Для образования органических веществ - основы растительной биомассы на Земле необходимы углекислый газ атмосферы и вода, а также минеральные вещества почвы. При помощи света определенной длины волн осуществляется фиксация углекислого газа у растений в процессе фотосинтеза. В результате этого выделяется в атмосферу кислород, образующийся в процессе фотолиза воды. Такова первая стадия биохимического цикла углерода.
Один из способов измерения интенсивности фотосинтеза заключается в определении образования органического вещества в растениях по содержанию углерода, который учитывается методом мокрого сжигания, разработанным И. В. Тюриным для почв и модифицированный для древесных растений Ф. 3. Бородулиной (Бас-лавская, Трубецкова, 1964; Практикум...1972).
Органическое вещество образуется и накапливается на Земле неравномерно. Наибольшее его количество образуют тропические леса (70 % запасов углерода), меньше - северные леса и наименьшее количество - тундры и пустыни. В лесных экосистемах наибольшее количество органических веществ накапливается в древесине (от 90 до 99 % от сухой массы дерева), меньше - в листьях и коре. В почве в виде гумуса содержится от 1 до 15 % органического вещества, которое является тысячелетним хранителем энергии.
Все растения и животные получают энергию для поддержания своей жизнедеятельности с помощью дыхания.Через один час приоткрыть пробку и извлечь из колб материал путем быстрого выдергивания проволоки с листьями. Немедленно закрыть пробку, изолировав верх трубочки фольгой. Перед титрованием добавить в каждую колбу по 2-3 капли фенолфталеина: раствор окрашивается в малиновый цвет. Оттитровать свободный барит 0,1 н HCI. При этом первыми оттитровывают контрольные колбы. Вывести среднее, а затем оттитровать опытные колбы. Титровать растворы следует осторожно до обесцвечивания.
Другой формой распада органического вещества до простейших соединений являются микробиологические процессы в почвах и водах, в результате чего образуется гумус почвы и различные донные отложения полуразложившейся органики (сапропель и др.). Основные из этих процессов - биологическое разложение сапро-фитами органических веществ, содержащих азот и углерод, что является составной частью круговоротов этих элементов в природных циклах. Бактерии-аммонификаторы минерализуют белки растительных и животных остатков, а также других микроорганизмов (в том числе и азотфиксаторов), мочевину, хитин, нуклеиновые кислоты, в результате чего образуется аммиак (NH3). Разлагаются и содержащие серу белки растений и животных, в результате чего образуется сероводород (Hß). Продуктом жизнедеятельности микроорганизмов являются и индольные соединения, которые выполняют роль стимуляторов роста. Наиболее известна /3-индолилук-сусная кислота или гетероауксин. Индольные вещества образуются из аминокислоты триптофана.
Еще в семидесятые годы XX столетия химик Джеймс Ловлок и микробиолог Линн Маргулис выдвинули теорию сложной регуляции атмосферы Земли биологическими объектами, согласно которой растения и микроорганизмы вместе с физической средой обеспечивают поддержание определенных геохимических условий на Земле, благоприятных для жизни. Это - относительно высокое содержание в атмосфере кислорода и низкое - углекислого газа, определенные влажность и температура воздуха. Особая роль в этой регуляции принадлежит микроорганизмам наземных и водных экосистем, обеспечивающих круговорот биогенных элементов. Общеизвестна регулирующая роль микроорганизмов Мирового океана в поддержании определенного количества углекислого газа в атмосфере Земли и в предотвращении тепличного эффекта.
Фитомасса выражается обычно в килограммах, тоннах или килокалориях сухого вещества на гектар. Прирост фитомассы - главный показатель биологической продуктивности. Максимальные величины фитомассы наблюдаются в дождевых тропических лесах (700-1000 т/га абсолютно сухого вещества), минимальные - в тундре (25-30 т/га). При этом прирост фитомассы или первичная продукция (продуктивность) составляет в тропических лесах 25-30 т/га, а в тундре 2-2,5 т/га. Фитомасса состоит из сложных органических соединений, которые являются основой для существования живых организмов, использующих их в качестве питательного материала.
Жизнь на Земле сформировалась под действием условий среды. Последняя представляет собой совокупность энергии, материальных тел, явлений, которые находятся во взаимодействии (прямом и косвенном). Понятие это очень обширное: от космических воздействий Вселенной на Солнечную систему, влияния Солнца как основного источника энергии, на земные процессы до непосредственных воздействий окружающей среды (в том числе и человека) на отдельную особь, популяцию, сообщество. В понятие условий среды входят компоненты, не влияющие или мало влияющие на жизнедеятельность организмов (инертные газы атмосферы, абиогенные элементы земной коры) и те, которые существенно влияют на жизнедеятельность биоты. Их называют экологическими факторами (свет, температура, вода, движения воздуха и его состав, свойства почв, засоление, радиоактивность и др.). Экологические факторы действуют совместно, хотя в ряде случаев один фактор преобладает над другими и является определяющим в ответных реакциях живых организмов (например, температура в арктической и субарктической зонах или пустынях).
