Практичні заняття з екології рослин. Лабораторний практикум з екології
Пояснювальна записка
Екологія - це наука про зв'язки живих організмів із навколишнім середовищем. Ці зв'язки утворюють єдину і дуже складну систему, яку називаємо біосферою. Сучасне людство, озброєне технікою і використовує величезну кількість енергії, є потужною силою, що впливає на неї. Якщо ці впливи не враховуватимуть природні закони та зв'язки, що встановилися за мільйони років, можуть виникнути катастрофічні наслідки. Вчені вже стурбовані тенденцією наростання нестійкості біосфери, спричиненої діяльністю людини.
Тому екологія в даний час набуває особливого значення як наука, що допомагає знайти шляхи виходу з кризи, а екологічна освіта формує екологічну культуру і відповідальність особистості і суспільства, забезпечуючи його виживання та розвиток.
Залежно від навчального плану вивчення теми “Основи екології” відводиться в 9 кл. - 10 год., об 11 кл. - 7 або 14 год. Таким чином, з теорією учні 11 кл. знайомі. Проблема полягає в тому, щоб випускники могли застосовувати знання для вирішення практичних завдань. Для цього мною складено цей навчально-методичний посібник. У практикумі представлені практичні роботи, які:
1. Навчають вміння вивчати та оцінювати стан навколишнього середовища, проводити невеликі експерименти, спостереження, міні дослідження вирішувати екологічні завдання;
2. Виховують потребу дотримання здорового способу життя та покращення стану навколишнього середовища;
3. Розвивають здібності до цільового, причинного та ймовірнісного аналізу екологічних ситуацій;
4. Формують загально-навчальні навички роботи з біологічною та довідковою літературою, з діаграмами, графіками.
У практикумі 6 практичних занять, що охоплюють практично всі питання теми “Загальна екологія” у 11 класі.
Практикум можна використовувати як один із можливих варіантів практичних занять, послідовність яких, часові рамки, а також відбір змісту можуть коригуватися на розсуд вчителя. Допустимо використання фрагментів практичних робіт при базовому рівні навчання біології, причому весь практикум може бути використаний як елективний навчальний предмет у класах соціально-гуманітарного профілю.
Тема: “Середовище проживання організмів та її фактори”
Практичне заняття № 1. "Екологічні фактори середовища та їх взаємодія"
Ціль: вивчити закони залежності організмів від факторів середовища.
- Вивчити екологічні фактори середовища та їхню взаємодію;
- Навчитися працювати із діаграмами;
- Навчитись будувати графіки залежності.
Вступна розмова.
Екологічні чинники – це умови довкілля.
Розрізняють: абіотичні, біотичні та антропогенні фактори.
Екологічні чинники надзвичайно різноманітні, і кожен вид, відчуваючи їхній вплив, відповідає на нього по-різному. Проте є деякі загальні закони, яким підкоряються реакції організмів у відповідь на будь-який фактор середовища.
Головний із них - закон оптимуму, який виявляється у тому, що будь-який екологічний чинник має певні межі позитивного впливу живі організми. На графіці він виражається симетричною кривою, що показує, як змінюється життєдіяльність виду за поступового збільшення міри чинника.
Для розуміння зв'язку видів із середовищем не менш важливим є закон обмежуючого фактора. Він говорить, що найбільш значущим є той фактор, який найбільше відхиляється від оптимальних для організму значень. Саме від нього і залежить у цей конкретний період виживання особин.
1. Перед вами графік залежності смертності лялечок яблуневої плодожерки від двох факторів: вологості та температури.
1) Визначте, який фактор обмежує в точці з координатами:
а) вологість – 20%; температура - 25 ° С
б) вологість – 80%; температура - 2°С
в) вологість – 80%; температура - 40 ° С
2) Назвіть діапазон оптимальної для вигляду:
температури
вологості
3) Назвіть межі витривалості виду:
за температурою
по вологості
2. Використовуючи малюнок завдання 1, подумайте і запишіть, у якому з районів небезпека розмноження яблуневої плодожерки вище: у районі із середніми літніми температурами від 20 до 25°З відносною вологістю 70-90% чи районі із середніми літніми температурами 35°С та вологістю 30-40%:
3. Використовуючи малюнок завдання 1, побудуйте два графіки залежності смертності лялечок яблуневої плодожерки від дії температури за відносної вологості 80% та 30%.
Поясніть, чому ці графіки відрізняються одна від одної:
4. Поясніть, чому всі графіки залежності чисельності (або смертності) від фактора середовища матимуть вигляд дзвонової кривої:
Тема "Адаптація організмів"
Практичне заняття №2 "Вивчення біоритмів".
Ціль: Вивчити особливості індивідуальних біоритмів з метою оптимізації працездатності.
- навчитися вимірювати за пульсом ритм серцевих скорочень;
- навчитися будувати графіки біоритму.
Вступна розмова:
У ході історичного розвитку людина пристосувалася до певного ритму життя, зумовленого ритмічними змінами у природному середовищі та енергетичною динамікою обмінних процесів. В даний час відомо більше 100 ритмічних процесів в організмі, які називаються біоритмами. До них відносяться ритми роботи серця, дихання, біоелектричної активності мозку.
Центральне місце серед усіх ритмічних процесів займають добові ритми, що мають найбільше значення для організму. Реакція організму будь-який вплив залежить від фази добового ритму (тобто від часу доби). Ці знання викликали розвиток нових напрямів у медицині-хронодіагностиці, хронотерапії, хронофармокології.
Хід роботи
1. Виміряйте у себе по пульсу ритм серцевих скорочень у спокійному стані у різний час доби (наприклад, о 8, 15 та 21 годині). Повторіть вимір протягом 3-4 днів. Зіставте результати.
2. Складіть результати та побудуйте графіки.
3. Чи виявляється добовий ритм у частоті ваших серцевих скорочень?
4. Якби від вас залежала організація роботи в нічну зміну на підприємстві, щоб ви вибрали:
а) постійну нічну роботу з підвищеною оплатою для тих, хто погоджується на такий режим,
б) чергування денної та нічної роботи для кожного, зі збільшеним відпочинком після ночі,
в) тільки денну роботу для одних та чергування денних та нічних змін для інших працівників, якісь інші форми організації праці? Обґрунтуйте відповідь.
5. Як на вашу думку, краще організувати доставку спортивної команди на всесвітні змагання з Москви до Японії:
а) літаком за два дні до змагання;
б) літаком за два тижні до його початку;
в) поїздом і потім кораблем за тиждень до його початку? Обґрунтуйте рішення.
Тема “Місцепроживання та екологічні ніші”
Практичне заняття №3 “Складання екологічної характеристики виду (екологічна ніша) та розміщення кімнатних рослин залежно від цієї характеристики.
Мета: закріпити поняття “екологічна характеристика”, переконатися у необхідності знання екології рослин оптимального розміщення в класі і вдома.
Вступна розмова:
Пристосованість до довкілля кімнатних рослин обумовлена їх морфологією, анатомією і фізіологією. Для того, щоб рослина добре розвивалася і росла, необхідно виявити її екологічну характеристику. Екологічна характеристика відбиває ставлення рослини до світла, вологості, температури, складу повітря тощо., тобто. усі параметри екологічної ніші.
Хід роботи
1. Визначте, які кімнатні рослини є у класному приміщенні.
2. З'ясуйте за паспортними даними батьківщину кожної з цих кімнатних рослин.
3. З'ясуйте за картами “Кліматична карта світу”, “Природні зони”, які умови існують на батьківщині кожної кімнатної рослини. Заповніть таблицю:
4. Виберіть 4-5 кімнатних рослин, щоб запропонувати план розміщення їх у приміщенні залежно від абіотичних факторів (від освітленості). Заповніть таблицю:
5. Позначте на плані приміщення рослини, знаючи їхнє ставлення до світла (рослини позначте номерами).
6. Перевірте, чи правильно розставлені рослини у класі, вдома.
Тема “Конкурентні взаємодії”
Практичне заняття №4 "Вивчення міжвидової конкуренції".
Ціль: провести експеримент, що доводить існування в природі міжвидової боротьби за існування.
