ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
advertisement
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Сибирский федеральный университет» Институт цветных металлов и материаловедения Проф., докт.техн.наук Коростовенко Вячеслав Васильевич Тел. Тел. 8-902-919-2136 Ст.преподаватель Капличенко Наталья Марковна Тел. 229-67-34 Ассистент Фомина Виктория Игоревна НАУКИ О ЗЕМЛЕ. ПОЧВОВЕДЕНИЕ, ЛАНДШАФТОВЕДЕНИЕ, ЗАЩИТА ЛИТОСФЕРЫ Учебное пособие по лабораторным работам Красноярск, 2008 Вместо предисловия Вопросам оценки состояния почвы уделяется много внимания научными работниками и практиками, хозяйственниками и бизнесменами. Связь с землей, "укорененность" издавна считалась признаком основательности, фундаментальности. Проблемы рационального использования почв, "земель" во многих отношениях являются ключевыми и в современной жизни - будь то вопросы строительства, добычи полезных ископаемых, организации зон отдыха или других видов человеческой деятельности. Возрастающие масштабы антропогенной деятельности обусловливают необходимость учета и прогнозирования изменений в окружающей среде, оценки возможностей устойчивого развития, и почва в значительной мере определяет ресурсный потенциал биосферы для потребления будущими поколениями людей. Сегодня последствия ухудшения состояния почв уже выражаются в целом ряде глобальных, региональных и местных экологических проблем, связанных с состоянием атмосферы, гидросферы, биоразнообразия, здоровья людей и др. Но даже и при отсутствии такой антропогенной деятельности состояние почвы нуждается в оценке, т.к. человечеству небезразлично, каковы условия воспроизводства природных живых и неживых систем, каковы границы их устойчивости к факторам внутренних и внешних нагрузок. Какова же та система отсчета, при которой оценка состояния почвы является наиболее универсальной? Какие подходы к рассмотрению почвы в наибольшей степени отражают и потребности человечества с его разносторонней деятельностью, и потребности самоорганизующихся природных систем, которые "сами знают, как лучше"? Задаваясь такими вопросами и отвечая на них, мы естественно придем к необходимости экологического подхода в оценке состояния почвы. Такой подход свободен от ведомственных и однобоких взглядов как ученых-профессионалов в сравнительно узких областях зоологии, ботаники, агроценологии, геоморфологии и т. п., так и отдельных природопользователей (вспомним мелиорацию обширных заболоченных территорий и распашку целинных земель, идеи создания крупных агропромышленных комплексов, сплошной лесоповал и другую подобную человеческую деятельность с печальными последствиями). Вместе с тем, такой подход сложен, т.к. требует сбора и осмысления массы разносторонней информации, и задача состоит в том, чтобы обеспечить ее уровень 2 достаточности, рассмотрения. по достижению которого возникает новое качество Развитие экологических представлений о почве Экологические представления о почве тесно связаны со всем комплексом разнообразных знаний о почвах, их составе, свойствах, особенностях, генезисе и др, Они в высшей степени интегративны и предполагают практическое применение имеющихся знаний и технологий для целей рационального землепользования, и воспроизводства плодородия, сохранения биоразнообразия . Экологические представления о почве сформировались на рубеже ХIХXX веков, и большую роль, в этом сыграло развитие почвоведения - науки о происхождении и развитии почв, закономерностях и распространения, путях рационального использования и повышения плодородия. Основателем почвоведения как самостоятельной естественноисторической науки является выдающийся русский ученый профессор Петербургского университета Василий Васильевич Рис. 1. Докучаев ( 1846-1903). Именно он впервые сформулировал Докучаев В.В. научное определение почвы, разработал генетическую классификацию почв, новые методы изучения и картографирования почв в поле. В.В. Докучаев открыл основные закономерности географического распространения почв и внес большой вклад в теорию и практику охраны и повышения плодородия почв, особенно в черноземных областях России. До работ В.В. Докучаева* почвы изучались вне связи с законами их развития и образования. В.В. Докучаев установил, что почва - самостоятельное природное тело, подобное минералам, растениям и животным, находящееся в беспрерывном изменении во времени и пространстве. Он показал, что формирование почв есть сложный процесс тесного взаимодействия пяти природных факторов почвообразования: климата, рельефа местности, растительного и животного мира, почвообразующих пород и возраста страны (времени). Исключительное значение для формирования науки о почвах имела монография В.В. Докучаева (1883 г.) "Русский чернозем", в которой обобщены итоги его исследований в черноземных областях нашей страны. Именно в этой книге заложены основы почвоведения, развитые затем в дальнейших работах В.В. Докучаева и его последователей. 3 В.В. Докучаев придавал науке о почве исключительно большое значение. В одной из работ, посвященной успехам естествознания в XIX в., он писал, что "всматриваясь внимательно в эти величайшие приобретения человеческого знания, нельзя не заметить одного весьма существенного недочета изучались, главным образом, отдельные тела - минералы, горные породы, растения и животные - и явления, отдельные стихии, огонь (вулканизм), вода, земля, воздух, в чем, наука достигла, можно сказать, удивительных результатов, но не их отношения, не та генетическая вековечная и весьма закономерная связь, которая существует между живой и мертвой природой, между растительным, животным и минеральным царствами". Далее В. В. Докучаев пишет, что "ядром учения о соотношениях между живой и мертвой природой, между человеком и остальным как органическим, так и минеральным миром должно быть поставлено и признано современное почвоведение, понимаемое в нашем, русском смысле этого слова" Согласно учению В.В. Докучаева, растительность, поселяющаяся на выходящих на дневную поверхность слоях горных пород, вызывает в них ряд существенных изменений, в результате которых эти слои, приобретая новые и утрачивая часть старых свойств, превращаются в почву. Влияние растительности усиливают многочисленные животные, живущие на почве и в почве. Таким образом, почва - продукт взаимодействия биологического мира и горной породы, живого и мертвого. Почва представляет особое тело природы, она отличается от живых организмов и лишенных жизни горных пород. В.В. Докучаевым разработаны не только основные положения новой науки о почве, но и оригинальные методы почвенно-географических исследований. На классическом примере разработки мер борьбы с засухой показано, как надо использовать достижения почвоведения для решения практических задач большой государственной важности. В 1891 году всю черноземную полосу охватила сильная засуха, неурожай, голод. В замечательной книге "Наши степи прежде и теперь" В.В. Докучаев дает анализ причин, вызывающих периодическое повторение засухи, и предлагает план мероприятий, способных предотвратить их повторение. В дальнейшем под руководством В.В. Докучаева были проведены очень важные опытные работы по улучшению водного режима степей. Современные методы борьбы с засухой и неурожаями в степной и лесостепной полосах разработаны на основе положений, выдвинутых В.В. Докучаевым. Изучение почв необходимо не только для получения знаний об их естественных свойствах. Особое значение оно имеет для сельскохозяйственных целей, развития лесного хозяйства, инженерно-строительного дела. Знание свойств почв необходимо также для решения ряда проблем здравоохранения, разведки и добычи полезных ископаемых, организации зеленых зон, парков и скверов в городском хозяйстве и т.д. Почва является незаменимым природным ресурсом. Это ее значение неоднократно подчеркивал В.В. Докучаев: "Чернозем для России дороже 4 всякой нефти, каменного угля, дороже золотых и железных руд; в нем вековечная, неистощимое русское богатство". Оценка экологического состояния почвы возможна лишь тогда, когда, правильно поняты механизм, сущность и история взаимоотношений почвы, организмов и условий их обитания. Это особенно актуально для рационального использования, охраны и воспроизводства почвенных ресурсов. Человек получает максимально устойчивую биологическую продукцию от агроэкосистем только тогда, когда он правильно воздействует на звенья этой сложной системы. Отчуждая продукцию для себя, человек должен восполнять или возвращать в почву взятые компоненты, сохранять и улучшать почвы, её режимы- водный, воздушный, тепловой, пищевой; обновлять и чередовать виды и сорта растений, активизировать микробиологическое население почвы и т.д. Однако ценность почвы определяется не только ее хозяйственной значимостью для сельского, лесного и других отраслей хозяйства. Она определяется также незаменимой экологической ролью почвы как важнейшего компонента всех наземных биоценозов и биосферы Земли в целом. Через почвенный покров Земли идут многочисленные экологические связи всех живущих на земле и в земле организмов (в том числе и человека) с литосферой, гидросферой и атмосферой. Общие сведения о почве. Почва как компонент природно-антропогенного комплекса Почвой называется поверхностный слой суши, возникший в результате изменения горных пород под воздействием живых и мертвых организмов (растительных, животных и микроорганизмов), солнечного тепла и атмосферных осадков. Практически почва -это относительно тонкий (до нескольких десятков сантиметров или, в редких случаях, до 1 метра и более) слой между атмосферой и подстилающими породами. Именно этот слой является сосредоточием жизни обитания многих живых организмов, началом большинства пищевых цепей. Почва является связующим звеном между атмосферой, гидросферой, литосферой и живыми организмами и играют важную роль в процессах обмена веществ и энергией между компонентами биосферы. Она представляет собой совершенно особое природное образование, обладающее только ей присущими строением, составом и свойствами. Поверхностные горизонты горных пород (литосферы), подвергаясь воздействию многих поколений организмов, испытывая длительное и глубокое влияние атмосферы и гидросферы, преобразуются в почвенный покров, обладающий способностью производить фитобиомассу. Важнейшим свойством почвы является ее пло5 дородие, Т.е. способность обеспечивать рост и развитие растений. Это свойство почвы представляет исключительную ценность для жизни всех живущих на суше организмов, в том числе и для человека, поэтому плодородие является глобальной экологической функцией почв. Плодородие почвы определяет ее использование человеком как основного ,средства сельскохозяйственного производства. И естественные почвы, и преобразованные человеком почвы агроэкосистем производят важнейшую органическую продукцию, необходимую для всего живого на планете и для человека. Основной единицей классификации почв, применяемой в России, является отнесение почв к типу. Тип почв развивается в однотипносопряженных биологических, климатических и гидрологических условиях и характеризуется ярким проявлением основного процесса почвообразования. Почва живет, почва дышит. В почве постоянно и одновременно протекают процессы ферментативного каталитического окисления, восстановления, гидролиза. В результате происходит обогащение почвы неорганическими и органическими веществами, круговорот веществсущность развития почвы и ее важнейшего свойства- плодородия. Почва, в отличие от воды и воздуха, не обладает подвижностью, и ее необходимо воспринимать как структурно-функциональный биокосный компонент биосферы. Почва - биоминеральная (биокосная) динамическая система, находящаяся в материальном и энергетическом взаимодействии с внешней средой, частично вовлеченная в биологический цикл круговорота веществ. В биосфере почвенный покров образует особую биогеохимическую оболочку - педосферу, "благородную ржавчину", по выражению В.И. Вернадского, выполняющую многочисленные 'экологические функции. Таким образом, почвенная оболочка образовалась в результате взаимодействия названных выше геофизических оболочек планеты литосферы, атмосферы, гидросферы и биосферы. "Благородная" потому, что она обладает плодородием, а "ржавчина" потому, что почвенный покров является продуктом переработки первозданных горных пород. Экосистемные представления о почве основываются на выделении сообществ почвенных организмов (а также организмов, для которых почва (образует среду обитания) и их взаимодействии друг с другом и с окружающей средой. Почвы и населяющие ее организмы входят в состав первичных структурных единиц биосферы - экосистем (биогеоценозов), которые выполняют функцию биосинтеза органического вещества - основное условие существования растений, животных, и человеческого общества. При этом под экосистемой понимаются совместно функционирующие на данной территории организмы (биотическое сообщество), взаимодействующее с физической средой таким образом, что поток энергии создает четко определенные биотические структуры и круговорот веществ между живой и неживой частями. 6 Геосистемные представления о почве основываются на ее основополагающей роли в структуре природно-территориальных комплексов, составляющих географическую оболочку нашей планеты. При этом под геосистемой понимается совокупность элементов земной коры, находящихся в отношениях и связях между собой и образующих определенную целостность, единство. Геосистема - безразмерная единица географической структуры и в этом смысле близка термину "экосистема", но, в отличие от последней, не имеющая акцента на биоту. Входя в природно-антропогенный комплекс, почва имеет контакт со всеми другими его компонентами; более того, сам комплекс любого масштаба «привязан» ко вполне определенной территории. Испытывая антропогенную нагрузку, почва изменяется сама (хотя и обладает огромной буферной емкостью) и воздействует, прямо и косвенно, на все компоненты природноантропогенного комплекса. Почва, как и другие компоненты этого комплекса, испытывает не только антропогенную нагрузку, но и воздействие экологических факторов - в первую очередь климатических. К их числу относятся воздействия температуры и влажности воздуха, ветра, осадков и их химического состава . Экологические факторы влияют на протекание процессов почвообразования, развития и жизнедеятельности почвенных организмов, обмена энергией и массой и др. Таким образом, почва, занимая "ключевое" положение в биосфере, может рассматриваться с разных естественнонаучных позиций. Вместе с тем, рассмотрение почвы в аспекте оценки ее экологического состояния требует учета и оценки следующих факторов: - антропогенной нагрузки на почву и все ее компоненты*; - нарушений почвы в контексте взаимосвязей и взаимовлияний почвы на другие компоненты природно-антропогенного комплекса, обусловленных антропогенной нагрузкой и природными явлениями; 7 - репродуктивного потенциала почвы по отношению к текущему и последующему воспроизводству питательных веществ, морфологических структур, биоразнообразия, биотических связей и др.; разного рода связанных с ухудшением состояния почвы экологических проблем. Для оценки экологического состояния почвы большое значение имеет и её изучение как целого и компонентов - почвенных воздуха и раствора, химического состава, чужеродных и естественных включений, почвенной биоты и других экологических свойств. Потеря из поля зрения каких-либо экологических свойств почвы создает опасность однобокой оценки с преобладанием агрохимических, фенологических, агроэкологических, натуралистических подходов. Экологическая роль почвы как одного из важнейших звеньев биосферы, где наиболее интенсивно идут все процессы обмена веществ между живой и неживой природой, определяет необходимость организации почвенного экологического мониторинга как неотъемлемой части экологического мониторинга окружающей среды. ОБЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ К ПРОВЕДЕНИЮ ПРАКТИКУМА Общие правила работы Внимание! Перед тем как приступить к работе, необходимо подробно ознакомиться с настоящим пособием. Применение комплектов оборудования учащимися может происходить только под контролем преподавателя (руководителя работ). Большинство используемых методов оценки состояния окружающей среды являются химическими, т.к. позволяют определить компоненты химического состава, и основаны на использовании химических реакций. Поэтому необходимо усвоить соответствующие теоретические сведения и практически освоить основные операции при проведении анализов. Для этого обычно проводится обучение приемам работы и правилам техники безопасности. Обучение проводится с использованием растворов модельных реактивов, содержащих в молекуле определяемый компонент (катион, анион, функциональные группы). Для обучения могут использоваться также специально приготовленные модельные растворы с известной концентрацией целевого компонента. Хорошим объектом для обучения является продающаяся в магазинах минеральная вода С известным химическим составом, который приводится, как правило, на этикетке бутылки. Обучение 8 определению отдельных компонентов в воде или модельных растворах проводится только под руководством преподавателя или специалиста. Используемые при выполнении анализа растворы, реактивы, посуда и другие составные части комплекта должны быть, предварительно осмотрены. При осмотре проверяют: 1) целостность и герметичность упаковки растворов, реактивов; 2) отсутствие повреждений мерной посуды, пробирок, контрольных шкал; 3) соответствие выбранного для использования реактива (раство11:1) или посуды требованиям методики анализа, т.е. наличие хорошо и однозначно читаемой этикетки, меток на мерной посуде и т.