11
гласно таблицы 3. Затем эти же образцы помещают в пластмассовые или стеклянные стаканчики в трехкратной повторности. Контроль – промытый и прокаленный речной песок. Предварительно перпендикулярно дну каждого стаканчика вставляют стеклянную или пластмассовую трубочку, через которую производят полив почвы одинаковым для опытов и контроля количеством воды. Количество почвенных образцов в каждом сосуде – не менее 100– 150 г. За 2-3 дня до опытов (сроки прорастания выясняют заранее) семена пшеницы и других культур замачивают на сутки в воде, затем раскладывают пинцетом зародышем вверх (в одном направлении) в кювету, на дно которой уложен слой гигроскопической ваты, а сверху – два слоя фильтровальной бумаги. Систему увлажняют водопроводной водой до полной влагоемкости. Для этого надо налить воду под вату, а после ее впитывания слить избыток. Кювету накрывают пленкой, края ее подгибают под кювету, систему ставят в термостат. Проращивание проводят при температуре 26-27° С до размера основной массы проростков 5-6 мм. Затем отбирают одинаковые проростки (по длине колеоптиля), для чего их предварительно измеряют на кусочке миллиметровой бумаги, на которую положено предметное стекло. Отобранные одинаковые проростки высаживают в стаканчики с почвой по 12-13 штук на одинаковую глубину, предварительно сделав палочкой небольшие углубления. Через несколько дней (после приживания) проростки отбраковывают и оставляют 10 штук в стаканчике. Почву поливают одинаковым количеством отстоянной водопроводной воды через трубочки. Воронки для налива воды делают из фольги. После того как проростки вырастут до размера 8–12 см, их осторожно выкапывают из почвы, отмывают водой и обсушивают фильтровальной бумагой. Затем измеряют длину трубчатого листа и корневой системы отдельно; можно их взвесить.
Плодородие почвы определяют по высоте или массе проростков (по отношению к контролю, который принимается за 100 %). Для этого определяется шкала оценок. Почва по плодородию делится на 5 условных категорий:
1)очень бедная, малоплодородная – песок (условная оценка – 100 %);
2)бедная, малогумусная, малоплодородная;
3)среднегумусная, среднеплодородная;
4)гумусная, плодородная;
5)очень плодородная для данной местности.
Образец описания результатов опыта.
Средняя величина проростков на песке – 5 см (плодородие принимается за 100 %), а на очень плодородной почве – 10 см (плодородие принимается
12
за 200 %). Промежуточные градации: при величине проростков 6, 7,5 и около 9 см плодородие принимается соответственно за 125, 150 и 175 %.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ РАСТЕНИЙ К ЗАСОЛЕНИЮ ПОЧВЫ И ВОЗДУХА
Цель работы: изучение засоления почв как экологического фактора развития растений.
На территории нашей страны и сопредельных государств встречаются засоленные почвы, которые особенно характерны для засушливых районов. Наиболее широко распространены засоленные почвы в Казахстане, на юге Западной Сибири, в Среднем и Нижнем Поволжье, в СевероВосточном Предкавказье, среднеазиатских государствах. Эти почвы содержат в своем профиле легкорастворимые соли в количествах, которые могут быть токсичны для растений и почвенных микроорганизмов. Влияние таких солей на растения – мощный экологический фактор, сдерживающий их нормальный рост. В основном засоление почвы в той или иной степени вызывается следующими солями: NaСl, Na2SO4, Na2CО3, NaHCO3, MgCI2, MgSО4 и др.
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 от 2 до 20 т, а иногда и более легкорастворимых солей на 1 км2 . 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 (преимущественно NаCI) также применяются на улицах городов для борьбы с гололедом, их растворы проникают в почву и наносят большой вред растениям.
В процессе выполнения данной работы проводятся два опыта, охватывающие все вышеприведенные случаи повреждения растений. При этом они могут ставиться как отдельно, так и вместе в зависимости от цели и продолжительности занятия (2 или 4 часа). В опытах могут использоваться соли тяжелых металлов, являющиеся сильными загрязнителями биосферы.
Оборудование, реактивы, материалы:
большие пробирки или цилиндры на 100 мл; штативы к пробиркам; мерные пробирки или цилиндры; технохимические весы; разновесы; острая бритва; соли NaCI, Na2CO3; вода; веточки разных растений с 3-4 одинаковыми небольшими листьями (березы, тополя, яблони и др.).
13
Опыт 1.
Опыт имитирует влияние солевых осадков на лист (или выпавшей росы на солевой покров листа), т. Е. действие на лист раствора солей.
Ветки разных видов древесных растений с одинаковым числом листьев выравнивают путем взвешивания, затем погружают на 15 и 30 минут в 5- процентные растворы солей (NaCI, Na2CO3).
Контрольные ветви выдерживают в воде. Для опыта требуется не менее четырех веток каждого вида. После этого срезы быстро обновляют бритвой и ветви ставят в воду (одинаковое количество во всех опытах и контрольных вариантах). Испарение воды из пробирок предотвращают изолированием фольгой. Через одну-две недели (на очередном занятии) производятся оценка состояния растений и измерение поглощенной воды.
Опыт 2.
Опыт имитирует состояние растений и поглощение ими растворов из почв, засоление которых вызвано близко лежащими к поверхности засоленными грунтовыми водами. Приготавливают серию растворов разных солей (NaCI, Na2CO3): 1-, 3-, 5-, 7-, 10-, 20-процентный. Наливают равное количество этих растворов в большие пробирки. Контролем служит вода. Ветви растений взвешивают и уравнивают путем подрезания так же, как и в предыдущих опытах. Сосуды изолируют от испарения воды фольгой. Результаты опыта записываются в виде таблицы (табл. 4).
