Практикум по экологическому мониторингу окружающей среды Учебное пособие

Вид материала

Практикум

Содержание Приготовление водной вытяжки. Приготовление солевой вытяжки. Аппаратура, реактивы

Подобный материал:

• Г. В. Плеханова (технический университет) М. А. Пашкевич, В. Ф. Шуйский экологический, 1176.09kb.
• В. Н. Масляев охрана окружающей среды учебное пособие, 1544.73kb.
• Черноморец Альберт Евгеньевич доктор юридических наук, профессор Алексеев Алексей Павлович, 1348.21kb.
• 1. 13. Федеральная служба по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, 60.92kb.
• Мониторинг загрязнения окружающей среды на сети наблюдений гу «Алтайский цгмс», 65.15kb.
• Практикум для вузов Москва владос губарева Л. И., Мизирева О. М., Чурилова Т. М., Практикум, 2037.65kb.
• Учебное пособие санкт-петербург 2 004 удк 669. 2/8; 669. 4 (075. 80) Ббк 34., 990.55kb.
• Учебное пособие Санкт-Петербург 2000 удк 681, 344.56kb.
• Учебное пособие содержит лекции по методологии истории экономики, по развитию экономических, 90.36kb.
• Учебное пособие Миронова Т. Л., Подсолонко Е. А. Менеджмент окружающей среды. Симферополь,, 1405.95kb.

Глава 3. ОЦЕНКА ЗАГРЯЗНЕННОСТИ ПОЧВЕННОГО ПОКРОВА

Почва – верхний корнеобитаемый слой земной коры, из которого растения извлекают необходимые для их жизнедеятельности воду и элементы минерального питания. Любая почва состоит из трех главных составляющих частей, которые находятся между собой в тесном взаимодействии.

Твердая фаза почвы содержит основной запас питательных веществ для растений. Она состоит на 90% и более из сложных минералов и примерно на 10% и менее из органических веществ, которые играют очень важную роль в плодородии почвы. Почти половина массы твердой фазы почвы приходится на связанный кислород, одна треть – на кремний, более 10% - на алюминий и железо, и только 7% - на остальные элементы.

Кислые почвы	Al3+ ( ППК ) H+ Ca2+ Mg2+	В составе поглощенных катионов наряду c Ca2+ и Mg2+ содержатся Н+ и Al3+
Черноземы	Ca2+ ( ППК ) Mg2+	В составе поглощенных катионов преобладают Ca2+ и Mg2+
Солонцовые почвы	Na+ ( ППК ) Ca2+ Mg2+	В составе поглощенных катионов, кроме Ca2+ и Mg2+ , содержится Na+

Совокупность мелкораздробленных ( коллоидных ) частиц почвы и органических веществ составляет почвенно-поглощающий комплекс

( ППК ). Суммарный заряд ППК большинства почв отрицательный, и тем самым он удерживает на своей поверхности в поглощенном состоянии в основном положительно заряженные ионы – катионы (табл. 17).


Кроме этих основных групп катионов, в поглощенном состоянии содержатся также ионы К⁺, NH₄⁺ и ряд других катионов.

Почвенный раствор – наиболее подвижная и активная часть почвы, в которой совершаются разнообразные химические процессы и из которой растения непосредственно усваивают питательные вещества. Элементы питания, находящиеся в почвенном растворе, наиболее доступны для растений.

Почвенный воздух служит основным источником кислорода для дыхания корней растений. Он отличается от атмосферного повышенным содержанием углекислого газа и несколько меньшим – кислорода.

Водопрочность структурных агрегатов – способность противостоять размывающему действию воды.

Пробоотбор и подготовка образцов к физико-химическому анализу

Отбор почвенных образцов лучше проводить в весенний или осенний период. Рекомендуется составлять объединенные ( смешанные, средние ) образцы пробы из

5 – 8 индивидуальных, взятых в различных точках участка площадью от 100 м² до

1 га. Почву на многолетней залежи отбирают с глубины 0 – 10 см; на пашне – с глубины 0 – 20 см; на территориях, занятых лесом – из лесной подстилки; на болотистых почвах – верхний торфяной слой 0 – 20 см. На практике для отбора почвенных образцов часто используют метод конверта ( рис. 16. ).



Рис. 16. Взятие почвенных образцов методом конверта

· - точка отбора

Подготовка почвы к анализу состоит в измельчении материала, удалении посторонних примесей, просеивание через сито с диаметром отверстий 1 мм и сокращении до небольшой массы ( около 500 г ).Для сокращения пробы пользуются разными методами. Один из них – метод квартования ( рис. 17 ).



Рис. 17. Метод квартования

Измельченный материал тщательно перемешивают, рассыпают ровным тонким слоем в виде квадрата или круга, делят на 4 сектора. Содержимое двух противоположных секторов отбрасывают, а двух остальных соединяют вместе. Операцию квартования проводят многократно, после чего среднюю пробу высушивают до воздушно-сухого состояния и хранят в картонных коробках или бумажных пакетах с этикетками.

Для приготовления воздушно-сухого образца из средней пробы отбирают 100 – 200 г почвы, распределяют тонким слоем и высушивают на рассеянном свету в хорошо вентилируемом помещении. Затем ее растирают в ступке, просеивают через сито с отверстиями диаметром 1 мм и ссыпают в пронумерованную чистую банку с притертой пробкой. Из полученного таким образом однородного материала делают различные вытяжки ( водные, солевые, кислотные ).

Приготовление водной вытяжки. Водную почвенную вытяжку используют чаще всего для определения водорастворимых соединений, а также для определения актуальной кислотности почвы. Для ее приготовления 20 г воздушно-сухой просеянной почвы помещают в колбу на 100 мл, добавляют 50 мл дистиллированной воды, взбалтывают в течение 5 – 10 мин. и фильтруют.

Приготовление солевой вытяжки. Для определения обменной кислотности почвы солевую вытяжку готовят следующим образом. 10 г воздушно-сухой почвы помещают в колбу, приливают 25 мл 1 М раствора хлорида калия ( или хлорида натрия ). Содержимое хорошо взбалтывают и оставляют до следующего дня, после чего фильтруют.

Гидролитическую кислотность почвы определяют в солевой почвенной вытяжке, приготовленной с использованием гидролитической щелочной соли ( чаще всего ацетата натрия ). В колбу насыпают 40 г воздушно-сухой почвы, добавляют 100 мл

1 М раствора ацетата натрия, содержимое взбалтывают в течение 1 часа ( желательно на ротаторе ), фильтруют.


Работа №1. Качественное определение легко- и среднерастворимых форм

химических элементов в почвах городских улиц


Присутствие в почвах легко- и среднерастворимых соединений имеет важное значение. Наиболее вредными для растений солями являются сода ( Na₂CO₃ ), хлориды

( NaCl, MgCl₂, CaCl₂ ) и сульфат натрия (Na₂SO₄ ), т.е. легко растворимые соединения. Легко растворимые соли, повышающие плодородие почв – нитраты ( соли азотной кислоты ). Из среднерастворимых солей безвредными являются карбонаты кальция и магния, а также сульфат кальция ( гипс ). Вредное влияние на растения оказывает закись железа, а гидраты окиси железа – безвредны. Практически все из этих солей могут встречаться в почвах на обочинах дорог и городских улиц, как в силу применения противогололедных средств ( NaCl, KCl ), так и вследствие оседания пыли от эксплуатации дорог и особенно мощного потока автотранспорта, где присутствуют не только продукты сгорания бензина, но и продукты амортизации самих машин и дорог.

Аппаратура, реактивы: весы с разновесами; колбы на 100 и 200мл; воронки; стеклянные палочки; фильтры; пробирки; 10% и 37%-ная соляная кислота; концентрированная азотная кислота; азотнокислое серебро; 20%-ный раствор хлористого бария; раствор дифениламина в серной кислоте; 4%-ный раствор щавелевого аммония. Ход работы.

Приготовление почвенной вытяжки

Образец ранее приготовленной почвы ( растертой и просеянной ) взвешивают

( 25 мг ), переносят в коническую колбочку на 199 мл, заливают 50 мл дистиллированной воды без СО₂, взбалтывают 15 мин, отстаивают 5 мин, фильтруют через воронку со складчатым фильтром, сливая раствор по стеклянной палочке, наливая каждый раз немного более чем до половины фильтра.

1.1. Качественное определение в почвах анионов

Определение хлоридов

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 AgCl судят о содержании хлор-иона ( табл. 18).

Таблица 18.

Характеристика осадка

Осадок	Содержание Cl -
	мг на 100 мл вытяжки	г на 100 г почвы %
Большой хлопьевидный	> 10	Десятые доли
Сильная муть	5 - 10	Сотые доли
Опалесценция	1 – 0,1	Тысячные доли

Определение сульфатов

Фильтрат водной вытяжки в количестве 2 см³ отливают в пробирку, добавляют несколько капель концентрированной соляной кислоты и 1 – 2 см³ раствора хлористого бария. Раствор в пробирке нагревают до кипения. При наличии сульфатов происходит реакция:

Na₂SO₄ + BaCl₂ = 2NaCl + BaSO₄¯

Сульфат бария выпадает в виде белого мелкокристаллического осадка. Примерное количество сульфата определяют по табл. 19.

