По дисциплине « Методы экологических исследований»

Условия задач и их решение

Задача № 1

Определить градиент барьера миграции G соединений кадмия в таежной агроэкосистеме (в частности, в почве), если известно, что масштаб миграции m₁ ионов кадмия «на входе» гор. А₁ составляет 5,0 мг/м²·год^-1, а m₂ на «выходе» из гор. А₁ ─ 2,6 мг/м²·год^-1. При этом мощность l горизонта А₁ достигает 22 см.

Решение задачи № 1.

Задача № 2

Определить коэффициент мобилизации k_моб ионов свинца из доломитизированного известняка, внесенного в гор. А₁ дерново-подзолистой почвы южно-таежной экосистемы, если известно, что в твердой фазе мелиоранта содержится 0,004% PbO и PbСО₃, а ВОВ с концентрацией углерода 107 мг/л и рН = 3,85 мобилизуют за 1 месяц 0,02 мг ионов Pb²⁺ в растворимое состояние.

Решение задачи № 2.

Задача № 3

Рассчитать массу ионов свинца, мобилизуемую в раствор из доломитизированного известняка, если известно, что k_моб равен 0,032 за 1 год, а в мелиоранте содержится 37,5 мг/кг PbCO₃.

Решение задачи № 3

Задача № 4

Исходя из величин Кларка и масштаба миграции, определить, какой химический элемент мигрирует интенсивнее в таёжном ландшафте: железо или кремний? В частности, в профиле подзолистой почвы. Известно, что масштаб миграции Fe³⁺ m₁ = 326 мг/м², а кремния m₂ ─ 3108 мг/м²; Кларки железа и кремния в почве соответственно составляют 2,7% и 54%. Сухой остаток в природной воде ─ 0,22 г/л.

Решение задачи № 4

Задача № 5

В уравнении эмпирического материального баланса гумуса (О_п·k_г = В·k_мин), допустим, величина О_п (масса ежегодного опада растений) в агроэкосистеме существенно (в десятки раз) уменьшилась вследствие сжигания стерни и отчуждения послеуборочных остатков. Прокомментируйте, как будут изменяться величины В (запасы гумуса) и коэффициент гумификации k_г, если k_г намного меньше k_мин?

Решение задачи № 5

Задача № 6

Прокомментируйте эмпирическое уравнение материального баланса гумуса: О_п·k_г = В·k_мин при техногенном разрушении гор. А₁ и химической деградации гумуса почвы в зоне тайги.

Решение задачи № 6

Задача № 7

1. Рассчитать коэффициент накопления k_н ионов кальция озимой пшеницей в вегетативном опыте, если известно, что в почве содержится 1,2% СаО, масса растений ─ 120 г, а масса золы ─ 2%. При этом в золе содержится 10% кальция от суммы других химических элементов в форме оксидов.

2. Сделать вывод, к какой группе химических элементов относится Са?

Решение задачи № 7

Задача № 8

Определить период круговорота Т_к ионов кобальта в вегетационном опыте с культурой овса, если известно, что скорость круговорота кобальта составляет 0,025 г/час, а показатель круговорота ─ 0,5 г/сут.

Решение задачи № 8

Задача № 9

Рассчитать показатель круговорота П_к углерода в вегетационном опыте (t = 75 сут.) с оз. пшеницей, если известно, что скорость V_к круговорота С_орг и С_норг составляет 0,025 г/ч, а коэффициент накопления k_н ─ 13. Биомасса урожая ─ 50,0 г/сосуд.

Решение задачи № 9

Задача № 10

Определить коэффициент накопления k_н кобальта и обосновать его физический смысл в вегетационном опыте с оз. пшеницей, если известно, что период круговорота Т_к составляет 40 ч, а показатель круговорота П_к ─ 0,33 г/ч.

Решение задачи № 10

Задача № 11

Рассчитать величину ёмкости круговорота А массы кобальта, прошедшего через лесной фитоценоз (подрост) за полгода, если известно, что показатель круговорота П_к = 0,5 г/ч, биомасса на 1 м² равна 20 кг, Кларк кобальта n_x 1,8·10^-3%, время ─ 0,5 года. Объясните, почему искомая величина А оказалась больше биомассы растений?