п. Методики работы с индикаторными средствами, входящими в состав комплекта, приведены в документации на них, а также в руководстве После проведения анализа мерные склянки и пипетки следует промыть чистой водой, склянки с растворами необходимо герметично закрыть и уложить в места для их хранения. Меры безопасности при работах Входящие в состав комплекта реактивы герметично упакованы во флаконы и не представляют опасности при хранении. Хотя комплект «3ХБ» не содержит ядовитых и сильнодействующих веществ, при работе с комплектом необходимо руководствоваться основными правилами безопасности, предусмотренными для работ в химической лаборатории. В частности, при работе в лаборатории недопустимо: 1) попадание химикатов и растворов на слизистые оболочки, кожу, одежду; принятие пищи (питья); вдыхание воздуха и химикатов, особенно имеющих резкий запах и находящихся в мелкокристаллическом состоянии (образующих пыль). Необходимо также обращать внимание на герметичность упаковки химикатов (реактивов), на наличие хорошо и однозначно читаемых этикеток, а также при работе со стеклянными изделиями и посудой соблюдать осторожность во избежание порезов. При проведении экспериментов по моделированию загрязнений воздуха предусмотрено использование концентрированных * и разбавленных кислот серной, соляной, азотной, муравьиной. Могут представлять опасность для здоровья и небольшие количества газов, получаемые в ходе практикума (например, хлора, оксида серы (IV) и др.). Повышенную опасность представляют крепкие и концентрированные минеральные кислоты, а также муравьиная кислота, обладающие сильным разъедающим действием при попадании на слизистые оболочки, кожные покровы, одежду, обувь, оборудование и т.п. При попадании кислот на кожу необходимо 9 быстро промокнуть раствор любым тампоном (салфеткой, ветошью и т.п.), место попадания обильно промыть струей воды и вымыть с мылом. Особенно опасны кислоты при попадании в глаза. В этом случае глаза необходимо немедленно обильно промыть несильной струей воды, затем 2%-ным водным раствором соды и СРОЧIIО обратиться врачуспециалисту. Правила техники безопасности при выполнении экспериментов по приготовлению учебных модельных смесей и их анализу имеют много общего с правилами техники безопасности при выполнении лабораторных опытов и практических работ в химическом кабинете. Поэтому на первых занятиях следует ознакомить учащихся с этими правилами (или повторить их). В частности, целесообразно ознакомить учащихся с некоторыми знаками безопасности, предписывающими выполнение конкретных требований безопасности, маркирующими опасные вещества, указывающими местонахождение пожарных кранов, огнетушителей, пунктов медицинской помощи и т.п. Во всех случаях при проведении занятий следует соблюдать общие меры предосторожности, принятые при выполнении химического демонстрационного эксперимента и фронтальных лабораторных работ: 1) эксперимент в целом рассматривается как потенциально опасный. В нем выделяются элементы повышенной опасности (отбор и добавление кислот, отбор газов и паров различной степени токсичности и др.); 2) достаточная удаленность от учащихся (не менее 2,5 м), без снижения наглядности эксперимента; 3) для демонстрации могут быть предложены только те эксперименты, которые предварительно отработаны самим преподавателем (лаборантом), причем определены наиболее сложные операции и отработаны приемы их выполнения; 4) эксперименты с использованием веществ повышенной опасности (например, крепких и концентрированных минеральных кислот) проводятся учащимися при непосредственном участии учителя. При недостаточной мощности вентиляции (при ее неисправности, отсутствии вытяжного шкафа) эксперименты, учитывая макроколичества выделяющихся газов и паров, можно проводить на демонстрационном учебно-лабораторном столе в хорошо проветриваемом помещении, обращая внимание на соблюдение правил техники безопасности и поддержание дисциплины в классе. При появлении в классном помещении запаха, свидетельствующего об утечке загрязнителя из камеры, необходимо эксперимент остановить, учащихся вывести из помещения, а преподавателю обеспечить проветривание, выявить и ликвидировать причины утечки. Морфологические свойства почв. Цвет (окраска) 10 Очень важным и наиболее доступным для описания морфологическим признаком почв является цвет (окраска) того или иного горизонта (или образца почвы из горизонта). Окраска является характерным диагностическим признаком, позволяющим косвенно судить и о других свойствах почвы. Подтверждением этому служат названия типов почв, заимствованные от того характерного цвета, который несет на себе верхний гумусовый горизонт. По цвету верхнего почвенного горизонта или одного из горизонтов получили типовое назначение многие почвы мира - подзолистые, серые лесные, черноземы, каштановые, бурые, красноземы и т.д. Различие в цвете позволяет произвести первичное разделение профиля почвы на соответствующие горизонты. Определение цвета в поле всегда носит субъективный характер, так как зависит от способности исследователя воспринимать цветовые оттенки и разбираться в их тональности. Цвет почвенной массы в горизонте почти никогда не бывает "чистым", он всегда сопровождается рядом сопутствующих тонов, придающих горизонту тот или иной оттенок. В истории развития полевых почвенных исследований было несколько попыток установить стандартную шкалу цветовых опенков, которая позволяла бы объективно определить цвет почвенной массы. Основополагающей в этом отношении явилась схема, предложенная в 1927 г. Согласно концепции с.А. Захарова, все разнообразие окрасок в почве создается черным, белым и красным цветом. Их смешение в той или иной пропорции дает многообразную цветовую гамму опенков и промежуточных тонов - бурого, серого, каштанового и др. 11 Рис. Окраска почвы (по С. А. Захарову) Окраска отражает не только минералогический и химический состав почвенной массы, но и часто направление почвообразовательного процесса. Например, у почв подзолистого типа формирование белесого оподзоленного горизонта А2 и темноокрашенного иллювиального горизонта В. Черная окраска почвы обусловлена содержанием гумуса и его качественным составом, Т.к. не всякий гумус придает почвенным горизонтам темную окраску. Варьирование темной окраски может наблюдаться в диапазоне от интенсивно-черной (влажный высокогумусированный горизонт А 1 чернозема типичного) до серых тонов различной интенсивности. Белая окраска почвы обусловлена в основном минералогическим составом почвы и содержанием в ее массе кварца, карбонатов кальция, каолинита, глинозема, а также аморфной кремнекислоты, светлоокрашенных полевых шпатов и "выцветов" легкорастворимых солей. Чистые белые цвета в окраске генетических горизонтов практически не встречаются. Более светлая окраска присуща подзолистому горизонту А2, но, как правило, она изменяется от белесой до белесовато-светло-серой или белесовато-палевой. 12 Чистый цвет дают белоснежные корочки солей на поверхности солончаков и налеты солей в профиле солончаков. Красная окраска почвы возникает при очень, высоком содержании в ее составе полуторных оксидов железа. Эта окраска может быть унаследована от материнской породы или же явиться следствием почвообразовательного процесса. Цвет (окраску) определяют в естественном состоянии почвы или горизонта, не допуская возможных изменений, обусловленных высушиванием. Лабораторная работа №1 ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ И ФИЗИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ СОСТОЯНИЯ ПОЧВ Введение К физико-механическим свойствам почвы относятся: пластичность, липкость, набухание, твердость, усадка, вязкость и сопротивление при обработке. Эти свойства зависят от гранулометрического, минералогического состава почв, содержания в них гумуса, состава обменных катионов. Они проявляются в определенных пределах влажности и при воздействии внешних нагрузок. Липкость- способность почвы прилипать к соприкасающимся с нею предметам: рабочим частям и колесам почвообрабатывающих орудий и машин. Проявляется она, когда сцепление между почвенными частицами меньше, чем между почвой и соприкасающимися с ней предметами. Пластичность- способность почвы и грунта деформироваться и принимать приданную им во влажном состоянии форму без образования трещин и сохранять её после прекращения внешнего воздействия. Почву изучают как в полевых, так и в лабораторных условиях. Полевое изучение почвы позволяет определить ее строение, свойства и дать название по внешним, так называемым морфологическим признакам; провести отбор почвенных образцов для их изучения в базовом полевом лагере или в лабораторных условиях. Очень удобно и наглядно изучать почвы в специально выкопанных почвенных разрезах или на геологических обнажениях. Наиболее полно и точно изучают почву в лаборатории, проводя различные анализы, требующие специального оборудования. Однако некоторые простейшие анализы, а также те из них, которые могут быть выполнены с помощью плевых портативных лабораторий, измерительных комплектов и изучения почвы в полевых условиях являются ее описание, и 13 при намерениях продолжить изучение в лабораторных условиях – отбор почвенных образцов для дальнейшего лабораторного исследования. Как выбрать место для изучения почвы? Вопрос этот кажется странным. Да, почву можно изучать в любом месте, и в то же время место для изучения почвы надо выбирать. Его надо выбирать потому, что каждый, кто намеревается изучать почву, должен ответить на вопрос: Почву, какой территории, какого участка он хочет изучать? Следует помнить, что почвы меняются при смене рельефа, растительности, почвообразующих пород, увлажнения и других экологических факторов. Изменяются также экологические условия жизнедеятельности почвенных организмов, которым почва образует среду обитания. Значит, прежде чем выбирать место для изучения почвы, надо установить, почву какого участка вы намереваетесь изучить – склона, водораздела или днища долины, пашни или леса. Место для изучения должно находиться в центральной, а не в краевой части территории с характерными условиями. Оно не должно чем – либо выделяться на участке – здесь не должно быть ни каких – либо мелких повышений или понижений рельефа, ни дороги ( или тропинки ), ничего, что могло бы придать почве особые черты, сделав ее нетипичной для тех условий, которые были избраны. Почва обладает рядом специфических качеств и свойств: Во-первых, всякая почва представляет собой совокупность горизонтов, различающихся физическими свойствами, окраской и общим обликом, количество, сочетание, степень выраженности и свойства этих горизонтовустойчивый и характерный признак определенных типов и разновидностей почвы. Совокупность почвенных почвенных горизонтов объединяется в понятие почвенный профиль; каждая почва имеет свой, характерный для нее профиль, т.е. последовательность и характер горизонтов. Зная тип строения и сочетания горизонтов почвенного почвенного профиля, можно по внешним морфологическим признакам установить тип почвы и ее важнейшие свойства. Во- вторых, почва обладает специфическими и физическими свойствами, рыхлостью сложения и агрегатным состоянием, или структурой. В отличии от монолитных горных пород обладает водопроницаемостью и, что особенно важно, водоудерживающей способностью, а также воздухопроницаемостью и аэрируемостью. Наличие специфических физических свойств в почве создает в ней, в отличие от горных пород благоприятные условия для развития корневых систем растений и для заселения ее высшими и низшими организмами. Так, именно в порах и полостях на поверхности твердых частиц почвы обитает множество микроскопических организмов, грибов, простейших, круглых червей, членистоногих, которым необходимы для жизнедеятельности как воздух, так и влага. Объем полостей может составлять от 70 % в рыхлых и до 20% плотных почвах. Воздух в почвенных полостях всегда насыщен водяными парами, а его состав обогащен углекислым газом и обеднен кислородом. Соотношение воздуха и влаги в 14 почвенных порах постоянно меняется в зависимости от погодных условий, однако температурные колебания, которые бывают очень резкими у поверхности почвы, быстро сглаживаются с глубиной. В-третьих, почва отличается рядом химических свойств. Важнейшим из них является накопление в верхней части почвенного профиля гумуса (перегноя)- продукта векового существования и отмирание растений, почвенных животных, микроорганизмов. Гумус окрашивает верхние горизонты почвенного профиля в темный цвет, содержит органические вещества, элементы и соединения, необходимые для питания растений (азот, фосфор, сера, калий). Гумус является материальной и энергетической основой для жизнедеятельности почвенных организмов. Верхние почвенные горизонты характеризуются также накоплением ряда важнейших элементов питания растений –биогенов (фосфор, азот, кальций, медь, калий, цинк и др.). В составе почвенной массы обычно присутствует значительное количество высокодисперсных аморфных и кристаллических веществ (почвенные коллоиды и минералы). Почвенная влага, циркулирующая в почвенных горизонтах и называемая почвенным раствором, содержит различные газы, растворимые соли, питательные или токсические вещества. Почвенный раствор, как и почва, может обладать нейтральной, кислой Ц щелочной реакцией. Весьма специфичен почвенный воздух, который обычно содержит повышенные количества углекислоты, углеводородов, водяных паров. По объему жидкая и газообразная фазы в почве составляют до 40-60 %, что на порядок превышает аналогичные показатели для плотных пород. В-четвертых, почва - особенная среда жизни. В отличие от горных пород, которые абиотичны, почва теснейшим образом связана с деятельностью различных организмов. Поскольку почва - это трехфазная среда, содержащая помимо твердых частиц, также влагу и воздух, то почву населяют как мелкие водные, так и воздухо-дышащие организмы. Верхняя часть почвенного профиля пронизана массой корневых систем, которые, непрерывно отрастая, отмирая и разлагаясь, являются факторами разрыхления и структурообразования почвы и основой для жизни животных и микроорганизмов. Гумусовые горизонты почвы, особенно вблизи корней, содержат огромное количество микроорганизмов, исчисляющееся миллионами на каждый комочек почвы. Это - и клетки различных микроорганизмов, и мелкие, различимые только в микроскоп или даже невооруженным взглядом животные, и др. Можно без преувеличения сказать, что почва создастся совместной жизнедеятельностью множества организмов. Густо населяющие почву многочисленные членистоногие, черви, клещи, роющие позвоночные Млекопитающие и др. перемещают и перемешивают ее массу, являются после отмирания источниками органического вещества и материалом для жизнедеятельности микроорганизмов. Бактерии, грибы и простейшие, также населяющие почву, продуцируют в конечном итоге гумусовые вещества, 15 специфические ферменты, природные антибиотики, а в некоторых случаях токсины. Особенно важна для жизни почвы деятельность дождевых червей. Их нормальная численность в лесах и на лугах может составлять от нескольких десятков до нескольких сотен особей на квадратный метр. Дождевые черви разрыхляют и перемешивают слои почвы, улучшают условия для прорастания корней растений. Выделения их кишечников представляют собой прочные органоминеральные комочки, большое количество которых в почве резко улучшает ее структуру и повышает плодоро дие. При высокой численности дождевые черви за год могут образовывать до 120 тонн таких комочков на гектар. Живая фаза почвы представлена также корневыми системами древесной и травянистой растительности. В полевых условиях обычно отмечают характер распределения корней по горизонтам, их массу и глубину проникновения. При наличии бобовых растений отмечают также степень развития и обилия клубеньков, развитие микоризы. Ежегодно или постепенно сбрасывая листву, растительность образует на поверхности почвы , слой мертвого органического вещества (так называемый растительный опад), который служит средой обитания огромному количеству организмов и является основным источником почвенного плодородия. Таким образом, почва - наиболее насыщенная жизнью среда. Наконец, почва содержит также новообразования- прямые "свидетели" тех почвообразовательных процессов, через которые прошла или проходит почва, а также включения, не имеющие прямого отношения к процессам почвообразования и лишь механически включенные в состав почвенной массы (камни, обломки раковин, угли, кости, черепки, обломки строительных материалов, утвари и т.