Программа экологического практикума Экологические системы (5 - 11 классы)

ГБОУ г. Москвы

«Гимназия № 1592 имени героя Р. Ф.

Е.Н. ЧЕРНЫШЁВА»

(ГБОУ Гимназия № 1592)

Программа экологического практикума

«Комплексное исследование

экосистем»

Автор программы:

учитель биологии

Белова Л.В.

г. Москва, 2015 - 2016 г.г.

Паспорт программы

Название учебного заведения

ДЕПАРТАМЕНТ ОБРАЗОВАНИЯ ГОРОДА МОСКВЫ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ГОРОДА МОСКВЫ «ГИМНАЗИЯ № 1592 ИМЕНИ ГЕРОЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Е.Н. ЧЕРНЫШЁВА»

(ГБОУ Гимназия № 1592)

Название программы

«Комплексное исследование экосистем»

Назначение программы

Программа экологического практикума

Цели

• создать условия для разностороннего развития личности, выработки собственной жизненной позиции, освоения экологических знаний и умений применять их в научно-практической, исследовательской и природоохранной деятельности;

• обучить учащихся методам исследований природных экосистем

Задачи

• создать условия для формирования знаний об экологических закономерностях, экосистемной организации природы края, системы интеллектуальных и практических умений и навыков по изучению, оценке и улучшению состояния окружающей среды и здоровья;

• развивать активный интерес учащихся к изучению и охране природы, их самостоятельность и инициативу;

• содействовать развитию способностей к активному исследованию проблем экологической направленности, поощрять самостоятельность, творческий подход к решению вопросов, связанных с охраной природы.

• организовать различные виды деятельности обучающихся по изучению, сохранению и улучшению природных экостистем;

• повысить уровень интеллектуального развития через практическое применение общеучебных знаний, умение и навыков по биологии, химии, географии;

• обеспечить творческую самореализацию учащихся в исследовательской деятельности;

• научить обобщать, анализировать, находить закономерности и противоречия, делать выводы;

• сформировать экологическую культуру.

Ожидаемые результаты

• приобретение практических навыков исследовательской работы;

• обработка полученных результатов исследования;

• создание гербария растений леса, луга,

• создание проектных работ по изучаемым темам;

• фотоотчет «Красота спасет мир»

Автор программы

Белова Людмила Витальевна - учитель биологии ГБОУ Гимназия № 1592 ,

г. Москва, 2015 - 2016 уч.г.

Пояснительная записка

Цель программы: создание условий для разностороннего развития личности, выработки собственной жизненной позиции, освоения экологических знаний и умений применять их в научно-практической, исследовательской и природоохранной деятельности.

Для осуществления поставленных целей решаются образовательные, воспитательные и развивающие задачи:

- создать условия для формирования знаний об экологических закономерностях, экосистемной организации природы края, системы интеллектуальных и практических умений и навыков по изучению, оценке и улучшению состояния окружающей среды и здоровья;

- развивать активный интерес учащихся к изучению и охране природы, их самостоятельность и инициативу;

- содействовать развитию способностей к активному исследованию проблем экологической направленности, поощрять самостоятельность, творческий подход к решению вопросов, связанных с охраной природы;

- организовать различные виды деятельности обучающихся по изучению, сохранению и улучшению природных экосистем;

- повысить уровень интеллектуального развития через практическое применение общеучебных знаний, умение и навыков по биологии, химии, географии;

- обеспечить творческую самореализацию учащихся в исследовательской деятельности;

- научить обобщать, анализировать, находить закономерности и противоречия, делать выводы;

сформировать экологическую культуру

Данная программа позволяет учащимся осуществлять практическую исследовательскую деятельность. Выполнение работ, связанных с исследованием, способствует выработке у учащихся приемов и навыков самостоятельной познавательной деятельности, которые в последствии могут стать основой для более серьезных исследований.

При отборе материала содержания предусматривалось значение информации для возникновения интереса учащихся к предмету изучения, пробуждения желания активно защищать окружающую среду, посредством изменения своего образа жизни и через взаимодействие с другими людьми.

Поэтому, кроме обучающей, занятия носят характер воспитательной и развивающей направленности.

Задания, предлагаемые учащимся, имеют проблемный характер и предполагают наличие различных позиций и решений.

Практические занятия, экскурсии в природу акцентируют внимание учащихся на важности овладения умением исследовать, анализировать и давать оценку своим поступкам, сложившейся экологической ситуации в крае, своей местности; приобщают учеников к самостоятельному решению экологических задач и проблем. Это способствует формированию прикладного экологического мышления, конкретизации экологических знаний, применению их в конкретных реальных условиях и ситуациях.

Продолжительность программы

Работа проводится в конце учебного года (конец мая - начало июня) и рассчитана на 2 дня:

1 день - исследовательские практические работы на местности

2 день - обработка данных и составление отчёта.

Практикум рассчитан на разновозрастные группы, опирается на 4 различные территории: экосистема леса, луга, изучение водоема как БГЦ с учётом усложнения проводимых исследований и парковой зоны как пример городской экосистемы.

Перед проведением экологического практикума проводится инструктаж о правилах поведения на дороге, в лесу, около водоёма и общее знакомство с планом проведения практической части исследований.

Тематический план

Количество часов

всего

теория

практические и исследовательские работы в группах

1. Введение. Методы экологических исследований

Правила проведения исследований, требования к оформлению исследовательской работы. Проектная технология (см. в приложении)

4

4

2. Экосистема леса. Виды растений и растительные сообщества. Типы лесов. Лишайники - биоиндикаторы воздуха. Исследование свойств, состава, структуры, влажности почв

Комплексное исследование экосистемы леса.

4

1

3

3. Экосистема луга. Виды луговой растительности. Животные, населяющие экосистему луга. Исследование свойств, состава, структуры, влажности почв

Комплексное исследование луга

4

1

3

4. Водные экосистемы. Вода - основные свойства. Определение рН в воде реки , водоема или пруда Типы водоемов.

Растения и животные, населяющие водоемы.

Комплексное исследование пресноводного водоема.

4

1

3

5. Городские экосистемы.

Общая характеристика городских экосистем, их влияние на окружающую природную среду: химическое, физическое и шумовое загрязнение.

Комплексное исследование городской экосистемы (парка).

4

1

3

6. Камеральные работы. Защита исследовательских работ, рефератов, проектов. Подведение итогов на конференции.

4

4

Всего:

24

8

16

Формы работы с детьми

Лекции, объяснения, практические работы, написание рефератов и исследовательских работ, индивидуальная и групповая работа, самостоятельная работа с литературными источниками, исследовательская работа.

Темы рефератов и исследовательских работ, проектов

1. Изучение экологического состояния местности (края).

2. Санитарно-экологическая оценка природных сообществ ………. района.

3. Санитарно-экологическая оценка городских парков.

4. Оценка экологического состояния водных объектов.

5. Оценка экологического состояния воздушной среды в городе.

6. Определение антропогенного загрязнения окружающей среды.

7. Оценка масштабов загрязнения воздуха автотранспорта в городе, районе.

8. Дифференцировка животного компонента в экосистемах города.

9. Состояние природной среды и природоохранная деятельность (в городе, районе, крае).

10. Представители Красной книги ……, их биологические и экологические особенности, современное состояние и охрана.

11. Эндемики и реликты……...

12. Общественные природоохранные организации в крае.

13. Решение проблемы твердых бытовых отходов в городе.

14. Современное состояние лесов ……., их охрана, восстановление лесов,

15. Организация и проведение практической помощи природным объектам.

16. Разработка и проведение мероприятий для младших школьников по календарю международных экологических акций.

17. Организация работы экологической группы в школе.

Для реализации данной программы мною разработан дидактический материал в виде опорных карт - схем по изучению естественных и искусственных экосистем для прохождения летней полевой практики в конце года учащимися 5 - 10 классов. Также прилагаются атласы - определители растений, животных разных экосистем.

