Опыт № 9. Определение содержания катионов железа

Метод основан на образовании роданида железа по уравнению:

В пробирку налейте приблизительно 10 см³ исследуемой воды, если проба мутная, ее следует от­фильтровать. Добавьте 2-4 капли НС1, несколько кристаллов персульфата калия и 4 – 5 капель раство­ра KSCN. После внесения каждого реактива содержимое пробирки тщательно перемешайте.

Приближенное содержание солей железа определите в соответствии с табл. 8.

Таблица 8

 

Окрашивание при рассмотрении сбоку	Окрашивание при рассмотрении сверху вниз	Содержание железа, мг/дм
Окрашивания нет	Окрашивания нет	<0,05
Едва заметное желтовато-розовое	Очень слабое желтовато-розовое	0,10
Очень слабое желтовато-розовое	Слабое желтовато-розовое	0,25
Слабое желтовато-розовое	Светло-желтовато-розовое	0,50
Светло-желтовато-розовое	Желтовато-розовое	1,00
Сильное желтовато-розовое	Желтовато-красное	2,00
Светло-желтовато-красное	Ярко-красное	>2,00

 

Полученные экспериментальные данные по анализу образца снега оформите в виде табл. 9.

Таблица 9

 

№ пробы	Цветность	Мутность	pH	Запах	Хлориды, мг/дм^3	Сульфаты, мг/дм^3	Содержание железа, мг/дм^3	Наличие со­лей свинца

Выводы

Образец вывода: Проведен отбор проб снега на 15 перекрестках основных транспортных магистралей г. Тольятти. Проанализированы пробы по органолептическим показателям (цветность, мутность, запах, рН-среды). К числу самых загрязненных участков следует отнести ______________________. Большинство проб имеет запах или бензина или машинных масел, исключение: участки __________________. Практически во всех пробах присутствуют в количестве от хлорид-анионы (концентрация) и сульфат-анионы, максимальное содержание на участках _________________-; минимальное содержание на участках ________. Количественное определение содержания железа показало, что максимальное количество солей железа содержится на участке________________.

Во всех пробах (кроме____________________________) отмечено содержание солей свинца, что подтверждает вывод о наибольшей загрязненности солями тяжелых металлов придорожных территорий. Гравиметрическим методом определено количественное содержание примесей: в меньшей степени загрязнены пробы (данные), в наибольшей -______________________________________________.

В результате проведенных опытов было выявлено, что самыми загрязненными участками г. Тольятти являются ________. Наиболее благоприятными по экологической обстановке являются районы ___________.

 

 

Лабораторная работа № 20

Биоиндикация загрязнения атмосферного воздуха

С помощью лишайников

 

Цель работы: ознакомиться с методом лихнеоиндикации как одним из методов определения качества воздуха.

Материалы и оборудование: Оборудование и материалы: атлас-определитель лишайников, лупа, стенды (или коллекции ли­шайников), индивидуальное задание на карточке.

Краткая теория

Лишайники – своеобразные симбиотические организмы, сло­евище которых образовано грибом (микобионтом) и водорослью (фитобионтом) с преобладанием в большинстве случаев первого. Поскольку слоевище и плодовые тела лишайников грибные по своей природе, современная систематика рассматривает эту груп­пу в общей системе царства грибов в качестве лихенизированных грибов. Подавляющее большинство лишайниковых грибов отно­сятся к классу Ascomycetes – сумчатых грибов, образующих в ре­зультате полового процесса споры (аскоспоры), развивающиеся в гимениальном слое плодовых тел. Фотосинтезирующие компоненты лишайников относятся преимущественно к отделам зеленых (Chlorophyta) или синезеленых (Cyanophyta) водорослей. Водоросль снабжает гриб созданными ею в процессе фотосинтеза органичес­кими веществами, а получает от него воду с растворенными ми­неральными солями. Кроме того, гриб защищает водоросль от высыхания.

Комплексная природа лишайников позволяет им получать пи­тание не только из почвы, но также из воздуха, атмосферных осадков, влаги росы и туманов, частиц пыли, оседающей на сло­евище. Лишайники относительно неприхотливы к субстрату, од­нако большинство видов обладает избирательной способностью и поселяется на определенном субстрате (на известняках, кварцах, коре деревьев или гниющей древесине, на неподвижно лежащих предметах из стекла, кожи, железа и пр.) (табл. 1).