д.). Почва - динамическая и изменяющаяся со временем система. Некоторые ее свойства могут изменяться относительно быстро (в течение минут и часов), в то время как многие другие практически не изменяются на протяжении сотен лет (табл. 1). Таблица 1 Свойства почвы, изменяющиеся со временем. Свойства, изменяющиеся за минуты и часы Температура Содержание влаги Состав и количество воздуха в почвенных полостях и порах Свойства, изменяющиеся за месяцы и годы рН (кислотность) Цвет (окраска) Структура и сложение Содержание органического вещества (гумуса) Плотность 16 Свойства, изменяющиеся за сотни и тысячи лет Виды минералов Размеры частиц (гранулометрический состав) Строение почвенных горизонтов Плодородие Состав и обилие микроорганизмов Цель работы: определение гранулометрического состава почвы по внешним признакам и на ощупь, а также физико-механических свойств почв и грунтов с помощью метода Аттеберга. Краткие теоретические сведения. ПОЛЕВЫЕ МЕТОДЫ В полевых условиях определяют гранулометрический состав почв приближенно по внешним признакам и на ощупь. Зная эти признаки и имея соответствующий навык, можно быстро и с достаточной точностью определить гранулометрический состав в полевых условиях. Из большого числа методов анализа почвенных вытяжек выделяют относительно небольшую группу методов, называемых «полевыми» (приведены в ГОСТ 1030). Эти методы применимы в самых разнообразных условиях – как специалистами, например, в ходе полевых экологических работ, при лабораторных исследованиях и др., так и неспециалистами – например, в условиях образовательных учреждений. Они могут использоваться также широким кругом заинтересованных лиц, не имеющих связей с лабораториями, аналитическими и экологическими центрами. Под полевым методам подразумевается такой метод, который может применяться непосредственно на базе полевого подразделения, при отсутствии водопровода, централизованных источников электроэнергии, стационарных и специально оборудованных лабораторных помещений (ГОСТ24902). Полевые методы обладают некоторыми характерными особенностями. Во- первых, полевые методы являются относительно несложными. Под сложностью и трудоемкостью его обслуживания, включая повышенные требования к квалификации персонала, выполняющего анализа. Применение недорогого портативного лабораторного оборудования, например, фотоколориметра, при проведении анализа в полевых условиях весьма желательно и значительно расширяет возможности полевых методов. Во – вторых, к преимуществам полевых методов относится их экспрессность. Не секрет, что в ряде случаев использование тех или иных методов определяет не только сложность, но и длительность анализа, которая, включая операции подготовки, может достигать от нескольких часов до нескольких суток. Полевые методы, как правило, позволяют сократить продолжительность подготовки и анализа до нескольких десятков минут, а часто – и до нескольких минут 17 В – третьих, к полевым методам анализа предъявляются особые, менее жесткие (и это закреплено в нормативных документах – см..например, ГОСТ 24902), требования по точности анализов. В основу их положен расчет сходимости результатов двух параллельных определений. Полевые методы анализа можно рассматривать как несколько упрощенные варианты более сложных лабораторных методов. Это упрощение может быть обусловлено разными средствами, в часиности: • применением визуально – колориметрического определения на завершающем этапе определения вместо фотометрического (приборного); • изменением состава аналитических растворов в направлении упрощенной и ускоренной их дозировки (например, вместо разбавленных растворов реагентов используется растворы с повышенной концентрацией, вместо жидких реагентов используются сухие сыпучие и др.) • применением портативных средств дозировки растворов и проб, например, вместо пипеток или мерных цилиндров используются шприцы или мерные склянки. Сухой метод. Сухой комочек или щепотку мелкозема почвы испытывают на ощупь, кладут на ладонь и тщательно растирают пальцами. Гранулометрический состав почвы определяют по ощущению при растирании, состоянию сухой почвы, по количеству песка (табл. 2). Результаты определения заносят в табл. 3 Мокрый метод. Образец почвы увлажняют и перемешивают до тестообразного состояния. Из подготовленной почвы на ладони скатывают шарик и пробуют раскатать его в шнур толщиной около 3 мм, затем свернуть в кольцо диаметром 2-3 см. В зависимости от гранулометрического состава почвы показатели будут различны. Песок не образует ни шарика, ни шнура. Супесь образует шарик, который раскатать в шнур не удается. Получаются только зачатки шнура. Легкий суглинок раскатывается в шнур, но последний очень непрочен, легко распадается на части при раскатывании или взятии с ладони. Средний суглинок образует сплошной шнур, который можно свернуть в кольцо, но с трещинами и переломами. Тяжелый суглинок легко раскатывается в шнур. Кольцо с заметными трещинами. Глина образует длинный тонкий шнур, кольцо без трещин. Результаты определения гранулометрического состава почвы полевыми методами записывают в таблицу4. 18 Таблица 2 Органолептические признаки гранулометрического состава почвы Гранулометрический состав Песок Супесь Легкий суглинок Средний суглинок Тяжелый суглинок Глина Состояние образца сыпучее сухого Ощущение при растирании сухого образца Состоит почти полностью из песка Комочки слабые, Преобладают песчаные легко частицы. Мелкие частицы раздавливаются являются примесью Структурные Преобладают песчаные отдельности частицы. Глинистых частиц разрушаются с 20-30% трудом, намечается угловатость формы Структурные Песчаные частицы хорошо отдельности различимы.Глинистых частиц разрушаются с около половины трудом, намечается угловатость их формы Агрегаты плотные, Песчаных частиц почти нет. угловатые Преобладают глинистые частицы Агрегаты очень Тонкая однородная масса. плотные, угловатые Песчаных частиц нет 19 Таблица 3 Результаты определения гранулометрического состава сухим методом Генетический Диагностические признаки горизонт и глубина выражен- связность наличие наличие взятия образца, см ность песка глины структуры название почвы по гранулометрич. составу Таблица 4 Результаты определения гранулометрического состава мокрым методом Диагностические признаки Генетический горизонт и глубина взятия образца, см скатывание шарика образование шнура деформация шнура название почвы по гранулометрич. составу Отбор почвенных образцов Отбор образцов при изучении почвенных разрезов Как уже отмечалось, почвенные горизонты, как правило, различаются не только по морфологическим характеристикам, но и по химическому и минералогическому составу, многим физическим, физико-химическим и др. свойствам, которые можно изучить только в хорошо оснащенной лаборатории. Поэтому после описания разреза, в случае надобности, при ступают к взятию образцов по генетическим горизонтам. Первый образец "чистой" материнской породы берется со дна ямы сразу же после завершения копки разреза. Затем, после того, как завершено описание разреза и имеется четкое представление о разделении профиля на генетические горизонты, в пределах каждого из них намечают места и глубины взятия образцов. Таким образом, при изучении почвенного разреза образцы отбирают, по возможности, из всех почвенных горизонтов (а не только из гумусового). Образец помещается в матерчатый или полиэтиленовый мешочек и туда же вкладывается этикетка, на которой указывают: пункт (область, район, хозяйство), номер разреза, горизонт и глубина взятия образца, дата и фамилия 20 исследователя. Мешочки упаковывают по номерам разрезов При отсутствии мешочков образцы берут в оберточную бумагу (лучше крафтовую). Отбор почвенных образцов для более детального изучения в лабораторных условиях - важная и ответственная часть полевых исследований. Существует ряд правил, которые необходимо соблюдать при проведении отбора образцов. Специалистами разработаны, и общие требования и правила отбора проб почвы, приведенные в действующих государственных стандартах. Чтобы избежать наиболее досадных случаев, связанных с недостаточностью почвенного материала отбором проб в неподходящих местах, неправильной обработкой проб и их непригодностью к дальнейшему анализу и т.п., организатору полевых работ необходимо ответить на несколько вопросов: • являются ли изучаемые участки однородными и насколько полно они представляют изучаемую, в целом неоднородную, территорию? • по каким показателям предполагается анализировать пробы почвы и сколько их для этого необходимо? • в каких конкретно местах и с какой глубины предполагается взятие образцов? • есть ли у исследователя достаточно почвенного материала, чтобы, при необходимости, повторить анализ (например, если эксперимент окажется неудачным)? • будет ли проводиться обработка проб на месте их отбора либо в базовом лагере и что для этого необходимо (оборудование, время, "человеческие возможности" и т.д.)? • есть ли у исследователя достаточное количество упаковочного материала для транспортировки образцов в лабораторию? Обратите внимание! Недоучет возможных проблем, связанных с последующей обработкой и анализом проб в лабораторных условиях, может поставить под угрозу достижение целей оценки экологического состояния изучаемой почвы, т.к. воссоздать полевые условия по возвращении из экспедиции или полевого выхода, как правило, невозможно. Оборудование и реактивы: фарфоровая чаша (диаметр 12см), шпатель, сито с отверстием 1…3мм, ванночки, фильтровальная бумага. Требования (меры безопасности): 1.продумать ход работы 2.перед началом работы одеть рабочий халат, для предотвращения попадания кислот, почвы на одежду 21 3.при работе с почвой не размахивать руками чтобы избежать попадания почвы в глаза 4.после окончания работы убрать за собой рабочее место. Ход работы: Определение верхнего предела пластичности (W) Метод Аттеберга. 20-30гр мелкозема помещают в фарфоровую чашу (диаметр 12см), замачивают водой и тщательно перемешивают, доводя до состояния густой пасты. До полного смачивания оставляют на сутки в эксикаторе над водой. Затем ещё раз перемешивают, разравнивают слоем толщиной в 1см по центру к чашке. Затем разрезают почвенную массу Vобразным шпателем на 2 равные части так, чтобы между ними образовалась щель шириной по дну чашки 1-1,5 мм и на поверхности почвы - 2-3мм. Затем по дну чашки ударяют 3 раза рукой или трижды сбрасывают с высоты 6 см. Если после трех падений или ударов обе части почвы начнут сливаться так, что заполнят щель между ними, то данное увлажнение соответствует верхнему пределу пластичности или нижней границе текучести. Если слияния нет, то к почве добавляют воду и повторяют операция. При избытке воды слияние почвенной массы отмечается после первого или второго удара. В этих случаях в исследуемый образец надо добавит не много сухой почвы. Когда требуемая консистенция почвы достигнута, в сушильный стаканчик берут 10-15гр почвы, взвешивают и высушивают. 2.Метод А.В. Васильева. Мелкозем доводят в фарфоровой или металлической чашке водой до густой пасты, как и по методу Аттерберга. Далее используют балансирный конус Васильева, который представляет собой полированный конус из нержавеющей стали с углом в вершине 30 и высотой 25 мм. на высоте 10 мм от вершины конуса нанесена круговая метка. При основании его смонтировано балансирное устройство, состоящее из двух металлических шаров, укрепленных на концах стальной проволокой, согнутой в полукруг. Общая масса конуса 7-6 г. Центр основания имеет ручку. Густую пасту почвы помещают в металлический стаканчик, поверхность хорошо заглаживают и на нее устанавливают конус, слегка смазанный вазелином. Погружение конуса в почву на глубину 10 мм за 5 секунд свидетельствует о том, что влажность почвы соответствует верхнему пределу текучести (W2). При меньшем погружении добавляют воду, при большем – сухой почвы, добиваясь нужной глубины погружения. После этого отбирают пробу почвы в сушильный стаканчик и определяют влажность обычным способом. 4. Определение нижнего предела пластичности (W2). Метод Аттерберга. Почвенную массу после определения верхней границы пластичности подсушивают перемешиванием или добавлением 1. 0 22 сухой почвы. из нее затем скатывают шарик диамнтром 1 см, который раскатывают на бумаге в шнур толщиной 3 мм. Операцию повторяют до тех пор, пока вследствие потери избытка воды шнур начнет распадаться на мелкие кусочки (8 – 10 мм). Их собирают в сушильный стаканчик и определяют влажность, которая и соответствует нижнему пределу пластичности (W2). Для многих почв и грунтов нижняя граница пластичности примерно соответствует максимальной влагоемкости (МВ). Допустим, влажность верхней границы пластичности равна 25, нижней – 15 %. Тогда число пластичности W2=10%. Поверхность определения – двух-, трехкратная. По Аттебергу почвы по числу пластичности делят на непластичные – 0; слабопластичные -0 – 7; пластичные – 7 – 17; высокопластичные – 17. Это соответствует песку, супеси, суглинку и глине. По показателям пластичности и естественной влажности рассчитывают число консистенции: К = Wест − W2 , W где Wест- естественная влажность, %, W2 – нижний предел пластичности, W – число пластичности. По паказателям консистенции предложена следующая классификация связанных почвогрунтов: Супеси: твердые пластичные 0-1; текучие 1. Суглинки и глины: твердые <0; полутвердые 0- 0,25; тугопластичные 0,25 – 0,5; мягкопластичные 0,5 – 0,75; текучепластичные 0,75 – 1,0; текучие >1. 5.Определение липкости Образец почвы, подлежащий исследованию, помещают в формочку, на сетчатое дно которой положен кружок фильтровальной бумаги. Почва должна быть просеяна через сито с отверстием 1…3мм. Формочку с образцом почвы устанавливают в ванну с водой для насыщения для полной влагоёмкости, после чего переносят на плиту прибора со стороны диска. На коромысло подвешивают диск и уравновешивают его чашкой. Удлиняя или 23 укорачивая подвесной стержень, приводят в полное соприкосновение с почвой. Сверху на диск кладут гирю (выбор нагрузки определяется задачей исследования). Опускают арретир и выдерживают груз 30 с. Диск прилипает к почве. Поддерживая рукой стержень, снимают груз. В стаканчик на левой чашке весов сыплют тонкой струйкой чистый кварцевые песок до отрыва диска от почвы. Песок взвешивают. На одном образце производят пять определений, среднее из которых служит окончательным результатом. По отношению массы песка к площади диска рассчитывают липкость почвы в г/см2. После определения липкости с поверхности образца почвы берут пробу на влажность. Через определенный промежуток времени на этом же образце повторяют определения до прекращения прилипания почвы к диску. На основании полученных материалов составляют график динамики липкости почвы в зависимости от её влажности. По оси ординат откладывают липкость в г/см3 (кПа), оси абсцисс- относительную влажность. Для определения липкости почв используют прибор конструкции Н.А.Качинского, который представляет видоизмененные весы, левая чашка которых заменена стержнем с диском. Н.А. Качинский классифицирует почвы по величине липкости (кПа) при капиллярном увлажнении на предельно вязкие (≥1,5), сильновязкие (1,5…0,5), средневязкие (0,5…0,2), слабовязкие (0,2…0,5), рассыпчатые (≤0,05). Содержание отчета: 1. название работы 2. цель работы 3. краткие теоретические сведения 4. оборудование и реактивы 5. ход работы 6. обработка результатов и построение графика динамики липкости почвы в зависимости от её влажности 7. заполнение таблиц 8. вывод Контрольные вопросы: 1. Что относится к физико-механическим свойствам почвы? 2. Дать определение липкости и пластичности? 3. При помощи чего определяют гранулометрический состав почв? 4. В чем сущность мокрого метода? 5. Сущность метода Аттеберга при определение верхнего предела пластичности? 24 6. В чем заключается метод Васильева? 7. С помощью какого метода определяют нижний предел пластичности. Его сущность? 8. По каким показателям определяют число консистенций? 9. Какой прибор используют для определения липкости? 10. Единицы измерения липкости? 11. Перечислите основные свойства которыми обладает почва? 12. Что подразумевают под полевыми методами? 13. Перечислите особенности полевого метода? Лабораторная работа №2 ИССЛЕДОВАНИЕ И ВЛАЖНОСТИ И ВЛАГОЕМКОСТИ ПОЧВ Введение Вода является важнейшей составной частью почвы. Её роль в образовании, развитии почвы, плодородия - огромно. Исключительно большое участие принимает вода в процессах выветривания горных пород. Важную роль играет вода в почвообразовании: в синтезе и разложении органических веществ, в передвижении различных элементов в почвенной толще, в формировании почвенных горизонтов, и т.