(см. приложение к программе)

Литература:

1. Методы экологических исследований. В.А.Бухвалов, Л.В.Богданова, Л.З.Купер. М.: «Варяг», 1995.

2. Школьный экологический мониторинг: учебно-методическое пособие/ под ред. Т.Я.Ашихминой. - М.: АГАР, 2000.

3. Зверев И.Д. Практические занятия по экологии для учащихся 9 класса. - М.: просвещение, 1998. - 78с.

Дидактический материал в виде опорных карт - схем по теме

«комплексное исследование экосистем»

Экосисте́ма, или экологи́ческая систе́ма (от др.-греч. οἶκος - жилище, местопребывание и σύστημα - система) - биологическая система, состоящая из сообщества живых организмов (биоценоз), среды их обитания (биотоп), системы связей, осуществляющей обмен веществом и энергией между ними. Одно из основных понятий экологии.

Пример экосистемы - пруд с обитающими в нём растениями, рыбами, беспозвоночными животными, микроорганизмами, составляющими живую компоненту системы, биоценоз. Для пруда как экосистемы характерны донные отложения определенного состава, химический состав (ионный состав, концентрация растворенных газов) и физические параметры (прозрачность воды, тренд годичных изменений температуры), а также определённые показатели биологической продуктивности, трофический статус водоёма и специфические условия данного водоёма. Другой пример экологической системы - лиственный лес в средней полосе России с определённым составом лесной подстилки, характерной для этого типа лесов почвой и устойчивым растительным сообществом, и, как следствие, со строго определёнными показателями микроклимата (температуры, влажности, освещённости) и соответствующим таким условиям среды комплексом животных организмов. Немаловажным аспектом, позволяющим определять типы и границы экосистем, является трофическая структура сообщества и соотношение производителей биомассы, её потребителей и разрушающих биомассу организмов, а также показатели продуктивности и обмена вещества и энергии.

Методы, используемые при выполнении работы: метод проектной деятельности, частично - поисковый, графический, информационно - рецептивный, исследовательский

Требования к оформлению и содержанию

исследовательской работы:

Титульный лист:

Вверху по центру

Название учебного заведения.

По центру

Название работы (большими буквами).

Данные об авторе.

Данные о руководителе.

Внизу по центру

Название населённого пункта.

Год написания работы.

Оглавление:

Название всех глав, разделов с указанием номеров страниц.

Введение (не более 2 страниц):

Актуальность исследуемой проблемы.

Цели и задачи исследования.

Гипотеза исследования.

Методы исследования.

Краткое описание структуры работы.

Основная часть (не более 10 страниц):

Состоит из теоретической и практической частей. Автор делает ссылки на авторов и источники использованных материалов.

В конце каждой главы делают выводы. В выводах повторяется то, что было сказано в главе.

Заключение:

Выводы должны состоять из нескольких пунктов, подводящих итог выполненной работы.Автор указывает свой личный вклад.

Список литературы:

В алфавитном порядке указывают публикации, издания и источники, издательство ,город, общее число страниц.

Приложение:

Содержит данные, на основании которых проводилось исследование, таблицы, схемы, рисунки, фотографии .

1. Экосистема леса. Виды растений и растительные сообщества. Типы лесов. Лишайники - биоиндикаторы воздуха. Исследование свойств, состава, структуры, влажности почв

Комплексное исследование экосистемы леса

ЛЕС КАК ЭКОСИСТЕМА

Практическая работа №1

Цель: сформировать представление о лесе как экосистеме

На однородном участке изучаемой лесной экосистемы определите:

а) тип леса на основной лесообразующей породе:________________________________________________________________

б) его название, местоположение:__________________________________________

_______________________________________________________________________

в) характеристика рельефа

(низменность, возвышенность, ровный, холмистый):____________________________________________________________

_______________________________________________________________________

_______________________________________________________________________

_______________________________________________________________________

г) определите, какие деревья и кустарники встречаются в данном сообществе:

1. Деревья:__________________________________________________ _________

2. Кустарники:________________________________________________________

3. Кустарнички:_______________________________________________________

4. Травы:_____________________________________________________________

д) сосчитайте количество деревьев и кустарников на участке 10 х10 м., заполните таблицу № 1:

е) зарисуйте форму листьев нескольких видов деревьев и кустарников:

Деревья: Кустарники:

Подпиши листья деревьев и кустарников; собери листья деревьев и кустарников с разной формой листа - оформите гербарные образцы.

ж) выделите на пробной площадке ярусы растительности: определите, какими видами образован каждый ярус. Результаты занесите в таблицу № 2

Ярусы

Жизненные формы

деревья

кустарники

кустарнички

Травянистые растения

1 ярус

2 ярус

3 ярус

З) Соберите образцы типичных для леса растений: 2 - 3 побега растений верхнего и среднего ярусов, 4 - 5 травянистых растений. Оформите гербарий

и) оформите фотографии данного сообщества: жизненные формы растений, ярусность форм.

к) вывод по работе_____________________________________________________

______________________________________________________________________

Состав группы__________________________________________________________________________

Дата составления отчета «___»________________________ 200__г.

Отчет принят с оценкой________ Подпись преподавателя_____________

1. Виды растений и растительные сообщества.

Практическая работа № 2

Особенности внешнего строения коры деревьев и кустарников

Исследование коры

Краткая теория:

1. Древесная кора

Древесная кора - комплекс высокоспециализированных клеток и тканей, располагающихся с внешней стороны от камбия и выполняющих защитную и проводящую функции. По проводящим элементам коры осуществляется транспорт питательных веществ, образующихся в листьях. Древесная кора защищает дерево от повреждения животными, дереворазрушающими насекомыми и организмами, вызывающими гниение.

Древесная кора также предохраняет камбий от потери влаги. По строению и составу древесная кора существенно отличается от древесины (ксилемы). Особая роль зеленых частей дерева - листвы и хвои, связанная с обеспечением жизненных процессов в растениях, в том числе древесных, также приводит к определенным особенностям их химического состава и строения.

Строение древесной коры

Древесная кора составляет значительную долю (от 6 до 25%) общего объема дерева, зависящую не только от древесной породы, но также от возраста дерева и условий роста. Чем больше диаметр ствола, тем больше древесной коры. С возрастом относительный объем древесной коры уменьшается. Ухудшение условий произрастания приводит к увеличению доли древесной коры.

Кора взрослого дерева состоит из двух частей, различающихся анатомическим строением и функциями: внутренней - луба, или флоэмы, и наружной - корки. Относительное содержание этих частей коры зависит не только от древесной породы, но варьируется между отдельными деревьями одного и того же вида и даже в пределах индивидуального дерева. Ткани луба проводят соки (растворы органических веществ) вниз по стволу и хранят резервные питательные вещества. Ткани корки обеспечивают защиту от внешних воздействий. Кора хвойных деревьев имеет более простое строение по сравнению с корой лиственных деревьев.

Строение древесной коры связано с образованием ее тканей из двух вторичных меристем - камбия и пробкового камбия (феллогена). При делении клеток камбия, наряду с образованием клеток ксилемы, появляются клетки луба (флоэмы), которые, подобно клеткам ксилемы, дифференцируются для выполнения различных функций. Во флоэме, как и в ксилеме, хотя и слабее, заметны кольца прироста шириной 0,1... 0,7 мм при ширине самого луба обычно в пределах 3... 10 мм.

В лубе (флоэме) присутствуют три типа клеток и соответствующих тканей: ситовидные элементы, образующие проводящие ткани; паренхимные клетки, составляющие запасающие ткани; склеренхимные клетки - механические ткани. При этом по сравнению с ксилемой более значительную долю составляют живые клетки.

Наиболее важная проводящая ткань луба состоит из ситовидных элементов - ситовидных клеток у хвойных деревьев и ситовидных трубок у лиственных. Ситовидные клетки - узкие длинные клетки, образующие продольные ряды и сообщающиеся между собой через пористые ситовидные поля в стенках клеток на их концах. Через мелкие многочисленные поры проходят цитоплазменные нити.