Обладнання: скляні банки (800 мл) з піском, шматочки чорного або білого хліба, фруктів, розбавлене варення, ватяні пробки, хімічні склянки, восковий олівець або маркери, петлі дротяні, спиртовки, фільтрувальний папір.
Вступна розмова:
Конкуренція надзвичайно поширена у природі. Її поділяють на внутрішньовидову та міжвидову.
Форми прояви міжвидової конкуренції може бути дуже різними: від жорстокої боротьби до майже мирного співіснування.
Заздалегідь підготуйте культуру плісняв приблизно за тиждень до уроку “Боротьба за існування”.
Для цього:
1) У банку насипте шар вологого піску та помістіть на нього зволожені шматочки хліба (чорного чи білого). Банку закрийте кришкою, викладеною зсередини фільтрувальним папером. Потім поставте у тепле місце. При цьому пісок та фільтрувальний папір постійно зволожуйте. Отримайте, таким чином, білу плісняву-мукор.
2) У таку саму банку помістіть шматочки фруктів або розбавлене варення. Методика пророщування така сама, як у попередньому досвіді. Однак у цьому випадку зросте сиза пліснява – пеніцилл.
Якщо в природі існує міжвидова боротьба за існування, то за принципом конкурентного виключення Гаузе: краще почуватиметься той вид цвілевого гриба, для якого середовище сприятливе. Розвиток іншого виду буде пригнічений.
Хід роботи
- Помістіть в одну частину пробірок шматочки хліба, в іншу – шматочки фруктів. Усі живильні середовища зволожуйте водою. Чому для досвіду беруть два види живильних середовищ?
- Перенесіть у пробірки з однаковим середовищем: в одну - суперечки білої плісняви, в іншу - сизої плісняви, в третю - обох.
- Закрийте пробірки та підпишіть їх (восковим олівцем або маркером). Помістіть пробірки на 10-12 днів у тепле місце.
- Розгляньте пробірки. У якій із пробірок живильне середовище більш сприятливе, сприяє плодючості плісняви? У якій із пробірок живильне середовище менш сприятливе?
- Доведіть, що результати експерименту підтверджують існування у природі міжвидової боротьби за існування.
Тема “Екологічні спільноти”
Практичне заняття №4 “Вивчення видового розмаїття та ланцюгів живлення у штучній екосистемі”.
Мета: виявити ланцюги харчування в акваріумі, показати роль людини у підтримці рівноваги у штучній екосистемі.
Обладнання: мікроскопи, піпетки, предметне та покривне скло, вата, марлеві серветки, акваріум з його живими мешканцями.
Вступна розмова:
В акваріумах зазвичай вирощують такі рослини, як уруть, водокрас, водяний мох. З тварин найчастіше зустрічаються ставки, котушки, кульки, акваріумні рибки (гуппі, мечоносці і т.д.). З мікроскопічних ракоподібних – дафнії, водяні ослики. З найпростіших – інфузорії, амеби, коловратки, сувойки. Всі ці живі організми пов'язані один з одним трофічними зв'язками.
Хід роботи
1. Розгляньте краплю води з акваріума під мікроскопом, попередньо розташувавши в краплі кілька ниток вати для утруднення руху найпростіших і ракоподібних.
2. Визначте, які мікроскопічні організми живуть у акваріумі.
3. Які водні рослини ростуть в акваріумі?
4. Яких представників хребетних ви помітили (молюски, ракоподібні тощо)?
5. Які акваріумні рибки мешкають в акваріумі? Заповніть таблицю за результатами спостережень:
6. Складіть усі можливі харчові ланцюги в акваріумній екосистемі.
7. Побудуйте харчову мережу для цієї штучної екосистеми.
8. Яку роль виконує людина у штучній екосистемі?
9. Порівняйте акваріум з природною водоймою. Що спільного та які відмінності у цих екосистем? Заповніть таблицю:
10. Зробіть висновок щодо роботи.
Тема: "Структура спільнот"
Практичне заняття №5 “Структура спільноти. Харчові ланцюги та екологічні піраміди”.
Мета: навчитися застосовувати знання про структуру спільнот та взаємозв'язки організмів у них при вивченні природних угруповань ЯНАО.
1) вміти виділяти групи організмів у суспільстві;
2) складати харчові ланцюги співтовариства;
3) вміти будувати піраміди біомаси та чисел.
Вступна розмова:
У біоценозах виділяють три групи організмів:
Продуценти;
Консументи;
Редуценти.
Вони тісно пов'язані між собою і з неживою природою. Зв'язок цей виражається через передачу речовини та енергії, тобто ланцюг живлення.
Графічне вираз ланцюга живлення називається екологічною пірамідою.
1. Випишіть на малюнку види, що стосуються:
а) продуцентам,
б) консументам I порядку,
в) консументів ІІ чи ІІІ порядку.
2. Які організми тундри виконують функцію редуцентів (руйнівників)?
3. Що станеться, якщо в тундрі буде повністю знищено вовки, полярні сови, песці?
4. Скласти харчові ланцюги угруповань: 3 пасовищні та 2 дендритні.
Знаючи правило переходу енергії з одного трофічного рівня на інший (близько 10%), побудуйте піраміду біомаси наступного харчового ланцюга:
припускаючи, що тварини кожного трофічного рівня харчуються лише організмами попереднього рівня. Біомаса рослин на досліджуваній території складає 40 тонн.
Побудуйте піраміду чисел цього харчового ланцюга, знаючи, що біомаса:
1 пагона трав'янистої рослини - 5 г (0,005 кг);
1 коника - 10 г (0,01 кг);
1 жаби – 10 г (0,01 кг);
1 вужа близько 100 г (0,1 кг);
1 змієяда близько 2 кг.
Розраховані значення впишіть у таблицю:
| Представники трофічних рівнів |
Розрахована біомаса (кг) |
Розрахована чисельність (особи) |
Рослини |
||
Коники |
||
Тема "Забруднення навколишнього середовища"
Практичне заняття №6 "Розрахункова оцінка кількості викидів шкідливих речовин у повітря від автотранспорту".
Мета: вивчити вплив автотранспорту забруднення повітря.
- Навчити обчислювати кількість викидів шкідливих речовин.
- Навчити обробляти результати.
Обладнання: друкарське приладдя, мікрокалькулятор.
Вступна розмова:
Автотранспорт є одним з основних забруднювачів атмосфери оксидами азоту NOх (сумішю оксидів азоту NO та NO 2) та чадним газом, що містяться у вихлопних газах. Частка транспортного забруднення повітря становить понад 60% СО і понад 50% NOх від загального забруднення атмосфери цими газами. Підвищений вміст СО та NOх можна виявити у вихлопних газах не відрегульованого двигуна, а також двигуна в режимі прогріву.
Викиди шкідливих речовин від автотранспорту характеризуються кількістю основних забруднювачів повітря, які у атмосферу з вихлопних (відпрацьованих) газів, за певний проміжок часу.
До шкідливих речовин, що викидаються, відносяться чадний газ (концентрація у вихлопних газах 0,3–10% об.), вуглеводні — вогнетривке паливо (до 3% об.) та оксиди азоту (до 0,8%), сажа.
Кількість викидів шкідливих речовин, що надходять від автотранспорту до атмосфери, можна оцінити розрахунковим способом. Вихідними даними для розрахунку кількості викидів є:
Кількість одиниць автотранспорту різних типів, що проїжджають виділеною ділянкою автотраси в одиницю часу;
Норми витрати палива автотранспортом (середні норми витрати палива автотранспортом під час руху за умов міста наведено у таблиці №1);
Таблиця 1
Значення емпіричних коефіцієнтів, визначальних викид шкідливих речовин від автотранспорту залежно від виду пального (наведено у таблиці № 2).
Таблиця 2
Коефіцієнт До чисельно дорівнює кількості шкідливих викидів відповідного компонента в літрах при згоранні в двигуні автомашини кількості палива (також у літрах), необхідної для проїзду 1 км (тобто дорівнює питомій витраті).
