

и взвесьте. Запишите его массу (в).

3. Поместите алюминиевый стаканчик с почвой на 24 часа в

сушильный шкаф при температуре 110°С.

4. Выньте образец из сушильного шкафа и охладите его в эк-

сикаторе.

5. Взвесьте остывший образец, запишите его массу.

6. Снова поместите образец почвы на 24 час а в сушильный

шкаф при температуре 110°С.

7. Повторите операции 4 и 5 до тех пор, пока результаты из-

мерения не окажутся одинаковыми (до постоянной массы). Запи-

шите эту массу (с).

8. Рассчитайте процентное содержание воды (Св) по следую-

щей формуле:

.100•

−

аВ

сВ

Св

9. Сохраните почвенный образец в эксикаторе до проведения

лабораторной работы № 2.

Примечание. Полученное значение (Св) выражает процентное содержание

всей воды, присутствующей в образце. Эта величина будет зависеть от количе-

ства осадков, выпавших за последнее время. Альтернативными оценками со-

держания воды являются полевая влагоемкость и содержание доступной воды.

Полевая влагоемкость — количество воды, сохраняющееся в почве после

того, как ее избыток дренируется под влиянием гравитационных сил. Для полу-

чения этого значения необходимо, чтобы почва в полевых условиях была цели-

ком затоплена в течение нескольких минут. Затем через 48 часов можно ото-

брать образец для проведения исследования.

Доступная вода — та вода, которая может поглощаться растениями. Её со-

держание можно определить высушиванием взвешенного образца при комнат-

ной температуре до постоянной массы. Разность масс влажной и сухой почвы

равна содержанию доступной воды.

Показатель используется для выяснения запасов влаги в почве и учета этого

показателя для регулирования содержания влаги в используемых в сельскохо-

зяйственном производстве землях.

Лабораторная работа № 2 (4 часа)

Определение содержания органического вещества

(гумуса) в почвенном образце

Материалы и оборудование

Высушенный поч венный образец (из эксперимента лабора-

торной работы № 1) в эксикаторе, фарфоровый тигель с крышкой,

муфельная печь, эксикатор, щипцы лабораторные.

Ход анализа

1. Прокалите тигель и его крышку в муфельной печи при тем-

пературе 300 °C для удаления остатков влаги. Для охлаждения

поместите в эксикатор. Взвесьте и запишите массу (а).

2. Насыпьте из алюминиевого стаканчика с крышкой, нахо-

дящегося в эксикаторе, в прокаленный и остывший фарфоровый

тигель высушенный почвенный образец (из предыдущего экспе-

римента) и взвесьте. Запишите массу (в).

3. Поместите тигель с почвой в муфельную печь и прокалите

до красного цвета. Остудите тигель на воздухе в течение 10 мин и

поместите в эксикатор.

4. Взвесьте остывший тигель с образцом почвы.

5. Повторяйте операции 3 и 4 до получения постоянной мас-

сы (с).

6. Подс читайте процентное содержание органических веществ

в почвенном образце (Сов) по формуле:

.100•

−

аВ

сВ

Сов

7. Проведите этот эксперимент с почв енными образцами, ото-

бранными в разных районах, чтобы выявить различия в содержа-

нии органических веществ.

Примечание. Полученная в этом эксперименте величина соответствует про-

центному содержанию органических веществ в сухой почве. Получить величи-

ну, соответствующую содержанию органических веществ во влажной почве,

можно, используя данные опыта лабораторной работы № 1.

Задание для студентов

При анализе 60 г влажного почвенного образца получены

следующие данные. После неоднократного нагревания до 110°C

и охлаждения в эксикаторе почвенный образец приобрел постоян-

ную сух ую массу, равную 45 г. Затем почвенный образец несколь-

ко раз прокалили в муфельной печи, охладили в эксик аторе и взве-

сили. После этого масса стала равна 30 г. Подсчитайте содержание

воды и органических веществ во влажном почвенном образце.

Повторите эти расчеты при анализе 80 г влажного почвенно-

го образца с влажностью 30 %.

Лабораторная работа № 3 (2 часа)

Определение содержания воздуха в почвенном образце

Материалы и оборудование

Жестяная банка емкостью примерно 200 cм

, стакан емк остью

500 cм

, вода, мерный цилиндр, фарфоровый пестик.

Метод определения

1. Поместите пустую банку открытым концом вверх в стакан

емкостью 500 cм

и наполните стакан водой выше края банки. От-

метьте уровень воды в стакане.

2. Осторожно выньте банку, наполненную водой, и измерьте

объем мерным цилиндром. Запишите объем (a). Уровень воды в

стакане упадет на величину, равную объему воды в банке.

3. Просверлите примерно восемь маленьких отверстий в дне

банки.

4. Банку открытым концом прота лкивайте в почву, с поверх-

ности которой удалена растительность, до тех пор, пока почва не

начнет выходить из отверстий. Осторожно выкопайте банку, пере-

верните ее и удалите лишнюю почву, находящуюся выше края.

5. Снова осторожно поместите банку с почвой открытым кон-

цом вверх в стакан с водой и разрыхлите (размешайте) почву, что-

бы вытеснить из нее воздух.