Проводящая система луба лиственных деревьев более совершенна. У них образуются из клеток члеников ситовидные трубки, сообщающиеся друг с другом через пористые (с более крупными порами) ситовидные пластинки на поперечных стенках. Таким образом, проводящие элементы луба хвойных деревьев напоминают ранние трахеиды, а у лиственных деревьев - сосуды, но в отличие от трахеид и сосудов ситовидные элементы содержат живой протопласт (в нем лишь разрушаются ядро и некоторые другие органоиды), и их стенки не лигнифицированы. Ситовидные элементы обычно отмирают к концу вегетационного периода и сплющиваются, а в следующем сезоне образуются новые элементы.

Второй вид тканей луба - лубяная (флоэмная) паренхима, выполняющая проводящие и запасающие функции и составляющая основную массу тканей луба. Паренхимные клетки с тонкими нелигнифицированными стенками образуют лубяные (флоэмные) лучи, являющиеся продолжением сердцевинных лучей ксилемы, и вертикальную лубяную паренхиму. В лубяных лучах некоторых пород (например, пихты) имеются горизонтальные смоляные ходы.

Механическую функцию выполняют склеренхимные клетки, к которым относятся лубяные волокна и склереиды. Лубяные волокна длинные клетки с за остренными концами и толстыми стенками, напоминающие волокна либриформа, но большей длины. Клеточные стенки у них обычно лигнифицированы, но в меньшей степени, чем у древесных волокон, а могут и не иметь лигнина. Содержание лубяных волокон очень сильно колеблется в зависимости от древесной породы. Как правило их меньше в лубе хвойных деревьев по сравнению с лиственными, но встречаются исключения.

У некоторых недревесных покрытосеменных растений (лен, рами) лубяные волокна имеют очень большую длину (несколько сантиметров, а у рами иногда до 50 см). Склереиды, главным образом каменистые клетки, - короткие широкие клетки, образующиеся из паренхимных клеток в результате утолщения клеточных стенок и значительной их лигнификации.

Содержание таких клеток выше в коре хвойных деревьев, чем у лиственных. Они и берут на себя опорную функцию. Форма склереид у разных древесных пород довольно разнообразна.

В древесной коре, как и в древесине, сначала возникают первичные ткани, а затем при делении клеток вторичных меристем - камбия и пробкового камбия - образуются вторичные ткани, которые впоследствии отмирают. Наружная часть древесной коры - корка - состоит в основном из мертвых тканей и поэтому физиологически не активна.

В начале роста дерева из первичной верхушечной меристемы, наряду с первичной боковой меристемой - прокамбисм образуются первичные покровные ткани эпидермис и расположенная под ним первичная древесная кора, состоящая из слоев колленхимы и паренхимы. У молодых деревьев и побегов эпидермис состоит из одного ряда клеток эпидермы, покрытого снаружи гидрофобным воскоподобным веществом кутином. Колленхима состоит из клеток с утолщенными нелигнифицированными стенками и выполняет опорную (механическую) функцию. Из прокамбия в результате деления его клеток формируются первичная флоэма и первичная ксилема.

К концу первого вегетационного периода начинается вторичный рост. Из прокамбия образуется вторичная боковая меристема - камбий, а из него, в свою очередь, вторичная ксилема и флоэма. Под эпидермой появляется тонкий слой пробкового камбия (феллогена), в результате деления клеток которого образуется новая ткань перидерма. Эпидермис постепенно разрушается и в конце концов полностью заменяется перидермой, дающей начало внешнему покровному слою древесной коры. Перидерма состоит из трех слоев: пробкового камбия (феллогена); пробковой паренхимы (феллодермы); пробковой ткани (феллемы). Феллодерма образуется в результате деления клеток феллогена с внутренней стороны, афеллема с внешней стороны. Клетки феллодермы - паренхимные клетки, похожие на клетки лубяной паренхимы. Феллодерма развита меньше, чем феллема.

Процесс образования перидермы многообразен. У ряда древесных пород феллоген продолжает функционировать длительное время, обеспечивая равномерное нарастание слоя феллемы, что приводит к образованию толстого слоя пробки вместо типичной корки, как, например, у пробкового дуба, а также у дугласовой пихты, или к образованию гладкого эластичного наружного слоя древесной коры, как, например, у березы, осины, пихты. Стенки клеток пробки (феллемы) отличаются особым строением и составом. Они имеют три слоя. Наружный слой лигнифицирован, внутренний слой состоит практически из чистой целлюлозы, а средний слой содержит характерное для пробковой ткани вещество - суберин (см. ниже), причем слои суберина чередуются со слоями пробкового воска, что и обеспечивает гидрофобность пробки. В стенках клеток пробковой ткани березы содержится бетул ин, придающий наружному слою коры березы - бересте - характерный белый цвет.

У большинства древесных пород, начиная с определенного возраста, слой пробковой ткани отмирает, а в глубине древесной коры закладываются новые слои перидермы. Во флоэме происходят изменения, связанные со старением и несколько напоминающие процесс образования ядровой древесины. Во внешней части флоэмы наблюдается так называемая облитерация - сплющивание ситовидных клеток или трубок и закупоривание их пористых пластинок, в результате чего первичная флоэма полностью отмирает.

Облитерированная вторичная флоэма при этом прерывается появляющимися слоями новой перидермы, имеющими неправильную форму. В этом процессе клетки феллогена образуются в результате деления живых паренхимных клеток флоэмы, возобновляющих меристематическую активность. Новый слой феллогена в свою очередь дает новые слои феллодермы и феллемы с последующим отмиранием клеток пробки и т.д. В результате такого процесса образуется сложный неоднородный комплекс тканей, состоящих преимущественно из мертвых клеток, внешняя основная часть корки (ритидом). Этот слой имеет характерный вид, изрезан трещинами. У различных видов сосны кора снаружи образует чешуйки. По мере роста деревьев в толщину кора снаружи постепенно отслаивается.

2. Химический состав коры

Химический состав коры деревьев резко отличается от химического состава древесины (ксилемы). Нужно также отметить, что внутренняя и внешняя части коры, имеющие разное функциональное назначение и соответственно строение, существенно отличаются друг от друга и по составу. Но достаточно часто анализ химического состава коры делается без разделения ее на луб и корку.

Отличительной особенностью химического состава коры является высокое содержание экстрактивных веществ и наличие неких специфичных компонентов, не удаляемых нейтральными растворителями. Последовательным экстрагированием растворителями с увеличивающейся полярностью из коры разных видов извлекают от 15 до 55% ее массы. Следующая обработка 1%-м раствором NaOH дополнительно растворяет от 20 до 50% массы. В результате таких поочередных обработок древесная кора теряет от 10 до 75% собственной массы. При всем этом из коры удаляются не только некоторая часть гемицеллюлоз, но и такие специфические составляющие, как суберин и полифенольные кислоты коры, которые нельзя относить к экстрактивным веществам. Особенности строения и химического состава коры вызывают определенные трудности при ее анализе и требуют модифицирования методик, разработанных для анализа древесины, а именно, введения дополнительных предварительных обработок водным и спиртовым растворами и фоксида натрия. В противном случае наличие суберина и полифенольных кислот может привести к значительному завышению результатов определения холоцеллюлозы и лигнина. Кора если сравнивать с древесиной содержит больше минеральных веществ (1,5...5,0%). Иногда это обусловлено отложением в коре кристаллов карбонатов. Зольность коры в значительной степени зависит от условий произрастания дерева (состава и влажности почвы и др.).

Массовая доля холоцеллюлозы в коре приблизительно в 2 раза меньше, чем в древесине, при этом в лубе ее содержание выше, чем в корке. Целлюлоза в коре, как и в древесине, является главным полисахаридом, но в отличие от древесины ее нельзя назвать преобладающим компонентом коры В литературе для массовой доли целлюлозы в непроэкстрагированных образцах коры приводятся значения от 10 до 30%.