Хід виконання роботи:
1. Виберіть ділянку автотраси поблизу школи (місця проживання, відпочинку) довжиною 0,5-1 км, що має хороший огляд (з вікна школи, з парку, з пришкільної території).
2. Виміряйте кроками довжину ділянки (1 м), попередньо визначивши середню довжину свого кроку.
3. Визначте кількість одиниць автотранспорту, що проходить дільницею в якийсь період часу, наприклад протягом 20 хвилин. При цьому заповнюйте таблицю № 3 (для прикладу в таблиці заповнено рядок "Легкові автомобілі"):
Таблиця 3
| Тип автотранспорту |
Кількість, шт. |
Усього за 20 хвилин |
За 1 годину, Ni, шт. |
Загальний шлях за 1 годину, L км |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| Легкові автомобілі | 14 | 42 | ||
| Вантажні автомобілі | ||||
| Автобуси | ||||
| Дизельні вантажні автомобілі |
4. Кількість одиниць автотранспорту за 1 годину розраховують, множачи на 3 кількість, отриману за 20 хвилин.
5. Розрахуйте загальний шлях, пройдений виявленою кількістю автомобілів кожного типу за 1 годину (Lкм) за формулою: Li = Ni. I,
де Ni – кількість автомобілів кожного типу за 1 годину;
I – позначення типу автотранспорту;
l – довжина ділянки, км.
Отриманий результат занесіть до таблиці 3.
6. Розрахуйте кількість палива (Qi, л) різного виду, що спалюється при цьому двигунами автомашин, за формулою: Qi = Li Yi
Значення Yi візьміть із таблиці 1.
Отриманий результат занесіть до таблиці 4.
Визначте загальну кількість спаленого палива кожного виду ((Q) та занесіть результат до таблиці 4).
Таблиця 4
| Тип автомобіля | Qi, у тому числі |
||
| Дизельне паливо | |||
| Легкові автомобілі | |||
| Вантажні автомобілі | |||
| Автобуси | |||
| Дизельні вантажні автомобілі | |||
| Усього (Q |
7. Розрахуйте кількість шкідливих речовин, що виділилися в літрах за нормальних умов по кожному виду палива і всього за таблицею 5.
Таблиця 5
| Вид палива | (Q,л) | Кількість шкідливих речовин, л |
|||
| СО | Вуглеводні | NO 2 | |||
| Бензин | |||||
| Дизельне паливо | |||||
| Усього (V), л | |||||
Обробка результатів та висновків.
1. Розрахуйте:
а) масу шкідливих речовин, що виділилися (m, г) за формулою: m= V M: 22, 4;
б) кількість чистого повітря, необхідне для розведення шкідливих речовин, що виділилися для забезпечення санітарно-допустимих умов навколишнього середовища.
Результати запишіть до таблиці 6.
Таблиця 6
2. Зважаючи на близькість до автомагістралі житлових та громадських будівель, зробіть висновок про екологічну обстановку в районі дослідженої вами ділянки автомагістралі.
Список використаної літератури
- Верзилін Н.М., Корсунська В.М. Загальна методика викладання біології: Підручник для студентів пед. ін-тов з біол. спец. 4-8 вид. - М: Просвітництво, 1995-340 с.
- Всесвятський Б.В. Системний підхід до біологічної освіти у середній школі: Кн. Для вчителя. - М.: Просвітництво, 1995. - 143с.
- Грін Н., Стаун У., Тейлор Д. Біологія: у 3т. М.: Світ, 1990. Т.3 – 286 с.
- Звєрєв І.Д., М'ягкова О.М. Загальна методика викладання біології: Посібник для вчителя. - М: Просвітництво, 1995. -191 с.
- Комісарів Б.Д. Методологічні проблеми шкільної біологічної освіти. - М.: Просвітництво, 1996. -160 с.
- Лернер І.Я. Система методів навчання та їх практичне застосування/Біологія в школі. - 1998-№3 - C. 52-55.
- Удосконалення навчання біології: Сб.науч.тр./Ред.кол.: А.Н.Мягкова/отв.ред./та ін. - Изд. 1998. -120 с.
- Хрипкова А.Г. та ін. Методика викладання факультативних курсів з біології. – Просвітництво, 1998. –174 с.
У навчальному посібнику викладено доступні методи біогеохімічного дослідження об'єктів та компонентів навколишнього середовища. Розглядаються методи дослідження освіти та розкладання органічної речовини, впливу екологічних факторів на різні процеси, що відбуваються в живих організмах, питання сучасної екології та біоіндикації, методи хімічного моніторингу атмосфери, води та ґрунтів. Навчальний посібник призначений для студентів вищих навчальних закладів, що спеціалізуються в галузі екології та охорони навколишнього середовища, геоекології, працівників природоохорони та їх служб, а також для вчителів, які викладають біологію та природознавство, керують екологічними гуртками у школах.
Визначення накопичення органічної речовини в біомасі рослин та у ґрунті.
Органічне речовина утворюється і накопичується Землі нерівномірно. Найбільша його кількість утворюють тропічні ліси (70 % запасів вуглецю), менше - північні ліси та найменша кількість - тундри та пустелі. У лісових екосистемах найбільша кількість органічних речовин накопичується у деревині (від 90 до 99 % від сухої маси дерева), менше – у листі та корі. У ґрунті у вигляді гумусу міститься від 1 до 15 % органічної речовини, яка є тисячолітнім зберігачем енергії.
Метод визначення органічної речовини в різних частинах дерева полягає в сухому спалюванні зразка в печі муфельної, визначенні в ньому золи і органічної частини (остання розраховується у відсотках до сухого зразка).
При спалюванні рослинного матеріалу та ґрунту вуглець, азот і водень випаровуються у вигляді вуглекислого газу, води та оксидів азоту. Нелеткий залишок (зола), що залишився, містить елементи, звані зольними. Різниця між масою всього сухого зразка та зольним залишком становить масу органічної речовини.