Температура - один из основных экологических факторов на Земле. Она меняется в широком диапазоне в зависимости от природных зон и конкретных условий (вулканическая деятельность, горячие источники, выброс тепла энергетическими установками и др.). Разные типы растений по-разному относятся к этому фактору. Так, С4 растения выдерживают более высокие температуры, чем С3 растения . В пределах последней группы также имеются большие различия.
Клетки разных растений имеют неодинаковую устойчивость к повышенным температурам. Цель работы - показать эту разницу на ряде древесных растений. При этом предлагается два метода определения коагуляции белка цитоплазмы (по Вигорову, 1961 и Генкелю, 1975).
В условиях жаркого сухого климата, а также городских экосистем явление обезвоживания органов (и, соответственно, клеток) у древесных растений встречается очень часто. Особенно это выражено на освещенных сторонах улиц, когда водообмен затруднен из-за малого проникновения в почву осадков, а полив не производится. Это явление выражается в потере тургора, колоколообразности листьев, пожелтении, появлении некрозов.
Заморозить растворы во всех пробирках в смеси снег-соль или лед-соль, рассматривая их через каждые 5 мин; отметить разницу в замерзании растворов от разных растений.Растопить образовавшийся лед и подвергнуть растворы центрифугированию. Отметить разницу в величине осадка, представляющего коагулированный хлорофилл-белковый комплекс.
При подготовке к зимнему покою в побегах растений происходит целый ряд изменений, которые способствуют выработке определенных качеств устойчивости к низким температурам. Это снижение содержания свободной воды и повышение прочно связанной, увеличение количества жиров и углеводов, а также лигнифика-ция клеточных оболочек древесины. В природе о подготовке к зимним условиям судят по гибкости или ломкости побегов, соответствующей окраске коры, хорошо сформировавшимся почкам.
В районах широкого распространения соленых озер и солончаков (озерные системы Аральского региона Туркмении, озера Тувы, Хакасии) большую роль в переносе солей играют ветровые процессы. При переносе солей ветром на поверхности суши может отлагаться (по подсчетам Ф. Кларка) от 2 до 20 т легкорастворимых солей на 1 км2. Для степных экосистем и полупустынь Закавказья приводится цифра 47 т на км2 в год (Ковда, 1973). Эти соли попадают на растения и воздействуют на них в виде солевой пыли, в виде растворов (с утренней росой), переносятся на огромные расстояния и выпадают в виде солевых осадков. Из почвенных растворов засоленных почв растения с трудом извлекают минеральные вещества и воду для своей жизнедеятельности. Соли также применяются (преимущественно Л/аС/) на улицах городов для борьбы с гололедом, их растворы проникают в почву и наносят большой вред растениям.
Сернистый газ - самый распространенный загрязнитель воздуха. Он выделяется всеми энергетическими установками при сжигании органического топлива. Сернистый газ может также выделяться предприятиями металлургической промышленности (источник -коксующиеся угли), а также рядом химических производств (например, производство серной кислоты). Он образуется при разложении содержащих серу аминокислот, входивших в состав белков древних растений, образовавших залежи угля, нефти, горючих сланцев.
Выхлопные газы автотранспорта составляют в настоящее время 60-80% от суммы выбросов токсических веществ в городских экосистемах. Все их компоненты (а их более 200) действуют синергически, а иногда проявляют и эмерджентные свойства. От выхлопных газов страдают как автотрофы (зеленые растения), так и гетеротрофы (человек и животные). В то же время некоторые растения очищают атмосферу от вредных примесей.
Целью работы является выявление действия биогенных и небиогенных тяжелых металлов на плазмолиз протоплазмы растительной клетки.С поверхности сильноокрашенной синей луковицы сделать несколько срезов эпидермиса, состоящего из 1-2 слоев окрашенных клеток, содержащих антоциан. Поместить срезы по отдельности в капли воды на предметные стекла, закрыть покровными стеклами и рассмотреть в микроскоп. Клетки с окрашенным клеточным соком зарисовать; найти и рассмотреть устьица.
Работа наглядно показывает действие солей биогенных и небиогенных тяжелых металлов на животйые и растительные белки, выявляет разницу в реакции тех и других. Белки с тяжелыми металлами образуют комплексы, нерастворимые в воде.
В последние десятилетия применение науки экологии в практике, выражающееся в способах и методах охраны окружающей среды, все время расширяется. В современном понимании классическая экология приобрела новое развитие в связи с загрязнением окружающей среды (воздуха, воды и почвы). Поэтому в настоящее время нет такой области естественных наук, где бы экология не нашла свою нишу, свое практическое приложение. Это химическое, биологическое и физическое загрязнение среды, источником которых являются промышленность, автотранспорт, радиоактивные выбросы, пестициды, неочищенные химические удобрения, их неправильное применение и др. Очень остро стоит проблема утилизации отходов, которые в городах и пригородах занимают огромные площади. Вы-, ход из сложившегося положения один - разумное природопользование, основанное на знании химических и биологических законов. Следует также понимать и учитывать, что большинство загрязнителей не остается на месте, а перемещается по планете, расширяя свои территории, в результате чего наука об охране окружающей среды давно вышла на глобальный уровень.