Как и в древесине, главные гемицеллюлозы коры хвойных пород - глюкоманнаны и ксиланы, а лиственных - ксиланы. В стенках пробковых клеток найден глюкан - каллоза. Каллоза появляется и во флоэме в качестве вещества, закупоривающего ситовидные пластинки. Обращает на себя внимание довольно большая массовая доля уроновых кислот в коре, особенно в тканях луба, что связывают с высоким содержанием пектиновых веществ. С этим согласуется значительно большее количество водорастворимых полисахаридов в коре по сравнению с древесиной Состав пектиновых веществ коры существенно не отличается от состава этих веществ в древесине. Отмечают только более высокое содержание арабинозы.

Как уже подчеркивалось, нужно осторожно относиться к имеющимся в литературе данным по определению лигнина и других компонентов в коре. К примеру, для сосны ладанной (Pinus taeda) интервал результатов определения лигнина в коре весьма широк: от 20,4 до 52,2%. Различия могут быть обусловлены внедрением различных способов подготовки образцов коры к анализу и проведения самого анализа.

Лигнин в тканях коры распределен менее равномерно, чем в древесине. Внешний слой коры наиболее лигнифицирован, чем внутренний. Наиболее лигнифицированы стенки каменистых клеток. Лигнин также содержится в стенках волокон и некоторых типов паренхимных клеток флоэмы и корки. Распределение лигнина среди разных видов клеток в коре имеет сильные видовые различия. Лигнин коры наиболее конденсирован, чем в древесине этой же древесной породы, что в какой то степени подтверждается данными по делигнификации коры. Кора труднее делигнифицируется, чем древесина.

Суберин. Характерным компонентом наружного слоя коры является суберин продукт сополиконденсации, главным образом, высших (С16...С24) насыщенных и одноненасыщенных алифатических а, дикарбоновых кислот с гидроксикислотами (последние могут быть дополнительно гидроксилированы). Участие в поликонденсации мономеров с 3-мя и более многофункциональными группами (карбоксильными, гидроксильными) приводит к образованию сложного полиэфира с сетчатой структурой. Некоторые исследователи допускают существование и простых эфирных связей. В результате суберин невозможно выделить из коры в неизмененном виде, так как он не экстрагируется нейтральными растворителями, а сложноэфирные связи делают его весьма лабильным компонентом. Из коры суберин выделяют в виде субериновых мономеров после омыления водным или спиртовым растворами щелочи и разложения образовавшегося суберинового мыла минеральной кислотой.

Суберин содержится в перидерме, в том числе и в раневой. Он локализуется в пробковых клетках, являясь составной частью клеточной стенки. Пробковые ткани пробкового дуба содержат 42...46% суберина, бразильского тропического дерева паосанта (Kielmeyera coriacea ) - 45%, а пробковые клетки березы бородавчатой - 45% суберина. Массовая доля суберина во внешнем слое коры изредко превышает 2...3%, но есть древесные породы, отличающиеся высоким содержанием суберина. В вышеперечисленных древесных породах субериновые мономеры составляют 20...40% массы внешней части коры. Характерной особенностью пробковой ткани березы - бересты является накопление наряду с суберином тритерпенового спирта - бетулина. Состав субериновых мономеров весьма разнообразен. Кроме упомянутых выше дикарбоновых и гидроксикислот, в состав субериновых мономеров входят одноосновные жирные кислоты, одноатомные высшие жирные спирты (до 20% массы суберина), фенольные кислоты, дилигнолы (димеры фенилпропановых единиц) и другие.

Полифенольные кислоты. Как уже отмечалось, обработкой предварительно проэкстрагированной нейтральными растворителями коры 1%-м водным раствором NaOH извлекается до 15...50% материала, представляющего собой группу фенольных веществ, обладающих кислыми свойствами. Это дало повод назвать их полифенольными кислотами. Однако в них обнаружены не карбоксильные, а карбонильные группы. После осаждения из щелочного раствора лодкислением минеральными кислотами полифенольные кислоты становятся частично растворимыми в воде и полярных органических растворителях. По всей вероятности, «полифенольные кислоты» - полимерные вещества флавоноидного типа, родственные конденсированным танинам и способные поэтому в щелочной среде претерпевать перегруппировку с появлением карбонильных групп.

В заключение следует подчеркнуть, что существенные различия в строении и химическом составе коры и древесины обусловливают необходимость раздельной переработки этих составных частей биомассы дерева как с технологической, так и с экономической точек зрения. Однако существующие методы удаления коры (окорки) сопряжены с потерями древесины. В отходах окорки наряду с корой содержится значительное количество древесины, что осложняет химическую переработку такого сырья. Разнообразие представленных в коре химических соединений делает привлекательной идею извлечения наиболее ценных компонентов. Развитие данного направления утилизации коры сдерживается относительно низким содержанием извлекаемых компонентов. Вследствие этого основные направления переработки коры все еще ограничены ее утилизацией как органического материала в качестве топлива, в сельском хозяйстве и т.п. Редкие примеры использования коры отдельных древесных пород для выделения дубильных веществ, производства пробки, получения дегтя (из бересты березы) и выделения из коры растущих деревьев пихты пихтового бальзама не улучшают, к сожалению, общую картину неэффективного использования содержащихся в коре ценных органических соединений.

Показатель здоровья дерева - состояние его коры

Деревья - растения с многолетним одревесневшим разветвленным или неветвящимся главным стеблем-стволом, который сохраняется в течение всей жизни растений, и кроной.

Кустарники - многолетние древесные растения, имеющие в отличие от деревьев мощные боковые побеги у самой поверхности почвы. Главный ствол хорошо заметен лишь у молодых растений, затем он теряется среди новых стволов. Так же как и у деревьев, у кустарников есть крона.

3. Повреждения коры деревьев:

Что способствует повреждению коры деревьев - образованию ран, трещин на коре? Прежде всего - механические повреждения (в особенности почвообрабатывающими орудиями) и резкие смены температур, приводящие к образованию морозобоин или солнечных ожогов.

В суровые зимы происходит разрыв растительных тканей и образование глубоких продольных трещин, доходящих иногда до центра ствола или скелетных ветвей. При этом кора вдоль трещин, как правило, отстает от древесины, что увеличивает размеры ран. Такие повреждения наблюдаются чаще всего с северной и северо-восточной сторон ствола.

Отмирание коры и древесины происходит также вследствие колебаний дневных и ночных температур в осенне-зимний и особенно зимне-весенний период.

Эти повреждения коры деревьев объясняются солнечными ожогами и наблюдаются чаще с южной и юго-западной сторон ствола и у оснований скелетных ветвей. При очень высоких температурах воздуха в летнее время незатененные части коры также довольно часто страдают от солнечных ожогов, причем деревья с высокими штамбами поражаются чаще, а с низкими, притеняемыми кроной, - реже.

При солнечных ожогах кора дерева краснеет и несколько вдавливается, образуя как бы вмятины. Поврежденные места хорошо очерчены и легко отличимые от здоровой коры, имеющей блестящий зеленовато-коричневый опенок. В местах ожогов поселяются возбудители болезней (грибы, бактерии) и вредители, которые продолжают разрушать и уничтожать кору и древесину, нанося деревьям непоправимый вред.

Растрескивание коры может происходить от расколов и разломов ветвей под тяжестью урожая. Расколы и разломы возникают и тогда, когда при формировании кроны допущены ошибки, скажем, основные ветви оставлены расти под острым углом или боковые ветви второго порядка заложены на них на большом расстоянии от ствола, ближе к верхушкам.

Оборудование, приборы, материалы:

полевой дневник, карандаш, ручка, фотоаппарат

Цель и задачи работы: изучение разнообразия цвета, запаха и

поверхности коры древесных растений, выявление отличий

коры деревьев

Порядок выполнения работы:

Цвет и структура коры являются видовым признаком растения. Кора дерева показывает уровень здоровья растения, как и кожа человека.

1. Выберите для наблюдения деревья и кустарники разных видов;

2. Изучите кору деревьев, например ели, сосны, лиственницы, березы;

3. Проведите ладонью по коре. Какова она на ощупь? (Теплая, холодная, шершавая, гладкая, бугристая, сильно растрескавшаяся и т.д.);

4. Каков цвет коры?