Решение задачи № 11

Задача № 12

В стационарном полевом опыте, проводившемся в подзолистой почве подзоны средней тайги, установлено, что за два года наблюдений из зоны внесения метки (радиоактивного изотопа С¹⁴) вертикальная нисходящая миграция ВОВ составила 39-41 см, а путь воды за это же время ─ 91 см. Определить относительную (среднюю) скорость миграции С_орг в составе ВОВ (при отсутствии латеральных потоков в элювиальном геохимическом ландшафте).

Решение задачи № 12

Задача № 13

 

Рассчитать коэффициент накопления k_н ионов свинца в растениях гороха, выращиваемого в вегетационном опыте, если известно, что общая масса растений составляет 120 г, содержание золы 3%, а доля свинца в золе составляет 1% от общего содержания химических элементов. Кларк Pb в почве ─ 3,0·10^-3%.

Решение задачи № 13

Задача № 14

Зная коэффициент обновления k_обн гумуса компонентами ВОВ в дерново-карбонатной почве подзоны средней тайги, равный 2% за 1 год, определить общее время пребывания С_орг в молекулах гумусовых веществ, сорбционно закреплённых на матрице почвы.

Решение задачи № 14

Задача № 15

 

Определить коэффициент обновления k_обн гумусовых веществ дерново-подзолистой почвы, если известно, что за период вегетации (t = 3 мес.) на 1 м² пашни в раствор мобилизуется 14,7 г С_орг водорастворимых органических веществ (ВОВ), а запас гумуса на 1 м² составляет 1540 г.

Решение задачи № 15

Задача № 16

Определить время миграции С_орг ВОВ от поверхности почвы до заданной глубины (23 см) на площади 1 м², если известно, что запас мобильной группы гумусовых соединений (ФК) в слое дерново-подзолистой почвы массой 320 кг на площади 1 м² составляет 2,56 кг, а масштаб миграции ВОВ через эту же площадь за 1 год достигает 141 г/м² на «входе» в гор. А₁ и 15 г/м² на «выходе» из этого же горизонта.

Решение задачи № 16

Задача № 17

 

Найти массу фульвокислот в твердой фазе дерново-подзолистой почвы на основании изучения ее фракционно-группового состава гумуса по Тюрину-Пономаревой, в частности в гор. А₁, если известно, что плотность твердой фазы равна 1,28 г/м³, расчетная площадь поверхности почвы 1 м², мощность горизонта А₁ 25 см, содержание С_общ ─ 1,0%; при этом массовая доля углерода фульвокислот в гумусе достигает 53% от С_общ в почве.

Решение задачи № 17

Задача № 18

 

Рассчитать импульс миграции С_орг ВОВ в гор. А₁ дерново-подзолистой почвы южно-таёжного ландшафта за 0,7 года (период ─ осень, зима и весна), если известен масштаб миграции ВОВ ─ 24 г/м²·год^-1 и мощность гор. А₁, равная 22 см.

Решение задачи № 18

Задача № 19

Исходя из величин k_моб кларка Fe (4,5%), а_х ─ сухого остатка (0,25 г/л) определить k_миг в таежном ландшафте, если k_моб = 0,005.

Решение задачи № 19

Задача № 20

Рассчитать коэффициент миграции k_миг для кремния и цинка в таежном ландшафте, если известны следующие параметры:

а) для кремния:

m_х ─ 1·10^-2 г/л (0,01 г/л), а_х ─ 0,5 г/л, n_х ─ 29,5%,

1) концентрация в жидкой фазе (г·л^-1),

2) сухой остаток (г·л^-1),

3) Кларк, валовое содержание (%).

б) для цинка:

m_х ─ 5·10^-5 г/л (0,0005 г/л),

а_х ─ 0,3 г/л,

n_х ─ 8,3·10^-3%

1), 2), 3) ─ то же.

Сделать вывод, во сколько раз один элемент мигрирует активнее другого в ландшафте.