Известно, что в помещениях с большим числом людей (непроветриваемые жилые и рабочие помещения, школы, вокзалы и др.) содержится особенно большое количество разнообразных микроорганизмов, которые попадают в воздушную среду с частичками поднятой пыли, а также капельно-жидким путём. Так, в школах до занятий число бактерий не превышает 2 тыс. в 1 м3 воздуха, а после занятий достигает десятков тысяч. Особенно много болезнетворных микроорганизмов содержится в воздухе во время эпидемий гриппа и других болезней. И лишь облучение помещений ультрафиолетом (солнечными лучами через открытые окна или бактерицидной лампой), а также влажная уборка резко снижают количество микроорганизмов в воздухе. В естественной воздушной среде преобладают пигментные формы микроорганизмов, которые более устойчивы к ультрафиолетовым лучам благодаря содержанию каротиноидов, выполняющих защитную роль.
По определению наиболее выдающегося ученого в области фитонцидов Б. Г1. Токина (1985), фитонциды - это продуцируемые растениями бактерицидные, фунгицидные и протистоцидные вещества, являющиеся одним из факторов иммунитета растений, играющие определенную роль во взаимоотношениях организмов в биогеоценозах. Это явление свойственно всему растительному миру.
Опыт может быть поставлен в трех аспектах.В одни стаканчики наливают одинаковое количество дистиллированной воды (контроль), в другие стаканчики наливают также дистиллированную воду, но разбавленную на 1/3 водой из пруда, водохранилища, реки с тихим течением, т.е. из водоемов, загрязненных органикой. В случае сильного биологического загрязнения разбавление следует увеличить. Повторность опытов трехкратная.
В ряде случаев удобрения перевозятся без надлежащей упаковки, хранятся без укрытий на окраинах полей, где они слеживаются, загрязняются и становятся по внешнему виду весьма схожими между собой. В связи этим современный эколог должен уметь распознавать удобрения по внешнему виду и простым качественным реакциям.
Нитраты - неотъемлемая часть всех наземных и водных экосистем, поскольку процесс нитрификации, ведущий к образованию окисленных неорганических соединений азота, носит глобальный характер. В то же время, в связи с применением в больших масштабах азотных удобрений, поступление неорганических соединений азота в растения возрастает. Избыточное потребление азота удобрений не только ведет к аккумуляции нитратов в растениях, но и способствует загрязнению водоемов и грунтовых вод остатками удобрений, в результате чего территория загрязнения сельхозпродукции нитратами расширяется. Однако накопление нитратов в растениях может происходить не только от переизбытка азотных удобрений, но и при недостатке других их видов (фосфорных, калийных и др.) путем частичной замены недостающих ионов нитрат-ионами при минеральном питании, а также при снижении у ряда растений активности фермента нитратредуктазы, превращающего нитраты в белки.
Существенной составляющей загрязнения воздушной среды городов, особенно крупных, являются выхлопные газы автотранспорта, которые в ряде столиц мира, административных центрах России и стран СНГ, городах-курортах составляют 60-80% от общих выбросов. Многие страны, в том числе и Россия, принимают различные меры по снижению токсичности выбросов, путем лучшей очистки бензина, замены его на более чистые источники энергии (газовое топливо, этанол, электричество), снижения свинца в добавках к бензину. Проектируются более экономичные двигатели с более полным сгоранием горючего, создание в городах зон с ограниченным движением автомобилей и др. Несмотря на принимаемые меры, из года в год растет число автомобилей и загрязнение воздуха не снижается.
Загрязнение атмосферного воздуха отработанными газами автомобилей удобно оценивать по концентрации окиси углерода, в мг/м . Исходными данными для работы служат показатели, собранные студентами во время проведения предыдущей работы.
Так, в США из одной тонны старого картона или соломы после гидролиза целлюлозы и последующего сбраживания глюкозы с помощью микроорганизмов получали 150 л спирта (Сассон, 1987).Широко используется также топинамбур (земляная груша), дающая в условиях Америки высокие урожаи. Основным углеводом в этом случае является инулин, после гидролиза и брожения которого получается ацетонобутанол, тоже пригодный как горючее.
Органические отходы многих производств (сахарных, молочных заводов) и сельского хозяйства (стоки ферм, фекальные массы) обычно попадают в реки, загрязняя источники водоснабжения. При разложении этих отходов образуются вредные вещества, влияющие отрицательно на здоровье человека; поэтому утилизация отходов -одна из кардинальных проблем экологии.