5. Имеет ли она запах?

6. Потренируйтесь в узнавании дерева по особенностям коры: предложите друг другу определить, к каким видам принадлежат кусочки коры, собранные во время обследования участка;

7. Определите возможные повреждения коры деревьев и кустарников: морозобойные трещины; повреждения, нанесенные животными; повреждения, нанесенные человеком. Данные занесите в раздел таблицы «другие особенности»;

8. Выявите наличие грибов-трутовиков на стволах обследуемых деревьев и кустарников;

9. Сделайте вывод о дальнейшем развитии поврежденных деревьев и кустарников;

10. Проведите экспертную оценку состояния древесных культур «Экологическая благополучность деревьев и кустарников»

11. Результаты работы занесите в полевой дневник в виде таблицы «Характеристика коры различных деревьев и кустарников»;

12. С помощью фотоаппарата сделайте снимки коры различных деревьев для иллюстрации полевого дневника.

ПОМНИТЕ! Нельзя срезать или снимать кору с живого дерева. Используйте отмершие чешуйки, поваленные деревья.

Таблица «Характеристика коры различных деревьев и кустарников»

Дата:____________

Место:___________

Название вида

Дерево (д) или кустарник (к)

Цвет коры

Какова на ощупь?

Запах

Другие особенности

Что надо запомнить!

1. Строение коры деревьев является систематическим признаком деревьев.

2. Кора многих видов обладает целебными свойствами.

3. Примечание: для создания коллекции с живых растений кору ни в коем случае не снимайте!!! Используйте погибшие деревья, обломанные ветви и т.д.

Лишайники - биоиндикаторы чистоты воздуха

Практическая работа №3

Цель: дать качественную оценку загрязнения воздуха на данном участке с помощью лишайников, а также изучить их многообразие и значение

Для этого:

• выберите 10 отдельно стоящих старых, но здоровых , растущих вертикально деревьев;

• на каждом дереве подсчитайте количество видов лишайников;

• все обнаруженные виды разделите на 3 группы: кустистые, листоватые, накипные (рис.1):

Накипная форма Листоватые Кустистые

Лецидея скученная Пармелия корзилиния Кладония

• степень загрязнения воздуха определите по таблице 1: ______________

Определение степени загрязнения воздуха по наличию лишайников

(по С. В. Алексееву, 1996г.) табл.1.

• результаты исследований по общему количеству лишайников внести в следующую таблицу

признаки

Деревья

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Общее количество видов лишайников

Кустистых

Листоватых

Накипных

• соберите образцы разных форм лишайников, определите их видовое название, оформите гербарий с названиями лишайников

• сделайте цветные фотографии лишайников:

к) вывод по работе__________________________________________________

__________________________________________________________________

Состав группы _____________________________________________________

__________________________________________________________________

Дата составления отчета «___»________________________ 200__г.

Отчет принят с оценкой________ Подпись преподавателя__________________

2.Экосистема луга. Виды луговой растительности. Исследование свойств, состава, структуры, влажности почв. Комплексное исследование луга

ЛУГ КАК ЭКОСИСТЕМА

Практическая работа

Цель: сформировать представление о луге как экосистеме

На однородном участке изучаемой луговой экосистемы определите:

а) тип луга на основной лесообразующей породе:___________________________________________________________________

б)Его название, местоположение: __________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

в) Характеристика рельефа (низменность, возвышенность, ровный, холмистый):

_____________________________________________________________________

г) опишите почву (состав, мощность горизонтов, окраска, структура, сложение, степень увлажненности):_________________________________________________

_____________________________________________________________________

д) выберите однородный участок луга и заложите на нем площадку размером 400 м², отмерив мерной рулеткой двадцатиметровые стороны, а по углам вбейте ограничивающие колышки:______________________________________________

е) определите видовую принадлежность данного участка. Укажи их ярус, высоту, обилие, жизненную форму_______________________________________________

_____________________________________________________________________

З) соберите образцы типичных для луга растений: 4 - 5 травянистых растений, определи их по атласам - определителям. Оформи гербарий;

д) оформить фотографии данного сообщества, видовой состав растений с разных участков луга

Вывод по работе_______________________________________________________

______________________________________________________________________

Состав группы _________________________________________________________

______________________________________________________________________

Дата составления отчета «___»________________________ 200__г.

Отчет принят с оценкой________ Подпись преподавателя______________

Растения луга

3. Водные экосистемы. Вода - основные свойства. Определение рН в воде реки, водоема или пруда Типы водоемов.

Растения и животные, населяющие водоемы.

Комплексное исследование пресноводного водоема.

Вода - основные свойства

Практическая работа № 1

Методика исследования санитарно-экологического состояния озер, водоемов

Методика определения органолептических свойств воды

Первичную оценку качества воды в водоеме проводят, определяя ее органолептические характеристики. Неудовлетворительные органолептические характеристики косвенно свидетельствуют о загрязнении воды. Органолептические показатели вод: цветность, мутность, запах.

Цветность (1)

Цветность природных вод обусловлена главным образом присутстви­ем гуминовых веществ и комплексных соединений трехвалентного желе­за. Количество этих веществ зависит от геологических условий, водонос­ных горизонтов, характера почв, наличия болот и торфяников в бассейне реки. При загрязнении водоема стоками промышленных предприятий вода может иметь окраску, не свойственную цветности природных вод. Для источников хозяйственно-питьевого водоснабжения окраска не должна обнаруживаться в столбике высотой 20 см, для водоемов культурно-бытового назначения - 10 см.

Определение цветности:

1. Заполняем пробирку водой до высоты 10-12 см.

2. Определяем цветность воды, рассматривая пробирку сверху на белом фоне при достаточном боковом освещении. Наиболее подходящий оттенок отмечаем, заполняя подходящую линейку в таблице.

Таблица. Определение цветности воды.

Цветность воды

Слабо-желтоватая

Светло-желтоватая

Желтая

Интенсивно-желтая

Коричневатая

Красно-коричневая

Другая (укажите, какая)

Мутность (1)

Мутность воды обусловлена наличием в воде очень мелких частиц и микроорганизмов, способных рассеивать свет.

Определение мутности: 1. Заполняем пробирку водой до высоты 10-12 см.

2. Определяем мутность воды, рассматривая пробирку на темном фоне при достаточном боковом освещении. Взгляд на пробу направляем таким образом, чтобы он был перпендикулярен направлению лучей света. Заполняем нужное в таблицу.

Таблица. Определение мутности.

Мутность воды

Прозрачная

Слабо опалесцирующая

Опалесцирующая

Слабо мутная

Мутная

Очень мутная

Запах (1)

Запах воды обусловлен наличием в ней пахнущих веществ, которые попадают в нее естественным путем и со сточными водами. Запах воды водоемов не должен превышать 2 баллов, обнаруживаемых непосредствен­но в воде или (для водоемов хозяйственно-питьевого назначения) после ее хлорирования. Определение основано на органолептическом исследова­нии характера и интенсивности запаха воды при 20 и 60 °С.

Определение интенсивности и характера запаха воды (Табл. 3):

100 мл исследуемой воды при комнатной температуре наливаем в кол­бу вместимостью 150-200 мл с широким горлом, накрываем часовым стеклом или притертой пробкой, встряхиваем вращательным движением, открываем пробку или сдвигаем часовое стекло и быстро определяем характер и интенсивность запаха. Затем колбу нагреваем до 60°С на во­дяной бане и также оцениваем запах.

Таблица. Определение интенсивности запаха.

По характеру запахи делятся на две группы:

1. Запахи естественного происхождения (от живущих в воде и отмер­ших организмов, от влияния почв и т.п.) находят по классификации, приве­денной в табл.