ЗМІСТ
Передмова 3
ЧАСТИНА I. ЕКОЛОГІЯ І ОХОРОНА НАВКОЛИШНЬОГО СЕРЕДОВИЩА. БІОІНДИКАЦІЯ ЕКОЛОГІЧНИХ ЯВ 7
Глава I. СКЛАДНІ СТАБІЛЬНОГО ІСНУВАННЯ БІОСФЕРИ. (Глобальна продукція, розкладання, біомаса) 8
Робота № 1. Визначення утворення органічної речовини у листі рослин у процесі фотосинтезу (за вмістом вуглецю) 10
Робота № 2. Визначення накопичення органічної речовини в біомасі рослин та у ґрунті 14
Робота № 3. Визначення витрати органічної речовини рослинами при диханні 16
Робота № 4. Розкладання органічних речовин води та ґрунту з визначенням деяких кінцевих продуктів 19
Робота № 5. Мікроорганізми - один із очних компонентів, що забезпечують стабільність біосфери Землі. Виявлення та кількісний облік мікроорганізмів у педосфері (ґрунті) та гідросфері 23
Робота № 6. Визначення біомаси та продуктивності рослинної спільноти, як результату утворення та розкладання органічної речовини (з попереднім описом параметрів фітоценозу) 28
Розділ II. ВПЛИВ ПРИРОДНИХ І АНТРОПОГЕННИХ ЕКОЛОГІЧНИХ ФАКТОРІВ НА СТІЙКІСТЬ БІОТИ 33
Робота № 7. Визначення стійкості рослин до високих температур 35
Робота № 8. Визначення температурного порога коагуляції білків цитоплазми клітин різних рослин 36
Робота № 9. Визначення стійкості клітин різних рослин до зневоднення 38
Робота № 10. Вплив низьких температур на коагуляцію білків у рослин 39
Робота № 11. Визначення стійкості пагонів деревних рослин до низьких температур 41
Робота № 12. Визначення стійкості рослин до засолення ґрунту та повітря 44
Робота № 13. Визначення стійкості рослин до сірчистого газу (А), хлору (Б) та аміаку (В). Виявлення біоіндикаторів 47
Робота № 14. Визначення порівняльної стійкості деревних рослин до вихлопних газів автотранспорту. Виявлення біоіндикаторів 49
Робота № 15. Вплив солей важких металів на плазмоліз протоплазми рослинної клітини 52
Робота № 16. Вплив солей важких металів на коагуляцію рослинних та тваринних білків 54
Глава III ОХОРОНА НАВКОЛИШНЬОГО СЕРЕДОВИЩА 56
Робота № 17. Кількісний облік мікроорганізмів у повітряному середовищі робочих приміщень. Вплив летких виділень рослин на вміст мікроорганізмів у повітрі 57
Робота № 18. Оцінка фітонцидної активності рослин і токсичності пилу, що осідає на них, у дослідах з найпростішими і з комахами 60
Робота № 19. Визначення антимікробних властивостей вищих рослин та біологічної забрудненості різних вод методом "підводної проби" 64
Робота № 20. Якісне розпізнавання мінеральних добрив, як можливих забруднювачів ґрунтів та сільгосппродукції 66
Робота №21. Забруднення харчових продуктів нітратами та їх визначення у різних овочевих культурах залежно від виду, сорту, органу, тканини: 75
Робота № 2 2. Автотранспорт - головний забруднювач біосфери великих міст. Визначення завантаженості вулиць автотранспортом та деяких параметрів довкілля, що посилюють забруднення 82
Робота № 23. Оцінка рівня забруднення атмосферного повітря відпрацьованими газами автотранспорту на ділянці магістральної вулиці (за концентрацією СО) 84
Робота № 24. Альтернативне паливо, що різко знижує забруднення навколишнього середовища – етиловий та інші спирти. Метод отримання етанолу із продуктів рослинництва 88
Робота № 25. Утилізація відходів – одна з проблем охорони навколишнього середовища. Отримання біогазу з органічних залишків 91
Робота № 26. Зміна тривалості життя людей у часовому плані під впливом антропогенних факторів 94
Розділ IV. БІОІНДИКАЦІЯ СТАНУ НАВКОЛИШНЬОГО СЕРЕДОВИЩА 96
Робота № 27. Зменшення вмісту хлорофілу в листі рослин – біоіндикаційна ознака несприятливих умов середовища. Визначення хлорофілу фотометрично 97
Робота № 28. Накопичення фенольних сполук в органах квіткових рослин, мохах, лишайниках як прояв захисної реакції на несприятливі умови середовища 101
Робота № 29. Зміна кольору флавоноїдних пігментів різних квіткових рослин під впливом рН середовища, солей важких металів 104
Робота № 30. Визначення зольності листя хвої, нирок і кори деревних рослин, як індикаційної ознаки забруднення повітряного середовища важкими металами ПЗ
Робота № 31. Накопичення сірки в листі та корі деревних рослин у різних умовах забруднення середовища сірчистим газом 112
Робота № 32. Зміна феноритмів у рослин – інтегральний індикаційний показник. Проведення фенологічних спостережень. Побудова феноспектрів та їх аналіз 115
Робота № 33. Визначення вологості листя та їх тургорного стану як індикаційних ознак в умовах вуличних посадок міських екосистем 122
Робота № 34. Визначення площі листя у деревних рослин у забрудненій та чистій зонах 123
Робота № 35. Обстеження стану придорожніх посадок деревних рослин на центральних вулицях міста (I), у захисних зонах підприємств, що працюють на органічному паливі (II) 126
Робота № 36. Визначення ураження та омертвлення тканин листка при антропогенному забрудненні повітряного середовища: А) за відсотком ураженої тканини, Б) з діагностики живих та мертвих тканин 129
Робота № 37. Визначення забруднення навколишнього середовища пилом щодо її накопичення на листових пластинках рослин. Побудова карти забруднення території пилом. Оцінка токсичності пилу 131
Робота № 38. Визначення стану навколишнього середовища в минулі роки за радіальним приростом деревних рослин 133
Робота № 39. Визначення стану довкілля за комплексом ознак у хвойних 135
Робота № 40. Оцінка стану навколишнього середовища за наявністю, розмаїттям та різноманітністю видів лишайників (ліхеноіндикація) 138
Робота № 41. Біомоніторинг атмосферного забруднення щодо реакції пилку різних рослин-індикаторів 142
Робота № 42. Визначення родючості ґрунту за її кольором та продуктивністю рослин 144
Робота № 43. Визначення засоленості ґрунтів міських вулиць по сухому залишку ґрунтової витяжки 147
Робота № 44. Якісне визначення легко- та середньорозчинних форм хімічних елементів у ґрунтах міських вулиць 149
Робота № 45. Визначення токсичності сірчистого газу, ґрунтів, води, пестицидів методом висікання листя (але руйнування хлорофілу) 151
Робота № 46. Бйотестування летких токсичних речовин, води, витяжки із ґрунту, пестицидів з проростання насіння 155
Робота № 47. Біотестування розчинених токсичних речовин щодо зростання відрізків колеоптилів пшениці 157
Робота № 48. Біотестування токсичності субстрактів та проростків різних рослин-індикаторів 160
Робота № 49. Визначення кислотності та токсичності опадів, що випадають у зонах забруднення 163
Робота № 50. Методи біотестування якості природних та стічних вод: а) з рачком дафнію магну, б) з ряскою та елодеєю 165
ЧАСТИНА ІІ. ХІМІЧНИЙ МОНІТОРИНГ СТАНУ НАВКОЛИШНЬОГО СЕРЕДОВИЩА 173
Глава V. МОНІТОРИНГ АТМОСФЕРНОГО ПОВІТРЯ 174
Робота № 51. Визначення запиленості повітря 177
Робота № 52. Визначення діоксиду сірки 180
Робота № 53. Визначення діоксиду азоту 182
Робота № 54. Визначення аерозолю сірчаної кислоти та розчинних сульфатів 185
Робота №55. Контроль викидів забруднюючих речовин промисловими джерелами. Визначення швидкості та об'єму повітря або газу 187
Робота № 56. Визначення запиленості вентиляційного повітря, маси викиду та ефективності пиловловлюючої установки 192
Робота № 57. Контроль викидів забруднюючих речовин автотранспортом 194
Робота № 58. Розрахунок умов розсіювання викидів промислових підприємств 198
Розділ VI. МОНІТОРИНГ ПОВІТРЯНОГО СЕРЕДОВИЩА РІЗНИХ ПРИМІЩЕНЬ 201
Робота № 59. Визначення мікроклімату приміщень 203
Робота № 60. Визначення фенолу у повітрі приміщень, оброблених полімерами 205
Робота № 61. Визначення формальдегіду в приміщеннях з полімерним покриттям 207
Робота № 62. Визначення запиленості приміщень 211
Робота № 63. Визначення марганцю у зварювальному аерозолі 212
Робота № 64. Визначення чадного газу на робочому місці 215
Робота № 65. Визначення свинцю у змивах зі стін та обладнання 216
Робота № 66. Визначення ртуті у змивах зі стін та обладнання 218
Розділ VII. МОНІТОРИНГ ВОДНИХ ОБ'ЄКТІВ 221
Робота № 67. Визначення показників, що характеризують органолептичні властивості води (температура, прозорість, колір, осад, плівка, запах, смак та присмаки) 223
Робота № 68 Визначення активної реакції (рН) 227
Робота № 69. Визначення сухого залишку 228
Робота № 70. Визначення загальної жорсткості 230
Робота № 71. Визначення хлоридів 232
Робота № 72. Визначення заліза (загального) фотометричним способом 233
Робота № 73. Визначення перманганатної окислюваності 237
Робота № 74. Визначення іонів амонію 240
Робота № 75. Визначення нітритного азоту 242
Робота № 76. Визначення нітратного азоту 243
Робота № 77. Визначення розчиненого кисню за Вінклером 245
Робота № 78. Визначення поверхнево-активних речовин (ПАР) 247
Розділ VIII. МОНІТОРИНГ ГРУШНОГО ПОКРОВУ 250
Робота № 79. Визначення вмісту сірководню в ґрунті, забрудненому нафтопродуктами 253
Робота № 80. Визначення міді. 255
Робота № 81. Визначення азоту нітратів 257
Додаток 259
Словник термінів 276
Література 277.