Продолжительность жизни людей является интегральным показателем, включающим в себя многие факторы. Известно, что за последние десятилетия продолжительность жизни в России и близлежащих странах постоянно снижается. Основной причиной этого является ухудшение экологической обстановки, общее понижение уровня жизни, ведущее к ослаблению человеческого организма, снижению его иммунитета. Так, под влиянием Чернобыльской аварии, сброса в некоторые озера и реки радиоактивных вод (например, в реку Теча на Урале), загрязнения наземных и водных экосистем тяжелыми металлами, пестицидами, нитратами происходит возрастание заболеваемости людей (онкологические, желудочно-кишечные болезни). Нарастание стрессовых нагрузок из-за неблагополучия экологических и социальных условий ведет к повышенному риску и в отношении сердечно-сосудистых заболеваний. При этом в каждом отдельном случае воздействию подвергаются определенные возрастные группы населения. Так, под влиянием радиоактивного облучения, загрязнения пестицидами, тяжелыми металлами в первую очередь подвергаются риску дети и старики; первые потому, что любое воздействие наиболее сильно влияет на делящиеся клетки, а вторые - из-за ослабления сопротивляемости организма с возрастом, нарастания «ошибок» в функционировании генетического аппарата клеточной ткани и др.
Биоиндикация - это метод обнаружения и оценки воздействия абиотических и биотических факторов на живые организмы при помощи биологических систем.Обычно живые организмы в той или иной степени реагируют на изменения окружающей среды, но в ряде случаев это нельзя выявить физическими или химическими методами, т. к. разрешающие возможности приборов или химических анализов ограничены. Этими методами может быть обнаружен, например, эффект биологического накопления отдельных токсических веществ в организмах растений и животных. Чувствительные же организмы-биоиндика-торы реагируют не только на малые дозы экологического фактора, но и дают адекватную реакцию на воздействие комплекса факторов, выявляя синергизм, эмерджентность, ингибирование (Биоин-диКация... 1988) .
Фенольные вещества представляют собой большую и разнообразную группу ароматических соединений, чрезвычайно распространенную в растительном мире. На их долю приходится до 2-3% массы органического вещества, а в некоторых случаях - до 10% и более. В отдельных органах растений их количество резко возрастает: в сине-фиолетовых лепестках анютиных глазок их 33%, а у садовых форм василька - 24% (Блажей, Шутый, 1978; Барабой, 1985; Лебедева, Сытник, 1986).
Исследования, проведенные на древесных растениях показали, что тяжелые металлы, сера и другие элементы накапливаются в органах растений и по их содержанию можно оценить экологическую обстановку как городов, так и более обширных территорий, находящихся в зоне загрязнения, по сравнению с контролем (более чистой зоной). Особенно сильное накопление загрязняющих веществ наблюдается в зимний период при отсутствии жидких осадков.
Сернистый газ выделяется в атмосферу при сгорании органического топлива (уголь, нефть, бензин, газ) за счет разложения содержащих серу белков, а также от предприятий, перерабатывающих сернистые руды. Мощным источником выделения сернистого газа в городах является автотранспорт.
Фенологические наблюдения - это основа всех экологических прогнозов. Так, изменение микроклимата в городской экосистеме сразу же скажется на сроках схода снега, прилета птиц или их зимовки, на изменении видового и популяционного состава городских животных, на распускании листьев деревьев, ходе вегетации, сроках цветения ряда видрв и т. д.
Существует несколько способов измерения площади листьев. По методикам М.С. Миллера (Летние практические...1973) - это весовой, при помощи светочувствительной бумаги, подсчета квадратиков на миллиметровой бумаге, планиметрический. Модификацией весового метода является разработка Л.В. Дорогань (1994), где предварительно для древесной породы определяют переводной коэффициент, а затем путем измерения длины и ширины листа производят массовые вычисления площади листьев. Это значительно ускоряет работу при больших выборках, что необходимо при выполнении дипломных и научных работ, когда в измерения включается большое число образцов.
Ткани листьев древесных растений, поврежденные в результате антропогенного загрязнения воздушной среды, выбывают из процесса фотосинтеза и перестают выполнять свои основные функции: синтеза органических веществ, выделения кислорода и фитонцидов. Ослаблена и их пылезадерживающая роль, т. к. основная масса пыли оседает на слегка влажной поверхности живого листа.
В условиях городов и других обжитых территорий одним из мощных загрязнителей воздуха является пыль, которая переносится на большие расстояния при распылении почв, при выбросах от цементных, керамических заводов, предприятий по производству силикатного кирпича, а также от движущегося автотранспорта. В последнем случае это мелкие частички почвы и различных солей, продукты снашивания шин и размельчения асфальтового покрытия. Все эти частицы, составляющие пыль, оседают на листьях, вдыхаются человеком, вызывая нарушение работы дыхательных путей, силикозы, провоцируя кашель и слезотечение. Наибольшее задержание пыли листьями отмечено у различных видов тополей, которые распространены в озеленительных посадках городов России и СНГ. Тополя вообще являются наиболее устойчивыми из древесных пород к различным типам воздушных загрязнений.