6. Уровень воды в стакане станет ниже, чем раньше, потому

что часть во ды израсходуется на замещение воздуха, который со-

держался в почве.

7. Из полного мерного цилиндра емко стью 100 cм

добавьте

воду в стакан до прежнего уровня. Запишите объем добавленной

воды (b).

8. Процентное содержание воздуха в почвенном образце (Bn)

можно определить по формуле:

.100):( •= abBn

9. Повторите опыт с почвенными образцами из разных рай-

онов.

Лабораторная работа № 4 (2 часа)

Определение соотношения твердых частиц

в почвенных образцах (текстура почвы)

Материалы и оборудование

Мерный цилиндр емкостью 500 cм

, 100 cм

почвенного об-

разца, 300 cм

воды.

Методика работы

1. Поместите почвенный образец в мерный цилиндр и пол-

ностью залейте водой.

2. Энергично встряхните содержимое.

3. Для того, чтобы частицы осели в соответствии с их плот-

ностью и площадью поверхности, дайте смеси от стояться в тече-

ние 48 часов.

4. Измерьте объем различных фракций почвенного образца.

Резу льтаты

Наблюдается послойное распределение частиц. Частицы орга-

нического вещества плавают на поверхности воды, частицы гли-

ны частично оста лись во взвешенном состоянии, а более крупные

о сели в виде слоя поверх песка и камней, распределившихся по

своим размерам.

Лабораторная работа № 5 (2 часа)

Определение рН почвенного образца

Материалы и оборудование

Длинная бактериологическая пробирка (145 мм) с пробкой,

штатив для пробирок, сульфат бария, раствор универсального

индикатора и цветная таблица, почвенный образец, шпатель, дис-

тиллированная вода, пипетка на 10cм

Методика работы

1. Поместите в пробирку примерно 1 см

почвы и 1 см

суль-

фата бария, в результате чего коллоидная глина выпадет в виде

хлопьев.

2. Добавьте 10cм

дистиллированной воды и 5 см

раствора

универсального индик атора. Закройте пробирку пробкой, энергич-

но встряхните и дайте содержимому отстояться в течение 5 минут.

3. По цветной таблице сравните цвет жидко сти в пробирке с

цветами индикатора и определите соответствующее рН.

4. Повторите эксперимент с почвенными образцами из раз-

ных районов.

Примечание. При исследовании почвы рН является одной из наиболее важ-

ных характеристик. Несмотря на простоту определения, значение рН зависит от

множества взаимодействующих факторов и служит х орошим пок азателем содер-

жания питательных веществ в почве; кроме того, величина рН указыв ает на то,

какие виды растений (и, соответственно, животных) могут успешно развива ться

на данных почвах. Кислые почвы, как правило, менее богаты питательными ве-

ществами, поскольку в меньшей степени способны удержива ть к атионы.

Лабораторная работа № 6 (2 часа)

Определение активности выделения углекислого газа

из почвы (метод Галстяна)

Метод основан на определении интенсивности дыхания по-

чвы по учету количественных изменений углекислого газа в ат-

мосфере почвы с помощью широкогорлых конических колб.

Ход анализа

10 г свежей почвы в марлевом мешочке по двесить за крючок в

пробке (при анализе влажной почвы испо льзуются металлические

корзинки). В плоскодонную колбу на 250 мл налить 25 мл раствора

гидрата окиси бария. Колбу закрыть пробкой с мешочком и поста-

вить в тер мостат при температуре 28–30 °С на 24 часа.

Одновременно с опытными колбами поставить контрольные

с гидратом окиси бария, но без почвы, для учета углекислого газа

воздуха в колбе. Колбы периодически встряхивать до разрушения

пленки карбоната бария, образовавшейся над едким натром. Пос-

ле экспозиции избыток гидрата окиси бария оттитровать 0,05 Н

раствором НС1 по фенолфталеину.

По разнице между данными титрования контрольной и опыт-

ной почвы определяется количество выделившегося углекислого

газа из почвы.

Интенсивность продуцирования выражается в мг углекисло-

го газа, выделившегося за сутки на 100 г почвы.

Лабораторная работа № 7 (4 часа)

Газометрический метод определения

активности каталазы в почве

Кат алаза катализирует реакцию разложения перекиси водо-

рода на воду и молекулярный кислород:

каталаза

OOH2OH2

+→

Перекись во дорода образуется в процессе дыхания растений, в

рез у ль та те био химических реакций окисления органических веществ

и в процессе жизнедеятельности почвенных микроорганизмов.

Роль каталазы в почве заключается в том, что она разрушает

ядовитую для растений перекись водорода.

Методы определения ка талазной активности по чв основаны

на измерении скорости распада перекиси водорода при взаимодей-

ствии ее с почвой. По об ъему выделившегося кислорода определя-

ется активность каталазы газо метрическим мето дом, основанным

на измерении скорости разлож ения перекиси водорода при ее взаи-

мо действии с почв ой, или по количеству неразложенной перекиси,

кот орое учитывается путем перм анганато метрическ ого титрования.

Г азометрический метод быстрый, наиболее точный, не требующий

сло жной аппаратуры, более широко применяется в практик е.

Реактивы

30 %-ный раствор перекиси водорода; СаСО