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ РОСІЙСЬКОЇ ФЕДЕРАЦІЇ
Білгородський державний технологічний університет ім. В.Г. Шухова
Л.М. Смоленська, С.Ю. Рибіна
Екологія
Лабораторний практикум
Білгород
УДК 628.3 ББК 38.761.2 З 51
Рецензенти:
Кандидат технічних наук, старший викладач ФДА ОУ ВПО «Білгородський державний національний дослідницький університет» (НДУ «БєлДУ») С.М. Дудіна
Кандидат з хімічних наук, професор Білгородського державного технологічного університету ім. В.Г. Шухова І. В. Тікунова
Смоленська, Л.М. Екологія: лабораторний практикум /
З 51 Л. М. Смоленська, С. Ю. Рибіна. - Білгород:Вид-во БДТУ, 2013. - 91 с.
У лабораторному практикумі представлені лабораторні роботи, що дозволяють оцінити якість довкілля та виявити вплив антропогенного фактора на стан екологічних систем.
Лабораторний практикум призначений для всіх спеціальностей та напрямів підготовки, що вивчають дисципліну «Екологія».
УДК 628.3 ББК 38.761.2
© Білгородський державний технологічний університет ім. В. Г. Шухова, 2013
Вступ
Екологія як інтегрована наука вивчає всебічні взаємодії організмів з навколишнім середовищем і викликає все більший інтерес через її тісний зв'язок з найважливішими проблемами сучасного світу: загрозою виснаження природних ресурсів, забруднення та отруєння середовища промисловими відходами, руйнуванням природних угруповань.
Раціонально витрачати мінеральні ресурси, зберегти та захистити рослинний і тваринний світ, зберегти та покращити місце існування – найважливіші завдання, що стоять перед людством.
У сучасному суспільстві під впливом засобів масової інформації, екологія часто трактується як суто прикладне знання про стан довкілля людини, і навіть – як саме цей стан (звідси такі вирази як «погана екологія» того чи іншого району, «екологічно чисті» продукти чи товари) . Хоча проблеми якості середовища для людини, безумовно, мають дуже важливе практичне значення, а вирішення їх неможливе без знання екології, коло завдань цієї науки набагато ширше.
Екологія як наука ґрунтується на різних розділах біології та пов'язана з іншими науками (наприклад, з фізикою, хімією, географією, психологією, педагогікою, правом). Тільки на основі інтеграції цих дисциплін можливо подолати технократичну парадигму мислення, виробити новий тип екологічної свідомості, мислення, яке докорінно змінює поведінку людей по відношенню до природи.
Даний лабораторний практикум охоплює основні розділи екології, дозволяє студентам орієнтуватися у питаннях живого вигляду біосфери, що тісно пов'язаний із неживим.
У лабораторному практикумі дисципліни «Екологія» до кожної лабораторної роботи наводиться теоретичне обґрунтування, а також надано контрольні питання для самостійної перевірки засвоєння теоретичного матеріалу.
Лабораторна робота №1
Визначення вмісту нітратів у рослинних об'єктах
Мета роботи: поглибити уявлення про міграцію азоту у біосфері, визначити вміст нітратного азоту у рослинах.
Теоретичне обґрунтування
Рух азоту є досить складний процес, оскільки включає газоподібну і мінеральну фазу. У газоподібній формі молекулярний азот (N2) досить інертний, його вміст в атмосфері становить 78%. При всій величезній значущості азоту для життєдіяльності живих організмів вони можуть безпосередньо споживати цей газ з атмосфери, рослини засвоюють іони амонію (NH4 + ) чи нітрату (NO3 - ). Для того щоб азот перетворився на ці форми, необхідна участь деяких бактерій або синьо-зелених водоростей (ціанобактерій). Процес перетворення газоподібного азоту (N2) в амонійну форму зветься азотфіксації. Найважливішу роль серед азотфіксуючих мікроорганізмів грають бактерії з роду Rhizobium, які утворюють симбіотичні зв'язки з бобовими рослинами. Азотфіксуючі бактерії, створюючи форму азоту, яка засвоюється рослинами, за рахунок симбіотичної взаємодії дозволяють накопичуватися азоту в наземних та підземних частинах рослин. Самі азотфіксуючі мікроорганізми, серед яких є види, що синтезують складні протеїни, відмираючи, збагачують ґрунт органічним азотом (рис. 1).
Рис. 1. Кругообіг азоту в біосфері
У природі є також мікроорганізми, які мають симбіотичні зв'язки не тільки з бобовими, але і з іншими рослинами. У водному середовищі та на перезволожених ґрунтах азотфіксацію здійснюють синьо-зелені водорості (здатні одночасно і до фотосинтезу).
Азот після споживання його рослинами бере участь у синтезі протеїнів, які, зосереджуючись у листі рослин, потім забезпечують азотне харчування фітофагів. Мертві організми і відходи життєдіяльності (екскременти) є довкіллям і служать їжею для сапрофагів, які поступово розкладають органічні азотовмісні сполуки до неорганічних. Кінцевою ланкою в цьому ланцюгу виявляються аммоніфікуючі організми, що утворюють аміак (NH 3 ), який, може бути залучений в цикл нітрифікації. Паралельно відбувається постійне повернення азоту в атмосферу за рахунок діяльності бактерій – денітрифікатів, здатних розкладати нітрати та азот (N 2 ). Денітрифікація відбувається лише в анаеробних умовах, коли бактерії використовують нітрат як окислювач, який замінює кисень у реакціях окислення органічних речовин. Сам нітрат у своїй відновлюється до молекулярного азоту. Якщо витрачені нітрат-іони, то для окисних процесів використовується кисень сульфат-іонів:
SO2- , hg | |
(СH2 O) n (NH2 ) m 4 →CO2 + H2 O+ H2 S+ NH3 |
|
HNO3 | |
NH3 →N2 |
|
Крім зазначених процесів азотфіксації в природному середовищі, можливе утворення оксидів азоту при електричних грозових розрядах. Ці оксиди потім у вигляді селітри або азотної кислоти при змішуванні з атмосферними опадами потрапляють у ґрунт. Наявне і фотохімічна фіксація азоту.
Останнім часом застосування добрив, збільшення обсягів виробництв, що супроводжуються утворенням азотовмісних відходів, та інші причини призвели до того, що у ґрунтах, воді, і як наслідок – у живих організмах накопичується надмірна кількість нітратів. Легкорозчинні нітрати при випадінні великої кількості опадів вимиваються в глибокі горизонти і можуть проникати в ґрунтові води. Накопичені в грунті нітрати інтенсивно всмоктуються рослинами, що призводить до надмірного вмісту нітратів та рослинних тканин.
ного з нітрату, спричиняє утворення метгемоглобіну, в якому кисень міцно пов'язаний з гемоглобіном, що знижує здатність еритроцитів переносити кисень. Підвищений вміст нітратів у водних об'єктах викликає бурхливе зростання фітопланктону, що призводить до евтрофікації водойм.
Обладнання та реактиви:іономір І 160 МІ; електроди хлорсрібний та нітратселективний; гомогенізатор; 0,1 н розчин КNO3; 1% розчин алюмокалієвих галунів.
Порядок виконання роботи
Пробу рослинного матеріалу в кількості 0,25-0,5 кг спочатку відмити та просушити фільтрувальним папером, а потім подрібнити. 20 г проби зважити з точністю до першого десяткового знака та помістити в склянку гомогенізатора. Налити в склянку 100 мл 1% розчину алюмокалієвих галунів і гомогенізувати суміш протягом 1-2 хв.
Занурити в гомогенізовану масу електроди та визначити вміст нітратів у досліджуваних рослинних тканинах, мг/кг.
Отримані значення порівняти з санітарно-гігієнічними нормами вмісту нітратів у рослинних продуктах (табл. 1) та зробити висновок про вміст нітратів у рослинах та ґрунтах у місці зростання рослин, а також оцінити безпечний рівень споживання аналізованого рослинного об'єкта.