Радиальный прирост древесных растений очень хорошо отражает факторы среды. Он относится к неспецифическим признакам (прирост одинаково реагирует на разнообразные факторы: солнечную активность, влажность почвы, ее плодородие, засоление, температуру, влажность воздуха и др.). По спилу можно проследить все серьезные экологические изменения в течение жизни дерева. При изучении прироста одной и той же породы деревьев в одинаковых условиях климата и почв и при достаточной повторности (не менее 25 деревьев) этот показатель может быть достаточно четким индикационным признаком состояния среды в предыдущие годы.
Известно, что на загрязнение среды наиболее сильно реагируют хвойные древесные растения. Характерными признаками неблагополучия окружающей среды и особенно газового состава атмосферы служат появление разного рода хлорозов и некрозов, уменьшение размеров ряда органов (длины хвои, побегов текущего года и прошлых лет, их толщины, размера шишек, сокращение величины и числа заложенных почек). Последнее является предпосылкой уменьшения ветвления. Ввиду меньшего роста побегов и хвои в длину в загрязненной зоне наблюдается сближенность расстояния между хвоинками (их больше на 10 ем побега, чем в чистой зоне). Наблюдается утолщение самой хвои, уменьшается продолжительность ее жизни (1-3 года в загрязненной зоне и 6-7 лет - в чистой). Влияние загрязнений вызывает также стерильность семян (уменьшение их всхожести). Все эти признаки не специфичны, однако в совокупности дают довольно объективную картину.
Очень информативными биоиндикаторами состояния воздушной среды и ее изменения являются низшие растения: мхи и лишайники, которые накапливают в своем слоевище (талломе) многие загрязнители (серу, фтор, радиоактивные вещества, тяжелые металлы). Лишайники очень нетребовательны к факторам внешней среды, они поселяются на голых скалах, бедной почве, стволах деревьев, мертвой древесине, однако для своего нормального функционирования они нуждаются в чистом воздухе. Особенно они чувствительны к сернистому газу. Малейшее загрязнение атмосферы, не влияющее на большинство растений, вызывает массовую гибель чувствительных видов лишайников. Они исчезают, .как только концентрация сернистого газа достигнет 35 млрд1, а среднее его содержание в атмосфере крупных городов свыше 100 млрд 1 (Рамад, 1981). Не удивительно поэтому, что большинство лишайников уже исчезло из центральных зон городов.
Работы, проведенные разными авторами с различными растениями (табак, мышиный горошек, мать-и-мачеха, подорожник, кукуруза, сосны обыкновенная и смолистая, пихты белая и сибирская и др.) показали, что в зоне влияния заводов, автомобильных дорог увеличивается число стерильных растений.
Одним из главных признаков плодородной почвы является наличие в ней гумусовых веществ, которые обусловливают черную, темно-серую и серую окраски. Помимо этих цветов соединения окислов железа придают почве красноватый и бурый оттенок, от закисей железа формируются голубовато-зеленоватые тона; кремнезем, углекислый кальций, каолинит обуславливают белую и белесую окраску. Эти же тона формируются при наличии в почве гипса и некоторых легкорастворимых солей.
Для борьбы с гололедом на городских улицах очень часто применяют поваренную соль (Л/аС/). Под действием соли лед тает, делается пористым и нескользким. Однако образующийся рассол разъедает обувь пешеходов, высаливаясь на коже белой полосой, разъедает металлические части автомашин, портит шины. В самой же почве увеличивается концентрация почвенного раствора (особенно у почв с хорошим поглощающим комплексом: черноземы, глинистые почвы), что приводит к дефициту доступной для растений влаги, нарушает их водный режим. Особенно ярко это проявляется у лип, растущих вдоль дорог. Хлорозы и некрозы листовой пластинки у лип под действием солей наблюдаются чаще всего во второй половине лета и начинаются с края листа, постепенно распространяясь на всю листовую пластинку. Живая ткань постепенно отмирает и листья преждевременно опадают. Однако это явление не специфично и может наблюдаться и под влиянием других факторов (газовое загрязнение воздуха, ухудшение водного режима почв и растений).
Берут в пробирку 5 мл водной вытяжки, подкисляют азотной кислотой (1-2 капли) для разрушения бикарбонатов, прибавляют несколько капель азотнокислого серебра, перемешивают. По характеру осадка АдС1 судят о содержании хлор-иона.
Как ранее упоминалось (см. работу № 27) содержание хлорофилла в листе - весьма изменчивая величина и с его разрушением связана хлоротичность (исчезновение темно-зеленого цвета и появление желтизны). На круглой высечке листа (в большинстве случаев по краям) по мере длительности опыта нарастают хлоротичные и некротические участки. Это явление можно проследить визуально и довольно быстро определить токсичность того или иного компонента или их суммы в тех или иных сочетаниях, встречающихся в природе. Инкубация высечек производится на 2%-ной сахарозе (питательная среда для большинства биотестовых испытаний) с добавлением токсикантов. Контроль - 2%-ная сахароза.