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Растение |
Формула |
|
Процент соли в растворе |
|
Процент |
|||
|
соли |
|
|
|
|
|
|
от |
|
|
|
|
|
|
|
|
контроля |
|
|
|
|
|
|
|
|
(100 %) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
3 |
5 |
7 |
10 |
20 |
|
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7. РАЗЛОЖЕНИЕ ОРГАНИЧЕСКИХ
ВЕЩЕСТВ ПОЧВЫ С ОПРЕДЕЛЕНИЕМ НЕКОТОРЫХ КОНЕЧНЫХ ПРОДУКТОВ
Цель работы: изучение газообразных продуктов минерализации органических остатков (на примере аммиака и сероводорода).
Известно, что в состав органических веществ, поступающих в почву после отмирания растений, микроорганизмов и почвенных животных, входят
14
биогенные элементы: углерод, кислород, водород, азот, фосфор и сера. Под влиянием фауны и микроорганизмов органические остатки, прежде всего, теряют анатомическое строение и в конечном итоге превращаются в аморфную массу. Затем процесс разложения распадается на две стадии – минерализацию и гумификацию. Минерализация – образование из элементоворганогенов газообразных оксидов углерода, водорода, азота, серы, а также твердых оксидов, например, фосфора. Кроме того, при минерализации выделяются и другие газообразные продукты – аммиак, сероводород, метан, фосфин. При минерализации образуются также минеральные соли – нитраты, сульфаты, фосфаты. Образование различных форм газообразных продуктов зависит от условий разложения – аэробных или анаэробных. Гумификация – процесс образования гумуса. Гумус – сложная система органических соединений, состоящих из гумусовых веществ и веществ индивидуальной природы (аминокислот, белков, углеводов, липидов, органических кислот и др.). Основными органическими веществами, входящими в состав поступивших в почву растительных остатков, являются в основном углеродсодержащие соединения (целлюлозы, гемицеллюлозы, лигнин, жиры и некоторые другие). Однако немалую роль играют и азотсодержащие соединения (белки, белкиферменты, нуклеиновые и аденозинфосфорные кислоты), а также другие органические соединения. При разложении азотсодержащих соединений, помимо газообразных продуктов, образуются аминокислоты, а в анаэробных условиях также и жирные кислоты.
Таким образом, продукты разложения отличаются более простой структурой по сравнению с исходными соединениями более сложной природы, но набор элементов в тех и других один и тот же. Поэтому гумусовые вещества, как и исходные органические остатки, имеют в своем составе те же элементы: углерод, кислород, водород, азот, серу, фосфор. Процессы превращения каждого из этих элементов сложные по своей природе. В процессе выполнения данной работы можно изучить образование в почве аммиака и сероводорода.
Круговорот азота определяют окислительно-восстановительные процессы, которые включают азотфиксацию, аммонификацию, нитрификацию и денитрификацию. Они протекают в природе одновременно, но в разных почвах сочетание и интенсивность их различны, что сказывается на различном накоплении азота, который почти полностью (95–98 %) входит в состав органического вещества почвы. На одной из стадий превращения азота в аэробных условиях образуется свободный аммиак. В почве сера также претерпевает разнообразные химические и биологические превращения, переходя из неорганических соединений в органические и обратно. Цикл превращений се-
15
ры, как и азота, включает окислительные и восстановительные звенья. На одной из стадий восстановления образуется сероводород.
Оборудование, реактивы, материалы:
весы технохимические; термостат; пробирки; ватные пробки; химические стаканы; чашки Петри; NaHCO3; 5-процентный раствор Pb(NO3)2 или Рb(СН3СОО)2; реактив Сальковского; реактив Эрлиха; нингидриновый реактив; реактив Несслера; почва с высоким содержанием гумуса; свежие листья люпина или засушенные листья других бобовых; рыбная, мясная мука или кусочки мяса, рыбы (как имитация отмершей почвенной фауны).
Порядок выполнения работы
Проследить разложение в почве зеленого удобрения, для чего наполнить химический стакан на 100 мл почвой и закопать в нее несколько кусочков зеленых стеблей и листьев многолетнего люпина, гороха, фасоли. Можно использовать распаренные в воде сухие части бобовых растений летнего сбора. Закрыть стаканы крышкой от чашки Петри, поместить в термостат при температуре 25–30° С на одну-две недели, поддерживая нормальную влажность почвы в течение опыта (60 % от полной влагоемкости), не переувлажняя ее. Отфильтровать часть культурального раствора из пробирок, в которых происходило разложение животных белков. Обратить внимание на образование плохо пахнущих продуктов (сероводород – запах тухлых яиц, индольные соединения и др.).
Обнаружить образование аммиака добавлением к 1 мл культурального раствора 2-3 капель реактива Несслера. Для этого удобно использовать часовое стекло, помещенное на лист белой бумаги, или фарфоровую чашку. Пожелтение раствора свидетельствует о наличии аммиака, образовавшегося при разрушении белков. Обнаружить наличие сероводорода по почернению свинцовой бумажки над раствором или при опускании ее в раствор. Накапать культуральный раствор на фильтровальную или хроматографическую бумагу микропипеткой с оттянутым носиком (10–20 капель в одну точку), подсушить над вентилятором, капнуть реактива Сальковского, Эрлиха или нингидринового реактива. Подогреть над плиткой. Индольные соединения с реактивом Сальковского дают синее, красное, малиновое окрашивания в зависимости от состава индольного продукта (ауксин, индолилуксусная ки-
слота дает красное окрашивание). Реактив Эрлиха дает с индольными производными пурпурное окрашивание. Нингидриновый реактив – это реакция на аминокислоту триптофан (предшественник индольных ауксинов). При подогреве – синее окрашивание.