Таблиця 1
Санітарно-гігієнічні норми та допустимі рівні нітратів у рослинних продуктах
Допустимі рівні | Допустимі рівні |
||
Картопля | Редиска, редька | ||
Морква рання | |||
Буряк столовий | Баклажани | ||
Цибуля ріпчаста | |||
Перець солодкий | |||
Зелений горошок | |||
Помідори | |||
Капуста рання | |||
Виноград | |||
Вимоги до звіту
У звіті подати короткий опис роботи; результати аналізу рослинних об'єктів; висновок про відповідність вмісту нітратів у рослинній тканині допустимим рівням.
Завдання для самопідготовки
1. Біогенні елементи, характеристики.
2. Методи фіксації атмосферного азоту.
3. Кругообіг азоту в природі. Процеси нітрифікації та денітрифікації в рамках кругообігу азоту.
4. Аеробні та анаеробні умови функціонування мікроорганізмів.
5. У чому небезпека збільшення вмісту нітратів у рослинних харчових об'єктах? у поверхневих водоймах?
Лабораторна робота №2
Вивчення процесу фотосинтезу. Продукти фотосинтетичних реакцій
Мета роботи: ознайомитись із процесом фотосинтетичного утворення вуглеводів у рослинних тканинах.
Теоретичне обґрунтування
Фотосинтез – це процес, у якому енергія сонячного світла перетворюється на хімічну енергію. Фотосинтез протікає у дві фази: світлову, що йде тільки на світлі, і темнову, яка йде як у темряві, так і на світлі.
Світлова фаза фотосинтезу здійснюється у хлоропластах, де на мембранах розташовані молекули хлорофілу. Хлорофіл поглинає енергію сонячного світла. Під впливом цієї енергії молекула хлорофілу збуджується, і один із її електронів переходить на більш високий енергетичний рівень. Багатий енергією електрон бере участь в окислювально-відновних реакціях і віддає надмірну енергію, проходячи ланцюгом переносників електронів. Цей ланцюг утворений різними білками, вбудованими у внутрішню мембрану хлоропласту. Енергія, що віддається електроном, використовується на синтез молекул аденозинтрифосфорної кислоти (АТФ). Таким чином, енергія сонячного світла необхідна для переміщення електронів ланцюгом переносників електронів. При цьому світлова енергія перетворюється на хімічну, і запасається в молекулах АТФ.
Молекули хлорофілу, що втратили електрони, приєднують електрони, що утворюються при розщепленні молекули води: 2H2 О = 4H+ + O2 + 4ē. Процес розщеплення молекул води під впливом сонячної енергії називають фотолізом.
У результаті світлової фази фотосинтезу протони H+ з'єднуються
з нікотинамідаденіндінуклеотидфосфатом (НАДФ) – переносником іонів водню та електронів, і відновлюють його, утворюючи НАДФ·Н, синтезується АТФ з АДФ та фосфорної кислоти, у навколишнє середовище виділяється молекулярний кисень.
У темновій стадії за участю АТФ і НАДФ · Н відбувається повстання
оновлення CO2 до глюкози (C6 H12 O6). Хоча світло не потрібне для здійснення даного процесу, він бере участь у його регуляції.
У загалом, хімічний баланс фотосинтезу може бути представлений у вигляді простого рівняння:
6CO2 + 6H2 O = C6 H12 O6 + 6O2
Глюкоза під дією ферментів перетворюється на полісахариди. Основним структурним компонентом рослин є целюлоза, що є сукупністю довгих нерозгалужених ланцюгів. Другий найважливіший природний полісахарид -крохмаль, має розгалужену структуру. Біологічна роль крохмалю полягає в тому, що він є запасною поживною речовиною.
Здатність використовувати світло як джерело енергії, необхідної для зростання, властива деяким групам бактерій. На відміну вищих рослин, пурпурові водорості при фотосинтезі не виділяють кисень, т.к. для фотовідновлення CO2 використовують як донор водню не воду, а сірководень, тіосульфат, молекулярний водень або органічні сполуки. Деякі пурпурні бактерії, окислюючи сірководень і тіосульфат, накопичують у клітинах сірку:
СО2 + 2 Н2 S → [СН2 О]n + 2S + Н2 О,
де [СН2 О]n - умовне позначення органічних речовин, що утворюються.
Хемосинтез – тип харчування, властивий деяким бактеріям, здатним засвоювати CO2 як джерело вуглецю рахунок енергії окислення неорганічних сполук. На відміну від фотосинтезу, при хемосинтезі використовується не енергія світла, а енергія, одержувана при окислювально-відновних реакціях, яка повинна бути достатньою для синтезу (АТФ) і перевищувати 10ккал/моль.
Водневі бактерії – найбільш численна та різноманітна група хемосинтезуючих організмів; здійснюють реакцію 6H2 + 2O2 + CO2 = [СН2 О]n + 5H2 O. У порівнянні з іншими авто-
трофними мікроорганізмами характеризуються високою швидкістю зростання та можуть давати велику біомасу.
Однією з важливих відмінностей клітин рослинного походження (КРП) від клітин тваринного походження (КЖП) і те, що протоплазма перших складається переважно з хлорофілу, а протоплазма других – з гемоглобіну. Хлорофіл КРП відрізняється від гемоглобіну КЖП тільки тим, що до складу хлорофілу входить магній, а до складу гемоглобіну – двовалентне залізо. Тому хлорофіл зелений, а гемоглобін червоний.
Обладнання та реактиви:склянка (0,25 л); скляний ковпак; настільна лампа; електроплитка; спирт етиловий; розчин йоду в йодиді калію.
Порядок виконання роботи
Кімнатну рослину помістити на добу у темряву. За цей час у рослині майже повністю витрачається крохмаль, переходячи під дією ферментів у цукор, що окислюється внаслідок клітинного дихання до вуглекислого газу та води.
Через добу винести рослину на світло, зрізати з неї листок. На лист прикріпити смужку темного паперу, зігнуту навпіл так, щоб вона закривала частину листа з обох боків. Аркуш помістити в склянку з водою. Накрити лист скляним ковпаком і протягом 2-3 годин висвітлювати світлом настільної лампи, орієнтуючи її так, щоб промені падали на лист перпендикулярно його поверхні.
Витриманий на світлі лист після зняття паперу помістити в чашку з 90% етанолом і кип'ятити протягом 5-10 хв, потім перенести лист в чашку з водою і витримувати на водяній бані до знебарвлення. Вийняти лист, розправити в чашці Петрі і нанести на нього йодовий розчин в йодиді калію. Відзначити реакцію на крохмаль, зробити висновок про перебіг процесу та продукти фотосинтезу.
Вимоги до звіту
У звіті навести назву та короткий опис роботи, основні реакції фотосинтезу органічних сполук у досліджуваних тканинах, пояснити явища, що спостерігаються в роботі.
Завдання для самопідготовки
1. Особливості світлової та темнової фаз фотосинтезу.
2. Первинні продукти фотосинтезу, подальші перетворення.
3. Роль фотосинтезу у життєдіяльності біосфери.
4. Відмінна особливість фотосинтезу у хлорофілсодержащих і безхлорофільних рослин.
5. Як утворюється біомаса при хемосинтезі
Лабораторна робота №3
Визначення вмісту вуглекислого газу повітря робочої зони
Мета роботи. Методом хімічного аналізу визначити вміст вуглекислого газу повітря робочої зони.
Теоретичне обґрунтування
Атмосфера – газова оболонка Землі, що тягнеться більш ніж на 1500 км від її поверхні. Сумарна маса повітря, тобто. суміші газів, що становлять атмосферу, 5,1-5,3 · 1015 т. Молекулярна маса чистого сухого повітря - 28,966.
Для атмосфери характерний постійний обмін речовиною, енергією з гідросферою, літосферою, живими організмами, і навіть із космічним простором. Атмосферу як видалення від Землі ділять на тропосферу (до висоти 11 км), стратосферу (до висоти 50 км), мезосферу (50-85 км), іоносферу (від 85 до 500 км), екзосферу (понад 500 км). Склад атмосфери – результат тривалих еволюційних процесів у надрах Землі та її поверхні, де вирішальним чинником була діяльність зелених рослин, тварин і мікроорганізмів. Дані про склад атмосфери наведено у табл. 2.