Тест на прорастание семян хорошо разработан и очень давно применяется для установления воздействия различных физиологически активных веществ. Биологические пробы применимы и для токсикологической оценки различных компонентов окружающей среды (в том числе и воздушного загрязнения). Так, А. М. Гродзин-ский и Д. М. Гродзинский (1973) описывают ряд биологических проб для испытания газообразных веществ, которые либо накачиваются в различного типа камеры из емкостей, где они содержатся, либо они выделяются прямо в камеру в результате химических реакций. Этот метод испытан нами и показал хорошие результаты.
Биотест с отрезками колеоптилей пшеницы также хорошо разработан и основан на растяжении определенной зоны колеоптиля под действием того или иного вещества по сравнению с контролем, который принимается за 100%. Разработан тест для определения ауксинов и ингибиторов; среди последних и фенольные вещества, которые в живом растении чаще всего подавляют рост, а в больших концентрациях (например, сточных водах целлюлозно-бумажных комбинатов) являются токсическими веществами, вызывающими загрязнение питьевых вод. Примером этого может служить загрязнение вод Ладожского озера и реки НевЫ.
И. Полив проростков испытуемыми растворами (вытяжка из почвы или сточные воды различных предприятий) с той или иной степенью их концентрации и очистки.В первых двух вариантах применяют самые различные тест-растения (в зависимости от поставленной задачи): пшеница, овес, ячмень, проростки древесных пород.
Кислотность и токсичность осадков в разных условиях среды сильно варьируют. Так, в зоне влияния металлургических заводов они кислые. Осадки могут бытд> и щелочными - в зоне влияния предприятий, выделяющих в атмосферу щелочи, а также на обширных территориях с засоленными щелочными почвами (например, районе Аральского озера).
Мониторинг - в точном смысле слова - означает наблюдение (слежение) за состоянием среды с целью обнаружения изменения этого состояния, их динамики, быстроты и направления. Получаемые в результате длительных наблюдений и многочисленных анализов сводные данные позволяют прогнозировать экологическую обстановку на ряд лет вперед и принимать меры для устранения неблагоприятных воздействий и явлений. Этой работой профессионально занимаются специальные организации - биосферные заповедники, санэпидемстанции, экологические стационары и другие.
Пыль является аэрозолем. Аэрозоли представляют собой частицы вещества (твердые или жидкие) во взвешенном состоянии. Они распространены в приземном слое, тропосфере и стратосфере. Время жизни их различно: от нескольких часов до многих лет. В тропосфере различают 3 типа распределения частиц: фоновое, океаническое и континентальное. Частицы попадают в атмосферу с Земли в готовом виде, но значительная их часть образуется в результате химических реакций между газообразными, жидкими и твердыми веществами, включая пары воды.
В результате антропогенной деятельности в атмосферу попадает значительное количество серы, главным образом в виде диоксида (59-6,9%).Среди источников этого соединения на первом месте стоит сжигание угля (70% антропогенных выбросов). В процессе горения сера превращается в сернистый газ, а часть серы остается в золе в твердом состоянии. При сгорании нефтепродуктов сернистого газа образуется гораздо меньше. Основными источниками образования Э02 наряду с сжиганием ископаемого топлива является металлургическая промышленность (переработка сульфидных руд свинца, меди и цинка), а также предприятия по производству серной кислоты и переработке нефти.
Азот образует смесь различных оксидов, но лишь N0 и Ы02 имеют значение как атмосферные загрязнители. Обычно суммарные концентрации N0 и Л/02 в атмосфере обозначаются как Л/Ох.Монооксид азота N0 - бесцветный газ, образующийся в малых количествах в цилиндрах двигателей внутреннего сгорания при взаимодействии О2 с Л/2. В дальнейшем он окисляется кислородом до двуокиси азота Ы02.
Метод определения аэрозоля серной кислоты и растворимых сульфатов основан на взаимодействии сульфатов с хлористым барием. Количество сульфатов определяется по интенсивности помутнения растворов. Определению мешают нерастворимые аэрозоли; их влияние устраняют фильтрованием.
Контроль состояния атмосферного воздуха включает в себя изучение источников загрязнения. Основным экологическим нормативом как для предприятия в целом, так и для каждого источника выброса загрязняющих веществ в атмосферу в отдельности является предельно допустимый выброс ПДВ или временно согласованный выброс ВСВ. Он устанавливается для соблюдения ПДК загрязняющих веществ в приземном слое атмосферы. В основу системы контроля промышленных выбросов положено определение величины выбросов и сопоставление их с величиной ПДВ (ВСВ).
Под запыленностью воздуха понимают массовую концентрацию пыли в воздухе. Отбор проб проводят с помощью пылезаборных трубок. При отборе пробы необходимо соблюдать условия изоки-нетичности, т. е. равенства скоростей газовых потоков в точке отбора и во входном отверстии заборной трубки.
Одним из наиболее распространенных источников загрязнения атмосферы является автомобильный транспорт. Автомобильные двигатели внутреннего сгорания (ДВС) загрязняют атмосферу вредными веществами, выбрасываемыми с отработанными газами (ОГ), картерными газами и топливными испарениями. При этом 95-99% вредных выбросов приходится на ОГ, представляющие собой аэрозоль сложного состава, зависящего от режима работы двигателя.