Таблица. Характер и род запаха воды естественного происхождения

Характер запаха

Примерный род запаха

Ароматический

Огуречный, цветочный

Болотный

Илистый, тинистый

Гнилостный

Фекальный, сточной воды

Древесный

Мокрой щепы, древесной коры

Землистый

Прелый, свежевспаханной земли

Плесневый

Затхлый, застойный

Рыбный

Рыбы, рыбьего жира

Сероводородный

Тухлых яиц

Травянистый

Скошенной травы, сена

Неопределенный

Не подходящий под предыдущие

2. Запахи искусственного происхождения (от промышленных выбро­сов, для питьевой воды - от обработки воды реагентами на водопровод­ных сооружениях и т.п.) называются по соответствующим веществам.

Таблица. Характер запаха воды искусственного происхождения

Характер запаха

Неотчетливый (или отсутствует)

Нефтепродуктов (бензиновый)

Хлорный

Уксусный

Фенольный

Камфорный

Другой (укажите, какой)

! Запах воды следует определять в помещении, где воздух не имеет по­стороннего запаха. Желательно, чтобы характер и интенсивность запаха отмечали несколько исследователей.

Методика определения внешнего вида водного объекта

Внешний вид водного объекта может дать очень важную информацию о качестве воды в нем.

Характеристика внешнего вида водного объекта:

1.Наличие или отсутствие пленок и пятен на поверхности воды, нефтяных пятен на берегу, на водных и прибрежных растениях (Табл.);

2.Наличие и состав плавающего мусора или мусора на дне и берегах реки, а так же естественных или искусственных запруд из веток или упавших деревьев (Табл.).

Таблица. Уровень загрязнения водного объекта по внешнему виду.

Балл

Внешний вид загрязнения

А

Б

В

1

Отсутствие пленок и пятен на поверхности воды

Отсутствие мусора в воде и по берегам

Отсутствие запруд

2

Отдельные пленки и пятна, в том числе нефтяные, на поверхности воды

Отдельные предметы мусора по берегам водоема

Запруды естественного происхождения из веток

3

Пленки нефти на водных растениях

Мусор по берегам встречается довольно часто, на воде отдельные предметы мусора

Запруды естественного происхождения из мелких деревьев, мелкие по площади

4

Пятна и пленки нефти на большей части поверхности и берегах водного объекта

Мусора по берегам много, мусор на воде

Запруды искусственного происхождения из мелких и средних по величине деревьев, средние по площади

5

Поверхность воды покрыта нефтью даже во время волнения

Мусор по берегам в виде свалок, много мусора на воде, затопленного водой

Запруды искусственного происхождения из крупных стволов деревьев, большие по площади

Выражая в баллах уровень загрязненности водного объекта и его запах, получаем сводные результаты, характеризующие общую степень загрязнения вод (Табл.).

Таблица. Оценка степени загрязнения по запаху и внешнему виду.

Степень загрязнения вод

Запах (балл)

Внешний вид (балл)

Очень чистые

0

1 (А; Б; В)

Чистые

1

1 (А; Б; В)

Умеренно загрязненные

2

2 (А; Б; В)

Загрязненные

3

3 (А; Б; В)

Грязные

4

4 (А; Б; В)

Очень грязные

5

5 (А; Б; В)

Обработка результатов и выводы.

После выполнения всех определений вносим полученные результаты в табл..

Таблица. Обобщенные результаты исследования органолептических свойств воды.

Номер пробы, дата, время и место отбора

Характеристика

Единица измерения

Среднее значение показателя

Цветность

Словесное описание

Мутность

Словесное описание

Запах:

Характер

интенсивность

Словесное описание, баллы

Внешний вид

Словесное описание, баллы

Затем делаем общий вывод о санитарно-экологическом состоянии водного объекта. При обнаружении загрязнения воды, определяем его причину.

Биоиндикация качества воды по животному населению

Отбор и обработка проб для анализа

При исследовании качества воды во всем озере места отбора проб выбрали через равные интервалы. Если исследуется влияние конкретного источника заг­рязнения, качество воды может определяться на небольшом числе учас­тков ниже и выше от него.

Очень важно, чтобы в пробах на каждом из обследованных участков были представлены донные организмы различных биотопов: илистых, песчаных и каменистых грунтов; скоплений растительности, а также ее остатков; погруженных в воду стволов, веток и иных предметов и т. п. Чем разнообразнее участок по числу местообитаний, тем число проб дол­жно быть больше. Но и на участках с однообразным дном число проб не должно быть менее трех.

Пробы грунта с обитающими в нем донными организмами отбираем с помощью специальных ловушек (драга, сачок). После каждого наполнения ловушек донным материалом пробы про­мываем непосредственно в этих же ловушках и помещаем в эмалирован­ные емкости с крышками, другую посуду. Пойманные организмы исследуем и определяем в полевых условиях или в ходе камеральных работ, заносим информацию о них в полевые дневники.

Внимание! Все живые объекты возвращаются в естественную среду обитания.

Оценка качества воды озер по биотическому индексу

О чистоте воды природного водоема можно судить по видовому раз­нообразию и обилию животного населения.

Чистые водоемы заселяют пресноводные моллюски, личинки веснянок, поденок, вислокрылок и ручейников. Они не выносят загрязнения и быстро исчезают из водоема, как только в него попадают сточные воды.

Умеренно загрязненные водоемы заселяют водяные ослики, бокоплавы, личинки мошек (мокрецов), двустворчатые моллюски-шаровки, битинии, лужанки, личинки стрекоз и пиявки (большая ложноконская, малая ложноконская, клепсина).

Чрезмерно загрязненные водоемы заселяют малощетинковые кольчецы (трубочники), личинки комара-звонца (мотыли) и ильной мухи.

Показателем качества воды может служить биотический индекс, ко­торый определяется по количеству ключевых и сопутствующих видов бес­позвоночных животных, обитающих в исследуемом водоеме. Самый вы­сокий биотический индекс определяется числом 10, он отражает каче­ство воды экологически чистых водоемов, вода которых содержит опти­мальное количество биогенных элементов и кислорода, в ней отсутству­ют вредные газы и химические соединения, способные ограничить обита­ние беспозвоночных животных.

Для определения биотического индекса берем пробу воды из водоема с помощью водного сачка. Проба включает небольшое коли­чество воды с илом и беспозвоночных животных, обнаруженных в сачке. Взятую пробу разбираем сразу на берегу водоема, если по­зволяет погода, или переносим в лабораторию (классную комнату) и рассматриваем там. Перед разбором пробу промываем на сите, всех обнару­женных беспозвоночных переносим в чистую воду, налитую в чашки Петри или эмалированные ванночки. Содержимое чашек Петри тщатель­но разбираем и определяем по видам и группам видов беспозвоноч­ных животных. Для удобства определения используем рисунки наиболее распространенных в водоемах видов беспозвоноч­ных.

В исследуемой пробе определяем ключевые виды (табл.) и группы сопутствующих видов. Под группой сопутствующих видов в одних случа­ях понимают род, или семейство, или класс беспозвоночных, в других каждый вид. Например, под группой подразумевают весь класс малощетинковых кольчецов (кроме рода трубочников), семейство ручейников, семейство хирономид, каждый вид плоских червей, пиявок, моллюсков, ракообразных, стрекоз, мух, жуков, водных клещей. Определив количе­ство групп и число ключевых видов, находим в табл. 8 вертикальный столбец и горизонтальную графу и на их пересечении определяем биоти­ческий индекс. Например, обнаружили несколько видов веснянок и 15 групп донных обитателей, в этом случае находим первую строку по горизонтали и 6 колонку по вертикали, на пересечении видим цифру 9. Эта цифра и будет показателем биотического индекса данного водоема. Существен­ным дополнением к биотическому индексу может стать определение чис­ленности особей ключевых видов. Чем больше число особей ключевого вида, тем экологически чище водоем. Единичные особи ключевых видов свидетельствуют об ухудшении условий жизни.

Таблица. Определение биотического индекса пресноводных экосистем по донным беспозвоночным.