д. В почве может содержаться вода в капельно-жидком, твердом (в виде льда), а также в парообразном состояниях. Некоторое количество воды всегда адсорбировано почвенным материалом в силу физико-химических взаимодействий, а также находится в химически связанной (кристаллизационной) форме. Относительное содержание воды в том или ином её состоянии обусловлено многими факторами, среди которых- время года и температура, глубина почвенного горизонта, защищенность почвы от воздействий климатических факторов, строение почвы, присутствие в почве водоносных горизонтов и др. Поэтому применительно к почве говорят о наличии и количестве в ней влаги, имея в виду содержание воды во всех агрегатных состояниях. Количество влаги в почве очень изменчиво во времени и зависит от поступления воды в почву и её расходования. Поступление влаги в почву происходит с атмосферными осадками, паводковыми, грунтовыми и поливными водами, а расходование- при испарении, транспарации, стоке и др. Соотношение этих процессов определяется климатическими явлениями, временем года, положением почвы в рельефе местности, наличием и характером растительного покрова, хозяйственной деятельностью человека. Помимо перечисленных факторов, внешних по отношению к почве, её 25 влажность зависит и от свойств самой почвы- водных свойств, к которым относятся влагоемкость и водопроницаемость, а также от состояния поверхности почвы. Почвенная влага является практически единственным источником влагообеспечения наземных растений, Поэтому влажность почвы определяет продуктивность культурных и природных фитоценозов, регулирует состав последних, а также состав связанных с ними зоо- и микробиоценозов. Почвенная влага оказывает огромное влияние на перемещение веществ в ее профиле. Особенности водного режима почв обуславливают; в одних случаях, элювиальные процессы (за счет выноса растворенных или взвешенных веществ с нисходящим гравитационным током влаги), а других процессы накопления солей и засоления (за счет восходящих потоков влаги, содержащей растворенные вещества, в силу транспирации и капиллярных явлений). С колебаниями влажности связаны процессы превращения веществ в почве (их растворение и кристаллизация, окисление и восстановление), а также набухание и усадка почвенной массы. Степень увлажнения оказывает большое влияние и на морфологические свойства почвы - на усиление или ослабление интенсивности окраски, плотность, сложение и связность почвенной массы, степень выраженности структуры и др. Таким образом, изучение влажности почвы в ее сезонной и многолетней динамике - необходимая часть экологических и других (агропочвенных, почвенно-генетических) исследований. Это изучение включает, во-первых, собственно наблюдения за динамикой влажности, которые складываются из суммы единичных измерений влажности за некоторый отрезок времени, и, во-вторых, обработку и интерпретацию полученного материала. Влажность почвы характеризуется отношением массы содержащейся в почвенном образце влаги к массе подготовленного (измельченного, не содержащего посторонних включений) и высушенного образца и выражается обычно в процентах. Для измерения влажности используют как прямые, так и косвенные методы. Основным, наиболее распространенным и надежным, прямым методом определения влажности почвы в лабораторных условиях является термостатно-весовой метод, широко описанный в литературе. Термостатно-весовой метод определения влажности заключается в измерении веса влаги, содержащейся в образце. При этом подготовленный почвенный образец высушивают в термостате при температуре 105 ос в течение 3-4 часов, а определенный взвешиванием вес влаги относят к единице массы почвы. Цель работы: исследовать влажность и влагоемкость почвы, а также определить структуру и состав почвы 26 Краткие теоретические сведения. Влажность почвы характеризуется количеством воды, содержащейся в почве в момент определения. Различают влажность абсолютную и относительную. Абсолютной влажностью называется содержание воды в процентах к массе (весу) или объему сухой почвы. Для определения абсолютной влажности навеску почвы высушивают до постоянной массы и рассчитывают по формуле: Wm = Мв ⋅ 100 , Мп где Wm- абсолютная массовая влажность в процентах; Мв- масса воды в образце; Мп- масса сухой почвы; 100- коэффициент для расчета в процентах. Вычисление массы сухой почвы (Мс) при известной влажности производится по формуле: Мс = 100 М в , 100 + W где Мв- масса влажной почвы. Абсолютную влажность часто выражают не в массовых, а в объемных процентах по формуле: Wабс = Wт ⋅ d v , где Wабс- влажность в процентах от объема почвы; Wт- влажность в процентах от массы почвы; dv- плотность сложения почвы. Относительная влажность- это отношение содержания влаги в данный момент к количеству воды, насыщающей почву до её наименьшей влагоемкости. Относительная влажность рассчитывается по формуле: Wотн = Wабс ⋅ 100 , НВ где Wотн- относительная влажность; Wабс- абсолютная влажность; НВнаименьшая влагоемкость; 100- коэффициент для расчета в процентах. Относительная влажность характеризует степень насыщенности почвы водой по сравнению с пористостью или наименьшей влагоемкостью. Влагоемкостью называется способность почвы вмещать и удерживать в своих порах то или иное количество влаги. Влагоемкость обычно выражают в процентах к массе сухой почвы. Величина ее зависит от свойств почвы, а также от количества влаги в ней. Влагоемкость тем больше, чем выше порозность почвы, особенно капиллярная, чем выше содержание в почве глинистых минералов и органических веществ. Влагоемкость тесно связана с видами воды в почве. В зависимости от количества удерживаемой воды и ее подвижности выделяют несколько видов влагоемкости: максимальную, молекулярную наименьшую, капиллярную и полную. 27 Максимальная молекулярная влагоемкость (ММВ) - наибольшее количество рыхло связанной воды, удерживаемое сорбционными силами или силами молекулярного притяжения. Наименьшая влагоемкость или предельно-полевая (НВ или ППВ) характеризуется наибольшим количеством подвешенной влаги (т.е. влаги, не связанной капиллярно с грунтовой водой), которое может удерживать почва. Влага, поступившая в почву сверх величины наименьшей влагоемкости, стекает в нижележащие слои почвы. Капиллярная влагоемкость (КВ) - это максимальное количество воды, которое удерживает почва в капиллярных порах при близком залегании зеркала грунтовых вод. Иными словами, капиллярная влагоемкость соответствует содержанию в почве капиллярно-подпертой воды. Полная влагоемкость (ПВ) - наибольшее количество воды, которое может вместить почва при полном заполнении всех пор водой. Влажность можно выразить и в процентах от содержания влаги, отвечающего тому или иному виду влагоемкости, что позволяет сравнивать по влажности почвы с различными водно-физическими свойствами. Например, влажность может быть выражена в процентах от полной влагоемкости, от влажности завядания и др. Такая форма выражения влагоемкости называется относительной. Запас влаги в почве - абсолютное количество воды, содержащееся в определенном слое почвы. Запас влаги может выражаться в тоннах (кубометрах) на 1 га или в миллиметрах водного столба. В зависимости от запасов влаги в почве различают также следующие типы увлажнения почвы. Обильный тип увлажнения характеризуется полной (максимальный) капиллярной влагоемкостью. Запасы продуктивной влаги в метровом слое почвы: от 400-200 мм (весной) до 235-110 мм (летом). Местообитаниямокрые или сырые (встречаются условия плохой и удовлетворительной аэрации) в растительном покрове господствуют гигрофиты. Характерны для высокотравянистых низинных болот, а также сфагновых верховых болот. Устойчивый тип увлажнения характеризуется средней капиллярной влагоемкостью. Запасы продуктивной влаги составляют от 230-140 мм до 115-70 мм. Местообитания - влажные или свежие, в растительном покрове. Имеются затруднения в водоснабжении, но напряженность засух невелика. Характерна для таежной зоны- почв Jlесов-черничников, кисличников, крупнозлаковых настоящих лугов. Переменный тип увлажнения характеризуется наименьшей влагоемкостью. Запасы продуктивной влаги составляют от 150-11 О мм до 60-1 О мм. Место обитания - сухие и крайне сухие, в растительном покрове господствуют ксерофиты и психрофиты; мезофиты, если представлены, то силь110 угнетены. Для данного типа увлажнения можно, в свою очередь, выделить несколько подтипов, охватывающие от таежных лесов-бруснич28 ников, пустошных (психрофильных) лугов, лишайниковых лесов, до скалистых мест с преобладанием накипных лишайников, где растения вегетируют, пока идет дождь и некоторое время позже. Оборудование и реактивы: весы аналитические, разновесы, бюкс, эксикатор с СаСl2, сушильный шкаф, шпатель, цилиндр с сетчатым дном, линейка, фильтровальная бумага, ванночки с водой и подставками, стеклянные палочки. Взятие почвенных образцов и подготовка к их анализу. Наиболее распространенным методом отбора смешанных почвенных образцов является метод «конверта». Данный метод применяется для исследования почвы гумусового горизонта. При этом из точек контролируемого участка берут пять образцов почвы. точки должны быть расположены так, чтобы, мысленно соединенные прямыми линиями, давали рисунок запечатанного конверта ( длина стороны квадрата может составлять от 2 до 5-10м). Обычно при изучении почвы отбирают пробы гумусового горизонта с глубины около 20 см, что соответствует штыку лопаты. Из каждой точки отбирают около 1 кг ( по объему около 0,5 л), но не менее 0,5 кг. Почвенные образцы упаковывают в полиэтиленовые или полотняные мешочки, и прилагают к нему этикетку (сопроводительный талон), в которой указывают: • место взятия образца (адрес, номер пробной площадки); • номер образца и дату (час) отбора, горизонт или слой, глубину взятия пробы; • характер метеорологических условий в день отбора пробы; • особенности, обнаруженные во время отбора пробы (освещение солнцем, применение удобрений, наличие близлежащих свалок и мусора, сточных канав и др.) Образцы помещают в эмалированную кювету (поддон, кастрюлю) слоем высотой около 2 см, смешивают, отбирают и отбрасывают камни, корни и части растений, почвенных насекомых и червей, инородные включения. Масса одного объединенного образца составляет около 1 кг. При необходимости почву измельчают в агатовой либо яшмовой ступке до отдельностей размером не более 1-2 мм. Далее в лабораторных условиях смешанный образец доводят до воздушно-сухого состояния, выдерживая его при температуре 100-105◦С в течение не менее 3 час. в сушильном шкафу (духовке) в эмалированной кювете. В случае приближенной оценки, например, при работе в полевых условиях, и невозможности провести взвешивание образцов, допускается, с точностью до нескольких процентов, считать сухой почву, находящуюся в воздушно-сухом состоянии, т. е. сухую наощупь и легко рассыпающуюся. 29 Высушенный и охлажденный до комнатной температуры почвенный образец просеивают через сито с размером ячеек 1-2 мм. Образец почвы, просеянный через сито, используется в дальнейшем для химического и элементного (но не биологического) анализа. Хранят подготовленные таким образом почвенные образцы в полотняных мешочках в сухом месте. Срок хранения образцов не ограничен. Требования (меры безопасности): 1.продумать ход работы 2.перед началом работы одеть рабочий халат, для предотвращения попадания кислот, почвы на одежду 3.при работе с почвой не размахивать руками, чтобы избежать попадания почвы в глаза 4.включая сушильный шкаф не браться за вилку или оголенный шнур мокрыми руками. 5.проводить работу не превышая температурных рамок. 6.после окончания работы выключить сушильный шкаф (вытащив вилку из розетке) 7.после окончания работы убрать за собой рабочее место Ход работы: 4. Определение влажности Алюминиевый или стеклянный стаканчик (бюкс) просушивают до постоянной массы в сушильном шкафу при температуре 100…105, охлаждают в эксикаторе и взвешивают на аналитических весах. В этот стаканчик насыпают около 5гр воздушно сухой почвы. Слой почвы в бюксе не должен превышать 5мм. Стаканчик с почвой взвешивают на тех же весах и с такой же точностью. Почву в стаканчике сушат в сушильном шкафу 5часов, после чего стаканчик закрывают крышкой, охлаждают в эксикаторе с СаСl2 и взвешивают. Затем просушивают снова около 2-х часов. Если разница во взвешивании после первой и второй сушке не превышает 0,003г, то просушивание заканчивают. Результат взвешивания записывают в таблицу 5, а влажность W вычисляют по формуле: W = b− c ⋅ 100% c− a где а- масса пустого стаканчика, г; b- масса стаканчика с почвой до высушивания, г; с- масса стаканчика с почвой после высушивания, г. 30 Таблица 5 Определение влажности №Масса №с пустого так стаканч анч ика, г ика Масса стаканчика Масса с почвой, г испарившей ся воды ,г до после сушки сушки Масса Гигроскопичес сухой кая влажность, почвы, г % 4. Определение влагоемкости Металлический цилиндр с почвой ставят в ванночку на обрезки стеклянных палочек, наливают в ванночку воду на 1,0…1,5см выше почвы в цилиндре и оставляют на сутки. Затем, не вынимая из воды цилиндр, сверху плотно закрывают крышкой переворачивают, вынимают из воды и взвешивают. Полную влагоемкость заносят в таблицу 6. Таблица 6 Определение полной влагоемкости Ц Масса Масса № цилиндра, сухой цг почвы, г ци ли нд ра Масса цилиндра с почвой после полного насыщения, г Масса Полная почвы после влагоемкость, полного % насыщения, г Содержание отчета 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. название работы цель работы краткие теоретические сведения оборудование и реактивы ход работы обработка результатов и заполнение таблиц вывод Контрольные вопросы 1. Роль воды в почвообразовании? 2. Дать определение абсолютной и относительной влажности? 3. Что характеризует относительная влажность? 31 4. От чего зависит количество влаги в почве? 5. В чем заключается взятие почвенного образца? Лабораторная работа №3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ КИСЛОТНОСТИ ПОЧВЫ Введение Характерным свойством почвы является ее реакция. Она проявляется при взаимодействии почвы с водой или растворами солей и определяется соотношением свободных ионов H + и гидроксида OH − в почвенном растворе. Концентрация свободных ионов водорода выражается величиной pH , который обозначает отрицательный логарифм концентрации ионов водорода: рН = 7 - характеризует нейтральную реакцию; рН < 7 - кислую; рН > 7 – щелочную. Цель работы: изучить экологическое состояние почвы через оценку ее плотности. Освоить работу ионометра. Краткие теоретические сведения: Кислотность почвы – важный экологический фактор, определяющий условия жизнедеятельности почвенных организмов и высших растений, а также аккумуляцию и подвижность загрязнителей в почве (в 1- у очередь Ме) При высокой кислотности уменьшается рост и развитие многих с/х культур, подавляется жизнедеятельность микроорганизмов. При высокой кислотности почвы необходимо проводить ее известкование. Кислотность почвы определяют, изменяя величину рН солевой вытяжки. В зависимости от величины рН почва может быть: - рН ≤ 4 – сильнокислая - рН = 5 – кислая - рН > 6 – слабокислая - рн – 7 – нейтральная - рН ≥ 8 – щелочная Выделяют следующие основные причины закисления почв, которые носят естественный и антропогенный характер. 1. Выделение (выдыхание) микроорганизмами и корнями растений углекислого газа, при растворении которого в воде образуется угольная кислота. 32 2. Всасывание растениями с почвенной влагой катионов щелочных и щелочноземельных металлов (калия, натрия, кальция, магния), приводящее к обогащению почвенного раствора кислотными компонентами. 3. Внесение кислотообразующих удобрений. К таким удобрениям относятся, прежде всего, аммиачные удобрения на основе мочевины, преобразование которой в нитратную форму, усвояемую растениями, сопровождается образованием азотной кислоты. 4. Кислотные осадки, при которых в почву с дождевой водой попадают серная, азотная и сернистая кислоты (рН кислотного дождя может достигать 2-3 единиц). Обычный (некислотный) дождь содержит также угольную кислоту за счет растворения углекислого газа и всегда имеет некоторую кислотность (рН около 5,5-6). Кислотность дождей может значительно возрастать в случае промышленных выбросов в атмосферу, содержащих щелочные компоненты, например, при работе тепловых электростанций, использующих горючие сланцы, в воздух выбрасываются огромные массы газов, хоть и прошедших очистку, но содержащих мелкодисперсный аэрозоль щелочного оксида кальция. В подобных ситуациях можно говорить уже о щелочных (или кислотно-щелочных) дождях, причем рН таких дождей будет обусловлен объемом и составом газовых выбросов, интенсивностью дождя и др. При закислении почвы угнетается рост и развитие многих сельскохозяйственных культур, подавляется жизнедеятельность микроорганизмов. Закисление почвы приводит к увеличению подвижности многих элементов, в первую очередь тяжелых металлов. Особая роль в этом процессе принадлежит алюминию, содержание которого в почве и в почвообразующих породах, в формах, не обладающих подвижностью, высоко. Различают обменную и гидролитическую кислотность почвы. Обменная кислотность обусловлена присутствием способных к обмену ионов Н+ и Аl3+ в почвенно-поглощающем комплексе (ППК), которые высвобождаются путем обменных реакций при взаимодействии ППК с раствором нейтральной соли (обычно используют раствор хлорида калия с концентрацией 1 г-моль/л). Ионы Н+ образуются по схеме: Ca [ ППК]н + пКСl → [ ППК]кк К + (п − 3) КСl + НСl + СаСl2 В присутствии алюминия в почвенно-поглощающем комплексе протекает обменная реакция, сопровождающаяся высвобождением катионов алюминия, что приводит к ещё большему закислению среды: [ ППК ] Al + nKCl → [ ППК ]кк К + АlCl 3 + (n − 3) KCl Катион алюминия претерпевает кислотный гидролиз с образованием катионов водорода: AlCl 3 + 3H 2O → Al (OH )3 + 3HCl Количество выделяющихся ионов водорода и алюминия может быть определено методом титрования раствором щелочи с известной 33 концентрацией, причем существующие методы позволяют определять величину потребления щелочи, обусловленную отдельно ионами водорода и отдельно- ионами алюминия. Таким образом, обменная кислотность почвы измеряется количеством раствора щелочи, израсходованного на титрование высвободившегося количества ионов водорода и алюминия. Мерой обменной кислотности почвы обычно считают рН солевой почвенной вытяжки, приготовленной в стандартных условиях (1,0 г-моль/л хлорида калия КСl). В зависимости от величины рН солевой вытяжки различают следующие степени кислотности почвы (в табл 7) Таблица 7 Степени кислотности и щелочности почв рНКСl Менее 4,5 Уровень кислотности или щелочности почв Сильнокислая 4,6…5,0 Кислая 5,1…5,5 5,6…6,0 Слабокислая Близкая к нейтральной 6,1…7,1 7,2…7,5 Нейтральная Слабощелочная 7,7…8,5 Более 8,5 Щелочная Сильнощелочная почвы Болотные, болотно-подзолистые, подзолистые, красноземы, тропические Подзолистые, дерновоподзолистые, тропические, красноземы То же Окультуренные дерновоподзолистые, красноземы, серые лесные Серые лесные, черноземы Черноземы южные, каштановые, сероземы с признаками солонцеватости Солонцы, солончаки Содовые солонцы, солончаки Оборудование и реактивы: термические весы, колбы, рН – метр, КСl, стеклянная пипетка Требования (меры безопасности): 1.продумать ход работы 2.перед началом работы одеть рабочий халат, для предотвращения попадания кислот, почвы на одежду. 3.при работе с колбами, пипетками, предметным стеклом, быть предельно аккуратными 34 4.при работе с кислотами не допускать, их попадания на открытые участки кожи, одежду. 5.включая сушильный шкаф не браться за вилку или оголенный шнур мокрыми руками . 6.проводить работу не превышая температурных рамок во избежание перегрева стекла, что может привести к его растрескиванию. 7.после окончания работы выключить сушильный шкаф (вытащив вилку из розетке) 8.