Концентрація газів, що становлять атмосферу, практично постійна, за винятком води (H2O) та вуглекислого газу (CO2).
Крім зазначених у таблиці газів, в атмосфері містяться SО2 , NН3 , СО, вуглеводні, НСl, НF, пари Нg, I2 , а також NO та багато інших газів у незначних кількостях. У тропосфері постійно знаходиться велика кількість завислих твердих і рідких частинок (аерозоль).
Верхня межа тропосфери знаходиться на висоті 8-10 км у полярних, 10-12 км у помірних та 16-18 км у тропічних широтах; взимку нижче, ніж улітку. Нижній, основний шар атмосфери містить понад 80% всієї маси атмосферного повітря і близько 90% всього водяної пари, що є в атмосфері. У тропосфері сильно розвинені турбулентність та конвекція, виникають хмари, розвиваються циклони та антициклони. Температура зменшується зі зростанням висоти із середнім вертикальним градієнтом 0,6-0,65°/100 м.
Книга містить методичні рекомендації та карти-інструкції щодо проведення лабораторного екологічного практикуму в курсах біології, хімії, екології, природознавства для закладів загальної середньої, початкової та середньої професійної, а також додаткової освіти. Практикум проводиться на базі шкільних кабінетів та навчальних лабораторій та включає 36 дослідів та практичних робіт за темами «Повітря», «Вода», «Грунт», «Довкілля та здоров'я». Багато описаних робіт можуть виконуватися в польових умовах із застосуванням портативних тест-комплектів. Книга є посібником для вчителів. Завдяки ілюстративності та дохідливості викладу рекомендується підготовленим учням.
Устаткування для польових робіт.
При проведенні практикуму в польових умовах або при роботах малими групами учнів необхідно користуватись готовими комплектами обладнання, що включають усі (або більшість) необхідних у роботі елементів. Йдеться про тест-комплекти та комплектні лабораторії, що дозволяють, за відсутності лабораторії та кабінету, отримувати кількісні результати. що свідчать про якість води, повітря, ґрунтових ви-
тяжок. продуктів харчування. Такі комплекти випускаються науково-виробничим об'єднанням ЗАТ «Крісмас+» (Санкт-Петербург).
При кількісній оцінці показників якості використовуються різні методи – титриметричні. колориметричний, турбідиметричний та ін. Пропоновані в цьому практикумі методи та обладнання для їх виконання досить прості та освоєні багатьма поколіннями школярів та студентів. Істотно. що польові роботи проводяться із застосуванням готових титрованих та інших аналітичних розчинів, що входять до складу відповідних тест-комплектів або польових лабораторій. Приготування аналітичних розчинів вимагає високої кваліфікації та спеціального обладнання, і в умовах школи самостійно вчителем або. тим паче, учнями, зазвичай, недоцільно.
ЗМІСТ
Передмова 7
1. Оснащення екологічного практикуму 10
1. 1. Обладнання та приладдя зі шкільного кабінету 10
1. 2. Спеціалізований клас-комплект для лабораторних робіт з екології, хімії та біології «ЕХБ» 11
1.3. Устаткування для польових робіт 16
2. Загальна інформація для проведення практикуму 20
2.1. Загальні правила роботи 20
2.2. Заходи безпеки під час робіт 21
2.3. Правила укладання та зберігання обладнання. Розміщення обладнання у шкільному кабінеті 25
2.4. Особливості методів та засобів оцінки стану навколишнього середовища 26
3. Рекомендації для вчителя з техніки та методики проведення робіт 32
3.1. Відбір проб атмосферних опадів, снігу, льоду 32
3.2. Відбір та підготовка проб ґрунту 32
3.3. Приготування розчинів, зразків, серед 33
3.3.1. Приготування модельних розчинів та зразків 33
3.3.2. Приготування розчину калію хлориду для ґрунтової витяжки 34
3.3.3. Приготування деяких розчинів та поживних середовищ 35
3.3.4. Приготування розчинів із заданою масовою часткою, молярною та нормальною концентрацією розчиненої речовини 37
3.3.5. Приготування кислотних газів та заповнення ними колб 39
3.4. Моделювання екологічних ситуацій 39
3.5. Виявлення сполук важких металів (міді, заліза, свинцю) у ґрунтах та водоймах 41
3.6. Хімічні реакції та методи визначення деяких сполук у воді 43
4. Екологічні дослідження на тему «Повітря» 49
4.1. Вступна інформація 49
4.1.1. Спостереження за складом атмосферних опадів 49
4.1.2. Вивчення вуглекислого газу як компонента повітряного середовища та показника дихання людини 50
4.1.3. Вивчення запиленості повітря 52
4.2. Карти-інструкції до дослідів та лабораторних робіт 54
Досвід 1. Дія кислотного забруднення повітря на рослини 54
Досвід 2. Вплив забруднення повітря аміаком на рослини 56
Досвід 3. Визначення вмісту в повітрі вуглекислого газу за допомогою індикаторних трубок (експрес-аналіз навколишнього повітря) 57
Робота 1. Визначення складу повітря, що вдихається і видихається 60
Робота 2. Визначення запиленості повітря у приміщенні 62
Робота 3. Вивчення запиленості пришкільної території 64
Робота 4. Виявлення наявності у повітрі мікроорганізмів 66
Робота 5. Експрес-аналіз забрудненості повітря аміаком 69
5. Екологічні дослідження на тему «Вода» 71
5. 1. Вступна інформація 71
5.1.1. Органолептичні показники води 71
5.1.2. Кислотність та мінеральний склад води. Правила відбору проб води 73
5.1.3. Жорсткість води, її визначення та усунення 76
5. 2. Карти-інструкції до дослідів та лабораторних робіт 79
Досвід 4. Приготування модельних забруднень води (стічних вод) та їх експрес-аналіз 79
Робота 6. Спостереження за складом атмосферних опадів 82
Робота 7. Визначення органолептичних показників якості води 85
Робота 8. Визначення водневого показника (рН) води 89
Робота 9. Визначення та усунення жорсткості води 91
Робота 10. Виявлення хлоридів у модельному розчині. мінеральній воді та ґрунтовій витяжці 94
Робота 11. Кількісне визначення хлоридів у воді та ґрунтовій витяжці 96
Робота 12. Кількісне визначення сульфатів у воді та ґрунтовій витяжці 98
Робота 13. Кількісне визначення загальної жорсткості у воді та ґрунтовій витяжці 100
Робота 14. Вплив синтетичних миючих засобів на зелені водні рослини. Очищення води від CMC 102
Робота 15. Очищення води від забруднень 106
6. Екологічні дослідження на тему «Грунт» 109
6. 1. Вступна інформація 109
6.1.1. Кислотність та засоленість ґрунту 109
6.1.2. Антропогенні порушення ґрунту 110
6. 2. Карти-інструкції до лабораторних робіт 113
Робота 16. Приготування ґрунтової витяжки 113
Робота 17. Визначення рН ґрунтової витяжки та оцінка кислотності ґрунту 115
Робота 18. Визначення засоленості ґрунту за сольовим залишком 117
Робота 19. Оцінка екологічного стану ґрунту за сольовим складом водної витяжки 119
Робота 20. Визначення антропогенних порушень ґрунту 121
Робота 21. Вплив штучних екологічних середовищ на рослини (моделювання екологічних ситуацій) 123
Робота 22. Користь та шкода поліетилену 125
Робота 23. Визначення органічної речовини у ґрунті 127
Робота 24. Виявлення важких металів у ґрунтах та водоймах 129
7. Екологічні дослідження на тему «Навколишнє середовище та здоров'я» 133
7. 1. Вступна інформація 133
7.1.1. Вивчення екологічної небезпеки забруднень важкими металами 133
7.1.2. Оцінка якості продуктів харчування за вмістом у них нітратів 134
7.1.3. Вивчення впливу шкідливих хімічних факторів на здоров'я людини 137
7. 2. Карти-інструкції до дослідів та лабораторних робіт 139
Досвід 5. Експрес-аналіз повітря, що видихається на вміст вуглекислого газу за допомогою індикаторних трубок 139
Робота 25. Оцінка якості продуктів харчування за вмістом у них нітратів 141
Робота 26. Вплив кислотності середовища на активність ферментів слини 144
Робота 27. Вплив кислотності середовища на властивості білка 147
Робота 28. Вплив куріння на властивості слини 150
Робота 29. Вплив антибіотика на властивості слини 153
Робота 30. Вплив алкоголю на властивості білка 155
Робота 31. Вплив солей на властивості білка 157
Список литературы 159
Додатки 162
Додаток 1. Значення гранично допустимих концентрацій для завислих речовин (пилів) різної природи 162
Додаток 2. Основні властивості пріоритетних забруднювачів повітряного середовища 163
Додаток 3. Деякі показники якості води, нормативи якості та характеристики польових методів аналізу
Додаток 4. Оптимальні значення рН ґрунту для основних сільськогосподарських культур 169
Додаток 5. Ступені та типи засоленості ґрунтів залежно від концентрацій солей 170
Алфавітний покажчик 171.