Решение задачи № 20

Задача № 21

 

Организовав стационар, исследователи установили, что величина R_f комплексных [Cd-R]^- соединений в дерново-подзолистой почве составила 0,45, а скорость внутрипочвенной вертикальной нисходящей миграции водного потока ─ 27 см/год. Определить линейную скорость миграции ионов кадмия в почве.

Решение задачи № 21

Задача № 22

 

Определить линейную скорость миграции ионов Со²⁺ в дерново-подзолистой почве южно-таежного ландшафта, если известно, что величина R_f для ионов Со равна 0,45, а скорость внутрипочвенной миграции водного потока (u) ─ 17 см/год.

Решение задачи № 22

Задача № 23

 

Рассчитать годовой масштаб вертикальной нисходящей миграции ионов Pb²⁺ на 1 м², если известно что диагностированная масса ионов свинца в сорбционном лизиметре составляет 43,7 мг, а рабочая поверхность сорбционного лизиметра S_раб ─ 66,4 см².

Решение задачи № 23

Задача № 24

 

Определить сравнительную интенсивность водной миграции ионов Са²⁺ и Zn²⁺ в ландшафте, если известно, что Кларки данных химических элементов в коре выветривания соответственно равны 1,6 и 6·10^-3%, а концентрации ионов Са²⁺ и Zn²⁺ составляют 7·10^-2 и 3·10^-4 г/л, сухой остаток в поверхностных водах ─ 0,125 г/л.

Решение задачи № 24

Задача № 25

 

Рассчитать импульс абиогенной (водной) миграции С_орг ВОВ в гор. Е (А₂) песчаного подзола (в подзоне средней тайги), если известно, что масштаб миграции ВОВ на «входе» гор. Е (А₂) составляет 83 г/м², а на «выходе» ─ 77 г/м². Мощность элювиального горизонта ─ 26 см, время наблюдения ─ 0,7 года.

 

Решение задачи № 25

 

_______________

Экзаменационные вопросы по курсу МЭИ

БЛОК «Полевые методы экологических исследований»

 

 

1. Особенности картографических материалов, используемых при картировании почвенного покрова и ландшафтов.

2. Основные принципы ландшафтного дешифрирования.

3. Методика построения ландшафтного профиля.

4. Методика построения гипсометрического и геоморфологического профилей.

5. Основные принципы детального и крупномасштабного картирования почв.

6. Условные обозначения, используемые при подготовке легенды почвенно-агрохимической, ландшафтной и экологической карт.

7. Основные этапы почвенно-экологического картирования. Рекогносцировка.

8. Характеристика опорных, основных, картировочных, специальных и точек наблюдений при ландшафтной съемке.

9. Параметры оценки наземного растительного покрова. Метод экологических шкал.

10. Написать с помощью индексов морфологию подзола иллювиально-железистого песчаного, развитого на двучленах.

11. Написать с помощью индексов морфологию дерново-подзолистой супесчаной почвы, развитой на двучленах.

12. Краткая эколого-геохимическая характеристика почвообразующих пород таежной зоны.

13. Ключевой и маршрутный методы изучения почвенного покрова и ландшафта.

14. Типы и методы оценки почвенно-геохимических барьеров таежной зоны.

15. Методы оценки комплексных почвенно-геохимических барьеров: градиент барьера миграции.

16. Метод расчета времени обновления конституционных форм гумуса в дерново-подзолистой почве (использовать сведения о методе сорбционных лизиметров, а также собственные данные для расчета соответствующих величин).

17. Метод расчета параметра «интенсивность водной миграции химического элемента». Привести пример расчета величины P_x для Сорг ВОВ подзола песчаного.

18. Стационарный метод исследования почв и экосистем.

19. Методы оценки растительных континуумов: метод ординации и метод градиентного анализа.

20. Характеристика «бесплощадных» экологических методов исследования фаций.

21. Методы полигонов, плансект, укосов и фитомеров.

22. Дистанционные методы зондирования почвенного покрова и ландшафтов.

 

БЛОК «Специальные методы экологических исследований МЭИ»

23. Критерии оценки БИКа: зольность растений, биомасса, структура биомассы и т.д.