после окончания работы убрать за собой рабочее место Ход работы. Определение кислотности. На технохимических весах берут 10 г воздушно – сухой почвы, помещают ее в стаканчик на 50 мл и приливают 25 мл 1М раствора КСl ( для торфяных почв соотношение почв: раствор = 1 : 25 ). Содержимое стаканчика перемешивают стеклянной палочкой, величину рН определяют на потенциометре и записывают ее значение. Потенциометрическое измерение производят после проверки рН – метра по буферному раствору. Ополаскивают электроды дистиллированной водой, снимают лишние капли воды фильтровальной бумагой и опускают электроды в испытуемый раствор. Сначала производят измерения приближенно в широком диапазоне (1…14 рН) по нижней шкале прибора. Выбирают соответствующий узкий диапазон, устанавливают в нужное положение выключатель диапазонов. Отсчет берут по верхней шкале. Измеряемая величина рН будет равна начальному значению рН для данного диапазона ( нижний предел измерения) плюс показания по верхней шкале прибора. Например, если « переключатель диапазонов »установлен в положение «4-9», а стрелка прибора по верхней шкале дает цифру 1,42, то измеряемая величина рН составит 4+1,42= 5,42 рН. По окончании работы электроды промывают, переключатели ставят в исходное положение. Электроды погружают в дистиллированную воду, закрыв пробкой вспомогательный электрод. Прибор выключают из сети. 35 Содержание отчета 1. название работы 2. цель работы 3. краткие теоретические сведения 4. оборудование и реактивы 5. ход работы 6. обработка результатов 7. вывод Контрольные вопросы 1. Дать определение кислотности почвы. 2. Виды почв в зависимости от величины рН? 3. С помощью какого прибора измеряют кислотность почвы? 4. Причины закисления почв? 5. Какие последствия оказывает закисление почвы? 6. Что понимают под обменной кислотностью? Лабораторная работа №4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ СОЛЕЙ В ПОЧВЕННОЙ ВОДНОЙ ВЫТЯЖКЕ. Введение Засоленность почвы характеризуется повышенным содержанием легкорастворимых минеральных солей, что отрицательно сказывается на физических и химических свойствах почвы и создает неблагоприятные условия для развития и роста многих растений. Сильнозасоленные почвы обычно непригодны для выращивания сельскохозяйственных культур. У растений, произрастающих на засоленных почвах, задерживаются набухание семян, цветение, рост, снижается урожайность. При больших концентрациях солей наступает гибель растений. Наиболее вредное влияние оказывают карбонаты, хлориды и сульфаты натрия и калия. Цель работы: изучение засоленности почвы количественным методом. Краткие теоретические сведения. Химическое исследование почвы обычно проводится путем подготовки к анализу заблаговременно отобранного образца почвы и определения состава почвенных вытяжек - водной и солевой. От правильности приготовления 36 почвенных вытяжек во многом зависят и результаты исследования почвенного образца. В водной вытяжке определяются концентрации водорастворимых солей (хлоридов, сульфатов, карбонатов, и гидрокарбонатов, а также солей жесткости), а в солевой – кислотность, или значение рН вытяжки. Засоленность почвы обусловлена повышенным содержанием в ней легкорастворимых минеральных солей, что, как правило. Создает неблагоприятные условия для развития и роста растений. Сильнозасоленные почвы обычно непригодны для выращивания сельскохозяйственных культур. У растений, произрастающих на засоленных почвах, задерживаются набухание семян, цветение, рост и снижается урожайность. При больших концентрациях солей наступает гибель растений. Засоленные почвы (солонцы, солончаки) распространены, в основном, в степенной и пустынно – степенной областях, в зонах каштановых, сероземных и черноземных почв. Основной признак засоленных (солонцеватых) почв – присутствие в почвенном растворе (точнее – в почвенно-поглощающем комплексе) значительного количества катионов натрия. Соответствующими анионами являются, в основном, хлорид, сульфат, гидрокарбонат и карбонат, причем наиболее отрицательно влияют на качество почвы гидрокарбонаты и особенно карбонаты как наиболее щелочные компоненты. В зависимости от вклада различных анионов в солесодержание почвенного раствора различают холодное, хлоридносульфатное, содовое и смешанное засоление. Засоление почв может происходить в силу естественных и антропогенных процессов. Естественное засоление почв может происходить при переносе растворенных в грунтовых водах солей, из водоносных слоев к поверхности. При испарении воды соль остается на поверхности почвы и, при определенных условиях, возникает зона засоления. Условиями, при которых возможно естественное засоление почв, также являются: наличие понижения или низины на местности, достаточная проницаемость грунтов, длительный и устойчивый характер процесса. При переувлажнении засоленных почв возможны также их солонцевание и заболачивание. При выявлении сильного засоления почв сельскохозяйственных угодий необходимо проводить специальные гидромелиоративные мероприятияорошение, дренаж, промывки. Параметры и типы засоленности почв приведены в табл. 8 Таблица 8 Степени и типы засоленности почв в зависимости от концентрации солей 37 Степень засоленности Тип засоленности в зависимости от типа и массовой почв доли солей в сухой почве, % хлориды сульфаты Гидро- карбонаты Для хлоридно-сульфатного засоления незасоленные меньше 0,01 слабозасоленные 0,01-0,05 среднезасоленные 0,05-0,10 сильнозасоленные 0,1-0,2 солончаки больше 0,2 Для сульфатного и хлоридно-сульфатного засоления незасоленные меньше 0,01 меньше 0,10 слабозасоленные 0,01 0,1-0,4 среднезасоленные 0,05 0,4-0,6 сильнозасоленные 0,1 0,6-0,8 солончаки больше 0,1 больше 0,8 Для содового и смешанного засоления незасоленные 0,01 0,02 меньше 0,06 слабозасоленные 0,01 0,05-0,1 0,1-0,2 среднезасоленные 0,1 0,2 0,2-0,3 сильнозасоленные 0,2 0,2 0,3-0,4 солончаки 0,2 0,2 больше 0,4 Оборудование и реактивы: воронка стеклянная, палочка стеклянная, стакан на 50 мл, фильтр бумажный, цилиндр мерный на 50 мл, весы учебные, стакан на 200 мл, штатив ШХЛ с кольцом, разновесы, кювета, сушильный шкаф. Требования (меры безопасности): 1.продумать ход работы 2.перед началом работы одеть рабочий халат, для предотвращения попадания кислот, почвы на одежду. 3.при работе с колбами, пипетками, стеклянными палочками, воронками и т.д., быть предельно аккуратными 4.включая сушильный шкаф не браться за вилку или оголенный шнур мокрыми руками . 5.проводить работу не превышая температурных рамок во избежание перегрева стекла, что может привести к его растрескиванию. 38 6.после окончания работы выключить сушильный шкаф (вытащив вилку из розетке) 7.после окончания работы убрать за собой рабочее место. Ход работы Приготовление почвенной водной вытяжки: Приготовление почвенных вытяжек проводят обычно в лабораторных условиях непосредственно перед анализом почвенных образцов. Однако при необходимости их несложно приготовить и в полевых условиях (например, когда анализ проводит с помощью портативных комплект -лабораторий в полевых условиях) Водная вытяжка используется для определения содержания в почве растворимых солей - хлоридов, сульфатов, карбонатов, гидрокарбонатов, солей кальция и магния - главным образом при оценке засоленности почвы. Для этой цели обычно применяют дистиллированную либо кипяченую питьевую воду с малым солесодержанием ("мягкую"). Солевая вытяжка используется для определения величины рН, являющейся показателем обменной кислотности почвы (иногда величину рН вытяжки называют кислотностью почвы, что не вполне корректно). Солевую вытяжку приготавливают с применением раствора хлорида калия концентрацией 1 г-экв/л. Такой раствор можно приготовить, растворив 38 г (0,5 г-экв) сухой соли хлорида калия (КСl) в 0,5 л дистиллированной воды, используя мерную колбу или другую подходящую мерную посуду. В отдельных случаях, при более глубоком исследовании характеристик почвы, приготавливают раствор гидролитически активных щелочных солей например, раствор ацетата натрия с концентрацией 1,0 г-экв/л, который применяют для определения гидролитической кислотности почвы. Кислотная вытяжка используется для определения содержания в почве нерастворимых в воде и солевом растворе компонентов - главным образом тяжелых металлов, которые могут находиться в почве в разных формах и переходят в растворимые формы только в сильнокислой среде. Для этой цели обычно применяют раствор азотной кислоты концентрацией 1,5 гэкв/л. Такой раствор можно приготовить, растворив 68 мл (0,5 г-экв) концентрированной азотной кислоты (НNОЗ> в 0,5 л дистиллированной воды с помощью мерной колбы или другой подходящей мерной посуды. Раствор следует приготавливать в термостойкой посуде, добавляя осторожно, малыми порциями кислоту в воду (а не наоборот). При этом выделяется большое количeство тепла, которое необходимо отводить путем охлаждения раствора во избежание его вскипания и разбрызгивания (техника безопасности!). Для приготовления кислотных почвенных вытяжек используют также серную кислоту концентрацией 0,5 г-экв/л (например, при определении легкогидролизуемого азота), а также соляную кислоту концентрацией 0,2 г39 экв/л (определение доступного фосфора) и др. Вид кислоты и ее концентрация выбирается в зависимости от определяемого показателя. 9. Количество приготавливаемой почвенной вытяжки зависит от вида и количества выполняемых анализов. Для определения основных параметров вытяжек с использованием портативных комплектов-лабораторий (pН содержания растворимых солей -сульфатов, карбонатов, гидрокарбонатов, хлоридов, нитратов, солей жесткости) необходимы количества вытяжек от 5 до 30 мл, т.е. около 100 мл на цикл химических анализов (без учета возможности повторения анализа). В процессе приготовления почвенных вытяжек необходимо знать вес сухой почвы, т.е. производить взвешивание. Вместе с тем, в некоторых случаях можно пользоваться объемным методом дозировки почвы. Этот метод позволяет, зная объем, занимаемый сухой и слегка уплотненной почвой, а также удельный вес такой почвы, приближенно определить ее вес в сухом состоянии. Так, дня почвы, находящейся в высушенном (воздушно-сухом) и слегка уплотненном (утрамбованном) состоянии, ориентировочная величина плотности составляет: почвы типа "песок" -1,4 г/см3; почвы типа "торф" - 0,4 г/см3; почвы типа "чернозем" - 1,1 г/см3. Таким образом, с некоторой погрешностью можно принять, что помещенная в склянку с меткой "2,5 мл" высушенная и уплотненная почва весит около 3,5 г (песок); 1,0 г (торф) и 2,8 г (чернозем). 1. Нанесите 1 каплю почвенной водной вытяжки на предметное стекло с помощью пипеткикапельницы. 2. Осторожно нагревайте предметное стекло до испарения влаги, не допуская перегрева стекла во избежание его растрескивания. 3. Рассмотрите сухой солевой остаток на стекле невооруженным глазом и в лупу. Повторите эксперимент на вытяжке из 40 почвы, отобранной из другого места. Зарисуйте наблюдаемый солевой остаток в каждом случае Определение концентрации хлоридов в почвенной вытяжке: 1. В склянку налейте 10 мл анализируемой воды или почвенной вытяжки. 2. Добавьте в склянку пипеткой-капельницей 3 капли раствора хромата калия. 3. Герметично закройте склянку пробкой и встряхните, чтобы перемешать содержимое. 4. Постепенно титруйте содержимое склянки раствором нитрата серебра при перемешивании до появления неисчезающей бурой окраски. Определите объем раствора, израсходованный на титрование (Vхл, мл). 5. рассчитайте массовую концентрацию хлориданиона (Схл, мг/л) по формуле: C хл = Vхл ⋅ Снс ⋅ 35,5 ⋅ 1000 Vа где: Снс- молярная концентрация раствора нитрата серебра (0,05 моль/л); 35,5- эквивалентная масса хлорид-аниона; 1000- коэффициент пересчета единиц измерений из г/л в мг/л; Vа- объем пробы, взятый на анализ (10мл). Результат округлите до целых чисел. Определение концентрации сульфатов в почвенной вытяжке: 41 1. Поместите в отверстия мутномера две пробирки с рисунком на дне. В одну из пробирок налейте анализируемую воду или почвенную вытяжку до высоты 100 мм. 2. Добавьте к содержимому пробирки пипетками 2 капли раствора соляной кислоты и 14-15 капель раствора нитрата бария. Соблюдайте осторожность: нитрат бария токсичен! 3. Герметично закройте пробирку пробкой и встряхните, чтобы перемешать содержимое. 4. Пробирку с раствором оставьте на 5-7 минут для образования белого осадка или суспензии. 5. Закрытую пробирку снова встряхните, чтобы перемешать содержимое. 6. 7. 6. Пипеткой переносите образовавшуюся суспензию во вторую (пустую) пробирку до тех пор, пока в первой пробирке не появится изображение точки на дне. Измерьте высоту столба суспензии в первой пробирке (h1, мм). Наблюдение проводите, как показано на рисунке, направляя свет на вращающийся экран мутномера, установленный по углом 45 град. 7. Продолжайте переносить суспензию во вторую пробирку до тех пор, пока в ней не скроется изображение рисунка. Измерьте высоту столба суспензии во второй пробирке (h2, мм). 8. Рассчитайте среднее арифметическое значений высоты столба суспензии (h) по формуле: h= 42 h1 + h2 . 2 9. Определите концентрацию сульфат-аниона в мг/л по таблице: Таблиц а8 Высота столба суспензии (h), мм 100 95 90 85 80 75 70 65 60 55 50 45 40 Массовая концентрация сульфатаниона, мг/л 33 35 38 40 42 45 47 50 53 56 59 64 72 Содержание отчета 1. название работы 2. цель работы 3. краткие теоретические сведения 4. оборудование и реактивы 5. ход работы 6. обработка результатов 7. вывод 1. 2. 3. 4. 5. 6. Контрольные вопросы Чем характеризуется засоленность почвы, и как это сказывается на её свойствах? Каким образом проводится химическое исследование почвы? Каким образом готовится почвенная водная вытежка? О чем свидетельствует наличие солевого остатка на стекле? Описать процесс определения концентрации хлоридов и сульфатов в почвенной вытяжке? Чем обусловлена засоленность почвы? 43 Лабораторная работа № 5 ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА В ПОЧВЕ Введение Почва, или верхний поверхностный слой земной коры, формируется под воздействием различных факторов: почвообразующей породы, климата, жизнедеятельности растительных и животных организмов, антропогенных процессов и др. Характерным свойством почвы, отличающим её от различных грунтов и пород, является плодородие. Одним из необходимых условий плодородия почвы является содержание в ней органического вещества или гумуса. Не случайно почвы, содержащие много гумуса, называют богатыми. Источником формирования органического вещества в почве являются растительные остатки и, в меньшей степени, остатки микрофауны и макрофауны. Состав и содержание органического вещества в почве изменяются в процессе почвообразования. Простейший способ, с помощью которого можно определить примерное содержание в почве органического вещества, основан на его относительной легкости. В отличие от минеральных частиц, которые тонут при погружении образца почвы в воду, частицы органического вещества всплывают к поверхности, приводя к расслаиванию взвеси. Настоящий стандарт устанавливает метод определения гумуса в почвах, вскрышных и вмещающих породах при проведении почвенного, агрохимического, мелиоративного обследования угодий, контроля за состоянием почв, а также других изыскательских и исследовательских работ. Стандарт не распространяется на определение гумуса в оглеенных горизонтах почв и пород, в пробах с массовой долей хлорида более 0,6 % и пробах с массовой долей гумуса более 15 %. Метод основан на окислении гумуса почвы раствором двухромовокислого калия в серной кислоте с последующим определением трехвалентного хрома, эквивалентного содержанию гумуса, на фотоэлектроколориметре. Суммарная относительная погрешность метода составляет, % (отн.): 10- при массовой доле гумуса до 5%; 5- при массовой доле гумуса свыше 5%. Цель работы: изучение богатства почвы органическим веществом 44 Краткие теоретические сведения: Образцы почвы доводят до воздушно-сухого состояния, измельчают и пропускают через сито с круглыми отверстиями диаметром 1-2мм. Корни и неразложившиеся растительные остатки, оставшиеся на сите, удаляют. Образцы хранят в коробках или пакетах. Из размолотой почвы отбирают пробу массой 3-5 г для тонкого измельчения. При отборе пробы из коробки почву тщательно перемешивают на всю глубину коробки. Из пакетов почву высыпают на ровную поверхность, распределяют слоем не более 1 см и отбирают пробу не менее чем из 5 мест. Видимые невооруженным глазом неразложившиеся корни и растительные остатки удаляют. Отобранную пробу измельчают и пропускают через плетеное сито с размером ячеек 0,25мм. Оставшиеся на сите частицы почвы также измельчают и полностью пропускают через сито. Для тонкого измельчения используют ступки и измельчительные устройства из фарфора, стали и других твердых материалов. Измельченную пробу тщательно перемешивают, распределяют тонким слоем на ровной поверхности и отбирают пробу для анализа не менее чем из пяти мест. Оборудование и реактивы: фотоэлектроколориметр, водяная баня на 50-100 пробирок, весы лабораторные 2-го классы точности с наибольшим пределом, груша резиновая со стеклянной трубкой или устройство для барбатации, ступка фарфоровая с пестиком, палочки стеклянные длиной 30см, посуда мерная лабораторная 2-го класса точности по ГОСТ 1770-74, колбы конические вместимостью 250см3 по ГОСТ 25336-82, пробирки стеклянные термостойкие вместимостью 50см3 по ГОСТ 25336-82, штативы для пробирок, Бумага фильтровальная по ГОСТ 12026-76, аммоний-железо (II) сернокислый (соль Мора) по ГОСТ 4208-72, гидроокись калия по ГОСТ 24363-80 или двухромовокислый по ГОСТ 4220-75, марганцовокислый калий, 0,1 н., стандарт- титр; сернистокислый натрий по ГОСТ 195-77 или сернистокислый натрий, 7-водный по ТУ6-09-53, серная кислота по ГОСТ 4204-77 или концентрированная и раствор молярной концентрации, дистиллированная вода по ГОСТ 6709-72. Требования (меры безопасности): 1.продумать ход работы 2.перед началом работы одеть рабочий халат, для предотвращения попадания кислот, почвы на одежду. 3.при работе с колбами, пипетками, стеклянными палочками, воронками и т.д., быть предельно аккуратными 45 4.при работе с кислотами не допускать, их попадания на открытые участки кожи, одежду. 