Биогеохимические круговороты.
ТЕМА №1
Схемы круговорота питательных веществ. Методики определение в воде растворенного кислорода, аммонийного азота, азота нитритов и нитратов.
Учебная цель.
1.1. Закрепить и дополнить знания студентов о роли круговорота веществ в природе.
1.2. Усвоить роль и значение процесса самоочищения водоемов.
1.3. Овладеть методиками определения в воде растворенного кислорода и азотсодержащих соединений.
Исходные знания и умения.
2.1.Знать:
2.1.1. Понятия о круговороте веществ.
2.1.2. Значение круговорота веществ в жизнедеятельности человека.
2.1.3. Влияние на здоровье человека аммиака, азота нитритов и азота нитратов.
2.2. Уметь:
2.2.1. Определять в воде наличие и концентрацию растворенного кислорода, аммиака, азота нитритов и азота нитратов.
2.2.2. Анализировать результаты показателей самоочищения водоемов.
Вопросы для самоподготовки.
3.1. Понятие о гетеротрофах и автотрофах.
3.2. Понятие, виды, роль круговоротов веществ.
3.3. Круговорот углерода. Его значение.
3.4. Круговорот кислорода. Его значение.
3.5. Круговорот азота. Его значение.
3.6. Круговорот фосфора. Его значение.
3.7. Круговорот водорода. Его значение.
3.8. Круговорот серы. Его значение.
3.9. Круговорот калия. Его значение.
3.10. Круговорот кальция. Его значение.
3.11. Круговорот йода. Его значение.
3.12. Круговорот селена. Его значение.
3.13. Круговорот фтора. Его значение.
3.14. Общая схема круговорота тяжелых металлов.
3.15. Круговорот свинца. Его значение.
3.16. Круговорот ртути. Его значение.
3.17. Круговорот кадмия. Его значение.
3.18. Круговорот воды.
3.19. Процесс самоочищение воды.
3.20. Значение растворенного кислорода в воде, аммиака, азота нитритов и азота нитратов.
3.21. Методика определения концентрации растворенного кислорода в воде.
3.22. Методика определения аммиака в воде.
3.23. Методика определения азота нитритов в воде.
3.24. Методика определения азота нитратов в воде.
Задачи для самопідготовки
4.1. Дайте оценку качеству процессов самоочищення реки, если при взятии пробы воды, были получены следующие результаты: концентрация растворенного кислорода – 4мг/л; количество колоний бактерий в 1 мл воды - 15, преобладают серо-и железобактерии.
Структура та зміст заняття
Занятие лабораторное. После организационной части проводится контроль знаний студентов путем опроса или письменной работы по выше приведенным вопросам.
Самостоятельная работа студентов включает: определение наличия и концентрации растворенного в воде кислорода, аммиака, нитритов и нитратов. Результаты измерений заносят в протокол, сравнивают с приведенными в приложениях гигиеническими нормативами, формулируют вывод о показателях самоочищення водоема.
6. Литература:
6.1. Основна:
6.1.1. Білявский Г.О., Падун М.М., Фурдуй Р.С. Основи загальної екології. Підручник. – К.: Либідь, 1993.-304с.
6.1.2. Білявский Г.О., Падун М.М., Фурдуй Р.С. Основи загальної екології. Підручник. – К.: Либідь, 2004.-408с.
6.1.3. Білявский Г.О., Фурдуй Р.С. Практикум із загальної екології. К.: Либідь, 1997.-304с.
6.1.4. Джигирей В. С., Сторожук В.М., Яцюк Р.А. Основи екології та охорони навколишнього природнього середовища. – Львів: Афіша, 2000. – 210 с.
6.1.5. Джигирей В. С. Екологія та охорона навколишнього природнього середовища. К.:Знання, 2000. -203 с.
6.1.6. Чайка В.Є. Екологія.-Вінниця: « Книга - Вега», 2002. -408 с.
64.1.7. Основи екології та охорона навколишнього природнього середовища: Навчальний посібник для вузів / Я.І. Бедрій, В.С. Джигирей, А.І. Сидисюк та ін. – Львів, 2000. – 238 с.
6.1.8. Нейко Є.М., Глушко Л.В., Мізюк М.І. Основи екології. Київ: Здоров'я, - 2006.
6.1.9. Нейко Є.М., Глушко Л.В., Мізюк М.І. Основи екології. Посібник для практичних занять. К.: Здоров'я, - 2006.
6.1.10. Лекція.
6.2. Додаткова:
6.2.1. Загальна гігієна. Пропедевтика гігієни. /Є.Г.Гончарук, Ю.І.Кундієв, В.Г.Бардов та ін./ За ред. Є.Г.Гончарука. – К., Вища школа, 1995. – 552 с.
6.2.2. Общая гигиена. Пропедевтика гигиены. /Е.И.Гончарук, Ю.И.Кундиев, В.Г.Бардов и др./ – К.: Вища школа, 2000. – 652.
Оснащення заняття
7.1. Для определения концентрации растворенного кислорода в воде: барометр; груша резиновая или медицинский шприц; колба коническая вместимостью 250–300 мл; склянка кислородная калиброванная (100–200 мл) с пробкой; мешалка (стеклянные шарик, палочка и т.п.) известного объема; пипетки мерные на 1 мл и 10 мл; термометр с ценой деления не более 0,5°С; поддон; раствор соли марганца; раствор серной кислоты (1:2); раствор тиосульфата натрия (0,02 моль/л экв.); раствор крахмала (0,5%); раствор йодида калия щелочной.
7.2. Для определения аммака: 50% раствора сегнетовой соли, реактив Несслера.