24. Методы учета первичной продукции экосистемы.

25. Методы оценки интенсивности трансформации в почве растительных остатков.

26. Методы учета корневых выделений растений.

27. Какие критерии характеризуют БИК?

28. Что такое период и скорость биогенного круговорота веществ?

29. Метод расчета k_нак и Пк.

30. Метод биоиндикации в таежных экосистемах.

31.Основные типы лизиметрических устройств; плоские лизиметры Шиловой.  

32. Вакуумные лизиметры: конструкция, принцип действия и недостатки.

33. Лизиметр компенсационного типа.

34. Метод сорбционных лизиметров: конструкции, принцип действия, достоинства и недостатки.

35. Характеристика основных видов сорбентов, используемых в сорбционных лизиметрах.

36. Этапы подготовки сорбционных лизиметров к полевым опытам и методика их установки в профиль почвы.

37. Методы диагностики сорбированных поглотителями веществ и расчет параметров водной миграции химических элементов.

38. Приведите пример расчета величины масштаба миграции Сорг ВОВ в подзолистой почве: сорбент – активированный уголь.

39. Метод расчета ориентировочной массы мигранта из почвенного горизонта.

40. Метод оценки средней линейной скорости мигранта в почвенном горизонте.

41. Концепция «абиогенного поля» миграции веществ в ландшафте.

42. Методология изучения абиогенных потоков веществ в почвенном покрове.

43. Метод расчета коэффициента интенсивности водной миграции химического элемента в ландшафте.

44. Водобалансовые типы лизиметров: конструкции, принцип действия, достоинства и недостатки.

45. Для каких целей используют лизиметры-испарители ГГИ-500?

46. Схема тензиометра и принцип его действия.

47. Метод учета эвапотранспирации воды в экосистеме.

48. Назовите основные химические компоненты, определяющие состав и свойства лизиметрических вод тайги и степей.

49. Методология подготовки и стадии диагностики веществ лизиметрических вод, полученных с помощью «плоских» лизиметров.

50. Методы выделения групп веществ, различающихся по агрегатному состоянию и формам миграции - тонкодисперсные взвеси, коллоиды, ионы и молекулы сложных химических соединений.

51. Какие реагенты широко используются для экстракции, например тяжелых металлов, из лизиметрических вод?

52. Метод W. Forsyth : принцип, аналитическое оформление и применение. В чем особенности модификации данного метода И.М.Яшиным?

53. Для каких целей используется в сорбционных лизиметрах метод W.Forsyth в модификации И.М.Яшина?

54. Какие методы следует использовать при оценке форм миграции химических элементов в таежных ландшафтах?

55. Для оценки величин водной миграции химических элементов в почвах и ландшафтах используют следующие параметры: масштаб миграции (по Кауричеву), абиогенное «поле миграции» (по Яшину), коэффициент миграции (по Перельману). Объясните их сущность и правила расчета.

 

БЛОК «Лабораторные методы экологических исследований»

 

 

56. Методы экспериментального моделирования процессов почвообразования: оглеения, оподзоливания и лессиважа.

57. Моделирование сорбционно-десорбционных взаимодействий мобильных органических лигандов с гумусовыми соединениями почв тайги (с.367).

58. Экологические функции низкомолекулярных органических кислот в таежных экосистемах.

59. Унификация методов моделирования в ландшафтах (с.382-390).

60. Математическое моделирование процесса трансформации растительного опада в почвах.

61. Методы изучения продуктов деградации почв агроландшафтов (с.393).

62. Какую информацию можно получить с помощью ИК-спектроскопии при оценке гумусового состояния почв?

63. Прокомментируйте известные Вам экологические ситуации, в которых органические и минеральные кислоты оказывают деградационное воздействие на молекулярные структуры гумусовых веществ почвы.

64. Могут ли оказывать негативное воздействие на гумусовые вещества почвы водные растворы минеральных удобрений ( являющихся электролитами).

65. Назовите основные критерии диагностики гумусового состояния почв.

66. Методы диагностики коэффициентов гумификации и минерализации (биодеградации) органических веществ растительных остатков в почве (с.139).