5.опуская пробирки в кипяток, быть предельно аккуратными во избежание получения ожогов 6.после окончания работы убрать за собой рабочее место. Ход работы: 1. Приготовление хромовой смеси 40 г тонко измельченного двухромовокислого калия, взвешенного с погрешностью не более 0,1 г, растворяют в дистиллированной воде, доводя объем до 1000 см3, тщательно перемешивают и переливают в колбу из термостойкого стекла вместимостью 3000 см3. К полученному раствору осторожно приливают небольшими порциями по 100 см3, с интервалом в 10-15 мин, 1000 см3 серной кислоты. Колбу с раствором накрывают стеклянной воронкой и оставляют до полного охлаждения. Затем раствор переливают в стеклянку с притертой пробкой. Раствор хранят неограниченно долго. Приготовление раствора восстановителя 40 г соли Мора или 27,8 г 7-водного сернокислого железа (II), взвешенного с погрешностью не более 0,1 г, растворяют в 700 см раствора серной кислоты молярной концентрации с (‘/2H2S04)-1 моль/дм3. Раствор фильтруют через двойной складчатый фильтр в мерную колбу, доводят объем до 100см3 дистиллированной водой и тщательно перемешивают. Концентрацию раствора проверяют каждые 3 дня по раствору марганцовокислого калия, приготовленному из стандарт-титра. Для титрования в три конические колбы наливают из бюретки по 10 см3 раствора соли Мора или раствора 7-водного сернокислого железа (II), приливают по 1 см3 концентрированной серной кислоты, 50 см3 дистиллированной воды и оттитровывают раствором марганцовокислого калия до слабо- розовой окраски, не исчезающей в течение 1 мин. Для вычисления коэффициента поправки используют среднее арифметическое результатов трех титрований. Коэффициент поправки (К) вычисляют по формуле: K = Vi ,см 3 V где Vi- объем раствора марганцовокислого калия, израсходованный на титрование, см3; V- объем раствора соли Мора или 7-водного сернокислого железа (II), взятый на титрование, см3. Раствор хранят в бутыли из темного стекла, к которой с помощью сифона присоединяют бюретку. Для предохранения раствора от окисления 46 кислородом воздуха к бутыли присоединяют склянку Тищенко с щелочным раствором сернистокислого натрия Приготовление щелочного раствора сернистокислого натрия. 40 г безводного сернистокислого натрия или 80 г 7-водного сернистокислого натрия взвешивают с погрешностью не более 0,1 г и растворяют в 700 см3 дистиллированной воды. 10 г гидроокиси калия, взвешенного с погрешностью не более 0,1 г, растворяют в 300 см3 дистиллированной воды. Полученные растворы смешивают. 2. Окисление гумуса почвы Массу пробы почвы для анализа определяют исходя из предпологаемого содержания гумуса в почве. Масса пробы для анализа почвы составляет: с массовой долей гумуса более 7%-50-100 мг; с массовой долей гумуса 4-7%-100-200 мг; с массовой долей гумуса 2-4%;-250-350 мг; с массовой долей гумуса до 2%-500-700 мг. Пробы почвы, взвешенные с погрешностью не более 1мг, помещают в пробирки, установленные в штативы. В пробирки с анализируемыми пробами и в девять чистых пробирок для приготовления растворов сравнения приливают дозатором или из бюретки по 10 см3- хромовой смеси и помещают в них стеклянные палочки. Почву с хромовой смесью тщательно перемешивают. Затем штативы с пробирками погружают в кипящую водяную баню и выдерживают в ней в течение 1 часа с момента закипания воды в бане после погружения пробирок. Уровень хромовой смеси в пробирках должен быть на 2-3 см ниже уровня воды в бане. Содержимое пробирок перемешивают стеклянными палочками через каждые 20 мин. По истечении 1 часа штативы с пробирками вынимают и погружают в водяную баню с холодной водой. После охлаждения в пробирки с пробами почвы приливают дозатором по 40 см3 дистиллированной воды, а в пробирки для приготовления растворов сравнения приливают раствор восстановителя, приготовленный как раствор восстановителя (см. выше) и дистиллированную воду в объемах, указанных в табл. 8. Затем из пробирок вынимают стеклянные палочки и тщательно перемешивают содержимое барбатацией воздуха, нагнетаемого резиновой грушей через стеклянную трубку. Растворы оставляют для оседания почвенных частиц и полного осветления. 47 Определение гумуса Растворы сравнения и испытуемые растворы фотометрируют в кювете с толщиной просвечиваемого слоя 10-20мм относительно раствора сравнения №1 при длине волны 590 нм или используя оранжево-красный светофильтр с максимумом пропускания в области 560-600 нм. Раствор в кювету фотоэлектроколориметра переносят осторожно, не взмучивая осадка на дне пробирки. Таблица 9 Характеристика раствора 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Объем дистиллированной 4,0 3,8 3,6 3,2 3,0 2,05 2,0 1,5 1,0 Объем раствора 0 3 восстановителя, см 2 4 8 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 Масса гумуса, объему 0 восстановителя в сравнения, мг 1 2 4 5 10 7 12 15 Содержание отчета 1. название работы 2. цель работы 3. краткие теоретические сведения 4. оборудование и реактивы 5. ход работы 6. обработка результатов и построение графика динамики липкости почвы в зависимости от её влажности 7. вывод 1. 2. 3. Контрольные вопросы Какие почвы называют богатыми? Что является источником формирования органического вещества? На чем основан метод определения гумуса? Дать краткую характеристику методу Тюрина для определения 4. гумуса? 5. Описать процесс приготовления хромовой смеси? 6. Описать способ приготовления раствора восстановителя? 7. Что используют для вычисления коэффициента поправки. Приведите формулу? 48 Лабораторная работа №6 ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЧВЫ НА СОДЕРЖАНИЕ ТЯЖЕЛЫХ ЭЛЕМЕНТОВ Введение В земной коре и в почве встречаются все химические элементы, в том числе так называемые «тяжелые» металлы: ртуть, свинец, кадмий, медь, железо и др. В результате деятельности человека уже на протяжении многих десятков и сотен лет происходит поступление тяжелых металлов в биосферу, что привело к значительному увеличению содержания этих элементов в окружающей среде. Загрязнение водоемов, почвы и продуктов питания тяжелыми металлами представляет серьёзную угрозу для здоровья людей. Замусоривание почв Почвы являются не только аккумулятором химических загрязнений, но и загрязнений механических. К таковым относятся загрязнение различными видами мусора. Под мусором понимаются бытовые отходы (отходы потребления), а также строительные и промышленные отходы размещенные в не установленных для того местах – территориях жилых зон, парков, автомагистралей, садоводств, в водоемах. Бытовые отходы - одна из важнейших экологических про6лем любого крупного города. Подобно тому, как с точки зрения химика грязь- это химические вещества, находящиеся в неподходящем месте, так и мусор с точки зрения материаловеда - это предметы и материалы, размещены в неположенном месте. Однако далеко не все виды мусора химические инертные и приводят только к механическому загрязнению окружающей среды. Многие виды мусора в естественных условиях могут разлагаться, возгораться и образовывать химические вещества, загрязняющие воздух и воду. Кроме того, некоторые отходы потребления и промышленные отходы сами по себе содержат высокотоксичные соединения. Такими являются, например автомобильные аккумуляторы, никелево- кадмиевые батареи, отработанные люминесцентные лампы, емкости с не израсходованными до конца лакокрасочными и горюче-смазочными материалами, инсектицидами и различными химическими продуктами. Осадки, образующиеся при работе коммунальных очистных сооружений, вывозятся на специальные иловые площадки. Иногда мусор образует скопления, которые могут иметь магистральный и площадной характер. Такие скопления мусора называются свалками. В первом случае речь идет о расположение свалок, вдоль дорог, во втором - на некоторой территории. На свалке могут содержаться битые бутылки и пищевые отходы, пластмасса и древесина. Поскольку отходы потребления являются неотъемлемой деталью урбанизации, а промышленные отходы 49 неизбежно образуются в промышленном производстве, то для мусора и свалок городскими властями выделены специальные территории, которые предназначены именно для размещения там различных отходов. Причем, для размещения бытовых отходов организованы свалки бытовых отходов и комбинаты по их переработке, а для размещения промышленных отходов (в том числе токсичных и особотоксичных) - полигоны по их захоронению и переработке*. Для того, чтобы свести к минимуму загрязнение окружающей среды от скоплений мусора, места для его размещения и захоронения выбираются особо тщательно, с учетом рельефа местности, характера подстилающих пород и грунтов, расположения водоносных горизонтов, направления преобладающих ветров, отсутствия близко расположенных мест проживания и скопления людей и др. Все свалки, появляющиеся в местах, специально для этого не предназначенных, называются несанкционированными. Люди и должностные лица, виновные в их появлении, должны нести административную (а иногда и уголовную) ответственность. Самовольные свалки отходов - угроза всему живому. Можно выделить следующие виды ущербов в связи с замусориванием территорий и образованием скоплений мусора и свалок. 1. Ущербы экономические, связанные с невозвратностью в сферу производства и потребления материалов и ценного вторичного сырья. 2. Ущербы экологические, связанные с разнообразными нарушениями в окружающей среде в связи со свалками: перекрытие или уничтожение почвы и нарушение ее свойств; загрязнение почвы, почвенных и поверхностных вод, а также воздуха; массовые биотические нарушения на всех уровнях организации живой природы в районе расположения свалок, причем наибольший ущерб наносится более простым формам (почвенной флоре и фауне, насекомым и др.). 3. Эстетические ущербы, обусловленные неудовлетворительным, с точки зрения эстетических потребностей человека, внешним видом территорий зон отдыха, природных зон, мест проживания и др. В этом отношении иногда эстетический ущерб может возникнуть даже от наличия нескольких единиц химически инертного мусора. 4. социальные ущербы могут быть связаны с заболеваемостью населения районов, прилегающих к наиболее опасным свалкам. Следует учитывать также необходимость отвлечения на периодическую уборку от мусора и свалок части трудоспособного населения. Борьба с последствиями замусоривания почвы и окружающей среды вообще, с несанкционированными свалками носит комплексный характер. С одной стороны, необходимо внедрять культуру потребления что позволит снизить общее количество отходов. С другой стороны, огромный эффект могло бы принести вторичное использование ценного вторичного сырья -такого как картон и бумага , алюминиевые банки и черный металлолом, пластмасса и др., в огромных количествах выбрасываемого ныне не в виде 50 бытовых отходов. Очень важным делом, способным значительно облегчить промышленную утилизацию отходов, является раздельный сбор мусора, Наконец, необходимо повышать общую культуру и экологическую грамотность населения, внедрять ресурсосберегающие технологии и др. Политика городских властей считается экологически ориентированной, если она нацелена в перспективе на отказ от свалок и переработку мусора по современным технологиям. Цель работы: ознакомление с методами обнаружения тяжелых металлов в окружающей среде. Краткие теоретические сведения Проводимые в данной работе эксперименты позволяют ознакомиться с качественными реакциями на ионы распространенных в почвах и водоемах тяжелых металлов- свинца, меди, железа и обнаружить их наличие в реальных и смоделированных пробах воды и почвы. К природным соединениям относятся ванадаты, молибдаты, бериллосиликаты, вольфраматы и др. Тяжелые металлы в силу их естественного содержания в почве вносят основной вклад в фоновый состав микроэлементов. Основным источником загрязнения почв тяжелыми металлами является сжигание ископаемого топлива. Ежегодно сгорает 5 млрд.т горючих ископаемых. В золе угля и нефти содержаться практически все металлы в суммарной концентрации до 500 г на тонну топлива. Вместе с золой на поверхность земли (в почву) поступили миллионы тонн тяжелых металлов. Значительная их часть аккумулирована в верхних горизонтах почвы. в этом сущность аэрально-техногенного характера поступления тяжелых элементов в почву. Заметную роль в формировании почвенного антропогенного фона играют и другие пути попадания тяжелых металлов в почву. Например, ежегодно от выхлопных газов автомобильных двигателей работающих на этилированном бензине, выбрасывается на поверхность почв более 250 тыс.т свинца в год. Выбросы в атмосферу только от ремонтных предприятий железных дорог в виде пыли, оседающей на почву (в основном это оксиды металлов). Тормозные колодки поездов, истираясь, также вносят в почвы вблизи железных дорог ещё 200 тыс.т металлов в год. Таким образом происходит неуклонное увеличение масштабов загрязнения почвы тяжелыми металлами. При этом наиболее опасно накопление в почве металлов с выраженным характером токсикантов – ртути, свинца, кадмия. Загрязнения почвенного покрова пылевыми и дымовыми выбросами могут содержать не только различные металлы в свободном и связанном видах, но и соединения фотора, хлора, фосфора, окислы азота и др. радиус зоны загрязнения может составлять 12 – 30 км вокруг источника (например, 51 промышленного предприятия) и более. Среднее содержание тяжелых металлов в этой зоне обычно фоновых значений в 10 и более раз выше. Тяжелые метталы оказывают выраженное токсическое действие на микробный состав почв. В частности, наибольшее токсическое влияние на микроорганизмы оказывают кадмий, затем следуют цинк и свинец. Наибольшими защитными свойствами в этом отношении обладает чернозем, меньшим – торфяники, самыми слабыми – дерново – подзолистые почвы. так, в контрольном эксперименте было показано, что при внесении в почву кадмия в концентрации 100 мг/кг суммарное содержание микроорганизмов снизилось в неокультуренной дерново-подзолистой почве в 5,5 раза, в такой же окультуренной – в 1,5 раза. В почвах разных типов уровень токсичности тяжелых металлов может отличаться в десятки и более раз. Оборудование и реактивы: воронка стеклянная, колба коническая на 50 мл, палочка стеклянная, пробирки, стакан на 50 мл, фильтр бумажный, штатив металлический ШЛХ с кольцом, чаша выпарительная №1, спиртовка. Требования (меры безопасности): 1.продумать ход работы 2.перед началом работы одеть рабочий халат, для предотвращения попадания кислот, почвы на одежду. 3.при работе с колбами, пипетками, предметным стеклом, быть предельно аккуратными 4.при работе с кислотами не допускать, их попадания на открытые участки кожи, одежду. 5.спиртовку зажигают поднося спичку к фитилю ,а не наоборот. Закончив работу необходимо потушить пламя, одев стеклянную крышку на фитиль. 6.после окончания работы убрать за собой рабочее место Ход работы Обнаружение наличия ионов тяжелых металлов Проведите исследование наличия ионов тяжелых металлов в воде из водоема и почвы, взятой вблизи автомагистрали, по одной или нескольким приведенными выше реакциями, по вашему усмотрению. Определение ионов в воде проводите непосредственно в пробе воды из водоема. Для определения их в почве необходимо приготовить кислотную вытяжку из почвы. 1. Поместить в стакан на 50 мл почву на 1/3 его высоты. 52 2. Залейте почву раствором азотной кислоты (1:3). Хорошо перемешайте содержимое стакана палочкой с резиновым наконечником в течение 3-5 мин. 3. Отфильтруйте или декантируйте содержимое стакана в колбу на 50 мл. 4. Проводите обнаружение ионов тяжелых металлов в фильтрате Повторите тестирование фильтрата, используя тест- системы «Феррумтест» и «Купрум- тест» Обнаружение ионов свинца 1. В пробирку пипеткой налейте 3-4 мл модельного раствора свинца и добавьте 1 мл раствора хлорида натрия. Опишите наблюдаемое. Закончите уравнение реакции: Pb (CH 3COO ) 2 + 2 NaCl = 2. В пробирку пипеткой налейте 3-4 мл модельного раствора свинца и добавьте 1 мл раствора йодида калия. Опишите наблюдаемое. Закончите уравнение реакции: Pb (CH 3COO ) 2 + 2 KI = 3. В пробирку пипеткой налейте 3-4 мл модельного раствора свинца и добавьте 1 мл раствора хромата калия. Опишите наблюдаемое. Закончите уравнение реакции: Pb (CH 3COO ) 2 + K 2CrO 4 = 53 Обнаружение ионов меди 1. Прокалите в пламени металлическую петлю из нихромовой поволоки докрасна, опустите петлю в пробирку с раствором меди и вновь внесите её в пламя. Наблюдайте характерное зеленое окрашивание пламени. 2. в пробирку налейте на ¼ её высоты раствор меди, прилейте в неё 2-3 мл (избыток) раствор аммиака, перемешайте содержимое пробирки. Опишите наблюдаемое. Закончите уравнения реакций: 2CuSO 4 + 2 NH 4OH = Cu (OH ) 2 + 4 NH 4OH = 3. В пробирку пипеткой налейте 3-4 мл модельного раствора меди и добавьте 1 мл раствора железистосинеродистого калия. Опишите наблюдаемое. Закончите уравнение реакции: 2CuSO 4 + K 4 [ Fe (CN )6 ] = Обнаружение ионов железа В пробирку пипеткой налейте 3-4мл модельного раствора железа (III) и добавьте 1 мл раствора железистосинеродистого калия. Опишите наблюдаемое. Закончите уравнение реакции: 1. 4 FeCl 3 + 3K 4 [ Fe (CN ) 6 ] = В пробирку пипеткой налейте 3-4мл модельного раствора железа (III) и добавьте 1 мл роданида калия или аммония. Опишите наблюдаемое. Закончите уравнение реакции: 2. FeCl 3 + 3KCNS = В пробирку пипеткой налейте 3-4мл модельного раствора железа (II) и добавьте 1 мл раствора железистосинеродистого калия. Опишите наблюдаемое. Закончите уравнение реакции: 3. 3FeSO 4 + 2 K 3[ Fe (CN )6 ] = Содержание отчета 1. название работы 2. цель работы 3. краткие теоретические сведения 4. оборудование и реактивы 54 5. ход работы 6. обработка результатов 7. вывод Контрольные вопросы 1. Сущность методов обнаружения тяжелых металлов в окружающей среде? 2. Описать способ обнаружения ионов тяжелых металлов? 