Распространение в атмосфере промышленных выбросов из труб и вентиляционных устройств подчиняется законам турбулентной диффузии. На процесс рассеивания выбросов существенное влияние оказывают состояние атмосферы, расположение предприятий и источников выбросов, характер местности, химические свойства выбрасываемых веществ, высота источника, диаметр трубы и т.д. Горизонтальное перемещение примесей определяется в основном скоростью и направлением ветра, а вертикальное - распределением температур в атмосфере по высоте.
Воздух жилого дома и рабочих помещений содержит гораздо больше опасных загрязнителей, чем атмосферный воздух. Это связано, во-первых, с тем, что все больше материалов и оборудования, используемых в помещениях, выделяют потенциально опасные вещества. Во-вторых, помещения становятся все более герметизированными, следовательно, загрязняющие вещества могут накапливаться там до опасных уровней. В-третьих, действие загрязнителей внутри помещения гораздо длительней, чем на открытом воздухе.
Материал: воздух помещения.Это измерение обычно сочетается с определением влажности и производится по сухому термометру психрометра. Можно пользоваться обычным ртутным (химическим) термометром со шкалой на 100°С. Для определения пределов колебания температуры воздуха в течение рабочего дня, суток, недели и т. п. применяют самопишущие приборы-термографы.
Определение основано на реакции взаимодействия фенола с диазотированным паранитроанилином в щелочной среде. В результате реакции проявляется окраска от желто-зеленого цвета (при малых концентрациях) до красно-коричневого (при больших концентрациях). Чувствительность определения - 0,2 мкг в анализируемом объеме. Определению мешают крезолы.
Метод основан на реакции взаимодействия формальдегида с ацетилацетон в среде уксуснокислого аммония и последующим фотометрическом измерении оптической плотности окрашенного в желтый цвет продукта реакции. Чувствительность измерения - 0,2 мкг в анализируемом объеме. Диапазон измеряемых концентраций формальдегида в воздухе от 0,25 до 3,0 мг/м3. Определению не мешают: ацетальденид, пропионовый и трихлорук-сусный альдегид, фенол, ацетон, ксилол, хлороформ, муравьиная кислота, изопрен, спирты: метиловый, этиловый, изопропиловый, бутиловый, диацетоновый.
Для улавливания из воздуха аэрозолей применяют различные фильтрующие материалы, чаще всего аэрозольные фильтры типа АФА. Гигиеническая оценка пыли включает ее количественную и качественную характеристику. Количественно производственная пыль может быть оценена по ее массе или по числу пылинок в единице объема воздуха. Качественную характеристику пыли дают на основе учета ряда ее свойств, среди которых особое значение имеет химический состав и дисперсность (соотношение частиц разного размера). В некоторых случаях бывает необходимо учесть также морфологические особенности (строение и форму) пылинок, плотность, растворимость, электрозаряженность й другие свойства.
Вид сварки: полуавтоматическая сварка проволокой, содержащей марганец, в среде углекислого газа.Сварочные работы широко распространены. Существует много разнообразных видов сварки, но в каждом из них в воздух поступают сварочные аэрозоли. Они представляют собой сложные смеси химических веществ, состав которых зависит от вида сварки и применяемых материалов. При полуавтоматической сварке проволокой в среде углекислого газа в,воздушную среду попадает оксид углерода СО, благодаря термической диссоциации С02, и много пыли. Образуется также озон и интенсивная ультрафиолетовая радиация. Пыль содержит значительные количества марганца, являющегося биологически активным компонентом.
Концентрацию вредных веществ в воздухе производственных помещений во многих случаях можно быстро установить экспресс-методом с помощью индикаторных трубок. Индикаторная трубка представляет собой герметичную стеклянную трубку, заполненную твердым носителем, который обработан активным реагентом. В качестве носителей реактивов применяют различные порошкообразные материалы: силикагель, оксид алюминия, фарфор, стекло и др.
Свинец - токсичный материал, широко применяемый в промышленности. Интенсивное техногенное поступление свинца в среду обитания привело к увеличению его содержания в ней на 4 порядка. К числу наиболее важных техногенных источников свинца относятся выбросы продуктов, образующихся при высокотемпературных технологических процессах, выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания, сточные воды, добыча и переработка металла. Так свинец выделяется в воздух рабочего помещения в процессах пайки, распространенных в любом сварочно-монтажном производстве, при котором используются сплавы ПОС-40, ПОС-61 (припой оло-вяно-свинцовый с содержанием свинца 40-61%). При конденсации пары свинца сорбируются на стенах помещения и на оборудовании.
Ртуть - тяжелый металл, отличающийся высокой токсичностью для любых форм жизни. Ртуть легко испаряется при комнатной температуре, с повышением температуры интенсивность испарения увеличивается. Поступающие в воздушную среду пары ртути сорбируются на стенах помещения и рабочем оборудовании. Как и свинец, ртуть способна накапливаться в организме человека, вызывая серьезные нарушения его функций и тяжелые отравления.