Ключевые организмы

Общее количество групп

0-1

2-5

6-10

11-15

16

Биотический индекс

Личинки веснянок имеются

Более одного вида

Только один вид

-

-

7

6

8

7

9

8

10

9

Личинки поденок имеются

Более одного вида

Только один вид

-

-

6

5

7

6

8

7

9

8

Личинки ручейников имеются

Более одного вида

Только один вид

-

4

5

4

6

5

7

6

8

7

Бокоплавы имеются

Все прочие виды отсутствуют

3

4

5

6

7

Водяные ослики имеются

Все прочие виды отсутствуют

2

3

4

5

6

Черви-трубочники имеются

Все прочие виды отсутствуют

1

2

3

4

-

Все другие ключевые группы отсутствуют

Могут присутствовать личинки мух

0

1

2

-

-

На основе полученных данных биоиндикации, определяется качество воды в водоеме (табл.).

Таблица. Определение качества воды.

Экологическое качество воды

Загрязненность

Уровень загрязнения

10 - отлично

Загрязнения нет

1

9 - очень хорошо

Очень легкое загрязнение

1-2

8 - хорошо

Легкое загрязнение

7 - сравнительно хорошо

Сравнительно небольшое загрязнение

2

6 - умеренно

Умеренное загрязнение

5 - средне

Среднее загрязнение

3

4 - довольно плохо

Довольно сильное загрязнение

3 - плохо

Сильное загрязнение

2 - очень плохо

Очень сильное загрязнение

0-1 - чрезвычайно плохо

Чрезвычайно сильное загрязнение

4

00 - отравлено

Токсическое/антибиотическое

Подоб­ные полевые исследования позволят увидеть эколо­гические проблемы родного края и принять реальные меры по оздоровле­нию озер.

Практическая работа № 2

Определение рН в воде реки или пруда

Краткая теория

Гидросфера - водная оболочка Земли, совокупность ее океанов, морей, рек, озер, болот, водохранилищ, подземных вод, включая запасы воды в твердой фазе (ледники, снежный покров). Гидросфера Земли представляет собой единую водную оболочку, основным компонентом которой является химическое соединение вода. Вода - это единственное химическое соединение, которое в природных условиях существует в виде жидкости, твердого вещества (лед) и газа (пары воды). Вода -это соединение с ковалентным типом химической связи, бесцветная жидкость без запаха, обладающая рядом аномальных физико-химических свойств:

- высоким поверхностным натяжением;

- высокими температурами кристаллизации и кипения;

- высокими удельными энтальпиями испарения и плавления (в расчете на 1 г);

- плотностью большей плотности льда (поэтому лед плавает на поверхности воды и природные водоемы не промерзают до дна).

Вода является прекрасным растворителем многих веществ, так как характеризуется высокой диэлектрической проницаемостью, ослабляя в 81 раз силы притяжения между частицами веществ при растворении их в воде. По этой причине гидросфера представляет собой сложную экосистему с большим разнообразием компонентов.

Природная вода - раствор многих веществ, в том числе солей, газов, а также веществ органического происхождения, некоторые из которых находятся во взвешенном состоянии. В большинстве случаев природная вода имеет атмосферное происхождение (дождевая вода), реже - глубинное (конденсация паров, поднимающихся из недр Земли).

Кислотность рН воды - свойство природной воды.

Существует несколько важных показателей качества пресной природной воды: кислотность рН (или водородный показатель), жесткость и органолептика. Кислотность рН связана с концентрацией ионов водорода в среде, измеряется с помощью простого прибора «пи-аш-метра» и дает нам понятие о кислотных или щелочных свойствах среды (в данном случае - воды):

- рН < 7 - кислая среда;

- рН = 7 - нейтральная среда;

- рН > 7 - щелочная среда.

Для простоты использования показателя рН датский химик Сёренсен ввел понятие водородного показателя - рН (р - начальная буква датского слова potenz-математическая степень, Н - символ водорода).

Водородным показателем - рН называется десятичный логарифм концентрации водородных ионов, взятый с обратным знаком.

рН = - lg [Н+]

Иначе говоря , водородный показатель характеризует концентрацию свободных ионов водорода в воде.

Это очень важный показатель, причем не только для обыкновенной или минеральной воды, но и для человеческого организма, кислотный баланс которого должен выдерживаться в очень жестких рамках: допустимые значения рН составляют от 7,38 до 7,42 и не могут отклоняться даже на 10% от этого диапазона. При рН = 7,05 человек впадает в предкоматозное состояние, при рН = 7,00 наступает кома, а при рН = 6,80 - смерть.

Например, рН желудочного сока = 1,1-1,7. При других значениях рН поступающие питательные вещества не расщепляются как надо, так как процесс пищеварения - это сложные химические реакции. При пониженной или повышенной кислотности желудка нарушается пищеварение - это уже заболевание.

рН крови = 7,4; слез = 7,0-7,4; слюны = 6,3 -6,9;

Обычно в речных водах pH находится в пределах 6,5-8,5. В некоторых водоемах естественную кислотность создают гуминовые и другие слабые органические кислоты. В этих случаях pH воды не бывает ниже 4,5.

В атмосферных осадках pH - от 4,6 до 6,1

В болотах pH - от 5,5 до 6,0

В морских водах pH - от 7,9 до 8,3

В загрязненных водоемах может содержаться большое количество сильных кислот за счет сброса промышленных сточных вод. В этих случаях pH может быть ниже 4,5. Контроль уровня рН очень важен на всех стадиях водоочистки. Многие процессы идут только при определенных значениях рН - например, окисление железа идет только при рН>7, поэтому обезжелезивающий картридж специально повышает значение рН на 1-2 единицы. Обычно уровень рН находится в пределах, при которых он непосредственно не влияет на потребительские качества воды. Для питьевой и хозяйственно-бытовой воды оптимальным считается уровень рН в диапазоне от 6 до 9.

В пресноводных озерах и ручьях вода имеет, как правило, нейтральную или слабокислую реакцию (рН 6-7), к которой адаптированы все организмы, населяющие эти водоемы. При подкислении водоемов его обитатели быстро вымирают как из-за прямого воздействия, так и вследствии невозможности размножения, поскольку в первую очередь погибает икра и рыбная молодь. Подкисление воды происходит, прежде всего, вследствие кислотных осадков. При низких значениях рН в воде начинают растворяться находящиеся в связанном виде соли тяжелых металлов.

Рис.1. Влияние рН среды на выживание организмов

Оборудование, приборы и материалы

Пробы воды, универсальная индикаторная бумага, цветная шкала рН, дневник.

Цель и задачи работы

Освоение методики отбора проб воды, определения рН воды, интерпретация полученных результатов в виде экспертного заключения.

Порядок выполнения работы:

1. Приготовьте универсальные индикаторные полоски

2. Достаньте пробирки. Промойте их водой, взятой на исследование три раза. Наберите в них воды.

3. Погрузите индикаторную полоску в анализируемую воду и выжидайте несколько секунд.

4. Сравните изменившуюся окраску полоски с эталонными показателями цветной шкалы. (Точность определения значения кислотности воды с помощью индикаторных полосок составляет 0,5 рН).

5. На основании полученных результатов сделайте вывод об экологическом состоянии водоема. Укажите возможные факторы среды, влияющие на кислотность.

6. Подготовьтесь к защите работы, выполнив контрольные задания.

</</font> Контрольные задания:

1. Какое аномальное физическое свойство воды обеспечивает питание растений по корневым системам?

2. Дополните фразу: «… При температуре ниже или выше 4⁰С вода расширяется и, следовательно, становится легче. Это уникальное свойство воды защищает озера от……..»

3. Какие загрязняющие вещества могут попасть в водоем в результате антропогенной деятельности? (Используйте дополнительные литературные источники)

4. Что такое рН? Раскройте химический смысл данной величины.

5. Кислотный дождь оказывает отрицательное воздействие на водоемы,

озера, реки, заливы, пруды - повышая их кислотность до такого

уровня, что в них погибает флора и фауна.