Зміст практикуму передбачає реальну практико-орієнтовану діяльність учнів щодо оцінки екологічного стану навколишнього середовища, вивчення впливу її на власне здоров'я, виконання старшокласниками соціально значущих проектів, які слугують посиленню поліпшення екологічного стану свого оточення, економії природних ресурсів. Практикум має значний потенціал для соціалізації школярів, розвитку їх самостійності, становлення громадянської відповідальності та активної життєвої позиції молоді.
"Екологічний практикум школяра" містить 15 практичних робіт з основних напрямів пошукової та дослідницької діяльності екологічної спрямованості; роботи складаються з низки завдань, диференційованих за рівнями складності та пізнавальної самостійності учнів.
Модульний характер екологічних курсів у системі передпрофільної підготовки та профільного навчання старшокласників дозволяє студентам самостійно проектувати індивідуальний освітній маршрут з урахуванням необхідності досягнення вимог державного освітнього стандарту та потреб, інтересів, індивідуальних особливостей учнів.
Екологічний практикум школяра
Програма курсів щодо вибору передпрофільної підготовки учнів 9-х класів
"Екологічний практикум школяра" (36 годин)
- розділ "Класична екологія" - роботи №1 – 4;
- розділ "Соціальна екологія" - робота № 5 - 8, 13:
- Розділ "Екологія людини" - роботи №9 – 11;
- Розділ "Екологія міста (Урбоекологія)" - робота №12;
- Розділ "Геоекологія" - робота №14;
- Робота " Соціальна практика " інтегрує у собі зміст багатьох розділів, переважно - соціальної екології.
Класична екологія
Згідно з останнім переписом населення, 73% населення Росії живе в містах. У підручниках наведено приклади впливу абіотичних факторів на живі організми, які перебувають у природних умовах проживання. Чи існує специфіка впливу факторів неживої природи на організми, чиїм місцем проживання стало місто? Чи можливо самотужки виявити цей вплив? |
|
 |
На прикладі екологічних систем можна побачити зміни як універсальну властивість природи протягом життя. Ці зміни (у науці їх називають сукцесії) можна спостерігати особисто безпосередньо протягом кількох років (наприклад, на дачній ділянці, де ви щорічно відпочиваєте), а можна провести опитування людей, які пам'ятають, якою була досліджувана місцевість кілька десятків років тому. Іноді сукцесії своїми екологічно безграмотними діями викликають самі люди. Вивчення сукцесій дозволить спрогнозувати стан навколишнього середовища в майбутньому. |
|
Напевно, майже всі люблять гуляти у лісі, купатися та засмагати на березі річки чи озера, збирати гриби та ягоди. А якою є реакція природного комплексу на наш прихід у гості? Чи можна зменшити негативні наслідки впливу нашого відпочинку на природу? |
 |
Чому на Землі протягом кількох мільярдів років існує життя? Чому за відносної сталості життєвих ресурсів можлива еволюція? Як поява людини позначилося на кругообігу хімічних елементів у природних циклах? Чи погоджуєтесь Ви з висловом В.І. Вернадського: "На земній поверхні немає хімічної сили, що постійно діє, а тому і більш могутньої за своїми кінцевими наслідками, ніж живі організми, взяті в цілому"? |
Соціальна екологія
|
Що потрібніше людині – живий світ нашої планети, земля, надра, вода чи повітря? Мабуть, все! Без них неможливий не лише наш розвиток, а й саме життя. Однак атмосфера має особливе значення. Вона є резервуаром кисню - необхідного компонента окислювально-відновних реакцій, що протікають в живому організмі, і, крім того, виконує захисні функції. Безперечно, що екологічний стан, "чистота" повітря має надзвичайно важливе значення. Це підтверджують і шановні медики, кажучи, що від стану повітряного середовища залежать практично всі захворювання органів дихання. |
|
Аристотель вважав воду одним із основних елементів світобудови. Важко з ним не погодитись. Земля майже на три чверті вкрита водою. Вона входить до складу всіх живих організмів. Людина приблизно на 65% складається із води. Ембріон складається із води на 97%. Загальний обсяг води, споживаний людиною на добу при питві та з їжею, становить 2-2,5 л. Втрата 10% води може призвести до незворотних змін в організмі, а втрата 15-20% призводить до смерті. Надзвичайно важливим питанням для будь-якої людини є якість води, що споживається. |
|
Як говорив свого часу В.В. Докучаєв, ґрунт – є продуктом сукупної діяльності ґрунту, клімату, рослинності та тварин організмів… Процес ґрунтоутворення досить довготривалий. Природі необхідно приблизно 100-200 років (залежно від умов природної зони) для створення шару ґрунту завтовшки всього 1 см. У зв'язку з цим стає зрозуміло, чому ми повинні бути особливо уважними до екологічного стану ґрунту. |
|
Слово «радіація» у більшості людей викликає страх. Людство пам'ятає ядерні вибухи у Хіросімі та Нагасакі, що виникли після них мутації та народження дітей із найнебезпечнішими дефектами після цих вибухів, загрозу атомної війни в середині ХХ століття, аварію на Чорнобильській АЕС; терористи і зараз загрожують ядерними вибухами. Навіть у звичайному житті при медичних обстеженнях, при перегляді телевізорів та біля екранів комп'ютера та багатьох інших приладів ми отримуємо певну дозу опромінення. |
 |
Людина у процесі трудової діяльності завжди змінювала довкілля. Однак зараз розміри антропогенного впливу досягли такого розмаху, що людство стало провідною геологічною силою планети. Але науково-технічний прогрес та комфорт життя людини має і зворотний, негативний бік. |
Екологія людини
 |
Кожна людина знає, що здоров'я – це цінність. Але зберегти його не так просто, тому у багатьох людей виникають хвороби. Лікуванням хворих займається медицина. Однак кожна людина може подбати про себе сама і не допустити захворювання. Для цього треба якнайбільше знати про своє здоров'я та використовувати доступні методи його збереження та покращення. |
 |
Основне робоче місце учня у школі та вдома – його робочий стіл. За роботою учні проводять часом кілька годин поспіль. Погана організація праці робочому місці може призвести до фізичної та розумової втоми і навіть погіршення здоров'я. Важливо знати, як грамотно оцінити робоче місце. |
 |
Самопочуття, працездатність та стан здоров'я залежать від якості середовища у класі, де знаходиться робоче місце. Характеристик середовища у класі не так уже й мало. Це обсяг приміщення, оздоблення, мікроклімат, освітленість, якість повітря. Самим учням під силу з'ясувати якість довкілля у класі. |
Екологія міста (урбоекологія)
 |
Винятково рідко, особливо у великих містах, школа розташована далеко від житлових будинків, автошляхів, магазинів і навіть промислових підприємств. |
Геое кологія
Соціальна практика
 |
Будинок, квартира – це те місце, де ми зазвичай почуваємося найбільш захищеними. Але чи завжди наш будинок, наша квартира є екологічно безпечними? Іноді ми самі своїми діями, наслідуючи усталені традиції, викликаємо появу екологічно небезпечних факторів. |