3. Описать процесс обнаружения ионов свинца? 4. Основные источники загрязнения почв? Лабораторная работа №7 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВАЛОВОГО И ПОДВИЖНОГО СОДЕРЖАНИЯ АММОНИЙНОГО АЗОТА В ПОЧВЕ Введение С давних пор в сельском хозяйстве человек оценивал почву главным образом с точки зрения способности производить урожай растений. Значение почвы как основного средства сельскохозяйственного производства определяется ее плодородием. Плодородие почвы - это способность ежегодно (циклически) обеспечивать урожай (годичную продукцию) растений. Оно обусловлено специфическим комплексом свойств почвы как природного тела и особенностями воздействия на неё экологических факторов. При этом под плодородием понимается не только обеспечение растений элементами питания и водой, но и весь комплекс почвенных свойств и процессов, оказывающих влияние на жизнь растений: кислотность почвы, состав почвенного раствора и концентрации в нем растворенных веществ, окислительно-восстановительный потенциал, плотность сложения почвы, ее структурное состояние, воздушный и тепловой режимы и т.д. Для каждой почвы характерно присущее ей природное, или естественнoe, плодородие. Естественное плодородие одних почв может быть высоким, других - низким, однако и в том и в другом случае оно определяется характером почвообразовательного процесса и факторами почвообразования. С момента вовлечения почвы в хозяйственную деятельность она становится средством производства. При этом существенно трансформируется плодородие: наряду с естественным почва при обретает искусственное плодородие. Естественное и искусственное плодородие почвы неразрывно связаны между собой и их различают, как правило, только по происхождению. Единство естественного и искусственного плодородия обусловливает потенциальное плодородие почвы. Количественной характеристикой плодородия является биомасса выросших на ней организмов, в первую очередь 55 растений, в единицу времени, отнесенная к единице площади (для искусственного плодородия - урожайность сельскохозяйственных культур). Однако урожай лишь в ограниченной степени и при определенных условиях может стать мерой потенциального плодородия, так как определяется видом, сортом и развитием возделываемой культуры, погодными условиями, состоянием биоты (сорняков, вредителей, болезней растений), агротехническими мероприятиями (временем и качеством обработки почвы, сроками сева и др.). Поэтому поддержание или повышение потенциального плодородия почвы не всегда ведет к росту эффективного плодородия. Таким образом, плодородие почв обычно определяется по отношению к биомассе растений. В лесных биогеоценозах учитывается биомасса всех древесных пород или годичный их прирост, а в агроэкосистемах - урожайность культурных растений. Убыль естественного плодородия почвы, обусловленная изъятием из почвы питательных веществ, не всегда может быть восполнена естественным путем. При организации сельскохозяйственного производства почва особенно нуждается в поддержании на необходимом уровне потенциального плодородия, и проводимый человеком процесс восполнения плодородия почвы называется воспроизводством плодородия почвы. При вовлечении почв в сельскохозяйственный процесс нарушаются сложившиеся природные связи часть биологической продукции изымается, а с ней изымается ряд веществ, нарушаются почвенные режимы и т.д. Это требует постоянного восполнения почвенных ресурсов, поддержания плодородия почв и его воспроизводства. Плодородие почвы при землепользовании возрастает только в том случае, если правильно обращаться с ней - соблюдать агротехнические и почвоохранные мероприятия. Применительно к определенному виду и сорту растений почвенное плодородие имеет не абсолютное, а лишь относительное значение. Одна и та же почва может быть очень плодородной в отношении одних видов растений и мало плодородной для других. Поэтому сопоставлять разные почвы по плодородию и оценивать его динамику во времени можно лишь по отношению к одним и тем же растениям или фитоценозам. В природных условиях в результате почвообразовательного процесса естественное плодородие почв непрерывно возрастает от практического отсутствия на стадии почвообразующей породы до некоторого оптимума (максимума) на стадии полноразвитой почвы, находящейся в равновесии с окружающей средой. При переходе природных экосистем из одного равновесного состояния в другое может отмечаться дальнейшее нарастание почвенного плодородия или же его снижение, например, при развитии процессов засоления, оглеения почв. При оценке почвенного плодородия по биологической продуктивности это выражается в изменении количества биомассы, продуцируемой в единицу времени на единице площади. В природном процессе почвообразования постоянно имеет место воспроизводство 56 почвенного плодородия в годичном цикле развития растительности и под влиянием растительности. На освоенных человеком территориях отделить естественное плодородие от искусственного не представляется возможным. Лишь сравнением с целинными аналогами можно определить величину того и другого. Вместе с тем, существует практический метод оценки уровня естественного плодородия, за который принимают продуктивность (урожайность) растений, которая наблюдается в первые годы после распашки лесных и пастбищных угодий или степных участков. В процессе освоения и сельскохозяйственного использования почвы происходит окультуривание почвенного покрова. При этом почва, наряду с естественным, приобретает искусственное плодородие. Степень окультуренности определяется изменениями морфологического строения почвы - увеличением мощности гумусового (пахотного) горизонта и его качественного состава-содержания гумуса, кислотности, подвижных питательных веществ. Поскольку степень окультуренности связана с основными факторами, составляющими плодородие, то она может рассматриваться как мера искусственного плодородия почвы. Параметры окультуренности основных почв пашни Северо-Запада России для дерновоподзолистых почв приведены в табл.10 Таблица 10 Параметры окультуренности (искусственного плодородия) дерновоподзолистой пахотной почвы показатель Мощность пахотного горизонта (Апах ),см Содержание гумуса, % рН соляной вытяжки Механический состав почвы Супесчаная и песчаная Легко – и среднесуглинистая Тяжелосуглинистая и глинистая Супесчаная и песчаная Легко – и среднесуглинистая Тяжелосуглинистая и глинистая Супесчаная и песчаная Легко – и 57 окультуренность средняя хорошая высокая 26 30 32 30 24 26 28 22 24 2,2 2,8 3,0 3,6 4,0 4,5 3,2 4,8 5,5 5,8 5,6 6,8 6,8 6,8 6,8 Содержание Р2О5 мг/100г почвы Содержание К2О мг/100г почвы среднесуглинистая Тяжелосуглинистая и глинистая Супесчаная и песчаная Легко – и среднесуглинистая Тяжелосуглинистая и глинистая Супесчаная и песчаная Легко – и среднесуглинистая Тяжелосуглинистая и глинистая 5,6 6,6 6,8 18 16 25 20 50 50 12 18 40 10 14 14 20 28 40 18 26 40 Азот, находящийся в органическом веществе и определяемый вышеизложенным методом растениям недоступен. В связи с этим, судить об обеспеченности сельскохозяйственных культур азотом можно лишь по содержанию в почве его минеральных соединений. Среди них наиболее легко усваивается нитратный азот и именно его содержание является одним из важных показателей, определяющих уровень азотного питания растений. При определенных условиях растения хорошо усваивают и аммонийный азот, который в основном находится в поглощенном состоянии и определяется с помощью солевых вытяжек. Зная содержание в почве нитратного и аммонийного азота, можно с большой точностью определить дозу азотной подкормки, что особенно важно для озимых зерновых культур в момент начала их вегетации ранней весной. Источником избыточного количества аммиачного азота в почве обычно служат отходы животноводства и городские сточные воды. Современные предприятия индустриального животноводства, птицефабрики и города создают очаги аномально высокого содержания азота и фосфора в виде органических и минеральных соединений. 'Эти соединения, попадая в почвы и природные воды, локально перенасыщают их, при этом содержание нитратного азота может достигать до 400 мг/кг почвы, а аммиачного азота-до 2200 мг/кг почвы. Аномально высокие концентрации соединений азота создаются и вокруг многих промышленных предприятий, особенно тех, деятельность которых связана с использованием или производством азотных удобрений неорганических соединений азота. Рассматривая возможные пути обеспеченности почвы таким элементом питания, как ,вот, следует иметь в виду биологические источники азота в почве, и в частности, посадки бобовых культур. Несмотря на низкую водорастворимость большинства соединений фосфора и фосфорных удобрений, главное геохимическое направление их миграции (глобального круговорота) направлено в сторону озер, устьев рек, 58 морей и шельфов океанов. Так, ежегодно с континентов в океан поступает около 3-4 млн.т. фосфатов. В связи с низкой растворимостью почвенных соединений фосфора, обычно имеет место локальное зафосфачивание почв. Однако основная проблема - в исчерпаемости ресурсов фосфора, что приводит к нарушению оптимального соотношения основных элементов питания - N:P:K. Содержание в почве третьего важнейшего элемента питания --- калия также может быть несбалансированно, тем более что соединения калия обычно хорошо растворимы в воде. Убыль калия в почве, вызванная его переходом в биомассу растений либо вымыванием из пахотных почв, восполняется обычно добавлением калийных удобрений. Наиболее часто для этой цели используют хлорид калия, однако его применение приводит к накоплению в почве хлора. Значительные добавки хлоридов в почву приводят к изменению минерального состава почвенного раствора, что неблагоприятно для растений и всего почвенного сообщества. Цель работы: определение содержания в почве аммонийного азота фотоколориметрическим методом. Краткие теоретические сведения В основы метода положено вытеснение из почвы катионов аммония с помощью 1М раствора КCl с последующим фотоколориметрическим определением аммония в виде окрашенного индофинольного соединения, образующегося при его взаимодействии с гипохлоритом и салицилатом натрия. Избыточный азот накапливается в основном в форме нитратов. Поскольку в этой форме азот почвой не сорбируется, но легко вымывается из почвы (дождевыми, талыми водами), переходит в грунтовые воды и близлежащие водоемы. Помимо отрицательного воздействия на рост растений, наличие избыточного азота и его вымывание приводит к тому, что также сильно вымывается калий; в меньшей степени – фосфор (фосфаты). Таблица 11 Торговое название удобрения Азофоска Аммоний Характеристики минеральных удобрений Основное Растворимость Внешний действующее в воде вид вещество (химическая формула) NH4NO3, KNO3, ХР Г NH4H2PO4, NH4Cl NH4Cl ХР К,Г 59 Цвет Розовый Белый хлористый Аммония сульфат Аммофос, диаммофос Аммофоска Гипс Доломитовая мука (NH4)2SO4 ХР К,Г Белый (бесцветный) Желтоватый или голубой оттенок определяется содержанием микроэлемент Розоватый NH4H2PO4, (NH4)HPO4 ХР Г NH4H2PO4, (NH4)HPO4, NH4Cl CaSO4*2H2O ХР Г ТР П CaO*MgO*2CO2 НР П НР П KCl ХР К,Г Белый до Псерого) Белый CO(NH2)2 ХР К,Г белый CaCO3, MgCO3 НР П Сероватый Ca5F4(PO4)3* CaCO3 NH4NO3, NH4H2PO4 NH4NO3, KNO3, NH4H2PO4 NH4NO3 KNO3, NH4Cl CaHPO4*2H2O NH4NO3 НР П ТР Г Серокоричневый Белый ХР Г Розовый ТР Г Белый НР ХР П Г Бело-серый Белый Ca(NO3)2*2H2O ХР К Белый KNO3 ХР К Белый NaNO3 ХР К Белый Белый, сероватый Сероватый CaCO3 Известняк Калий хлористый Карбамид (мочевина) Мука известковая Мука фосфоритная Нитроаммофос Нитроаммофоска Нитрофоска Преципитат Селитра аммиачная Селитра известковая Селитра калийная Селитра натриевая 60 Сеперфосфат (простой, двойной) CaHPO4*2H2O ТР Г Экофоска KH2PO4*2H2O ТР Г Белый, голубоватый, розовый, черный серый Калия сульфат K2SO4 ХР П белый Оборудование и реактивы: коническая колба 150 и 100 мл, мернуй цилиндр 75 мл, пипетка, кюветы, раствор хлористого калия 1моль / л, запасной окрашивающий реактив, 56,7 г.салицилово- кислого натрия (C7H6O3Na2 * Н2О), 16,7 г. сенгетовой соли (C4O5 Н4 КNa* 4 Н2О), 26,7 г.NaOH растворяют в 600 -700 мл дистиллированной воды в термическом стакане, и раствор кипятят 20 мин для удаления аммония. После охлаждения в раствор добавляют 0,4 г.нитропруссида натрия, переносят его в колбу на 1000 мл и доводят объем до метки. Для приготовления рабочего окрашивающего раствора в мерную колбу на 1000 мл переносят 125 мл запасного окрашивающего раствора и 125 мл 2М раствора NaOH. В колбу добавляют 2 г.трилона Б и доводят дистиллированной водой объем до метки. Смесь взбалтывают. Раствор гипохлорита натрия (NaOCl). В стакан емкостью 500 мл вносят 150 г хлорной извести и перемешивают с 250 мл дистиллированной воды. В другом стакане в таком же количестве воды растворяют 150г безводного углекислого натрия (Na2CO3). Растворы сливают при постоянном перемешивании. Известь хлорная техническая, кислота соляная плотностью 1,19 г / 3. см Требования (меры безопасности): 1.продумать ход работы 2.перед началом работы одеть рабочий халат, для предотвращения попадания кислот на одежду. 3.при работе с колбами, пипетками, предметным стеклом, быть предельно аккуратными 4.при работе с кислотами не допускать, их попадания на открытые участки кожи. 5.спиртовку зажигают поднося спичку к фитилю ,а не наоборот. Закончив работу необходимо потушить пламя, одев стеклянную крышку на фитиль. 6.после окончания работы убрать за собой рабочее место 61 Внешний вид прибора КФК-2: 1 – микроамперметр; 2 – крышка кюветного отделения; 3 – ручка «Установка 100 грубо»; 4 – ручка установки чувствительности прибора; 5 – ручка перестановки кювет; 6 – ручка установки светофильтра; 7 – источник света Устройство прибора Колориметр состоит из блока. В оптический блок входят осветитель, оправа с оптикой, светофильтры, кюветное отделение с кюветодержателем, фотометрическое устройство с усилителем постоянного тока и элементами регулирования, регистрирующий прибор. Осветитель представляет собой лампу типа КГМ. Конструкция осветителя обеспечивает перемещение лампы в трех взаимно перпендикулярных направлениях для ее правильной установки. В оправу встроены конденсор, диафрагма и объектив. Центральные светофильтры вмонтированы в диск. Светофильтр вводят в световой пучок с помощью ручки. Рабочее положение каждого светофильтра фиксируется. Кюветодержатель расположен под крышкой в кюветном отделении. При работе в кюветном отделении одновременно находится две кюветы – с растворителем (или нулевым раствором) и окрашенным раствором. Перестановку кювет в световом пучке осуществляют поворотом ручки до упора. 62 В фотометрическое устройство входят фотоэлемент Ф-26, фотодиод ФД-24К, светоделительная пластинка и усилитель. Включение фотоприемников производится с помощью ручки. В качестве регистрирующего прибора используется микроамперметр типа М907- 10, шкала которого оцифрована для определения абсорбционности и коэффициентов пропускания. Технические характеристики прибора приведены ниже: Спектральный диапазон работы (разбит на определенные интервалы с помощью светофильтров) – 315 – 980 нм Приемники излучения: Фотоэлемент Ф-26 для работы в диапазоне 315 – 590 нм Фотодиод ФД-24К для работы в диапазоне 590 – 980 нм Диапазон измерения абсорбционности 0…1,3 Напряжение питания 220 В Частота 50 Гц Методика работы с прибором 1. Колориметр необходимо включить в сеть за 15 мин до начала измерений. Во время прогрева кюветное отделение должно быть открыто (при этом шторка перед фотоприемниками перекрывает световой пучок). 2. Ручкой ввести необходимый по роду измерения цветной светофильтр. Затем установить минимальную чувствительность прибора, для чего ручку «Чувствительность» поставить в положение «1», а ручку «Установка 100 грубо» - в крайнее левое положение. 3. Перед измерениями при переключении фотоприемников необходимо проверить установку стрелки микроамперметра на нуль по шкале коэффициентов пропускания при открытом кюветном отделении. В случае смещения стрелки от нулевого положения ее следыут подвести к нулю с помощью потенциометра «Нуль». 4. Ввести в световой поток кювету с водой, закрыть крышку кюветного отделения. Ручками «Чувствительность», «Установка 100 грубо» и «Точно» установить нуль по шкале абсорбционности. Ручка «Чувствительность» может находиться в одном из трех положений: «1», «2» или «3». 5. Затем поворотом ручки кювету с водой заменить на кювету с окрашенным раствором. Снять отсчет по шкале значений абсорбционности. 6. Измерения провести 3-5 раз, после чего окончательное значение измеренной абсорбционности определяют как среднее арифметическое из всех полученных значений. Ход работы Навеску почвы в 30 г помещают в коническую колбу емкостью 150 мл и добавляют с помощью мерного цилиндра 75 мл хлористого калия с 63 концентрацией 1 моль/л. Содержимое колбы взбалтывают в течение 1 мин и образовавшуюся суспензию оставляют на 18 – 20 ч. На следующий день суспензию вновь перемешивают и фильтруют. Пипеткой переносят 2,5 мл фильтра в коническую колбу емкостью 100 мл. В колбу добавляют 45 мл рабочего окрашивающего реактива и 2,5 мл рабочего раствора гипохлорита натрия. Смесь взбалтывают и оставляют на 1ч для проявления окраски. Окрашенный раствор фотоколориметрируют в кювете толщиной 1 см при длине волны 665 нм. Фотоколориметрирование необходимо закончить не позже чем через 2,5 ч после прибавления раствора гипохлорита натрия. Содержимое азота находят с помощью калибровочного графика, построенного по шкале образцовых растворов (табл.12). Если при анализе использовались другие разведения, то расчеты необходимо проводить по формуле: N – NH = AV × 1000 / V1 m , где а – содержание азота по градуировочному графику, мг; V – объем вытяжки, мл; 1000 – коэффициент пересчета на 1 кг почвы; V1 – объем вытяжки, взятой для колориметрирования, мл; m – навеска почвы,г. Таблица 12 Шкала для определения N – NH4 фотоколориметрическим методом. Показатели Номер колбы раствор ов сравнен Объем исходного образцового р-ра,мл Концентрация Содержание N – NH4 в р- ах N – NH4, сравнения мг/кг почвы мг / 50 мл ия 1 2 3 4 5 6 7 8 0 5 10 20 30 40 50 60 0 0,005 0,010 0,020 0,030 0,040 0,050 0,060 64 0 5 10 20 30 40 50 60 Для приготовления градуировочного графика из каждой колбы шкалы растворов (табл.1) отбирают пипеткой 2,5 мл раствора и производят его окрашивание так, как проводилось окрашивание почвенных вытяжек. По результатам колориметрирования строят градуировочный график. Для приготовления рабочей шкалы растворов сравнения берут на аналитических весах 0,382 г хлористого аммония (NH4Cl,х.