Существенную роль в возникновении кислотных дождей играют:

1)

Углекислый и угарный газы

2)

Сернистый и угарный газы

3)

Оксиды азота и сернистый газ

4)

Оксиды азота и метан

Комплексное исследование пресноводного водоема

Практическая работа № 3

ИССЛЕДОВАНИЕ ВОДОЕМА

Цель: сформировать представление о водоеме как экосистеме

Название и тип водоема:___________________________________________________

Местоположение водоема:__________________________________________________

Характер берегов: _____________________________________________________

_____________________________________________________________________

Характеристика воды: температура______°С; характер запаха_________________; интенсивность запаха__________________; цветность_______________; прозрачность________________; кислотность_____________________.

Характер грунта______________________________________________________

_____________________________________________________________________

1. Установите видовой состав прибрежно - водных и водных растений, определите их ярус по картам, атласам определителям:

Прибрежно - водные растения

Водные растения

II. Водные беспозвоночные - биоиндикаторы* водоемов

(теорию смотри на отдельных листочках, прикрепленных к работе)

Биоиндикация* - это обнаружение и определение биологически значимых антропогенных нагрузок на основе реакций на них живых организмов и их сообществ.

Биоиндикаторы* - организмы присутствие, количество или особенности развития которых служат показателем антропогенных изменений среды.

1. Наметьте участок, с которого можно собирать бентосных беспозвоночных.

2. Для того, чтобы освободить животных, прячущихся под камнями и под ними, переверните, по возможности, большинство крупных камней.

3. Встаньте по течению напротив сетки, двигайтесь к сетке, сильно взбаламучивая грунт, Течение будет гнать к ней поднятых со дна беспозвоночных. (Можно использовать сачок: зачерпнуть сачком и достать сачком беспозвоночных на исследование).

4. Определите видовую принадлежность данных беспозвоночных животных по атласам - определителям или по рисункам, дайте названия данным животных.

III.Оценка отобранных проб: определение индекса толерантности к загрязнению

(смотри прилагаемую карточку)

___________________________________________________

__________________________________________________

____________________________________________________

____________________________________________________

Вывод по работе_________________________________________________

______________________________________________________________

Состав группы __________________________________________________

_______________________________________________________________

Дата составления отчета «___»________________________ 200__г.

Отчет принят с оценкой________ Подпись преподавателя______________

4.Городские экосистемы.

Общая характеристика городских экосистем, их влияние на окружающую природную среду: химическое, физическое и шумовое загрязнение.

Комплексное исследование городской экосистемы (парка). Деятельность человека на природу.

Практическая работа № 1

Комплексное исследование парка как искусственной экосистемы

Ход работы:

1. обследуйте близлежащий парк. Подсчитать количество видов деревьев_____________ ; кустарников_______________; травянистых дикорастущих растений__________________.

2. подсчитать количество травянистых растений - спутников человека и их процентное отношение к общему числу видов травянистых дикорастущих растений.

3. выявите признаки загрязнений территории и отметьте их в таблице, проставив оценку в баллах. Степень загрязнения определяется путем наблюдения: слабая - 1 - 5% от общего количества наблюдаемых растений, средняя - до 25%, сильная - до 50%, очень сильная - более 50%

Формула % отношения растений - спутников к общему числу n видов растений:

X= n\n₁ • 100%, где n - общее число видов;

n₁ - число видов растений - спутников

Таблица - Комплексное обследование сообщества

Признак загрязнения

Степень загрязнения

Слабая (1 балл)

Средняя

(2 балл)

Сильная

(3 балл)

Очень сильная

(4 балл)

Сломанные деревья

Сломанные кустарники

Сухие деревья

Сухие кустарники

Деревья с сухими вершинами

Деревья, пораженные трутовиками

Наличие гнили, дупел

Наличие растений - спутников

Вытоптанность растительного покрова

4.сделайте вывод о состоянии исследуемой территории на основании подсчета суммарного количества баллов, используя следующие данные: наибольшая степень загрязнения - 27 - 30 баллов; сильная - 18 - 26 баллов; средняя - 9 - 17 баллов; слабая - менее 9 баллов. Сделать фотоотчет о проделанной работе

5. какие меры вы можете предложить по охране данной территории?

__________________________________________________________________________

Состав группы __________________________________________________

_______________________________________________________________

Дата составления отчета «___»________________________ 200__г.

Отчет принят с оценкой________ Подпись преподавателя______________

Краткий

словарь

экологических терминов

Абиотический фактор - условие или совокупность условий неорганического мира, фактор неживой природы

Автотрофы - организмы, синтезирующие из неорганических соединений органические вещества с использованием энергии солнца (фотосинтез) или энергии химических реакций (хемосинтез)

Адаптация - приспособление к условиям существования, выработавшееся у организмов в процессе эволюции. Генетически управляемое свойство, улучшающее и повышающее возможности организма к выживанию и воспроизводству в данной среде.

Антропогенный фактор - фактор, возникающий в ходе деятельности человека.

Биогеоценоз - однородный участок земной или водной поверхности с определенным составом живых (биоценоз) и неживых компонентов и динамическим взаимодействием между ними в процессе обмена веществ и энергии.

Биоиндикаторы - организмы, наличие, количество или особенности развития которых являются показателями природных процессов, условий или антропогенных изменений среды обитания.

Биотические факторы - условия среды, связанные с влиянием живых организмов на другие живые и неживые компоненты

Вид - группа особей с общими морфофизиологическими, биохимическими и поведенческими признаками, способная к взаимному скрещиванию, дающему в ряду поколений плодовитое потомство, закономерно распространенная в пределах определенного ареала и сходно изменяющаяся под влиянием среды.

Гетеротрофы - организмы, использующие для питания органические вещества.

Гигрофиты - растения, произрастающие в сильно увлажненных условиях.

Гидрофиты - водные растения, обитающие в водной среде

Грунт - обобщенное наименование любой горной породы.

Жизненная форма - 1. Группа растений со сходными приспособительными структурами, не обязательно связанных родством. 2. Группа особей, имеющих сходные морфологические приспособления для обитания в одинаковой среде.

Загрязнение - привнесение в среду или возникновение в ней новых, обычно не характерных для нее физических, химических и биологических агентов.

Конкуренция - соперничество, любые антагонистические отношения, определяемые стремлением достигнуть какой-либо цели по сравнению с другими членами общества

Ксерофиты - растения засушливых местообитаний.

Мезофауна - обитатели почвы, имеющие очень мелкие размеры (до 2-3 мм)

Мезофиты - экологическая группа растений, произрастающих в условиях средней увлажненности.

Местообитание - совокупность условий окружающей среды на определенной территории, где организм, популяция или сообщество живут и развиваются в естественных условиях.

Микрофауна - мелкие почвенные животные размером несколько мкм: простейшие, круглые черви и т.д.

Некроз растения - отмирание ткани под воздействием химических или термических факторов.

Окружающая среда - комплекс всех оттенков и факторов, внешних по отношению к данной особи или популяции.

Почва - верхний слой Земли, обладающий плодородием, формирующийся из смеси материалов, подвергающихся воздействию воды, воздуха и живых организмов и разлагающихся органических веществ

Растительность - совокупность растительных сообществ планеты и ее отдельных частей

Синантропы - растительные и животные организмы, живущие рядом с человеком.

Сообщество - совокупность растений и животных, обитающих в конкретной среде, и связанных друг с другом пищевыми цепями и другими постоянными формами взаимодействия.

Среда обитания - совокупность абиотических и биотических условий жизни организм.

Субстрат - основа, к которой прикреплены животные или растения, а также питательная среда для микроорганизмов.

Суккуленты - растения с сочными , мясистыми стеблями или листьями, в паренхиме которых накапливается много воды, благодаря чему они выдерживают засуху.

Фитоценоз - сообщество растений, входящих в биогеоценоз

Экология - наука, область знания, изучающая взаимоотношения организмов и их сообществ с окружающей средой.

Экосистема - единый природный или природно-антропогенный комплекс, образованный живыми организмами и средой их обитания, в котором живые организмы и косные экологические компоненты соединены между собой причинно - следственными связями, обменом веществ и распределением потока энергии.