Таблица 19

Характеристика осадка

Осадок	Содержание SO4--2
	мг на 100 мл вытяжки	г на 100 г почвы, %
Большой, быстро оседающий на дно	50	Десятые доли
Муть, появляющаяся сразу	10 – 1	Сотые доли
Медленно появляющая- ся слабая муть	1 – 0,5	Тысячные доли

Определение нитратов

В пробирку переносят 2 см³ фильтрата водной вытяжки и по каплям добавляют раствор дифениламина в серной кислоте. При наличии нитратов раствор окрашивается в синий цвет.

Определение карбонатов

Небольшое количество почвы помещают в фарфоровую чашку и приливают пипеткой несколько капель 10% раствора соляной кислоты. Образующийся по реакции оксид углерода СО₂ выделяется в виде пузырьков ( почва «шипит» ). По интенсивности выделения их судят о более или менее значительном содержании карбонатов.

Почву, вскипающую от 10% раствора соляной кислоты, относят к группе карбонатных почв. Для такой почвы проводят анализ водной вытяжки. Если почва не «вскипает», то для качественных реакций готовят не водную, а солянокислую вытяжку.

1.2. Качественное определение в почвах катионов

Определение ионов кальция

Фильтрат водной вытяжки в количестве 3 см³ наливают в пробирку, подкисляют

1 – 2 каплями 10%-ной соляной кислоты и добавляют 1,5 – 2 см³ 4%-ного раствора щавелевого аммония ( оксалата аммония ).

При наличии кальция протекает реакция:

CaCl₂ + (NH₄)₂C₂O₄ = CaC₂O₄ + 2NH₄Cl

Содержание кальция в почве определяют по табл. 20.

Таблица 20

Характеристика осадка

Осадок	Содержание Са2+
	мг на 100 мл вытяжки	г на 100 г почвы, %
Большой, выпадаю- щий сразу	50	Десятые доли
Муть, выделяющаяся при перемешивании	10 – 1	Сотые доли
Слабая муть, выде- ляющаяся при стоянии	1 – 0,1	Тысячные доли

Определение ионов железа

В две пробирки внести по 3 мл вытяжки. В первую пробирку прилить несколько капель раствора красной кровяной соли К₃[Fe(CN)₆], во вторую - несколько капель 10% раствора роданида аммония или калия NH₄SCN или KSCN. Появившееся синее окрашивание в первой пробирке и красное во второй свидетельствует о наличии в почве соединений железа ( II ) и железа ( III ). По интенсивности окрашивания можно судить об их количестве.

Определение ионов алюминия

К 5 мг солевой почвенной вытяжке прибавляют по каплям 3% раствор фторида натрия до появления осадка. Чем быстрее и обильнее выпадает осадок, тем больше алюминия содержится в почве.

Определение ионов натрия

О присутствии натрия в почве судят по ярко-желтому окрашиванию пламени горелки при внесении в него стеклянной палочки с каплей раствора почвенной вытяжки.

Контрольные вопросы

1. 
   Дайте характеристику почвенным загрязнениям с точки зрения их растворимости и влияния на растения.
   
2. Какие загрязнения вносит в почву автотранспорт?
   
3. Какова ширина санитарно-защитных зон вдоль автотрасс?
   
4. Опишите методику приготовления водной и солевой вытяжек из почв. С какой целью их готовят?
   
5. Напишите качественные реакции на определение в почве хлоридов, сульфатов и кальция.
   
6. Как осуществляется пробоотбор и подготовка почвы к анализу?
   
7. В чем заключается метод квартования и с какой целью его применяют?
   
8. Как готовится образец воздушно-сухой почвы?
   
9. Что такое почвенно-поглощающий комплекс?
   
10. К какому типу относятся почвы, если в составе поглощенных ими катионов наряду с Са²⁺ и Mg²⁺ cодержатся ионы Н⁺ и Al³⁺?
    

Список литературы

1. Федорова А.И., Никольская А.Н. Практикум по экологии и охране окружающей среды: Учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений. – М.: Гуманит. изд. центр ВЛАДОС, 2001.- 288 с.
   
2. Экологический мониторинг: Учебно-методическое пособие/ Под ред. Т.Я. Ашихминой. М.: Академический Проект, 2005. - 416 с.
   
3. Бабов Д.М., Надворный Н.Н. Руководство к практическим занятиям по гигиене с техникой санитарно-гигиенических исследований. – М.: Медицина, 1981, 275 с.