ч. )переносят его в мерную колбу на 1 л, растворяют его в растворе KCl с концентрацией 1 моль/л и доводят объем этим же раствором до метки. Полученный раствор содержит в 1 мл 0,1 мг N – NH4. после приготовления раствора в 8 мерных колб на 250 мл наливают пипеткой исходный образцовый раствор в количестве, указанном в табл.1,и доводят объем до метки раствором KCl с концентрацией 1 моль/л. Содержание отчета: 1.название работы 2.цель работы 3.краткие теоретические сведения 4.оборудование и реактивы 5.ход работы 6.обработка результатов и построение градуировочного графика 7.вывод Контрольные вопросы: 1. Что не обходимо знать, чтобы определить дозу азотной подкормки? 2. Для чего необходим калибровочный график? 3. Кратко изложить суть метода «определение в почве аммонийного азота фотоколориметрическим методом. 4. Устройство прибора? Лабораторная работа №8. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВАЛОВЫХ И ПОДВИЖНЫХ СОДЕРЖАНИЙ ФОСФОРА И КАЛИЯ В ПОЧВАХ. Введение Данный метод основан на определении подвижных форм фосфора и калия в черноземах, серых лесных и других почвах, вскрышных и вмещающих породах степной и лесостепной зон при проведении почвенного, 65 агрохимического, мелиоративного обследования угодий, контроля за состоянием почв, а также других изыскательских и исследовательских работ. Этот метод не распространяется на почвенные горизонты, содержащие карбонаты. Метод основан на извлечении подвижных форм фосфора и калия из почвы раствором уксусной кислоты концентрации С(СН3СООН) = 0,5 моль/дм 3 (0,5н.) при отношении почвы к раствору 1: 25 с последующим определением фосфора в виде синего фосфорно – молибденового комплекса на фотоэлектроколориметре и калия на пламенном фотометре. Цель работы: научится определять наличие калия и фосфора в почвах. Краткие теоретические сведения. Образцы почвы доводим до воздушно-сухого состояния, измельчаем, пропускаем через сито с круглым отверстием диаметром 1 – 2 мм. Почву высыпаем на ровную поверхность, перемешиваем, распределяем слоем толщиной не более 3см. и отбираем пробу для анализа ( ложкой или шпателем) не менее чем из 5 мест. Масса пробы – 4г. Под названием « подвижные соединения фосфора » понимают не только те почвенные фосфаты, которые непосредственно являются усвояемыми для растений, но и те, которые сравнительно быстро могут переходить в почвенный раствор Оборудования и реактивы: колбы конические на 100 – 50 мл, фильтры, колбы мерные на 1 л, 500 мл, 100 мл, набор пипеток, цилиндры мерные, шпатель, весы технохимические и аналитические, фотоэлектроколориметр, пламенный фотометр, ротатор. Требования (меры безопасности): 1.продумать ход работы 2.перед началом работы одеть рабочий халат, для предотвращения попадания кислот на одежду. 3.при работе с колбами, пипетками, предметным стеклом, быть предельно аккуратными 4.при работе с кислотами не допускать, их попадания на открытые участки кожи. 5.после окончания работы убрать за собой рабочее место Ход работы: 1.Приготовление вытяжки из почвы. Пробы почвы массой 4г., взвешенные с погрешность не более 0,1г, пересыпаем в емкости установленные в десятипозиционные кассеты или 66 конические колбы. К пробам приливаем дозатором или цилиндром по 100 см3 экстрагирующего раствора. При использовании весов с устройством пропорционального дозирования экстрагента допускается отбор пробы почвы массой 3 – 5 г. Кассеты или одинарные емкости устанавливаем в ротатор или встряхиватель и взбалтываем почву с раствором в течении одного часа. Затем кассеты или емкости вынимает из ротатора, встряхиваем в ручную для удаления частиц почвы с их кружек и оставляем в вертикальном положении на 18 – 20 часов. Затем суспензии взбалтываем в ручную и фильтруем через бумажные фильтры. Фильтраты используем для определения фосфора и калия. 2.Определение фосфора Отбираем дозатором или пипеткой по 10 см3 фильтратов и растворов сравнения. К пробам приливаем дозатором или цилиндром по 90 см3 реактива Б и перемешиваем. Окрашенные растворы фотометрируем на фотоэлектроколориметре на ранее чем через 10 мин.после прибавления реактива Б в кювете с толщиной просвечиваемого слоя 20 мм. при длине волны 710 нм. Или используя красный светофильтр с максимумом пропускания в области 600 – 750 нм. Допускается пропорциональное уменьшение объема фильтрата и окрашивающего реактива при погрешности дозирования не более 1 %. Приготовление реактива Б. 1 г.аскорбиновой кислоты, взвешенной с погрешность не более 0,01г, растворяем в 180 см3 реактива А, доводим объем раствора дистиллированной водой до 1000 см3 и тщательно перемешиваем. Реактив готовим в день проведения анализа. Приготовление реактива А. 6г аммония молибденовокислого, взвешенного с погрешностью не более 0,1 г, растворяем примерно в 200 см3 дистиллированной воды. 0,15 сурьмяноввиннокислого калия взвешиваем с погрешностью не более 0,01 г, растворяем примерно в 100 см3 дистиллированной воды. Оба раствора готовим при слабом нагревании. Охлажденные растворы приливаем к 500 см3 раствора серной кислоты концентрации с 5моль/дм3. Раствор перемешиваем, доводим объем дистиллированной водой до 1000 см3 и снова перемешиваем. Реактив храним в плотно закрытой склянке из темного стекла 1. Определение калия Калий определяем на пламенном фотометре, используя светофильтр с максимумом пропускания в области 766-770 нм. Содержание отчета 1. название работы 2. цель работы 4. краткие теоретические сведения 67 4. 4. 4. 4. оборудование и реактивы ход работы обработка результатов вывод Контрольные вопросы 1. На чем основан метод определения подвижных содержаний фосфора и калия в почвах? 2. Что такое «подвижное соединение фосфора»? 3. Сущность приготовления вытяжки из почвы? 4. Описать способ определения фосфора и калия? Лабораторная работа № 9 ОЧИСТКА ВОДЫ ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЙ Введение В наше время качество воды стало проблемой, волнующих всех. К сожалению, не все вещества, которые могут растворяться в воде, полезны или хотя бы безвредны для здоровья. Высокие концентрации веществ, содержащих железо, придают воде плохой вкус и вызывают нежелательные отложения в трубах. Соединения, содержащие серу, придают воде неприятный запах. Вещества, содержащие такие элементы, как ртуть, свинец, кадмий, и мышьяк, могут растворяться в воде и даже в малых концентрациях опасны для здоровья людей. Даже солнечный свет может вызвать образование потенциально вредных веществ при освещении хлорированной воды, если она содержит некоторые примеси. Цель работы: изучение различных методов очистки воды от загрязнений. Краткие теоретические сведения Очистка воды в природе может происходить несколькими путями. При испарении, за которым следует конденсация влаги, удаляются практически все растворенные вещества. Бактерии в процессе собственной жизнедеятельности расщепляют органические вещества на более простые соединения. Наконец фильтрование воды через песок и гравий удаляет взвешенные вещества, при этом пористые вещества (например, торф) 68 дополнительно очищают воду за счет процесса адсорбции. Однако при перегрузке природные системы не могут качественно справляться с задачей очистки воды. Для ликвидации загрязнений воды в настоящее время используются разнообразные методы – биологические, химические, сорбционные, электрохимические и др. Оборудования и реактивы: воронка стеклянная, колба коническая на 50 мл, палочка стеклянная, стакан на 50 мл- 2 шт., фильтр бумажный, штатив для пробирок, вата. Уголь активированный, модельная вода, загрязненная нефтепродуктами или жиром (растительным маслом), модельная вода загрязненная механическими примесями. Требования (меры безопасности): 1.продумать ход работы 2.перед началом работы одеть рабочий халат, для предотвращения попадания веществ, на одежду. 3.при работе с колбами, пипетками, стеклянными палочками, воронками и т.д., быть предельно аккуратными 4.опуская пробирки в кипяток, быть предельно аккуратными во избежание получения ожогов 6.после окончания работы убрать за собой рабочее место. Ход работы 1. Очистка воды фильтрованием Данный способ применяется для очистки воды от механических примесей. В качестве фильтров могут использоваться бумажный фильтр, вата, различные фильтрующие материалы. На рисунке представлена установка для фильтрования в лабораторных условиях Установка для очистки воды фильтрацией 2. Очистка воды адсорбцией Данный способ очистки воды используется в том случае, если вода загрязнена примесями жира или нефтепродуктов. В качестве адсорбента применяют активированный уголь. Для 69 опыта установка, изображена на рисунке. Соберите установку согласно рисунку. Поместите в нижнюю часть делительной воронки ватный тампон, заполните её поверх ватного тампона на высоту 2-3 см активированным углем. Влейте загрязненную воду в делительную воронку при закрытом кране воронки. Откройте кран воронки на столько, чтобы вода вытекала тонкой струйкой. Какие изменения произошли с водой? Объясните наблюдаемое. Заполните таблицу 16 по результатам проведенных опытов: Таблица 16 Вода до отметки (внешний вид) Способ очистки Фильтрование Адсорбция через бумажчерез через активироный фильтр вату ванный уголь мутная с механическими примесями –твердыми частицами с жирной пленкой с примесями нефтепродуктов Сделайте вывод о сравнительной эффективности различных методов очистки воды в разных условиях (в лаборатории, в домашних и полевых условиях) Содержание отчета 1. название работы 2. цель работы 3. краткие теоретические сведения 4. оборудование и реактивы 5. ход работы 6. обработка результатов, заполнение таблиц 7. вывод Контрольные вопросы 1. Какие вещества оказывают негативное влияние на качество воды? 2. Какие пути очистки воды вы знаете? 3. Что происходит в результате фильтрования? 70 4. Какие существуют методы для ликвидации загрязнений воды? 5. Для чего применяется очистка воды фильтрованием? 6. Чем могут быть заменены составные части установки для очистки воды фильтрацией? 7. В чем заключается сущность очистки воды адсорбцией? Лабораторная работа №10 ВЛИЯНИЕ СИНТЕТИЧЕСКИХ МОЮЩИХ СРЕДСТВ (СМС) НА ЗЕЛЕНЫЕ ВОДНЫЕ РАСТЕНИЯ. ОЧИСТКА ВОДЫ ОТ СМС Введение Синтетические моющие средства (СМС), в отличие от мыла, пригодны для стирки в воде любой жесткости. Поэтому их удобно использовать при машинной стирке белья. Состав СМС бывает разным, но почти в каждом из них присутствуют поверхностно-активные вещества, предназначенные для улучшения смачивания, удаления загрязнителей и удерживания их в растворе. Кроме поверхностно-активных веществ, в состав СМС вводят также различные добавки – ароматизаторы, антистатики, отбеливатели и др. Цель работы: изучить влияние синтетических моющих средств на водные растения, ознакомление с методом очистки воды от СМС. Краткие теоретические сведения После того как моющий раствор отработал, он попадает со сточными водами в городскую канализацию, затем в очистные сооружения, а иногда, без всякой отчистки, непосредственно в грунт или водоём. Попадая в канализацию, содержащие СМС сточные воды затрудняют работу очистных сооружений, вызывают обильное образование пены. Накапливаясь в активном иле, СМС угнетающе действуют на развитие микроорганизмов. СМС и его компоненты наносят вред рыбам и другим гидробионтам. Особенно большой вред наносится планктонным и бентосным организмам, составляющим основу пищевых цепей в водоёме. Планктон погибает при содержании поверхностно-активных веществ 1-1,5 мг/л, рыбы -3-5 мг/л. Оборудования и реактивы: воронка стеклянная, держатель для пробирок, палочка стеклянная, пробирки 2 штуки, стакан на 50 мл.- 2 шт., стекла покровные и предметные, столик для сухого горючего, штатив для пробирок, фильтр бумажный, микроскоп, спиртовка, раствор СМС, хлорид калия или натрия, рН- тест ( индикаторная бумага ), чистая вода, веточки элодеи. 71 Требования (меры безопасности): 1.продумать ход работы 2.перед началом работы одеть рабочий халат, для предотвращения попадания кислот, СМС на одежду. 3.при работе с колбами, пипетками, предметным стеклом, быть предельно аккуратными 4.спиртовку зажигают поднося спичку к фитилю ,а не наоборот. Закончив работу необходимо потушить пламя, одев стеклянную крышку на фитиль. 5.после окончания работы убрать за собой рабочее место. Ход работы: А. Влияние СМС на зеленые водные растения 1. Поместите по веточке элодеи в стакан с чистой водой и в стакан с раствором СМС. 2. через 20 минут опишите изменения обеих веточек, цвет, форму, состояние листьев. 3. приготовьте два микропрепарата листа элодеи: из сосуда с чистой водой и из сосуда с раствором СМС. 4. Поочередно рассмотрите микропрепараты под микроскопом и сравните состояние растительных клеток. Сделайте вывод о влиянии СМС на растение элодею. Зафиксируйте результаты экспериментов в тетради. Б. Очистка воды от СМС 72 1. Налейте в пробирку раствор СМС до метки «5 мл». 2. Определите рН раствора с помощью рН-теста или индикаторной бумаги, опустите один конец полоски в раствор. 3. Добавьте в пробирку с СМС сухую соль – хлорид калия или натрия ( для насыщения раствора) примерно на толщину 1 пальца, т.е. около 1-2 см. 4. Нагрейте содержимое пробирки, осторожно поместив её в пламя. Опишите наблюдаемое. 73 5. Отфильтруйте содержимое пробирки. Опишите полученный фильтрат ( цвет, прозрачность). 6. Определите рН фильтрата с помощью рН – теста или индикаторной бумаги, опустите один конец полоски в раствор. Сделайте вывод о действии хлорида натрия (калия) на раствор СМС. Зафиксируйте результаты экспериментов в тетради. Контрольные вопросы 1. Для чего предназначены поверхностно-активные вещества? 2. Какое влияние оказывают СМС на развитие микроорганизмов? 3. Что входит в состав СМС? 4. В чем заключается очистка воды от СМС? 74 Словарь терминов Загрязнение почвы -накопление в почве ряда веществ, в количественно или качественно несвойственных данной местности. Вызывает изменение экологических свойств в почве, снижает технологическую, питательную и санитарно-гигиеническую ценность выращиваемых культур, ухудшает качество других природных объектов и может приводить к деградации почвы. Засоленность почвы- накопление в почве легкорастворимых солей: хлоридов, сульфатов, карбонатов, гидрокарбонатов. Закисление почвы- процесс увеличения кислотности почвы в силу природных или антропогенных процессов. Мелиорация почв- мероприятия по улучшению почв (орошение, осушение, облесение, и химические приемы) Ландшафт – генетически однородная территориальная система, в которой все природные комплексы (рельеф, горные породы, вода, почва, растительный и животный мир) образуют взаимосвязанное и взаимообусловленное единство. Плодородие почвы- способность почвы непрерывно удовлетворять потребность растений в элементах питания, воде и обеспечивать их корневую систему достаточным количеством воздуха и тепла. Почва –самостоятельное природное тело, образовавшееся из поверхностных слоев различных твердых пород при их взаимодействии с организмами в определенной физико - географической среде. Почвообразование- процесс развития почв, почвенного покрова под влиянием природных и антропогенных факторов. Сложение почвы- морфологическое свойство почв, обусловленное их плотностью, пористостью, и трещиноватостью. Типы почв- группы почв, различающиеся по степени развития ведущего почвообразовательного процесса, а также по степени проявления налагающихся процессов ( степени засоленности, солонцеватости, эродированности). Физико-химические свойства почв- совокупность свойств, связанных со способностью почвенного поглощающего комплекса диссоциировать в окружающий раствор и поглощать из него ионы. Химические свойства- совокупность свойств почв, характеризующих содержание и формы существования органических и минеральных веществ в почве. К химическим свойствам относят содержание солей, элементов питания и др. 75 CПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ Практикум по почвоведению. /Под ред. А. И. Горбылевой. –Мн.: Дизайн ПРО, 2000,-192 с. ISBN 985-452-013-7 2. Экологический практикум: Учебное пособие с комплектом картинструкций / Под ред. К.х.н. А. Г. Муравьева. – СПб.: Крисмас+, 2003,-176 с.: ил. 3. Методические указания по определению тяжелых металлов в почвах сельхозугодий и продукции растениеводства. – М.: ЦИНАО, 1992.-92 с 4. Контроль химических и биологических параметров окружающей среды (Энциклопедия «Экометрия») / Под ред. Л. К. Исаева.- СПб.: Крисмас+, 1998 5. Муравьев А. Г., Каррыев Б. Б., Ляндзберг А. Р. Оценка экологического состояния почвы: практическое руководство / Под ред. А. Г. Муравьева.- СПб.: Крисмас+, 1999 6. Муравьев А. Г., Каррыев Б. Б., Ляндзберг А. Р. Оценка экологического состояния почвы: практическое руководство / Под ред. А. Г. Муравьева.- СПб.: Крисмас+,2-е изд., перераб. и дополн., 2000. 7. Методы и приборы контроля окружающей среды: метод. указания к практическим, лабораторным и контрольным работам для студентов специальностей 280202, 280101, 080502 очной и заочной форм обучения / сост. В.А. Стрекалова, Т.А.Стрекалова. ГОУ ВПО «Гос.ун-т цвет. металлов и золота». – Красноярск, 2006. 1. 76