7.3. Для определения нитритов: реактива Грисса, электрическая плитка.
7.4. Для определения концентрации нитратов: стандартный раствор нитрата калия, содержащий 45 мг/л КNO3, реактив дифениламина, раствор серной кислоты.
Приложение 1
Гетеротрофы (от гетеро и греческого trophe - пища) используют для своего питания готовые органические вещества, синтезированные другими организмами. К гетеротрофам относятся растительноядные и плотоядные животные, человек, грибы, а также растения и микроорганизмы, не обладающие способностью к фотосинтезу и хемосинтезу – образованию органических веществ за счёт энергии химических реакций. В сообществах гетеротрофы— это консументы различных порядков и редуценты.
Растения-гетеротрофы полностью (заразиха, раффлезия) или почти полностью (повилика) лишены хлорофилла и питаются прорастая в тело растения-хозяина. К животным-гетеротрофам относятся все простейшие не способные синтезировать органические вещества фото- или хемосинтезом. Но есть животные способные в разных условиях питаться разными способами (эвглена зелёная).
Граница между автотрофами и гетеротрофами достаточно условна, так как существует множество видов обладающих переходной формой питания— миксотрофией, либо использующие наиболее удобный в данных условиях тип питания. Так, некоторые простейшие, в темноте питающиеся как гетеротрофы, на свету превращаются в автотрофов.
Консументы (от лат.consumе— употреблять) — гетеротрофы, организмы, потребляющие готовые органические вещества, создаваемые автотрофами (продуцентами). В отличие от редуцентов, консументы не способны разлагать органические вещества до неорганических.
К консументам относятся животные, некоторые микроорганизмы, а также паразитические и насекомоядные растения. Выделяются консументы первого, второго и других порядков. Так как на каждом этапе передачи вещества и энергии в трофической цепи потери состовляют до 90%, то экологические пирамиды редко состоят из более чем четырех порядков консументов.
Консументы первого порядка— растительноядные гетеротрофы (травоядные животные, паразитические растения), питающиеся непосредственно продуцентами биомассы.
Консументы второго порядка— хищные гетеротрофы (хищники, паразиты хищников), питающиеся консументами первого порядка.
Отдельно взятый организм может являться в разных трофических цепях консументом разных порядков, например, сова, поедающая мышь является одновременно консументом второго и третьего порядка, а мышь— первого и второго, так как мышь питается и растениями и растительноядными насекомыми.
Любой консумент является гетеротрофом, так как не способен синтезировать органические вещества из неорганических. Термин «консумент (первого, второго и так далее) порядка» позволяет более точно указать место организма в цепи питания.
Редуценты (также деструкторы, сапротрофы, сапрофиты, сапрофаги) - гетеротрофы, способные полностью разлагать органические вещества (белки, углеводы, липиды и другие) до неорганических (углекислый газ, аммиак, мочевина, сероводород), завершая круговорот веществ в природе, создавая субстрат для деятельности продуцентов (автотрофов).
Редуценты (также деструкторы, сапротрофы, сапрофиты, сапрофаги) — микроорганизмы (бактерии и грибы), разрушающие отмершие остатки мёртвых существ, превращающие их в неорганические соединения и простейшие органические соединения.
К редуцентам относят главным образом бактерии и грибы.
Автотрофы (др.-греч. αuτός— сам и τροφή— пища)— живые организмы, синтезирующие органические соединения из неорганических.
Автотрофы составляют первый ярус в пищевой пирамиде (первые звенья пищевых цепей). Именно они являются первичными продуцентами органического вещества в биосфере, обеспечивая пищей гетеротрофов.
Автотрофных организмов классифицируют на фотоавтотрофов и хемоавтотрофов.
Организмы, для которых источником энергии служит солнечный свет (фотоны, благодаря которым появляются доноры, или источники электронов), называются фототрофами. Такой тип питания носит название фотосинтеза.
Остальные организмы в качестве внешнего источника энергии (доноров, или источников электронов) используют энергию химических связей пищи или восстановленных неорганических соединений— таких, как сероводород, метан, сера, двухвалентное железо и др. Такие организмы называются хемотрофами.
Образование живого вещества и его распад - это две стороны единого процесса, который называется биологическим круговоротом химических элементов. Жизнь - это круговорот элементов между организмами и средой. Причина круговорота - ограниченность элементов, из которых строится тело организмов.
Изучением круговорота веществ занимались многие русские учёные. В. И. Вернадский выделил геохимическую группу так называемых циклических химических элементов; к ним относят практически все широко распространённые и многие редкие химические элементы, такие как углерод, кислород, азот, фосфор, серу, кальций, хлор, медь, железо, йод. В. Р. Вильямс и многие другие рассматривали биологические циклы азота, углекислоты, фосфора в связи с изучением плодородия почв.
Биогеохимические круговороты.
В отличие от энергии, которая однажды использованная организмом, превращается в тепло и теряется для экосистемы, вещества циркулируют в биосфере, что и называется биогеохимическими круговоротами. Из 90 с лишним элементов, встречающихся в природе, около 40 нужны живым организмам.
Наиболее важные для них и требующиеся в больших количествах: углерод, водород, кислород, азот. Кислород поступает в атмосферу в результате фотосинтеза и расходуется организмами при дыхании. Азот извлекается из атмосферы благодаря деятельности азотофиксирующих бактерий и возвращается в неё другими бактериями.
Круговороты элементов и веществ осуществляются за счёт саморегулирующих процессов, в которых участвуют все составные части экосистем. Эти процессы являются безотходными. В природе нет ничего бесполезного или вредного, даже от вулканических извержений есть польза, так как с вулканическими газами в воздух поступают нужные элементы, например, азот.