Таблица 1

Важнейшие лишайники средней полосы Европейской части России

Bryoria sp	Cladina spp	Lecanora hagenii	Parmeliopsis hyperopta	Physcia aipolia
Cladonia chlorophaea	Cetraria islandica	Lecanora symmicta	Parmelia sulcata	Physcia stellaris
Cladonia fimbriata	Cladonia coniocraea	Lecanora varia	Parmeliopsis ambigua	Physconia grisea
Cladonia digitata	Evernia prunastri	Lecidea erythrophaea	Peltigera spp.	Scoliciosporum chlorococcum
Cladonia ochrochlora	Graphis scripta	Lepraria incana	Pertusaria spp.	Stereocaulon tomentosum
Caloplaca citrina	Hypogymnia physodes	Melanelia exasperata	Phaeophyscia ciliata	Tuckermanopsis chlorophylla
Caloplaca holocarpa	Lecanora piniperda	Melanelia exasperatula	Phaeophyscia nigricans	Usnea spp
Lecanora allophana	Physcia caesia	Phaeophyscia orbicularis	Vulpicida pinastri	Xanthoria parietina

Лишайники требова­тельны к свету, могут переносить засуху, но нуждаются хотя бы в периодическом увлажнении, так как процесс фотосинтеза и дыхания идет лишь во влажных слоевищах. По типу слоевища лишайники делят на накипные (корковые), листоватые, кустистые. Накипные – имеют слоевище в виде тон­кой (гладкой или зернистой, бугорчатой) корочки и очень плот­но срастаются с субстратом (корой, камнем, почвой), отделить их без повреждений субстрата нельзя. Листоватые – имеют вид мелких чешуек или пластинок, прикрепляются пучками грибных гиф (ризоидами) и легко отделяются от субстрата. Кустистые – имеют вид тонких нитей или более толстых ветвящихся кустиков, прикрепляющихся к субстрату своими основаниями.

Наиболее устойчивыми к загрязнителям являются накипные лишайники, среднеустойчивы листоватые, а слабоустойчивы ку­стистые лишайники.

Эпифитные лишайники предпочитают старые деревья, при­чем для них имеет значение поверхность коры. На крупнобугри­стой коре старых деревьев обычно селятся кустистые виды, реже встречаются листоватые и накипные. На слабоморщинистой коре молодых деревьев растут листоватые и накипные виды, а на глад­кой коре поселяются в основном накипные лишайники.

В ряде работ показано, что с помощью лишайников можно получать вполне достоверные данные об уровне загрязнения воз­духа. При этом можно выделить группу химических соединений и элементов, к действию которых лишайники обладают сверх­повышенной чувствительностью: оксиды серы и азота, фторо-и хлороводород, а также тяжелые металлы. Многие лишайники погибают при малейшем загрязнении атмосферы этими веще­ствами.

Процедура определения качества воздуха с помощью лишай­ников носит название лихеноиндикации.

Принцип первого метода, предложенного в лабораторной ра­боте, основан на использовании соотношения проективного по­крытия стола дерева лишайниками, суммарного количества ви­дов лишайников и лишайников доминантного вида.

Принцип второго метода основан на использовании рабочей шкалы, в которой приведена наиболее часто встречаемая после­довательность исчезновения индикаторных лишайников по мере увеличения загрязнения (см. табл. 4).

Для проведения исследования в полевых условиях потребуются увеличительные стекла (или лупы), каталоги-определители ли­шайников, карандаш, блокнот, компас, коробка с пакетами для сбора лишайников. Для оценки степени покрытия деревьев лишай­никами необходимо изготовить специальное приспособление – палетку из толстого полиэтилена или целлофана в виде квадрата размером 20 × 20 см, разделив каждую сторону на 10 частей. В ре­зультате получается прозрачная сетка, которой покрывают ствол дерева, и оценивают степень покрытия его поверхности лишай­ником.

Для определения площади проективного покрытия лишайни­ками ствола дерева необходимо сделать следующее.

1. Выбрать место обследования (парк, освещенный участок леса, двор в городе). Очертить эту область на карте.

2. Выбрать площадку для исследования, включающую 10 деревь­ев одного вида на расстоянии 5-10 м друг от друга. Деревья дол­жны быть примерно одного возраста и размера, не иметь повреж­дений.

3. Приложить прозрачную сетку плотно к стволу дерева на вы­соте 0,3–1,3 м. Подсчитать количество квадратов с лишайниками.

4. Подсчитать количество всех видов лишайников под прозрач­ной сеткой.

5. Подсчитать количество лишайников доминирующего вида.

Степень покрытия лишайниками стволов деревьев выражается в процентах. Заполнить табл. 2. С помощью табл. 3 оценить каче­ство воздуха, используя средние значения (по 10 деревьям) числа видов лишайников, степени покрытия и общего количества ли­шайников на каждом исследуемом дереве.

Переместиться на следующую площадку (100 × 100 м) и по ана­логичной схеме исследовать еще 10 деревьев на наличие лишай­ников и степень покрытия ствола.

Внимание! В городе можно оценивать степень покрытия ли­шайниками заборов, столбов и т.п. Наш опыт применения данно­го метода показал некоторые его ограничения и недостатки для оценки качества воздуха. Так, предложенная в табл. 3 шкала не пригодна для использования в случае доминирования накипного лишайника, покрывающего ствол дерева на значительной пло­щади. В таком случае удобнее пользоваться методом расчета степе­ни загрязнения воздуха по сумме индикаторных видов лишайни­ков. Для оценки степени загрязнения воздуха данным методом надо выполнить пп. 1, 2, изложенные выше, и занести в блокнот названия всех обнаруженных индикаторных видов лишайников. Ис­пользуя рабочую шкалу, приведенную в табл. 4, определить био­тический индекс. Затем классифицировать качество воздуха в со­ответствии с табл. 5.

 

Ход работы:

1. Получить у преподавателя задание на карточке.

2. Пользуясь табл. 1.1 и 1.2, оценить качество воздуха по степе­ни проективного покрытия лишайниками стволов деревьев.

Таблица 2

Журнал оценки качества воздуха по проективному покрытию ствола дерева

Порядковый номер дерева на схеме
Степень покрытия лишай­никами, %
Количество видов лишай­ников
Количество лишайников доминирующего вида

 

Таблица 3

Шкала качества воздуха

по проективному покрытию лишайниками стволов деревьев

Степень покрытия	Число видов	Число лишайников доминантного вида	Степень загрязнения
Более 50%	Более 5	Более 5	6-я зона - Очень чистый воздух
	3 – 5	Более 5	5-я зона - Чистый воздух
	2-5	Менее 5	4-я зона - Относительно чистый воздух
20-50%	Более 5	Более 5
Более 2	Менее 5	3-я зона - Умеренное загрязнение
<20%	3-5	Менее 5	2-я зона - Сильное загрязнение
0-2	Менее 5	1-я зона - Очень сильное загрязнение

 

3. Пользуясь каталогами-определителями лишайников, дать точ­ное родовое и видовое название каждого лишайника, обозначен­ного номером в карточке. Пользуясь табл. 4 и 5, дать характери­стику качества атмосферного воздуха.

Таблица 5

Рабочая шкала для определения биотического индекса

Организмы	Видовое разнообразие	Общее число присутствующих лишайников
Уснея (Usnеа sp.), алектория (Alectoria/Bryoria sp.)	> 1 вида 1 вид	0-1	2-4	5-7	8-10	> 11
		-				10 9
Эверния (Evernia sp.), анаптихия (Anapthychia ciliaris), рамалина (Ramalina farinacea)	> 1 вида 1 вид	-
		-
Пармелия (Parmelia sp.), гипогимния (Hypogymnia physodes)	> 1 вида 1 вид	-3
Ксантория (Xanthoria parietina), фисция (Physcia puherulenta)	> 1 вида 1 вид
Леканора (Lecanora sp.), графис (Graphis scripta), другие накипные лишайники	Все виды

«-» ситуация не встречается в природе.

Таблица 5

Классификация качества воздуха по биотическому индексу

Класс качества	Степень загрязнения	Биотический индекс
	6-я зона: очень чистый воздух CS02= < 0,005 мг/м^3
	5-я зона: чистый воздух CSO2= 0,005—0,009 мг/м^3	7-9
	4-я зона: относительно чистый воздух Cso2 = 0,01-0,05 мг/м^3	5-6
	3-я зона: умеренное загрязнение Cso2 =0,05-0,1 мг/м^3
	2-я зона: сильное загрязнение Cso2 =0,1-0,3 мг/м^3	2-3
I	1-я зона: очень сильное загрязнение Cso2, =0,3-0,5 мг/м^3	0-1

 

4. В отчете привести родовое и видовое названия лишайников, указанных в задании номером; сделать выводы о качестве воздуха (привести расчеты и таблицы).

Таблица 6

Классы полеотолерантности (А) и типы местообитаний эпифитных лишайников (по Х.Х. Трассу, 1985)

Классы полеото­лерантно-сти	Типы местообитаний лишайников и их встречаемость	Виды
I	Естественные, без ощутимого антропогенного воздействия	Lecanora abietina, Parmeliella, самые чувствитель­ные виды рода Usnea
II	Естественные (часто) и сла­бо антропогенно измененные (редко)	Evernia divaricata, Lecanora coilocarpa, Parmeliopsis aleurites, Ramalina calicaris
III	Естественные (часто) и слабо антропогенно измененные (часто)	Bryoria fuscescens, Hypogymnia tubulosa, Pertusaria pertusa, Usnea subfloridana
IV	Естественные (часто) и слабо (часто) и умеренно антропо­генно измененные (редко)	Cetraha pinastri, Graph is scripta, Armeliopsis ambigua, Usnea filipendula
V	Естественные и слабо и умеренно антропогенно измененные с равной встречаемостью	Caloplaca pyracea, Lecanora subfuscata, Parmelia oliva-cea, Physcia aipolia
VI	Естественные (сравнительно редко) и умеренно антропогенно измененные (часто)	Evernia prunastri, Hypogym-nia physodes, Lecanora allo-phana, Usnea nitra, Hypo-cenomyce scalaris, Pertusaria discoidea
VII	Умеренно (часто) и сильно (редко) антропогенно изме­ненные	Lecanora varia, Parmelia sulcata, Pertusaria amara, Physcia ascendens
VIII	Умеренно и сильно антропо­генно измененные (с равной встречаемостью)	Caloplaca cerina, Physconia grisea, Ramalina pollinaria
IX	Сильно антропогенно изме­ненные (часто)	Phacophyscia orbicularis. Xanthoria parietina
X	Очень сильно антропогенно измененные (встречаемость и жизненность видов низкие)	Lecanora conizaeoides, Scoliciosporum chlorococcum

 

Таблица 7

Индекс полеотолерантности (ИП) и среднегодовые значения SО₂

(по Х.Х. Трассу, 1985)

 

ИП	Концентрация SО2 в атмосфере, мг/м^3	Зона
1-2	—	Очень чистая
2-5	0,01-0,03	Чистая
5-7	0,03-0,08	Относительно чистая
7-10	0,08-0,10	Умеренно загрязненная
	0,10-0,30	Сильно загрязненная
	Более 0,3	Оченьсильно загрязненная (лишайниковая пустыня)

 

5. Подсчитать индекс полеотолерантности вида (ИП) по табл. 1.6, который соответствует определенной концентрации газооб­разных соединений, загрязняющих атмосферу, по формуле:

,

где с_n – общее проективное покрытие; a_i – класс полеотолерантности i-го вида, определяемый по табл. 1.5 в соответствии с видом лишайника; с_i – проективное покрытие i-го вида.

Рекомендации по сбору и определению лишайников

• Собирать лишайники следует в заранее приготовленные кон-юрты. Наиболее удобны для этого конверты из проклеенной бу­маги: лист бумаги складывается вдвое так, чтобы нижняя часть была на 1,5 —2 см длиннее верхней. Свободный конец нижней части листа загибается на верхнюю сторону будущего конверта. После этого боковые стороны загибаются на верхнюю сторону так, чтобы одна из них вошла в другую на 2 – 3 см.

• Перед тем как закладывать образец в конверт, следует напи-ать дату сбора, принадлежность к тому или иному роду или виду, анатомические и физиологические признаки разных видов или их номера в атласе-определителе.

• Лишайники не следует собирать в сухом виде, так как при этом они легко ломаются. Сухие экземпляры нужно немного смо-чить водой.

• Собирать лишайники лучше всего с субстратом – куском коры, древесины, горной породы и т.п., на котором они растут.

• Нередко в одной дерновинке можно встретить два и более видов (иногда даже одного рода) лишайников, которые при ос­мотре могут быть неразличимы. Для определения надо брать инди­каторный вид.

• Выбранные экземпляры нужно отделить пинцетом или но­жом от дерновинки и размочить в воде, так как зачастую только при этом условии лишайник приобретает естественные форму и цвет. Для предотвращения плесневения и порчи в период хране­ния лишайники предварительно тщательно высушивают. Они бы­стро и хорошо высыхают непосредственно на воздухе, полностью сохраняя свой естественный облик и окраску. Хранить лишайники лучше в небольших картонных коробочках.

• Качественное изучение собранного материала проводится в
лаборатории по соответствующим определителям.