Гидросфера служит естественным аккумулятором большинства загрязняющих веществ, поступающих в атмосферу или литосферу. Это связано с большой растворяющей способностью воды, с круговоротом воды в природе, а также с тем, что водоемы являются конечным пунктом на пути движения различных сточных вод.
Органолептические свойства нормируются по интенсивности их восприятия человеком. Это запах, привкус, цветность, прозрачность, мутность, температура, примеси (пленка, водные организмы).Определяется сразу после отбора пробы или непосредственно в водоеме термометром с ценой деления О, ГС. Термометр держат в воде не менее 5 мин.
В результате происходящих в воде химических и биологических процессов и потерь углекислоты pH воды может быстро изменяться, и этот показатель следует определять сразу же после отбора пробы, желательно на месте отбора.
Сухой остаток - это количество растворенных солей в миллиграммах, содержащееся в 1 л воды. Т.к. масса органических веществ в сухом остатке не превышает 10-15 %, сухой остаток дает представление о степени минерализации воды.
Общая жесткость (Нобщ ) - это природное свойство воды, обусловленное наличием в ней двухвалентных катионов (главным образом кальция и магния).Различают общую, карбонатную, постоянную и устранимую жесткость.
Высокая растворимость хлоридов объясняет широкое распространение их во всех природных водах. В проточных водоемах содержание хлоридов обычно невелико (20-30мг/л). Незагрязненные грунтовые воды в местах с несолончаковой почвой обычно содержат до 30-50 мг/л хлор-иона. В водах, фильтрующихся через солончаковую почву, в 1 л могут содержаться сотни и даже тысячи миллиграммов хлоридов. Вода, содержащая хлориды в концентрации более 350 мг/л, имеет солоноватый привкус, а при концентрации хлоридов 500-1000 мг/л неблагоприятно влияет на желудочную секрецию. Содержание хлоридов является показателем загрязнения подземных и поверхностных водоисточников и сточных вод. Определение хлоридов ведется по методу Мора.
В некоторых сточных водах железо встречается в больших количествах, например, в стоках травильных цехов, в сточных водах от крашения тканей и др.Интенсивность окраски образующихся комплексов пропорциональна концентрации железа в растворе. Ее измеряют на фотоколориметре и по величине оптической плотности определяют концентрацию железа. Определению мешает окраска и высокое содержание органических веществ.
Кроме органических веществ могут окисляться некоторые неорганические восстановители, например, NО2, Ге2+, Мп2+, Н2В и др. При значительном содержании восстановителей их влияние на величину окисляемости учитывается при расчете.
Ионы аммония определяют фотометрически по реакции с реактивом Несслера. Принцип метода основан на том, что аммоний с реактивом Несслера образует йодид меркураммония, который окрашивает раствор в желто-коричневый цвет. Интенсивность окраски пропорциональна содержанию аммония в воде.
Метод основан на способности нитритных ионов давать интенсивно окрашенные диазосоединения с первичными ароматическими аминами. При определении используется реакция с сульфани-ловой кислотой и а-нафтиламином (реактив Грисса).
Предельно допустимая концентрация нитратов в воде водоемов -10 мг/л (по азоту).Метод основан на реакции между нитратами и фенолдисуль-фокислотой с образованием нитропроизводных фенола, которые со щелочами образуют окрашенные в желтый цвет соединения.
Количество кислорода, растворенного в воде имеет большое значение для оценки состояния водоема. Его снижение указывает на резкое изменение биологических процессов в водоемах, а также на загрязнение водоемов веществами, биохимически интенсивно окисляющимися.
Под ПАВ подразумевают вещества, которые входят в состав моющих средств. Это одна или несколько групп поверхностно-активных агентов и несколько связывающих компонентов. Первые уменьшают поверхностное натяжение жидкости, в которой они растворяются и образуют стабильную эмульсию или суспензию с частицами удаляемых загрязнений. Связывающие компоненты снижают жесткость воды за счет образования с водой щелочного раствора, в котором моющие свойства поверхностно-активных групп особенно эффективны.
Почва - биокосное образование биосферы, результат взаимодействия между атмосферой, гидросферой, литосферой и живыми организмами. В почве постоянно и одновременно протекают химические, физические и биологические процессы.
С участием анаэробных микроорганизмов в почве происходят различные процессы разрушения органических веществ. Некоторые бактерии используют для окисления органики кислород сульфатов, при этом выделяется сероводород. Такие процессы наблюдаются на болотах, в зонах приливов и отливов, в устьях рек, в некоторых почвах, где содержится большое количество органических веществ.
Содержание меди в почвах составляет в среднем 15-20 мг/кг. Медь и ее соединения очень токсичны для почвенной микрофлоры, для всех представителей водной флоры и фауны, для теплокровных и человека.Основными антропогенными источниками поступления меди в окружающую среду являются предприятия цветной металлургии, транспорт, содержащие медь удобрения и пестициды, процессы сварки, гальванизации, сжигание углеродного топлива.