67. Методы оценки баланса ВОВ в подзолистой почве (с.144-145).

68. Методы расчета и физический смысл коэффициента гумификации (с.149).

69. Экологическое значение процесса минерализации компонентов ВОВ для таежной биоты.

70. Методика оценки коэффициента мобилизации ВОВ из опада в раствор (с.154-157).

71. Объясните, каким методом можно оценить и рассчитать абсолютный масштаб миграции ВОВ с кислотными свойствами в подзолистых почвах тайги?

72. Охарактеризуйте основные гипотезы формирования молекулярных структур гумусовых соединений почв (с.135).

73. Какую роль играют процессы гумусообразования в почвах таежной зоны при трансформации продуктов антропогенеза - пыли, сажи, аэрозолей?

74. Аналитические методы оценки мигрантов и формы миграции веществ в ландшафтах (с.159-160).

75. Методы определения микроэлементов (с.164-165).

76. Методы определения тяжелых металлов (с.166-168).

77. Какую роль играют почвенно-геохимические барьеры в функционировании почв и ландшафтов?

78. С какими процессами связано формирование почвенно-геохимических барьеров?

79. Методы диализа, центрифугирования и вымораживания веществ лизиметрических вод.

80. Фотометрический метод анализа: принцип, достоинства и недостатки.

81. Метод атомно-абсорбционной спектроскопии: принцип, особенности и недостатки.

82. Сущность методов добавок, эталонной шкалы и градуировочного графика?

83.  Виды хроматографического анализа: их оформление и применение в почвоведении и экологии.

84. Что такое коэффициент распределения веществ в хроматографической колонке?

85. Типы сорбентов, используемых в хроматографии.

86. Характеристика вытеснительного, элюентного и фронтального видов хроматографии.

87. Типы изотерм сорбции веществ на сорбентах: их математическая интерпретация, анализ и применение.

88. Метод потенциометрии в экологических исследованиях.

101. Методы поляриметрии.

89. Нефелометрический метод.

90.  Флуоресцентный (люминесцентный) метод.

91.  Методы ядерного магнитного резонанса (ЯМР) и электронного парамагнитного резонанса (ЭПР).

92.  Метод электронной микроскопии агрономических объектов.

93.  Метод калибровочного графика (112).

94.  Точность, чувствительность и избирательность метода физико-химического анализа.

95.  Стандартные образцы и типичные ошибки в химическом анализе (с.114).

96.  Особенности математической обработки результатов химических анализов (с.118).

97.  Классы точности аналитических методов анализа (с.121).

 

______________

Литература

 

1. Яшин И.М., Шишов Л.Л., Раскатов В.А. Почвенно-экологические исследования в ландшафтах. М.: МСХА.2000. 560 с.

2. Яшин И.М., Пузырев С.В., Мухин Е.В. Ландшафтоведение: лабораторный практикум. М.: МСХА. 2004. 70 с.

3. Яшин И.М., Пузырев С.В., Мухин Е.В. Основы ландшафтоведения. М.: МСХА. 2004. 212 с.

4. Грандберг И.И. Лабораторный практикум по органической химии. М.: Высшая школа. 1994.

5. Кауричев И.С., Яшин И.М., Черников В.А. Теория и практика метода сорбционных лизиметров в экологических исследованиях. М.: МСХА. 1996. 144 с.

6. Кауричев И.С., Яшин И.М., Кашанский А.Д. Применение метода лизиметрических хроматографических колонок в почвенных исследованиях// Методы стационарного изучения почв. М.: Наука. 1977.Том 2. С. 167-198.

7. Посыпайко В.И., Козырева Н.А., Логачева Ю.П. Химические методы анализа. М.: Высшая школа. 1989. 448 с.

8. Яшин И.М., Кауричев И.С., Черников В.А. Экологические аспекты гумусообразования// Известия ТСХА. 1996. Вып. 2. С. 110-129.

9. Роуэлл Д.Л. Почвоведение: методы и использование. Пер. с англ. М.: Колос. 1998. 486 с.

 

_____________

ПРИМЕРЫ

РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ И ОТВЕТЫ

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: